Управление качеством полезного ископаемого на усреднительных складах
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
Эффективность работы потребляющих и перерабатывающих предприятий определяется не только средним значением качества ископаемого сырья, но также уровнем стабильности качественных характеристик. Это связано с тем, что режим переработки (обогащения, плавки и т.д.) настраивается на определенный качественный состав поступающего сырья. Высокие технологические и экономические показатели перерабатывающего предприятия обеспечиваются лишь при полном соответствии режима переработки качеству поступающего сырья. Как понижение, так и повышение значений качественных показателей отрицательно сказывается на технико-экономических и технологических показателях перерабатывающего производства. В условиях частой и незакономерной изменчивости качественных характеристик перерабатывающее предприятие не в состоянии изменить режим технологического процесса.
Поэтому перед горным производством ставится задача не только выдать полезное ископаемое определенного качества, но и обеспечить постоянство качественных характеристик в технологическом потоке.
Как правило, в пределах шахтных и карьерных полей качественные характеристики полезного ископаемого колеблются в очень широких пределах. Стабильность качественных показателей в руде и рудной массе достигается различными способами усреднения. Под усреднением понимается комплекс мероприятий по поддержанию постоянного качества руды, отправляемой потребителям. Параметр, подлежащий усреднению, выбирается по его значимости для производства. Наиболее часто усредняемым показателем является среднее квадратическое отклонение содержания главного полезного компонента. Степень стабилизации качественных показателей оценивается коэффициентом усреднения: Кус=σ1/σ2, где σ1 – среднее квадратическое отклонение качественного показателя до усреднения, σ2 – после усреднения. Чем больше величина коэффициента усреднения, тем выше степень стабилизации качества руды.
Наиболее полно отражает существо процесса усреднения формула К′ус=1-σ2/σ1. При этом коэффициент усреднения меняется от 0 до 1. В случае полного отсутствия эффекта усреднения К′ус =0, в идеально усредненной руде К′ус=1.
При современных повышенных требованиях к стабильности качества минерального сырья в потоке необходимо значение Кус порядка 2.5-5.0, что возможно только при многоступенчатом процессе усреднения. Выделяют 4 основных ступени или стадии усреднения руд.
Первым этапом процесса усреднения является планирование такого порядка развития горных работ, который способствовал бы сглаживанию качественных характеристик в пределах длительных календарных сроков – года или квартала. За счет оптимального порядка развития работ в карьерном или шахтном поле можно достичь коэффициента усреднения порядка 1.5-2.5 в среднем за отчетный календарный период. Однако при этом посменные и суточные отклонения качества могут быть очень значительны.
Более высокая стабильность показателей усреднения достигается на втором этапе усреднения за счет организации гибкого управления добычными забоями и транспортом в течение суток и смен. Наиболее эффективна такая организация работ, когда управляющие звенья обеспечиваются своевременной и достоверной информацией о фактическом качестве полезного ископаемого по забоям и в транспортном потоке. Высокая степень однородности качества руды достигается за счет следующих организационно-технических мероприятий: 1)селективной выемки качественно разнородных участков забоев; 2)поддержания резервных забоев с разными качественными характеристиками руды; 3)применения подшихтовочных карьерных складов. Уровень стабилизации качества руд при оперативном внутрикарьерном усреднении может достичь 2.5-3.0.
При недостаточном усреднении на третьем этапе применяют прикарьерные и околоствольные усреднительные склады. Сущность такого усреднения состоит в том, что штабели рудной массы отсыпаются по мере ее поступления тонкими наклонными или горизонтальными слоями. Из штабелей рудная масса отгружается вкрест слоев, в результате чего происходит эффект усреднения руд.
Наконец, самый высокий эффект усреднения на четвертом этапе достигается на складах обогатительных фабрик и рудных дворах металлургических заводов посредством применения специальных усреднительных механизмов и оборудования. На этой стадии усреднение достигается путем механического перемешивания рудной массы в смесительных емкостях, как правило, в автоматическом режиме.
В высокоразвитых странах придается исключительное значение усреднению качества руд. Так, при закупке партий товарных железных руд в Японии производится доплата за степень усреднения руд. В настоящее время на крупных ГОКах создаются и функционируют автоматизированные системы управления качеством продукции (АСУКП), в которых разрабатывают стандарты предприятий по совершенствованию качества и контролю за выпускаемой продукцией и обеспечивают производство необходимой технологией и организацией работ.