Автореферат Стаценко Л.Г


 

УДК 622.367.6 : 621.769:2 (043)                                              На правах рукописи

        

 

 

 

 

 

 

СТАЦЕНКО ЛАРИСА ГЕННАДЬЕВНА

 

 

 

 

Обоснование рациональных параметров

внутрикарьерных складов при управлении рудопотоком асбестового комбината

 

 

 

25.00.21 – Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

 

 

 

 

 

Автореферат

 

 

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Работа выполнена в Казахском Национальном Техническом Университете им. К.И. Сатпаева.

 

 

 

Научный руководитель:                              доктор технических наук,

                                                                        профессор Цеховой А.Ф.

 

Официальные оппоненты:                         доктор технических наук,

                                                                        профессор Машанов А.А.  

 

                                                                        кандидат технических наук,

                                                                        доцент Казанский А.Г.

                                                                        

Ведущая организация:                                 РГП «НЦ КПМС РК»

                                                            

 

 

 

 

 

Защита состоится 25 декабря 2008г. в 1430 часов на заседании диссертационного Совета Д 14.61.23 в Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева  по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а, конференц-зал НК, факс. 8 (7272) 92-60-25, тел. 8 (7272) 92-70-00

 

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева

 

 

 

Автореферат разослан «___» ноября 2008 г.

 

 

 

 

 

 

 


          Ученый секретарь

диссертационного совета                                               Столповских И.Н.

 


Введение

 

Актуальность темы исследования. Проводимая в Республике Казахстан политика поддержки предприятий горнодобывающей промышленности предполагает обеспечение возрастающей потребности народного хозяйства в минеральном сырье. В этих условиях возрастают требования не только к совершенствованию технологии и техники разработки месторождений, но и к средствам комплексной механизации и автоматизации производства.

Наилучшие технико-экономические показатели асбестовых комбинатов достигаются при использовании в процессе обогащения рудного сырья однородного по качественному составу. Одним из основных способов снижения колебаний содержания асбестового волокна в руде, подаваемой на обогащение, является усреднение на внутрикарьерных складах.

Проблемы внутрикарьерного усреднения руд широко исследованы в фундаментальных и прикладных трудах известных ученых и специалистов. Вместе с тем, практически отсутствуют работы, в которых рассматриваются математические модели, доведенные до стадии программной реализации. Можно говорить о некотором значительном перерыве в исследованиях данного вопроса, вызванном переходом от плановых методов управления экономикой к рыночным. В настоящее время уровень развития вычислительной техники и информационных технологий, в частности, аппарата имитационного моделирования, позволяет разработать модели, более глубоко учитывающие физические закономерности процесса усреднения на складах.

Таким образом, актуальность применения современных методов в задачах обоснования параметров усреднительных складов при управлении рудопотоком асбестообогатительного предприятия является несомненной.

Целью работы является повышение эффективности оперативного управления качеством асбестовых руд, подаваемых на обогатительный передел, посредством проектирования рациональных параметров внутрикарьерных усреднительных складов.

Идея работы заключается в установлении закономерности изменения параметров рудопотока на входе и выходе внутрикарьерного усреднительного склада, как информационного преобразователя рудопотока в системе «карьер-фабрика».

Для достижения цели в диссертации решены следующие основные задачи:

       анализ технологий усреднения на внутрикарьерных складах и их основных параметров, влияющих на качество руды, выдаваемой из карьера;

       разработка математических моделей процесса усреднения на внутрикарьерных складах, используемых при управлении рудопотоком асбестового карьера;

       экспериментальное установление зависимости показателей качества асбестовой руды, выдаваемой с внутрикарьерных усреднительных складов, от их проектных параметров и определение рациональных параметров складов для условий разработки Джетыгаринского месторождения хризотил-асбеста;

       разработка методики прогноза лабораторного содержания асбестового волокна на основании геологической информации с целью согласования параметров рудопотока на входе и выходе усреднительного склада, как преобразователя рудопотока.

Научные положения, выносимые на защиту:

       оптимизация оперативного управления рудопотоком обеспечивается с использованием разработанных имитационных моделей процесса усреднения в штабелях за счет проектирования рациональных параметров внутрикарьерных складов, обеспечивающих требуемое качество подаваемой на обогащение асбестовой руды;

       дисперсия содержания асбестового волокна в отгружаемой с внутрикарьерных складов руде снижается с увеличением объема формируемого штабеля, при этом рациональной является разгрузка самосвалов параллельно длинной его оси, а последовательность их поступления на качество усреднения значимого влияния не оказывает;

       использование функций перехода от геологического содержания асбестового волокна в руде к лабораторному, учитывающих пространственное положение рудных блоков, доли типов асбестоносности и обогатимости, адекватно отражает взаимосвязь данных показателей и позволяет повысить точность прогноза качественных характеристик руды, подаваемой на обогащение.

Научная новизна работы:

-       внутрикарьерные усреднительные склады исследованы с позиций информационного преобразователя рудопотока – подсистемы в технологическом цикле добычи и переработки полезного ископаемого;

-       разработаны имитационные динамические модели усреднительного склада, учитывающие технологию его формирования и отгрузки и встраиваемые в систему типологизации задач горного производства, как блок, представляющий собой задачу выбора режима работы преобразователя;

-       впервые исследована взаимосвязь параметров рудопотока в двух сечениях на входе и выходе усреднительного склада, как преобразователя рудопотока;

-       разработана методика определения лабораторного  содержания асбестового волокна в подаваемой на обогащение руде на основании геологической информации с использованием многофакторных регрессионных моделей, обеспечивающих параметрическое согласование входов и выходов преобразователей.

