CC BY
106
© В.Л. Зенкин, 2004
УДК 622.271 В.Л. Зенкин
ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГРАНИЦЫ РУДА-ПОРОДА И СОДЕРЖАНИЯ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 13
овременное развитие открытых горных
^ работ по добыче высокоценных твердых полезных ископаемых дает возможность сделать вывод о применимости сложившихся двух методов определения количественных и качественных показателей выемки руд потерь и разубоживания - прямого и косвенного [1, 2, 3, 4].
Косвенный метод основан на определении этих показателей по разности отработанных объемов балансовых запасов и практически добытого полезного ископаемого с примешиванием пустых пород или количества содержащихся в этих объемах полезного компонента.
Прямой метод определения качественных и количественных показателей добычи основан на установлении этих показателей путем применения всевозможных измерительных операций в натуре, выполняемых инструментально как геофизическими методами при геологической и эксплуатационной разведке, так и при непосредственной очистной выемке.
Следует отметить, что в практике горных работ нашел свое применение комбинированный метод, совмещающий косвенные и прямые измерения показателей добычи, но по своей сущности этот метод начал применяться в настоящее время очень широко на некоторых горнодобывающих предприятиях цветных и редких металлов.
Все указанные методы применяются при разработке сложноструктурных месторождений цветных и редких металлов, залегающих в мягких, плотных, полускальных и скальных породах. Эти месторождения характеризуются рудными телами переменной мощности, с разными углами падения, границы между рудой и вмещающими породами часто визуально неразличимы, изменчив характер
оруденения с наличием безрудных прослоев пустых пород и т.д. [5].
В арсенале прямого метода контроля показателей качества добычи используются как традиционные маркшейдерские измерения с помощью мерительных и геодезических приборов, так и различные геолого-геофизические приборы, применяемые при поиске, разведке и эксплуатации месторождений цветных и редких металлов и основанные на измерениях различных малых физических полей и свойств горных пород, вызванных присутствием полезных ископаемых в земной коре, Прямой метод контроля качественных и количественных показателей качества используется и в других отраслях горной промышленности: угольной, черной металлургии, при добыче аграрного сырья и строительных материалов.
Основными источниками потерь и разубоживания руды являются выемочные добычные работы при несовпадении фактического контура отбойки горнорудной массы с рудным контуром погашенных запасов руд. Это несоответствие может определяться рядом таких факторов как системами вскрытия и разработки, буровзрывными работами, так и технологическими схемами и параметрами добычного оборудования, оснащенного специальной или без нее аппаратурой для контроля границы руда-порода, и возможностями выемочного оборудования для производства селективной выемки руд по сложным контурам залегания полезного ископаемого.
Прямой метод определения качественных и количественных показателей охватывает весь комплекс ведения горных работ: эксплуатационная разведка согласно данным геофизического опробования и других геологических методик устанавливает контуры рудных тел; селективные выемочно-погрузочные работы и транспортировка руды используют аппаратур-
Рис. 1. Установка приемников гамма-излучений в рабочей зоне роторного колеса на экскаваторе для контроля границы руда-порода
ные геофизические методики для опробования забоев горных выработок при непосредственной выемке полезного ископаемого и экспресс-анализа руд в транспортных сосудах, на транспортерах добычных машин, при складировании и при переработке на обогатительных фабриках и т.д.
Проведенный анализ количественнокачественных показателей добычи показал на их ухудшение вне зависимости от сложности горно-геологических условий залегания рудных тел и определяются недостаточным уровнем технологии ведения добычных работ [4].
Так вопросам повышения уровня технологии ведения добычных работ были посвящены большие научно-исследовательские работы, проведенные институтом ВНИПИпромтехно-логии совместно с горными предприятиями Минатома РФ (бывшего Минсредмаша).
