СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ РУД
SELECTIVE ORE EXCAVATION METHOD

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при формировании и стабилизации качества руд на стадии горных работ.
Известны технические решения, имеющие средства контроля заданного объема и качества горной массы, но не решающие задачи формирования качества руд, селективной выемки разносортной горной массы (Ф.Н. Салов, В.И. Ермолаев, И.П. Семин, В.В. Крючков, В.А. Викторенков, Е.Г. Артемьева, A.M. Галкин, А.Д. Ленский, В.М. Столяров, а.с. СССР №750531).
Известен способ селективной выемки, включающий последовательную порционную выемку руды с раздельным извлечением разнокачественных порций одноковшовым экскаватором путем внедрения его ковша в забой и последующий контроль за качеством горной массы с помощью установленных на ковше экскаватора датчиков (Попов Г.Н. и др. Разработка месторождений радиоактивных руд. М., Атомиздат, 1970, с.50-75). Однако при данном способе информация о качестве горной массы в ковше вырабатывается по окончании процесса единичного черпания, когда формирование потерь или разубоживания полезного ископаемого при черпании уже произошло, и используется только с целью выбора направления перемещения горной массы.
Известен способ, который предполагает геофизическими методами опережающее опробование качества горной массы каждой порции черпания перед ковшом экскаватора, с последующей корректировкой его положения в процессе всей операции черпания (Г.В. Секисов, А.А. Таскаев, а.с. 1133400).
Известен способ селективной выемки, при котором предварительный анализ геофизическими методами качества горной массы, располагающейся в непосредственной близости от ковша в зоне зачерпывания, производят двумя независимыми системами датчиков, установленными соответственно на выносной конструкции ковша и на ковше экскаватора (Г.В. Секисов, А.А. Таскаев, В.В. Минаков, а.с. 1631175). Существующие геофизические методы опробования, как правило, требуют значительного времени измерения, при этом точность измерения на низких содержаниях полезного компонента часто бывает не удовлетворительной, более того полученные результаты могут представлять объем горной массы непосредственно перед датчиками, а не всю горную массу ковша экскаватора. Таким образом, данные технические решения применительно к разработке абсолютного большинства руд цветных металлов отличаются инерционностью опробования и низкой точностью измерений.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления погрузочно-транспортными средствами на карьерах при селективной выемке руд, включающий определение содержания полезного компонента в горной массе в ковше выемочного средства, загрузку транспортного средства и его адресацию по объектам разгрузки с учетом содержания СК полезного компонента в транспортируемой горной массе. Способ предусматривает дополнительное определение пространственных координат Xi, Yi, Zi ковша выемочного средства в каждой точке экскавации, а содержание СК полезного компонента оценивают по формуле
<mrow><mi>C</mi><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>∑</mo><msub><mi>C</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mi>N</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где Ci - условное математическое ожидание содержания полезного компонента в точке экскавации, определенное по результатам предварительного опробования сети скважин в окрестностях точки экскавации с упомянутыми координатами Xi, Yi, Zi; N - число ковшей, загруженных в кузов транспортного средства (А.В. Канцель, М.А. Канцель, Э.М. Богушевский, В.И. Кокушев, А.Я. Червоненкис, В.Л. Гуревич, А.Н. Трыкин, Н.И. Кучерский, Е.А. Толстов, А.П. Мазуркевич, патент РФ №2100844).
Необходимо отметить, что скорость функционирования данного технического решения зависит от скорости определения пространственных координат ковша и не сдерживает процесса экскавации горной массы, но это не гарантирует выдачи достоверных данных о содержании полезных компонентов в ковше, так как не учитывается пространственное перемещение и возможно перемешивание руды с вмещающими породами в процессе предварительного взрывного дробления. Кроме того, решение о адресации груженого автосамосвала принимается по итогам загрузки. В то же время никаких механизмов контроля и управления вещественным составом горной массы загружаемой транспортной емкости не предусмотрено. При определении сортности руды для ее дальнейшей адресации не учитывается также и степень загрузки ковша при экскавации различного качества горной массы, попадающей в одну транспортную емкость.
Задачей изобретения является разработка технического решения, позволяющего при разработке сложноструктурных месторождений вести раздельную выемку различных технологических сортов руд и, в частности, не только формировать качество потока руды на обогатительную фабрику, но и формировать качество потока горной массы на кусковую сортировку. Это требует регистрации качества порций горной массы с более низкими содержаниями полезных компонентов.