Методы исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях использован комплексный подход,  включающий анализ и обобщение результатов предшествующих фундаментальных и прикладных работ в области управления качеством рудопотоков и теории усреднения, методы имитационного компьютерного моделирования, теории вероятности и математической статистики.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается анализом предшествующих трудов зарубежных и отечественных ученых в области управления качеством рудопотоков; необходимым объемом измерений, представленных данными активного и пассивного эксперимента; сопоставимостью результатов имитационного моделирования и аналитических расчетов с производственными данными; корректным применением методов корреляционно-регрессионного анализа, планирования и статистической обработки результатов экспериментов.

Личный вклад автора. Все исследования, разработка имитационных моделей усреднения в штабелях, модельные эксперименты по обоснованию рациональных параметров внутрикарьерных складов и технологических схем усреднения для условий Джетыгаринского месторождения хризотил-асбеста, разработка методики прогноза лабораторного содержания асбестового волокна в подаваемой на обогащение руде на основе функций перехода выполнены лично автором.

Научное значение работы заключается в теоретическом обосновании оптимальных параметров внутрикарьерных усреднительных складов на основании исследования их с позиций информационного преобразователя рудопотока.

Практическая ценность работы состоит в разработке программных модулей для автоматизированного решения задач оперативного управления качеством подаваемой на обогащение асбестовой руды; возможности обоснованного использования полученных функций перехода от показателей геологического метода опробования к лабораторным, позволяющих улучшить качественные характеристики руды, подаваемой на обогащение, что обеспечит снижение расхода волокна на 1 тонну товарного асбеста на 2,8% и увеличение выхода асбеста 3-6 марок на 8,3% .

Предложенные методика прогноза лабораторного содержания асбестового волокна и имитационные модели усреднения на складах внедрены на предприятии АО «Костанайские минералы» и позволили улучшить технико-экономические показатели предприятия.

Реализация работы. Разработанные методика прогноза лабораторного содержания асбестового волокна в руде, программные модули и рекомендации по организации усреднения на внутрикарьерных складах использованы в АО «Костанайские Минералы».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» (г. Алматы, 2008), VI Международной научно-практической конференции «Геотехнология-2007: Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности» (г. Хромтау, 2007), Второй Международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию независимости Республики Казахстан (г. Алматы, 2007),  Международной научной конференции: «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030»» (г. Караганда, 2006),  VII и VIII международных научных конференциях «Топорковские чтения» (г. Рудный, 2006, 2008).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 10 индивидуальных, общим объемом 5,5 п.л.

Структура  и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, списка использованных источников из 129 наименований; включает 141 страницу, 49 рисунков, 39 таблиц.  

Экспериментальная часть работы  выполнена на кафедре «Компьютеризации технологических процессов и производств» Казахского Национального Технического университета им. К.И. Сатпаева (г. Алматы), а также в АО «Костанайские минералы» (г. Житикара).

 

Основное содержание работы

 

В первой главе произведен обзор фундаментальных и прикладных работ, посвященных разработке методов повышения эффективности усреднения полезных ископаемых на внутрикарьерных складах горно-обогатительных предприятий. Вопросам эффективного взаимодействия карьера и обогатительной фабрики, посвящены работы известных ученых: П.П. Бастана, В.Ф. Бызова, Е.И. Азбеля, Ф.Г. Грачева, Г.Г. Ломоносова, В.Н. Зарайского, К.В. Казанского, К.П. Николаева, М.Г. Новожилова, Я.Ш. Ройзена, А.М. Эрперта, С.Я. Арсеньева, А.Д. Прудовского, М.В. Васильева, Н.Н. Болошина, В.В. Ржевского и многих других.

На современном этапе развития теоретических методов и технических средств новые подходы к решению задач горного производства изложены в работах ученых Казахстана Б.Р. Ракишева, С.В. Цоя, С.Ж. Галиева, К.Н. Адилова, С.М. Рахимбекова, А.Б. Бегалинова, Э.К. Абдылдаева, А.А. Лисенкова, Л.А. Крупника, В.Л. Лося, К.К. Жусупова, А.К. Кобжасова и других.

Для асбестовой промышленности вопросы усреднения руд перед подачей на обогащение рассматривались в работах А.Ф. Цехового, Н.С. Медведева, М.А. Белова, М.А. Ястребинского, Л.Я. Смирновой, В.В. Умновой, К.К.Жусупова, Д.К.Абдрахмановой, Б.А.Жуматаева, Л.Н. Лещенко и других ученых и специалистов.

Анализ предшествующих работ показал, что единая методика обоснования оптимальных параметров усреднения на внутрикарьерных складах отсутствует. Предлагаются либо аналитические модели, установленные эмпирическим путем, либо методы на основе статистических испытаний. Недостатком аналитических моделей является статичность, а, следовательно, негибкость, для методов статистических испытаний характерно использование метода Монте-Карло, с известными теоретическими законами распределения качества исходного сырья в недрах. При этом задача определения оптимальных параметров усреднения на складах решается вне связи с другими технологическими процессами карьера и обогатительной фабрики.

Специфика предприятий асбестовой промышленности заключается в постоянно меняющихся требованиях к номенклатуре продукции, наряду с высокой изменчивостью качества рудного сырья в недрах. Поэтому эффективность отдельного технологического процесса должна определяться с учетом влияния его результатов на выход конечной продукции. В этой связи удобен подход к описанию горнотехнической системы, предложенный профессором А.Ф. Цеховым. Согласно данной концепции, объектом управления горнотехнической системы является рудопоток – непрерывно-дискретный поток полезного ископаемого. Рудопоток рассматривается, как единая сущность, проходящая преобразователи – отдельные технологические процессы с момента извлечения из недр до получения готовой продукции.

