книги из ГПНТБ / Добыча и переработка серных руд Роздольского месторождения

ния взрывных работ в труднодробимых с блочным отроением сероносных рудах, обеспечивающая высокие показатели степени дроб­ ления. Схемы объемного короткозамедленного взрывания, диаго­ нального короткозамедлениого взрывания и в некоторых случаях взрывания на вруб обеспечивают выход в отбитой горной массе кусков крупностью > 4 0 0 мм в количестве не более 14—20%, что позволяет эффективно применять циклично-поточную технологию.

В случае применения взрывного способа разрушения серных руд возможны две схемы циклично-поточной технологии: со стацио­ нарным или полустационарным грохотильно-дробильными установ­ ками; с передвижными грохотильно-дробильными агрегатами. Для Подорожненского и Язовского месторождений серных руд наиболее приемлемой является первая схема. Внедрение этой схемы на карьерах позволит по предварительным расчетам экономить ежегодно около 900 тыс. руб. при незначительном сроке окупаемости дополнитель­ ных капитальных влоялвний.

Проведение буровзрывных работ приводит к периодическому простою мощного горнотранспортного оборудования и, как след­ ствие, к повышению себестоимости 1 т руды. При этом выход ку­ сков крупностью > 400 мм в горной массе составляет 15—20%, что усложняет применение циклично-поточной технологии. Иссле­ дованиями установлена возможность применения для разрушения серных руд механических рыхлителей. В зависимости от физико­ механических свойств пород наиболее эффективными технологи­ ческими схемами рыхления являются: челноковая с продольным и поперечным рыхлением — для легкорыхлимых пород; челноко­ вая или челноковая с холостым ходом — для трещиноватых пород.

Повышению экономической эффективности применения циклично­ поточной технологии будет способствовать также внедрение трактор­ ных погрузчиков.

• Предварительные экономические расчеты показали, что замена буровзрывных работ механическим рыхлением на Подорожненском карьере позволит получать ежегодный экономический эффект около 100 тыс. рублей.

Внедрение механических рыхлителей и тракторных погрузчиков на Центральном карьере Язовского месторождения позволит снизить себестоимость разработки 1 т руды. Годовой экономический эффект при этом составит 1,1 млн. руб. при минимальных дополнительных капитальных вложениях.

При добыче серных руд важным вопросом является создание рациональных технологических схем усреднения их качества. Как показал анализ работы Роздольского горно-химического комбината, в исходной руде для обогатительной фабрики содержание серы ко­ леблется в пределах ± 5% от планового, что влечет за собой по­ тери серы в хвостах флотации и при ее плавке и, в конечном итоге, увеличение себестоимости товарного продукта. В этой связи необ­ ходимо разработать: параметры усреднения качества исходной руды для обогатительных фабрик; схемы внутрикарьерного усред­

нения руды; схемы работы групп карьеров в режиме усреднения качества руд.

Важной проблемой эффективности разработки месторождении Предкарпатского сероносного бассейна является создание автома­ тизированной системы управления и планирования при производ­ стве горных работ на карьерах бассейна. Решение этой проблемы, применительно к горно-химическим комбинатам бассейна, позволит существенно увеличить производительность труда и эффективность горных работ только за счет реорганизации системы оперативного управления и планирования производства.

Первоочередными задачами при создании АСУ (автоматических станций управления) производством горных работ на карьере явля­ ются: определение объемов и схемы циркуляции исходной информа­ ции, необходимой для принятия оперативного решения; определение достоверности и полноты информации для принятия решения; раз­ работка методики сбора, обработки и передачи информации на ЭЦВМ; определение времени сбора, передачи и обработки информации на вычислительном центре; разработка рекомендаций по созданию си­ стемы технических средств, осуществляющих сбор и передачу инфор­ мации на вычислительный центр; разработка алгоритмов и реали­ зация основных технологических задач на ЭЦВМ.

Таким образом, дальнейшее совершенствование разработки су­ ществующих и строящихся карьеров Предкарпатского бассейна связано с решением упомянутых выше и некоторых других важных актуальных вопросов и проблем, а именно:

1.Изыскание и внедрение эффективных технологических схем производства вскрышных работ при бестранспортной системе раз­ работки.

2.Широкое внедрение техники непрерывного действия и уста­ новление рациональных параметров работы роторных экскавато­ ров, отвалообразователей и конвейерного транспорта.

3.Внедрение технологических схем разработки вскрышных усту­ пов с принудительным обрушением.

4.Разработка эффективных схем рекультивации и восстановле­ ния земельных площадей, нарушенных горными работами.

5. Внедрение циклично-поточной технологии разработки руд с использованием механических рыхлителей и тракторных погруз­ чиков.

6. Разработка и внедрение оптимальных нормативов потерь

иразубоживания руды.

