Основные пути совершенствования процессов подземной добычи руд
ЛЕКЦИЯ № 2
Доля горного производства нашей страны составляет около 26% мирового. Объемы добываемых полезных ископаемых непрерывно растут. Ежегодный прирост горного производства в мире в последние годы составляет 5%. Объем добычи минерально-энергетического сырья удваивается через каждые 7-8 лет. Увеличение объемов добычи происходит как за счет расширения производства, так и за счет научно-технического прогресса.
За последние годы техника и технология горного производства претерпели большие изменения.
При подземной разработке месторождений на проходческих и очистных работах получило широкое распространение новое высокопроизводительное оборудование. Внедрены мощные локомотивы, большегрузные вагонетки емкостью до 15 м3, конвейерный транспорт, самоходные транспортные машины, дистанционное и автоматизированное управления. Широко внедряется механизация вспомогательных работ, укладка рельсовых путей, очистки и ремонта путей, ремонта транспортных машин.
В связи с внедрением мощных забойных механизмов, средств автоматики и телемеханики меняется облик самих шахт, изменяются системы разработки и создаются новые их варианты, происходит концентрация горных работ, повышается интенсивность разработки месторождений полезных ископаемых.
Так, значительно расширилось применения системы разработки с закладкой выработанного пространства и с магазинированием руды.
Большое внимание уделяется полноте извлечения полезных ископаемых в процессе добычи, повышению качества.
Большой упор в настоящее время делается на проектирование, строительство и эксплуатацию крупных предприятий высокого технологического и организационного уровня.
Все вышеизложенное предъявляет высокие требования к подготовке горных инженеров.
Общие направления технического прогресса.
В настоящее время основные технологические процессы на рудниках механизированы. Вспомогательные процессы механизированы лишь частично.
На многих рудниках электровозный транспорт, конвейер автоматизирован. Автоматизированы околоствольные установки подъема, водоотлив, компрессорные, вентиляционные, калориферные и дробильные установки.
На основных горизонтах некоторых рудников полностью автоматизированы электровозный транспорт, включая движение, погрузку и разгрузку составов, дробление руды, автоматизирован и подъем.
Ближайшими задачами по повышению эффективности разработки рудных месторождений является:
1. Совершенствование механизации основных процессов.
2. Полная механизация вспомогательных операций и вспомогательных процессов.
3. Внедрение дистанционного и программированного управления оборудованием на очистной выемке с целью повышения безопасности работ и расширения применения высокопроизводительных систем разработки.
4. Поисковые исследования в области робототехники, которая еще более расширит возможности работы машин в опасных для людей выработках.
5. Автоматизация процессов очистной выемки и завершения автоматизации транспорта полезных ископаемых.
6. Разработка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), комплексами процессов и предприятия в целом (АСУП).
Но имеется и косвенный эффект, его необходимо учитывать в сравнительных расчетах. Например: если сравнить скреперную установку (Q=200 т/смену) и самоходную машину (600 т/смену). По прямым затратам на проведение выработок экономичнее скреперная установка, но самоходная машина втрое сократит число забоев, а это дает экономию на транспорт руды, поддержания.
Во многих случаях ввиду отсутствия методик численных оценок приходится учитывать косвенный эффект лишь по общим соображениям.
Рациональное использование недр.
В природе месторождения фактически не возобновляемы. Отсюда вытекает требования к полноте использования минерально-сырьевых ресурсов.
Что же понимается под рациональным использованием недр?
Степень использования недр определяют:
1. Геологическая разведка.
2. Полнота выемки разведанных запасов при разработке месторождения.
3. Полнота извлечения полезных компонентов из руды при переработке.
4. Комплексность использования недр-всех типов руд, отходов ГМК, пустых пород, хвостов, шлаков – для дорожных работ, изготовление строительных материалов.
5. Эффективность использования в народном хозяйстве металлов и др. получаемых продуктов.
Очевидно, что полнота выемки д.б. высокой, но никак нельзя добиться полной выемки полезных ископаемых, т.к. это будет связано с неоправданными большими затратами. Например: в какой части месторождения содержания металла м.б. очень низким. Вынимать такие руды заведомо невыгодно, т.к. затраты на 1 т. металла будут сильно высокие. В связи с этим части руды относят к забалансовым, которые не разрабатываются.
Критерием деления руд на балансовые и забалансовые является min промышленное содержание полезных ископаемых в руде, при котором обеспечивается наиболее высокий народно-хозяйственный эффект. Наконец, при выбранной технологии лишь правильное ведения работ может обеспечить соблюдение нормативных потерь. Например, тщательная зачистка поверхности выработок, закладка; соблюдения определенного порядка выпуска руды; соблюдения определенного порядка разработки месторождений.
Все это показывает, что на полноту выемки запасов влияют следующие 3 положения:
1. Принятое min промышленное содержание полезных компонентов.
2. Выбранная технология, в первую очередь-система разработки.
3. Качество горных работ, от которого зависит выполнения нормативных показателей извлечения руды.
Обеспеченность рудными запасами на протяжении нескольких десятилетий остается постоянной. Т.о. убыль запасов перекрывается их приростом.
Однако прирост запасов происходит за счет месторождений с увеличенной глубиной разработки, с наличием над ними водоемов, обводненных пород, в отдаленных районах, малоосвоенных и трудных климатических условиях.