Задача решается тем, что в зависимости от положения выемочного средства по отношению к зонам локализации технологических сортов горной массы в забое устанавливают возможность и формируют задание на преимущественную выемку определенного технологического сорта при загрузке транспортного средства, в соответствии с которым осуществляют позиционирование ковша выемочного средства в забое при черпании, причем начинают отработку пород забоя с контура между технологическими типами горной массы, положение которого и зон локализации технологических типов уточняют геофизическими методами в процессе выемки по данным анализа качества горной массы в ковше выемочного средства.
На Фиг.1 представлена структура автоматизированной системы. 1 - стационарная составляющая автоматизированной системы; 2 - мобильная составляющая автоматизированной системы; 3 - подсистема ГЕОМАРК; 4 - блок трансляции данных стационарной составляющей автоматизированной системы; 5 - база данных подсистемы оперативного учета объемов горных работ; 6 - модуль планирования сортовой выемки руд; 7 - модуль учета сортовой выемки руд; 8 - модуль работы с цифровой моделью добычного блока; 9 - блок анализа и управления работой экскаватора; 10 - блок трансляции данных мобильной составляющей автоматизированной системы; 11 - модуль уточнения картирования добычного блока; 12 - модуль оперативного опробования горной массы в ковше погрузочного средства; 13 - блок определения загрузки ковша; 14 - модуль диалога машиниста погрузочного средства с автоматизированной системой; 15 - модуль высокоточного позиционирования.
Примеры конкретного выполнения
По мере отработки запасов богатых залежей повсеместно в отработку вовлекается широкий спектр бедных отличающихся по технологическим свойствам и требующих раздельной переработки руд. При этом повышается актуальность кусковой сортировки руд на стадии горных работ, которая предполагает посортовую выемку богатых руд, поток которых обычно направляется (после усреднения) на обогатительную фабрику. Отдельно формируются и направляются на кусковую сортировку потоки бедных руд или разубоженной горной массы из приконтактных зон.
Задача формирования разнокачественных потоков горной массы предъявляет к их качеству повышенные требования. При этом одним из главных параметров является содержание полезных компонентов и вредных примесей. Потоки богатой руды и разубоженной горной массы существенно различаются по содержанию полезных компонентов. Наиболее сложной представляется рудосортировка бедных или разубоженных руд из приконтактной с вмещающими породами зоны. Для получения удовлетворительных результатов на рудах с низкими содержаниями полезных компонентов требуемая длительность измерения содержаний большинства полезных компонентов не вписывается в продолжительность операции черпания и существенно сдерживает производительность процесса экскавации.
Следует отметить различие подходов предлагаемого технического решения по сравнению с аналогами и прототипом, которое обеспечивает достижение заявляемого положительного эффекта. Известные и описанные выше аналоги селективной выемки руд предусматривают для обеспечения требуемого качества горной массы корректировку траектории движения ковша в процессе черпания. Таким образом, требуемое (достаточное) время регистрации содержания полезного компонента в ковше по технологическим требованиям должно быть гораздо меньше времени черпания. Время черпания для карьерных экскаваторов составляет 7-15 с, что обычно недостаточно для регистрации содержания полезного компонента.
Главным достоинством прототипа является отсутствие необходимости оперативной регистрации содержаний геофизическими методами опробования. Скорость принятия решения сводится к скорости определения пространственных координат ковша, через которые по результатам предварительного опробования сети скважин в окрестностях точки экскавации определяется содержание полезных компонентов в ковше.
Таким образом, работа технического решения, принятого за прототип, не сдерживает процесса экскавации горной массы, но и не гарантирует выдачи достоверных данных о содержании полезных компонентов в ковше, так как не учитывается пространственное перемещение и возможно перемешивание руды с вмещающими породами в процессе предварительного взрывного дробления. Т.е. данным техническим решением не предусмотрено уточнения положения контуров технологических типов горной массы в навале.
