Оптимизация параметров материально-производственных запасов карьера в режиме устойчивого развития горного предприятия. Часть 2 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

- © Ю.В. Лаптев, P.C. Титов,

2013

УДК 622.013.36

Ю.В. Лаптев, Р.С. Титов

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАПАСОВ КАРЬЕРА В РЕЖИМЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ. Часть 2

(Начало в ГИАБ № 11 стр. 234-242)

Представлены результаты исследований по оптимизации резервов мощностей горнообогатительного предприятия на примере ОАО «Ураласбест», а также перспективных технологий рудоподготовки с применением грохотильно-перегрузочных пунктов. Ключевые слова: рудоподготовка, материально-технические запасы, автокорреляционная функция, транспортный поток, грохотильно-перегрузочный пункт, оптимизация.

Одним из основных параметров, характеризующих процесс грохочения, служит величина слоя потока материала в / - ом сечении грохота И, рассчитываемая формуле [7]:

h =

КЛ

0^0

{1 -[p {ък4нЛх)}

n

Л

х(Л5 - Л5)]

1,5 -

(33)

где 30 - начальная скорость движения

сыпучей массы, м/сек; - скорость

движения сыпучей массы по грохоту,

м/сек; Ь0) - начальная толщина слоя

по питанию, связанная со средним размер куска подаваемого на грохочение, м; р! - доля мелкого класса в исходном продукте, дол. ед.;

п =ЛЖС -МЯ ■ 008 р)0,5 . (34)

Скорость движения сыпучей массы по грохоту рассчитывается по формуле

3. + 2 ку =

= >3о + 2 /^(1 -ЛжсМ2)ОО8^]

(35)

где Лжс - коэффициент живого сечения; д = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; I" д - коэффициент внешнего трения движения горной породы в сыпучем состоянии; у - текущая координата по длине грохота (у = 0 - 25), м; р - угол наклона поверхности грохота, град (р = 36о, 40о, 44о, 48о,52о);

к = я^тр- 4(1 -ЛЖС м2)■ созр]

где М - коэффициент затрудненности просеивания (зависящий от физико-механических свойств материала и разрешающей способности сита). Для рудной горной массы можно принять М = 0,05.

Коэффициент живого сечения

Лжс рассчитывается по формуле

Лжс =

dr

общ

dp + bp

(36)

где 5ж - площадь свободного отверстия грохота, через которое непосредственно происходит отсеивание

2

ж

материала, м2; 5общ - площадь ячейки грохочения с учетом толщины сетки (решетки) грохота, м2; ¿р - размер щели, связаный с размером задаваемого куска подрешетного продукта, м; Ьр - ширина рельса по низу (Р-65, 75), м.

Величина Ь,- определяет в конечном итоге выход надрешетного и подрешетного продуктов по длине грохота. Эффективность грохочения связана с содержанием подрешетного продукта в исходном материале и с выходом подрешетного продукта в , -ом сечении грохота.

Выход материала в подрешетный продукт определяется из выражения

= 1 -

а

(37)

где Qн¡ - расход по надрешетному продукту в , - ом сечении грохота, м/с; Qo - исходная производительность грохота по питанию, м3/с.

Расход надрешетного продукта Qн¡ по длине грохота определяется формулой

= К Л ■ а , (38)

где а - ширина просеивающей поверхности грохота, соизмеримая с шириной кузова автосамосвала, м.

Производительность грохота по питанию рассчитывается по формуле

< = К Л ■ а , (39)

Определение параметров процесса грохочения на ГПП осуществляется исходя из заданного относительного содержания класса крупности подаваемого материала на поверхность грохота при условии равномерного распределения его внутри класса. Для расчетов было задано два класса крупности 0 - 150 мм - нижний класс (подрешетный) и 150 - 1000 мм - верхний класс (надрешетный) с до-

лями относительного содержания по мелкому классу в исходном подаваемом материале 0,25, 0,5 и 0,75.

