Для чего усреднение качества полезного ископаемого
УСРЕДНЕНИЕ КАЧЕСТВА полезных ископаемых (а. blending of minerals; н. Vergleichmassigung der Mineralien; ф. homogeneisation des mineraux utiles; и. homogeneizacion) — совокупность технологических и организационных мероприятий, проводимых с целью обеспечения необходимого постоянства качества твёрдых полезных ископаемых в процессе их добычи и первичной переработки.
Усреднению подвергают руды чёрных и цветных металлов, горно-химическое сырьё, ископаемые угли и другие полезные ископаемые. Необходимость усреднения качества возникает при существенной изменчивости показателей качества полезных ископаемых, поступающих на переработку, т.к. их нестабильность отрицательно влияет на технологию переработки и её экологические последствия. При переработке неоднородных по качеству полезных ископаемых снижаются извлечение полезных компонентов и выход конечной продукции, возрастают потери и материально-трудовые затраты. Рост затрат, например, в цветной металлургии и химической промышленности происходит за счёт перерасхода электроэнергии и реагентов, снижения производительности печей; в теплоэнергетике — за счёт повышения выхода CO2 в отходящих газах, снижения сроков эксплуатации котлов и избытка дутья.
Показатели качества полезных ископаемых, подлежащие усреднению, в зависимости от вида и типов полезных ископаемых, их особенностей и технологии переработки различны. Наиболее часто усредняют полезные ископаемые по содержанию основного полезного компонентта (металла, соединения, минерала), гранулометрическому составу, плотности, содержанию вредных примесей.
Для количественной оценки колеблемости показателей качества полезных ископаемых пользуются в основном вероятностно-статистическими характеристиками: размахом колебания, математическим ожиданием, средним квадратическим отклонением, коэффициентом вариации, средними и максимальными периодами колебаний и др. При этом степень усреднения полезных ископаемых в процессе горных работ, а также при проведении специальных мероприятий определяется по формуле: Kys1s2 или n=(1- s2/s1)•100%, где s1 и s2 — среднеквадратические отклонения показателя качества руды до и после усреднения. В технологической цепи горного производства общий коэффициент усреднения устанавливается как произведение показателей усреднения в отдельных звеньях. В ряде случаев учитываются не только амплитудные, но и частотные характеристики усреднительного процесса.
Усреднение качества осуществляется перемешиванием порций полезных ископаемых разного качества. Механизм процесса усреднения при этом описывается методами теорий вероятности и случайных функций. На адекватность модели решающее влияние оказывает достоверность информации о фактических значениях показателей качества полезных ископаемых в недрах и на разных стадиях процесса добычи. В результате управляющие действия базируются на вероятностной картине процесса, для чего выявляются парные и множественные корреляционные связи. Наиболее полно и стройно процессы усреднения описываются методами теории случайных функций.
Усреднение качества включает в себя как технологические мероприятия горного производства, обеспечивающие благоприятные условия для смешивания, и усреднение качества в процессе добычи (изменения системы разработки и её параметров, средств механизации, общей технологии, схемы добычи и первичной переработки полезных ископаемых), так и организационно-управляющие действия. Начинается процесс усреднения качества с перспективного и текущего планирования горных работ и продолжается при оперативном управлении. При планировании в соответствии с плановыми объёмами и качеством полезных ископаемых устанавливают направление развития горных работ и конкретные участки и блоки месторождения, подлежащие отработке в планируемые календарные сроки (вплоть до суточных и сменных). При оперативном управлении регулируется нагрузка на забои в зависимости от достигнутого объёма и качества полезных ископаемых в участковых и общерудничных грузопотоках и фактического качества руды в забоях. Одновременно формируют транспортные рудопотоки, обеспечивая необходимое смешивание полезных ископаемых в участковых и общерудничном звеньях. В третью стадию усреднение качества производится во внутрирудничных (внутрикарьерных) усреднительных складах, при аккумулировании полезных ископаемых в рудоспусках, камерах околоствольного двора, а также в бункерах и штабелях на поверхности. Четвёртая стадия усреднения качества осуществляется с дроблёным материалом на усреднительных дворах обогатительных фабрик с помощью усреднительных машин. В заключительной, пятой стадии усредняют измельчённую руду и промпродукты в жидкой фазе.
