Разработка взрывного ресурсосберегающего способа разрушения железистых кварцитов при их рудоподготовке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Гладаревский, Руслан Анатольевич

• Гладаревский, Руслан Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гладаревский, Руслан Анатольевич

Введение.

1. Современное состояние вопроса управления разрушением горных пород при их добыче и переработке.

1.1. Анализ способов и средств ресурсосбережения при взрывной отбойке пород на карьерах . i.

1.2. Анализ состояния вопроса о влиянии формы заряда и удельного расхода ВВ на показатели взрывного дробления и разупрочнения железистых кварцитов.

1.3. Анализ способов и средств ресурсосбережения при дроблении и измельчении железистых кварцитов на обогатительной фабрике.

1.4. Выводы, цель и задачи исследования.

2. Неокнсленные железистые кварциты, их состав, свойства и энергозатраты при добыче и переработке.

2.1. Неокисленные железистые кварциты, их минеральный состав и свойства породообразующих минералов.

2.2. Железистые кварциты Оленегорского ГОКа и их свойства.

2.3. Определение удельной поверхностной энергии при разрушении железистых кварцитов.

2.3.1. Методика экспериментов.

2.3.2. Результаты экспериментальных исследований по оценке вновь образованной поверхности и удельной поверхностной энергии при

- разрушении железистых кварцитов на копре.

2.4. Исследование дробимости и измельчаемости железистых кварцитов Оленегорского ГОКа.

2.5. Энергопотребление при добыче и пеработке железных руд в России.

2.6. Выводы.

3. Исследование и разработка способа ресурсосбережения на стадии буровзрывных работ при разработке железистых кварцитов на карьерах.

3.1. Обоснование оптимальной ориентации ряда скважинных зарядов относительно слоистости массива железистых кварцитов

3.2. Определение оптимальной ориентации рядов скважин при вертикальном расположении взрывной волны сжатия.

3.3. Исследование влияния неодновременности взрывания скважинных ф зарядов одного ряда коммутации и места размещения боевика в скважине на ориентацию плоскости взрывной волны сжатия в массиве.

3.4. Выводы.

4. Механизм разрушения горных пород при дроблении и измельчении.

4.1. Модель разрушения при дроблении.

4.2. Влияние концевых эффектов на разрушение при дроблении.

4.3. Механизм разрушения при измельчении.

4.4. Энергоемкость дробления и измельчения.1^

4.5. Выводы.

5. Разработка рекомендации по энергосбережению при рудопод-готовке железистых кварцитов.

5.1. Методика проектирования рациональных параметров буровзрывных работ при взрывной отбойке слоистых массивов железистых кварцитов.

5.2. Исходные условия для проектирования схем обуривания уступов на карьерах.;.

5.3. Методика проектирования БВР.

5.4. Примеры реализации схем обуривания и коммутации взрывной сети на карьерах.

5.5. Дробление и измельчение железистых кварцитов после их предварительного взрывного разупрочнения.

5.6. Разработка рекомендаций по модернизации дробильного комплекса на ОГОКе.;.

5.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка взрывного ресурсосберегающего способа разрушения железистых кварцитов при их рудоподготовке»

Актуальность работы

В последние 30 * 40 лет в связи с научно-техническим прдгр^есом и интенсивным развитием энергоемких производств стремительно возрастает энергопотребление во всех странах и во всех отраслях. Практически до 50% в себестоимости продукции занимают энергозатраты. В связи р этим энергосбережение является проблемой номер один в мировом масштабе. В наиболее развитых странах эта проблема решается довольно успешно. Например, топливно-энергетические затраты (МДж) на 1 $ валового национального продукта (ВНП) по некоторым странам составляют: Швеция «12; Франция « 12; Германия «15; США «23; Россия «35; Китай « 45.

Одним из наиболее энергоемких производств (после алюминиевой промышленности) является промышленность; черной металлургии, Общее потребление энергоресурсов промышленностью черной металлургии России составляет 25% от производимых топливногэнергетическим комплексом страны, в том числе 5,5% - горнорудное производство.

В настоящее время горнорудные предприятия России добывают и перерабатывают ежегодно примерно 220 млн.т железной руды. Средний расход энергии на: добычу и переработку 1 т железной руды составляет примерно 45 кВт.ч, из них примерно 30 кВт.ч затрачивается на процессы разрушения (бурение « 0,5 кВт.ч/т, взрывание « 0,6 кВт.ч/т, дробление « 3 кВт.ч/т, измельчение «26 кВт.ч/т). Таким образом, железорудные предприятия России ежегодно потребляют примерно 10 млрд. кВт.ч энергии - это половина электроэнергии, вырабатываемой Красноярской ГЭС.