Принимая во внимание то, что уравнения (33) и (35) параметров Ь! и

Л , связаны с начальными величинами процесса грохочения Ь0 и Л0 , конструктивными параметрами грохота (X , Ьр, у, физико-механическими свойствами подаваемого материала , а

также с относительной долей мелкого класса в исходном продукте р,- , то для расчета по этим уравнениям определяются следующие зависимости и соотношения:

Толщина слоя по питанию определяется следующим выражением

4 = (1 о ■ В, (40)

где В - коэффициент связанный с производительностью выгрузки автосамосвала; 1 о - средний размер куска в исходном материале, м. Коэффициент В определяется

в=а/ соп1п, (41)

где Q0 - производительность выгрузки автосамосвала, м3/с; Qon"1 - производительность выгрузки принятого автосамосвала с наименьшей грузоподъемностью (30т), при В =1, м /с.

Соответственно, 1 о определяется из выражения

-г 1 н ■ ри + 1в ■ Р

'¡В

(42)

Рн + РВ

где 1 н - средний размер куска по

нижнему классу, м; 1 н - средний размер куска по верхнему классу, м; Р1Н - доля мелкого класса в исходном продукте (0,25, 0,5, 0,75), дол. ед. р,-В - доля крупного класса в исходном продукте (р,в = 1- р-н), дол. ед.

Конструктивные параметры грохота задаются исходя из следующих соображений:

- размер щели грохота ¿р определяется в соответствии с заданным гранулометрическим составом подаваемой горной массы на его поверхность по нижнему классу крупности (подрешетный продукт). В расчетах принято нижний класс 0 -150 мм, соответственно принимаем по максимальному куску класса

1150 = 1р = 0,15м ;

- ширина элемента поверхности Ьр принимается исходя из принятой конструкции просеивающей поверхности грохота Ьр = 150 мм = 0,15 м;

- конечная длина грохота равна стандартной длине рельса 25 м. Для расчета параметров процесса грохочения задано шесть точек координат по длине грохота, соответственно, равных у = 0, 5, 10, 15, 20, 25 м;

- угол наклона грохота ф принимается в пределах изменения 35 - 55 град. Для расчетов приняты углы, равные, соответственно ф = 36о, 40о, 44о, 48о,52о;

Физико-механические показатели процесса грохочения учитываются

коэффициентом трения f потока материала движущегося по наклонной поверхности [9].

Коэффициент внешнего трения движения горной породы в сыпучем состоянии определяется

^ = ^р', (43)

I

где Р - угол внешнего трения разрыхленной породы (Р = 360, равный углу естественного откоса).

На рис. 6, 7 приведены графики изменения толщины слоя потока материала в , - ом сечении грохота Ь,- , ско-

рости движения сыпучей массы по грохоту Л, выхода материала в подрешетный продукт /1 и расхода по над-решетному продукту Qн для автосамосвала грузоподъемностью Qл = =75

т, и угла наклона грохота ф = 40о.

Определение оптимальных параметров грохотильно-перегрузочных пунктов производится по схеме расчета обобщенной функции желательности.

В качестве оптимизируемых в этом случае принимались два критерия (параметры функции желательности):

- выход материала в подрешетный

продукт У ;

- расход надрешетного продукта по грохоту Qн.

В качестве оптимизируемых параметров автотранспортного оборудования, разгружающего горную массу, служили скорость и производительность выгрузки на грохот (см. табл. 1).

Алгоритм построения обобщенной функции желательности включал в себя следующее:

- построение шкалы желательности, устанавливающей соотношение между значением отклика ¡(х) и соответствующим значением частной функции желательности

- вычисление частных функций желательности

- вычисление обобщенной функции желательности О.

Обобщенная функции желательности определяется из соотношения [6]

( N Л1/п

В = п1112... 1п = П1 ; (44) V ¡=1 )

где а( -частные функции желательности.

Значение ¿=0 соответствует абсолютно неприемлемому значению це-

5 10 15 20 25

Текущая ко о рдшата по дпше грохота, м

1 Толщина слоя Ш при р1 —0,25

2 -Толщина слоя Ш при |>1 — 0,5

3 'Гччщинл пол Ш при ]-1 — -о..