В результате проведенных исследований были разработаны технологии селективной добычи полезных ископаемых с применением радиометрической аппаратуры при гамма-опробовании забоев роторными и ковшовыми экскаваторами [6, 7]. Приемники гамма-излучения радиоактивных руд устанавливались в рабочей зоне роторного экскаватора и
Рис. 2. Измерительная радиометрическая аппаратура с блоком управления в кабине машиниста роторного экскаватора
Рис. 3. Контроль границы пласта и гамма-
опробование горной массы загружаемой в ковш экскаватора циклического действия
в ковшах экскаваторах цикличного действия (рис. 1 и рис. 3). Это позволяет использовать прямой метод измерения концентрации добываемых элементов непосредственно в забое, производить оконтуривание рудных тел в массиве и развале горной массы, осуществлять контроль и управление рабочими органами экскаваторов по границе руда-порода в процессе выемки, выполнять экспресс-анализ руд на транспортерах роторных экскаваторов с одновременными взвешиванием и в ковше экскаваторов цикличного действия с определением сорта руды в процессе черпания и погрузки в автосамосвалы. Это позволило осуществить новую технологию добычных работ на основе совмещения операций по определению границ рудных тел и концентрации металла, сортности горной массы в процессе ее экскавации и погрузки в транспортные емкости. Наличие такой технологии позволяет перейти от валовой отработки очистных уступов к селективной, основанной на экскавации рудной массы из определенных участков забоя с заданным содержанием металла.
Рис. 4. Измерительная радиометрическая аппаратура с ЦПУ для регистрации результатов гамма-опробования в ковше экскаватора циклического действия
Рис. 5. Рис. 1. Установка приемников /}-излучений на планировочном звене цепного многочерпакового экскаватора
Следует отметить, что, не снижая производительности оборудования и транспорта, улучшаются условия труда машинистов и обслуживающего персонала, так как устраняются операции ручного контроля руды в забое и ковшах экскаваторов. В этом случае машинист получает достоверную информацию о качестве добываемой руды из забоя и ковшей в виде световых сигналов и показаний индикаторных приборов (рис. 2 и рис. 4). При такой развитой системе определения и контроля качества может отпасть надобность в рудоконтрольных станциях типа РКС.
С учетом разработок и исследований, проведенных на карьерах комбинатов ПГМК и НГМК,
Рис. 6. Измерительные и индикаторные приборы в кабине машиниста цепного многочерпакового экскаватора
была разработана общая структурная схема сис-
Рис. 7. Фрезерный комбайн MTS-250 для селективной выемки фосфоритовых пластов на карьере Ташкура Джерой-Сардаринского месторождения
темы автоматизированного управле-ния роторным экскаватором при селективной добычи с производством гамма-экспресс анна-лиза полезного компонента в забое и в отби-той руде на отвальном конвейере при пог-рузке в автосамосвалы и железнодорожные думпкары [8].
Большой интерес представляет опыт использования Р-излучения от вмещающих пород, обладающего слабой проникающей способностью, на буроугольном месторождении комбината Лауххаммер (Германия) для прямого контроля границы угольного пласта и вмещающих пород при работе многочерпакового цепного экскаватора [9]. Из-за плохих погодных и других условий (туман, осадки, пыль), в темное время суток и особенно ночью возникли трудности визуального определения границы пласта. Для точного и своевременного распознавания границы уголь-порода использован метод
Рис. 8. Рабочий орган фрезерного комбайна MTS-250 радиометрического контроля по регистри-
руемой скачкообразно уменьшающейся или увеличивающейся интенсивности ß-
излучения в зависимости от мощности вмещающих пород (алевритовых глин) в кровле и почве пласта. При этом сам угольный пласт не радиоактивен. Датчики со счетчиками ß-излучения размещались в защитных корпусах по обеим сторонам горизонтального планировочного звена экскаватора (рис. 5). Сигналы от датчиков по кабелям передавались в кабину машиниста на индикаторные приборы для контроля положения планировочного звена относительно границы угольного пласта (рис. 6). При этом, резко снизились потери запасов и разубоживание угля. Это дало горнякам возможность вести борьбу за качество добываемого угля новым способом.
В связи с развитием безвзрывной технологии и нового оборудования непрерывного действия с фрезерным рабочим органом появилась также возможность использования средств прямого контроля качественных и количественных показателей работы и добычи этих машин при разработке плотных и полускальных пород.
