Формування кар’єрних рудопотоків для стабілізації якості руди

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШАМРАЙ Олена Володимирівна

УДК 622.271: 658.3

ФОРМУВАННЯ КАР'ЄРНИХ РУДОПОТОКІВ

ДЛЯ СТАБІЛІЗАЦІЇ ЯКОСТІ РУДИ

05.15.03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг - 2009

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Роботу виконано у Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

ТЕМЧЕНКО Олександр Анатолійович,

Криворізький технічний університет,

декан економічного факультету.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

ГУМЕНИК Ілля Львович,

Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ),

завідувач кафедри відкритих гірничих робіт;

кандидат технічних наук

КОСТЯНСЬКИЙ Олександр Миколайович,

ДП «Науково-дослідний гірничорудний інститут»

Міністерства промислової політики України (м. Кривий Ріг),

науковий співробітник відділу відкритих гірничих робіт.

Захист дисертації відбудеться «16» березня 2009 року о «14» годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 у Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 300.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий «13» лютого 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О.М. Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аналіз практики відкритих гірничих робіт показує, що незважаючи на впровадження сучасних технологій видобутку корисних копалин і вміщуючих порід, їх екскавації, переміщення в кар'єрі та внутрішньокар'єрного усереднення якісні показники мінеральної сировини, яка відвантажується на збагачувальну фабрику, залишаються нестабільними. Підвищення ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин вимагає максимального узгодження параметрів виробничих і технологічних процесів. При цьому одним з найважливіших керованих параметрів, що впливає на виробничо-господарські результати функціонування гірничого підприємства, є якісні характеристики мінеральної сировини, які формуються в ході технологічних процесів у кар'єрі.

Велика кількість взаємопов'язаного устаткування, значні відстані транспортування різновидів корисної копалини, високий рівень зносу технологічного обладнання, частий вихід його з ладу зумовлюють аритмічність технологічних процесів, що призводить до значних відхилень фактичних показників роботи за якісними та об'ємними показниками від заданих. Через амплітудні й частотні коливання якості руди в рудопотоках кожний гірничо-збагачувальний комбінат (ГЗК) Кривбасу щорічно втрачає до 250 тис т концентрату.

Можливість підвищення ефективності видобутку залізорудної сировини за рахунок застосування кількох технологічних схем, які дозволяють формувати рудопотоки зі стабільним вмістом корисного компонента й мінімумом шкідливих домішок, ускладнюється необхідністю виконання вимог щодо якості мінеральної сировини, яка надходить на збагачувальну фабрику та природною мінливістю руди в надрах. Існуючі на гірничо-збагачувальних комбінатах методи оперативного контролю й стабілізації якості руди при формуванні рудопотоків характеризуються значними витратами часу на збирання й обробку інформації, що стримує фіксацію якісних показників і знижує оперативність управління процесами стабілізації якості залізорудної сировини. Отже, дослідження процесу формування кар'єрних рудопотоків, які забезпечують стабільну якість руди є актуальним завданням. Реалізація цього напряму пов'язана з вирішенням наукової задачі, яка полягає в установленні залежності якісних показників кар'єрних рудопотоків від їх технологічних параметрів. Тому дослідження й удосконалення методів формування кар'єрних рудопотоків, які базуються на можливості оперативного маневрування вмістом корисного компонента зі зменшенням його коливань на основі застосування найбільш прийнятних у даний момент часу технологічних схем, є актуальним науково-практичним завданням.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційну роботу виконано згідно з основними напрямками концепції «Розвиток гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року» та планами науково-дослідних робіт Міністерства промислової політики України за галузевою програмою «Розробка методів і засобів оперативного контролю й управління якістю мінеральної сировини» від 07.07.2000, її зміст відповідає тематиці виконаної Криворізьким технічним університетом науково-дослідної роботи, у якій автор брав участь як виконавець, - «Розробка ресурсозберігаючих та екологічних технологій відпрацювання відкритим способом промислових запасів залізорудних родовищ у докембрійських залізисто-кременистих формаціях Українського щита» (№ ДР 0107U001636).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування параметрів кар'єрних рудопотоків і розробка практичних рекомендацій щодо забезпечення в них стабільних якісних характеристик руди. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовано й вирішено такі задачі дослідження:

– провести аналіз теорії та практики формування кар'єрних рудопотоків щодо стабілізації в них якості руди;

– систематизувати технологічні схеми кар'єрних рудопотоків та обґрунтувати критерій їх оцінки;

– дослідити закономірності впливу параметрів кар'єрних рудопотоків на стабільність якості руди та показники ефективності виробництва;

– удосконалити методику динамічного керування технологічними процесами в кар'єрі за рахунок упровадження перевантажувальних площадок і використання засобів безперервного контролю вмісту корисного компонента в руді на всіх технологічних процесах, задіяних у формуванні рудопотоків у кар'єрі;

– розробити організаційно-технологічне та економіко-математичне забезпечення оперативного прийняття рішень щодо стабілізації якісних показників руди в кар'єрних рудопотоках;

– упровадити результати досліджень у практику роботи залізорудних кар'єрів Кривбасу.

Ідея роботи полягає у використанні залежності стабільності якості руди в кар'єрних рудопотоках від геолого-технологічних параметрів.