Рис. 6. График изменения толщины слоя И по длине грохота (при угле наклона грохота р = 40° и грузоподъемности транспортного средства 0^=75 т)

5 5

5 1(1 15 2\)

Текущая координата по длине грохота, м

Выход материала в плдреютныН продукт при рк = 0.25 -Выход материала в подрешгтньШ продукт при р! -= (к? -Выход материала в подреикпный продукт пил \Л = о,-5

Рис. 7. График изменения выхода материала в подрешетный продукт у по длине

грохота (при угле наклона грохота р = 40 и грузоподъемности транспортного средства 0&=75 т)

левой функции, при С=1 значение целевой функции соответствует ее лучшему, предельному значению. Если С=0 то обобщенная функция желательности О также равна нулю. С другой стороны если все С=1 то и О = 1. Наилучшему результату оптимизируемых параметров соответствует максимальное значение функции О.

Частная функция желательности имеет экспоненциальную зависимость вида

6 = ехр{- ехр[- /(х)]}. (45)

Функция О имеет оптимум, если выполняется условие

У/( х )ехр[- / (х)] = 0

(46)

где f'(xj) - производная от функции f (x) по x.

Приняв f ( X ) =b0+Ь Xj будем

иметь

N

E b exp[-(b0 + bX)] = 0

(47)

где х ,■ - фактор оптимизации; Ь0, Ь! -коэффициенты, определяемые заданными интервалами изменения Цх).

Значение функции / (х) находятся из условий

^min < X < ^ma f < f < f

(48)

В данном случае {=-{,■ ставиться в соответствие с наихудшим значением фактора х; {=!,, ставиться в соответствие с желательным или наилучшим значением х.

При производстве оптимизации функции Цх) был задан интервал ее изменения от -2 до +2.

Согласно условиям (48) получаем:

а < а < а

"Н шт " "Н п

- для Qн

для

Y

2 < f < 2

Y ■ < Y < Y

min max

- 2 < f < 2

(49)

(50)

Ymax ■

Для фактора У параметр fy 2 ставится в соответствие с max (Y),

fvmm = -2 - с min (У) (рис. 8 а). Для

фактора QH параметр fQH min = -2 ставится в соответствие с min (QH),

fQHmax = 2 - с max (QH) (рис. 8 б).

Обобщенная функция желательности О (44) определяется решением частных функций ¿1 (45) являющимися экспоненциальными зависимостями

где f() =Ь о+Ь1Х . Решение

функции / (х) находятся из преобразования факторов оптимизации в соответствующую фактору функцию /.

В соответствии с условиями определения / находим коэффициенты Ь0,

Ь1 для преобразования У в ^ и <Н в а . Считаем ^шах = 2; = -2 и

/min

fr

Qh max

= 2; fr

; QH min

= -2. Принимаем,

что при У = Xmax ; f = 2,а при У = У min ; f = -2, так же при

QH = QH max ; f = 2 а при QH = QH min ; f = -2, тогда:

для

b0 + Ymaxb = 2 b0 + Ymin A = -2

Y

(51)

(52)

- для Qh

Ь0 + QH maxb = 2

Ь0 + Qh minb =-2J

где У max , Qh max - факторы ОПТИМИЗЭ-ции с наибольшим числовым значением; Ymin , QH min - факторы оптимизации

с наименьшим числовым значением.

Из решения системы уравнений (51, 52) определяются коэффициенты b0, b1 функции f(xi).

Рассчитываются частные функции желательности dj

dQHj = exp{- exp[- /(Qh ,)]}. (53)

я я я и

я

^

/

2

/

_4_

Ау

(Y Ymin ) - 2

АУ У max Ymin

■уш 1п уш а х

Выход материала в подреш етны й продукт

/

2

я я я и

я

^

га /-ч

С -2

к =

4

AQ

(Qh - Qhmin) - 2

H

aQh = Q

H i

Q

H i

Q Н min Q Н max

Расход надреш етного продукта по грохоту

Рис. 8. Изменение параметра / от факторов оптимизации (а - выход материала в подрешетный продукт (У ); б - производительность надрешетного продукта по грохоту(Он))

1У1 = ехр{- ехр[- )]} . (54)

Определяется обобщенная функция желательности О

/2

(55)

В =4^, = 1 * 1Г1 )1

Оптимизация параметров грохо-тильно-перегрузочных пунктов производилась в два этапа.

