Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче

Актуальность работы. В современных условиях одним из важнейших факторов, влияющих * на технолого-экономические показатели горно- < металлургического производства является, наряду с вещественным составом рудо-минерального сырья, его стабильность. Колебания качества руды создают значительные трудности в переработке руды, ухудшая такие технологические показатели обогащения как извлечение металлов, выход и качество концентратов. Это, в свою очередь, приводит к неполному использованию минерального сырья, увеличению затрат на металлургический передел и, как следствие, к снижению экономической эффективности всего горно-металлургического комплекса. Другое важное обстоятельство это — увеличение отходов и, соответственно, ухудшение экологической обстановки при переработке полезных ископаемых с относительно низким уровнем качества и с высокой его изменчивостью. Дестабилизация вещественного состава добытых руд значительно обостряется при снижении среднего содержания полезных компонентов в добытой рудной массе.

Основной способ решения проблемы стабильности состава рудтехнологический, выполняемый на стадии подготовки рудо-минерального сырья к обогащению и переработке. При этом далеко не всегда достаточно полно используется имеющийся потенциал подземных рудников, объективно обладающих значительными возможностями для снижения природной изменчивости показателей качества руды в пределах шахтного поля. Особенно это касается снижения размаха колебаний в низкочастотной (высокоамплитудной) части спектра, сглаживание которого при обогатительном производстве связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. При этом возникает необходимость создания очень крупных усреднительных складов, которые должны обеспечивать снижение колебаний качества руд по всему их диапазону, что чрезмерно усложняет и удорожает перерабатывающее производство, поскольку требует применения принципиально разных технических средств и технологий усреднения в одной технологической схеме.

Для существенного и систематического снижения изменчивости показателей качества руды технологически и экономически более эффективно, если процесс стабилизации осуществляется в общей производственной системе: «рудник — транспорт руды — обогатительная фабрика». При этом достичь снижения колебания в низкочастотной части спектра изменчивости качества руды можно наиболее результативно непосредственно в руднике, а на обогатительной фабрике целесообразно снижать его высокочастотную составляющую. Конкретные технологии усреднения рудной массы и её параметры зависят от размаха и. соответственно, частоты изменчивости качества, а также от среднего уровня содержания полезного компонента в разрабатываемом участке недр.

В диссертации условия и пути повышения стабильности вещественного состава медно-никелевых руд, добываемых подземным способом, изучались на примере месторождения «Норильск-1», промышленная эксплуатация которого ведётся с 1938 года. К настоящему времени здесь отработаны богатые запасы. Оставшиеся минерально-сырьевые ресурсы представлены вкрапленными медно-никелевыми рудами с относительно небольшим содержанием полезных компонентов, но среди которых кроме никеля и меди содержатся металлы платиновой группы и другие ценные продукты.

Актуальность совершенствования технологии добычи сравнительно бедных руд в режиме повышения стабильности их состава определяется тем, что в структуре запасов норильских месторождений основное количество металла (до 70%) находятся во вкрапленных рудах, доля которых по мере интенсивной выемки богатых руд неуклонно возрастает. В связи с многолетней практикой интенсивной первоочередной выемки наиболее богатой части запасов руд, к настоящему времени произошло общее значительное снижение качества запасов руд во всех норильских месторождениях, что требует срочного принятия кардинальных мер по их эксплуатации с созданием условий для более рациональной разработки.

Одним из перспективных методов решения этой проблемы является повышение стабильности вещественного состава относительно бедных медно-никелевых руд, путём создания в рудниках современной производственной системы, обеспечивающей снижение изменчивости качества их продукции.

Цель работы — обоснование, на основе установленных зависимостей, производственной системы стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд, способной существенно снизить изменчивость качества продукции подземного рудника, создав тем самым условия для повышения полноты извлечения запасов недр.

Идея диссертации заключается в том, что подземный рудник рассматривается не только как горнодобывающее звено в общем горнометаллургическом комплексе, но и как производство, способное в определённой мере эффективно снижать уровень изменчивости содержания полезных компонентов в рудопотоке.