Об'єкт дослідження - технологічні процеси відкритої розробки залізорудних родовищ.

Предмет дослідження - процес формування параметрів кар'єрних рудопотоків.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань використано комплексний метод, що включає: техніко-економічний аналіз практики роботи гірничих підприємств - для обґрунтування мети досліджень; методи математичної статистики - для обробки результатів аналізу роботи залізорудних кар'єрів; імітаційне моделювання гірничотехнологічних процесів - для дослідження впливу параметрів рудопотоків на стабілізацію якісних показників залізорудної сировини; багатоваріантні розрахунки з використанням комп'ютерних засобів - для вибору оптимальних технологічних рішень.

Наукові положення, які виносяться на захист:

1. Підвищення якості руди в кар'єрних рудопотоках з дотриманням коефіцієнта однорідності 0,5 і мінімального середньоквадратичного відхилення вмісту заліза магнітного 1 % досягається формуванням гнучких альтернативних технологічних схем роздільних рудопотоків з урахуванням багатокомпонентності та різносортності руди.

2. Підвищення ефективності видобутку залізорудної сировини досягається стабілізацією вмісту корисного компонента за рахунок оперативної корекції схем рудопотоків і можливості багатоточкового усереднення руди на внутрішньокар'єрних екскаваторних перевантажувальних пунктах і можливістю скорочення відстані її перевезень комбінованим автомобільно-залізничним транспортом шляхом використання наскрізних проїздів.

Наукова новизна одержаних результатів:

– систематизовано технологічні схеми кар'єрних рудопотоків за гірничо-геологічними та технологічними ознаками й обґрунтовано доцільність використання показника фондовіддачі вантажно-транспортного устаткування при можливості застосування альтернативних типів цього устаткування;

– уперше визначено вплив параметрів технологічних схем формування рудопотоків на стабілізацію якості руди в рудопотоках;

– дістала подальшого розвитку методика формування рудопотоків у кар'єрі шляхом упровадження роздільних схем транспортування руди з екскаваторних вибоїв і визначення місць розвантаження автосамоскидів на перевантажувальних площадках із застосуванням наскрізних проїздів;

– розроблено імітаційні моделі роботи кар'єру в режимі розділення рудопотоків, що уможливлює визначення оптимального розподілу обсягів руди між екскаваторними вибоями для досягнення однорідності якості руди й мінімального середньоквадратичного відхилення вмісту корисного компоненту.

Наукове значення роботи полягає в подальшому розвитку теоретичних положень щодо методів визначення впливу параметрів рудопотоків і технологічних схем на стабільність якості руди з метою підвищення ефективності її видобутку.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

– розроблено імітаційні моделі вибухових і видобувних блоків для визначення черговості відпрацювання елементарного блока з урахуванням сортового складу рудних тіл при оперативному плануванні гірничих робіт;

– розроблено технологічні схеми формування внутрішньокар'єрних перевантажувальних пунктів, що дозволяє розділити вантажопотоки з урахуванням усереднення руди й забезпечення необхідної її кінцевої якості;

– розроблено методику оперативного планування гірничих робіт з використанням сучасної системи диспетчеризації Wenco, яка дозволяє формувати рудопотоки в режимі стабілізації їх якісних характеристик.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується результатами статистичної обробки показників роботи гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу, застосуванням апробованих методів аналізу ефективності використання засобів оперативного управління й контролю якості залізорудної сировини, збіжністю результатів математичного моделювання впливу технологічних параметрів схем стабілізації якості рудної сировини на техніко-економічні показники роботи ГЗК (відхилення не більше 10 %), прийняттям результатів дослідження до впровадження в проектах подальшої розробки родовищ Кривбасу.

Реалізація результатів роботи.

Результати досліджень прийнято державним проектним інститутом «Кривбаспроект» до впровадження в проектні рішення щодо подальшої розробки залізорудних родовищ гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу (акт упровадження від 02.07.2008), що дозволяє застосовувати різні варіанти відпрацювання екскаваторних блоків та використовувати кілька технологічних схем одночасно.

Окремі результати досліджень також використовуються в навчальному процесі Криворізького технічного університету при викладанні дисциплін «Відкриті гірничі роботи», «Управління якістю продукції, метрологія та стандартизація», «Процеси гірничого виробництва», «Проектування кар'єрів» (довідка № 06/31 від 18.06.2007) для спеціальності «Відкриті гірничі роботи».

