CC BY
33
УДК 622.341:658.012.011.56
© А.Г. Рыльников, И.А. Пыталев, 2014
А.Г. Рыльников, И.А. Пыталев
СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ РУДНЫХ ТЕЛ НА СТАБИЛИЗАЦИЮ КАЧЕСТВА РУДОПОТОКОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Проведен анализ влияния условий залегания рудных тел и способы их учета на горнодобывающих предприятиях. Описаны факторы, влияющие на стабилизацию качества рудопотоков. Предложены и обоснованы схемы порционной потоковой стабилизации качества руды и учета сложности залегания рудных тел. Выделены стадии стабилизации рудной массы. Установлена зависимость изменения содержания металла в рудной залежи при увеличении глубины ее залегания Разработан алгоритм стабилизации качественных характеристик рудной массы на различных ее стадиях.
Ключевые слова: стабилизация качества рудопотоков, спутниковая навигационная система, содержание полезного компонента, элементарный выемочный объем, геологические условия.
Одним из основных факторов, влияющих на стабилизацию качества добываемого полезного ископаемого, является его природное качество, характеризующееся определенным содержанием полезных и вредных компонентов в единице элементарного объема рудных тел и степенью изменчивости этих показателей. При этом не менее важным является пространственное положение каждого элементарного объема в пределах карьерного поля и количество сортов руды, предполагающих раздельную добычу. На действующих рудных карьерах качественные характеристики полезных ископаемых в геологических контурах и крупных блоках меняются в широких пределах. Причем следует отметить, что степень изменчивости отклонения содержания полезных компонентов в руде в процессе добычи зависит и от направления развития горных работ. Характер изменчивости качества руд настолько сложен, что описать его
универсальной математической функцией не представляется возможным. Поэтому в настоящее время на большинстве предприятий единственным эффективным способом обеспечения стабильных показателей рудопотока является использование усреднитель-ных складов, которые занимают значительные площади и эксплуатация требует дополнительных затрат.
Даже в условиях применения современных компьютерных технологий на всех стадиях получения, обработки, хранения и интерпретации информации по показателям процессов открытых горных работ, основной причиной отклонения фактических данных от плановых и проектных при разработке рудных тел сложной формы заключается в том, что размеры, форма и иные элементы залегания рудных тел определяются линейными параметрами: горизонтальная и вертикальная мощность, угол падения, длина по простиранию и падению,
* Статья выполнена при поддержке гранта НШ-2918-2014.5
глубина залегания. В результате для месторождений, характеризующихся относительной правильной формой рудных тел, применение традиционных методов стабилизации качественных показателей рудопотоков является достаточным. Однако, рудные месторождения с простой конфигурацией залежей на территории России отсутствуют в силу полной отработки или близкого к завершению срока доработки запасов.
Сложность стабилизации качества рудопотоков при отработке рудных тел неправильной формы при обеспечении заключается в том, что мощность и угол наклона залежей изменяются в значительных пределах. Это, в свою очередь, приводит к увеличению площади контактов между полезным ископаемым и вскрышными или вмещающими породами, а также между различными сортами руд. Поэтому традиционный подход и методы стабилизации качества рудопотока, основывающиеся на усреднении значений мощности и угла падения рудной залежи, являются весьма приближенными, а часто и недействительными, так как эти методы совершенно не отражают всей сложности условий залегания рудных тел в пространстве карьерного поля или отдельных его участков.
Все существующие на сегодняшний день работы, направленные на усовершенствование методик оценки и описания пространственного положения и конфигурации рудных тел, сводятся к попыткам увеличения точности представления геологической информации посредством обоснования различного рода коэффициентов, позволяющих отойти от использования линейных параметров рудной залежи. Однако, это не позволяет в полной мере описать пригодный для практического применения метод наиболее полного и точного учета форм и размеров залежи,
ее пространственного положения и наличия неоднородностей.
Для стабилизации качественных показателей рудопотоков при разработке рудных тел неправильной сложной формы необходимо не столько совершенствование методов и методик пространственного описания рудной залежи в пределах карьерного поля, которые в конечном итоге будут обладать определенными ограничениями и погрешностями сколько внедрение современных информационных технологий. Следует отметить, что все сегодняшние методики, направленные на оценку сложности залегания рудных тел, позволяют в лучшем случае выразить количественно показатели сложности формы и условий залегания рудных тел. Однако, использовать на практике эти показатели и коэффициенты весьма сложно, а порой и бессмысленно. Поэтому проекты на отработку запасов полезных ископаемых разрабатываются либо без их учета, либо исходные геологические данные не в полной мере достоверно описывали действительность в силу требований и ограниченности объемов поисковых и разведывательных работ. Указанные недостатки в практике открытых горных работ возможно компенсировать применением спутниковой системы навигации в совокупности с системой автоматизированного управления качеством рудопотоков.