Первым этапом являлась оптимизация угла наклона грохота ГПП, производимая по следующему алгоритму:

- в заданном интервале углов наклона грохота (ф = 36о - 52о) и параметров грузоподъемности автосамосвалов = 30, 40, 75, 120т) рассчитываются показатели процесса

грохочения У и ((Н;

а

0

0

и

38 40 42 44 46 48 50 52 Угол наклона поверхности грохота, град 1 при р1 =0,25 2при р! = 0,5 3 — при р! = 0,75

Рис. 9. График зависимости функции О от угла наклона поверхности грохота

- производится расчет частных С и обобщенной О функций желательности.

В качестве примера на рис. 9 представлены результаты расчета оптимизационных функций желательности для автосамосвала грузоподьем-ностью 75 т.

Вторым этапом являлась оптимизация грузоподьемности автосамосвалов, подающих горную массу на грохот.

Оптимизация производилась по параметрам грузоподьемности автосамосвалов равной 30, 40, 75 и 120т и оптимальному углу наклона грохота

Р = 40о - 42о,

с учетом доли мелко-

го класса в исходном продукте р,■ = 0,25, 0,5 и 0,75 дол. ед.

Оптимизационными показателями в расчетах являлись выход материала в подрешетный продукт У и изменение расхода надрешетного продукта 0Н по грохоту.

На рис. 10 представлен график зависимости функции О от параметров грузоподьемности.

На основе проведенных теоретических исследований можно сделать следующие выводы:

- оптимальный обьем карьерных перегрузочных складов зависит от параметров транспортных потоков «забой-склад» и «склад-обогатительная фабрика». В свою очередь плотность транспортных потоков связана с соотношением «время доставки рудного материала на склад или ОФ / время рабочего цикла автомобильного и железнодорожного транспорта»;

- резерв мощностей и производственных запасов для условий ОАО «Ураласбест» составляет 16 - 17%. Полученный результат позволяет утверждать следующее: обеспечение требуемого обьема сырья на ОАО «Ураласбест» при существующей технологии переработки и действующей транспортной схемы в карьере может быть достигнуто резервом горнодобывающего и горнотранспортного оборудования в установленном пределе;

- эффективным методом рудопод-готовки на карьерах, где проявляется взаимосвязь гранулометрического со-

Э 0,14

0,12

< ОД

1 0,08

J; 0,06

я

| 0,04

£

1 0,02

в

О 0

приа = 40о - 42е

ÖAopt = 75 - 80т

20

40 60 SO 100

Гру юподъемность автосамосвала, т

120

140

1

ni>ni>i=0.2f 2 npni>i = 0.5 J ni>n|>i = ft-"5 Рис. 10. График зависимости функции D от параметров грузоподъемности автосамосвалов

3

става взорванной горной массы с ее химическим составом, является грохочение на специальных перегрузочных пунктах. Такая ресурсосберегающая технология рудоподготовки позволяет снизить транспортные расходы на перевозку некондиционной руды, производя внутреннее отвало-образование, а также повысить извлечение высококачественной руды

(предобогащение) непосредственно в карьере;

- оптимальными параметрами функционирования грохотильно-перегрузочных пунктов (ГПП) по данным исследований являются следующие:

- угол наклона грохота - 40о - 42о;

- грузоподъемность автосамосвалов, загружающих ГПП - 75 - 80 т.

1. Гальянов A.B., Шерстянкин O.A. К вопросу конструирования рудных потоков по заданным вероятностным характеристикам // Сб. научн. трудов/ИГД МЧМ СССР - Свердловск, 1981. - №67. - С.66-72.

2. ДрюД. Теория транспортных потоков и управление ими. - М.: Транспорт, 1972. -424с.

3. Лукас B.A. Теория автоматического управления. - М.: Недра, 1990. - 416с.

4. Техническая кибернетика// Под ред. Солодовникова В. В. Кн.1. - М.: Машиностроение, 1967. - 767с.

5. Техническая кибернетика// Под ред. Солодовникова В. В. Кн.2. - М.: Машиностроение, 1967. - 679с.