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів, винесених на захист, полягає: у формуванні мети, ідеї, наукових положень і завдань досліджень, обґрунтуванні наукових положень, висновків і рекомендацій; у систематизації технологічних схем кар'єрних рудопотоків і розробці інформаційної системи забезпечення автоматизованого оперативного управління технологічними схемами стабілізації якості руди. Для реалізації розробленої методики формування оптимальних схем рудопотоків автором розроблено систему оперативного контролю й управління якістю залізорудної сировини на ГЗК та удосконалено автоматизовану підсистему управління технологічними процесами.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й одержали схвалення на науково-методичній конференції «Проблеми економічної освіти і науковий прогрес» (Кривий Ріг, КТУ, 2005), на конференції «Геотехнологии и управление производством. XXI век» (Донецьк, ДДТУ, 2006), на Міжнародних науково-технічних конференціях «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості» (Кривий Ріг, КТУ, 2006, 2007), на Міжнародній науково-практичній конференції «Форум гірників» (Дніпропетровськ, НГУ, 2007), на семінарі «Неделя горняка - 2007» (Москва, МДГУ, 2007), на Міжнародному симпозіумі «Качество - 2008» (Партеніт, 2008).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових праць, у тому числі 9 наукових статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 96 найменувань на 10 сторінках, 2 додатків, викладена на 184 сторінках і містить 44 рисунки, 5 таблиць. Обсяг основного тексту - 140 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано вибір теми та актуальність роботи, її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету й завдання дослідження, наведено новизну, наукові положення, практичне значення одержаних результатів і дані щодо публікацій, апробації й упровадження результатів досліджень.

У першому розділі наведено результати аналізу сучасного стану формування рудопотоків у залізорудних кар'єрах. Наведено загальну характеристику технологічних схем і систем відкритої розробки родовищ корисних копалин та режиму гірничих робіт як технологічних факторів, що в значній мірі визначають якість залізорудної сировини. Оскільки промислові запаси залізних руд України з кожним роком зменшуються, то пріоритет надається не збільшенню обсягів видобутку руди, а використанню нових технологічних можливостей щодо забезпечення стабільності якості руди у вантажопотоках.

Ці питання знайшли відображення в дослідженнях докторів технічних наук Ю. І. Аністратова, О. І. Арсентьєва, П. П. Бастана, В. Ф. Бизова, В. Г. Близнюкова, Ю. Г. Вілкула, І. Л. Гуменика, В. О. Завсегдашнього, О. С. Зеленського, В. А. Ковальчука, В. М. Коробка, Г. Г. Ломоносова, М. В. Мельникова, М. Г. Новожилова, В. В. Ржевського, Б. М. Тартаковського, К. М. Трубецького, Г. О. Холоднякова; кандидатів технічних наук М. Д. Бевза, М. І. Горлова, Ф. Г. Грачова, О. А. Єщенка, В. В. Панченка, М. М. Пижика, В. О. Півня, Я. Ш. Ройзена, О. А. Темченка та інших вчених.

Дослідження, присвячені підвищенню ефективності відкритої розробки корисних копалин за рахунок технологічних рішень з відпрацювання родовищ, недостатньо враховують якість руди та геолого-маркшейдерське забезпечення.

Аналіз літературних джерел за темою дисертаційної роботи показав, що існуючі методи формування рудопотоків з використанням застарілих засобів накопичення й обробки геолого-маркшейдерської, технічної, технологічної та організаційної інформації призводять до прийняття запізнілих рішень, які не відповідають швидкоплинним змінам якісних і кількісних показників, за якими формуються рудні вантажопотоки. Недоліки зазначених методів знижують ефективність видобування залізорудної сировини та створюють об'єктивні передумови для удосконалення методики формування кар'єрних рудопотоків, оскільки стабілізація якості руди досягається головним чином у процесі оперативної діяльності рудника, тобто при оперативному внутрішньорудниковому усередненні. На основі виконаного аналізу обґрунтовано актуальність і визначено завдання та мету досліджень.

У другому розділі вирішувалася друга й третя задачі дослідження. Систематизовано технологічні схеми кар'єрних рудопотоків за геологічними, технологічними й організаційними ознаками, обґрунтовано критерій оцінки вибору оптимальних схем рудопотоків у кар'єрах. Таким критерієм визначено показник фондовіддачі вантажно-транспортного устаткування, який найкраще відображає зв'язок активної частини обладнання з його продуктивністю, коефіцієнтами інтенсивного й екстенсивного використання при забезпеченні заданих характеристик однорідності вмісту заліза в руді.

Проведені дослідження показали, що в технологічних схемах кар'єру можна виділити три головних комплекси: екскавації та завантаження; транспортування; складування, поверхневого транспортування й відвантаження руди на збагачувальну фабрику. Складові технологічних комплексів, особливості їх функціонування визначають різні варіанти технологічних схем, кількість яких досить велика. Найчастіше використовуються технологічні схеми із застосуванням автомобільного та залізничного транспорту або їх комбінацій. Це відомі схеми з циклічно-потокової технології (ЦПТ) з перевантажувальним грохотильним пунктом; з перевантажувальною площадкою та ЦПТ із застосуванням автомобільного й залізничного транспорту; з перевантажувальною площадкою та застосуванням залізничного транспорту для відвантаження руди на ЦПТ; з використанням ЦПТ і доставкою гірничої маси залізничним транспортом.

Формування рудопотоків із забезпеченням необхідних кількісних і якісних показників роботи кар'єру є кінцевим результатом взаємодії всіх технологічних процесів. Дослідження показали, що взаємозв'язок геологічних, гірничотехнологічних і організаційно-технічних факторів на гірничодобувному підприємстві відображається в технологічній схемі видобутку, транспортування, складування й відвантаження руди на збагачувальну фабрику. У ході виробничих процесів здійснюється часткове або повне злиття потоків руди, що видобувається в окремих вибоях, у єдиний потік. Отже, якість видобутої руди визначається не тільки вихідною якістю одиничних рудопотоків з різних блоків, але й часовими характеристиками кожного процесу єдиного технологічного ланцюга.

