CC BY
166
© С.И. Беляев, С. С. Глубокий, Г. М. Еремин, 2004
УДК 622.2.063.013
С.И. Беляев, С. С. Глубокий, Г.М. Еремин
ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА РУДНОЙ МАССЫ В УСРЕДНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ НА КАРЬЕРАХ ОАО «АПАТИТ»
Семинар № 1
1ТЛ ак известно, на полноту извлечения по-
-*\ лезных компонентов из недр, а затем из добытой в карьере руды влияют ряд факторов. Среди них выделяют природные особенности месторождений; их типы, формы, мощность, углы падения и т.д., определяющие адекватность построенной математической модели однородности добываемого полезного компонента реальному распределению компонента в рудном теле. Ко второй группе факторов следует отнести технологию добычи полезного ископаемого, полноту отработки рудных контактов как в лежачем, так и в висячем боках рудной залежи. К третьей группе факторов относят способ и процесс усреднения руды в ус-реднительных системах для подачи на обогатительную фабрику сравнительно однородного по качеству рудного сырья. Первоначально исследуют природные качества полезного ископаемого, выполняют статистический анализ распределения контролируемых свойств полезного ископаемого в целях установления общего характера их вариации в рудном теле.
Выполнением геометризации контролируемых качественных и технологических свойств рудного сырья создается основа для построения планов и разрезов по участкам рудного тела и на завершающем этапе определяется способ отработки и углубки карьера.
При обосновании технологических решений по отработки рудных тел, обеспечивающих требуемую однородность сырья в потоке учитывают как изменчивость показателя качества среднего содержания в пространстве залежи на тот или иной период ведения горных работ в карьере, регулированием соответствующим числом одновременно работающих забоев с различным содержанием полезного компонента ,так и разработкой математической модели и программ оперативного управления добычей в режиме усреднения и их реализации.
Исходя из поставленной задачи планирование добычных работ делится на следующие этапы и виды;
1. Планирование на этапе проектирования разработки месторождения
2. Планирование на этапе эксплуатации месторождения.
а также:
а) текущее планирование
б) оперативное планирование
В конечном счете планирование с учетом технологических свойств полезного ископаемого является наряду с планированием по заданному содержанию компонентов непременным условием правильной разработки месторождения в режиме усреднения руды и достижения максимального извлечения полезного компонента при переработки сырья.
Составной частью формирования однородности качества полезного ископаемого является систематическое поступление и отработка информации по опробованию полезного ископаемого в пассиве рудного тела и в потоке рудной массы, поступающей из забоев на ус-реднительный склад и со склада на обогатительную фабрику.
По этим данным осуществляется планирование горных работ и оперативное управление добычей в режиме усреднения.
При оценке усреднения руд однородность качественного состава полезного ископаемого принято оценивать средним квадратического отклонения показателя от среднего или планового его значения
Та ~а) (1)
П — 1
где а и а - соответствующие значения показателя в пробе и среднее значение п- число замеров
Однако среднее квадратическое отклонение являясь обобщенной оценкой колебания признака, не отражает всех особенностей его значения, влияющих на однородность рудного потока.
В оперативной практике в качестве меры оценки результатов усреднения используется такое отношение одинаковых характеристик
п
П = А (2)
' /„
где / , / - среднее значение длины волны со-
£ Н V Н
ответственно до и после усреднения качества руды по контролируемому признаку
Кроме того на практике такое используют в качестве меры оценки усреднения отношения амплитуд А
А
Па = А (3)
А2
где А1 и А2 соответственно амплитуды колебаний признака среднее содержание компонента до и после усреднения руды.
Некоррелированные случайные изменения признака обусловлены чаще всего случайными колебаниями относительно кривой изменение в потоке. Высокие скачки изменения признака оказывают значительное влияние на показатели переработки сырья и как правило, ухудшая его технологические показатели. Поэтому на карьерах значительное внимание уделяется оперативному управлению добычными работами в режиме усреднения и заблаговременно выполняется расчет однородности качества добываемой руды. При этом в начале на основе горногеометрического анализа и количественном изучении изменчивости контролируемых показателей, выбора варианта направления отработки рудного тела по результатам оценки однородности полезного компонента в руде определяют среднее значение контролируемых показателей контурах отработки горизонтов, на период планирования и затем строят полигональные кривые распределения содержания Р2О5 (законов изменения качества). На следующем этапе определяют необходимое число добычных экскаваторов для реализации математической модели оценки однородности руды. На заключительном этапе в расчетном периоде оперативного планирования и управления добычей определяются параметры горных работ (высоты забоя, длины фронта работ, ши-
рины заходки и т.д.) количество технологического оборудования и единиц транспортнодобычной техники, в том числе количество экскаваторов, работающих в режиме усреднения. при производительности карьера 3-5 млн т/год.