Задачи исследований:

— анализ состояния проблемы качества рудного сырья, а также обобщение данных практики и исследований в рассматриваемой области;

— установление влияния качества медно-никелевого рудного сырья и его изменчивости на показатели обогащения;

— изучение природной изменчивости качества руды в залежи и её влияния на формирование стабильного состава добытой рудной массы;

— оценка стабилизационной способности технологической схемы рудника;

— изучение явления сегрегации качества руд в технологической схеме рудника и разработка мер по её нейтрализации;

— укрупнённая технологическая оценка современных способов стабилизации состава полезных ископаемых в подземных рудниках и уточнение их классификации;

— разработка системы горно-технологических и организационно-технических мероприятий, способной обеспечить существенное повышение стабильности качественного состава рудной массы, направляемой на обогащение;

— технико-экономическая оценка предлагаемых решений по улучшению качества выдаваемой руды.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение результатов ранее выполненных научных работ, анализ зарубежного и отечественного опыта по управлению качеством полезных ископаемых при добыченатурное опробование руды в залежах и рудопотоке с их геолого-минералогическими испытаниями и корреляционным анализомпроизводственные исследования по оценке стабилизационной способности технологической схемы рудникааналитические исследования с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, а также технико-экономический анализ результатов работы.

Основные научные положения диссертации и их новизна:

1. Снижение показателя изменчивости — среднеквадратичного отклонения — содержания никеля в бедной медно-никелевой руде, поступающей на обогащение, с 0,1 до 0,01 сопровождается повышением извлечения никеля с 67,2 до 70,3% и увеличением выхода никелевого концентрата с 5,7 до 8,2%- соответственно доля прибыли за счёт никеля, извлекаемого из 1 т руды, возрастает на 18%.

2. Установлено, что рудное поле рудника «Заполярный» по уровню природной изменчивости качества медно-никелевых руд (ст = 0,04.0,35) относится к числу весьма сложных с позиции обеспечения стабильности вещественного состава добытой рудной массы, для достижения чего требуется применение наиболее глубоких технологий стабилизации её состава.

3. На примере действующего горнодобывающего предприятия определена естественная стабилизирующая способность подземного рудника, которая изменяется в зависимости от природных условий и технологической схемы горно-добычных работ в диапазоне от минусовых значений коэффициента усреднения (при проявлении гранулометрической сегрегации) до 1,5 и выше.

4. Создание рудничной системы стабилизации качества относительно бедных медно-никелевых руд, основные положения которой разработаны в диссертации, позволит в 2.3 раза поднять нынешние показатели стабильности состава рудной массы на выходе из рудника, существенно улучшить эффективность работы всего комплекса горнометаллургического производства и повысить полноту извлечения запасов недр.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надёжностью и представительностью исходных данных, использованием апробированных методик исследования и высокой степенью корреляции полученных зависимостей (корреляционное отношение R2= 0,5.0,8).

Научное значение работы заключается в систематизации способов снижения изменчивости вещественного состава рудной массы при подземной добыче и в теоретическом обосновании рудничной системы стабилизации качества бедных руд.

Практическое значение работы состоит в совершенствовании технологии и организации горнодобывающего производства в направлении повышения его стабилизационной способности и в рекомендациях по их практическому применению в действующем руднике в соответствии с состоянием минерально-сырьевой базы.

Реализация основных результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации переданы для использования при реализации программы дальнейшего развития рудника «Заполярный».

Результаты исследования используются в учебном процессе Московского государственного горного университета и Норильского индустриального института при изучении учебных дисциплин «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Горная квалиметрия» и «Управление качеством руд при добыче», а также в учебном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях технического совета рудника «Заполярный» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», на научно-технических конференциях «Неделя горняка» при МГГУ в 2007 и 2008 годах, на заседаниях кафедр РМПИ Норильского индустриального института и ТПР Московского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 статьи.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, 39 рисунков, 17 таблиц, списка литературы из 47 наименований, содержит 5 приложений с исходными данными исследования.