Найважливішими параметрами, що визначають рівень усереднення якісного складу руди в загальному вантажопотоці, є кількість діючих видобувних блоків, екскаваторних вибоїв і обсяг відбитої гірничої маси в них. Нестабільність процесу видобутку руди є головною причиною коливань продуктивності одиничних рудопотоків і зниження рівня усереднення видобутої руди. Тому в дисертаційній роботі запропоновано вдосконалені технологічні схеми внутрішньокар'єрних перевантажувальних площадок, які дозволяють розділити вантажопотоки з урахуванням усереднення й забезпечення стабільної якості руди в рудопотоках.

Проведені дослідження за гранулометричним складом показали, що в підірваній гірничій масі переважає руда в кусках 200-500 мм. Тому для підтримання ритмічної роботи екскаваторів і транспортних засобів необхідно забезпечити якісне проведення буро-підривних робіт для отримання оптимального гранулометричного складу руди.

Дослідження показали, що на ГЗК у більшості випадків інформацію про якість сировини в процесі її видобутку й переробки одержують традиційним хімічним методом, який характеризується низькою продуктивністю й неоперативністю.

Кореляційним аналізом установлено двофакторну залежність виробництва концентрату від видобутку й вмісту корисного компоненту в руді. Ця залежність дає можливість зробити висновок про необхідність стабілізації якісних показників при постійному рівні видобутку руди.

Отримана функціональна залежність має такий вигляд:

, (1)

де Q_к - виробництво концентрату, т; Q - видобуток руди, т; Fe_м - вміст заліза магнітного в руді, %.

Проведені дослідження виявили можливість отримання додаткової оперативної інформації про якість руди у вибоях і на перевантажувальних пунктах від мобільних пристроїв. Крім того, було встановлено, що використання геофізичних пристроїв дозволяє здійснити повний і неперервний експрес-контроль якісних характеристик рудопотоків, починаючи з гірського масиву, екскаваторних вибоїв і до відвантаження сировини на збагачувальну фабрику.

За допомогою імітаційного моделювання в дисертації запропоновано модель роботи кар'єру в режимі усереднення. Основою моделі є формування технологічних схем рудопотоків. Результати моделювання роботи кар'єру № 2-біс ГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» у режимі розділення рудопотоків. Моделювання закінчується, якщо значення в змінних обсягах видобутку (? 35 тис т) не перевищує максимально допустимих (_доп = 1 %).

Результати моделювання роботи кар'єру при випадковому розподіленні обсягів руди між екскаваторними вибоями та при оптимальному плануванні роботи видобувних екскаваторів.

Якщо ці заходи не забезпечують необхідну однорідність якості руди, то в цьому випадку проводиться додатковий етап моделювання з включенням до системи підшихтувального усереднювального складу (перевантажувальної площадки) певної ємності.

Вибір оптимального варіанта заходів з усереднення виконується після їх економічного порівняння.

Отже, розроблені імітаційні моделі роботи кар'єру дають можливість визначати оптимальне розподілення обсягів руди між екскаваторними вибоями та підтримувати мінімальне середньоквадратичне відхилення вмісту заліза магнітного при заданій однорідності якості руди в рудопотоках.

Третій розділ дисертаційної роботи присвячено рішенню четвертого й п'ятого наукового завдання. Для впровадження оперативного планування гірничих робіт розроблено організаційно-технологічне та економіко-математичне забезпечення прийняття рішень з реалізації заходів щодо стабілізації якісних показників руди в рудопотоках. Для цього вивчено роль і місце оперативного планування в загальній системі автоматизованого планування гірничих робіт на кар'єрах; виконано аналіз можливостей розробки інформаційно-технічної інфраструктури кар'єра.

Проведені дослідження дозволили запропонувати єдину систему багатоточкового оперативного контролю якості руди за всім виробничим циклом та обґрунтувати методику формування гнучких альтернативних схем рудопотоків з дотриманням високих показників стабільності якості руди.

Для реалізації автоматизованого оперативного планування розроблено структуру бази даних електронних картограм, адаптованих до умов різнотипних руд сучасних кар'єрів. Її головною відмінною особливістю порівняно з раніше відомими є ієрархічна структура бази даних, що дозволяє суттєво скоротити загальний обсяг бази даних і підвищити швидкість доступу до окремих її складових.

Як критерій ефективності оперативних планів гірничих робіт запропоновано мінімізацію вантажоперевезень гірничої маси в інтервалах планового періоду. Математично критерій мінімізації записується:

, (2)

де h - індекс горизонту; b - номер виймального блока; i, j - координати позиції елементарного блока; i - номер ряду від фронту гірничих робіт; j - номер стовпця уздовж фронту гірничих робіт у блоці; е - індекс екскаватора; q - індекс пункту розвантаження руди s-го сорту; t - індекс інтервалу планового періоду; д_hbijeqt - керуюча змінна вибору елементарного блока в план; P_hbij - загальний обсяг руди в елементарному блоці; V_hbij - обсяг розкривних порід в елементарному блоці; l_eqt - відстань транспортування від е-го екскаватора до q-го пункту розвантаження в t-ий інтервал часу.