Рассматривая проблему стабилизации качества потока рудной массы, зарождающегося в добычном забое и перемещаемого в пространстве и времени по транспортным коммуникациям, и влияния характеристик потока на экономические и технологические показатели работы перерабатывающего производства, необходимо исходить из характеристик качества элементарных выемочных объемов -ЭВО (экскаваторная заходка, блок,
Рис. 1. Схема порционной потоковой стабилизации качества руды: Забой 1... Забой к - номер забоя; иг.. ик - содержание полезного компонента соответствующего забоя, %; Ц... Ц - расстояние от забоя до потребителя (пункта выгрузки), км; и^ - требуемое содержание полезного компонента в руде со стороны потребителя, %; 1:п - интервал времени
транспортный сосуд, ковш погрузчика). Сгладить амплитуду колебаний качественных показателей руды в массиве, поступающей из забоя не в течение определенного периода времени (час, смену, сутки, месяц, квартал), а в конкретный момент отгрузки каждого ковша экскаватора, возможно подбором рациональных параметров выемочно-погрузочного и транспортного оборудования [1, 2]. Это, в первую очередь, объясняется тем, что формирование рудопотока с заданными характеристиками в обозначенном месте его погашения (как правило, в приемном бункере обогатительной фабрики или перегрузочном пункте) осуществляется дискретными порциями, характеризующимися качественными показателями и изменяющимися со временем пространственными координатами [3]. Именно количество ЭВО и их масса позволяют получить в заданном пункте требуемые качественные показатели по содержанию полезных компонентов (рис. 1).
При разработке рудных месторождений принято выделять три уровня качества руд: богатые, рядовые (среднего качества) и бедные. Исходя из практических данных, долевое соотношение богатых руд не превышает 10-15% всех промышленных запасов месторождений. При этом в них сосредоточено до 20-30% массы
металлов. Суммарно запасы рядовых и бедных руд составляют около 8590%, и в них содержится до 70-80% металлов.
Современные горно-геологические условия большинства рудных месторождений техногенно осложнены тем, что в начальном периоде ввода месторождений в отработку, в первую очередь, вовлекались наиболее богатые запасы, что обеспечивало быстрые сроки окупаемости капитальных затрат. Это, в свою очередь, обеспечивало возможность применения наиболее простых и дешевых технологий добычи и переработки руды, кроме того, на первых этапах эксплуатации месторождений позволяло значительно сократить или полностью исключить затраты на обогащение.
Такой выбор порядка отработки месторождения зачастую приводит к тому, что значительные запасы относительно бедных руд впоследствии становятся экономически невыгодными для разработки, и часть запасов безвозвратно теряется. С позиции обогатительного передела, подача на фабрику руды с высоким содержанием полезных компонентов ведет к увеличению потерь при переработке, в результате возрастает содержание металла в отвальных хвостах обогатительной фабрики и шлаках плавильного производства. Как показывает
практика, общие потери металлов при переработке богатых руд больше, чем бедных. Поэтому, независимо от стадии эксплуатации карьеров по добыче рудного сырья, горнодобывающему предприятию необходимо постоянно обеспечивать стабилизацию качественных показателей рудопотоков.
Для выявления влияния параметров залегания рудных тел при различной производительности карьера была использована разработанная модель выбора рациональных параметров системы стабилизации качества рудопо-тока, основанная на методе динамического программирования [3]. С целью визуализации и получения основных исходных данных для моделирования процесса стабилизации качества рудопотока предложена схема учета сложности залегания рудной залежи и ее пространственного положения, представленная на рис. 2.
В качестве критерия сложности залегания и формы рудных тел месторождения при их разработке открытым способом принята степень отклонения направления простирания контактов рудной залежи относительно направления развития таких поверхностей карьера, как рабочие площадки и откосы добычных уступов. То есть сложность формы рудной залежи отдельно взятого рудного тела определяется степенью их вписывания
в некую заданную пространственную систему координат. Данная система координат позволяет применительно к разработанной математической модели стабилизации параметров качества рудопотоков задаться числовыми значениями пространственного положения единичного выемочного объема.
С целью определения рациональных параметров рудопотоков были проведены исследования природных качественных показателей руды в массиве. По результатам обработки данных горнодобывающего предприятия, ведущего добычные работы на месторождениях «Малый Куйбас», «Подо-твальное», «Западный», на предмет содержания полезных компонентов на различных глубинах рассмотренных месторождений сделан вывод о том, что с увеличением глубины залегания сложность форм рудных тел увеличивается, а содержание металла в них и отклонение качественных показателей снижается (рис. 3).
