Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и исследование методов по стабилизации качественных показателей руд и практики оперативного планирования горных работ 9
1.1 Анализ опыта работ по управлению стабилизацией качеством руд . 10
1.2 Анализ методов оценки природной изменчивости качественных показателей руд 18
1.3 Анализ теории и практики оперативного планирования горных работ 22
1.4 Цель работы, задачи исследований и методы их решения 25
2. Исследование изменчивости качественных показателей руды месторождения «Летнее» и ее влияние на процессы обогащения 29
2.1 Горно-геологическая характеристика объекта исследования 29
2.2 Исследование характеристик пространственной изменчивости качественных показателей руды месторождения 40
2.3 Определение амплитудно-частотных характеристик рудопотока на обогатительной фабрике 50
2.4 Исследование степени влияния колеблемости качества на показатели переработки руд 59
2.5 Оценка влияния колебания сменной производительности на изменчивость качественных показателей рудопотока из карьера 63
3. Исследование и разработка математических моделей и критериев оперативного планирования горных работ 67
3.1 Обоснование структуры и задач оперативного планирования горных работ с учетом количественных характеристик изменчивости качества внутрикарьерных рудопотоков 67
3.2 Исследование и разработка технологического критерия стабилизирующего качественные показатели руды при оперативном планировании 77
3.3 Математические модели оптимизации оперативного планирования горных работ при стабилизации качественных показателей руд 85
3.4 Определение контуров оптимальной отработки при оперативном планировании на базе интерполяционной регулярной сети 89
3.5 Выбор математических моделей месторождения и карьера 92
4. Основные направления повышения эффективности качественных показателей предприятия 96
4.1 Общая постановка решения задач оперативного планирования горных работ в условиях Гайского ГОКа 96
4.1.1 Основные требования к построению системы оперативного планирования 96
4.1.2 Разработка концептуальной модели оперативного планирования горных работ для условий Гайского ГОКа 97
4.2 Разработка алгоритмов решения задач оперативного планирования 102
4.2.1 Разработка алгоритмов локальных задач оперативного планирования с учетом разработанной концепции и предъявляемых требований 102
4.3 Разработка методики и алгоритмов задачи выбора оптимальных направлений отработки экскаваторных блоков 108
4.4 Описание процедур использования выходной информации 111
4.4.1 Описание входной информации 113
4.5 Расчет экономической эффективности результатов исследований 115
Заключение 118
Список использованной литературы 121
- Анализ опыта работ по управлению стабилизацией качеством руд
- Определение амплитудно-частотных характеристик рудопотока на обогатительной фабрике
- Определение контуров оптимальной отработки при оперативном планировании на базе интерполяционной регулярной сети
- Разработка методики и алгоритмов задачи выбора оптимальных направлений отработки экскаваторных блоков
Анализ опыта работ по управлению стабилизацией качеством руд
Определяющим началом обеспечения постоянства качественного состава рудной массы, подаваемой на обогатительную фабрику является внутрикарьерное усреднение. Научные основы усреднения качества руды в настоящее время разработаны наиболее полно, они освещены в работах ученых В.В. Ржевского, В.М. Гудкова, М.В. Соловьевой, Л.А. Белашова, Ю.Н. Захарова, Ю.Д. Красникова, В.И. Емельянова, Г.А. Каткова, А.С. Буслова, Ю.Н. Васильева, Н.Л. Вяткина, П.П. Бастана, В.Ф. Вызова, А.Д. Прудовского, Г.Г. Ломоносова, Н.И. Горлова, В.Н. Коробко и многих других.
В [2] рассмотрены статистические и динамические характеристики показателей качества руд в недрах и рудных потоках. Описаны методы и средства получения информации о качестве руды, охарактеризовано смешивание руд при отбойке их от массива, экскавации и погрузочно-транспортных работах. Даны конкретные примеры стабилизации качества руды на горнодобывающих предприятиях.
В [3] автором рассмотрен вопрос о качестве полезных ископаемых. Показаны возможности, методы и средства управления процессом формирования качества полезных ископаемых на открытых горных разработках. Приведен аналитический алгоритм решения задачи сменного планирования горных работ в режиме усреднения по двум компонентам, большой интерес представляет графический метод решения задач текущего и оперативного планирования в режиме стабилизации качества полезного ископаемого, метод позволяет установить оптимальную стратегию управления объемами добычи руд из разных забоев.
В работе [7] рассмотрена алгоритмическая структура программного обеспечения для имитационного моделирования системы рудопотоков и вариантов ведения горных работ, разработанная на основе типового подхода к проектированию автоматизированных систем управления горнорудными, предприятиями цветной металлургии.