И сравнительно однородной по качеству руде необходимое количество экскаваторов для обеспечения заданного среднего содержания полезного компонента в руде чаще всего 3-4.
При этом пределы отклонения Р2О5 и п от средних (заданных ) содержит в руде на принятый период планирования должны соответствовать условиям дальнейшего передела руды на обогатительной фабрике.
Так для Cтойленского железнодорожного карьера стандарт отклонения от среднего по руде принят Сремаг = 1,1 % и <гп = 0,06 %, а соответственно допустимое значение отклонения для отдельных забоев при четырех экскаваторах составляют +_2,2 и +_0,12 %.
Для карьера апатито-нефелиновых руд пределы отклонения от среднего составляют не более 1-1,5 %
Дисперсию содержания руды подаваемой в бункер (склад) из забоев определяют по теореме отклонения вариаций
1
п
(4)
где - дисперсия содержания компонента в автосамосвалах движущихся из забоя; ■
среднее содержание полезного компонента; а - среднее содержание полезного компонента в п забоях.
Приведен определение величины дисперсных содержаний полезного компонента для одного из карьеров при трех работающих забоях. Если принять среднее содержание полезного компонента по одному из забоев за 1,то среднее содержание по двум другим забоям составит 0,96 и 0,54. Тогда после вычисления получим дисперсию содержания полезного компонента (Те) в руде, подаваемой в бункер О =
11,2 % при дисперсии содержания компонента в руде в автосамосвалах 2,8 % [1].
На карьерах АО «Апатит» усреднение ру-ды,поступающей из забоев осуществляется в бункеров рудоспусков (рудник Центральный ) в усреднительных складах (карьеры Коашвин-ский и Ньюркпахский Восточного рудника). Ниже приведены характеристики факторов.
(X
Характеристика факторов оказывающих влияние на колебание качества добываемого полезного ископаемого.
Геологические факторы.
1. Изменчивость содержания усредняемых компонентов в рудном массиве как на отдельных участках, так в целом по месторождению- один из основных факторов, вызывающих колебание качества добываемого сырья.
2. Наличие общих и локальных закономерностей размещение полезного компонента в рудном массиве.
3. Взаимная корреляция содержания компонента в рудном массиве.
4. содержание усредняемого компонента во вмещающих породах- существенно влияет на уровень разубоживание руды.
5. Наличие включенных пустых пород и некондиционных руд в контуре разрабатываемой рудной залежи увеличивает или вызывает разубоживание добываемого полезного ископаемого, что ведет к снижению среднего содержание компонента и увеличение его колебаний.
Технологические и горнотехнические факторы.
1. Число работающих добычных забоев, а следовательно и число единичных рудопото-ков - один из наиболее важных факторов, определяющих уровень усреднения качественного состава руды в общем потоке, выдаваемом рудником.
2. Производительность добычного забоя и колебания производительности непосредственно сказываются на уровне однородности как отдельного рудопотока, так и общерудничного. Выход из строя забойного оборудования и машин, нарушение работы транспорта, непредвиденные остановки рудника или фабрики, выход из строя забоя как выемочной единицы, нестабильность процесса добычи руды является одной из основных причин вызывающих колебания единичных рудопотоков и снижающих уровень усреднения добываемого сырья.
3. Наличие добычного фронта работ и количества готовых к выемке запасов облегчают управление процессом добычи руды в режиме усреднения и позволяет снизить колебания качества сырья в отдельных и в общерудничном потоках.
4. При наличии на месторождении нескольких технологических сортов руд селективная выемка руд по сортам и их раздельная
выдача оказывает положительное влияние на усреднение, т.к. снижают колебание качества в каждом потоке.
5. Перспективное и оперативное планирование руды способствует повышению уровня усреднения.
6. Кондиция руды по минимальному содержанию полезного компонента в значительной степени определяет размах колебаний содержания в добываемой руде.
Методика и технология работы по шихтовке руды состоит в следующим: для планирования добычных работ в режиме усреднения на неделю, месяц, год используются маркшейдерские планы горных работ, геологические и качественные планы масштаба 1:2000, разрезы масштаба 1:1000, которые составляются на основе документации и опробования скважин детальной и эксплуатационной разведки и регулярно пополняются данными полученными из обработки результатов скважин.
