Геометризация процесса сегрегации cкальных пород по крупности при формировании отвалов

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

1 Главным фактором при определении коэффициента разрыхления является соотношение между различными фракциями смеси сыпучего материала, а не размер среднего куска в этой смеси. Для смесей, состоящих из трех и более фракций, численное значение коэффициента разрыхления определяется итерационным методом.

2 Коэффициент запаса устойчивости откосов отвалов и коэффициент фильтрации горных пород в насыпном объекте зависят от коэффициента разрыхления сыпучего материала, составляющего отвальное тело:

- низкие значения параметров фильтрации в верхней части отвала, а также в подошвенном его слое, прилегающем непосредственно к основанию отсыпки, обусловлены меньшими значениями коэффициентов разрыхления его сыпучей массы. Нижние слои отвалов имеют более высокие показатели фильтрации, связанные с увеличением коэффициента разрыхления в этой части насыпного тела.

- нижняя часть откосов высоких отвалов имеет меньшее значение коэффициента запаса устойчивости, что обусловлено большей разрыхленностью этой зоны отвала, вызванной сегрегационными процессами. Верхняя часть откоса отвала имеет больший запас своей устойчивости, связанный с меньшим коэффициентом разрыхления и повышенной плотностью укладки сыпучего материала.

Выявленный на ряде месторождений ( Саткинское месторождение магнезитов, Баженовское месторождение хризотил-асбеста и другие) фактор взаимосвязи вещественного и гранулометрического составов взорванной рудной массы позволяет рекомендовать предприятиям следующие рудоподготовительные схемы:

- отработка складов некондиционного сырья подуступами, где на основе сегрегационного эффекта происходит естественное разделение рудной массы на кондиционный и некондиционный продукты;

- схема предобогащения минерального сырья на руднике с использование грохотильно-перегрузочного комплекса, где разделение рудного материала по содержанию полезного компонента или вредной примеси на кондиционную и некондиционную составляющие производится непосредственно в зоне ведения горных работ с использованием стационарных или передвижных грохотильных установок. При этом транспортирование некондиционной составляющей рудной массы производится в отвал или склад некондиционного сырья, а кондиционной - на дальнейшую переработку для получения высококачественной товарной продукции.

Заключение

В диссертационной работе на основе аналитических исследований, лабораторных, опытно-промышленных испытаний и применения методов геометризации разработаны теоретические положения:

- геометризация процесса формировании отвалов горных пород позволила установить: выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков;

- установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения высоты отвала к размеру максимального куска;

- методами геометризации установлено, что при отсыпке отвалов сыпучей массой с различным гранулометрическим составом отмечается неравномерная плотность укладки скальных пород, что приводит к образованию «пятнистой» структуры массива насыпного объекта, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в области разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Разработанная математическая модель и дальнейшая геометризация процесса сегрегации позволяют исследовать влияние горнотехнических и технологических факторов на контрастность разделения сыпучего материала по крупности при решении вопросов рудоподготовки и оценке фильтрационной способности отвальных тел.

Основные научные и практические результаты исследований состоят в следующем:

1 На основе применения методов геометризации установлено, что при формировании отвалов горных пород выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков.

2 Установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения параметров высоты отвала к размеру максимального куска.

3 Геометризацией установлено, что при отсыпке отвалов сыпучей массой с различным гранулометрическим составом отмечается неравномерная плотность укладки горной массы, что приводит к образованию «пятнистой» структуры массива насыпного объекта.

4 Установлено, что плотность сыпучего материала оказывает влияние на процесс сегрегации скальных пород опосредованно через характеристики ее трения и сцепления ( коэффициент внутреннего трения, начальное сопротивление сдвигу).

5 Научно обоснована и разработана теоретическая концепция механизма разделения сыпучего материала по гранулометрическому составу на откосах отвалов, в основе которой лежит сползание горной массы по шероховатой поверхности с углом естественного откоса под действием силы тяжести, сдвигающих сил подпирающих пород и трения, возникающего на поверхности откоса. В процессе сползания массы происходит “втирание” мелких фракций в шероховатую поверхность откоса, а отдельные крупные куски скатываются к основанию отвала.

Геометризацией обоснованы начальные условия формирования насыпных тел, включающих в себя кинематические характеристики и геометрические параметры горно-транспортного оборудования.