Авторы работы [4] приводят методы прогноза однородности качественного состава добываемого полезного ископаемого на стадии перспективного и оперативного планирования. Прогнозные оценки построены применительно к установленному характеру размещения признаков, учитывают достоверность исходной информации, расположение и число забоев, уровень организации горных работ. На конкретных примерах показано обоснование критерия усреднения, при выборе которого учитывают технологические показатели обогащения (качественные и текстурно-структурные) свойства, предложены математические модели усреднения, блок-схемы алгоритмов и программы решения на персональном компьютере (ПК), облегчающие использование предложенных методов.
В [6] автором Табакманом И.Б., приведена математическая модель задачи оперативного планирования горных работ в режиме усреднения, обоснован приближенный метод решения задачи рудоусреднения, пригодный для реализации на персональном компьютере.
В [8] рассмотрены вопросы оценки колеблемости качества руд при отработке экскаваторных блоков. Предложены технологические схемы и методика оптимизации усреднительных комплексов и систем, а также конструктивные решения по усовершенствованию усреднительных сооружений. Рассмотрен подход к оценке качества руды, учитывающий фактор времени и частотный состав показателей изменчивости. На их основе разработаны и приведены амплитудно-частотные характеристики усреднительных комплексов и систем, описывающие их стабилизирующие свойства. Окончательным и важным этапом планирования горных работ является оперативное планирование, в результате которого определяется план работы технологического оборудования на неделю, сутки, смену. Оперативное планирование горных работ в режиме усреднения осуществляется, в основном, путем регулирования производительности добычных забоев, модели оперативного планирования могут отличаться различным числом учитываемых факторов - технических, технологических, геологических показателей работы карьера.
В работах ряда авторов под руководством А.Д. Прудовского проанализировано место оперативного планирования в системе управления карьером [17, 18, 19]. Сформулированы математические модели задач с различным ограничениями (на требуемый объем добычи, на число работающих экскаваторов, на загрузку экскаваторов). Разработаны методы их решения. Решение задач оперативного планирования предлагается осуществлять с одновременными выбором оптимального направления отработки каждого экскаваторного блока. Оптимальное направление выбирают по минимуму дисперсии точечных значении содержания железа по скважинам при переборе продольных, поперечных и комбинированных заходок. Разработанный метод решения задач не учитывает последействие одного планового интервала на последующие.
В [59] подчеркивается, что эффективность стабилизации качества на любом интервале планирования зависит от соблюдения пропорциональности долевого участия в общем потоке каждого выделенного типа руд с различным значением контролируемых показателей.
Это достигается за счет решения 3-х основных задач:
- выбор порядка отработки блока;
- определение нагрузки на каждый участок;
- определение пункта перегрузки руды из каждого забоя. Решение этих вопросов предлагается производить с учетом опыта и интуиции человека, которые возможно частично или полностью реализовать при помощи персонального компьютера.
В работе [60] предложена методика прогнозирования качественных характеристик руд в развале пород после взрыва, так как планирование целиком не отражает реального положения и показателей качества запланированных к выемке объемов руды.
В работе [61] автор предлагает проблему усреднения рассматривать как комплексную на всех стадиях управления карьером. Основное внимание уделено оптимизации недельно-суточных графиков (НСГ) добычи и усреднения руд. Требования к усреднению по нескольким компонентам входят в систему ограничений. Качество руды в недельных объемах добычи каждого экскаватора считают постоянным. Метод решения задач оперативного планирования направлен на определение объемов в зависимости от качества руды в конкретном забое без указания их местоположения.
Таким образом, в результате анализа литературных источников существующих методов стабилизации качества руд можно отметить следующее, исследования изменчивости качественных характеристик рудопотоков и рудных тел месторождений используются в последующем по двум направлениям:
- оптимизация и (или) выбор параметров усреднительных систем и сооружений;
- оперативное планирование горных работ.
Определение амплитудно-частотных характеристик рудопотока на обогатительной фабрике
В предыдущем разделе установлены характер и количественные характеристики качества руды в недрах карьера, а также предложен экспресс-метод ее оценки в конкретных блоках. Использование полученных результатов позволяет выбирать направление отработки блоков вдоль линий наименьшей изменчивости качественных показателей руды, таким образом можно увеличить стабильность качества руды из-за некоторой компенсации размещения ее в недрах. Однако, кроме внутриблочной изменчивости существует и между блочная. Кроме того, существует вклад в изменчивость качества руды который привносится организацией работ в карьере и множеством случайных факторов, связанных с работой горно-транспортного оборудования. И если природные и организационные факторы можно измерить и учесть в той или иной мере, то случайные факторы всегда играют отрицательную роль в формировании и стабилизации качества рудопотоков.
В этой связи, следующей встает задача исследования изменчивости качества руд на обогатительной фабрике, где проявляется результирующее влияние неравномерности размещения полезных ископаемых в недрах, стохастического характера горных работ в карьере, на дробильной и обогатительной фабриках. Причем, исследования выполним с привлечением методов спектрального анализа временных рядов показателей работы фабрики и карьера.