Для централизованного управления рудопотоком при постоянно меняющихся качестве исходного сырья и требованиях к номенклатуре товарной продукции, целесообразна разработка комплекса автоматизированных систем, взаимодействующих на всех уровнях управления. Таким образом, взаимосвязанные программные модули, осуществляющие быстрый пересчет характеристик рудопотока на выходах преобразователей с учетом изменения данных о качестве исходного сырья и требованиях к конечной продукции, способны обеспечить эффективное оперативное управление качеством руды в течение всего технологического цикла добычи и переработки полезного ископаемого.

Внутрикарьерные усреднительные склады целесообразно исследовать, как информационный преобразователь рудопотока. В этом случае управление качеством усреднения руды на складах, как любого отдельного технологического процесса, обеспечивается возможностью прогноза результатов всего цикла преобразования рудопотока – выхода товарного асбеста. Следовательно, для обеспечения централизованного управления рудопотоком на всех этапах технологического цикла, необходима интеграция модели процесса в общую систему управления с обеспечением параметрического согласования входов и выходов соседних преобразователей. Моделирование работы внутрикарьерных складов идентифицируется в системе типологизации задач горного производства, как блок А1-III (выбор режима работы преобразователя), а параметрическое согласование входов и выходов преобразователя «усреднительный склад» – как блок А3-III (согласование работы соседних преобразователей). Оба блока относятся к классу основных задач (А) на уровне управления УС-3 (III), и, соответственно, имеют типы «планирование и репланирование» (1) и «анализ и параметризация» (3). 

Для реализации модели процесса усреднения асбестовой руды на внутрикарьерных складах целесообразным представляется метод имитационного моделирования.

Во второй главе приведены постановка задачи математического моделирования и описание процесса разработки модели внутрикарьерного усреднительного склада.

Модель склада представлена в виде информационного преобразователя –  программного комплекса, реализованного на ЭВМ. Входными параметрами информационного преобразователя являются задаваемые векторы входных параметров X и Z, на основе которых программно вычисляются векторы выходных параметров Y* и Z* (рисунок 1). Если полученный результат удовлетворяет плановым показателям, то решение считается найденным и передается в карьерную систему, в противном случае моделирование повторяется с измененными входными параметрами.

По отношению к объекту управления – рудопотоку, проходящему через усреднительный склад, на основе данной модели могут быть решены как прямая, так и обратная задачи.

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1 – Параметрическая модель внутрикарьерного

усреднительного склада

 

При решении прямой задачи искомым является вектор выходных параметров, определяемый из соотношения:

 

.                                                            (1)

 

При решении обратной задачи вектор входных параметров определяется из соотношения:

 

.                                                            (2)

 

Самостоятельный интерес представляет задача оптимизации параметров преобразователя – усреднительного склада, при заданных векторах X и Y, описываемая соотношением:

 

.                                                          (3)

 

Очевидно, что постановка задачи в виде (1), (2) дает возможность использовать модель в процессе управления рудопотоком, а постановка в форме (3) позволяет решить задачу оптимизации параметров склада.

С учетом вышеизложенного, вектор параметров на входе проектируемой системы – усреднительного склада –  имеет вид:

 

;                                             (4)

 

где   N – количество рудных блоков разного качества, отработанных добычными экскаваторами и завезенных на усреднительный склад за моделируемый период; ,  – масса рудного блока определенного качества, подаваемого от экскаватора на склад за моделируемый период, тыс. тонн; ,  – общее содержание асбестового волокна в i-том рудном блоке Qi, %; ,, – среднее содержание асбестового волокна второго и третьего сита в i-том рудном блоке Qi, %; ,,– средние квадратические отклонения общего содержания асбестового волокна, второго и третьего сита на входе усреднительного склада  за моделируемый период.

Вектор технологических параметров проектируемой системы – усреднительного склада – имеет вид:

 

,                                                    (5)

 

где   L длина склада, м; b ширина склада, м; h высота склада, м;  – количество слоев в штабеле; Va – масса перевозимой автосамосвалом руды, тонн; ba – ширина кузова автосамосвала, м; G1, G2 – технологические схемы формирования штабелей.

Вектор параметров на выходе проектируемой системы – усреднительного склада – имеет вид:

 

,                                   (6)

 

где    ,  – общее содержание асбеста в руде, второго, третьего сита соответственно в объеме руды, отгружаемой со склада за моделируемый интервал времени, где m – количество отгруженных порций, %; , ,  – среднеквадратические отклонения общего содержания асбеста в руде, второго, третьего сита от среднего в объеме руды, отгружаемой со склада за моделируемый период;  – среднее содержание полезного компонента в штабеле, %;  – дисперсия качества в поступающих на склад порциях руды (автосамосвалах);  – внутриштабельная дисперсия качества в отгружаемых порциях руды (железнодорожных составах);  – межштабельная дисперсия качества;  – показатель степени штабельного усреднения;  – общая дисперсия качества между отгружаемыми порциями.

Для решения задач управления рудопотоком и оптимизации параметров внутрикарьерных складов разработаны две модели: М1 и М2. Модель склада М1 предназначена для решения задачи управления качеством руды, проходящей усреднительный склад, модель М2 – для определения оптимальных параметров самого склада. Задача управления рудопотоком требует решения в реальном времени, тогда как задача оптимизации параметров склада относится к классу инженерно-расчетных и не имеет жесткой временной увязки.