В настоящее время создается экскаваци-онная техника нового поколения, которая предназначена для послойно-полосовой
безвзрывной отработки породно-угольных, фосфоритных, бокситовых и других полезных ископаемых с использованием фрезерных комбайнов типа «Surface Miner» (SM) с конвейеризацией транспорта вскрышных пород и селективно извлекаемого полезного ископаемого [10, 11]. К этим комбайнам можно отнести тип: KSM, WSM (фирма «Wirtgen»), VASM (фирма «Voest Alpine»), MTS^npMa «MAN TAKRAF»). Для
селективной выемки урановых пластов эти машины пока еще не применялись, но для селективной разработки фосфоритов месторождения Ташкура-Джерой в
Центральных Кызылкумах (НГМК) применяется комбайн фирмы «Wirtgen» SM-2000 и используется другой фрезерный комбайн MTS -250 (фирмы «MAN TAKRAF») для селективной выемки фосфоритовых пла-стоД|п12]контроля качественных и количественных показателей добычи разработана система автоматизированного управления с ра-
диометрической аппаратурой и гамма-гамма-плотномерами на рабочем органе и ленточном конвейере с весовым устройством для определения качества руд в отрабатываемом слое и в потоке, транспортируемом для загрузки в транспортную емкость (кузов автосамосвала). Эта система реализуется по предложению специалистов комбината НГМК в настоящее время на горном фрезерном комбайне MTS -250 фирмы «MAN TAKRAF» (рис. 7 и рис. 8) для технологии селективной разработки фос-фопластов на карьере Ташкура Джерой-Сардаринского фосфоритового месторождения в Узбекистане [12].
Управление комбайном осуществляется машинистом из кабины. Режимы работы комбайна задаются с помощью программно-управляющей системы (SPS) с дисплеем, позволяющим визуально контролировать все важные рабочие параметры и корректировать их по мере необходимости. Для создания ровной рабочей площадки применяется регулирование по углу ее наклона. Поэтому рабочий орган комбайна оснащен двумя зондами-уклономерами, посредством которых измеряется угол поперечного наклона верхнего строения комбайна и затем автоматически устанавливается запрограммированный угол наклона поперечной площадки. Для измерения глубины зарезки рабочий орган комбайна оснащен также двумя зондами для измерения расстояний от верхней и нижней поверхностей срезаемого слоя. С помощью этих зондов устанавливается глубина зарезки от 0 до 0,65 м. Комбайн оснащается устройством демпфирования колебаний рабочего органа и кабины управления.
В настоящее время ряд отечественных и зарубежных предприятий освоили промышленное производство роторных экскаваторов с уменьшенными линейными параметрами и высокими показателями удельного усилия -компактные роторные экскаваторы [9]. Компактные роторные экскаваторы предназначены дл разработки массива горных пород с прочностью на сжатие от 10^20 до 50 МПа при ведении вскрышных и добычных работ. Фирма «KRUPP» (ФРГ) выпускает ряд компактных роторных экскаваторов с высокими техническими характеристиками [13].
АС «Руда» САПР *
Контроль качества отработки контуров рудных тел. Расчет потерь и разу* божлвания Ж Система GPS
\
\
\
Расчет содержаний іолото ш а/м їв оспо»е испода нелинейной интерполяции
Сопоставление результатов расчета с дышнмм эксплуатационной рвіаедки
—і
Запрос геологической служб« Достмка горной массы но »данному адресу
Уточнение адреса Доставка горной массы
и принятие і—¥ разгрузки
решения
Фирма «ГА» выпускает также широкий ассортимент машин непрерывного действия для открытых горных работ, в том числе компактные роторные экскаваторы, перегружатели и отвалообразователи [14].
Другая фирма «МАЫ ТАКЕАГ»(ФРГ) выпускает широкий ассортимент роторных экскаваторов для работы в легких условиях и с повышенными усилиями копания [9].
Фирма «Циех» (Чешская Республика» с 1995 г. проводит испытания компактного роторного экскаватора К-650 для разработки массива горных пород с прочностью на сжатие до 50 МПа на карьере «Удачный» [15]. Все компактные роторные экскаваторы имеют повышенную динамическую устойчивость и регулируемые привода подъема роторной стрелы. По своим динамическим и регулировочным качествам приводов подъема, поворота и роторного колеса эти роторные экскаваторы могут применяться при селективной выемке не
Рис. 9. Схема АСУ контроля качества отработки рудных тел сложного строения с помощью GPS системы на карьере Мурунтау комбината НГМК
только тонких урановых пластов, но и других полезных ископаемых с использованием прямых методов определения качественных и количественных параметров добычи.