Предварительно изучим характер колеблемости качества руды, перерабатываемой на обогатительной фабрике Гайского ГОКа. Для анализа использовались среднесменные значения содержания общей меди и объемы переработки руды перед обогащением в течение трех месяцев. Среднее за месяц содержание общей меди составляет 0,82%, среднее квадратическое отклонение 0,12. Максимальный разброс содержаний находится в диапозоне 0,61 - 1,07%. Допустимые отклонения составляют +10% и находятся в диапозоне 0,74 - 0,90%. В течение 90 смен месяца в 34 из них наблюдался выход за допустимые пределы Сиобщ., причем, в 22 сменах отклонения были в меньшую сторону, что привели к прямым экономическим потерям предприятия.
Был исследован временной ряд объемов руды, поступающей на переработку в течение месяца. Среднее значение сменного объема равно 17 тыс. т. Основная доля отклонений наблюдалась в меньшую сторону и составила 15 смен, в результате чего имело место невыполнения месячного плана.
Задача стабилизации качества руды является очень сложной и имеет много аспектов. Это обусловлено с одной стороны сложной геологической структурой месторождения. С другой стороны, процесс формирования качества рудопотока из карьера зависит от совместного влияния множества факторов, которые сложны для анализа. Вообще, процесс формирования качества рудопотока из карьера связан со многими сторонами деятельности рудника. В частности нехватка производственных мощностей на карьере препятствует перераспределению нагрузок на добычные забои в соответствии с требованием стабилизации качества руды.
Перераспределение нагрузок может привести к уменьшенной нагрузке на отдельные забои и может стать причиной невыполнения плана. Выбор показателей определяющих свойства рудопотока на разных этапах его формирования являются очень важными для оценки возможностей стабилизации качества руды, поэтому необходимо выделить устранимую и неустранимую составляющие колеблемости качества руд. Для нахождения тенденций изменения и связей между качественными показателями разных смен использованы автокорреляционная и структурная функции. Такой анализ позволяет выявить наличие детерминированной части в колеблемости и оценить ее уровень по сравнению с чисто случайной колеблемостью (белый шум). Детерминированную колеблемость можно прогнозировать потому, что она определяется устойчивой связью, а прогнозирование является важным условием эффективности управления. Кроме того, такой прогноз при управлении должен обеспечивать настройку на характер колеблемости, из этого видно, что в принципе детерминированная часть колеблемости может быть устранена при оперативном планировании и управлении, если имеются для этого резервные мощности по добыче и транспортировке руды. Случайную же часть колеблемости необходимо учитывать при выборе параметров технологической схемы переработки руды.
Автокорреляционные и структурные функции вычислялись по выражениям (2.2) и (2.1), но в качестве наблюдаемых принимались среднесменные содержания меди перед обогащением. В практике часто используют нормированную от -1 до +1 автокорреляционную функцию, вычисляемую по выражению
При односменном сдвиге примерно 58% дисперсии содержания меди в руде обусловлено закономерными изменениями, поэтому в данном случае при управлении качеством поправка на ее влияние будет весьма существенной. Однако при семисменном сдвиге наблюдается практическое отсутствие доли закономерной составляющей. Это показывает, что при менее семисменном интервалах управления (менее семи смен) можно добиться устранения закономерной составляющей колеблемости содержания меди в руде подаваемых на обогатительную фабрику.
Для оценки характера колеблемости введем показатель выдерженности колеблемости
Во многих областях науки и техники перед исследователем возникает задача, на основе данных полученных на конечном интервале (в непрерывной или дискретной форме), обнаружения колебаний на фоне случайных помех. К настоящему времени разработано большое количество методов выявления скрытых периодичностей, в которых используются различного вида преобразования исходного ряда наблюдения, позволяющие усилить в преобразованном ряде роль периодической составляющей. Наиболее приемлемым из них является метод, основанный на оценке спектральной плотности Sx(co) получаемой в результате разложения в ряд Фурье корреляционной функции Kx(t).
Определение контуров оптимальной отработки при оперативном планировании на базе интерполяционной регулярной сети
При решения задачи оперативного планирования методом линейного программирования контур отработки намечается заранее, оптимизация осуществляется только по объемным и качественным показателем без привязки их к конкретному положению в пространстве. Поэтому после оптимизации возникает необходимость уточнить контур отработки.
Предложенные в [58] методы уточнения путем "прирезок" постоянной ширины не отражают геологическую структуру блока в пространстве, когда одна из границ оптимального контура заменяется прямой линией. Это не позволяет адекватно отражать геологические участки. Для учета распределения рудного тела по площади блока предлагается использовать известный в геологии метод сеток, представляющий собой более усложненный вариант метода обратных расстояний. Контур отработки покрывается правильной регулярной сеткой, для каждого узла сетки, попавшего во внутреннюю часть контура отработки, определяются интерполированные значения показателя по данным опробования ближайших скважин, точность определения контура определяется размером сети и способом интерполирования. С уменьшением размеров сети точность повышается, но увеличивается количество информации.