Согласно принципам проектирования сложных систем, произведен переход от формального описания системы (параметрической модели) к ее содержательному описанию (математическим зависимостям, алгоритмам). В результате декомпозиции, разработана иерархическая структура программных модулей, представленная совокупностью функциональных блоков (рисунок 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 2 – Структура программного модуля «Модель усреднительного склада»

 

Блок 1 представляет собой набор процедур, формирующих из исходных данных последовательность рудных блоков, отрабатываемых одновременно несколькими экскаваторами, находящимися в состоянии добычи в моделируемом периоде.

Блок 2 представляет собой совокупность процедур, осуществляющих формирование непрерывной последовательности поступления автосамосвалов на усреднительный склад.

Блок 3 включает процедуры, моделирующие формирование усреднительного штабеля. Содержание блока различно для моделей М1 и М2.

В модели М1 штабель представлен трехмерным массивом, состоящим из элементов, представляющих порцию руды объемом 0,1 м3. Каждому элементу массива присваивается идентификатор блока руды одного из работающих добычных экскаваторов, выгруженной из автосамосвала на склад. Идентификаторы блоков извлекаются из последовательности поступления автосамосвалов на склад, сформированной процедурами блока 2.

Размерность массива, характеризующего усреднительный штабель, M´N´P:

 

;   ;  ,                                           (7)

 

где   L  длина штабеля, м;  b ширина штабеля ( м);  h высота штабеля (h=7 м); d – размеры порции руды, принимаемой за элементарный объем (элемент массива) с постоянным качеством (d=0,1 м). 

В модели М2, предназначенной для оптимизации параметров склада, штабель представлен матрицей, где каждый элемент характеризуется объемом и качеством порции руды, доставленной автосамосвалом от добычного экскаватора, а каждый столбец – объемом и качеством руды в отгружаемом со склада железнодорожном составе.

Блок 4 объединяет набор процедур, осуществляющих расчет контролируемых выходных параметров вектора Y.

Блок 5 включает процедуры: отображения последовательности поступления самосвалов на входе склада, сформированного штабеля в сечениях, функции качества по длине склада.

Таким образом, разработанные модели усреднительного склада М1 и М2, представляют собой инструмент для постановки активного эксперимента с целью исследования закономерностей процесса штабельного усреднения и установления зависимости качественных характеристик подаваемой на обогащение асбестовой руды от проектных параметров внутрикарьерных усреднительных складов при оперативном управлении рудопотоком.

В третьей главе произведены оценка корректности моделей, планирование и постановка эксперимента по определению рациональных параметров внутрикарьерных усреднительных складов для условий разработки Джетыгаринского месторождения хризотил-асбеста.

Постановка задачи, решаемой моделью М1 (управление рудопотоком): имеются геологические данные об объемах и качестве планируемых к добыче рудных блоков (недельно-суточный график) и объем формируемого штабеля (длина штабеля). Определить общее содержание асбестового волокна в штабеле, и его ситовых характеристик и дисперсию качества в отгружаемых порциях за период моделирования.

В качестве исходных данных для моделирования, характеризующих параметры рудопотока на входе склада, использован массив геологических показателей за полгода: с 1 января по 1 июля 2007. В результате экспериментов установлено, что модель М1, используемая в задачах управления рудопотоком, адекватна технологическому процессу и имеет высокую точность. Ошибка при подсчете объемов составляет 0,35±5×10-2 %, ошибка при подсчете волокна общего содержания a, второго b и третьего g сит – соответственно 0,23±7×10-3 %, 0,62±0,12 % и 0,12±3×10-3 %  при доверительной вероятности 95%.

Постановка задачи, решаемой моделью М2 (обоснование рациональных параметров внутрикарьерных усреднительных складов): имеются геологические данные об объемах и качестве планируемых к добыче рудных блоков (недельно-суточный график). Определить объем формируемых штабелей для обеспечения дисперсии качественных характеристик асбестовой руды в отгружаемых порциях относительно среднего не более 10%.

Для проверки адекватности модели М2 в качестве контролируемого параметра принято общее содержание асбестового волокна в руде a, как основной качественной характеристики. На вход модели подавались геологические данные, полученные результаты сопоставлялись с лабораторными показателями. Погрешность результатов моделирования относительно лабораторных показателей составила 5,01±4,8×10-5 %, при этом ошибка геологических относительно лабораторных данных – 4,99±1,5×10-3 % с доверительной вероятностью 95%. Следовательно, точность модели М2 достаточна для решения задачи оптимизации параметров усреднительных складов.

В качестве управляемых параметров при планировании эксперимента с использованием модели М2 приняты: X1 – длина усреднительного штабеля L; X2 – режим поступления автосамосвалов; X3 – направление перемещения фронта разгрузки автосамосвалов. Эффективность усреднения на внутрикарьерных складах определяется общей дисперсией качества руды в отгружаемых со склада порциях , таким образом, целевая функция (критерий оптимальности) Y при постановке эксперимента имеет вид:

 

.                                                            (8)

 

Полный трехфакторный эксперимент проводился в окрестностях точки  факторного пространства с координатами X0l 115 м. Условия проведения полного факторного эксперимента приведены в таблице 1.

 

Таблица 1  – Характеристика плана эксперимента по определению оптимальных

                        параметров внутрикарьерного усреднительного склада

Характеристика

Длина штабеля, м

Режим поступления самосвалов

Направление заполнения штабеля

X1

X2

X3

Основной уровень

115

-

-

Интервал варьирования

85

-

-

Верхний уровень

200

равномерно

параллельно

Нижний уровень

30

случайное

перпендикулярно

 

Графики изменения средней общей дисперсии в отгружаемых со склада порциях и коэффициента усреднения по шести реализациям при разных значениях факторов приведены на рисунках 3-5.