Для планирования и оперативного управления используются математические методы исследования операций — имитационное моделирование, линейное и нелинейное программирование и др. При этом устанавливают наиболее вероятную картину распределения во времени качества полезных ископаемых по забоям, исходя из чего определяют объёмы добычи из каждого забоя и соответственно количество погрузочных и доставочных средств, резервные забои и оборудование. На первых стадиях усреднения качества ставится цель снятия наиболее высоких амплитуд колебаний качества в календарные сроки, на заключительных стадиях регулируют наиболее малоамплитудные высокочастотные колебания, для чего используют различные смесители, усреднительные штабели, бункеры, ёмкости для пульп и силосы для измельчённого материала. Смешивание материала в усреднительных устройствах естественное либо принудительное. Принудительное смешивание необходимо, когда существенно проявляется сегрегация качества полезных ископаемых.
Мероприятия по усреднению качества усложняют и удорожают технологию горных работ, т.к. при этом снижается валовая производительность горного и транспортного оборудования, возникают дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. Поэтому усреднение качества экономически целесообразно в случаях, если экономический эффект от его применения превышает суммарные дополнительные затраты в сфере добычи и переработки полезных ископаемых. При этом нужно учитывать, что за счёт усреднения качества можно улучшить использование запасов полезных ископаемых путём рационального использования более бедных руд.
Источник
Под усреднением следует понимать смешивание в рациональных соотношениях однотипных по обогатимости полезных ископаемых с разным процентным содержанием полезного компонента для получения исходного сырья заданного качества, на обогащение которого настроена обогатительная фабрика.
Основной принцип усреднения качества полезных ископаемых заключается в выполнении комплекса организационно — технических мероприятий по планомерной и наиболее эффективной разработке месторождения. Планируемое систематическое усреднение предусматривает: наиболее рациональное использование промышленных запасов отдельных разновидностей и в целом всех полезных ископаемых; выполнение плановых заданий по качеству и выходу требуемых типов и сортов сырья; улучшение технико-экономических показателей процесса обогащения и получение сырья с постоянными свойствами.
При выполнении организационного — технических мероприятий по эффективному усреднению качества исходного сырья ведущее значение приобретает геолого-маркшейдерская служба карьеров, которая должна своевременно снабжать технологов эксплуатационников исходными данными и соответствующей документацией, планировать горные работы и контролировать качество разрабатываемых руд. Геологическая документация добычных забоев должна включать элементы дислокаций руд, контакты между различными их типами, вещественный состав, физико-механические свойства руд (крепость, трещиноватость и сортность руды по соответствующей классификации). Степень усреднения может быть оценена коэффициентом kу=(у0-у):у (где у0 и у — среднеквадратическое отклонение качества ископаемого и после усреднения) и коэффициентом уменьшения среднеквадратического отклонения kу=у0:у.
Усреднение качества исходного сырья можно классифицировать по: месту производства усреднения; способу усреднения; применяемой механизации при загрузке усреднительных установое.
Место производства усреднения качества полезного ископаемого может быть: внутрикарьерное; на поверхности (в зоне карьера); на обогатительных фабриках; на металлургических заводах.
По способам усреднения следует различать: усреднение в процессе добычи сырья (внутризабойное); усреднение в бункерах (на карьере, фабрике и металлургическом заводе); усреднение на рудных складах.
Механизация процесса усреднения качества сырья при создании складов может осуществляться: экскаваторами (механическими лопатами, драглайнами) и бульдозерами в сочетании с различными видами транспорта; грейферными кранами; консольными отвалообразовательями; разгрузочными тележками; автосамосвалами и скреперами.
Усреднение качества полезного ископаемого может осуществляться как поставщиком (карьерами), так и потребителями исходного сырья (обогатительными фабриками и металлургическими заводами).
