Введение к работе
Актуальность работы. Рациональное использование недр и
повышение эффективности горного производства базируется на комплексно" изи,течении полезных компонентов, утилизации вторичных минеральных ресурсов, а также на применении гибких технологии и высокопроизводительного оборудования. Основой рационального природопользования являются малоотходные технологические процессы добычи и переработки минерального сырья.
Современный период развития горного производства характеризуется вовлечением в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями и бедными труд ;;< к:Си)- а ; цмыми р\ дами, применением высокопронзводнтель-м >го ji",ного оборудования, что приводит не только к значн-с и,:,: mv ра г, боживаппю сырья і! высоким потерям (до 25 — :'~>п\) |!счпы\ і.:'\!і!!чіентов на всс\ стадиях добычи, рудопод-:'";):].:: н обогащения, по и ухудшению экологической обета :!:,!' н .: районах действующих предпрняііп'і. В этих условиях і.оміїлечеі.'і'е п ;з. іссппе полезных компонентов, повышение качества добываемых руд, снижение потерь при добыче и пе-псрабог;с, а также направленная утилизация отходов позволяют не только увеличить сырьевой потенциал, но и умень-нщтт, "птппппгенную ттлгрузку на окружающую среду.
Управление качеством руд при использовании малоотходны^ технологии добычи и переработки минерального сырья является важной проблемой, решение которой обеспечит комплексное освоение недр и создание экологически чистого гор по-обогатительного производства. Актуальность ее для цвет-юн и черной металлургии определяется особенностями сырьевой Пазы, большим разнообразием и сложностью горно-гео-логпчеекпх условии добычи, рудоподготовки п переработки поп высоких требованиях к опенке геолого-экологических последствии горно-обогатительного производства и к качеству добываемых руд и концентратов, получаемых при переработке.
Геолого-экологические аспекты управления качеством при использовании малоотходных технологий представляют самостоятельную первоочередную проблему, что связано с веду-
щей ролью геологических факторов в ресурсосбережении, комплексном извлечении полезных компонентов из руд и отходов, а также в предотвращении негативного влияния горно-обогатительного производства на окружающую среду.
Геолого-технологические вопросы обеспечения управления качеством добываемых руд нашли развитие в исследованиях М. И. Агошкоіва, Д. ;М. Бронникова, В. В. Ржевского, В. И. Ревнивцева, Е. И. Азбеля, Л. П. Бастана, Д. И. Боровского, М. В. Васильева, А. М. 'Гальперина, Ф. Г. Грачева, В. М. Гудкова, В. В. Ершова, В. Г. Зотеева, О. П. Иванова, В. Н. Изо-итко, Г. Г. Ломоносова, Н. Н. Медникова, В. Н. Попова, С. С. Резниченко, В. И. Стрельцова, В. С. Хохрякова и др.
При наличии эффективных решений шо геолого-маркшейдерскому 'И геотехнологическому обеспечению управления качеством руд и технологиями рудоподготовки и обогащения уровень разработанности геолого-экологичееких аспектов остается достаточно низким. Отсутствует общая концепция экологизации геологического обеспечения комплексной системы управления качеством при использовании малоотходных технологий, не определены основные направления исследований, позволяющие создать теоретические и практические основы геоэкологического обеспечения на базе современных методов изучения вещественного состава руд и соответственно эффективных математических методов обработки и графического представления геолого-минералогической информации.
Целью диссертационной работы является создание научных основ геолого-экологического обеспечения управления качеством руд при малоотходных технологиях разработки рудных месторождений для повышения полноты извлечения, комплексности использования полезных ископаемых и охраны окружающей среды.
Идея работы заключается в создании рациональной системы идентификации эколого-технологических свойств полезных ископаемых и отходов обогащения на основе построения гео-индикационной структуры месторождений и техногенных образований, характеризующей пространственно-качественную изменчивость генетически взаимосвязанных показателей вещественного состава минерального сырья.
Автором защищаются следующие научные положения:
1. Геолого-экологичеакое обеспечение управления качеством минерального сырья представляет собой систему эколого-техпологической диагностики и регламентации качества руд и отходов обогащения с установлением степени их экологич-ности по генетически взаимосвязанным показателям вещественного состава полезных ископаемых, оценки пространственной эколого-техноло'гической неоднородности месторождений
и техногенных образований с использованием в качестве таксономических параметров геоиндикаторов экологичности и
контрастности, а также формирования эколого-технологнче-скпх ситуаций трансформации качества по уровням рудопото-:<оп на основе комплекса стратифицированных моделей состояния качества и функций управления,
2. Геоиндиканионная система месторождений определяется
как множество прост ранет генію- тпфферепиировапных компо пшпй моделей на основе взаимосвязи системообразующих ге-тогнчс"\'тт\ параметров, харакіеризиошпх качество руд в со-оі і'.еісіі-'іін с изменением п\ соеіавн, свойств, а также ко.тиче-сі^иших соотношений между ними и обеспечивающих экологическую устойчивость процессов рудоподготовки и перера-oorv.. полез:"::: ископаемых. Cicucul экологичности и контрастности руд обусловлена состоянием кристаллохимических модификаций и типоморфных ассоциаций минералов в недрах, а также технологических комбинаций фракционно-минеральных агрегатов в продуктах обогащения.