В результате эксперимента установлено, что требуемое технологией обогащения значение общей дисперсии в отгружаемых порциях (не более 10% от среднего общего содержания асбестового волокна) достигается при длине склада 190-200 м () при направлении разгрузки самосвалов параллельно оси штабеля вне зависимости от режима поступления самосвалов.

Уравнение регрессионной зависимости дисперсии в отгружаемых порциях от исследуемых факторов имеет вид:

 

.                                      (9)

 

Таким образом, наибольшее влияние на критерий оптимизации, судя по величине коэффициентов регрессии, оказывает фактор X1 – направление формирования штабеля (b3=-0,188). Фактор X2 – длина штабеля – также имеет существенное влияние на качество усреднения (b1=-0,082). Значимость коэффициента фактора X3 находится на границе допустимого значения, следовательно, режим поступления самосвалов практически не влияет на качество усреднения.

 

.

Рисунок 3 – Средняя межштабельная дисперсия качества

 

Рисунок 4 – Средняя дисперсия качества в отгружаемых со склада порциях  руды (железнодорожных составах)  

 

Рисунок 5 – Средняя общая дисперсия качества в отгружаемых со склада порциях руды   (железнодорожных составах)  

В четвертой главе решена задача параметрического согласования входов и выходов усреднительного склада, как преобразователя рудопотока, посредством определения взаимосвязи результатов геологического и лабораторного методов опробования качества асбестовой руды.

Проведен анализ геологических и лабораторных показателей качества асбестовой руды, поступившей из карьера на обогащение, за период с 1977 по 2007 годы по данным  АО «Костанайские Минералы». Выявлена существенная линейная корреляция геологических и лабораторных данных для годового (rг»0,88) и месячного (rм »0,8) этапов планирования, и значительно более низкая для декадного (rд»0,48) и суточного (rс»0,4). Таким образом, установлено, что применяемая в практике методика прогноза лабораторного содержания с использованием соотношения:

,                                                 (10)

 

где Кпер – коэффициент перехода, не дает достоверных результатов. Таким образом, сделан вывод о целесообразности использования в практических расчетах функции перехода от геологического содержания к лабораторному.

Под функцией перехода будем понимать функциональную зависимость, связывающую показатели содержания асбестового волокна в руде, полученные с использованием геологического и лабораторного методов опробования, вида:

 

    ,                                             (11)

 

где  – геологическое содержание асбестового волокна в руде; G – пространственное положение рудного блока: S – доля руд с севера; C – доля  руд с центра; N – доля  руд с юга; W – доля руд с запада; T – доля  руд с траншеи; E – доля  руд с востока; T – тип асбестоносности рудного блока: Tсж – сложные жилы, Tмс – мелкая сетка, Tкс – крупная сетка, Tмпр – мелкопрожил, Tодж – одиночные жилы; O – тип обогатимости рудного блока: O1I тип, O2II тип, O3 III тип, O4IIIa тип, O5IIIb тип, O6 IV, O7V тип, O8VI тип.

В результате исследований получены функции перехода (таблицы 2,3), описывающие зависимости показателей для разных этапов планирования и дающие наименьшие ошибки при использовании в качестве прогнозных моделей.

 

Таблица 2 – Функции перехода от геологических данных о содержании волокна к

                    лабораторным на основе фактических показателей

Этап  планиро-вания

Совокупный коэффициент корреляции

Функция перехода

Годовое

rг=0,892

=8,075-15,940-0,148Тодж

Месячное

rм=0,821

=7,577-13,998-0,391 Тодж + 0,033 Тсж

Декадное

rд=0,646

= -0,15+2,405- 0,343N - 0,634W+0,043T - 0,333 Tкс - 0,515 Tодж - 0,315OIV

Суточное

rс=0,47

=2,640+0,389+0,222C-0,351N-0,654W+0,105T+0,107 Tсж -0,09 Tодж

Таблица 3 – Функции перехода от геологических данных о содержании волокна к

                     лабораторным на основе сглаженных показателей

Этап  планиро-вания

Совокупный коэффициент корреляции

Интервал сглаживания

Функция перехода

Годовое

rг=0,969

7

=8,077-16,04-0,042 Тодж

Месячное

rм=0,905

9

=8,077 - 16,04- 0,042 Тодж

 Декадное

rд=0,82

7

=2,407 + 0,124- 0,257 N - 0,252W - 0,665OI

Суточное

rс=0,69

12

=1,364 + 0,736- 0,158N - 0,369W+0,039 Tсж - 0,286 Tодж

 

Достоверность прогноза с использованием функций перехода по фактическим и сглаженным данным превышает полученную с использованием коэффициента перехода: для годового планирования ошибка прогноза составляет 5-5,7 %; для месячного – 8-10,6 %, декадного – 10,2-11,7 %, суточного –19-20% с доверительной вероятностью 95%.

Сглаживание суточных показателей скользящей средней, показало, что наиболее тесная связь наблюдается в интервале 63-65 суток (коэффициент линейной корреляции r=0,74). Следовательно, только в двухмесячном объеме руды обоснован прогноз лабораторного содержания по геологическим данным на основе линейной корреляционной зависимости, тогда как в меньших объемах целесообразно использование функций перехода.