7.Повышение устойчивости нерабочих уступов и бортов карьера

сразработкой и внедрением специальных мероприятий.

8.Разработка автоматизированной системы управления горными работами на карьерах Предкарпатского сероносного бассейна с соз­ данием вычислительного центра.

9.Комплексное решение задачи подготовки рудной базы для действующего Роздольского и строящегося Яворовского горно-хими­ ческого комбинатов.

§ 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД УКРЕПЛЕНИЯ ОТВАЛОВ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Преимущественное развитие открытого способа разработки место­ рождений серных руд при увеличении глубины и мощности карье­ ров, находящихся в сложных инженерно-геологических и кли­ матических условиях, связано с перемещением значительных объе­ мов пустых пород в отвалы. Из общего числа ежегодно складируе­ мых в отвалы пород 60% составляют песчано-глинистые породы. Комплекс неблагоприятных для устойчивости свойств (высокая дисперсность, пластичность, тиксотропиость, гидрослюдистомонтмориллонитовый состав и т. д.) таких пород вызывает оползневые деформации сухих отвалов.

В целях борьбы с деформациями отвальных горных масс прово­ дится ряд горнотехнических мероприятий, включающих: уменьше­ ние высоты отвалов и выполаживание откоса отвала; устройство дренирующей «подушки» в крепких породах основания; раздельное отвалообразование пород, отвод поверхностных вод и т. д.

Однако доступные в настоящее время средства обеспечения устойчивости отвалов дают возможность отсыпать, как правило, невысокие отвалы. Занижение высоты отвалов приводит к умень­ шению производительности мощного горнотранспортного оборудо­ вания, увеличению расходов на транспортировку горных масс и к расширению площадей отвалов, что связано с изъятием из экс­ плуатации, и на длительный срок, сельскохозяйственных и лесных угодий.

Из изложенного видно, что проблема устойчивости отвалов и вместе с тем увеличение их высоты и емкости является актуаль­ ной. В настоящее время она может быть разрешена для условий месторождений Предкарпатского сероносного бассейна путем при­ менения разработанного в МГИ (Московском горном институте) совместно с институтом ГИГХС физико-химического способа искус­ ственного укрепления отвалов глинистых пород.

Этот способ удовлетворяет требованиям технической надеж­ ности и экономической целесообразности. Сущность его вытекает из следующего принципа: для укрепления отвалов из пород нару­ шенного сложения нет необходимости достигать сплошного их укрепления по всему объему, достаточно создать в горной массе пород отдельные колонны из прочного материала, которые будут выполнять функции свай или опор. Материал для таких колонн должен обладать повышенной физико-химической активностью и быть водоустойчивым.

В предварительно пробуренные по периметру отвала скважины вводится материал с высокой физико-химической активностью, создающий в породах зоны повышенной прочности. Исходя из вели­ чины действующего в уступах и бортах карьеров и ярусах отвалов оползневого давления прочность материала на сжатие должна быть не менее 70—80 кгс/см2 и сопротивление изгибу — 40—45 кгс/см2.

В качестве такого материала может быть применен новый укреп­ ляющий реагент — композиционное вяжущее вещество на основе портландцемента. В составе вяжущего вещества в качестве активизатора используется негашеная молотая известь, а наполнителем служат мягкие вскрышные породы.

Необратимая прочность гетерогенной дисперсной системы це­ мент—глина—вода формируется в результате образования малораство­ римых соединений на границе раздела фаз. Механизм структурообразования в таких системах представляет комплекс сложных химических и физико-химических процессов взаимодействия гидра­ тирующихся минералов цемента и компонентов глинистой породы, протекающих одновременно, но с различной степенью интенсивности.

Процессы взаимодействия сопровождаются постоянным наруше­ нием химического равновесия в процессе гидролиза основного материала цемента — трехкальциевого силиката, так как гидроли­ тически отщепляющийся гидрат окиси кальция вступает в хими­ ческие и адсорбционно-химические реакции с глинистой породой:

Ca3Si05 + H20ï± Ca2Si04 + Ca(0H)2.

’ Процессы гидратации других цементных минералов в среде, ненасыщенной Са(ОН)2, протекают с образованием иных продуктов, что вызывает снижение прочности кристаллизационной структуры твердения. Введение в рассматриваемую сложную систему дополни­ тельных количеств негашеной извести позволяет не только управ­ лять процессами гидратации и структурообразования. При некотором

взаимодействия его с укрепляемыми глинистыми породами. Меха­ низм этого взаимодействия определяется диффузионно-осмотическим переносом вещества.

Процесс диффузионного выщелачивания Са(ОН)2 с поверхности материала скважин с последующей химической реакцией его в ка­ пиллярно-пористом пространстве системы «порода» подчинен не вероятностным законам, которыми определяется процесс простого массопереноса, а закону действия масс. Скорость гетерогенных реакций в таких случаях обусловлена, с одной стороны, кинети­ ческой химической реакцией на поверхности, а с другой, скоростью перемещения реагирующих веществ к этой поверхности в резуль­ тате диффузии, т. е. процесс протекает по законам диффузионной кинетики.