3. Эколого-технологическая классификация минерального
сырья и картирование месторождений, а также техногенных
образований на основе геоиндикаторов экологичности, комп
лексной контрастности, технологичности и их 'взаимосвязей
і Г)(\'.; 'дг;;і!сі ус га нов теине оптимальных соотношении эко.то-': к", юлогн 'с. чн\ сортов при добыче п обогащении, распо ''асгне спіуагпй контрас;пости 1.1 я опенки целесообразпо-
'" н; опессов ! j л .'подготовки и прогнозирование обогатимо :: >>, ни с выдс ;енпсм іон оптііма тьных условий персработ- и ''.юываемого сырья. Эффективность гсо.того-экологическо-
о с'с.шочении \прншепия качеством руд достигается созда-ті'О'1 компьютерной технологии обработки геологической информации с псиол;, ювапием рациональной системы математических методов, дифференциацией их по уровням объектов и адаптируемостью к конкретным горно-геологическим усло-
4. Пространственно-качественная структура техногенных
образований, описывается аддитивными моделями изменчиво
сти показателей назначения и технологичности. Зональность
О'бу'-товле'-'з ппострапст,петп:о-"реме:п1ымц ситуациями оірн-
бо;, и приро 'ііь1', чесгорождеппп, а также особенностями фор-
м.ір'і,.;і'д;5і техногенныл массивов. Случайные отклонения со-
вря.т.снь' как с геологическими, так и техногенными факто
рами. Оіотіішха вариантом и направ тения использования от
ходив определяется в соответствии с составом показателей
назначения, технологичности, экологичности и сохраняемости
сырья, а также закономерностями пространственной локали
зации фракционно-минеральных агрегатов техногенных обра
зований.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
определены сущность и специфика геолого-экологического обеспечения управления качеством минерального сырья, разработана методика эколого-технологической диагностики и регламентации качества руд и отходов обогащения, .установлены параметры — геоиндикаторы экологичности и контрастности руд, построены математические модели состояния качества и функций управления;
разработаны состав и структура геоиндикационной системы месторождений и техногенных образований, определены зависимости степени экологичности и контрастности руд от состояния кристаллохимических -модификаций, типоморфных ассоциаций минералов и технологических комбинаций фрак цнонно-минеральных агрегатов в рудах и продуктах обогащения;
предложена эколого-технологическая классификация минерального сырья, разработана методика 'картирования месторождений и техногенных образований на основе геоиндикаторов экологичности, комплексной контрастности и технологичности;
установлена пространственно-качественная структура техногенных образований, определены методы оценки .возможных направлений использования отходов рудообогащения в соответствии с составом показателей назначения, технологичности, экологичности и сохраняемости сырья, а также закономерностями пространственной локализации фракционно-мине-рального состава сырья.
Методы исследований. В диссертации использованы следующие методы исследований, позволившие реализовать системный подход к рассмотрению проблемы:
методы теории множеств и теории матриц для описания качественных состояний объектов и процессов (месторождение, малоотходная технология, техногенное образование), процессов формирования рудопотоков и трансформации качества минерального сырья;
методы математической статистики и теории вероятностей для статистического анализа стабильности качества руд, анализа показателей назначения, технологичности и экологичности горнопромышленных отходов, обоснования плотности сети малообъемного технологического опробования;
методы экспертных оценок, теории информации, тгории случайных функций, геометрии недр для оценки геоинднкато-ра контрастности горно-геологических объектов;
'методы кластерного анализа и распознавания образов, методы сплайн-интерполяции для районирования эколото-тех-нологических зон месторождений;
методы стохастического, детерминированного моделирования и теории случайных функций для оценки технологических показателей в недрах (месторождение и горнопромышленные от.хоты) и прогнозирования качества руд в процессах рудо-подготовки;
методы ішіимпзацпп и исследования операций для опера-іникого планирования качества руд;
чім оды математической логики для информационного моделирования и оптимизации структуры системы обработки данных;
опы гно-промышлснная проверка результ атов исследова-1' і и;
Обснованность и достоверность научных положений, вывода;; і. рекомендаций. сформАхтирсваппых з рабою, .подтверждается: рс.уіьіаіамн наїурпого и анкетного обследования бо .tee 60 подземных и открытых рудников; изучением на них качественных, пространственно-морфологических и инженерно-геологических факторов, процессов формирования качества и уровней его стабильности; обобщением передового производственного опыта геолого-маркшейдерских служб предприятий; сходимостью результатов выполненных исследований с данными опытно-промышленных работ; апробацией предложенных методик, методических указаний и рекомендаций в проектных, исследовательских и производственных организациях; 'эффективностью, досшгнутой при вис трении компыо-;ер;;< \ іохіюдомії", решения комплексов задач па Норильском 'лі'. Козлорском и Утачппнском ГОКах, а также отдельных меюдоз и мсто,пік па ряде горных предприятий.
