Введение к работе
Актуальность прсодагш. Многоцелевой характер комплексного освоения недр неразрывно связан с проблемой обеспечения перерабатывающих производств сырьем строго заданного качества. Эта задача относится к той группе проблем горного предприятия, которые сопровождают его на протяжении всего срока производственной деятельности и которые с развиткэм горных работ лишь услокняются в своем решении. Понятие "качество" включает в себя все разнообразие требований "технических условий", которые предъявляются к сырью, В проблеме качества товарной продукции концентрируются интересы потребителя и поставщика, здесь находят компромиссные решения между требованиями рынка и возможностями их выполнения, между законами интенсивного ведения горных работ и рациональной отработкой месторождений, социальными и экологическими последствиями. Стратегию вскрышных, горноподготовительных, а вместе с этим, и всего комплекса горных работ определяет уровень прибыли от реализации товарной продукции. Несмотря на значительное сокращение добычи минерального сырья, характерное для последних пяти лет, вариация содержаний полезных кошонентов в добытой руде по-презшему остается значительной и не соответствует требованиям технических условий потребителя. Это сохраняет актуальность вопроса по обеспечению обогатительных фабрик стабильным качеством в руде. Экспертная оценка показывает, что сегодя горные предприятия располагают резервам! для увеличения прибыли на 25-35% за счет повышения качества товарной продукции и снижения рекламаций потребителя. Перспективними направлениями совершенствования технологических схем рудоподготовки на карьерах следует считать внедрение рудо-контрольных станцій (PKG) и грохотилько-перегрузочшх пунктов (ГПП).
Современное предприятие горно-металлургического комплекса представляет сооой слоккоструктурную систему, в основе которой реализуются принципы поточности, последовательности, многофункциональности, автономности, индивидуальности, технико-экономической целесообразности. Это позволяет рассматривать его как сложную динамическую систему, преобразующую природные характеристики и свойства минерального сырья в общественно необходимые, обладающие потребительской стоимостью, продукты. Совокупность способов, средств и комплекса взаимосвязанных последовательных операций такого преобразования и составляют основу технологии формирования
качества руды при добыче и первичной переработке, в этой последовательности первым и определяющим этапом является горнодобывающий комплекс, который одновременно является наиболее энергоемким и затратным процессом. Оптимизация материальных и трудовых затрат, повышение степеші извлечения полезного ископаемого из кедр, и как следствие этого, обеспечение устойчивой рентабельности горного производства возможно лишь на базе глубокой теоретической проработки взаимосвязей между элементами технологического комплекса. Разработка теоретического алгоритма на единой математической идее, описание закономерностей изменения качественных характеристик минерального сырья от недр ,цО аоварнол прс^т.иглл являются актуальной научной задачей.
Таким образом, технология формирования качества руда выступает объеичоа исследования, а общие закономерности и специфические особенности этого процесса составляют предает научного исследования ..
Цель работы - исследование общих принципов формирования качества руды в транспортных потоках горного предприятия для повышения степени извлечения полезного ископаемого из недр и обеспечения устойчивой стабильности качества сырья при добыче и общей рентабельности горного производства.
Идея исслэдозанхй состоит в использовании ігрігнципа поточности динамических систем и применении методов геометризации процессов для установления и описания взаимосвязей между элементами производственных структур.
В работе поставлены следующие хтзчазые задачи теории управления качеством сырья:
исследовать общие принципы формирования рудных потоков на горных предприятиях для совершенствования расчетных методов оценки качества минерального сырья в системе "рудник-фабрика";
исследовать зависимость геометрических характеристик динамических рядов с параметрам,! случайных функций и на этой основе разработать метод конструирования рудных потеков по заданным вероятностным характеристикам;
исследовать технологическую функцию карьерных складов с теоретических позиций динамических систем для оценки внутренних резервов горного предприятия при подготовке сырья к переработке;
исследовать процесс перемешивания дробленого рудного материала для получения достоверных эмпирических данных о закономерное-
тях массообмена, приводящих н однородности смеси;
- оценить степень воздействия факторов, определяющих стабиль
ность показателей яри формировании рудных потоков.
По результатам выполненных исследований сформулированы следующие паучкыа псяоаеквя:
- теоретической концепцией технологии формирования качества
рудії при добыто слуїл-т? прикцип поточности горного производства,
который реализуется в трарспортной схеме карьера путем объедине
ния потоков технологического транспорта в пунктах перегрузка и
конвейерных магистралей в схеме цеш аппаратов дробилъно-
сортирозочного комплекса;
сощее решение задали по сценке эффективности различию: схем формирования качества в рудных потоках досиїгвотся представлением дифференциала потока по времени в форме вектора (применение оператора Гамильтона), учитывающего влияние зариашга показателя качества руды, нагрузки и их ковзриващш;
параметры случайной функции контролируемого показателя качества в рудном потоке зависят от среднего полупериода колебашгй этого показателя, что позволяет конструировать лоток, по заданные вероятностным характеристикам;
при смешивании разнокачественных сыпучих материалов существует предел однородности смеси, который определяется параметрами зоны эффективного смешивания, количеством ссвориенной работы и свойством пластичности (вязкости) смеси, которая зависит от фракционного состава.; влажности, плотности материала и действия электростатических сил. Математической моделью смесительных устройств служит уравнение динамической системы третьего порядка;
схема цепи аппаратов дробильяо-оортироБочного комплекса обладает аффектом погашения амплитуды колебаний качественных показателей добываемого и перерабатываемого минерального сырья.