Главное качественное отличие заявляемого технического решения от прототипа - это постоянное уточнение положения контуров технологических типов горной массы в навале. При этом предлагаемое техническое решение не связано жесткими временными рамками процесса черпания при измерении геофизическими методами содержаний полезных компонентов в ковше погрузочного средства. Регистрация содержания полезного компонента в ковше выемочного средства может продолжаться в процессе наполнения ковша и поворота к транспортной емкости, вплоть до разгрузки. Учитывая, что удельный вес черпания в цикле погрузочного средства составляет менее 30% для экскаваторов, а для погрузчиков еще меньше, то время регистрации содержаний полезных компонентов в горной массе согласно технологии предлагаемого технического решения может быть увеличено как минимум вдвое. По результатам этих измерений решаются две задачи:
1) Корректировка информации о пространственном положении контура между технологическими типами горной массы, положения зон локализации технологических типов руд;
2) Характеристика качества горной массы в кузове транспортного средства.
Регистрация содержания полезного компонента в ковше выемочного средства может продолжаться большую часть цикла от наполнения ковша до разгрузки в транспортное средство. При этом необходимо отметить, что соотношение разных технологических типов пород в процессе наполнения ковша может меняться, меняется и среднее содержание полезного компонента в горной массе ковша экскаватора.
Процесс уточнения контуров технологических типов горной массы предусматривает следующие операции:
- Определение координат ковша в процессе черпания;
- Регистрацию содержания полезного компонента в ковше за период от наполнения ковша до его разгрузки в транспортное средство;
- Занесение результатов оперативного опробования в базу данных;
- Уточнение контуров технологических типов с учетом направления отбойки и текущих замеров траектории наполнения ковша, качества горной массы в ковше выемочного средства.
Отработку горной массы в забое начинают с зон ожидаемого положения контуров технологических типов горной массы. Положение контуров технологических типов горной массы уточняют в процессе экскавации по данным обработки пространственного перемещения ковша при его заполнении и геофизическим данным опробования горной массы. Причем регистрацию качества горной массы в ковше производится в период от наполнения ковша до его разгрузки в транспортное средство.
Наполнение ковша происходит за время движения по определенной траектории. Момент начала наполнения ковша может (для экскаваторов ЭКГ) устанавливаться по значениям токов двигателей напора, подъема и поворота, как момент увеличения значений токов двигателя подъема и напора при снижении тока двигателя поворота. Окончание заполнения ковша регистрируется в момент резкого снижения токов двигателей напора и подъема и увеличения тока двигателя поворота. Регистрация качества горной массы в ковше выемочного средства производится без снижения производительности на протяжении всего цикла. Опережающая выемка пород между технологическими типами горной массы с одновременным уточнением положения этих контуров позволяет точнее ориентировать положение выемочного средства по отношению к зонам локализации технологических сортов горной массы в забое, точнее устанавливать возможность и формировать задание на преимущественную выемку определенного технологического сорта при загрузке транспортного средства, в соответствии с которым осуществляют позиционирование ковша выемочного средства в забое при черпании.
Опережающая выемка пород между технологическими типами пород с одновременным уточнением положения контура позволяет улучшить показатели селективной выемки. Так, например, когда производится выемка богатых руд с формированием потока на обогатительную фабрику с одновременным формированием потока разубоженной рудной массы (с границы руда - порода) на кусковую сортировку важно обеспечить требования к качеству одного и другого потоков горной массы. Смещение контура в сторону богатых руд увеличит нагрузку (затраты) на рудосортировку, дополнительные потери полезных компонентов. Смещение контура в сторону пустых пород увеличит разубоживание руд в потоке на обогатительную фабрику и снизит эффективность рудосортировки, увеличит содержание пустых пород в объединенном потоке горной массы на обогатительную фабрику.
В зависимости от положения выемочного средства в забое относительно зон локализации различных технологических типов горной массы устанавливается возможность выемки определенных технологических типов руд для загрузки транспортного средства горной массой заданного качества. Данная возможность устанавливается в автоматическом режиме или в режиме диалога машиниста с программой. В частности, при установлении возможности загрузки транспортной емкости определенным технологическим типом может учитываться реальная качественная (сортовая) конфигурация навала горной породы в забое, которая постоянно уточняется оперативным опробованием геофизическими методами с фиксацией положения ковша в режиме наполнения его горной массой.
Исходя из установленной возможности загрузки транспортной емкости горной массой определенных технологических сортов, в режиме диалога или программно формируется плановое задание на преимущественную выемку технологического типа.
