Введение к работе
Актуальность темы. I) общем балансе используемых первичных природных ресурсов мира более 90 % приходится на долю минерального сырья. В современных условиях формирование потребностей в минеральном сырье уже претерпело некоторые изменения и в дальнейшем отій будут определяться принципами разумной достаточности, минимизации экономических издержек и все возрастающими экологическими требованиями к горному производству.
Исходя из того, что запасы полезного ископаемого не безгр. ничны, а стоимость их извлечения из недр постоянно увеличивается, главной направленностью горного производства становиться удовлетворение поірсбнос-іей в минеральном сырье за счет более рационального полного использования добываемых полезных ископаемых на освоенных месторождениях.
В этой связи актуальными являются вопросы совершенствования технологий освоения месторождений на базе техіїического перевооружения предприятия. Представляется что наиболее реальным в настоящее время решением проблемы реконструкции, технологических схем ведения добычных работ па действующих предприятиях является внедрение в них новых промежуточных технологических звеньев, позволяющих уже па стадии добычи минерального сырья концентрировать в рудной массе полезный компонент и, гем самым, существенно снизить затраты на его переработку.
ОАО "Комбинат"Магнезит'' занимает совершенно исключительное положение в промышлсшю-металлургическом комплексе России и стран СНГ, являясь единственным предприятием, добывающим и перерабатывающим природный кристаллический магнезит и обеспечивающий около SO % потребности промышленности в магнезиальных огнеупорах. Уникальность предприятия и эксплуатируемых им месторождений привели к интенсивной оіработке запасов и истощению его собственной сырьевой баял.
Анализ показателей добычных работ на карьерах Горного управления- позволяет констатировать снижение уровня количественных н качественных потерь, что и определило пути повышения эффективности лобы-"И матнешта и всего і орного передела в целом. Динамика-'изменения качества рулы от его исходного состояния в недрах до тепловых .л рентой обжиювых цехов позволяет сделать следующие выводы:
д.1'я месторождений матнезита характерно ярко выражешпя дифференциация в лробимости руды (магнелгг - вязкий, трулнов'рываемий; и вмещающих ее пород ;
прослеживается прямая зависимость качества рулной массы от <-; і рат.'ючеіричеекоіо состава.
- укахінтя зависимость приводит к низкой эффективное і и применения
[радиннонных схем усреднения руды на перегрузочных складах из-за
се сегрегации.
Исковой опыт горных работ па ОЛО "Комбинат "Магнезит" показывает, чю для . выполнения требований технических условий (ТУ) поіребиіеля к качеству сырья необходим комплексный подход к решению технических задач. Оптимизация трудовых и маїериальш.іх затрат, направленных на решение этой задачи, составляет основу для разработки новых путей ей решения. Вместе с тем, опыт показывает, что в условиях карьера использование эффекта сегрегации руд по крупности для повышения эффективности рудоиодгоговителыюго комплекса является одним из иерсгіекгивиьіх направлений.
Эффект сегрсіации в горном деле в основном рассматривался при форми|ювании высоких отвалов пустых пород. Іліо влияние па качестве) руд практически не исследовано, что и определяет' научную актуальное і ь поставленной проблемы.
Таким образом, обьсктом исследовании, является рудоподкь товнтельный комплес на карьерах ОЛО "Комбинат Магнезит", а общие закономерности сегрсіации и трансформации качественных характеристик магнезитового сырья, управляющие воздействия на сырье для обеспечения требований технических условий потребителя составляют предмет настоящих исследований.
Цель работы - повышение эффективности рудоподготовшедьиых операций в карьере на основе использования закономерностей сеірсіацин крупнокусковой магнезитовой массы при формировании рудных штабелей
Идея исследовании состоит в использовании эффекта сегрсіации но крупности кускового минерального сырья и завиеимоеіи качественных характеристик рудной массы от её гранулометрического состава для разработки технологических схем рудоиодготовки в условиях карьера.
В работе поставлены следующие задачи :
исс сновать закономерноеm формирования внутренней структуры штабелей при их отсыпке;
оценит ь влияние исходного ірансостава рудной массы на проявление эфректа сегрегации;
исследован, зависимость качества магнештовой массы от се гранулометрическою состава;
определить область эффективного использования уста і. пленных закономерностей сеіреїлции но крупности в технологии рудонодіоіокки маїнсзиюнмх масс;
- дли. ісомсірическую интерпретацию закономерностям иімеиения
качественных характеристик при оіемпке рудных ниабелсп
5 По результатам выполненных исследований на защиту выдвигаются следующие научные положения :
при формировании штабелей кусковым рудным материалом отмечается закономерность: отсыпка производится наклонными слоями, а распределение масс по крупности формирует слои, параллельные основанию штабеля;
вертикальная зональность в распределении кускового материала внутри штабеля определяет геометрические закономерности изменения качественных показателей рудной массы при наличии их зависимости от её гранулометрического состава;
контрастность разделения кускового материала по крупности при отсыпке его на плоскость естественного угла откоса прямо зависит от гранулометрического состава и отношения высоты штабеля к размерам максимального куска отсыпаемого материала.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались анализ и обобщение теоретических разработок, корреляционный анализ, имитационное и математическое моделирование, лабораторный и промышленный эксперимент, технико-экономическое сравнение вариантов, пакет программ PC IBM.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается результатами теоретических исследований, массовой обработкой статистических данных (представленные материалы обобщают более 18 тыс. результатов лабораторного опробования) с учётом большого числа определяющих факторов и отражением этих данных в математических моделях, проведением в необходимых объемах целенаправленных лабораторных и промышленных испытаний, удовлетворительной сходимостью их результатов с фактическими показателями добычных работ, внедрением разработанных предложений на карьерах Саткинской группы месторождений магнезита.