6 На основе геометризации установлены общие закономерности формирования внутренней структуры отвала: отсыпка отвалов производится наклонными слоями, а в соответствии с геометрией внутренней структуры отвала образуются слои, параллельные основанию; в поперечном сечении штабеля выделяются три зоны формирования его внутренней структуры: первая зона прилегает непосредственно к пионерному основанию отсыпки и ограничивается поверхностью с углом естественного откоса, вторая зона характеризуется устоявшимся соотношением масс разного грансостава и достигает по своему объему 70-90% от общего массива отвала в его сечении, третья зона непосредственно примыкает к поверхности откоса отвала.

7 Геометризацией экспериментальных данных отработки штабелей установлена закономерность: распределение масс по крупности на поверхности отсыпки значительно (15-20%) отличается от распределения масс во внутренней структуре отвала.

8 Установлено, что формирование отвалов забалансовых и некондиционных руд, используемых в дальнейшем для переработки, целесообразно вести автосамосвалами с небольшой (до 40 т) грузоподъемностью, что обеспечивает большую эффективность сегрегации и, соответственно, лучшую последующую селективную отработку отвалов. Формирование отвалов вскрышных пород большой высоты целесообразнее вести большегрузными автосамосвалами (более 75 т) для обеспечения максимальной производительности отсыпки. Параметры автомобильного транспорта влияют на процесс формирования внутренней структуры отвалов, что позволяет управлять технологией отвалообразования. Таким образом, эффективность использования автомобильного транспорта при формировании насыпных тел зависит от функционального назначения отвалов и характера технологических задач.

9 Установлено, что интенсивность разгрузки автосамосвалов неравномерна, а скорость движения горной массы в кузове возрастает по мере его поднятия. Интенсивность и скорость выгрузки зависят от физико-механических характеристик выгружаемой горной массы и параметров кузова. В конечном итоге это определяет начальные условия формирования исходного потока сыпучего материала по откосу отвала и влияет на эффективность его сегрегации.

10 Разработана методика определения коэффициента разрыхления сыпучих сред, представленных различным соотношением материала по крупности. В основе расчетов лежит итерационный метод перехода от бинарной к многокомпонентной среде. Относительная погрешность сопоставления расчетных и экспериментальных данных находится в пределах 3-5%.

11 Разработан алгоритм расчета коэффициента запаса устойчивости и фильтрационных свойств отвалов, основанный на использовании итерационного метода определения коэффициента разрыхления сыпучего материала. При этом геометризацией отражена внутренняя структура отвальных тел, характеризуемая неравномерным изменением коэффициента разрыхления.

12 Методами геометризации установлено, что нижние слои откосов отвалов имеют больший коэффициент разрыхления, чем верхние. Это связано с тем, что плотность укладки верхних слоев выше, так как здесь значительно больше мелочи. Подошвенный слой отвала, непосредственно прилегающий к поверхности его основания, имеет наименьший коэффициент разрыхления в силу большей плотности укладки разнофракционной смеси сыпучего материала. Расчеты, выполненные с использованием геометризации процесса сегрегации, позволяют дать научное объяснение этому практическому явлению.

13 Разработана технология рудоподготовки в карьере, включающая совокупность следующих операций:

- выявление взаимосвязи вещественного состава взорванной рудной массы с ее крупностью;

- разделение рудного материала по содержанию полезного компонента или вредной примеси на кондиционную и некондиционную составляющие непосредственно в зоне ведения горных работ с использованием стационарных или передвижных грохотильных установок;

- транспортирование некондиционной составляющей рудной массы в отвал, а кондиционной - на переработку для получения высококачественной товарной продукции.

Экономический эффект от функционирования данной технологии может быть получен за счет снижения расхода руды при добыче на получение единицы товарной продукции. По совокупности отмеченных признаков разработанную технологию можно отнести к ресурсосберегающей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах

В ведущих рецензируемых журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией:

1 Лаптев Ю. В. Теоретические концепции описания процесса сегрегации горных пород на откосах отвалов // Маркшейдерия и недропользование. - 2006. - № 1. - С. 23 - 29.

2 Лаптев Ю. В. Влияние высоты отвалов на процесс сегрегации горной массы по крупности // Маркшейдерия и недропользование. - 2006. - № 6. - С. 34 - 35.

3 Лаптев Ю. В. Горнотехнические факторы, определяющие закономерности процесса сегрегации горных пород при отсыпке отвалов // Маркшейдерия и недропользование. - 2007. - № 1. - С. 20 - 25.

4 Лаптев Ю. В. Закономерности процесса сегрегации горной массы при формировании насыпных техногенных объектов // Горный информационно - аналитический бюллетень. - 2007. - № 2. - С. 276 - 281.