Современное развитие
средств вычислительной техники и последующие достижения в области спутниковой связи позволили разработать схему АСУ прямого контроля качества отработки рудных тел сложного строения с помощью GPS-системы [16, 17]. Эта система объединяет технологию и организацию выемочно-погрузочных и транспортных работ, что обеспечивает отработку рудных тел с минимальными потерями и разу-боживанием.
Специалисты комбината
НГМК совместно с GMT LTD (UK) и INTEGRA GROUP (USA) в декабре 1998 г. приступили к опытно-промышленной эксплуатации автоматизированной системы управления качеством рудного потока [17]. Система основана на использовании навигационного комплекса GPS, позволяющего периодически регистрировать координаты подвижных объектов в карьере с высокой степенью точности, и оригинальных компьютерных программ, обеспечивающих решение в реальном режиме времени задач горного производства (рис. 9).
Впервые в мире такая система реализована на карьере Мурунтау комбината НГМК в Узбекистане. С помощью системы GPS обеспечивается селективная выемка полезного ископаемого в автоматизированной системе управления качеством рудного потока с определением содержания золота и количества руды.
При помощи компьютера машинист экскаватора всегда знает сорт руды, который он загружает в автосамосвал, при этом система контролирует правильность доставки руды на указанный склад.
Предложенная система управления качеством добываемого сырья по предварительным оценкам позволяет:
- отсортировать объемы пустых пород, в результате чего на 2-3% и на 5-6% снизить потери и разубоживание, что позволяет повысить содержание в отгружаемой руде примерно на 1-3%;
- увеличить на 10-15% выход товарных руд за счет выемки их из забалансовых блоков;
- увеличить на 10-15% выход забалансовых руд из блоков минерализованной массы;
- увеличить на 10-15% выход минерализованной массы из блоков внутренней вскрыши.
В комбинате НГМК объединили АСУ управления качеством, АС управления автотранспортом карьера, систему рудосорти-ровки с системой автоматизированного проектирования горного производства САПР ТП ГП совместно с автоматизированной системой подготовки сортовых планов АС «Руда» [18].
Развитие прямого метода контроля содержания полезного ископаемого позволяет вовлечь в переработку заскладированные забалансовые руды, что позволяет уменьшить производительность карьера по горной массе, повысить интенсивность ведения горных работ в рудных забоях за счет оптимизации параметров горных работ, обеспечивая минимум вскрышных объемов в выемочных блоках и максимум добычи руды [18].
Но развитие АСУ качеством добываемого сырья не умаляет значение применения портативных и переносных приборов для определения многоэлементного состава руд. К таким приборам можно отнести носимый рентгенофлуоресцентный спектрометр СЕР-10Н «Алдан», предназначенный для опробования руд в полевых условиях: на рудниках в карьерах и подземных выработках, в экспедициях и технологических продуктах без отбора проб и рудоподготовки. Прибор разработан НПЦ «Аспект», г. Дубна [19]. Прибор включает устройство детектирования с электроохлаждаемым полупроводниковым детектором и блоком возбуждения с радио-
1. Агошков М.И., Симаков ВА. Критерии и прямые методы определения потерь и разубоживания при разработке рудных месторождений. ВИНИТИ, - М., 1961.
нуклидными источниками, спектрометрическое устройство с блоком аккумуляторов, носимый компьютер и соединительный кабель. Масса устройства детектирования - 2,5 кг, полная масса прибора, упакованного в сумку-рюкзак - 9,5 кг. Рабочий диапазон температур: от -200С до 300С, время автономной работы без подзарядки аккумулятора
- 16 часов. Программное обеспечение включает программы для исследования спектров, анализа руд, почв, сплавов и производства регрессионного анализа.
Прибор «Алдан» успешно эксплуатируется на золотых и серебряных месторождениях Колымы. Результаты опробования руд на серебро и золото хорошо согласуются с результатами геологического опробования.
Другой переносной рентгенорадиометрический (спектрометрический) анализатор ПРАМ-1 весом 8,5 кг разработки ВНИИТФА (г. Москва) также предназначен для экспрессного анализа руд и продуктов переработки в полевых и лабораторных условиях: для опробования стенок горных выработок, для анализа руд в отбитой горной массе и анализа шламов и концентратов [20].
Оба анализатора обеспечивают определение элементарного состава самостоятельно или с применением персональных ЭВМ.