Выводы по главе 4:

1. Разработана структура рудничной системы стабилизации качества руды и основное содержание элементов этой системы.

2. Одним из важнейших элементов системы формирования стабильного состава добытой рудной массы является информационный блок, который требует первоочередной модернизации в направлении осущественного повышения оперативности и точности получения информации о показателях качества руды по всей технологической цепочке рудника.

3. Ключевым в предлагаемой системе стабилизации качества руды является блок обоснования технологических и организационных решений, принципиальная структура и содержание которого разработаны в диссертации.

4. На примере рудника «Заполярный» предложенна реконструкция дробильно-перегрузозочного комплеса в стбилизационный, теоретической и инженерной базой которых являются положения, разработанных в диссертации.

Заключение

.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой дано научное решение задачи обоснования системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд в подземном руднике.', и разработан комплекс инженерных решений, направленных на практическое улучшение состава добытой рудной массы, в условиях систематического обеднения запасов недр и одновременного повышения природной изменчивости показателей качества руд.

Поскольку в бедных медно-никелевых рудах содержится более 70% • запасов никеля, меди, кобальта, платиноидов и других ценных полезных компонентов, то эти руды в ближайшую перспективу становятся главным источником этих металлов.

По результатам работы лично автором получены следующие результаты:

1. На основании обработки большого массива исходных данных установлены надёжные корреляционные зависимости результатов обогащения медно-никелевых руд от их качества и стабильности вещественного состава. При этом повышение показателя изменчивости — среднеквадратичного отклонения содержания никеля в руде с 0−01 до 0,1 приводит, в среднем, к снижению извлечения металла с 70,3 до 67,2% и соответственно — к снижению выхода никелевого концентрата с 8,2 до 5,7%.

2. Установлено, что объект исследования — медно-никелевое месторождение «Норильск-1» по уровню природной изменчивости показателя качества руд (а = 0,14.0,32), с учётом наличия явления гранулометрической сегрегации, относится к числу наиболее сложных среди других медно-никелевых месторождений, что предопределяет необходимость применения глубоких технологий стабилизации состава рудной массы.

3. Показано, что подземный рудник способен стать эффективным средством повышения стабильности вещественного состава рудо-минерального сырья. При этом наиболее результативно в руднике может стабилизироваться низкочастотная часть спектра колебания качества руд.

4. Подземный рудник, в силу широкого использования в технологии добычи гравитационных процессов, наличия большого числа очистных забоев, перегрузочных работ и перемещений руды, объективно обладает наибольшими среди других горнодобывающих производств возможностями для борьбы с дестабилизацией качества добычи. Однако надёжно обеспечивать стабильный состав добытой рудной' массы, в условиях разработки бедных медно-никелевых руд, лишь за счёт естественной стабилизационной способности технологической схемы рудника в полной мере нереально. При этом главным фактором, препятствующим снижению изменчивости качества рудной массы, является явление гранулометрической сегрегации.

5. Производственная проблема стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд не может быть решена, кардинально за счёт отдельных рационализации технологии. Для этого требуется надёжная система технических, технологических и организационных мероприятий, существенную часть которых целесообразно возложить на подземный рудник.

6. В диссертации дано научное и инженерное обоснование рудничной системы формирования стабильного состава добытой рудной массы, которая включает в себя следующие блоки, принципиальное содержание которых разработано в диссертации:

• информации о качественно-количественных характеристиках руды в недрах и в основных узлах технологической схемы рудникао • планирования и организации горных работ в режиме стабилизации вещественного состава рудной массы;

• обоснования технических, технологических и управляющих решений при усреднении и смешении разнокачественных руд;

• контроля качества выполнения работ.

7. Внедрение результатов исследования в практику отечественных рудников позволит в 2.3 и более раз повысить стабильность вещественного состава добытых руд и тем самым существенно улучшить полезное использование минеральных ресурсов и показатели эффективности перерабатывающих производств.