При планировании качественных показателей на год, определяется объем качественных разновидностей руд (балансовых и забалансовых), в контурах планируемых к отработке. При планировании качественных показателей на год, определяется объем качественных разновидностей руд (балансовых и забалансовых) в контурах участков планируемых к обработке.
По геологическим данным определяется содержание основных компонентов Р2О5 А1203
об, АЬ2О3 к.р. затем вычисляется среднее содержание основных компонентов в рудном массиве. Если в рудах имеются включение даек и безрудных прослоек мощностью свыше 8 м, то эти объемы вычитаются из рудной массы.
В плане горных работ на месяц намечаются блоки для добычи, определяется их качественная характеристика, указывается номер экскаватора, который должен работать на этом блоке. Наиболее детально составляется недельносуточный график добычи и усреднения руды. В графике определяют объем добычи каждого экскаватора по суткам и сменам, отмечают время их ремонта. При составлении недельносуточного графика учитывают следующие факторы
- выполнение заданных показателей по содержанию Р2О5;
- выполнение основных направлений развития горных работ;
- обеспечение необходимой степени усреднения добываемой руды, с равномерным содержание Р2О5 на протяжении всей недели;
- выполнение плановых объемов по вскрыше.
На каждый блок намечаемый к отбойке по месячному и недельно-суточному графику, составляют паспорт с указанием качественной характеристики руд, отмечаются текстурные разновидности руд, выносятся контакты балансовых и забалансовых руд. Содержание основных компонентов определяются в усредненных показателях для всего планируемого на неделю объема. Если на участках имеются руды различные по своему минералогическому составу и качеству (участки забалансовой руды и подстилающих пород), то их выделяют в самостоятельные блоки.
Колебания содержания Р2О5 по данным опробования в блоке как правило не превышает 10 %, но в зоне нижнего контакта выделяются участки резкого перехода бедных руд (со держание Р2О5 от 4 до 8 %) и богатой руды содержание Р2О5 до 20 и выше %.
План выдают по каждому экскаватору работающему в данном блоке, а нарядом определяют объем добычи за смену исходя из качественной характеристики руды.
Усреднение руды в карьере осуществляется путем добычи в нескольких забоях с различным содержание Р2О5. Требование к однородности руды поставляемой на обогатительную фабрику ограничивает колебание сменных содержаний Р2О5 +/- 0,5.
Для целей оперативного управления процессов усреднения введена должность оператора (бракера), который ведет учет количества добываемой руды по экскаваторам. Текущий контроль за качеством добываемой руды осуществляется диспетчером и геологической службой рудника.
Опробование руды производится после дробления на конвейере. Опробование производится постоянно всех составов поступающих на фабрику. На сливах классификаторов руда опробуется каждые 2 часа.
- перед производством массового взрыва геологическая служба по имеющимся данным проводит расчет качества;
- после производства массового взрыва геолог рудника проводит визуальную оценку качества руды. Оценка качества руды производится один раз в сутки, при необходимости
оценка качества проводится дополнительно. Геолог оценивает качество по всем рудным экскаваторам по результатам оценки составляется ежесуточный наряд, где указывается качество по добычным забоям, и среднее качество в добываемой руде, которое должно поступать на обогатительную фабрику.
Мастер добычи совместно с геологом определяет количество а/м необходимое экскаваторам работающим в рудных забоях исходя из ее качества и запланированных объемов добычи руды на смену.
Экскаваторы имеющие качество в забоях среднее или близкое к среднему (14-15 % среднее качество руды за смену) работают без ограничения по объемам.
Экскаваторы с богатой рудой (от 16 и более %) работают одновременно с экскаватором работающим в забое с бедной рудой (от 4 % и до 10 %), а также забалансовой рудой.
Каждый час «бракер» следящий за загрузкой руды в рудоспуск, передает диспетчеру рудника данные по объемам добытой руды в рудоспуске и добычу каждого экскаватора. Горный мастер на основании полученных данных высчитывает среднее качество руды загруженной в рудоспуск. После чего проводится корректировка работы экскаваторов, ограничению «богатых» экскаваторов, если оперативное качество руды выше планового, или ограничению работы экскаваторов работающих в «бедных забоях», если качество добываемой руды ниже планового. Каждый час также диспетчер получает данные по фабрике, содержание качества руды по составам и классификаторов. После чего, если качество отличается от планового производится корректировка качества (по рудным забоям в карьере). По окончанию суток рудник получает баланс по качеству отгруженной руды.