Из зарубежных приборов с аналогичными функциями известен портативный весом до 7,1 кг гамма-спектрометр GS-512 (Канада) [21].
Известна также серия финских портативных и настольных флуоресцентных спектрометрических экспресс-анализа-торов элементного состава металлов на поверхности образца или в порошковых пробах типа X-МЕТ 820, 880, 920 XRT, работающих с персональными компьютерами.
Таким образом, следует отметить прогресс в разработке рентгенофлуоресцентных портативных спектрометров для прямого контроля содержания полезного ископаемого для поисков в геологии и для опробования руд в естественном залегании при ведении добычных работ при эксплуатации месторождений.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Секисов Г.В. Прямой метод определения потерь и разубоживания руды. Изд-во «ИЛИМ», Фрунзе, 1964.
3. Шитарев В.Г. К вопросу о применимости прямого метода определения потерь полезных ископаемых при открытой разработке месторождений.
4. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытойдобыче. Недра, - М., 1975.
5. Юматов Б.П., Байков Б.H., Смирнов В.П. Открытая разработка сложноструктурных месторождений цветных металлов. Недра, - М., 1973.
6. Попов Г.Н., Лобанов Д.П. Разработка месторождений радиоактивных руд. Атомиздат, 1970.
7. Анистратов Ю.И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. Недра, - М., 1988.
8. Зенкин В.Л., Котенко Е.А. Технология автоматизированной селективной выемки урановых руд роторным экскаватором. Сб. докладов. Научный симпозиум НУЦ, ФПИГД, ИПКОН РАН-МГГУ, - М., 2002.
9. . Wolfraen P., Dickfeld F., Hertel E. Распознание границ между пластом бурого угля и вмещающими породами. Braunkohle-Nebfngestein-Erkeuning. Nene Bergbautechu, 1978, 8, № 9.
10. Справочник «Открытые горные работы», Горное бюро. - М., 1994.
11. Виденхауз Г., Рудольф В., Краснянский Г., Штейнцайг Р. Опыт создания и применения экскава-ционой техники нового поколения. Сб. Открытые горные работы. - М., 1999..
12. Рубцов С.К., Иоффе А.М. и др. Обоснование и разработка технических предложений по технологии
добычи и стабильному развитию горных работ в условиях месторождений «Ташкура-Джерой». Годовой научный отчет (Этапы 3, 4). Фонды ВНИПИПТ, - М., 2001.
13. Компактные роторные экскаваторы фирмы KRUPP. Горнаяпромышленность, №1. 1999.
14. Проспекты фирмы FAM (ФРГ). 2000.
15. Радьков В.А. Опытно-промышленные испытания компактного роторного экскаватора на карьере «Удачный». Горный журнал, №10, 1997.
16. Караванов М.Ю. Автоматизированные системы навигации и управление горнотранспортным оборудованием. Горная промышленность №3, 1996.
17. Мазуркевич А.П, Канцель A.B., Прохоренко Г.А., Сытенков В.Н GPS - система повышения качества отработки рудных тел сложного строения. Горный вестник Узбекистана №2, 2000.
18. Кустов А.М., Шеметов ПА. Флагману золотодобывающей промышленности Узбекистана руднику Мурунтау - 35 лет. Горный вестник Узбекистана №1, 2000.
19. Проблемы прикладной селектрометрии и радиометрии. Тезисы докладов. V Международное совещание. Дубна, 2001.
20. Переносной рентгенорадиометрической анализатор ПРАМ-1. Проспект ВНИИТФА, Москва, 2002.
21. Портативный гамма-спектрометр GS-512. ООО «Аэрогеотех», - Москва, 2002.
— Коротко об авторах
Зенкин В.Л. - ВНИПИпромтехнологии.
© А.Н. Васильев, Ю.Л. Ковальчук, 2004
УДК 622.331
А.Н. Васильев, Ю.Л. Ковальчук
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦОВ ТОРФА НА ПРОЧНОСТЬ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Семинар № 13
ТТ ри сушке коллоидных капиллярно-пористых материалов происходит изменение прочности формованного торфа вследствие проявления усадочных давлений и свойств дисперсионной среды (влагосо-держания).
1
1
\ \
гУ
tA
;ч\,\ V
- 0