Другой признак – перевод на баланс сравнительно бедных руд. Так, за 25-30 послевоенных лет min промышленное содержание по многим видам руд снизилось в 2-3 раза и темп этот сохраняется.
Иссякли запасы целого ряда горнорудных предприятий (Урал – медные руды, Кривой Рог - железо, п/о «Сибруда»).
Цены на мировом рынке на минеральное сырье и основные металлы возросли за 25 послевоенных лет до 4 раз и более.
На конец XX века мировые запасы еще останутся достаточными почти по всем видам минерального сырья, но по Рв и Zn в масштабе мировой экономики уже ожидается неполное (на 70-80 %) обеспечения потребности. Можно считать, что цивилизация выступила в период, когда масштабы потребления минеральных ресурсов становятся соизмеримыми с запасами месторождений.
С 60-70 годов усиливаются экономические рычаги охраны недр. Усиление экономических регионов охраны недр сводится в основном к следующему:
- изменение цены конечного продукта в оптимизационных расчетах;
- введение платы горнодобывающих предприятий за разведанные запасы и включение затрат разведки в стоимости добытой рудной массы;
- наложение штрафа на предприятие за сверхнормативные потери;
Принятые меры уже сыграли существенную роль: по многим месторождениям снижено min промышленные содержания металла в руде; широко применяется монолитная закладка; получила распространения повторная разработка месторождений (руд), которые при первичной разработке оставлены как забалансовые.
Однако еще предстоит решать много научно-технических задач для более рационального использования недр.
Проблема создания ресурсосберегающих технологических процессов.
Бережное отношения к подземным богатствам включает и рациональное использование недр. Развитие топливно-энергетического комплекса, современных отраслей – атомной, электронной, ракетной, космической – вовлекает в оборот традиционные и новые виды минерального сырья, приводит к широкому использованию радиоактивных, редких и рассеянных элементов.
В наши дни из недр извлекается более 150 видов полезных ископаемых: твердое жидкое, газообразные металлические руды, нерудное сырье для металлургии, драгоценные и поделочные камни, строительные материалы, горно-химические руды, подземные воды.
Всего на душу населения страны каждый год из недр извлекается 20 тонн (!) минерального сырья. 2/3 объема природных ресурсов, используемых в народном хозяйстве приходится на полезных ископаемых.
В нашей стране разведаны десятки тыс. месторождений полезных ископаемых Россия – единственное в мире государство, полностью обеспеченное собственными минерально-сырьевыми ресурсами.
Более полусотни стран мира снабжается продукцией недр России.
Однако это не означает, что богатства недр никогда не оскудеют. Сегодня мы знаем, что земные недра богаты, но исчерпаемы и поэтому главной проблемой горнорудной промышленности признано бережливое отношение к подземным богатствам. Прежде всего, имеется в виду борьба с потерями. К сожалению потерь, при подземной разработке еще много. Например: теряется 26% угля, 20% железных руд, а калийных солей – около половины.
Руду отделили от массива, (часть осталась в массиве), начинается ее путь наверх (потери руды при транспортировке), и далее на ОФ. Начинается обогащение. Самый совершенный процесс не позволяет полностью извлечь то количество полезных ископаемых, которое содержится в руде. (Потери при переработке руд).
Из концентрата получают металл, на металлургическом переделе пропадает еще несколько %.
По мнению акад. Н.В. Мельникова «Проблема борьбы с потерями имеет для народного хозяйства такое же значение, как и проблема повышения производительности труда»
В рудах химические элементы никогда не встречаются в одиночку, они всегда образуют полиметаллы. Например: в рудах черных металлов вместе с Fe, Cr, Mn часто встречается Ti, Wa, Co, Zn, Sn, Ni, Wo, Mo, Sr, драгоценные металлы, редкие элементы.
С точки зрения горнорудного дела такой симбиоз очень выгоден: каждый м3 горной массы содержит не 1 или 2 ценных компонента, а несколько, а бывает и больше 20.
Даже иногда сопутствующие элементы превышают по стоимости основные. Так, например: Со, Те, Zе и драгоценные металлы дороже медной руды (Гайское месторождение).
Попутная добыча – это не добыча по ходу дела, слово «попутный» имеет только технологический смысл.
Из 70 химических элементов, получаемых на предприятиях цветной металлургии, половина извлекается «попутно». Из этих «попутных» богатств страна получает более 700 различных видов промышленной продукции.
Комплексное использование месторождений полезных ископаемых чрезвычайно выгодно. Кроме попутной добычи, оно включает также и превращение отходов горного производства в полезную продукцию. Горные отвалы, отходы ОФ, металлургических заводов, тепловых электростанций. Из отходов получают различные строительные материалы, керамические и асбоцементные изделия, их используют как закладочный материал, а/дороги, ж/дороги, при рекультивации земель.
К примерам комплексного освоения месторождений можно отнести переработку старых отвалов, хвостов обогатительных фабрик, и.т.д. Появился термин «техногенное месторождение».
(На примере россыпей Якутии – перемыв старых отвалов, переработка хвостов Оночолахской фабрики, и.т.д.).
В случае невозможности извлечь те или иные ценные компоненты, горные породы или хвосты обогащения их содержащие должны складироваться в спецотвалы, для пользы будущих поколений. Требования к спецотвалам – их конструкция и месторасположение должны исключать потери ценных компонентов в период хранения.