CC BY
22
УДК 622.81:53 В.Н. Анисимов
КОНЦЕПЦИЯ МАЛО ОПЕРАЦИОННОЙ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНОЙ РУДОПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ВОЛНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Семинар № 3
Существующий процесс РУДО-
ПОДГОТОВКИ является весьма энергоемким и дорогостоящим, поскольку дробление и измельчение руд сопровождается большими затратами. Доля затрат при производстве концентрата на измельчение составляет до 70 % от всего передела при крайне низкой полезной работе мельниц (особенно низкая эффективность их работы в третьей стадии измельчения порядка 2 %) Если в процессе РУДОПОДГОТОВКИ не обеспечивается необходимая избирательность дробления и степени раскрытия железосодержащих минералов, то это приводит к неполному извлечению металла, значительным его потерям в хвостах обогащения (от 7 до 15 % общего железа и до 2 % магнетитового)
В работе [I] отмечено, что для улучшения раскрытия минералов могут быть использованы механические, термический, акустический и другие способы воздействия, которые должны вызвать слияние дислокации, зарождение и развитие микротрещин, концентрацию микродефектов по границам зерен.
Еще в конце 60-х, начале 70-х годов прошлого века исследования по магнитноимпульсной обработке (МИО) руд проводились в институте Геологии Чехословацкой Академии наук, в нашей стране в институте «Уралмеханобр» а также в условиях, Кривбасса на Украине. Цель исследований - определение, влияние магнитоимпульсной обработки в условиях обога-
тительных фабрик на измельчаемость и обогатимость минерального сырья. Следует отметить, что не смотря на то, что на последних стадиях процесса обогащения МИ обработка руды, находящейся в разрушенном состоянии при движении , по ленточному конвейеру или в пульповоде. в настоящее время не вызывает сколь либо существенных технических трудностей, (при использовании мощных генераторов импульсов тока и напряжения) однако это направление исследований концептуально не верно ,так как изначально не решает проблему ресурсосбережения, на наиболее энергоемких последних 3-х стадиях обогатительного передела, где при КПД мельниц порядка 2 % для раскрытия рудных минералов используется ничтожная доля затрачиваемой энергии. Остальная энергия теряется в основном в трансмиссиях электромеханического оборудования в виде тепловых потерь Сегодня предлагаемый метод приведенный например в работе [3] может быть эффективен например для размагничивания и разделения флокул перед магнитной сепарацие, но не может принципиально оказать сколь либо существенного влияния на снижение уже вложенных энергозатрат существующей традиционной технологической схемы передела руды. Сегодня в концептуальном плане практический интерес может представлять создание малооперационнной ресурсосберегающей технологии уже в процессе взрывной РУДОПОДГОТОВКИ с исполь-
зованием дополнительного воздействия ЭМП на свойства массива (снижение прочностных свойств), еще на стадии ведения буровзрывных работ на долю которых приходится всего до 6 % энергозатрат передела руды (впервые исследования МГИ в этом направлении упоминаются в работе [4]). Сопоставление основных особенностей различных способов рудопод-готовки (воздействия на руду) позволяет отметить, что наиболее технологичным в настоящее время пока остается взрывной способ нагружения, которому руда подвергается уже в процессе ее взрывной отбойки от массива в карьере или руднике. Взрывное нагружение позволяет обеспечить необходимую интенсивность и кратность нагрузок, высокую скорость их приложения, способствующую снижению пластических деформаций и соответствующих потерь энергии, то есть отвечает основным требованиям рациональной организации процесса раскрытия минералов. Несмотря на достаточно низкий КПД взрыва (3-5 % по оценке ряда авторов) для осуществления этого способа воздействия не требуется создание дополнительных энергоемких установок и устройств, он не усложняет технологию РУДОПОДГОТОВКИ. Однако в настоящее время в связи с повышением требований по снижению уровней техногенного воздействия массовых взрывов на окружающую сред требуются существенные дополнительные материальные ресурсы и сложные инженерно технические мероприятия по сокращению пылегазовых выбросов ,ударных воздушных волн и сейсмики которые неизбежно возникают при диспергировании массивов вблизи мегаполисов [6].
Характер изменений структуры минералов, вызванные взрывным нагружением, обусловленые взаимодействием волн напряжений с несовершенствами кристаллической решетки в объеме отдельных минералов и по границам зерен достаточно широко известны, но мало были изучены для сложноструктурных массивов.
Впервые работы, связанные с исследованием и разработкой рациональных параметров взрывной рудоподготовки с установлением и использованием в процессе проектирования параметров БВР закономерностей для сложноструктурных и сложноскладчатых массивов были проведены в условиях карьера Стойленского ГОКа. Работы были основаны на детальном изучении основных закономерностей складчатой структуры месторождения трещиноватости (блочности), вещественного состава и прочностных свойств железистых кварцитов в различных зонах месторождения [5].