Одновременно, но в противоположном направлении происходит осмотическая миграция воды из порового пространства системы «порода» в систему «материал» в результате искусственно создан­ ного градиента концентраций в рассматриваемых системах. Тогда эффективный коэффициент и константа скорости диффузии вещества из материалов в породу могут быть функциями многих переменных, основными из которых являются пористость пространства, свой­ ства и количество жидкой фазы в системе «порода», скорость гете­

рогенной реакции в капиллярно-пористой среде, сопротивление диффузии по потоку мигрирующей воды.

Эти процессы приводят к осушению и упрочнению пород в около­ свайной зоне в результате реакции продиффундировавшего в по­ роду Са(ОН)2 с компонентами породы.

Действующее таким образом вяжущее вещество, состав которого колеблется в пределах: портландцемента (М-350)—32—36%, гли­ нистых пород (монтмориллонита 10—20%)—60—55% и негашеной извести 8—9%, внесенное в породы отвала в виде набивных свай, создает вокруг себя зону упрочненных и осушенных глинистых пород. Радиус действия (влияния) сваи при ее диаметре 230 мм составляет 120—140 мм. Рекомендуется располагать сваи по пери­ метру яруса отвала в два ряда в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2,5—3 м.

Применение данного способа укрепления отвалов при указан­ ных параметрах позволяет увеличить высоту каждого яруса от­ вала на 4 м, в связи с чем объем дополнительно складируемых по­ род по отвалу в целом увеличивается на 3,5—4 млн. м3.

Стоимость выполнения одной скважины (расход на бурение, материалы, их подготовку, обслуживание и т. д.) диаметром 230 мм и глубиной 15—18 м составляет 16—18 руб. Расходы на укрепленно отвала площадью 1000x500 м2 составят 16—18 тыс. руб.

Повышение устойчивости отвалов песчано-глинистых пород с по­ мощью композиционного вяжущего вещества позволяет повысить эффективность отвалообразования за счет увеличения времени отсыпки одного яруса отвала и объема отвальной заходки. Это обес­

горных работ станет ритмичнее и надежнее по технике безопасности. Уменьшение размеров площадей отвалов пород значительно снизит расход на рекультивацию земель и позволит эффективно исполь­ зовать высвобождающиеся площади в сельском хозяйстве.

§ 7. ЛИНЕЙНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ УСРЕДНЕНИЯ СЕРНЫХ РУД

Серные руды имеют различный качественный и количественный составы. Колебания их нарушают стабильность технологического режима работы горно-химического комбината [24]. Устранение таких колебаний качества руды может быть достигнуто проведе­ нием ряда организационных мероприятий, путем решения задачи усреднения руды средствами линейного программирования добычи и подачи руды для ее переработки с отдельных рудников, карье­ ров и участков.

Ряд задач линейного программирования с тремя взаимнозаменяемыми переменными может быть решен при помощи способов начертательной геометрии.

приобретает максимальную величину.

Здесь X, у, s — искомые оптимальные значения производитель­ ности каждого из рудников.

(рис. 47), основой которого является система трех взаимно пер­ пендикулярных осей координат. По оси х отложены величины, относящиеся к руде рудника № 1, на оси у — рудника № 2 и по оси z — рудника. № 3. С точки зрения начертательной геометрии ограничения (73), имеющие частный характер, представляют собой три полупространства, ограниченные соответственно профильной М,

щего положения и включающие в себя эти плоскости. Ограниче­ ние (73в) есть плоскость S общего положения. Кроме того, условие неотрицательности искомых величин равноценно введению еще трех ограниченных плоскостями проекций положительных полупрост­ ранств с включением в них этих плоскостей. Целевая функция (74) является уравнением семейства взаимно параллельных плоскостей общего положения.

Масштаб откладываемых по осям величин может быть выбран произвольным, но обязательно одинаковым для всех ограничений. Плоскости всех упомянутых ограничений заданы по эпюре следами.

Для построения следов использованы точки схода их, лежащие на осях координат и потому имеющие по две равные нулю коорди­ наты. Третья координата каждой из них получена приравниванием нулю двух неизвестных в соответствующем выражении. Точки схода следов обозначены на чертеже символами своих плоскостей с индексами осей, а сами следы — теми же символами, но с индек­ сами плоскостей проекций (фронтальной V и профильной W). Следы плоскостей проекций совпадают с осями координат, а потому не обозначены на чертеже, хотя и принимаются во внимание при ре­ шении задачи.