Научная новизна результатов исследований состоит в том, что:
установлена неадекватность оценок контрастносги разделения кускового материала по крупности под влиянием эффекта сегрегации на открытой поверхности откоса штабеля и внутри его тела;
установлена общая геометрическая закономерность формирования внутренней структуры штабеля кускового материала при его отсыпке в штабель: разделение материала по крупности происходит параллельно основанию штабеля независимо от угла его наклона;
количественно определено влияние эффекта сегрегации на трансформацию качества складируемых рудных масс, имеющих зависимость вещественного состава от их гранулометрического состава;
установлено, что за счёт неоднородное і и ірапудометрическої о состава складируемой рудной массы её илошосп, nmipii штабеля днф-
ференцирована, что создаёт условия для образования "карстовых" зон;
- установлено, что отсыпка штабелей "тонкими" слоями во всех
случаях предпочтительнее, чем отсыпка "толстыми" слоями, т.к. в этом
случае достигается большая плотность укладки материала, что снижает
"закарстованность" внутренней структуры отвального тела и обеспечивает
устойчивую зональность распределения масс в нём.
Практическое значение исследований состоит:
в разработке технологических решений по организации добычных работ в режиме целевой рудоподготовки, учитывающих зависимость качества магнезитовых масс от их гранулометрического состава, и разработке на этой основе методики отработки рудных штабелей, обеспечивающей повышение выхода высококачественных руд и стабилизацию качества сырья перед обогащением и обжигом;
в разработке конструкции сортировочно-перегрузочного склада и грохотильно-перегрузочных пунктов, обеспечивающих повышение выхода высококачественных руд;
в разработке критериев рудоподготовки минерального сырья на перегрузочных складах карьеров;
в разработке методики описания геологического строения специальных отвалов бедных руд на основе анализа добычных работ прошлых периодов с применением пакета программ PC ШМ;
в получении новых научных результатов по сегрегации рудных масс и использовании полученных данных при расчете устойчивости отвалов.
Реализация работы. Результаты исследований положены в основу рекомендаций и технологических решений по формированию качества добываемой руды на карьерах ОАО "Комбинат "Магнезит". На основании результатов теоретических исследований усовершенствована технологическая схема рудоподготовки магнезитового сырья и внедрены сортировочно-перегрузочные склады и грохотильно-перегрузочные пункты. Рекомендации автора использованы ИГД УрО РАН и проектной организацией "Уралгипроруда" при разработке технических систем рудоподготовки магнезитовых масс, обосновании эффективности технических решений по обеспечению повышенных требований к качеству руды и разработке технических условий (ТУ).
Личный вклад автора состоит:
в постановке задач, организации и проведении промышленных экспериментов;
в разработке технологических решений ведения горных работ и конструкций грохотильно-перегрузочных пунктов;
в установлении основных закономерностей сегрегации рудного материала при отсыпке штабелей;
7 - в обосновании концепции добычных работ в режиме целевой рудоподготовки.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях, докладывались на межгосударственных научно-технических конференциях "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала" (Магнитогорск, 1995 г.) и "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996 г.), 2-ом международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд" (Санкт-Петербург, 1996 г.), научно-технической конференции "Компьютерные технологии в горном деле" (Екатеринбург, 1996 г.), международной конференции "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами (Мельниковские чтения)" (Челябинск, 1996 г.), 4-ом международном симпозиуме "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" (Белгород, 1997 г.), на совещаниях в институтах ИГД УрО РАН, Уралгипроруда, ВИОГЕМ, Магнитогорской горно-металлургической академии, а также на технических совещаниях ОАО "Комбинат "Магнезит" и АО "Бакальское рудоуправление".
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 16 работах.
За последние годы произошли существенные изменения в состоянии сырьевой базы большинства горнодобывающих предприятий страны, а развитие рыночных отношений определило принципиально иной подход к формированию потребительской стоимости минерального сырья. Новый взгляд на решение проблем горного производства достаточно ярко выразил д.т.н. Чернегов Ю.А. : "Несмотря на внешнюю схожесть технологий ... эффективность разработки полезных ископаемых ... обеспечивается именно благодаря отличительным признакам, индивидуальным особенностям технологических процессов, порядка и режима их выполнения". Таким образом, объединение процесса добычи минерального сырья и его первичного передела на основе использования в рудоподготовке индивидуальных особенностей месторождений полезных ископаемых позволяет рассматривать процесс формирования качества руды на этой базе как наиболее целесообразный в настоящее время.
Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н. А.В.Гальянову (научному руководителю), к.т.н. Ю.В.Лаптеву за творческое сотрудничество, а также главному геологу Горного управления ОАО "Комбинат "Магнезит" А.И.Владимирову и его заместителю А.А.Корчипшу за помощь и участие в реализации научных результатов.