Запропонована математична модель оперативного планування гірничих робіт дозволяє динамічно, залежно від конкретної ситуації, вибирати параметри та показники оперативного плану й для заданих вихідних даних визначати оптимальне рішення.

При несумісності обмежень при пошуку варіанта плану виробничники можуть, використовуючи модель, виявляти резерви поточних ситуацій, переставляти екскаватори й знову виконувати пошук до отримання прийнятного результату.

Використання створеної моделі вибухових і видобувних блоків дозволяє просто реалізувати набір планових завдань екскаваторам при оперативному плануванні. У базі даних видобувних блоків є необхідна інформація, яка дозволяє виконати дискретизацію контуру видобувного блока на елементарні блоки з урахуванням рудних тіл різного сортового складу. Запропонованим у роботі способом навколо кожної вибухової свердловини можна побудувати елементарний блок, що являє собою дискретний елементарний об'єм гірничої маси. У характеристиках кожного елементарного блока включено спеціальну ознаку належності визначеному інтервалу планового періоду. Отже, є можливість деталізувати черговість відпрацювання елементарного блока поетапно при місячно-тижневому, тижнево-добовому і добово-змінному оперативному плануванні гірничих робіт. При оперативному плануванні завдання екскаваторам формуються різними комбінаціями наборів елементарних блоків.

Для організаційно-технологічного забезпечення роботи виробничо-технічних підрозділів гірничого підприємства запропоновано комп'ютерну програму з інтерфейсом взаємодії користувача у вигляді автоматизованого робочого місця (АРМ) працівника технічного відділу рудоуправління і розроблено форми документів електронної та паперової звітності.

Для апробації результатів дослідження створено програмні засоби, які дозволяють в інтерактивному режимі з використанням графічного відтворення планів кар'єру з нанесеною детальною геологічною інформацією по екскаваторних блоках розробляти оперативні плани гірничих робіт і за необхідності їх корегувати.

Для реалізації оперативних планів гірничих робіт з використанням засобів геолого-маркшейдерського забезпечення створюються дискретні геологотехнологічні моделі екскаваторних блоків. На плани таких моделей виводяться місячні контури екскаваторних блоків, положення вибухових свердловин, результати випробування якості руд, місця розміщення екскаваторів і заплановані контури гірничих робіт.

Візуальна інформація про розміщення сортів руд виводиться в головне вікно програми.

Створена версія програмного комплексу оперативного планування гірничих робіт при перевірці її на контрольних прикладах реальних екскаваторних блоків попередніх років роботи кар'єру підтвердила наукові положення дисертації щодо формування рудопотоків зі стабільною якістю руди.

Таким чином, розроблено організаційно-технологічне і економіко-математичне забезпечення оперативного прийняття рішень щодо стабілізації якості руди в рудопотоках та удосконалено методику динамічного управління технологічними процесами при формування рудопотоків.

У четвертому розділі розроблено заходи з організації робіт на внутрішньокар'єрних перевантажувальних пунктах. Розглянуто приклади практичного використання схем переносних і пересувних внутрішньокар'єрних перевантажувальних пунктів з їх розташуванням на неробочому та тимчасово неробочому бортах кар'єру. Це дозволяє розподілити рудопотоки за якістю мінеральної сировини й управляти відвантаженням руди в режимі усереднення. Досліджено існуючі рудопотоки кар'єру № 2-біс ГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг», що дало змогу запропонувати комплекс дій з оптимізації роботи автотранспорту, і рекомендовано створити внутрішньокар'єрну перевантажувальну площадку з маневрами автотранспорту й одностороннім рухом автосамоскидів магістраллю, що виключає перетинання трас завантаженого й порожнього автотранспорту.

Другий варіант передбачає створення перевантажувальної площадки з двома заїздами й наскрізним проїздом для маневру автосамоскидів з однієї ділянки зазначеного кар'єру на іншу, що дозволяє скоротити відстань транспортування руди з горизонтів +30 і +42 м східного борту.

Цей варіант забезпечить зменшення витрат на транспортування рудної сировини та гірничої маси в цілому на ГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» завдяки зменшенню відстані транспортування автотранспортом у середньому на 2 км.

Місткість внутрішньокар'єрної перевантажувальної площадки повинна зменшити збиток, пов'язаний з простоями в очікуванні розвантаження автомобільного транспорту, а також розділити вантажопотоки верхніх і нижніх горизонтів кар'єру (+30 і +42 м).

Для більш ефективної роботи пропонуються три варіанти навантажувального обладнання перевантажувальної площадки з використанням екскаватора ЭКГ-8И, екскаватора ЭКГ-12,5, а як більш доцільний рекомендується навантажувач САТ 992G.

Удосконалення гірничих робіт на внутрішньокар'єрних перевантажувальних площадках дає можливість:

1. Зміни схеми транспортування рудної маси.

2. Зменшення відстані транспортування руди на 2 км і відповідних витрат.

3. Використання ПП при незапланованих зупинках ЦПТ для підтримання доставки необхідного обсягу руди на дробильно-збагачувальну фабрику (ДЗФ) (ПП використовується в якості складу гірничої маси).