В монографиях:

5 Гальянов А. В., Лаптев Ю. В., Ковалев М. Н. Закономерности сегрегации при складировании скальных пород и руд на карьерах ОАО «Комбинат «Магнезит». - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1997. - 96 с.

6 Гальянов А. В., Лаптев Ю. В. Оценка гомогенности при смешивании кускового рудного материала. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - 180 с.

7 Гальянов А. В., Лаптев. Ю. В. Рудоподготовка на карьерах. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2000. - 426 с.

В научных сборниках, журналах и материалах конференций:

8 Совершенствование методики планирования и прогнозирования качества добываемого сырья на комбинате «Магнезит» / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов и др. // Огнеупоры. - 1993. - № 12. - С. 24 - 28.

9 Рудоподготовка магнезитового сырья при добыче / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов и др. // Огнеупоры и техническая керамика. - 2000. - № 7. - С. 35 - 38.

10 Гальянов А. В., Антонов В. А., Лаптев Ю. В. Определение выхода заданного класса крупности кускового материала на конвейерных потоках методом отраженного гамма-излучения // Дефектоскопия. - 2001. - № 7. - С. 79 - 83.

11 Лаптев Ю. В. Математическая модель перемешивания рудного материала в забое // Проблемы повышения эффективности маркшейдерских работ на горных предприятиях: межвуз. науч. тем. сб. / СГИ. - Екатеринбург, 1992. - С. 20 - 30.

12 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В, Ковалев М. Н. Проблемы повышения качества сырья на ОАО «Комбинат «Магнезит» // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: сб. науч. тр.: т. 4 / МГМА. - Магнитогорск, 1996. - С. 122 - 130.

13 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В Исследование эффекта сегрегации при отсыпке рудных перегрузочных складов // Изв. УГГГА. Серия: Горное дело. - 1998. - Вып.7. - С. 62 - 67.

14 Гальянов А. В., Лаптев Ю. В., Блинов А. Н. Геометрические закономерности деформации внутренней структуры массива при БВР // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения): докл. Междунар. конф.: в 4 т.: т.1. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - С. 232 - 237.

15 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В. Планирование выхода технологических сортов руды при оперативном управлении работами // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения): докл. Междунар. конф.: в 4 т.: т.2. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - С. 111 - 117.

16 Патент № 2125257 Российская Федерация, МКП5 6 G 01. Способ определения заданного класса по крупности в кусковом материале, перемещаемом в технологическом потоке / В. В. Гальянов, Ю. В. Лаптев и др.; заявитель и патентообладатель ИГД УрО РАН, АО Комбинат Магнезит. - № 96104508/25; заявл. 06.03.96; опубл. от 20.01.99, Бюл. № 2(2 ч.).

17 Оптимизация показателей полноты и качества извлечения запасов при добыче / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов, и др. // Изв.вузов. Горн.журн. - 2000. - № 6. - С. 21- 25.

18 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В., Корешков Д. В. Обоснование грохотильной схемы рудоподготовки на карьерах ОАО «Ураласбест» // Итоги и проблемы производств, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом (Материалы к Междунар. науч.- техн. конф. в связи с 75-летием В. С. Хохрякова). - Екатеринбург: УГГГА, 2002. - С. 71 -73.

19 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В., Корешков Д. В. Перспективы грохотильных схем рудоподготовки на горных предприятиях // Сб. науч. трудов / ИГД УрО РАН.- Вып.1(91). - Екатеринбург, 2003. - С. 67 - 76.

20 Лаптев Ю. В. Математическая модель сегрегации дробленого скального материала при отсыпке отвалов и складов // Сб. науч. трудов / ИГД УрО РАН.- Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003. - С. 94 - 102.

21 Лаптев Ю. В., Гальянов А. В. Теоретические основы процесса сегрегации горной массы // Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр. - Екатеринбург, 2004. - С. 245 - 259. - (Сб. науч. тр. / ИГД УрО РАН. - Вып.2 (92).

22 Лаптев Ю. В. Исследование динамики выгрузки горной массы из кузова автосамосвала // Уральский горнопромышленный форум: Горное дело. Оборудование. Технологии: сб. докл. / КОСК «Россия». Выставочный центр; ИГД УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С. 133 - 136.

23 Лаптев Ю. В. Закономерности процесса сегрегации горной массы при формировании отвалов // Уральский горнопромышленный форум: Горное дело. Оборудование. Технологии: сб. докл. / КОСК «Россия». Выставочный центр; ИГД УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С. 112 - 115.

Размещено на Allbest.ru