Примерно 70%' энергии от общих энергозатрат на железорудных предприятиях России расходуется на процессы разрушения руды, из них примерно 60% - на измельчение в мельницах.

В себестоимости готового продукта (концентрата) процессы разрушения составляют в РФ примерно 60%, в том числе процесс измельчения примерно 50%.

Из изложенного следует, что задача разработки ресурсосберегающих процессов разрушения железистых кварцитов при их рудоподготовке является актуальной и имеет большое народнохозяйственное значение.

Целью работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по минимизации интегральной энергоемкости разрушения железистых кварцитов при их добыче и переработке.

Идея работы заключается во взрывном разупрочнении межзерновых связей в железистых кварцитах по плоскостям наибольшего срастания минеральных зерен с целью снижения интегральной энергоемкости последующих процессов их дробления и измельчения.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

1. Разработана методика и выполнены экспериментальные исследования по оценке энергоемкости образования новой поверхности при ударном разрушении горных пород в виде кусков неправильной формы.

2. Установлено, что наиболее трудно дробимыми и трудно измельчаемыми являются силикатно-магнетитовые железистые кварциты, для них энергоемкость образования новой поверхности при дроблении равна 1,88-10" кВт.ч/м , а измельчаемость 0,33 кг/л.час при 65-ти процентной готовности по классу минус 71 мкм. Наиболее легко дробимыми и легко измельчаемыми являются существенно магнетитовые железистые кварциты, для них указанные

3 2 цифры соответственно равны 1,27-10" кВт.ч/м и 0,388 кг/л.час.

3. Установлены закономерности для определения условий максимального взрывного разупрочнения железистых кварцитов при отбойке от массива с учетом их текстуры.

4. Разработана геометрически-вероятностная модель разрушения кусков руды при дроблении и измельчении и аналитический метод оценки физической энергоемкости этих процессов в зависимости от - минерального состава железистых кварцитов.

5. Разработаны научные рекомендации для проектирования схем обуривания уступов на карьерах железистых кварцитов и схем коммутации взрывной сети, обеспечивающих их максимально возможное взрывное разупрочнение и снижение интегральной энергоемкости последующих процессов дробления и измельчения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- инженерной оценкой аналитических исследований;

- сходимостью теоретических исследований по рассмотренным направлениям ресурсосбережения в процессах разрушения железистых кварцитов с практическими результатами;

- внедрением схем обуривания и коммутации скважинных зарядов на карьерах ОАО «ОЛКОН», а также технологической схемы с циркуляционным додрабливанием руды на стадии мелкого дробления с целью снижения энергоемкости последующего ее измельчения. Научное значение работы заключается:

- в разработке методики и оценке энергоемкости образования новой поверхности при ударном разрушении горных пород;

- в установлении закономерности для определения максимальных сдвиговых напряжений на площадках наибольшего сростания минеральных зерен железистых кварцитов при взрывной отбойке от массива в зависимости от угла падения их слоев, схем обуривания и коммутации взрывной сети;

- в разработке геометрически-вероятнортной модели разрушения кусков руды при дроблении и измельчении.

Практическое значение работы состоит:

- в разработке схем обуривания и коммутации скважин на карьерах железистых кварцитов, обеспечивающих максимальное разупрочнение межзерновых связей в руде при ее взрывной отбойке;

- в разработке технологический схемы дробления руды с отсевом фракции минус 25 мм после 2-й стадии дробления и подачей ее в дробилку 4-й стадии, минуя 3-ю стадию.

Реализация выводов и рекомендаций работы. На ОАО «ОЛКОН» внедрены:

- схемы обуривания и коммутации скважин, обеспечивающие максимально возможное взрывное разупрочнение межзерновых связей в железистых кварцитах, что позволило снизить интегральную энергоемкость их дробления и измельчения с 19,15 до 17,77 кВт.ч/труды

- технологическая схема дробления железистых кварцитов с отсевом фракции минус 30 мм после 2-й стадии дробления и подачей ее в дробилку 4-й стадии, минуя 3-ю стадию, что позволило снизить интегральную энергоемкость дробления и измельчения с 17,77 до 16,95 кВт.ч/т руды.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на технических советах ОАО «ОЛКОН» в 2003 - 2005 г.г. и на международной конференции «Неделя горняка» в МГГУ в 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи и получен патент на одно изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 57 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Гладаревский, Руслан Анатольевич

Основные результаты по работе.

