Рыльников, Алексей Геннадьевич. Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации

Краткое описание

Рыльников, Алексей Геннадьевич. Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.22 / Рыльников Алексей Геннадьевич; [Место защиты: Магнитог. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова].- Магнитогорск, 2013.- 173 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/1788

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
на правах рукописи

04201454292
Рыльников Алексей Геннадьевич
СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА ДОБЫВАЕМОЙ РУДЫ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПУТНИКОВОЙ
НАВИГАЦИИ
Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент И.А. Пыталев
Магнитогорск - 2013 
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИСТЕМ
СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ 9
1.1. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений разносортных руд 9
1.2. Показатели качества рудной массы и факторы, их определяющие... 38
1.3. Способы управления качеством рудопотоков и требования к качеству рудной массы на карьерах 47
1.4. Обобщение опыта использования и перспектив совершенствования автоматизированных систем и систем спутниковой навигации 47
1.5. Цель, задачи и методы исследования 63
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 66
2. РАЗВИТИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДОПОТОКОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ 68
2.1. Классификация автоматизированных систем управления качеством рудопотоков на открытых горных работах с использованием спутниковой системы навигации 68
2.2. Факторы, определяющие качество рудопотоков при применении систем спутниковой навигации 79
2.3. Обоснование исследовательской модели выбора рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков 87
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 101
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА РУДОПОТОКОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ НА КАРЬЕРАХ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ 103
3.1. Влияние параметров залегания рудных тел различного вещественного состава на параметры качества рудопотоков 103
3.2. Влияние емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвала на ка¬чество рудной массы при ее потоковой стабилизации 114
3.3. Влияние количества, емкости и места расположения усредни- тельных складов руды на стабилизацию качества рудопотока 124
3.4. Влияние автоматизации процесса стабилизации качества ру¬допотоков на снижение роли человеческого фактора в организации производства 132
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 138
з
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ
ПО СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА РУДНОЙ МАССЫ НА ИССЛЕДУЕМЫХ КАРЬЕРАХ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИХ ВНЕДРЕНИЯ 140
4.1. Разработка рекомендаций по стабилизации качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации на карьере «Малый Куйбас» 140
4.2. Оценка экономической эффективности снижения объемов усредни- тельного склада при стабилизации качества рудопотоков при исполь-зовании спутниковой навигации 151
4.3. Оценка экономического эффекта от стабилизации качества карьерных рудопотоков при использовании спутниковой навигации на этапе пе-реработки руды 153
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 161
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 163
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Современное состояние открытых горных работ характеризуется усложнением горнотехнологических условий, снижением ка¬чества минерального сырья, что влечет повышение себестоимости и снижение эффективности добычи руд. Устойчивая тенденция снижения содержания по-лезных компонентов в руде предопределяет дополнительные требования со стороны обогатительного передела к горнодобывающим предприятиям в час¬ти стабилизации качества рудной массы. При обогащении руд цветных ме¬таллов изменение среднего содержания металла в руде на 1-2 % приводит к увеличению затрат на производство концентрата на 10-20 %. В настоящее время большинству горнодобывающих предприятий весьма сложно обеспе¬чить требуемые показатели качества руды. Поставляемая на обогатительную фабрику руда, добываемая из разных забоев, горизонтов и месторождений, характеризуется различным вещественным составом, что влечет снижение показателей извлечения ценных компонентов при обогащении и качества то¬варных концентратов. Для стабилизации качественных характеристик рудо- потоков дополнительные затраты горнодобывающих предприятий составляют 10-30% себестоимости. С другой стороны, использование современного обо¬рудования и технологий, направленных на повышение интенсивности работ и полноты освоения рудных месторождений, создает дополнительные возмож¬ности для повышения качества извлекаемой рудной массы.
С целью повышения эффективности и полноты отработки запасов место-рождений ряд предприятий использует информационные системы, программ¬ные и аппаратные комплексы, направленные, в первую очередь, на решение частных задач - прогнозирование содержания полезных компонентов на кон¬кретном участке, учет в режиме реального времени показателей работы по¬грузочного и транспортного оборудования, изменения объемов и качества подготавливаемых, отбитых и извлеченных запасов. Однако решение частных задач не позволяет в полной мере получить эффект от использования имею¬щегося оборудования, оснащенного спутниковой навигацией. При этом на ряде предприятий уже создана техническая и информационная составляющие, позволяющие повысить эффективность и полноту отработки запасов место¬
рождения за счет создания оперативной системы стабилизации качества руд¬ной массы. В качестве связующего звена между геоинформационными систе¬мами, блочной моделью запасов месторождения и техническими средствами производства выступает автоматизированная система управления горно-транспортным комплексом с применением спутниковой навигации. Поэтому обоснование условий стабилизации качества рудной массы при открытой раз-работке рудных месторождений с применением спутниковой навигации пред-ставляет весьма актуальную научно-практическую задачу.
Цель работы. Повышение эффективности и полноты освоения запасов рудных месторождений открытым способом путем разработки инновацион¬ных технологических способов управления качеством рудой массы для ее стабилизации.
Идея работы. Стабилизация качества карьерных рудопотоков непосред¬ственно в процессе извлечения и транспортирования руды достигается путем использования спутниковой навигации для постоянного оперативного учета качественных характеристик единичных выемочных объемов, формируемых в ходе эксплуатации месторождения.
Объект исследования. Рудопотоки при открытой разработке рудных месторо-ждений (на примере месторождений Ковдорское, Малый Куйбас, Воронцовское).
Предмет исследования. Качественные характеристики рудопотоков откры¬тых горных работ.
Основные задачи исследования:
- анализ опыта внедрения систем спутниковой навигации и способов управ-ления качеством рудопотоков на карьерах;
- классификация систем автоматизированного управления качеством карьер-ных рудопотоков с применением навигационной спутниковой системы;
- разработка алгоритма и исследовательской модели определения рациональ-ных параметров системы стабилизации качества рудопотоков;
- оценка влияния условий залегания рудных тел различного вещественного состава, характеристик усреднительных складов, а также емкости ковша экска-ватора и кузова автосамосвалов на параметры качества рудопотоков при ис-пользовании спутниковой навигации;
- разработка рекомендаций по организации потоковой стабилизации рудной массы при использовании автоматизированных систем управления и оценка их экономической эффективности.
Методы исследования. Использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и технологии открытых гор¬ных работ, опыта отечественных и зарубежных исследований; математическое моделирование параметров рудопотоков на открытых горных работах с при-менением метода динамического программирования и с обработкой результа¬тов исследований на ЭВМ; технико-экономический анализ; систематизацию результатов промышленной апробации разработанных рекомендаций.
Защищаемые положения:
1. Стабилизация качества рудопотоков при использовании спутниковой на-вигации достигается оперативным учетом в геоинформационной модели место-рождения качественных характеристик единичных выемочных объемов с по-следующим автоматическим управлением объемом порции извлекаемых запа¬сов и очередностью их выемки и транспортировки в зависимости от качествен¬ного состава руды.
2. Использование системы спутниковой навигации для стабилизации каче-ства рудопотоков наиболее целесообразно при среднеквадратическом отклоне¬нии содержания металлов в рудном забое более 5%.
3. Спутниковая навигация в совокупности с разработанной динамической моделью управления качественными характеристиками добываемой руды по-зволяет при снижении удельных эксплуатационных затрат обеспечить стабили-зацию качества карьерных рудопотоков без строительства стационарных ус- реднительных складов.
4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что исполь-зование спутниковой навигации для стабилизации качества карьерных рудопо-токов выводит на новый организационно-технический уровень добычу мине-рального сырья заданного качества в требуемых масштабах.
Научную новизну работы составляют:
1. Классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков по степени влияния на стабилизацию качества руд¬ной массы спутниковой навигации, использование которой позволяет опре¬делить рациональные параметры стабилизируемого потока в различных гор¬нотехнических условиях.
2. Зависимости единичного выемочного объема от изменчивости содер¬жания полезных компонентов в добычном забое, позволяющие определять рациональные параметры горнотранспортного оборудования при примене¬нии различных систем стабилизации качества рудной массы.
3. Динамическая модель стабилизации качества карьерных рудопотоков, отличающаяся учетом пространственного положения и качественных показа¬телей единичных выемочных блоков и позволяющая определить оптималь¬ные параметры потоков независимо от изменчивости характеристик руды.
4. Методика определения параметров рудопотоков с использованием спутниковой навигации для стабилизации качества рудной массы, учиты¬вающая параметры и пространственное положение выемочного и транспорт¬ного оборудования и содержание ценных компонентов в руде.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью ре-зультатов математического моделирования, аналитических расчетов; положи-тельными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.
Личный вклад автора состоит в разработке динамической модели стабили-зации качества рудопотока с использованием спутниковой навигации; создании алгоритма стабилизации качества рудной массы на различных этапах усредне¬ния; обосновании методики определения рациональных параметров стабилиза¬ции рудопотока с использованием навигационных систем, установлении зависи¬мости единичного выемочного объема от изменчивости содержания полезных компонентов в добычном забое при потоковой стабилизации качества руды.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные рекомен-дации по стабилизации качества рудной массы с применением спутниковой навига¬ции на карьерах обеспечивают повышение эффективности работы горно-обо- гатительных предприятий по отработке месторождений многокомпонентных руд.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной ра-боты докладывались и получили одобрение на международной научно¬технической конференции молодых специалистов (г. Магнитогорск, 2005 г.); П, IV международных конференциях «Комбинированная геотехнология: разви¬тие физико-химических способов добычи» (г. Магнитогорск, 2003 г., г. Сибай,
2007 г.); на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва,
2008 г.); 67-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнито¬горск, 2009); V международных конференциях «Комбинированная геотехноло¬гия: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (г. Екатеринбург, 2009 г.), а также на международных выставках: «Горное оборудование, добыча и обога¬щение руд и минералов» - MiningWorld Central Asia (2009, 2013), Республика Ка¬захстан, г. Алматы, MINExpo International (2004,2008,2012 г.) Лас-Вегас, США.
Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в рабо¬ту «Разработка и широкая промышленная реализация на горнодобывающих предприятиях России автоматизированной системы управления горнотранс-портными комплексами «КАРЬЕР», удостоенную премии Правительства РФ в области науки и техники 2008 года (авторы: Трубецкой К.Н. - руководитель работы, Владимиров Д.Я., Горшков А.Ю., Клебанов А.Ф., Малышев С.Е., Одинцев Н.В., Перепелицын А.И., Рашевский В.В., Рыбак Л.В., Рыльни- ков А.Г.) и были использованы при организации потоковой стабилизации каче¬ства рудной массы на ряде предприятий Урала (ОАО «Магнитогорский метал¬лургический комбинат», ЗАО «Золото Северного Урала») и Северо-западного федерального округа (Ковдорский ГОК). Материалы работы внедрены в учебные курсы дисциплин «Проектирование карьеров», «Технология и комплексная ме¬ханизация открытых горных работ», «Рациональное природопользование».
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печат¬ных работах. Из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и за-ключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 103 пунктов.
Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках го-сударственного контракта № 02.740.11.0038, а также гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущей научной школы РФ, возглавляемой академиком РАН К.Н. Трубецким.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной ра-ботой, дано новое решение актуальной научно-практической задачи повышения эффективности и полноты освоения запасов рудных месторождений открытой геотехнологией путем разработки инновационных технологических способов управления качеством рудой массы для ее стабилизации. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. В результате анализа применяемых в настоящее время способов управ¬ления качеством рудной массы на карьерах установлено, что обеспечение тре¬буемого качества руды на карьерах в основном достигается использованием ус- реднительных складов. В условиях постоянного снижения качества добываемой руды горнодобывающие предприятия вынуждены увеличивать объемы усред- нительных складов и вести поиск новых способов обеспечения заданного каче¬ства руды.
2. Доказано, что внедрение спутниковой навигации и других современных технологий на открытых горных работах продиктовано стремлением предпри¬ятия снизить эксплуатационные расходы за счет учета и контроля работы горно¬транспортного оборудования. При этом значительная часть потенциала данных технологий остается не использованной, в том числе и при стабилизации качест¬ва карьерах рудопотоков.
3. Введено понятие «единичный выемочный объем» — это объем руды в обуренном и взрываемом блоке, рудной массы в развале, в ковше экскаватора, кузове транспортного средства. Предложен новый подход к управлению качест¬вом рудной массы, предполагающий рассматривать стабилизацию качества ру¬ды как непрерывный процесс усреднения отдельных единичных выемочных объемов, начиная с момента их извлечения из недр, перемещения и заканчивая выгрузкой в заданном пункте, использование которого обеспечивает повышение полноты и эффективности освоения запасов месторождения не менее чем на 2 и 10% соответственно.
4. Классифицированы системы автоматизированного управления качест¬вом карьерных рудопотоков по типу и назначению управляемой системы и ко¬личеству управляемых процессов. Применение данных систем позволяет опре- делить рациональные параметры стабилизируемого потока в различных горно-технических условиях. Причем на стадии оперативного управления, в зависимо-сти от области применения и технологии добычи, определяется назначение сис-темы и режим управления.
5. Разработана динамическая модель стабилизации качества карьерных рудопотоков, позволяющая определить оптимальные параметры потоков в зави¬симости от: среднеквадратического отклонения содержания металла в руде, па¬раметров залегания залежи, количества добычных забоев и типоразмера карьер¬ного оборудования, удельных затрат на добычу и переработку руды. Предложен алгоритм стабилизации качества рудной массы, учитывающий имеющуюся ин¬формацию и степень ее достоверности на каждой стадии стабилизации, исполь¬зование которого позволяет определить вид применяемых операций и их после¬довательность для стабилизации качества карьерных рудопотоков.
6. Установлены зависимости единичного выемочного объема и количества добычных забоев от изменчивости содержания полезных компонентов в добыч¬ном забое при использовании спутниковой навигации. Определено, что при среднеквадратическом отклонении содержания металла в руде более 5% исполь¬зование спутниковой навигации обеспечивает стабилизацию качества рудопото¬ка не менее чем на 35% эффективнее применяемых на предприятии способов управления качеством руды.
7. Доказано, что использование спутниковой навигации на железорудных карьерах для стабилизации качества рудопотоков позволяет полностью отка¬заться от применения капитальных усреднительных складов при количестве за¬боев более 6 и среднеквадратическом отклонении содержания металла в руде от 10% и более. Показано, что потоковая стабилизация качества руды на карьерах с применением спутниковой навигации обеспечивает новый организационно¬технический уровень добычи минерального сырья заданного качества в требуе¬мых масштабах и сокращает возможности негативных проявлений человеческо¬го фактора.
8. Экономически обоснована целесообразность использования спутнико¬вой навигации при стабилизации качества рудопотоков для условий месторож¬дений «Малый Куйбас», «Воронцовское», «Ковдорское», расчетный совокуп¬ный эффект составит соответственно 64,23,430,88 и 19,94 млн руб. в год.