Интерполирование в узлах сети может осуществляться методом наименьших квадратов, простых средних, взвешенных средних, прямолинейной интерполяции и статистически оптимальной интерполяции. При интерполяции методом средних значений показателя в узле определяется как средневзвешенное:
Для расчета применяется значение а=2. В этой связи значения в узлах сети рассчитываются методом обратных квадратических расстояний. Контур отработки можно представить как совокупность элементарных блоков. Каждому элементарному блоку присваивается значение качества, вычисленное методом обратных квадратических расстояний в узлах сети. Объем отработки слагается из объемов элементарных блоков. Поэтому необходимый объем разработки оптимальных контуров и форма самих контуров уточняется с помощью алгоритма "обратного набора". Это означает, что набирая автоматически с помощью компьютера объемы элементарных блоков полосами с линии фронта горных работ можно формировать необходимое количество металла и объем разработки в заданном контуре. Линия последней полосы является уточненным пределом данного контура. На рис. 3.4 а) показано определение значения качества в элементарном блоке с помощью метода обратных квадратических расстояний. На рис. 3.4 б) показан АВ - отрезок начального положения фронта горных работ, относящийся к контуру отработки; CD - конечное положения контура отработки, определяемое в результате расчета с помощью математической модели описанной в разделе 3.3. KMNL - уточненное конечное положение контура отработки, полученное в результате решения обратной задачи.
Использование в процессе оптимизации геолого-маркшейдерских данных требует ввода значительного количества информации. В то же время известны [58] системы автоматизированного ведения гео лого-маркшейдерский информации. Поиск путей использования существующих систем информационного обеспечения при оперативном планировании горных работ излагается в следующем разделе.
Разработка методики и алгоритмов задачи выбора оптимальных направлений отработки экскаваторных блоков
Наиболее широкое применение для оценки пространственной изменчивости получили методы автокорреляционной и структурной функции. Однако в реальной практике их использования требует значительные затраты труда и времени на расчеты и построение графиков функции и индикатрисы. В связи с этим возникла необходимость в автоматизации этих расчетов и создании задачи "Расчет изменчивости качественных показателей недельного контура отработки". Это задача предназначена для расчетов и построения графиков индикатрисы с целью выявления пространственных закономерностей и оценки изменчивости свойств качественных показателей руды в залежи. Её применение позволяет выбирать оптимальные направления отработки экскаваторных блоков, обеспечивающие снижения колеблемости качественных показателей рудопотока из карьера.
Методика построения графиков индикатрисы заключается в следующем:
- выбор взрывных скважин из базы данных в прямоугольном контуре вокруг профильной линии и определении ряда чисел, используемых в дальнейшем для вычисления показателя качества с помощью метода обратных расстояний. Средние содержания меди общей, окисленной в точке на профильной линии определяется формулой: где Г{- расстояние от ближайших к точке скважин; N- число ближайших скважин; m - показатель степени, для месторождения «Летнее» установлен т=2 (рис. 4.5);
- построение автокорреляционной функции вдоль профиля;
- построение индикатрисы и определение оптимального направления отработки экскаваторного блока.
Индикатриса строится следующим образом - окружность с центром в заданной точке разбивается на восемь секторов. В каждом секторе с интервалом пять градусов строится профильная линия и вдоль этой линий определяется критический радиус изменчивости с помощью графика автокорреляционной функции, затем в каждом секторе усредняется 9 критических радиусов и раскрашивается часть сектора с вычисленным средним радиусом.
Изложенная постановка задачи построения индикатрисы реализуется разработанным алгоритмом, блок - схема которого приведена на рис. 4.6.
Работа алгоритма заключается в следующем:
Блок 1. Ввод исходных данных, (номер экскаватора, (х0, уо) координаты нахождения экскаватора, радиус экскаваторного блока (г)).
Блок 2. Обращение в ЦММ и извлечение данных взрывных скважин в контуре диагональные точки которого {(х-2г, у-2г), (х+2г, у+2г)}.
Блок 3. Отображение выбранных скважин на экране дисплея.
Блок 4. Если необходимо, передвижение начального положения экскаватора с координатами (х, у) при помощи "мыши".
Блок 5. Построение индикатрисы вокруг точки (х, у).
Блок 6. После визуального просмотра если необходимо изменить начальное положение экскаватора перейти к блоку 3. В противном случае переход к блоку 7.
Блок 7. Если необходимо просмотреть новый экскаваторный блок то переход к блоку 1, иначе переход к блоку 8 для печати результата решения.
Блок 8. Печать результата решения задачи.
