Килин Юрий Алексеевич. Обоснование динамики параметров рабочей зоны карьера для формирования качества руды

brief description

Килин Юрий Алексеевич. Обоснование динамики параметров рабочей зоны карьера для формирования качества руды : Дис. ... канд. техн. наук : 25.00.22 Красноярск, 2006 161 с. РГБ ОД, 61:06-5/1668

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНА .РЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
N.
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА»
На правах рукописи
Килин Юрий Алексеевич
ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА РУДЫ
Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель - профессор, доктор технических наук Косолапов Александр Иннокентьевич
Красноярск 2006
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Особенности технологии открытых горных работ при управлении качеством руды.... 8
1.2. Характеристика условий разработки крутопадающих сложноструктурных месторождений руд цветных металлов и обоснование объекта исследований 14
1.3. Анализ результатов исследований, связанных с управлением качеством руды при разработке месторождений открытым способом 24
1.4. Цель и задачи исследования 38
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛИ РУДЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ 41
2.1. Анализ методов оценки пространственной изменчивости качественных показателей руды 41
2.2. Исследование пространственной изменчивости качественных показателей руды с помощью метода вариограмм 45
2.2.1. Моделирование вариограмм 52
2.2.2. Предварительный анализ исходных данных 54
2.2.3. Оценка содержаний глинозема методом Кригинга 58
2.3. Программные средства для описания параметров месторождения, характеризующих их качественные показатели 63
2.4. Выводы 64
3. РАЗРАБОТКА ИММИТАЦИОННОЙ ОБЪЕМНОЙ МОДЕЛИ ДОБЫЧНОЙ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДЫ С УЧЕТОМ ЕЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ 66
3.1. Анализ методов моделирования, применяемых в горном деле 66
3.2. Характеристика основных факторов, влияющих на качество добываемой руды в карьерах 72
3.3. Построение пространственной модели изменения качественных показателей руды..74
3.4. Методика описания добычной рабочей зоны карьера и системы разработки для решения задачи управления качеством добываемой руды 77
3.5. Разработка алгоритма и программы, реализующих модель месторождения во взаимосвязи с параметрами рабочей зоны карьера и системы разработки 81
3.6. Обоснование показателя руды, используемого при управлении ее качеством при имитационном моделировании 84
3.7. Выводы 86
4. МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДЫ НА ОСНОВЕ ИММИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 88
4.1. Анализ влияния основных параметров добычной рабочей зоны карьера на показатели управления качеством руды 88
4.2. Особенности проведения геометрического анализа рудной зоны карьера для управления качеством руды 91
4.3. Исследования влияния параметров добычной рабочей зоны карьера на управление качеством добываемой руды 99
4.4. Обоснование временной динамики параметров добычной рабочей зоны карьера 102
4.5. Выводы 105
5. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ КИЯ-ШАЛТЫРСКОГО КАРЬЕРА 106
5.1. Оценка влияния параметров рабочей зоны карьера на управление качеством руды при разработке Кия-Шалтырского нефелинового месторождения 106
5.2. Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследований при разработке Кия-Шалтырского месторождения 127
5.3. Выводы 131
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133
ЛИТЕРАТУРА ' 135
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 151
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 161
Требования к качеству добываемого сырья обусловлены специфическими особенностями технологических переделов обогащения или прямой химико-металлургической переработки. Несоответствие фактического и требуемого качества добываемого сырья приводит к уменьшению извлечения полезных компонентов из руды. Известно, что повышение на 1% извлечения полезных компонентов из руд эксплуатируемых месторождений эквивалентно освоению нового месторождения средних масштабов.
Экономический кризис 90-х годов в результате перехода к рыночным отношениям привел к систематическому невыполнению планов вскрышных работ и стихийному созданию временно нерабочих участков в карьерах. Самым простым способом выживания предприятий оказалась консервация вскрышных работ, что повлекло на многих карьерах существенное отставание их от проектов.
В настоящее время в силу различных причин на большинстве карьеров, разрабатывающих крутопадающие месторождения, сформированы нерабочие . борта с узкими площадками или вообще без них, не достигшие своих проектных контуров. В результате это приводит к сокращению фронта добычных работ и, как следствие, к усложнению управления качеством руды в процессе ее добычи, а применение традиционных методов не дает требуемых результатов. В этих условиях решение по формированию качественных показателей руды при определении параметров добычной рабочей зоны карьера и их рациональной динамики по мере отработки месторождения обретают особую актуальность и важность.
Идея работы. Управлять качеством руды в карьере следует путем изменения параметров его добычной рабочей зоны, устанавливаемых по мере отработки месторождения на основе имитационного моделирования особенностей его строения и параметров применяемой технологии.
Цель диссертационной работы состоит в обосновании динамики параметров добычной рабочей зоны карьера, обеспечивающих формирование качества добываемого сырья по мере разработки месторождения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие
задачи:
анализ современного состояния технологии и условий открытой разработки месторождений цветных металлов;
изучение характера пространственной изменчивости показателя (содержание полезного компонента) качества руды;
разработка методики имитационного моделирования качественных показателей руды и параметров рабочей зоны карьеров на ЭВМ;
составление алгоритма проведения геометрического анализа карьерного поля для установления изменения качества руды по мере отработки месторождения;
проведение численных исследований и установление влияния особенностей строения месторождения на рациональные параметры добычной рабочей зоны карьера;
выполнение апробации полученных результатов применительно к условиям Кия-Шалтырского нефелинового рудника.
Защищаемые положения:
1. Для выявления закономерностей пространственной изменчивости содержания полезного компонента в руде при решении задачи управления ее качеством в карьере следует использовать геостатистическое моделирование геологических признаков месторождения методом вариограмм.
2. Повысить эффективность управления качеством добываемой руды в карьере можно, используя модели, интегрирующие в динамике параметры добычной рабочей зоны карьера и пространственную изменчивость качественных показателей руды.
3. Для обеспечения требуемых показателей качества добываемой руды параметры рабочей зоны карьера следует устанавливать дифференцированно
для различных этапов отработки месторождения с учетом пространственной изменчивости содержания полезного компонента в руде и обеспечения производственной мощности карьера.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- выявлены закономерности пространственной изменчивости содержания полезного компонента в руде при решении задачи управления ее качеством с использованием вариограмм;
- установлена зависимость показателей качества добываемой руды от направления развития фронта работ, количества уступов в одновременной разработке, угла откоса рабочего борта карьера и места заложения подготовительной выработки при изменении во времени;
- предложен принцип дифференцированного определения параметров добычной рабочей зоны карьера для различных этапов отработки месторождения с учетом пространственной изменчивости содержания полезного компонента в руде и обеспечения требуемых его показателей качества.
Методы научных исследований: анализ и обобщение литературных источников; анализ статистического материала; обобщение теоретических разработок и практического опыта; численные исследования на имитационной модели; аналитические, графические и графоаналитические методы, а также методы математического моделирования; методы математической статистики и программирования на ЭВМ.
Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований; в проведении теоретических и экспериментальных исследований зависимости содержания полезных компонентов в добываемой руде Кия-Шалтырского карьера от направления развития и длины фронта работ, количества уступов в одновременной разработке и угла откоса рабочего борта.
Достоверность результатов исследований подтверждена
представительным объемом материалов для анализа; корректным использованием программных продуктов для моделирования и статистической обработки данных; сходимостью результатов теоретических исследований с данными опытно-промышленных исследований и математического моделирования.
Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что:
- разработана методика имитационного моделирования особенностей строения и параметров технологии для управления качеством добываемой руды в карьере;
- предложена методика обоснования места заложения подготовительной выработки, количества одновременно разрабатываемых уступов, направления развития фронта работ и угла откоса рабочего борта карьера с учетом пространственной изменчивости показателей качества руды и этапа разработки месторождения.