В процессе загрузки транспортного средства, геофизическими методами определяется содержание полезных компонентов, вредных примесей, элементов, характеризующих технологический тип горной массы. Характеристика горной массы (отношение к определенному технологическому типу окончательно устанавливается в результате загрузки транспортной емкости по соотношению средних содержаний полезных компонентов, вредных примесей, элементов, характеризующих определенный технологический тип. При этом средние содержания перечисленных выше компонентов устанавливаются по формуле, которая кроме соотношения перечисленных выше компонентов учитывает степень загрузки ковша.
На фиг.1 представлена автоматизированная система управления процессом селективной выемки руды на добычном блоке, которая имеет две составляющие - стационарную и мобильную. Связь между ними осуществляется через блоки трансляции данных (4 и 10). В процессе подготовки проекта отработки добычного блока (по данным скважинного опробования, с помощью подсистемы ГЕОМАРК (3)) готовится его цифровая модель, которая загружается в память ботовых компьютеров погрузочных средств осуществляющих отработку блока. Доступ к данным цифровой модели добычного блока осуществляется через модуль (8). Позиционирование погрузочного средства и его рабочего органа относительно контура и зон локализации технологических типов руд осуществляется оборудованием высокоточного позиционирования под управлением модуля (15). Селективная выемка на блоке осуществляется согласно запланированных (с помощью блока 6) объемов технологических типов руд. Возможность загрузки транспортной емкости определенным типом руды (горной массы) определяется в зависимости от положения экскаватора относительно зон локализации данного типа руды или горной массы. Задание на загрузку технологического типа горной массы устанавливают в режиме диалога машиниста с системой с помощью блока (14). Положение контуров и зон локализации технологических типов горной массы уточняют в процессе операций черпания и поворота ковша на разгрузку геофизическими методами.
Если в процессе наполнения и перемещения груженого ковша система регистрирует качество горной массы в ковше, не удовлетворяющее установленному заданию на загрузку транспортной емкости, то дается команда на разгрузку содержимого ковша в соответствующий штабель без погрузки в транспортную емкость. При этом по данным анализа качества горной массы в ковше выемочного средства корректируется положение контура выемки и зоны локализации данного технологического типа горной массы. Таким образом, совместная работа модулей оперативного опробования (12), определения загрузки ковша экскаватора (13), высокоточного позиционирования (15) анализа и управления работой экскаватора (9), уточнения картирования добычного блока (11) создает условия:
1) выполнения задания на загрузку транспортной емкости горной массой заданного качества;
2) уточнения контура зон локализации технологических типов горной массы, сводящего к минимуму циклы переэкскавации и к максимуму циклы, заканчивающиеся погрузкой горной массы в транспортную емкость;
3) повышения эффективности селективной выемки и последующих процессов переработки руд.
Наличие блоков трансляции данных (4, 10) обеспечивает оперативную передачу данных о качестве и объемах горной массы загруженной транспортной емкости и ее адресации. Совместная работа модулей учета сортовой выемки руд (7) и модуля планирования сортовой выемки руд оперативно формирует приоритеты на первоочередную выемку горной массы определенных типов.
Заявляемое решение эффективно в процессе селективной выемки руд при разработке сложноструктурных месторождений обеспечивает повышение показателей качества и извлечения технологических сортов руд и горной массы для рудосортировки.
Источники информации
1. Шишов Ю.И. Система для автоматического управления экскаваторно-автомобильным комплексом. А.с. СССР №577534, 1975.
2. Ф.И. Салов, В.И. Ермолаев, И.П. Семин, В.В. Крючков В.А. Викторенков, Е.Г. Артемьева, А.М. Галкин, А.Д. Ленский и В.М. Столяров. Устройство для управления и контроля работы погрузочно-транспортных средств. А.с. СССР №750531.
3. Попов Г.Н. и др. Разработка месторождений радиоактивных руд. М., Атомиздат, 1970, с.50-75.
4. Г.В. Секисов, А.А. Таскаев. Способ селективной выемки рудных полезных ископаемых. А.с. СССР №113400, 1983.
5. Г.В. Секисов, А.А. Таскаев, В.В. Минаков. Способ селективной выемки полезных ископаемых. А.с. СССР а.с. №1631175, 1987.
6. А.В. Канцель, М.А. Канцель, Э.М. Богушевский, В.И. Кокушев, А.Я. Червоненкис, В.Л. Гуревич, А.Н. Трыкин, Н.И. Кучерский, Е.А. Толстов, А.П, Мазуркевич. Способ управления погрузочно-транспортными средствами на карьерах при селективной выемке руд. Патент РФ №2100844, 1996.