Формирование качества валового рудопотока Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.27

© В.Н. Калмыков, Д.П. Самойленко, 2013

ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВАЛОВОГО РУДОПОТОКА

Рассмотрен вопрос управления качеством рудной массы при отработке медно-колчеданных месторождений с формированием валового рудопотока. Ключевые слова: ценность полезных ископаемых, планирование и управление качеством рудной массы, факторы, влияющие на качество рудной массы.

Разработка месторождений цветных металлов является наиболее сложной в вопросах выполнения показателей полноты извлечения из недр и качества руды при добыче. Представительными в этой связи являются медноколчеданные, медно-цинковые месторождения, приуроченные к Уральскому региону. Отличительными характеристиками месторождений данного типа являются морфологическая сложность их строения и значительная изменчивость качественного состава, как по всему месторождению, так и в границах отдельной разновидности руд.

Традиционно управление качеством рудной массы осуществляется двумя способами: сортировка — раздельная выдача руд различных технологических типов и качества; усреднение — предполагает валовую выемку разнокачественных руд.

Динамически развивающийся сырьевой рынок предопределяет политику увеличения объемов добычи металлов, тем самым предприятия стремятся задействовать в одновременной разработке большее количество запасов. В данной связи валовый способ выемки более предпочтителен, т.к. способен обеспечить высокую производственную мощность при сравнительно низких капитальных затратах.

При валовой выемке месторождения производится выемка разносортных руд, имеющих различные качественные характеристики, с формированием единого рудопотока. В таком случае, процесс стабилизации качества рудной массы осуществляется в режиме оперативного регулирования порционных соотношений разносортных руд, поступающих из очистных забоев. Проблематика валового рудопотока заключается в противоречивости трех его составляющих:

1) производительность — необходимость обеспечения установленных объемов в равные временные промежутки;

2) стабильное содержание контролируемого компонента;

3) минеральный состав — различные технологические типы руды представлены разными минеральными группами. В частном случае это выглядит так: стабильное содержание полезного компонента в рудопотоке обеспечивается изменением нагрузки на забои, разнящиеся содержанием металла и сортами руды, в то же время производительность рудопотока и его минеральный состав не стабильны. Если поддерживать заданную производительность — теряется контроль содержания полезного компонента и сортового состава рудопотока[1].

Многообразие влияющих факторов на качество валового рудопотока и их взаимоисключающее влияние определяет целесообразность, а в большей мере необходимость, ограничивать объект исследования таких многомерных систем лишь немногими основными факторами.

Так, Гайский ГОК осуществляет разработку мощного медно-колчеданного месторождения, которое представлено несколькими изолированными рудными залежами, имеющими сложную линзообразную или жилообразную форму. Месторождение характеризуется высокой перемежаемостью сортов руд. При этаж-нокамерной системе разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, камеры, в основном, ориентируются вкрест простирания рудного тела, и, соответственно, вкрест простирания сортовых отдельностей, которые ориентированы длинной стороной согласно залеганию рудных тел. Параметры камеры (длина, ширина, высота) соответственно 50х20х80 м. Мощность сортового прослоя медноцинковых руд (МКЦ) в преобладающей медной руде (МК) колеблется от 3—5 м до 20 м и более. Отработка месторождения производится валовым способом с производственной мощностью 4,5 млн т./год. Вопрос организации рудопотока решается по двум определяющим показателям — содержание полезного компонента и производительность. В одновременной отработке находится около 15 очистных камер при среднемесячной производительности 25000 т./мес., среднем содержании ^ — 1,37 %-1,4 %. При таком положении дел в отработку вовлечены различные участки месторождения, отли-

чающиеся не только содержанием полезного компонента, но и сортностью. Как показывает практика обогатительного передела, на показатели переработки в большей степени влияет стабильное содержание контролируемых компонентов в руде. Чем меньше изменчивость, тем выше выход в концентрат и его качество. Однако не менее важным является и минеральный состав руды (сортовой тип), в зависимости от которого выбирается рудоподготов-ка на обогатительной фабрике (тонина помола), соответственно, нераскрытые сростки минералов не флотируются, так же как и переизмельченные — теряются в хвостах обогащения. В этой связи неизбежная изменчивость сортности в валовом рудопотоке предопределяет значительные потери металла в хвостах обогащения.

Проведенные исследования на предприятии ОАО «Гайский ГОК» были направлены на определение оптимального сортового состава валового рудопотока, обеспечивающего наиболее высокие показатели извлечения меди в медный концентрат и его качество. В результате анализа опытных данных выявлены диапазоны соотношений различных сортов руд, обеспечивающие наилучшие показатели обогатительного передела (рис. 1). Из рисунка видно, что максимальные значения получены для сортовых композиций МК:МКЦ в диапазоне 80:20, 70:30, 60:40. Примечательно, что медная флотация исходной медной руды в пробе «0» дала наименьшие значения качественных показателей обогащения [2].

Аналогичные исследования были проведены на рудах месторождений Узельгинское и Талганское, которые также показали в указанном диапазоне сортовых соотношений максимальные показатели извлечения меди в черновой медный концентрат и его качество.

Основываясь на результатах исследований, был проведен анализ горно-геологических условий отработки Гайского месторождения с целью оценки возможности обеспечить установленные качественные параметры рудопотока при его планировании и организации. При средней мощности рудных тел 40-50 м, до 40 % запасов сложены сортовыми отдельностями слоистой формы. Преобладающим типом руд является медная руда, вмещающая в себя сортовую отдельность медно-цинковых руд. На рис. 2 представлены

типичные виды формообразования сортовой медно-цинковой отдельности руды в очистном блоке. Преобладающим типом формации является «вертикальная жила», как правило, это связанно с самим генезисом месторождения. В настоящее время при ориентации камер вкрест простирания рудного тела добычные забои камер выдают различные типы руд по мере отработки их запасов. В такой ситуации учет сортности валового рудопотока является трудновыполнимой задачей [2].