Выбор способа усреднения предопределяют следующие факторы: величина и характер колебаний качества сырья; требования обогатительных фабрик и металлургических заводов к качеству полезного ископаемого; производственная мощность поставщиков (карьеров) и потребителей сырья (обогатительных фабрик и металлургических заводов); технология и механизация усреднения.
Ниже приведена краткая характеристика и основные показатели различных методов усреднения внутри карьера, на поверхности его или на фабрике.
Усреднение в процессе добычи и транспортирования полезных ископаемых от забоя до места потребления происходит вследствие перемещения отдельных его слоев при применении массовых взрывов, при погрузке рудной массы экскаваторами, а также при всех перегрузках полезного ископаемого на пути его следования до потребителя. Такое усреднение является стихийным и не поддается какому-либо планированию или управлению. Однако и в этот метод можно внести некоторую долю плановости.
На основании предварительного опробования сырья в недрах планируется развитие горных работ и составляется план-график, в котором детально прорабатываются решения по объемам производства и перемещениям экскаваторов в забоях. Усреднение заключается в раздельной (селективной) выемке различных сортов сырья и их доставке в определенных соотношениях на усреднительно-накопительные склады или обогатительные фабрики. При этом забои не могут работать на полную мощность, так как для усреднения качества по карьеру производительность каждого забоя планируется и определяется не производительностью добычного горнотранспортного оборудования, а возможность выдать такое количество сырья, которое необходимо для получения требуемого качества. Это связано с простоями механизмов, неполной их загрузкой и снижением производительности труда.
Регулирование качества добываемого полезного ископаемого можно осуществлять путем изменения: параметров добычного забоя (высоты уступа, ширины заходки и длины фронта работ); числа добычных забоев, находящихся в работе; направления и способа перемещения фронта работ.
Такое планирование и управление добычными работами обеспечивает некоторое сглаживание амплитуды колебания качества исходного сырья и имеют только вспомогательное значение.
Усреднение в бункерах. Бункерами принято называть емкости (хранилища), предназначенные для накопления и хранения, разделения и усреднения, а также для перегрузки полезного ископаемого из одного вида транспорта в другой. Различают бункера с расположением хранилища над транспортными сосудами (железнодорожными, автосамосвалами и т. п.) с перегрузкой полезного ископаемого под действием силы тяжести, а также с расположением хранилища на уровне земли или ниже с перегрузкой полезного ископаемого конвейерами (рис. 222). В зависимости от расположения по отношению к железнодорожным путям различают продольные, поперечные и смешанные бункера.
Углы наклона днищ погрузочных бункеров принимают обычно на 2-30 больше угла трения горной массы по материалу дна бункера в состоянии покоя. Выпускные люки бункеров устраивают размером не менее 3-4 кратного размера наибольшего куска. Усреднение качества полезного ископаемого в бункерах карьеров, обогатительных фабрик и металлургических заводов заключается в перемешивании сырья в процессе послойного заполнения и разгрузки бункеров. Эффективное усреднение качества сырья в бункерах достигается при наличии больших объемов усреднительных бункеров; при непрерывном и равномерном движении загрузочного транспорта; при условии, что разгрузка бункеров не должна осуществляться до полной их загрузки, а загрузки не должна начинаться до полного опорожнения бункера.
Число бункеров обуславливается типо-сортностью исходного сырья; для каждого типо-сорта необходимо иметь не менее двух бункеров, один из которых находится в стадии заполнения, другой — в стадии разгрузки. Для усреднения качества руды, поступающей из различных забое (карьеров), ее загружают во все ячейки бункера тонкими горизонтальными слоями челноковым конвейером. Усреднение качества достигается тем, что погрузка в транспортные средства производится через люки, расположенные в нижней части бункера, причем поступление полезного ископаемого в люки происходит более или менее равномерно из всех слоев по высоте. Недостатком способа усреднения качества полезного ископаемого в бункерах является малая величина партии усредненной руды. Достаточно равномерное качество руды в пределах одной партии, равной емкости бункера, может отличаться от качества сырья других партий. Другой недостаток обычных бункерных установок заключается в периодичности их работы.