Процесс смешивания руды происходит без усреднительного склада, непосредственно в бункере рудоспуска, что удешевляет себестоимость добычи руды, но требует очень четкой работы геологической службы рудника и добычного участка
Управление качеством добываемой руды в карьере Коашвенского месторождения осуществляется следующим образом Геолог
Рис. 1. а - изменение содержания Р2О5 в руде по Центральному руднику: 1 - оперативное качество в добываемой руде; 1’ - качество Р2О5 по составам; б - 1 - оперативное качество Р2О5 Центрального рудника; 1’ - качество Р2О5 по составам Центрального рудника; 2 -оперативное качество Р2О5 Восточного рудника; 3 - качество Р2О5 по составам Восточного рудника
с горным мастером проводят осмотр рудных забоев в начале смены, где на месте определяется направление работ экскаватора исходя из качества руды в забое и определяется количество автомашин работающих от этого экскаватора
Добываемая руда шихтуется на рудном складе. На штабеле Коашвенского карьера работают два экскаватора, которые осуществляют погрузку руды в железнодорожный состав.
Процесс смешивания руды происходит следующим образом;
- к одному на складе экскаватору подвозится руда, качество которой близкое к плановому качеству отгружаемой руды
- к другому экскаватору подвозится руда с более высоким содержанием Р2О5 и с бедной рудой, а также забалансовой рудой. Машины с богатой и бедной рудой разгружаются поочередно, таким образом происходит смешивание руды и формирование на складе заданного качества Р2О5.
Погрузка руды в железнодорожный состав осуществляется одновременно двумя экскаваторами. Геолог один раз в смену берет пробы из забоев откуда осуществляется погрузка руды на фабрику со штабеля.
Результаты опробования рудного штабеля, а также данные полученные по качеству на фабрике и визуальная оценка качества забоев в карьере служит для корректировки работы рудных экскаваторов.
На складе Ньорпахского карьера для погрузки руды в железнодорожный состав работает один экскаватор. Регулировка качества происходит в карьере, а также на рудном складе при разгрузке автомашин. Экскаватор переставляют из одного добычного забоя в другой, чтобы на складе получить необходимое содержание Р2О5. Для этого экскаватору подготавливают определенный объем работ, который позволяет управлять качеством руды. Забой экскаватора на складе также опробуется геологом каждую смену, если с него велась отгрузка руды на обогатительную фабрику.
а
Т, месяцы
На графиках рис. 1а, б приведена динамика изменения качества руды по карьерам Центрального и Восточного рудников за 2000, 2002 год. Как следует из приведенных данных, для карьера Центрального рудника, разрабатывающего пластообразное тело с менее резким колебанием качества (содержание Р2О5) в рудных зонах и применением более эффективной усреднительной системы--бункер характерна более стабильная по качеству подаваемая руда на фабрику). Для Коашвинского карьера, отрабатывающего более сложное рудное тело с достаточно резким изменением Р2О5 в рудных зонах, и применением усреднительного склада характерно изменения содержания в руде не только в течение смен, суток, но и в течение суток и недель.
В сложившейся системе карьер-фабрика принятое количество руды и ее содержание определяется по данным фабрики, и эти данные, как правило, меньше, чем данные по карьеру, что может вносить путаницу при определении объемов погашенных балансовых запасов на карьерах.
Учитывая отмеченное выше, дальнейшими путями совершенствования систем усреднения руд на карьерах может быть как использование
больших возможностей системы бункер (Центральной рудник ОАО «Апатит») и применение более жестких план-графиков подачи руды на усреднительный склад для более тщательной ее шихтовки (Коашвинский и Ньюркпакх-ский карьеры ОАО «Апатит»). В последнем случае имеется ввиду не только усреднение руды по качеству по слоям (в разрезе), но и усреднение руды в забоях (в карьере). Повышение эффективности усреднения руд по качеству по слоям можно достичь увеличением пути перемешивания по откосу за счет увеличения высоты насыпи (склада) или уменьшения толщины слоя. Также важным резервом повышения стабильности усреднения руд на карьерах, особенно апатитовых является регулирование качеством различных фракции руды: (содержание Р2О5 в мелких классах 0-2 мм,0-10 мм всегда 1,5-2 раза выше, чем в крупных 250-500 мм ). А богатые руды, как правило, более хрупкие и потому дробятся особенно интенсивно и в мелочи больше всего Р2О5 и она скапливается у подошвы забоя.