Метода иеоледо'швгй, При решении поставленных задач в работе яироко иопалкзоваяы методы научного познания, теоретическое обобщение современных знаний и представлении о процессе формирования качества минерального сырья на горных предприятиях, теоретические исследования моделей динамических систем, лабораторные испытания и промышленные эксперименты по формированию качества рудії на карьерных складах и бункерах обогатительных фабрик, технико-зкс-асмический анализ,
Дсотовериость заутенх пояозз'зіЙі гжзодоз я рої'.смздцз^йі
обосновывается результатами теоретических исследований, массовой обработкой статистических данных (представленные материалы обобщают около I млн. статистических единиц информации), проведением целенаправленных лабораторных и ггромшленных испытаний к экспериментов, результатами внедрения разработок на горных предприятиях ("Печенганикель", Сорокин, Костомукшский, Коршуновский, Дисаковс-кий, Соколовско-Сарбайский, Донской ГОКи, Бакальское РУ, АО "Комбинат Магнезит" и др.)
Наутазк кошена исследований.
-
Разработаны принципы формирования рудных потоков, которые реализуются в транспортных магистралях рудника и дробильно-сортировочного комплекса, в форме двух принципиально различных схем: объединение потоков дискретных событий (принцип "организации очереди") и непрерывных (принцип "слияния ручьев").
-
Разработан алгоритм математических действий с векторными и скалярными характеристиками рудных потоков, который позволяет, производить инженерные расчеты по оценке стабилизирующего эффекта динамических систем. Показано принципиальное отличие действий над потоками как физическими обьентами, от аналитических операций с числовыми характеристиками потоков.
-
Установлена связь геометрических характеристик динамического ряда с параметрами его корреляционной функции, что позволяет конструировать рудные потоїм по заданным вероятностным характеристикам .
-
Исследован оператор динамической системы третьего порядка, что позво.пило установить: область возможного применения модели идеального математического смесителя, наличие в физических смесителях зон наибольшего погашения спектра дисперсии тл возможность генерирования собственной частота реальными смесителями.
-
Предложена математическая модель для описания зависимости показателей" обогащения от качества исходного сырья и стабильности технологических факторов. Показано несоответствие методов контроля качества руды физическим принщжам управления процессом обогащения: контроль осуществляется по химсоставу сырья, а процесс обогащения реализует физические принципы разделения породы и минерала. Химический состав сырья и его физические характеристики, как правилоs выступают независимыми показателями.
6. Установлено, что сыпучие материалы обладают эффектом
пластичности (вязкости), что исключает реальную возможность полу-
чэяия гомогенной смеси даже при активном перемешивании. Определяющими факторами являются грансостав, плотность, влажность, количество совершенной работы по перемешиванию, действие электростатических сил.
7. Разработана методика геометрической корреляции поверхностей, предназначенная для оценки достоверности построения горно-геометрических, графиков методом изолиний.
3. Разработана методика оценки вероятностные; характеристик качественных показателей руда при объединении потоков в форме нового класса функции распределения, сохраняющих постоянство среднего значения показателя.
Практическое значение исследований состоит:
в разработке методики оценки стабилизирующего эффекта технологических схем формирования качества минерального сырья при добыче, складировании, перемешивании в смесительных устройствах, использование которой обеспечивает высокую эффективность принимаемых технологических решений;
в разработке принципов формирования рудных потоков, позволяющих конструировать их динамику по заданным вероятностным характеристикам и оптимизировать трудовые и материальные затрата при получении высококачественной товарной продукции;
в получении новых научных результатов в теории управления качеством минерального сырья.
Рез.<шззіря работа. Основные результаты теоретических исследований положены в основу рекомендаций и технологических решений по формированию качества добываемой руды на горных пре.етриятнях ("Пенентаникбль", Сорсккй, Іїостомукиский, Корпуновский, Соколовс-ко-Сарбайскчй, Лйсаковский, Донской горно-обогатительные комбинаты, Бакальское РУ„ до "Комбинат Магнезит", Западно-Сибирский, Магнитогорский металлургические комбинаты и др.). Рекомендации автора использованы проектными организациями "Уралфударомпроект", "Мзхвиобр", "Гипроруда" при проектировании уередлительных систем на карьерах, обосновании эффективности технических решений по обеспечению повышенных требований к качеству руда и разработке самих технических условий.
Апробация рабсил. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях, докладывались на "17-ом Международном симпозиуме*' по применению ЭВМ и математических методов в горных отраслях промышленности" (Москва, IS60r.)
на Всесоюзном совещании "Рудоподготовка и ае эффективность" (Фрунзе, 1390 г.). на научно-технических конференциях по проблеме "Математическое моделирование производственных процессов" (Свердловск, IS7I, 1972 гг.), на совещаниях в проектных институтах Гип-роруда, Мэханоор, Уралмехаяоор, Уралгкпроруда, а также отраслевых институтах НИИКМА, ВИОГЕй, на технических совещаниях горных предприятий.
Дуб,!ЗЖцки. По теме диссертации опубликовано 74 работы,
Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 350 страницах машинописного текста, в том число содержит 66 рисунков, 51 таблицу, список использованных, источников из 176 наименований.