На рис. 223 показана конструкция бункера для усреднения качества полезного ископаемого путем непрерывной загрузки и разгрузки. При этом челноковый конвейер загружает отдельными порциями полезное ископаемое в одну группу бункеров, а из другой — производится разгрузка усредненной руды в транспортные средства.
Для механизации и ускорения процесса погрузки под отверстиями бункеров устанавливают питатели, подающие груз на конвейер с погрузочной подъемной стрелой или с наклонным желобом, по которому поток полезного ископаемого поступает в железнодорожные думпкары (вагоны).
На рис. 224 показана конструкции непрерывно действующего бункера. У этого бункера выпускное отверстие представляет собой щель, покрытую планками 4, под которой находится передвижной питатель 5. Загрузка производится периодически передвигающейся сбрасывающей тележкой 3 диагональными слоями. Разгрузка бункера осуществляется питателем 5 также диагональными слоями, проходящими под углом 900 к слоям укладки. По мере передвижения питателя 5 передвигается и разгрузочная тележка 3. При этом в бункере одновременно находится загружаемая 1 и разгружаемая 2 части руды.
На Магнитогорском руднике в бункерах обогатительных фабрик усредняют: мартеновскую руду размером 75-25 мм после грохочения богатой руды окисленной зоны; мартеновскую руду размером 100-40 мм после грохочения обогащенного концентрата; промпродукт размером 16-3 мм после промывки бедных окисленных руд перед его обогащением. Среднесуточные анализы железа в мартеновской руде при этом колеблются в пределах ±1,5-2,0%, причем в эти пределы укладывается 85-95% всех суточных анализов. Число повагонных анализов, укладывающихся в интервал колебаний ±1,5% среднесуточного, при усреднении в бункерах на Криворожских ГОКах изменяется от 90 до 97%.
Усреднение в бункерах при послойном их заполнении является действенным методом усреднения качества сырья. Полезное ископаемое в одновременно загружаемых ячейках бункеров имеет достаточно постоянное качество. Объем бункеров обычно не превышает 0,5-0,6 тыс. m в карьере и несколько тысяч тонн на фабрике. Накопление в бункерах больших партий руды однородного качества требует строительства емких бункеров и значительных капиталовложений. Поэтому метод усреднения в бункерах является эффективным только в ограниченных масштабах.
Усреднение на складах. Рудные склады предназначаются для разделения разнотипных и усреднения однотипных по обогатимости полезных ископаемых, а также для накопления, хранения и перегрузки полезного ископаемого из одного вида транспорта в другой. Наиболее характерными складами полезного ископаемого являются склады эстакадного, безэстакадного и отвального типов.
Число штабелей в рудоусреднительной установке зависит от необходимо количества сырья, подлежащего складированию, и количества типо-сортов полезного ископаемого. Для каждого типа полезного ископаемого необходимо иметь не менее двух штабелей, из которых один находится в процессе формирования, а другой — в процессе разгрузки.
Конструктивно эстакадные склады (рис.225, 226) представляют собой конвейерные галереи, опирающиеся на цилиндрические железобетонные башни (колонны), делящие склады на пролеты длиной 40-50 м. Вдоль склада с обеих сторон на соответствующем расстоянии от его оси располагаются железнодорожные пути или конвейерная магистраль. В галерее каждого склада помещают ленточный конвейер, вдоль которого непрерывно и реверсивно движется с заданной скоростью ( 0,1- 0,3 м/ сек) разгрузочная тележка с двусторонними течками, рассыпающая полезное ископаемое слоями в штабель треугольного сечения. Количество слоев в штабеле высотой 15-20 м достигает 700- 1000 и более; емкость штабеля 40- 50 тыс. т.
Отличительной особенностью таких складов является неоднородность сырья по качеству и крупности в различных точках поперечного сечения. К подошве штабеля откладываются более крупные фракции, а в средних зонах располагаются более мелкие
Технология усреднения в эстакадном складе состоит в правильной укладке полезного ископаемого наклонными слоями и в организованной его отгрузке из заполненного штабеля.