Значительные усреднительные свойства в бункерах-рудоспусков на Центральном руднике позволяют включить в переработку большие части забалансовых руд при определенном способе подачи (шихтовки) в бункер-
Рис. 2. Схема усреднительного склада на руднике Восточный ОАО «Апатит»: 1 - железнодорожные пути, 2 -склад руды
Рис. 3. Схема отсыпки руды различного качества для улучшения усреднения в штабеле: а - 1, 2, 3 - соответственно убогая руда, богатая руда, рядовая руд; б - 4, 5 - структура слоев по мере выемки (в продольном направления штабеля)
рудоспуск: рядовая, богатая, бедная, снова богатая, рядовая в определенной пропорции. Таким же способом могут быть включены в переработку часть забалансовых руд на Ньюркпахском карьере, содержание Р205 в которых составляет 3-3,6 % (при борте 4 %). В связи с отмеченным выше, выполним оценку прелагаемых технических решений.
При производительности участка карьера 1100-1200 т/см и подачи на склад руды с различным содержанием в следующей последовательности: в начале 400 т рядовой руды
(ар2о5 = 12 %), затем 100 т богатой руды
(аР2°ь =16 % ), бедной руды 100 т (ар205 =
3%), слой богатой руды и затем 400 тонн рядовой руды, то среднее содержание в слое руды на складе составит 11,9 %,что близко к заданному среднему качеству для руды, поступающей из карьера.
При этом доля примешиваемой бедной руды составит 9 %. Если уменьшить долю бедной руды до 50 т, а ее содержание до 2 %, то среднее содержание Р2О5 в слое составит 12,3 %. Создание склада из наклонных слоев (для бедных руд толщиной 25-30 см (при разгрузки одной автомашины грузоподъемностью 100 т) в указанной выше последовательности шихтовки руды различного качества способствует стабилизации ее качества в течении смены, суток. Это подтверждается анализом процесса черпания ковшом экскаватора, работающего в забое склада (рис. 3). После смешивания по откосу пр разгрузке автосамосвалов следующее смешивание происходит в ковше экскаватора (1516 т), затем в думкаре и в последующем при разгрузке в бункере обогатительной фабрике (ОФ). Таким способом в переработку могут
включаться ежесуточно до 100 тонн бедных и забалансовых руд, что повысит производительность и карьера и эффективность работы ОФ.
Дальнейшими путями совершенствования усреднительных процессов на складе является применение механизации, в том числе конвейерных перегружателей или лотков-бункеров,
движущихся параллельно откосу. В этом случае толщина отсыпаемого слоя может быть снижена до 5-10 см. Применение конвейерных перегружателей на складе АО «Ковдорский ГОК» толщина слоя составила 10 см, что оказалось вполне достаточным для усреднения руды по 3 компонентам.
--------------- Список литературы
1. Гудков В.И.,Васильев А.А., Николаев К.П. Прогноз и планирование качества полезного ископаемого - И: Недра 1976, 191 с.
2. Бастан П.П., Костина Н.К. Смешивание и сортировка руд. - И. Недра 1990.
— Коротко об авторах ---------------------------------
Беляев С.И. - горный инженер, ОАО »Апатит» Центральный рудник. Глубокий С.С. - старший геолог, ОАО »Апатит» Восточный рудник. Еремин ГМ. - кандидат технических наук, ГОИ КНЦ РАН.
---------------------------------------------- © Е.И. Кольцова, 2004
УДК 622.693.25 Е.И. Кольцова
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТВАЛОВ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ ДЛЯ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИМЕНИМ.В. ЛОМОНОСОВА
Семинар № 1
Для карьеров месторождения имени М.В. Ломоносова проблема размещения устойчивых отвалов на минимально возможных площадях при их максимальной емкости является весьма актуальной ввиду необходимости складирования огромных объемов вскрышных пород. При обосновании параметров и местоположения отвалов принималась во внимание необходимость складирования следующих объемов техногенных отложений:
- вскрышных и вмещающих пород - 352,8 млн м3;
- забалансовой руды - 14,2 млн м3;
- торфа и растительного грунта во временный склад - 8,4 млн м3.
На карьере применяется внешнее бульдозерное отвалообразование. Для складирования вскрышных пород создаются отвалы № 1 и №
2. В отвал № 1 отсыпаются песчано-глинистые породы и гравийные отложения. В отвал № 2 -минеральные породы первого уступа, растительный грунт и торф (торфо-минеральная смесь). С целью сохранения для дальнейшего использования песчано-гравийных отложений предусматри-вается создание склада данного типа пород.
Основной отвал расположен в 1,5 км к востоку от борта карьера. Общий фронт разгрузки отвала распределяется на три равных участка. На первом участке ведется разгрузка автосамо-