Анализ результатов исследования показал: увеличение энергонасыщения в
приосевых зонах обеспечивает повышение качества концентрата при необходимой степени раскрытия рудных минералов без их переизмельчения, то есть доказана возможность управления показателями рудоподготовки на более ранней стадии измельчения;
для кардинального решения проблем рудоподготовки сложноструктурных массивов железистых кварцитов требуется изыскание путей совершенствования существующей и разработка принципиально новой техники и технологии переработки железорудного сырья с целью более существенного снижения энергозатрат процессов , измельчения и повышения показателей извлечения полезных компонентов при одновременном снижении интенсивности техногенной нагрузки и экологического риска при добыче и переработке полезных ископаемых.
Одним из путей (как показывают исследования, начатые в МГИ ещ1 в середине 80-х годов является комбинированное воздействие на массив железистых кварцитов импульсных ЭМП и упругих волновых нагружений, В последующих исследованиях была установлена возможность использования ударного воздействия взрывчатых веществ и импульсных ЭМП для интенсификации процесса разрушения горных пород. что в дальнейшей техноло-
гической переработке обеспечивает более полное извлечение минералов и снижение энергозатрат [4].
При наложении импульсного ЭМП на железистые кварциты, представляющих собой неоднородную слоистую полупро-водящую среду осуществляется развитие дефектов на микро и макроуровнях.в по-ликристаллическом материале соседние зерна могут иметь различные кристаллографические направления по отношению к направлению деформации и вследствие этого получить при деформации образца напряжения различные величины. Т.е. имеет место механизм приводящий к тепловым потерям. Наибольшие потери имеют место при определенной частоте поля. Значение этой частоты зависит от размеров кристаллического зерна и от теплопроводности среды.
Указанный выше механизм может иметь место в результате возникновения таких явлений как электро и магнитост-рикция, скинэффект, термомагнитоупругие эффекты и др. При этом на дефектах возникают механические напряжения сжатия и растяжения с частотой поля, которые как бы "раскачивают" краевую часть имеющихся дефектов и создают новые.
Наиболее ослаблены связи на границах различных минералов и зерен минералов, например магнетита и кварца и поэтому на контактах этих минералов возникает наибольшее число дефектов, укрупняются имеющиеся, раскрываемые ударной взрывной волной в момент наложения ЭМП за счет концентрации на них механических напряжений.
Известно, что при прохождении волны напряжения от взрыва скважинных зарядов при напряжении во фронте волны порядка 150-300 МПА на 6-10 радиусах заряда наблюдается разупрочнение микроструктуры железистых кварцитов.
Оценка полной энергии, затраченной на создание всех новых поверхностей в пределах зоны разрушения (диспергирования) показывает, что она составляет лишь не более нескольких процентов энергии взрыва. Остаточная энергия про-
дуктов взрыва в полости к моменту достижения его максимальных размеров для различных горных пород и источников взрыва колеблется в диапазоне 10-20 % потенциальной энергии. Остальные 70-80 % сосредоточены в виде тепловой энергии в разрушенной среде, которые до настоящего времени считались бесполезными потерями.
Взрывание зарядов ВВ сопровождается электромагнитным импульсным излучением, источниками которого являются в одном случае - движение ионизированного газа, образовавшегося в результате окисления ВВ. во втором случае - образование трещин в разрушаемом массиве горных пород, которое сопровождается излучением в пространство электромагнитного поля. Оба эти явления относятся к малоизученным, однако имеющиеся о них сведения достаточны для того, чтобы определить время их появления и очередность.
При взрывном воздействии на среду, обладающую пьезоэлектрическими свойствами, само рудное тело преобразует энергию упругой волны в электромагнитного (механоэлектрические явления). Напряженность поля сигналов в источнике составляет 105-106 в/см. Частота излучения 1-1,5 МГц..
Но анализ имеющихся отечественных и зарубежных данных показывает, что глубоких исследований по повышению КПИ взрывов зарядов ВВ, влиянию и управлению электромагнитными компонентами поля при мощных взрывах и зарядов ВВ на процессы ослабления и разрушения связей рудного массива, до настоящего времени не проводилось, что является одним из объектов и задач исследования. Автором предложено ряд технических решений проходящих испытания в лабораторных и полигонных условиях, а также исследования сопутствующих эффектов сопровождающих взрыв соответствующих зарядов ВВ в массивах.
Исследуется дополнительный эффект влияющий на процессы разруше-
ния(ослабления) который получен за счет перемагничивания исследуемых образцов при изменении направления вектора индукции внешнего магнитного поля за счет возникновение в т.ч. термомагнитоупругих эффектов.