4. Стабілізації (усереднення) якості руди в рудопотоці.

5. Одночасного розвантаження більшої кількості одиниць транспорту (автомобільного та залізничного).

Формування cелективних рудопотоків за рахунок організації наскрізного руху транспорту з використанням двох заїздів на ПП.

При виході з ладу екскаватора на перевантажувальній площадці передбачається переміщення техніки з найближчого блока, що дозволить не зупиняти відвантажувальні роботи на ДЗФ.

Перевірку розробленої методики оперативного планування гірничих робіт виконано для гірничотехнічних умов ГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» з місячними програмами гірничих робіт протягом березня-грудня 2006 р.

Результати оптимізації оперативних планів за критерієм стабілізації значень показників якості руди показують, що зміна порядку відпрацювання видобувних блоків за декадами (тижнями) планового місяця дозволяє знайти підмножину варіантів з найменшими для даних умов значеннями дисперсії при обов'язковому дотриманні технології ведення гірничих робіт.

Упровадження розробленої організації гірничих робіт при формуванні кар'єрних рудопотоків дає можливість своєчасно втручатися в управління гірничими роботами, підтримувати стабільну якість гірничої маси, підвищити продуктивність гірничотранспортного устаткування на 6-15% збільшити термін служби двигунів автосамоскидів на 15-20%, підвищити повноту завантаження транспортних засобів й отримати економічний ефект 495,6 тис грн на кар'єрі потужністю 30 млн т руди на рік.

ВИСНОВКИ

За результатами проведених досліджень у дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача, яка полягає в установленні взаємозв'язку між параметрами технологічних схем формування рудопотоків і стабільністю якості руди в них.

Основні науково-практичні результати дисертаційного дослідження полягають у наступному.

1. Найчастіше взаємозв'язки між одночасно працюючими бурильними, навантажувальними й транспортними засобами змінюються на оперативних інтервалах часу через аварії, непідтвердження якості руди у вибоях (2-4%) і відхилення фактичних обсягів видобутку від планових завдань (5-10 %). Тому одним зі шляхів підвищення якості руди до її збагачення є стабілізація вмісту корисного компоненту в рудопотоках.

2. Для визначення найбільш прийнятної технологічної схеми формування кар'єрних рудопотоків у конкретних виробничих умовах здійснено систематизацію технологічних схем, в основу якої покладено гірничо-геологічні, технологічні й організаційні ознаки, а також обґрунтовано показник приведеної фондовіддачі, який відображає зв'язок активної частини основних виробничих фондів - вантажно-транспортного устаткування - з його змінною продуктивністю, коефіцієнтами інтенсивного й екстенсивного використання при забезпеченні заданих характеристик однорідності корисного компонента (0,5) в рудопотоці.

3. Для забезпечення планових показників збагачення руди визначені закономірності впливу параметрів кар'єрних рудопотоків на стабільність якості руди в них та показники ефективності роботи рудника в цілому.

4. Установлено, що при формуванні кар'єрних рудопотоків стабілізація якісних характеристик у них залежить від параметрів елементів технологічних схем, типу гірничотранспортного устаткування, обсягів видобутку та якісних характеристики руди у вибоях, наявності перевантажувальних пунктів, елементів системи розробки родовища. Вирішення задачі стабілізації якості є значно ефективнішим при застосуванні спеціальних геофізичних пристроїв випробування та безперервного контролю якості руди в рудопотоках від вибою до приймальних бункерів збагачувальної фабрики.

5. Для досягнення однорідності якості руди в рудопотоках і впровадження оперативного планування гірничотранспортних робіт розроблено імітаційну модель роботи кар'єру в режимі усереднення. Установлено доцільність формування моделей у дискретній постановці. Для цього на базі диспетчерської системи фірми Wenco створено інформаційну та комунікаційну інфраструктури підсистеми управління гірничими роботами для кар'єрів Кривбасу, яка дозволяє в інтерактивному режимі розробляти оперативні плани гірничих робіт і за необхідності їх корегувати. Установлено, що своєчасність втручання в процес керування гірничими роботами за рахунок передбачення можливих відхилень за обсягами видобутку руди дозволяє підвищити продуктивність екскаваторного та транспортного устаткування на 6-15 % .

6. Розрахунковий економічний ефект для кар'єру потужністю 30 млн т на рік становить 495,6 тис грн при повному обсязі впровадження розроблених заходів, а економічний ефект при впровадженні перевантажувальної площадки в умовах кар'єру № 2-біс ГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» становить 152,44 тис грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

рудопоток якісний руда кар'єр

1. Шамрай Е. В. Управление качеством железорудного сырья на карьерах Кривбасса / А. А. Темченко, Г. В. Константинов, Е. В. Шамрай // Вісник Криворізького технічного університету : зб. наук. праць. - № 10. - Кривий Ріг : КТУ, 2005. - С. 128-131.

2. Шамрай Е. В. Организационное обеспечение работы автоматизированной диспетчерской системы управления качеством руды на железорудных карьерах / А. А. Темченко, Е. В. Шамрай // Качество минерального сырья : сб. науч. трудов. - Кривой Рог : КТУ, 2008. - С. 329-335.