На основе выявленной закономерности снижения природных качественных показателей руды с увеличением глубины ее залегания принято предположение, что изменение организационной составляющей на действующих карьера способно обеспечить улучшение показателей качества отгружаемой из забоев руды за счет управления качеством рудопотоков в процессе ее
О 20 40 60 ао 100 120 140 160 180 200
Рис. 3. Зависимость изменения качества и отклонения содержания металла в рудной залежи при увеличении глубины ее залегания
перевозки до пункта разгрузки или непосредственно потребителю. Эффективность потоковой стабилизации качества рудной массы обеспечивается применением высокоточного контролирующего оборудования.
Выявленная зависимость, представленная на рис. 3, характера для большинства рудных месторождений, а на ее основании, можно сделать вывод о том, что на горнодобывающих предприятиях, ведущих разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом, основываясь на традиционном подходе к организации производства и обеспечению технологических процессов, неизбежно происходит увеличение затрат не только на транспортную работу, но и на стабилизацию качества руды.
Наряду с уровнем содержания полезных компонентов в перерабатываемой руде, на показатели обогащения и металлургического передела значительное влияние оказывает степень стабильности вещественного и минералогического состава рудоминераль-ного сырья. Стабильность качества руды, подаваемой на перерабатывающее производство, не менее важна, чем абсолютная величина качественных показателей. Главной причиной этого является то, что современное
горно-обогатительное производство характеризуется высокой инерционностью, и при любом изменении производственной ситуации оно не способно в оперативном режиме изменить технологию работы. Изначально параметры обогащения руды определяются на основе вероятностной модели неких средних показателей ее качества и количества рудной массы. В процессе работы при отклонении фактических качественных характеристик руды от требуемых приводит к несоответствию технологических параметров работы фабрики с расчетным режимом переработки. Это, в свою очередь, не обеспечивает достижение плановых технологических показателей обогащения и приводит к снижению извлечения металлов в концентрат, ухудшению качества концентрата при увеличении потерь металла в отвальных хвостах обогащения и повышению затрат на переработку руды и получение конечной продукции. В связи с этим, особую роль при управлении качеством рудопотоков, с учетом сложности залегания рудных тел, на горнодобывающих предприятиях является стадийность планирования горных работ, каждая стадия из которой характеризуется сроками, определяющими объемы добычи и
Стадии
Исходные данные о месторозкдении; _ запасы по категориям; среднее содержание полезного компонента (ПК) в руде
Перспективное планирование
Текущее планирование
- определение порядка подготовки отработки участков н блоков
- регулирование режима горных работ
- уточнение содержания нетахта в руде -учет пзменеашя направление горныхработ
Пересмотр параметров стабнлнзашцЕ с учетом не выполняющихся условий
Соблюдаются следующие условия: отклонение .^пшркшн Г1К в пределах допуска; обеспечивается,, новый объел добь
Оперативное планирование
Обшая схема стабилизации качества рудной массы с использованием СНС
Организация производства
Характеристика транспортного средства
3) Данные:
объем кудоеа, груздподъемность автосамосвала
Сбир ввод н аналнт дзнны*
1) Составление блочной нолем запасов местороааенбы по результатам геологоразведки.
2) Количество подготовленных блоков, закрепление за Характеристика ними экскавзггора.
забоя Данные: объем блока: емкость ковша экскаватора:
среднее содержание по блоку ПК; расстояние от блока до пункта разгрузкн(персгрузочный склад, ОФ. бункер); время валовой н селективной погрузки сосуда; содержание полезного компонента в пространстве блока
Данные:
ограничение скорости движения груженого/порожнего транспортного средства; требования к содержанию ГТК в отгр; жаемой карьером руде: производительность по руде
Расчет параметров стабилизации на имеющихся! полученных) данных па начало отработан —»-олоко®| объем отгрузки с конкретного блока). Выпуск транспортных сосудов на линию. Подготовка блоков к взрыву^выемке}_
Сбор данных с датчиков, установленных ¡¡а оборудовании
Внесена корректировки в информационную модель
месторождения для текущего планирования, помимо детальной а экенлуагтаниоинон разнедки
Период планирования закончен?
Оперативное управление автосамое валом с учетом !пменнш]н!\ся данных на момент его разгрузки
Рис. 4. Алгоритм стабилизации качества рудной массы на различных ее стадиях
средние показатели качества рудной массы, а также направление фронта и темпы развития горных работ [4].