1. Разработана методика определения вновь образованной поверхности при ударном разрушении на копре кусков породы неправильной формы, основанная на оценке количества адсорбционной воды на их поверхности до и после разрушения. На основании этой методики предложен способ определения энергоемкости образования единицы новой поверхности при ударном разрушении кусков породы неправильной формы, а также удельной поверхности продуктов разрушения.

2. Выполнены экспериментальные исследования в лабораторных условиях по оценке технической энергоемкости дробления (Э') различных типов железистых кварцитов и энергоемкости образования новой поверхности (Э"), а также удельной производительности измельчения по классу минус 71 мкм (qy). В результате установлено, что наиболее легко дробимыми и легко измельчаемыми являются существенно магнетитовые железистые кварциты; для; них Э' = 213 Вт-ч/т, Э" = 1,27 Вт-ч/м2, qy = 0,388 кг/л.ч при 65-ти процентной готовности.; Наиболее трудно дробимыми и трудно измельчимыми являются силикатно-магнетитовые железистые кварциты; для них Э' = 286 Вт-ч/т, Э" = 1,88 Вт-ч/м2, qy= 0,33 кг/л.ч.

3. Энергоемкость; добычи и переработки железистых кварцитов на ГОКах России составляет в среднем 45 кВт-ч/т руды; в том числе процессов разрушения: бурение 0,4+0,5, взрывание 0,5+0,7, дробление 3+3,5, измельчение 24+29,6 кВт-ч/т. Энергоемкость процессов разрушения железистых кварцитов при их добыче и переработке составляет примерно

70% от общей энергоемкости, из них' примерно 60% - энергоемкость измельчения.

Себестоимость получения железорудного концентрата составляет 15,2-ь 20,0 $/т, в том числе по процессам разрушения: бурение 0,2-г-0,26, взрывание 0,7-г-0,94, дробление 0,620,74, измельчение 7,8^9,4 $/т.

Себестоимость процессов разрушения железистых кварцитов в себестоимости железорудного концентрата составляет около 60% из них на долю измельчения приходится около 50%,

4. Разработан ; экстенсивный способ максимального взрывного разупрочнения; железистых кварцитов' при их отбойке от массива на карьерах. Способ основан на том, что - схему обуривания рабочих уступов на карьерах и схему коммутации взрывной сети осуществляют таким образом; чтобы взрывная волна сжатия была направлена под углом 45' к плоскости слоистости железистых кварцитов. В этом случае на площадках параллельных слоистости возникают максимальные сдвиговые напряжения. Так как энергоемкость раскрытия минеральных зерен железистых кварцитов по площадкам параллельным слоистости в 1,54 х 1,54 = 2,3721 раза больше, чем по площадкам перпендикулярным слоистости (где 1,54 коэффициент изометричности минералов в железистом кварците),то в случае применения предлагаемого способа взрывной отбойки энергоемкость процессов последующего дробления и измельчения руды будет максимально снижена,

5. Разработана геометрически-вероятностная модель процессов разрушения руды при дроблении и измельчении, Предложенная модель позволяет определить вероятность разрушения различных по прочности минеральных зерен на различных стадиях дробления и измельчения И оценить физическую энергоемкость этих процессов в зависимости от минерального роетава руды.

6. Разработана научно обоснованная методика проектирования схем обуривания и схем коммутации взрывной сети обеспечивающих максимальное разупрочнение железистых кварцитов при их взрывной отбойке на карьерах с учетом пространственной ориентации их слоистости и направления отработки уступа (слева направо или справа налево), позволившие снизить интегральную энергоемкость дробления и измельчения руды на 1,38 кВт.ч/т (на 7%).

7. Установлено, что взрывное разупрочнение железистых кварцитов в большей степени сказывается на снижении энергоемкости их последующего дробления, чем измельчения: % AWJ /%AW^—5,13 (где %А JVJ - процент снижения энергоемкости дробления железистых кварцитов после их взрывного разупрочнения; %АW^ - тоже при измельчении). С учетом этого на ОГОКе была проведена модернизация дробильного комплекса: после дробилки 2-й стадии был установлен грохот для отсева фракции минус 25 мм и направления ее минуя 3-ю стадию в дробилку 4-й стадии. Это позволило снизить средний размер куска руды, подаваемой в мельницу с 12,5 мм до 10,5 мм; при этом интегральная энергоемкость в цикле «дробление — измельчение» снизилась на 0,82 кВт.ч/т (на 4,6%).