6. Рубинштейн Ю.Б. Математические методы в обогащении полезных ископаемых / Ю. Б. Рубинштейн, Ё. А. Волков. - М.: Недра, 1987. - 296 с.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

7. Маслобоев В. Г. Математическая модель процесса грохочения/ В. Г. Маслобоев // Изв. вузов. Горн. журн. - 1987. - № 7. - С. 109 - 122.

8. Перо в В. А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990. -301 с.

9. Барон Л. И. Характеристики трения горных пород. - М.: Изд. Наука, 1967.206 с.

10. Васильев М.В. Внутрикарьерное складирование и перегрузка руд. - М.: Недра, 1968. - 184 с.

11. Лаптев Ю.В. Перспективы грохо-тильных схем рудоподготовки на горных предприятиях / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов, Д. В. Корешков // Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН. - Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003. - С. 67 - 76.

12. Лаптев Ю.В., Гальянов А.Б. Теоре- комплексного освоения недр. - Екатерин-тические основы процесса сегрегации гор- бург, 2004. - С. 245 - 259. - (Сб. науч. тр. ной массы // Геотехнологические проблемы / ИГД УрО РАН. - Вып.2 (92). ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Лаптев Юрий Викторович - доктор технических наук, заведующий лабораторией управления качеством минерального сырья, direct@igd.uran.ru,

Титов Роман Сергеевич - мл. научный сотрудник лаборатории управления качеством минерального сырья, direct@igd.uran.ru, Институт горного дела УрО РАН.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ РУДОПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ В ПРОЦЕССЕ РУДОПОДГОТОВКИ

Гзогян Т.Н., - руководитель лаборатории обогащения минерального сырья НИУ «БелГУ», канд. техн. наук, действительный член МАМР и АГН, E-mail: mehanobr1@yandex.ru; Гзогян С.Р. - старший научный сотрудник лаборатории обогащения минерального сырья НИУ «БелГУ», Email: mehanobr1@yandex.ru; Ряполов А.Н. - доцент Губкинского института (филиал) МГОУ, канд. техн. наук, E-mail: mqouall@ yandex.ru; Савельев Б.М. - главный обогатитель ОАО «Комбинат КМАруда», E-mail: svm@kmaruda.ru

Приведен анализ теории и практики технологических схем рудоподготовки для железистых кварцитов с целью получения качественного дробленного продукта, основные тенденции развития техники и технологии рудоподготовки. Описаны особенности изменения структурного состояния, микродеформаций и микронапряжений при механическом воздействии на железистые кварциты КМА, механизм изменения которых оценен в зернах рудных (магнетит, гематит) и нерудных (кварц) минералах. Приведены результаты исследований физических свойств железистых кварцитов Коробковского месторождения КМА. Приведены результаты сравнительных испытаний схем рудоподготовки в открытом цикле с получением качественного дробленного продукта на примере железистых кварцитов Коробковского месторождения.

CURRENT SITUATION IN FERRUGINOUS QUARTZITE PRETREATMENT TECHNIQUE AND TECHNOLOGY. ALTERATION OF STRUCTURE AND PHYSICAL PROPERTIES OF FERRUGINOUS QUARTZITE UNDER PRETREATMENT

Gzogyan T.N., Gzogyan S.R., RyapolovA.N., Saveliev V.M.

Aiming at higher quality of crushed material production, the author analyzes theory and practice of process flow sheets included in ferruginous quartzite pretreatment and basic development trends in ore pretreatment techniques and technologies. The article describes alteration of structure, as well as micro-strains and micro-stresses cased by mechanical action on ferruginous quartzite extracted in the area of the Kursk Magnetic Anomaly, as well as on metal (magnetite, hematite) and nonmetal (quartz) minerals. The investigation of physical properties and the comparison testing of ore pretreatment flow sheets in open cycle of quality crushing have been performed on ferruginous quartzite from the Korobkovsky deposit in the Kursk Magnetic Anomaly area. Key words: ore pretreatment, metal and nonmetal mineral, ferruginous quartzite.

- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

(ПРЕПРИНТ)