В качестве основных стадий стабилизации качества рудной массы принято выделять перспективное, текущее и оперативное планирование. При перспективном планировании в качестве общего критерия эффективности работы всего горно-металлургического комплекса, включая непосредственно процессы добычи руды, целевая функция определяется минимизацией совокупных затрат на добычу и переработку руды на единицу приведенного товарного металла в пределах рассматриваемого периода планирования (как правило период отработки всего месторождения или отдельных его участков). На стадии текущего планирования основной целью управления качеством рудной массы является определение объемов добычи руды за рассматриваемый период (от месяца до года) из каждого блока с учетом показателей качества и технологических свойств руды. Стадия оперативного планирования является определяющей с точки зрения обеспечения плановых показателей, в связи с чем, именно, на ней применение современных технологий и систем, в том числе и спутниковой навигации позволяет значительно повысить эффективность функционирования всего горно-обогатительного комплекса и полноты освоения запасов
месторождения за счет стабилизации качества рудопотоков.
С целью определения параметров стабилизации качества рудопотоков с учетом времени и значительного количества факторов в авторами предложен алгоритм стабилизации качества рудной массы на каждой ее стадии (рис. 4).
Таким образом, только применение в совокупности современных информационных технологий компьютерных и технических систем способно обеспечить повышение эффективности функционирования горно-обогатительного комплекса в ежегодно усложняющихся горно-геологических и горнотехнических условиях отработки месторождений открытым способом. На современных горных предприятиях, при сложных условиях залегания рудных тел, текущие результаты работы каждой операции должны являться исходными данными и поступать в реальном времени, что обеспечивается только использованием современных систем управления, основанных на применении спутниковых систем навигации. Кроме того, системы космической навигации позволяют проводить сбор и корректировку геологической модели месторождения в условиях реального времени благодаря передаче точного местоположения каждого мобильного объекта горнотранспортного комплекса и полученной информации с их датчиков.
1. Бастан П.П., Костина Н.К. Смешивание и сортировка руд. - М.: Недра, 1990. - 168 с.
2. Корольков П.А. Введение в геометрию потока (геометрию процесса) / Геометризация месторождений минерального сырья как основа рационального освоения недр. - М., 1969. - С. 188-209.
3. Рыльников А.Г. Стабилизация качества рудной массы на карьерах с применением
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
метода динамического программирования // Маркшейдерский вестник. - 2013. - № 6. -С. 11-15.
4. Трубецкой К.Н., Пыталев И.А, Рыльников А.Г. Автоматизированные системы управления качеством рудопотоков на карьерах // Маркшейдерский вестник. - 2013. -№ 6. - С. 5-10. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Рыльников Алексей Геннадьевич - кандидат технических наук, руководитель проекта, e-mail: [email protected], ОАО «ВИСТ Групп», Пыталев Иван Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected],
Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова.
UDC 622.341:658.012.011.56
DECREASING EFFECT OF MODE OF ORE OCCURRENCE ON ORE FLOW QUALITY STABILIZATION USING SATELLITE POSITIONING SYSTEMS
Ryl'nikov A.G., Candidate of Technical Sciences, Project Manager, e-mail: [email protected], JSC «VIST Group»,
Pytalev I.A., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected], Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov.
The article analyzes the influence of the conditions of occurrence of ore bodies and their methods of accounting for mining enterprises. The factors affecting the quality of production intensity stabilization. Proposed and justified streaming stabilization scheme batch of ore quality and complexity of accounting occurrence of ore bodies. Highlighted in the stabilization phase of ore. The dependence of the metal content of the ore deposit with an increase in the depth of its occurrence algorithm of stabilization of qualitative characteristics of ore at its various stages.
Keywords: stabilization quality production intensity, satellite navigation system, mineral content, an elementary volume of excavation, geological conditions.
REFERENCES
1. Bastan P.P., Kostina N.K. Smeshivanie i sortirovka rud (Ore blending and separation), Moscow, Nedra, 1990, 168 p.
2. Korol'kov P.A. Geometrizatsiya mestorozhdenii mineralnogo syr'ya kak osnova ratsional'nogo os-voeniya nedr (Geometrization of mineral deposits as a basis for rational development of the Earth's interior), Moscow, 1969, pp. 188-209.
3. Ryl'nikov A.G. Marksheiderskii vestnik, 2013, no 6, pp. 11-15.
4. Trubetskoi K.N., Pytalev I.A, Ryl'nikov A.G. Marksheiderskii vestnik, 2013, no 6, pp. 5-10.
A