3. Шамрай О. В. Інформаційна система стабілізації якості рудопотоків для підвищення ефективності роботи залізорудних кар'єрів / О. А. Темченко, О. В. Шамрай // Вісник Криворізького технічного університету : зб. наук. праць. - № 11. - Кривий Ріг : КТУ, 2006. - С. 137-141.

4. Шамрай Е. В. Возможности и целесообразность использования автоматической диспетчерской системы Wenco на горно-обогатительных комбинатах Кривбасса / В. Н. Коробко, А. А. Темченко, Е. В. Шамрай, Н. О. Леонова // Науковий вісник Національного гірничого університету : зб. наук. праць. - Дніпропетровськ : НГУ, 2007. - № 12. - С. 77-82.

5. Шамрай Е. В. Совершенствование структуры и уровней управления рудопотоками на основе автоматических диспетчерских систем / Е. В. Шамрай // Науковий вісник Національного гірничого університету : зб. наук. праць. - Дніпропетровськ : НГУ, 2007. - № 2. - С. 70-73.

6. Шамрай Е. В. Разработка переборных методов для горно-геометрического моделирования отработки экскаваторных блоков при оперативном планировании горных работ / Е. В. Шамрай // Разработка рудных месторождений : научно-технический сборник. - № 2. - Кривой Рог : КТУ, 2007. - С. 35-40.

7. Шамрай О. В. Розробка дискретної математичної моделі оптимізації оперативних планів гірничих робіт на кар'єрах / О. В. Шамрай // Вісник Криворізького технічного університету : зб. наук. праць. - № 16. - Кривий Ріг : КТУ, 2007. - С. 14-18.

8. Шамрай О. В. Систематизація кар'єрних технологічних схем рудопотоків / О. А. Темченко, О. В. Шамрай // Вісник Криворізького технічного університету : зб. наук. праць. - № 19. - Кривий Ріг : КТУ, 2007. - С. 209-213.

9. Шамрай О. В. Управління технологічними потоками з урахуванням застосування засобів оперативного контролю вмісту корисного компонента в кар'єрі / О. А. Темченко, О. В. Шамрай // Пути решения проблем открытой и подземной разработки месторождений полезных ископаемых : сб. научн. трудов. - Кривой Рог : ГП «НИГРИ», 2007. - С. 170-181.

10. Шамрай Е. В. Структуры и уровни стабилизации качества рудопотоков / В. Н. Коробко, А. А. Темченко, Е. В. Шамрай // Материалы «Форуму гірників - 2005». - Дніпропетровськ : НГУ, 2005. - С. 27-31.

11. Шамрай О. В. Забезпечення конкурентоспроможності підприємства шляхом управління якістю залізорудної сировини / О. А. Темченко, О. В. Шамрай // Матеріали міжвузівської науково-методичної конференції «Проблеми економічної освіти і науковий прогрес». - Кривий Ріг : Мінерал, 2005. - С. 31-33.

12. Шамрай Е. В. Использование информационной инфраструктуры рудника для совершенствования управления качеством рудопотоков / В. Н. Коробко, Е. В. Шамрай // Материалы ІІІ Международной научно-практической конференции «Дни науки - 2007». - Т. 11. - Днепропетровск : Наука и образование, 2007. - С. 91-100.

13. Шамрай О.В. Комплексна система управління якісними параметрами залізних руд / О. А. Темченко, Г. В. Константінов, О. В. Шамрай // Сборник научных трудов : Материалы конференции «Геотехнологии и управление производством. XXI век». - Т. 2. - Донецк : ДГТУ, 2006. - С. 174-180.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає в наступному: [1, 10, 11] - ідея та розробка структури управління якістю рудопотоків; [2, 3, 12] - теоретичний аналіз проблеми та узагальнення практики управління гірничими роботами, розробка схеми руху інформаційних потоків для вирішення завдання стабілізації якості; [4] - критичний огляд публікацій з автоматизованого управління гірничими процесами на кар'єрах, аналіз практики роботи диспетчерських систем на ГЗК; [8] - постановка завдання, визначення структури й схем формування рудопотоків, систематизація технологічних схем рудопотоків; [9, 13] - постановка наукового завдання, виконання аналітичних розрахунків, обробка й узагальнення результатів розробки методики оперативного управління рудопотоками в кар'єрі.

АНОТАЦІЯ

Шамрай О.В. Формування кар'єрних рудопотоків для стабілізації якості руди. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин. - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2009.

Дисертацію присвячено розробленню заходів з підвищення ефективності гірничих робіт шляхом формування кар'єрних рудопотоків зі стабільними якісними характеристиками рудної сировини, яка надходить на збагачення. Уперше систематизовано технологічні схеми кар'єрних рудопотоків та обґрунтовано критерій оцінки їх ефективності. Розроблена методика динамічного управління рудопотоками в кар'єрі шляхом формування роздільних схем транспортування руди з екскаваторних вибоїв дозволяє зменшити коливання корисного компонента в сировині й знизити видатки на перевезення руди. Основні результати дослідження прийнято до впровадження в проектах подальшої розробки залізорудних родовищ ДПІ «Кривбаспроект». Розрахунковий економічний ефект становить 495,6 тис грн.