Экономическая эффективность усреднения на внутрикарьерных складах определена на основании взаимосвязи технико-экономических показателей предприятия от величины дисперсии качества руды, подаваемой на обогащение. По данным АО «Костанайские Минералы» определены регрессионные зависимости суммарного выхода товарных марок асбеста 3-6 групп Q и расхода волокна на 1 тонну товарного асбеста R от среднемесячного содержания асбестового волокна a и внутримесячной дисперсии качества асбестового волокна в руде, подаваемой на обогатительный передел s:

 

,                                   (12)

 

.                                               (13)

 

Совокупный коэффициент корреляции уравнений регрессии составил r=0,64, ошибка прогноза – 12±4% при доверительной вероятности 95%. Средняя из среднемесячных дисперсий качества при существующей технологии усреднения на складах =0,5-0,6, среднее содержание асбестового волокна =3,92. В результате применения предлагаемых в работе рекомендаций по организации внутрикарьерных складов, дисперсия на выходе склада снижается: =0,22. Таким образом, снижение дисперсии согласно полученным регрессионным зависимостям, позволит в среднем увеличить выход товарного асбеста на 8,3% и снизить расход волокна на 2,8%.

Организация внутрикарьерных складов по предложенной методике не потребует дополнительных затрат для предприятия и позволит получить годовой экономический эффект от усреднения в размере 124,2  млн. тенге только за счет увеличения выхода товарных марок асбеста 3-6 групп.

Заключение

 

В диссертационной работе изложены новые научно обоснованные результаты по оптимизации проектных параметров внутрикарьерных усреднительных складов, использование которых обеспечивает решение актуальной прикладной проблемы управления качеством подаваемых на обогащение асбестовых руд за счет существенного повышения степени извлечения асбестового волокна в товарную продукцию и увеличения выхода товарных марок асбеста 3-6 групп.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1        Разработана обобщенная классификация складов полезного ископаемого горно-обогатительных предприятий по совокупности признаков, на основе которой обоснованы и сформулированы  классификационные признаки складов в условиях разработки Джетыгаринского месторождения хризотил-асбеста.

2       Исследован процесс усреднения на внутрикарьерных складах с позиций информационного преобразователя рудопотока – подсистемы в общей системе взаимодействия карьера и обогатительной фабрики.

3       Имитационное моделирование усреднения руды на внутрикарьерных складах идентифицировано в общей системе классификации задач горного производства, как блок выбора режима работы преобразователя, а параметрическое согласование входов и выходов модели усреднительного склада, как блок согласования работы соседних преобразователей.

4       Разработаны программные модули, позволяющие моделировать усреднение руды в штабелях и используемые при решении задач управления рудопотоком и оптимизации проектных решений по обоснованию оптимальных параметров внутрикарьерных складов.

5       Экспериментально доказано, что качество выдаваемой из карьера асбестовой руды с отклонением от среднего не более 10% обеспечивается созданием внутрикарьерных складов с запасом не менее 50-60 тысяч тонн. Оптимальной является схема разгрузки самосвалов параллельно фронту формирования штабеля, при этом последовательность их поступления на качество усреднения влияния не оказывает.

6       Предложена методика, основанная на использовании функций перехода вместо применяемого коэффициента перехода от геологического содержания асбестового волокна в руде к лабораторному, на этапах годового, месячного, декадного и суточного планирования. Данные функции включают наряду с геологическим содержанием, также пространственное положение рудных блоков, доли типов асбестоносности и обогатимости и повышают качество прогноза содержания асбестового волокна в руде, выдаваемой с усреднительных складов.

Рекомендации по организации внутрикарьерных складов,  программные модули и методика прогноза лабораторного содержания на основе функций перехода использованы специалистами геологической службы и цеха рудоподготовки АО  «Костанайские минералы», что позволило улучшить технико-экономические показатели работы предприятия: снизить расход волокна на 2,8% и увеличить выход товарных марок асбеста 3-6 групп на 8,3%. Экономический эффект от внедрения предложенной методики составил 124,2 млн. тенге в год. Теоретические и практические результаты диссертационного исследования использованы в учебном процессе при подготовке специалистов по специальностям «Горное дело» и «Информационные системы».

Список опубликованных работ по теме диссертации:

 

1          Цеховой А.Ф., Жусупов К.К., Стаценко Л.Г. Параметрическая модель внутрикарьерного усреднительного склада // Материалы VII международной научной конференции «Топорковские чтения». – Рудный, 2006. – С.234-240

2          Стаценко Л.Г., Жусупов К.К., Цеховой А.Ф. Математическая модель внутрикарьерного усреднительного склада (на примере горнодобывающего предприятия ОАО «Костанайские Минералы», г.Житикара) // Материалы Второй Международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию независимости республики Казахстан. –  Алматы, 2007. – Том III.  – С.273-276

3          Стаценко Л.Г. К вопросу усреднения асбестовых руд // Материалы IX Международной научной конференции: «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030». – Караганда, 2006. – С. 70-72

4          Стаценко Л.Г. Разработка имитационной модели усреднения руды на внутрикарьерном складе. // Вестник КазНТУ. – 2007. –  №2(59). – С.156-160

5          Стаценко Л.Г. Моделирование работы усреднительного склада: разработка и реализация алгоритма // Вестник КазНТУ. –  2007. –  №4 (61). –  С.212-215

6          Стаценко Л.Г. Разработка программного модуля «Модель усреднительного склада» // Материалы VI Международной научно-практической конференции «ГЕОТЕХНОЛОГИЯ-2007: Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности». – Алматы, 2007.   С. 539-543

7          Стаценко Л.Г. Моделирование рудопотока на входе усреднительного склада // Промышленность Казахстана. –  2008. –  №4 (32).   С.77-79.