Установлено, что обработка железистых кварцитов в комбинированном упругом динамическом и ЭМП волновом воздействии на них с градиентом напряженности магнитного поля уже порядка 20-40 кЭ и соответствующих длительности действия ЭМП и напряжений во фронте механической волны приводит к следующим результатам:
• после измельчения обработанных образцов указанными комбинированными волновыми полями выход класса 0,074 мм увеличился в среднем на 10 % по сравнению с контрольными образцами
• взаимная ориентация механической волны напряжения и электромагнитного поля существенно влияет на выход класса - 0,074 мм, причем наибольший эффект достигается при ортогональном ориентировании вектора индукции магнитного поля к направлению распространения механической волны напряжения в образцах.
Результаты исследований позволили сделать вывод о высокой перспективности применения комбинированного воздействия импульсов напряжений, генерируемых взрыванием скважинных зарядов с ЭМП с целью разработки малооперационной ресурсосберегающей технологии диспергирования массивов горных пород.
Как показали исследования в производственных условиях повышения показателей взрывной рудоподготовки сложноструктурных массивов железистых кварцитов можно достичь также:
• путём перераспределения энергии взрыва в соответствии с геологическим строением массива;
• расположением врубов в приосе-вых зонах синклинальных складок;
• созданием в приосевых зонах синклиналей и антиклиналей большего энергонасыщения массива что можно достичь:
- осуществлением одновременного инициирования 2х и более врубов во взрываемых блоках, с интервалом замедления обеспечивающим взаимодействие динамических волновых воздействий групп зарядов ВВ на наиболее трудно взрываемых ,труднообогатимых участках массива;
- оптимальной ориентацией градиента (вектора) потока энергии взрыва относительно сложноструктурных элементов массива, что позволяет достигнуть согласования уровня энергонасыщения разрушаемого объема пород с структурнотекстурными особенностями; прочностными характеристиками повышения качественных показателей обогатительного передела.
Выводы
Установлено, что одновременное воздействие импульсных ЭМП и взаимодействие волн напряжений от взрываемых зарядов ВВ в сложноструктурных массивах позволяет в целом достичь повышения показателей рудоподготовки.
Новая концепция взрывной рудоподготовки, заключающаяся в целенаправленном взаимодействии импульсов напряжений, генерируемых скважинными зарядами при одновременном наложении электромагнитного поля при дезинтеграции сложноструктурных массивов горных пород позволяет создать направления:
• в разработке методов и технических средств взрывоэлектромагнитных динамических воздействий при разрушении массивов, например, железистых кварцитов. Данные методы обеспечивают за счёт повышения КПП взрывов зарядов ВВ более значительное по сравнению с традиционной рудоподготовкой снижение энергозатрат и улучшение технологических показателей последующего передела рудной массы, при существенном снижении потерь железа в хвостах ОФ;
• для обоснования малооперацио-ных технологиий рудоподготовки и предпосылки решения всё более усугубляющихся геоэкологических проблем добычи и переработки полезных ископаемых в уже сложившихся за исторически длительный срок условиях эксплуатации гор-
1. Ревнивцев В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов в соответствии с современными представлениями физики твердого тела. Труды Механобра, вып. 140., Л., 1975, с. 153-164.
2. Исследование влияния магнито-импульсной обработки на измельчаемость и обогатимость минерального сырья. Уралмеханобр 1976.
3. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Бруев В.П. Разупрочнение железистых кварцитов методом импульсной электромагнитной обработки. Горный журнал. 2004. №1.
но-металлургических комплексов в результате их негативных техногенных воздействий вблизи крупных мегаполисов, в частности, в регионе освоения богатств сосредоточенных в железорудных формациях КМА.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. «Совершенствование техники и технологии взрывного комбинированного дробления железистых кварцитов и одновременного разупрочнения межзерновых связей высокочастотным электромагнитным полем» Отчет НИР МГИ, 1986. Л.С Дербенев, В.Н. Анисимов)
5. Анисимов В.Н., Семёнов В.В. Взрывная ру-доподготовка сложноструктурных массив железистых кварцитов Горный журнал №6. 2003.
6. Котенко Е.А., Морозов В.А., Анисимов В.Н. Кушнеренко В.К. Геоэкологические проблемы эксплуатации горнометаллургического комплекса КМА, ж-л «Горная промышленность» №2. 2003.
— Коротко об авторах
Анисимов В.Н. - кафедра «Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет.
---------------------------------------------------- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
1. Жулковский Д.В. Ресурсная база горного производства (№ 401/07-05 — 08.04.05) 8 с.
2. Карпов A.B. Повышение эксплуатационной надежности подготовительных выработок при интенсивной обработке запасов шахтных полей (№ 402/07-05 — 14.04.05) 6 с.
3. Белопушкин В.И., Кириллычев А.Н. Вопросы обеспечения информационной безопасности в автоматизированных системах управления (№ 403/07-05 — 18.04.05) 6 с.