Эффективность усреднения нарушается явлениями сегрегации при заполнении штабеля. Отрицательное влияние сегрегации может компенсироваться определенной системой отгрузки из штабеля, предусматривающей чередование работы экскаватора в различных его зонах.
Принцип усреднения на без эстакадных рудоусреднительных складах аналогичен усреднению на эстакадных складах. Склады представлены рядом хребтовых штабелей, укладка руды в которые производится несколькими сотнями тонких слоев, располагаемых вдоль оси штабеля, одно- или двух- консольными отвалообразовательями, а разгрузка штабеля осуществляется вразрез этих слоев. На рис. 227 показана схема без эстакадного усреднительного рудного склада.
Руду из штабеля разгружают по всему сечению тонкими поперечными слоями бороной и погрузчиком, что обеспечивает высокую степень усреднения. От погрузчика полезное ископаемое поступает на конвейер, который доставляет его на обогатительную фабрику или завод.
Борона представляет собой трапециевидную раму, снабженную 400-500 зубьями. Рама шарнирно крепится к тележке и может менять угол установки к горизонту (25-600). С помощью специального механизма рама совершает до 15-20 возвратно-поступательных движений в минуту. Скорость скребкового конвейера составляет 0,3-0,6 м/сек.
Если первым условием эффективности усреднения является получения возможно большего числа слоев в штабеле, то вторым — возможно большая длина штабеля. Длина штабеля, по данным практики, должна быть по меньшей мере в 6 раз больше ширины — это снижает отрицательное влияние на результаты смешивания концевых полуконусов. Число слоев в штабеле определяется в зависимости от колебаний качества сырья, поперечного сечения, средней емкости штабеля и скорости передвижения загрузочной установки.
Наиболее простыми в конструктивном отношении, удобными и эффективными для усреднения являются промежуточные склады отвального типа.
Склад отвального типа в поперечном сечении имеет форму трапеции или параллелограмма. Процесс усреднения на рудных складах отвального типа осуществляется послойной отсыпкой горизонтальными (по площади склада) и наклонными слоями (под откос по высоте склада), а также перелопачиванием полезного ископаемого на складе после его отсыпки. В процессе отгрузки из отвала рабочий орган экскаватора при зачерпывании полезного ископаемого на складе пересекает слои с различным качеством, что также способствует лучшему усреднению.
На рис. 228 показана схема наклоннослоевого рудного склада, образуемого при разгрузке автосамосвалов в направлении, перпендикулярном его продольной оси. Погрузка из склада осуществляется экскаваторами цикличного или непрерывного действия. При погрузке со склада происходит смешивание полезного ископаемого из различных слоев в процессе обрушения, экскавации и погрузки в железнодорожные думпкары. При необходимости руда для лучшего усреднения может перелопачиваться. Склады подобной конструкции широко применяют на карьерах Никопольского марганцеворудного (Богдановский, Шевченковский), Криворожского железорудного бассейнов, на Сарбайском карьере и др. На рис. 229 показана схема формирования и разгрузки наклоннослоевого склада при отсыпке вдоль его оси на полную высоту. При комбинированном (автомобильно-железнодорожном) транспорте склады могут быть оборудованы эстакадой для непосредственной перегрузки полезного ископаемого из автосамосвалов в железнодорожные думпкары (при незначительных колебаниях качества полезного ископаемого) или при отгрузке сырья со складов в средства транспорта экскаваторами (рис. 230).
Приемная способность склада определяется из условия, что
Vc
Где Qг — годовая производственная мощность карьера, м3;
V3 — объем зимних запасов полезного ископаемого по руде, м3;
— коэффициент годового режима добычных работ.
Объем склада определяется по выражению
где Hc — высота склада, м;
d — ширина склада поверху, м;
б — угол естественного откоса сырья в разрыхленном состоянии, град;
i — подъем выездной насыпи, 0/00;
l — протяженность склада поверху, м.
При круговом и петлевом развороте автомашин ширина склада должна быть
d
где ld, Rd — соответственно длина и радиус разворота автосамосвала, м;
A — ширина заходки экскаватора, м.
Задаваясь производственной мощностью
Источник