147

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-производственной задачи ресурсосбережения при рудоподготовке железистых кварцитов путем их взрывного разупрочнения по наиболее энергоемким плоскостям срастания минеральных зерен, что позволило снизить интегральную энергоемкость последующих процессов дробления и измельчения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гладаревский, Руслан Анатольевич, 2006 год

1. Александров П.С. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. М„ Наука, 1979.

2. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М., Недра, 1980, 415 с.

3. Баранов Е.Г., Тангаев И.А. Энергетические принципы для анализа и оптимизации процессов добычи и рудоподготовки. М., Советская горная наука, 1980, т.1, № 4, с. 334 345.

4. Бронштейн; И.Л., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М, Наука, 1981, 720 с.

5. Власов О.Е;, Смирнов С.А. Основы расчета дробления горных пород взрывом. Ml, Изд-во АН СССР, 1962, 194 с.

6. Влияние взрывного нагружения на физические и технологические характеристики кварцитов. Н.Я. Репин, А.И. Потапов, В.А. Зрайченко и др. Изв. ВУЗов, Горный журнал, 1984, № 2, с. 47 51.

7. Влияние интенсивности взрывного нагружения на показатели обогащения железистых кварцитов. Н.Я. Репин, В.И. Томаков, М.Б. Редькин и; др. Геология и особенности технологии разработки железорудных месторождений КМА. Воронеж, 1983, с. 52 58.

8. Влияние режимов взрывного нагружения на обогатимость железистых кварцитов. Н.Я. Репин, А.И. Потапов, М.Б. Редькин и др. Комплексное использование минерального сырья, 1983, № 11, с. 8 11.

9. Гончаров С.А. Оптимизация дробления руды в забое резерв повышения ^эффективности обогатительного передела. Горный журнал, № 10, 1988, с. 55-57.

10. Ю.Гончаров С.А. Разрушение горных пород, пути повышения его эффективности. Горный журнал, № 5, 1996, с. 9 12.

11. П.Гончаров С.А., Дугарцыренов А.В., Клюка О.Ф., Веревочкин И.Е. Этапы формирования импульса давления и свободное истечение продуктов детонации при взрыве скважинных зарядов. Изд-во МГГУ,

12. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 10, 2001, с. 30 — 34.

13. Демидюк Г;П. О механизме действия взрыва и свойствах взрывчатых веществ. В кн.: Взрывное дело. № 45/2. М., Госгортехиздат, 1960,с. 20- 30.

14. ДрукованньШ М.Ф., Куц B.C., Ильин В.И. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. М., Недра, 1980, 223 с.

15. Ефремов Э.И., Джое В.Ф., Бурлака А.В. Некоторые методы интенсификации дробления пород средней и ниже средней крепости. Сб. Взрывное дело, № 62/19. М., Недра, 1967, с. 198 204.

16. Ефремов Э.И. Подготовка горной массы на карьерах. М., Недра, 1980, 271 с.

17. Журков С.Н., Куксенко B.C., Петров В.А. Физические основы прогнозирования механического разрушения. ДАН СССР, 1981, т.259, №6, с. 1350- 1353.

18. Жунусов К,- Отбойка скальных пород взрывами зарядов с воздушной подушкой. Алма-Ата., Наука, 1979, 115 с.

19. Качанов JI.M. Основы механики разрушения. М., Наука, 1974, 286 с.

20. Конусные дробилки среднего и мелкого дробления. Информационный материал фирмы «Nordberg Group Company».

21. Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. М., Недра, 1973, 186 с.

22. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М., МГГУ, 1992, 518 с.

23. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Взрывные технологии в промышленности. М., МГГУ, 1994, 446 с.

24. Марченко JI.H. Увеличение эффективности взрыва при добывании полезных ископаемых. М., Наука, 1965, 110 с.

25. Мельников IH.B., Марченко JI.H. Методы повышения коэффициента полезного Использования энергии взрвыва (рациональная конструкция заряда). М., ИГД АН СССР, 1957, 54 с.

