Функции и модели геологического обеспечения направленного формирования качестиа сырья техногенных массивов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.А.Ермолов, А.С. Курчевский, 2002

УЛК 550.8

В.А.Ермолов, А.С. Курчевский

ФУНКЦИИ И МОЛЕЛИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАПРАВЛЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ

Введение

Рациональное использование недр и повышение эффективности горного производства базируется на комплексном извлечении полезных компонентов, утилизации вторичных минеральных ресурсов, а также на применении гибких технологий и высокопроизводительного оборудования. Современный период развития горного производства характеризуется вовлечением в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями и бедными труднообогатимыми рудами, применением высокопроизводительного оборудования, что приводит к значительному разубоживанию сырья (до 2535%) и потерям ценных компонентов на стадиях добычи и переработки руд. Кроме этого низкая комплексность использования сырья (в среднем коэффициент использования минеральных ресурсов составляет 55%) приводят к тому, что в отходы рудо-обогащения (техногенные массивы) переходит значительная часть ценных компонентов, концентрация которых, часто, значительно выше, чем на эксплуатируемых месторождениях.

В этих условиях комплексное извлечение полезных компонентов, снижение потерь при добыче и переработке, а также направленное формирование техногенных массивов (месторождений) позволят увеличить сырьевой потенциал горнодобывающих предприятий. Эффективность направленной утилизации горнопромышленных отходов рудообогаще-ния, в первую очередь, определяется системой геологического обеспечения, что связано с ведущей ролью геологических факторов как при разработке коренных, так и при формировании техногенных месторождений [1, 2, 6].

Математические модели и методы геологического обеспечения направленного формирования качества сырья техногенных массивов

С точки зрения технологии функционирования система геологического обеспеченного направленного формирования техногенных месторождений решает три основных группы задач: получение информации об объекте (качестве сырья отходов ру-дообогащения); обработка этой информации в соответствии с технологическими задачами при проектировании объекта, планировании горных работ и оперативном управлении качеством отходов рудо-обогащения массы; выработка рекомендаций и технологических решений о необходимости и значениях управляющих воздействий на объект управления. Решение названных задач возможно только путем

построения и анализа различных вероятностных моделей и применения статистических методов для обработки данных, что соответствует методологии статистического управления качеством промышленной продукции.

Поэтому с позиций теории статистического управления можно выделить следующие функции геологического обеспечения направленного формирования качества сырья техногенных массивов: измерение

(опробование) статистический анализ и оценка, прогнозирование, учет, статистический контроль и регулирование [4].

Статистический анализ направлен на установление по выборочным данным для конкретных условий свойств случайного процесса формирования качества сырья отходов рудообогащения при направленной утилизации горнопромышленных отходов. В рамках статистического анализа производится изучение функций распределения объемно-качественных показателей и оценка их статистических параметров. Объектами оценки могут быть охарактеризованные выборочными данными техногенные массивы (месторождения) и их отдельные участки, а также рудопотоки (пульпа). При этом в системе геологического обеспечения направленной утилизации могут быть использованы как дифференциальные показатели качества, так и комплексные.

Важным элементом статистической оценки качества отходов рудообогащения является использование показателей стабильности как качественных параметров хвостов, так и связанного с ними параметров гранулярного состава отходов обогащения. Стабильность процесса может быть оценена статистическими (статическими) и динамическими характеристиками. Первые получают при анализе функций распределения вероятностей показателей и они характеризуют отклонения значений признака от среднего в пределах всей статистической совокупности без отнесения к временным интервалам. Такими показателями являются дисперсия, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, асимметрия, эксцесс и др. Динамические показатели характеризуют формирование объемно-качественных показателей сырья как случайный процесс. К ним следует относить параметры, выражающие взаимосвязь соседних значений ряда (упо-ря-доченные данные случайного процесса по пространству или времени), продолжительность, частоту и др. Необходимо отметить, что как статические, так и динамические показатели могут быть достоверными только в том случае, если они основываются на предварительной обработке статистических данных и согласуются с закономерностями изменчивости качества сырья последовательно от недр до техногенного массива. Создание рациональной системы статистического контроля геологического обеспечения качества при направленном формировании техногенных массивов предусматривает обоснование оптимальной сети опробования (измерения) объемно-качественных по-

казателей на различных этапах формирования техногенного массива и разработку требований к качеству и гранулярному составу отходов рудообогащения. В математической постановке функция статистического контроля заключается в обеспечении того, чтобы отклонения оценок статистических показателей (стати-чес-ких и динамических), полученных в результате обработки выборочных данных, от базовых значений с заданной вероятностью не выходили за пределы допустимого интервала. Математически это соответствует следующим критериям: для показателей качества

Р |ск(Л)(1 , -Г) - СЛ

< ЪХ\Л = 1,2,...,пл\}=ал (1)

для показателей технологичности

Н |в£)( 1, ^) - Вм,

< ьц\н = 1,2,..., Пц\\=а

(2)

где

В( т ) Вк (ц)

фактические уровни показателей

качества и технологичности (извлечения, содержания, выхода концентрата, содержания в хвостах, гранулярного состава, контрастности и др.); I -контролируемая стадия технологии (добыча, рудоподготовка, обогащение, утилизация); 3 - контролируемый уровень горногеологических или техногенных объектов; С л , В ц -

базовые уровни показателей качества и технологичности; Л, ц - вид показателей качества и технологичности; т - интервал дискретности контролируемых параметров; аЛ, ац - надежность управления по показателям качества и технологичности; Ьл , Ьц - допустимые пределы отклонений качества и технологичности.

Функции прогнозирования принадлежит приоритетная роль в системе геологического обеспечения направленного формирования техногенных массивов, поскольку при направленной утилизации происходит трансформация качества сырья в недрах в качество отбитой, добытой, складированной, отгруженной, перерабатываемой руды и складируемых отходов рудообогащения. При этом пространственная изменчивость качественных показателей руд преобразуется сначала во временную, а затем снова в пространственную. При этом качественные и технологические свойства минерального сырья как на месторождении, так и в техногенном массиве, можно рассматривать как случайные функции координат пространства, т.е. как случайные заранее непредсказуемые величины, образующие случайные поля. Соответственно, в рудопотоках и пульпопроводах качественные и технологические показатели характеризуются временной изменчивостью параметров и поэтому описывающая их случайная функция, аргументом которой является время, представляет собой случайный процесс. Таким образом, в первом случае качественные и технологические показатели качества сырья техногенных массивов следует определять по сети дискретных геологоразведочных данных на основе модели изменчивости признака. Прогнозирование при этом представляет собой определение значения ненаблюдаемой пространственной переменной в условиях неопределенности геологической информации. Задача прогнозирования в этом случае представляет собой оценку среднего значения случай-

ной функции в некотором объеме и решается путем восстановления значений случайного поля. Математически (в общем виде для блока объема Ук) это может быть представлено следующим образом [3, 4]:

"V0) . )

’(7о)

С{Р)(у,Ц,о,g) = ^ а,і ■ С,'

(3)

і=1

где С™

(V, /1) - элементы цифровой модели месторождения, т.е. качественные (технологические) показатели в точках р(х1,у1,г./); а\ - коэффициенты взвешивания, величины которых зависят от расстояния между точками (х1,у1,г) и (хуг) и определяются и определяются из условий:

В\СЛ -Сл\ = т1п ; N(У0) = X V ; к V, ^ и’ 9'

це-

лочисленные индексы, характеризующие принадлежность оцениваемого блока к определенным гео-лого-промышленным и горно-геологическим объектам и видам запасов техногенного сырья по степени их разведанности и подготовленности к добыче.

Задача прогнозирования на выходе с обогатительной фабрики или в пульпе, т.е. в рудопотоках, формируется следующим образом. Пусть Ск (/, у) - вектор-

столбец показателей качества (технологичности) /-го рудопотока (пульпопровода) у-го уровня в момент времени 4; т - интервал дискретности динамического ряда; целочисленные индексы к, 1, у характеризующие число измеренных значений 1-го рудопотока, число рудопотоков и число их уровней.

Для агрегированных динамических рядов с произвольным интервалом дискретности (неделя, декада, месяц и т.д.) имеем т = Р0, где в - целочисленный параметр агрегирования; 0 - минимальный интервал дискретности ряда (смена, сутки). Используя введенные обозначения и учитывая линейные связи между потоками, запишем в общем виде выражение для прогноза на момент времени 1п + [3, 5]:

N

С^+1 & І) = 1^ (^ ( а 9)

р=19=1

СЫ)( Р, 9 )>-СП^0гА( Р,9) (4)

где правая часть уравнения есть прогнозирующая функция для показателя с номером Л 1-го потока у

го уровня с интервалом дискретности Т . Числовые значения эрч(Л) определяются степенью зависимости

между потоками, а явный вид функции ¥р)а - харак-

тером зависимости между членами р-го динамического ряда ц-го уровня при выполнении условия

) - СкЛЛ(ч )]=т1п. (5)

Следует указать, что при независимости потоков

(С( Т)(У)}и {СР9)(Р9)} коэффициенты а']рч в правой части (4) тождественно равны нулю.

Функция регулирования при направленной утилизации отходов рудообогащения представляет со-

бой управление качеством сырья, осуществляемое путем закономерной раскладки хвостов с учетом их качества и гранулярного состава. Задача регулирования заключается в создании геотехнологических зон техногенного массива, в которых обеспечивается равенство фактического качества и технологичности сырья, базовым значениям. Для регулирования необходима информация об источнике и величине (фактической или прогнозной) регулируемых переменных, определение компенсирующего воздействия и эффективного способа его реализации. При направленном формировании качества техногенного сырья, по нашему мнению, следует различать статистические и технологическое регулирование, дополняющие друг друга. Функция статистического регулирования математически может быть представлена моделью вида [4]

(6)

^(і і) = Л'

СТ+,, (і,і),СТ+ , 2(і,і),..., С ^г\, . (і,і)

п, +1,14 Пу +1,2Х Пу +1,пЛх ^ ’

при условии, что

м[С;і,лі) - С' (і,і)]=о,

где

С,

+ 1Л(и і')

регулируемые переменные;

С

Т)

пц + 1,Л

' (і, і ) - управляющие переменные (компенси-

рующие воздействия); пЛ - число регулируемых переменных; Слб (1, ]) - базовые значения. Цель статистического регулирования - достижение базовых значений показателей в геолого-технологических зонах формируемых техногенных массивах.