Научное значение диссертации состоит в разработке гео ппдп1 'члюппой снегемы мест'орождеіпп'і и техногенных обра .овпппн. и оз нол я ю шей осуществлять эколого-техпологическую диагностику и регламентацию .качества руд и отходов обогащения тля обеспечения экологической устойчивости пропее-: і-- рут'-.потготоі'ки и переработки полешых ископаемых на осног-е " тонтпфнкацнн состояний кристаллохимических модификаций и тнпоморфных ассоциаций минералов в недрах, а также технологических комбинаций ф-ракционо-минеральных агрегатов в рудах и продуктах обогащения.
Практическая ценность работы. Внедрение на горнорудных предприятиях рациональных сисіем геолого-экологичес-кого обеспечения \ нрав ;снпя качеством руд, основанных на на фпбогаипы.х принципах, методах и рекомендациях, значительно повысит эффективность планирования и оперативного управления в режиме усреднения или селективной добычи руд, комплексность использования минеральных ресурсов, улучшит показатели их переработки за счет оперативного обеспечения каждой стадии принятия решений полной и досто-
верной геологической информацией о качестве, а также улуч шит экологическую обстановку в районах горно-обогатительных предприятий.
Результаты работы могут быть использованы проектными институтами, геологическими и маркшейдерскими службами промышленных объединений и предприятий различных 'горнодобывающих отраслей при проектировании и реконструкции рудников, освоении техногенных месторождений, при создании комплексных систем управления качеством добываемых руд, в практике геолого-маркшейдерокого обеспечения рационального природопользования.
Внедрены следующие результаты работы:
методические рекомендации по геолого-технологической оценке запасов минерального сырья на основе геоиндикаторов контрастности руд (приняты МНТК «Механобр» для проектирования систем рудоподготовки);
методическое руководство по эколого-технологическому картированию медно-никелевых руд Талнахокого и Октябрьского месторождений;
методические материалы по обоснованию плотности сети малообъе'.много технологического опробования и прогнозу обо-гатимости состава шихты апатит-магнетитовых руд Ковдор-ского месторождения;
методы и методики районирования и прогнозирования геотехнологических показателей '(в техническом проекте разработки Ковдорского техногенного месторождения);
пакет прикладных программ создания базы данных и оценки запасов руд (в техническом задании и технора*бочем проекте «Математическая модель Ковдорского месторождения»).
Результаты исследований используются в учебном процессе в Московском государственном горном университете при чтении курса «Горнопромышленная геология», частично отражены, -в учебных пособиях автора и в учебнике іВ. В. Ершова «Горнопромышленная'геология», глава 19 «Прикладные задачи геологического обеспечения управления качеством полезных ископаемых при 'добыче».
Апробация работы. Материалы настоящей работы докладывались на 25 Всесоюзных и Международных научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях, научных семинарах, в том числе на Всесоюзной .конференции «Подземный рудник будущего при механизированной разработке рудных месторождений» (Москва, 1979 т.); Всесоюзной конференции «Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых» (Москва, 1980 г.); Международных симпозиумах по применению ЭВМ и математических методов в горных отраслях промышленности (Москва, 1980 г.; США, Пенсильвания, 1986 г.); Всесоюзных конференциях по рудоподготовке
(Черноголовка, 1983 г., 1985 г., 1988 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании «Научно-технические проблемы повышения эффективности работ по совершенствованию маркшейдерской службы на горных предприятиях страны- (Свердловск, 1984 г.); Всесоюзной конференции «Применение математических методов и ЭВМ в геологии» (Новочеркасск, 1983 г.); Всесоюзной -конференции «Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений» (Москва, 1985 г.); Всесоюзной конференции «Разработка и применение систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства» (Алма-Ата, 1987 г.); Всесоюзной конференции «Технология и техника открытых торных разработок при извлечении полезных ископаемых» (Москва, 1988 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика проектирования,, строительства и эксплуатации подземных рудников» (Москва,, 1990 г.); Международном симпозиуме «Разработка и освоение месторождений алмазов» (Якутия, 1991 г.); в Московском научно-техническом геологическом обществе на «Первых Ершовских чтениях <по проблемам горнопромышленной геологии» (Москва, 1990 г.); на Второй научно-технической конференции «Экологические про блемы горного производства, переработка и размещение отходов» '(Москва, 1995 г.); на симпозиуме «Современное горное дело: образование, паука, промышленность» (Москва, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы из 214 наименований, содержит 27Г) страниц машинописного текста, 89 рисунков и 55 таблиц.
Автор глубоко чтит память о своем учителе — профессоре В. В. Ершове,, ,под научным руководством которого-проведена часть исследований, выражает искреннюю признательность професорам В. А. Букрннскому, А. М. Гальперину и В. 11. Попову за цепные консультации и внимание к работе. Автор благодарит кандидатов технических наук Г. П. Бедрину, А. С. Дремуху, ведущего инженера-программиста В. П. Зервандо-ву за помощь при проведении исследований.