26. Мец Ю.С.; Исследование влияния взрывных нагрузок различной интенсивности на сопротивляемость механическому разрушению крепких магнетитовых кварцитов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1982, № 3, с. 58 61.

27. Мец Ю.С. Разработка методов управления взрывным разупрочнением, железистых;кварцитов. Дисс.докт.техн.наук. М., 1985, 395 с.

28. Миндели ЭЮ., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. М., Недра, 1967, 152 с.

29. Остапенко П.Е. Обогащение железных руд. М., Недра, 1977, 274 с.

30. Остапенко П.Е. Теория и практика обогащения железных руд. М., Недра, 1985, 270 с.

31. Падуков В.А., Маляров И.Г., Угольников В.К. Повышение эффективности взрывного дробления горных пород. Комплексное использование минерального сырья., 1987, № 5, с. 7 10.

32. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М., Недра, 1990, 301 с.

33. Першуков А.А., Першуков В.А. Горно-рудная промышленность пути и методы реализации программ энергосбережения. М., Центр физико-технических иследований и новых технологий, 1996, 126 с.

34. Подготовка рудной массы для шарового и самоизмельчения. Мец Ю.С., Щварцер В .Я., Гонтаренко П.А. и др. В кн. Развитие техники и технологии рудоподготовки в черной металлургии. М., Недра, 1983, е. 3 -1,

35. Подготовка^ минерального сырья к обогащению и переработке. В.И. Ревнивцев, Е.И. Азбель, Е.Г. Баранов и др. Под ред. В.И. Ревнивцева. М.; Недра, 1987,276 с.

36. Покровский Г.И, Взрыв. М„ Недра, 1980, 190 с.

37. Промышленные исследования влияния параметров взрывной отбойки на показатели добычи и рудоподготовки железистых кварцитов. Н.Я. Репин, В.И. Томаков, А.И. Потапов и др. Комплексное использование минерального сырья, № 12, с. 17 -21.

38. Потапов А.И., Репин Н.Я. Использование энергии взрыва для повышения, эффективности рудоподготовки и обогащения железных руд. В кн: Развитие техники и технологии рудоподготовки в черной металлурги^, М„ Недра, \ 983, с. 7 14,

39. Пути повышения эффективности магнетитовых руд к обогащений- Е,Е, Серго, Ф.У.;Попов, Н.Н. Лукьянченков, Серго. Киев, Вища школа, 1^77, IgQ

40. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М, Физматгиз, 1963, 364 с.

41. Работа дробильных фабрик и интенсификация процессов дробления на железорудных обогатительных комбинатах СССР, Титиевский Е.М. Черметинформация, серия 2, 1971, q, 7 11.

42. Развитие методов ведения буровзрывных работ в Кривбассе. К.Н.Ткачук, Н.М.Бондарецко, В,С,Куц, Ю.И.Жержерунрв. УкрНИИНТИ, Киев, 1970, 63 с.

43. Разумов К.А. Проектирование обогатительных фабрик. М., Недра, 1970,

44. Ревнивцев )В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов в соответствии с современными представлениями физики твердого тела. Сб. Совершенствование и развитие процесса подготовки руд к обогащению. Л., 1975, с. 153 169,

45. Revnivtsev IV.I. We really need Revolution in Comminution- XVI international; Mineral Processing Congress, Stockholm, 1983, SME, pp. 93-114,

46. Сатов M., Жаркенов М.И., Урумов T.T. Повышение эффективности отбойки скважинными зарядами. Горн.журнал, 1986, № 1, с. 29 30.

47. Селективное разрушение минералов (под редакцией В.И. Ревнивцева). Авторы В.И. Ревнивцев, Г.П. Гапонов, Л.П, Зарогатский и др. М., Недра, 1988, 28? с.

48. Справочник по обогащению руд. Т.1 Подготовительные процессы, (под ред. О.С. Богданова). М., Недра, 1972, 448 с.

49. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. (Под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского), 2-е изд, перераб. и доп. М., Недра, 1982, 366 с.

50. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики. (Под ред. О.С. Богданова, Ю.Ф. Ненарохомова), 2-е изд. перераб. и доп. М., Недра, 1984,358с.

51. Тангаев И|А, Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. М., Недра, 1986, с.

52. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М., Наука, 1979, 560 с.

53. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. М., Наука, 1975, Т. 1,324 с.1. Ч: