Стабилизация качества добытого полезного ископаемого
Под стабилизацией качества добытого полезного ископаемого понимается комплекс мероприятий, обеспечивающий постоянство (однородность) химического состава и технологических свойств сырья (гранулометрического состава, текстуры и т. д.) в определенном его объеме (суточная, сменная или часовая добыча, состав, маршрут и т. д.).
При резких изменениях качества сырья нарушаются технологические процессы использования и переработки полезных ископаемых (выплавка металла, сжигание, коксование, перегонка угля и др.), что приводит к перестройке технологического процесса, изменению режима работы и численности персонала, снижению производительности перерабатывающего комплекса и повышению себестоимости металла, угля, электроэнергии, химического продукта и т. д. Стабилизация качества добытого полезного ископаемого обусловливает существенное улучшение технико-экономических показателей переработки и качества конечной продукции. Например, уменьшение колебания железа в рудной шихте на 1 % ведет к росту производительности доменных печей на 4—6%, уменьшению расхода кокса на 3 % и известняка на 6—8 %.
При обогащении стабильных по качеству руд цветных металлов увеличивается относительное извлечение металлов в концентрат: для свинцовых руд — на 6—10%, медных — на 10— 15%, редкоземельных — на 10—20 %.
В практике переработки (обогатительного производства, металлургического передела, сжигания угля на электростанциях) распространенным показателем оценки однородности качества сырья в определенном объеме (например, содержания металла) является доля отклонений от среднего содержания, укладывающихся в фиксированные интервалы.
Изменение содержания полезных компонентов в добытой руде связано как с распределением качества руды в недрах, так и с колебаниями сменной и суточной производственной мощности карьера. При переходе в расчетах от сменной добычи к суточной колебания мощности карьера, как правило, снижаются и улучшается в некоторой степени усреднение качества руды.
Например, на большинстве железорудных карьеров в сменных объемах добычи в интервал отклонения ± 1 % от среднего содержания железа укладывается от 50 до 80 % всех отклонений.
В интервал отклонения ±2 % от среднего в сменных объемах добычи практически на всех железорудных карьерах укладывается более 60 % отклонений.
Основным способом стабилизации качества полезных ископаемых является усреднение. Поэтому и степень стабилизации качественных показателей на карьерах оценивается коэффициентом усреднения – средние квадратичные отклонения показателей качества от среднего значения соответственно до и после усреднения.
Для стабилизации качества полезного ископаемого в первую очередь необходимо установить такой порядок развития горных работ в карьере, при котором обеспечивается не только достижение плановых объемов вскрышных и добычных работ, но и происходит сглаживание качественных характеристик полезного ископаемого при длительных календарных сроках (не менее года или квартала). Порядок развития горных работ устанавливается в пределах этапного контура карьера, определяющего эксплуатационные кондиции полезного ископаемого. Основными методами стабилизации качества полезного ископаемого являются при этом выбор системы разработки, управление ее параметрами на отдельных участках карьерного поля (длиной фронта, скоростью его подвигания, шириной рабочих площадок параметрами панельных блоков, типами и параметрами заходок и др.), выбор технологии усреднения, обоснование моделей экскаваторов и их шихтовочного резерва. Дальнейшее сглаживание качественных характеристик возможно за счет детального планирования добычи.
Основными видами (стадиями) усреднения рудного сырья являются: забойное и межзабойное усреднение; усреднение на складах различного типа и местоположения. Сочетания усреднения забойного, межзабойного и на внутрикарьерных (прикарьерных) складах характеризуют в целом стадии внутрикарьерного усреднения.
Одностадийное внутрикарьерное усреднение характеризуется наличием только межзабойного или одновременно забойного и межзабойного усреднения. В большинстве случаев при усреднении руды по одному компоненту попутно стабилизируется ее качество и по другим компонентам. Одностадийное усреднение обусловливает необходимость создания шихтовочного резерва добычных экскаваторов и дополнительного фронта добычных работ. При использовании в качестве выемочно-погрузочного оборудования пневмоколесных погрузчиков шихтовочный резерв их может отсутствовать, а межзабойное усреднение достигается за счет создания резервных добычных забоев.
На рудных карьерах при одностадийном усреднении шихтовочный резерв добычных экскаваторов составляет 18—50%.
Технологическими нормами проектирования рекомендуется шихтовочный резерв: 100 % — при одном добычном экскаваторе, 50 % — при двух, 33 % —при трех, 25 % —при четырех и более экскаваторах.
В общем случае этот резерв экскаваторов зависит от изменчивости качества полезного ископаемого в плановых контурах отработки (чаще всего — в объеме сменной добычи карьера), допустимого отклонения качества добытого полезного ископаемого от требуемого, заданной вероятности обеспечения необходимого усреднения, производственной мощности карьера, типоразмера добычных экскаваторов. С уменьшением типоразмера экскаваторов увеличивается их число, а, следовательно, и число действующих забоев, вследствие чего уменьшается шихтовочный резерв. Поэтому необходимо для конкретных условий одновременно определять по экономическим критериям (приведенным затратам или прибыли) рациональный типоразмер добычных экскаваторов и их шихтовочный резерв.
Двухстадийное внутрикарьерное усреднение характеризуется наличием прикарьерных подшихтовочных складов или внутрикарьерных усреднительпых складов, выполняющих также перегрузочные функции при комбинированном транспорте.
При наличии подшихтовочного склада руда на переработку поступает одновременно непосредственно из забоев и со склада. Последний, таким образом, выполняет как функции дополнительных одного или нескольких добычных забоев, так и функции второй стадии усреднения.
Параметры прикарьерных складов определяются числом отдельно складируемых типов сортов руд и производственной мощностью карьера. Сменная производительность складских экскаваторов на 20—40 % выше, чем забойных, но годовая производительность вследствие низкого использования обычно, наоборот, на 30—50 % ниже. Вместе с тем при двухстадийном усреднении резко сокращается или полностью исключается шихтовочный резерв забойных экскаваторов и увеличивается их производительность вследствие отсутствия жесткой связи между режимами работы карьера и перерабатывающих цехов. Степень усреднения на складах равна 2—3.
Организационной основой внутрикарьерного усреднения на большинстве предприятий являются декадно(недельно)-суточные и сменно-суточные графики работы и гибкое оперативное управление работой добычных (забойных и складских) экскаваторов и транспорта.
Изменчивость качества характерна и для многих угольных месторождений. Генезис угленосных формаций обусловливает значительную разницу качества углей в отдельных пропластках, разную зольность, теплоту сгорания, влажность, физико-механические свойства. Вместе с тем потребители угля (электростанции, химические предприятия) рассчитываются на однородное и постоянное качество угля. Поэтому угли одного и того же месторождения при значительном изменении качества в разных пропластках не могут быть использованы потребителями без предварительного усреднения их качества. Усреднение может осуществляться для выравнивания зольности, теплоты сгорания и крупности. При транспортировании угля из забоев железнодорожными вагонами МПС усреднение углей производится на складах потребителей и только в редких случаях — на усреднительных комплексах карьеров. Оно производится: конусованием с применением одноковшовых экскаваторов; суммированием угольных потоков с двух-трех конвейеров (питателей) на одном общем питателе, подающем смешанный уголь непосредственно в приемный бункер электростанции или химического завода; перемешиванием угля в штабелях и бункерах.
Под стабилизацией качества добытого полезного ископаемого понимается комплекс мероприятий, обеспечивающий постоянство (однородность) химического состава и технологических свойств сырья (гранулометрического состава, текстуры и т. д.) в определенном его объеме (суточная, сменная или часовая добыча, состав, маршрут и т. д.).
При резких изменениях качества сырья нарушаются технологические процессы использования и переработки полезных ископаемых (выплавка металла, сжигание, коксование, перегонка угля и др.), что приводит к перестройке технологического процесса, изменению режима работы и численности персонала, снижению производительности перерабатывающего комплекса и повышению себестоимости металла, угля, электроэнергии, химического продукта и т. д. Стабилизация качества добытого полезного ископаемого обусловливает существенное улучшение технико-экономических показателей переработки и качества конечной продукции. Например, уменьшение колебания железа в рудной шихте на 1 % ведет к росту производительности доменных печей на 4—6%, уменьшению расхода кокса на 3 % и известняка на 6—8 %.
При обогащении стабильных по качеству руд цветных металлов увеличивается относительное извлечение металлов в концентрат: для свинцовых руд — на 6—10%, медных — на 10— 15%, редкоземельных — на 10—20 %.
В практике переработки (обогатительного производства, металлургического передела, сжигания угля на электростанциях) распространенным показателем оценки однородности качества сырья в определенном объеме (например, содержания металла) является доля отклонений от среднего содержания, укладывающихся в фиксированные интервалы.
Изменение содержания полезных компонентов в добытой руде связано как с распределением качества руды в недрах, так и с колебаниями сменной и суточной производственной мощности карьера. При переходе в расчетах от сменной добычи к суточной колебания мощности карьера, как правило, снижаются и улучшается в некоторой степени усреднение качества руды.
Например, на большинстве железорудных карьеров в сменных объемах добычи в интервал отклонения ± 1 % от среднего содержания железа укладывается от 50 до 80 % всех отклонений.
В интервал отклонения ±2 % от среднего в сменных объемах добычи практически на всех железорудных карьерах укладывается более 60 % отклонений.
Основным способом стабилизации качества полезных ископаемых является усреднение. Поэтому и степень стабилизации качественных показателей на карьерах оценивается коэффициентом усреднения – средние квадратичные отклонения показателей качества от среднего значения соответственно до и после усреднения.