ч а.

I с

Динамика извлечения меди в медный концентрат при разных сортовых соотношениях

Проба 9 (90 : 10) Проба 8 (80 : 20) Проба 7 (70 : 30) Проба 6 (60 : 40) Проба 5 (50 : 50) Проба 4 (40 : 60) Проба 3 (30 : 70) Проба 2 (20 : 80) Проба 1 (10 : 90) Проба 0 (100 : 0)

20 30 40 50 60 70 Извлечение Си в медном концентрете, %

Рис. 1. Динамика извлечения меди в медный концентрат при разных сортовых соотношениях

а б

Рис. 2. Формации прослоя Си-1п сорта руды в очистном блоке: а — вертикальная жила; б — гнездообразная формация

В этой связи были рассмотрены различные варианты камерных систем разработки с аналогичной схемой подготовки горизонтов: с расположением камер по простиранию для варианта «вертикальная жила», и система разработки с ромбовидными камерами для варианта «гнездообразная формация» (рис. 3).

11 1 1 1

гл'/. '2.

Ш

и и ы

Рис. 3. Варианты систем разработки: а — этажно-камерная система разработки с закладкой выработанного пространства и ориентацией камер по простиранию месторождения; б — система разработки с ромбовидными камерами

а

б

Было проведено моделирование добычных работ с применением вышеуказанных систем разработки в соответствии с формациями сортовых отдельностей, приведенных выше.

При неизменных параметрах очистного блока I х Ь х к — 200 х 50 х 80 (м) изменялась только ширина очистной камеры, соответственно изменялся и объем ПНР для каждого варианта системы разработки. Рассматривались случаи сортовой формации в блоке «вертикальная жила» различных размеров в диапазоне от 10 м до 25 м. Для каждого отдельного случая сортовой прослойки применялась различная ширина камеры — 10 м, 12,5 м, 15, 17,5 м и 20 м.

Планирование горных работ для каждого из 35 возможных вариантов осуществлялось посредством построенной математической оптимизационной динамической модели, решением которой является оптимальная последовательность отработки очистных камер в рабочих блоках. Математическая оптимизационная модель планирования последовательности отработки камер включает в себя: целевую функцию — минимизация затрат на транспорт; и ограничения, в которых задаются запасы камеры и производительность каждого забоя. Динамическая постановка данной оптимизационной модели позволяет определить оптимальную последовательность отработки камер и оптимальные объемы добычи рудной массы из каждой камеры в каждый месяц расчетного периода [3]. На выходе было получено 35 календарных графика на примере отработки 3-х блоков с годовой производительностью 3240 тыс. т/год. В результате получены объемы товарной руды с выдержанными соотношениями сортов МК:МКЦ руд в установленных диапазонах (80:20, 70:30, 60:40). В таблице приведен пример влияния параметров очистных камер на объемы добытой руды установленного сортового состава при различной мощности МКЦ прослоя.

Для экономической оценки полученных результатов использовался показатель сравнительной извлекаемой ценности по вариантам.

При существующей на Гайском ГОКе системе разработки удельная извлекаемая ценность составляет 624 руб/т., в то время как применение системы разработки с ориентацией камер по простиранию удельная извлекаемая ценность составила 840 руб/т. Сравнительный экономический эффект при существующей схеме формирования рудопотока и при выполнении выдержанных сортовых соотношений приведен на рис. 4.

Таблица

Объемы добытой руды в соотношениях МК:МКЦ, соответственно, как 80:20

Объемы добытой руды в установленных соотношениях, тыс.т.

Величина МКЦ прослоя, м Параметры камеры, м

10 12,5 15 17,5 20

10 7020 5184 2079 6237 2079

12,5 7020 6480 2079 6210 2079

15 5454 5184 2079 4671 2052

17,5 4131 5184 2430 4671 2052

20 4104 5130 3024 4671 2052

22,5 4104 5130 3024 3510 2052

25 4050 5130 4158 3510 2052

Сравнительный экономический эффект при прослое 10 м

Рис. 4. Сравнительный экономический эффект двух вариантов формирования рудопотоков: при ориентации камер вкрест простирания, и при ориентации камер по простиранию

Выявлено, что в указанном диапазоне мощности сортовой отдельности рациональная ширина камер составляет 10 м в диапазоне 10-17,5 м, и 12,5 м в диапазоне мощности МКЦ отдельности 17,5-25 м.

Таким образом, установленные в исследовании сортовые композиции способны повысить извлекаемую ценность товарной руды в 1,3 раз. А ориентация камер по простиранию месторождения позволяет достигать выдержанные качественные характеристики рудопотока в установленном диапазоне.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кожиев Х.Х., Ломоносов Г.Г. Рудничные системы управления качеством руд. 2-издание. 2008.

2. Самойленко Д. П. О взаимосвязи вопросов поддержания стабильного качества руды и обеспечения постоянного уровня производственной мощности рудника / Совершенствование технологий поиска и разведки, добычи и переработки полезных ископаемых». Красноярск: КГАЦМиЗ. 2011.

3. Самойленко Д.П., Гусева Е.Е. Управление качеством рудной массы при валовом способе выемки месторождения / Комплексное освоение месторождений полезных ископаемы: сборник научных трудов. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. Гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова 2012. — 194 с.