Область возможных решений получена взаимопересечением всех перечисленных ограничивающих плоскостей и представляет собой четырехугольник (отсек плоскости S) 5—7—9—11, проекции кото­ рого обведены жирными линиями. Построение области возможных решений произведено в порядке нумерации точек на чертеже в со­ ответствии с нанесенными на линиях связи стрелками. При этом были использованы общеизвестные приемы начертательной гео­ метрии С

Во избежание перегрузки основного эпюра график целевой функ­ ции — плоскость Т изображена на отдельном вспомогательном эпюре в правом верхнем углу чертежа. При этом обязательно со­ блюдение параллельности одноименных осей обоих эпюров, а также соотношения между начальными абсциссой, ординатой и аппли­ катой плоскости Т, характеризующейся обратной пропорциональ­ ностью коэффициентам при соответствующих переменных в выра­ жении (74) функции цели:

Оптимальная точка 5 (проекции 5' и 5") зафиксирована про­ ходящей через эту точку параллельно плоскости целевой функции плоскостью R, заданной профильной прямой 5—12 (проекции 5"— 12' и 5"—12") и следом R v , изображенными штрих-пунктирными.I*

1 См. В. О. Г о р д о н , М. А. С е м е н ц е в - О ж е в с к и й . Курс на­ чертательной геометрии. М., «Наука», 1969.

II. С. К у з н е ц о в . Начертательная геометрия. М., «Высшая школа», 1969.

прямыми. Доказательством экстремальности точки 5 является прохождение прямой 5—13 (изображена пунктиром одна фрон­ тальная проекция 5' —13') только лишь через эту точку области решений. Оптимальность же точки 5 доказывается тем, что через расположенную по другую, чем область возможных решений, сто­ рону от прямой 5—13 точку 10, принадлежащую плоскость Р, может быть проведена только более удаленная от начала координат па­ раллельная плоскости целевой функции плоскость. Следовательно, через расположенную на одной прямой с точками 5 и 10 точку 11 может быть проведена только более близкая к началу координат, чем R параллельная ей плоскость. Доказанное же выше свойство экстремальности точки 5 позволяет распространить последний вы­ вод на, всю область возможных решений.

Таким образом, выделенная на чертеже точка 5 является ба­ зовой для составления оптимальной программы работы рудников, а координаты ее, взятые в принятом ранее для изображения гранич­

Общее количество содержащейся в руде серы определяется под­

Выводы

1. Графический метод линейного программирования примени­ тельно к задачам на оптимальное усреднение руды, благодаря своим простоте, наглядности и достаточной точности при удовлет­ ворительной скорости получения результатов может найти приме­ нение как на производстве, так и в научных исследованиях.

2. Помимо получения результатов для данных конкретных условий чертежи графического решения могут быть в дальнейшем использованы неоднократно как рабочие графики или номограммы,

переработку, что особенно ценно в ходе текущего оперативного руководства горнорудными предприятиями.

Г л а в а VIII

ОБОГАЩЕНИЕ СЕРНЫХ РУД

§ 1. ДРОБЛЕНИЕ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ РУДЫ

Дробление

Дробильный цех Роздольского комбината состоит из четырех самостоятельных секций, размещенных в корпусах № 1 (секции первой очереди I и II) № 2 (секции второй очереди III и IV).

Исходная руда дробится в две стадии. Крупное дробление руды от 1000 до 300 мм производится в щековых дробилках НТКД-8 (1200x1500 мм) и ЩКД-9 (1500x2100 мм), среднее дробление от 300 до 50 мм — в молотковых дробилках (1700x1450 и 2100x1800 мм).

В молотковые дробилки через специальные форсунки подаются острый пар и вода для предотвращения взрывов серной пыли. Руда в щековые дробилки подается из бункеров емкостью 100 м3 пластин­ чатыми питателями (1800x15000 и 2400x12 000 мм).

Дробленая руда подается в бункера обогатительной фабрики или на склад дробленой руды, который служит промежуточной буферной емкостью. На складе имеются четыре грейферных крана, подающих руду на фабрику во время ремонта или других остано­ вок дробилок. Все корпуса дробильного цеха снабжены подъемно­ транспортными механизмами — мостовыми кранами.

Режим работы дробильного цеха — непрерывный, трехсменный; на ремонт останавливается поочередно одна из секций. Дробилки крупного и среднего дробления в корпусе № 1 расположены каскадно, одна над другой; в корпусе № 2 — в отдельных помещениях, сообщающихся транспортерными галереями.

Сооружение нового корпуса дробления № 2 вызвано тем, что расширение и реконструкция корпуса № 1 было признано нецеле­ сообразным из-за отсутствия достаточных площадей для размещения оборудования III и IV секций. В корпусе № 2 предусмотрено перед крупным дроблением предварительное грохочение исходной руды на колосниковом грохоте. Имелось в виду увеличить производи­ тельность дробилок за счет удаления из операции дробления