Ключові слова: кар'єр, екскаваторні блоки, технологічні схеми, формування рудопотоків, перевантажувальна площадка, стабілізація якості, інформаційні потоки.

АННОТАЦИЯ

Шамрай Е.В. Формирование карьерных рудопотоков для стабилизации качества руды. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 - открытая разработка месторождений полезных ископаемых. - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2009.

Диссертация посвящена разработке комплекса мероприятий по повышению эффективности горных работ путём формирования карьерных рудопотоков со стабильным качеством рудного сырья, поступающего на обогатительную фабрику. Технологические схемы, определяющие взаимосвязи между отдельными типами горнотранспортного оборудования, формируются на перспективных, текущих и оперативных интервалах времени. Наиболее часто они изменяются на оперативных интервалах, что связано с поломками оборудования, изменением качества руды в экскаваторных забоях, отклонением качественных характеристик рудопотоков от требований обогатительной фабрики и др. На основании анализа фактических показателей работы железорудных карьеров доказана возможность формирования разных вариантов технологических схем рудопотоков на оперативных интервалах контроля и управления качеством руды при её перемещении от забоя на обогатительную фабрику. Повышение эффективности добычных работ достигается стабилизацией качества железорудного сырья за счёт усреднения горной массы на внутрикарьерных экскаваторных перегрузочных пунктах с возможностью сокращения расстояния транспортирования комбинированным автомобильно-железнодорожным транспортом с использованием сквозных проездов.

Исследована динамика добычи руды и её качественных характеристик в карьерах ГОКов Кривбасса на предмет выявления их колебаний относительно плановых значений и определения возможности снижения этих колебаний оперативным управлением технологическими схемами рудопотоков.

Нестабильность процесса добычи руды является одной из основных причин колебаний производительности единичных рудопотоков и снижения уровня усреднения качества руды. Поэтому предложены усовершенствованные технологические схемы переносных внутрикарьерных перегрузочных пунктов, что позволяет разделить грузопотоки с учётом усреднения руды и обеспечить необходимое качество конечной продукции и снижение себестоимости руды.

Предложенная методика оперативного управления раздельными рудопотоками с забоев обеспечивает повышение качества железорудного сырья на 3-7 % при соблюдении принятого коэффициента её однородности и минимального среднеквадратического отклонения содержания полезного компонента (1 % железа магнитного).

По результатам исследований выделены четыре стадии формирования рудопотоков: геологическое изучение массива месторождения; моделирование системы рудопотоков на этапе проектирования горных работ; создание реальной динамической системы рудопотоков; управление системой рудопотоков. Для информационного обеспечения системы разработана схема движения информационных потоков, что даёт возможность организовать работу карьера в режиме усреднения и стабилизации качества железорудного сырья.

На основе проведённых исследований доказана возможность получения дополнительной оперативной информации о качестве руды в забоях и перегрузочных пунктах от мобильных геофизических приборов. Их использование позволяет осуществить полный и непрерывный экспресс-контроль качественных характеристик рудопотоков, начиная с горного массива, экскаваторных забоев и до отгрузки на обогатительную фабрику. А это позволяет эффективнее реализовать автоматизированное оперативное планирование горных работ.

В качестве критерия эффективности оперативных планов горных работ предложена математическая модель минимизации грузоперевозок горной массы по интервалам планового периода, которая позволяет динамично, в зависимости от конкретной ситуации, выбирать параметры и показатели технологических решений и находить оптимальные для заданных исходных данных.

Основные результаты исследования приняты ГПИ «Кривбасспроект» к внедрению в проектах дальнейшей разработки железорудных месторождений.

Расчётный экономический эффект при полном внедрении рекомендаций на карьере мощностью 30 млн т/год составит около 495,6 тыс грн в год.

Ключевые слова: карьер, экскаваторные блоки, технологические схемы, формирование рудопотоков, перегрузочные площадки, стабилизация качества, информационные потоки.

SUMMARY

Shamray O. V. The formation of ore-flows quarries for the ore quality stabilization. - The manuscript.

The thesis on the reception of the scientific degree of the technical science candidate on the speciality 05.15.03 - open-cast mine of the mineral deposits. - Kryvyi Rih Technical University, Kryvyi Rih, 2009.

The thesis has been devoted to the development of ways let rise mining efficiency by means of ore flows open-pit formation with the constant quality criterions.

Technological diagrams of open-pit ore flows have been systematized for the first time and the yield of capital investments criterion application has been proved with their efficacy evaluation. The method of parameters assessment overload sites for the different ores sort on the operating intervals volume planning of its excavation has been improved. The improvement of ore flows dynamic control method in the open-pit by means of ore transportation separate diagrams from excavator dents have been proved. It lets to reduce the oscillation of the efficient component in ore raw material and ore transportation expenditures.

Main research results have been taken into introduction by DPI «Kryvbasproekt» for the further iron ore deposit excavation designing.

Estimated economic effect is about 495,6 ths hrv per year.

Keywords: open-pit, excavator dents, technological diagrams, form ore flows, transfer platform, quality stabilization, information flows.

Размещено на Allbest.ru