8          Стаценко Л.Г. Использование результатов опробования руды с целью управления рудопотоком в АО «Костанайские Минералы» // Горный журнал. –  2008. –  №3.  – С.33-36

9          Стаценко Л.Г. Разработка методов повышения эффективности управления качеством руды, подаваемой на обогатительный передел // Материалы VIII международной научной конференции «Топорковские чтения». –  Рудный,  2008. – C. 323-332

10      Стаценко Л.Г. Основные выводы по результатам исследования системы контроля качества руды на предприятии АО «Костанайские Минералы» // Материалы VIII международной научной конференции «Топорковские чтения».   Рудный, 2008. –  С.332-336

11      Стаценко Л.Г. Определение оптимальных параметров внутрикарьерных усреднительных складов методом имитационного моделирования // Материалы международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании».   Алматы, 2008. – С.210-215.

12      Стаценко Л.Г. Разработка модели внутрикарьерного усреднительного склада асбестовых руд (на примере АО «Костанайские Минералы»): отчет о НИР/ РИИ. – Рудный, 2008. – 45 с. – Инв. №0208РК00988.

 

 

 

 

Стаценко Лариса Геннадьевна

 

Асбесттік комбинаттағы кен ағынын басқаруда  карьераралық қоймалардағы рационалды параметрлердің негіздемесі

 

АҢДАТПА

 

Диссертациялық жұмыстың іздену объектісі - асбесттік кеннің сапасын оперативті басқаруда карьераралық орташаландыратын қоймалардағы негізгі параметрлерді жобалау болып табылады.

Іздену сұрақтары – байыту қайтажасауға карьерден жіберілетін кеннің сапалық қасиеттерінің өзарабайланысы, және карьераралық орташалау қоймаларының негізгі параметрлері.

Жұмыстың мақсаты байыту қайтажасауға жіберілетін асбест кендерінің сапасын карьераралық орташаландыру қоймаларының параметрлерін рационалды жобалау арқылы оперативті басқарудың тиімділігін жоғарылату.

Қорғауға шығарылатын ғылыми қағидалар:

-  кенағынын оперативті басқару оптимизациясы асбесттік кеннің байытуға жіберілетін сапасына карьераралық қоймалардың рационалды параметрлерін жобалауда штабельдердегі теңестіру процессінің имитациялық моделін қолданғанда қамтылады.

-  құрылатын штабель көлемінің ұлғайдымен карьераралық қоймаға жіберілетін асбест талшықтар құрамының дисперсиясы төмендегіді, мұнда самосвалдың жүк түсірілуі параллельді орындалады, олардың келіп-түсу тізімі сапаға жерін тигізбейді.

-  асбест талшықтарының геологиялық құрылымынан лабораторялыққа ауысу функциясын қолдану берілген көрсеткіштердің байланысын адекватты сипаттайды және байытуға жіберілетін кеннің сапалық мінездемесінің дәндігін арттыруға мүмкіндік береді.

Теоретикалық және эксперименталдық іздеулерде алдыңғы жасалған кенағынының сапасын басқару мен тепетеңдікке келтіру теориясы аумағында жасалған фундаментальді және қолданбалы жұмыстар, компьютерлік имитациялық модельдеу әдістерінің, мүмкіндік теориясы мен математикалық статистиканы қолданғандағы қорытындыларды анализдеп және біріктіруде кешендік әдіс қолданылған.

Негізгі ғылыми қағидалар, қорытындылар мен нұсқалер келесіде жинақталған:

-      таукен байыту комбинатында белгілер жиынтығы негізінде пайдалы қазба қоймаларына біртекті классификация жасалған, ол Жітіқара хризотил-асбест кен орнының қоймаларындағы тауарлар қасиеттерінің жиынтығына негізделіп жасалды;

-      карьераралық қоймаларда кенағын ақпараттық түрлендіргіш – карьер мен байыту фабрика жүйесіндегі бағынышты жүйе позициясында сұрыптау процессі қарастырылған;

-      таукен өндірісінің есептерінің  жалпы классификациясында карьераралық қоймалар жұмысының имитациялық моделі түрлендіргіштің жұмыс режимін таңдау блогы және сұрыптау қоймасының шығыстық түрлендіргіші көрші түрлендіргіштердің жұмысын келістіруші түрінде идентификацияланған;

-      штабельдерде және кенағынын басқару есептерін шешкенде қолданылатын, және қойма оптималды параметрлерін негізделуіндегі жобалық шешім қабылдауды модельдеуге мүмкіндік беретін программалық модуль құрылған;

-      эксперимент түрінде асбесттік кен карьерден жөнелтілетін кеннің сапасының  талшықтың жалпы құрамының орташа көрсеткіштен 10% аспауын қоры 50-60 мың танна болатын карьераралық қойманың құрылуымен қамтамасыз етіледі (қойма ұзындығы 190-200 метрден кем болмайтын Жiтіқара карьер шарттарында). Штабель құру фронтына самосвалдың параллельді жүк түсіруі схемасы оптималды болады, онда олардың тізбегі мен сапасы аса әсер етпейді;

-      кендегі асбест талшықтарының геологиялық құрамынан лабораториялыққа ауысуға қолданылатын ауысу коэффицентін қолдану негізіндегі әдістеме ұсынылған. Бұл функция геологиялық құрылыммен бірге  кендік блоктардың кеңістіктегі орналасуы және кендегі асбесттік талшықтың лабораториялық құрамының сапасын реттеу мен байытуда және асбесттік типтер бөлігін қамтиды.

Диссертациялық жұмыстың негізгі ережелері Халықаралық конференция: «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» (г. Алматы, 2008), «Геотехнология-2007: Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности» атты VI Халықаралық ғылыми-практикалық конференция (Хромтау қ., 2007), Қазақстан Республикасы тәуелсіздігінің 15-жылдығына арналған Екінші Халықаралық ғылыми-практикалық конференция (Алматы қ., 2007), Халықаралық ғылыми конференция: «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030»» (Қарағанды қ., 2006),  «Топорковские чтения» атты VII және VIII халықаралық ғылыми конференцияларда (Рудный қ., 2006, 2008) баяндалды.