Для стабилизации качества полезного ископаемого в первую очередь необходимо установить такой порядок развития горных работ в карьере, при котором обеспечивается не только достижение плановых объемов вскрышных и добычных работ, но и происходит сглаживание качественных характеристик полезного ископаемого при длительных календарных сроках (не менее года или квартала). Порядок развития горных работ устанавливается в пределах этапного контура карьера, определяющего эксплуатационные кондиции полезного ископаемого. Основными методами стабилизации качества полезного ископаемого являются при этом выбор системы разработки, управление ее параметрами на отдельных участках карьерного поля (длиной фронта, скоростью его подвигания, шириной рабочих площадок параметрами панельных блоков, типами и параметрами заходок и др.), выбор технологии усреднения, обоснование моделей экскаваторов и их шихтовочного резерва. Дальнейшее сглаживание качественных характеристик возможно за счет детального планирования добычи.
Основными видами (стадиями) усреднения рудного сырья являются: забойное и межзабойное усреднение; усреднение на складах различного типа и местоположения. Сочетания усреднения забойного, межзабойного и на внутрикарьерных (прикарьерных) складах характеризуют в целом стадии внутрикарьерного усреднения.
Одностадийное внутрикарьерное усреднение характеризуется наличием только межзабойного или одновременно забойного и межзабойного усреднения. В большинстве случаев при усреднении руды по одному компоненту попутно стабилизируется ее качество и по другим компонентам. Одностадийное усреднение обусловливает необходимость создания шихтовочного резерва добычных экскаваторов и дополнительного фронта добычных работ. При использовании в качестве выемочно-погрузочного оборудования пневмоколесных погрузчиков шихтовочный резерв их может отсутствовать, а межзабойное усреднение достигается за счет создания резервных добычных забоев.
На рудных карьерах при одностадийном усреднении шихтовочный резерв добычных экскаваторов составляет 18—50%.
Технологическими нормами проектирования рекомендуется шихтовочный резерв: 100 % — при одном добычном экскаваторе, 50 % — при двух, 33 % —при трех, 25 % —при четырех и более экскаваторах.
В общем случае этот резерв экскаваторов зависит от изменчивости качества полезного ископаемого в плановых контурах отработки (чаще всего — в объеме сменной добычи карьера), допустимого отклонения качества добытого полезного ископаемого от требуемого, заданной вероятности обеспечения необходимого усреднения, производственной мощности карьера, типоразмера добычных экскаваторов. С уменьшением типоразмера экскаваторов увеличивается их число, а, следовательно, и число действующих забоев, вследствие чего уменьшается шихтовочный резерв. Поэтому необходимо для конкретных условий одновременно определять по экономическим критериям (приведенным затратам или прибыли) рациональный типоразмер добычных экскаваторов и их шихтовочный резерв.
Двухстадийное внутрикарьерное усреднение характеризуется наличием прикарьерных подшихтовочных складов или внутрикарьерных усреднительпых складов, выполняющих также перегрузочные функции при комбинированном транспорте.
При наличии подшихтовочного склада руда на переработку поступает одновременно непосредственно из забоев и со склада. Последний, таким образом, выполняет как функции дополнительных одного или нескольких добычных забоев, так и функции второй стадии усреднения.
Параметры прикарьерных складов определяются числом отдельно складируемых типов сортов руд и производственной мощностью карьера. Сменная производительность складских экскаваторов на 20—40 % выше, чем забойных, но годовая производительность вследствие низкого использования обычно, наоборот, на 30—50 % ниже. Вместе с тем при двухстадийном усреднении резко сокращается или полностью исключается шихтовочный резерв забойных экскаваторов и увеличивается их производительность вследствие отсутствия жесткой связи между режимами работы карьера и перерабатывающих цехов. Степень усреднения на складах равна 2—3.
Организационной основой внутрикарьерного усреднения на большинстве предприятий являются декадно(недельно)-суточные и сменно-суточные графики работы и гибкое оперативное управление работой добычных (забойных и складских) экскаваторов и транспорта.
Изменчивость качества характерна и для многих угольных месторождений. Генезис угленосных формаций обусловливает значительную разницу качества углей в отдельных пропластках, разную зольность, теплоту сгорания, влажность, физико-механические свойства. Вместе с тем потребители угля (электростанции, химические предприятия) рассчитываются на однородное и постоянное качество угля. Поэтому угли одного и того же месторождения при значительном изменении качества в разных пропластках не могут быть использованы потребителями без предварительного усреднения их качества. Усреднение может осуществляться для выравнивания зольности, теплоты сгорания и крупности. При транспортировании угля из забоев железнодорожными вагонами МПС усреднение углей производится на складах потребителей и только в редких случаях — на усреднительных комплексах карьеров. Оно производится: конусованием с применением одноковшовых экскаваторов; суммированием угольных потоков с двух-трех конвейеров (питателей) на одном общем питателе, подающем смешанный уголь непосредственно в приемный бункер электростанции или химического завода; перемешиванием угля в штабелях и бункерах.