bibliography

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующим положениям:
1. Установлено, что оставление временно-нерабочих бортов при разработке крутопадающих месторождений приводит к снижению интенсивности углубочных работ, уменьшению длины добычного фронта, сокращению количества забоев и, как следствие, ухудшает возможности обеспечения необходимого качества руды.
2. Для оценки пространственной изменчивости содержаний полезных и вредных компонентов в любой точке геологического массива предложено использовать вариограммы. В результате для условий Кия-Шалтырского нефелинового месторождения установлено, что зона влияния пробы по простиранию рудного тела составляет 300 метров, а вкрест - 90.
3. Для рудных месторождений, характеризующихся узким пределом изменения качественных показателей руды, между содержанием полезного компонента и коэффициентом его вариации в оцениваемом объеме установлена линейная ' зависимость, причем увеличение коэффициента вариации сопровождается уменьшением содержания.
4. К основным параметрам зоны добычных работ в карьере, характеризуемых динамикой, следует относить угол откоса рабочего борта, количество уступов в одновременной работе, места заложения подготовительных выработок и угол простирания фронта работ. При оценке их влияния на формирование качества добываемой руды в карьере построена модель пространственной изменчивости показателя качества руды,
учитывающая данные детальной и эксплуатационной разведки, а также отработки Кия-Шалтырского месторождения.
5. Для обеспечения требуемых показателей качества, параметры рабочей зоны карьера следует устанавливать в следующей последовательности:
-направление простирания фронта работ (для заданных других параметров);
-направление углубки (для установленного направления развития фронта работ и заданных других параметров);
-количество уступов в одновременной работе (для установленных направления углубки и простирания фронта работ, и заданных других параметров);
-угол откоса рабочего борта карьера (для ранее установленных других параметров).
6. Использование разработанной имитационной модели пространственной изменчивости качественного показателя качества руды и добычной рабочей зоны карьера позволяет реализовать на ЭВМ объемный метод геометрического анализа карьерного поля проф. А.И. Арсентьева для решения задачи управления качеством руды. В результате, на примере Кия- Шалтырского нефелинового месторождения, установлена рациональная динамика изменения параметров зоны добычных работ по мере отработки месторождения.
7. Расчетный экономический эффект от внедрения предлагаемых мероприятий составляет 12,46 млн.руб./год.