Жұмыстың практикалық құндылығы асбесттік кеннің  сапасын оперативті басқару есептерін автоматтандырылып шешілуіне арналған программалық модуль құрылғандығы; Жiтіқара хризотил-асбест кен орнынан кенді алу шартында рационалды параметрлермен карьераралық сұрыптау қоймаларындағы нұсқаулар құру; геологиялық әдіс көрсеткіштерінен лабораториялық көрсеткішке ауысу функциясын қолдануды негіздеу мүмкіндігі асбесттік кен сапасын арттыруға мүмкіндік береді. 

Ұсынылған әдістеме, нұсқау мен модель «Қостанай минералы» АҚ жүзеге асқан, ол өндірістің технико-экономикалық көрсеткішін арттыруға мүмкінжік берді: 1 тонна асбестке талшық шығынын 2 % азайтуға және асбесттің 3-6 маркаларының шығарылуын 5,3% арттырды, және жылдық экономикалық эффект 124,2 млн теңгені құрды.


Statsenko Larissa Gennadyevna

 


Substantiation of rational parameters of reclaiming storages

at asbestos enterprise ore-flow management

 

ANNOTATION

 

The object of the research is designing process of the open pit storages main parameters in operational quality management at the enterprises of asbestos industry.

The subject of the research - interrelation of ore shipped from the open pit qualitative adjectives and the main parameters of the open pit reclaiming storages.

The research purpose is increase of efficiency of an operational administration by quality of the asbestine ores submitted on concentrating repartition by means of rational designing of open pit reclaiming storages’ parameters.

In theoretical and experimental research the comprehensive approach including the analysis and generalization results of the previous fundamental and applied works in ore quality management and reclaiming theory, imitating computer modeling method, probability theory and mathematical statistics is used.

The scientific positions of the dissertation:

       optimization of operational ore-flow management is provided with usage of the developed simulation models of reclaiming process in stacks at the expense of designed open-pit storages’ rational parameters providing demanded quality of asbestine ore submitted on concentration;

       the asbestine fiber tenor abmodality in ore shipped from open-pit storages decreases with increase in size of a formed stack, thus unloading of dump-body trucks of its in a parallel way long axis is rational, and the sequence of their arrival on reclaiming quality of significant influence does not render;

       usage of functions of transition from the geological tenor of an asbestine fibre in ore to laboratory, ore blocks considering space position, a share of types of asbestine ore and dressability, adequately mirrors interrelation of the given metrics and allows to raise accuracy of the forecast of qualitative characteristics of the ore submitted on enrichment.

The basic scientific results, conclusions and recommendations consist in the following:

-        the generalized classification of minerals storages at the ore-dressing enterprises using set of attributes as a basis for the proving and formulating the storages classification attributes for the production climate on Jetigarinsky chrysotile-asbestos deposit is developed;

-        reclaiming process on the open pit storages from the positions of information transformer as a subsystem in the system of interaction career and concentration plant is investigated;

-        imitating modeling of the open pit storage working is identified in the general system of mining problems classification as the “selection of the converter operating mode” block, and the converter “reclaiming storage” inputs and outputs parametrical coordination – as the “contiguous converters functioning coordination” block;

-        the program modules, allowing to model reclaiming in stacks, are developed and could be used at the decision of ore-flow management problems and design decisions optimization on a substantiation of storages optimum parameters;

-        it is experimentally proved, that quality of asbestine ore delivered from the open pit with fiber tenor abmodality no more than 10% is provided by creation a stock not less than 50-60 thousand tons on the open pit storages (for the production climate of Jetygarinsky asbestos deposit by stack length not less than 190-200 meters).  The circuit of dumpers unloading parallel to front of stack formation is optimal, thus the sequence of their receipt does not affect reclaiming quality;

-         the methodology based on functions of transition instead of the used factor of transition from the asbestine fiber geological tenor to laboratory is offered. These functions include besides the geological tenor also ore blocks spatial position, shares of asbestos types and dressability, and raise forecast quality of laboratory tenor of asbestine fiber in the ore given out from reclaiming storages.

Approbation of work: substantive provisions of dissertation were reported at the International conference “Computing and information technologies in a science, technics and education” (Almaty, 2008), VI International scientific - practical conference “Geotechnology - 2007: Problems and ways of steady development of mining industries” (Chromtau, 2007), the Second International scientific - practical conference devoted to the 15-anniversary of independence of republic Kazakhstan (Almaty, 2007), the International scientific conference: “The Science and the education - the leading factor of strategy “Kazakhstan – 2030”” (Karaganda, 2006), VII and VIII international scientific conferences “Toporkov’s readings” (Rudny, 2006, 2008).

Practical value of work consists in development of program modules for the automated operational quality control problems decisions of the asbestine ore given out from the open pit reclaiming storages; development recommendations on rational parameters open pit reclaiming storages for the production climate of Jetygarinsky asbestos deposit; opportunities for proved using the received functions of transition between parameters of geological method of approbation to laboratory, allowing raise quality of the asbestine ore fed to concentration essentially.

The offered methodology, recommendations and models are used at the joint-stock company “Kostanay minerals”, allowed to improve enterprise engineering-and-economical performance by decreasing the charge of a fiber on 1 ton of commodity asbestos for 2,8% and increasing release of asbestos of 3-6 marks for 8,3% that ensures receiving annual economic benefit about 124,2 million tenge.