Технологическое регулирование направлено на формирование геолого-технологических участков техногенного массива с заданными качественными и технологическими показателями. Соответственно, гео-технологическая ситуация качественного состава, сформированная во времени теТ и пространстве <в (х,у,г) еА, представляется в виде

фв (/)=фв(х,у,г,т,У,1,М), веБ, (7)

где V - характер сочетаний (П-нормальное, к - критическое) взаимосвязанных геотехнологических свойств горно-геологического объекта; I - уровень варьирования п-го вида параметра качества; Б - уровень состояния объектов. В процессе регулирования требуется регламентация геотехнологической ситуации |РГТС|П| :<(А |Т), и{Л (Е|П)}>^П W{E(Бп)}, (8)

где и - оператор управления геотехнологической

ситуацией качественного состава техногенного сырья; Л (Е | П) - правила определения принадлежности ситуации Е(5, ) множеству {ПУК}, позволяющие распо-

знать РГТС при оценке геотехнологических показателей техногенного сырья; П^Е(Бп)} - отображающая

функция качественного состояния объектов техногенного массива, представленная правилами регламентированных технологических решений (П), которые обеспечивают требуемое качество и количество запасов при любом сочетании совокупности свойств техногенного сырья W(Т).

Функция учета состоит в определении баланса разведанных и погашенных запасов сырья на техногенном месторождении на момент времени t и математически выражается уравнением следующего вида:

)(у,ц0, g,t) =Х(СГг )(v,Ц,u, g,t)-

{*}

(9)

- ГГ/к(і,іС(т)і,і) -Е^сГ* \у,Ц,о,g,t) =2(і) {і,і}{к} {*}

при условии достоверности прогноза запасов и оценки различного вида добычи техногенного сырья. Соблюдение этого условия обеспечивает с определенной вероятностью и точностью подтверждаемость результатов подсчета запасов. Это означает, что количество погашенных запасов должно быть не меньше их первоначальной прогнозной оценки по совокупности учитываемых горно-геологических объектов.

Заключение

Геологическое обеспечение направленного формирования качества сырья отходов рудообогащения и техногенных месторождений представляет собой систему идентификации динамики состояний показателей качества и технологичности, статистического контроля, прогнозирования и регулирования. Разработана общая математическая модель оценки качества техногенного сырья при направленной утилизации горнопромышленных отходов, представляющая собой композицию частных моделей качественного состояния объекта и функций управления. Предложенные модели отражают стохастические связи фактических и прогнозных оценок качества сырья с пространственными или временными параметрами горно-геологических объектов трансформированных в техногенные с учетом ограничений на области существования установленных зависимостей, их адекватности и точности при заданном уровне вероятности.

і

1. Гальперин А.М., В.ФОрстер, Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. - М.: Изд-во Изд-во МГГУ, 1997 - 534 с.

2. Ермолов В. А. Геолого-экологическое обеспечение управления качеством руд в процессах рудоподготовки.

- М.: Изд-во МГГУ, 1997 - 81 с.

3. Ершов В.В. Основы горнопромышленной геологии. - М.: Недра, 1988

- 328 с.

4. Ершов В.В, Ермолов В.А. Геоло-го-маркшейдерское управление качеством и запасами минерального сырья.

- М.: МГИ, 1989 - 80 с.

5. Ермолов В.А., Месхи Н.Ж. Динамическое моделирование техногенных образований в процессе их

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

формирования // Горный информ.-аналит.бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. -1995 - Вып 5.

6. Ермолов В.А., Бедрина Г.П, Зер-вандова В.П, Мосейкин В.В. Теория и практика моделирования и ресурсной оценки техногенных месторождений. -Изв.вузов. Геология и разведка. -1998, № 6; с. 65-72.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Ермолов Валерий Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры геологии, Московский государственный горный университет.

Курчевский Андрей Сергеевич - аспирант кафедры геологии, Московский государственный горный университет.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Ш

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

ЕРМОЛОВ

G:\^ работе в универе\2002\Папки 2002\GIAB12-0 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do

В

Alexandre Katalov

22.10.2002 16:31:00 19

02.12.2008 23:11:00 Таня

Полное время правки: 39 мин.

Дата печати: 02.12.2008 23:28:00

При последней печати страниц: 4

слов: 2 325 (прибл.)

знаков: 13 258 (прибл.)