СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ ПОРЦИОННОЙ СОРТИРОВКИ РУДНОЙ МАССЫ ПРИ ПОКАМЕРНОЙ ВЫБОРКЕ РУДЫ
METHOD FOR X-RAY RADIOMETRIC BATCH SORTING OF ORE MASS WITH A ONE-DIMENSIONAL ORE SAMPLING

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для порционной сортировки рудной массы с целью удаления некондиционной рудной массы из дальнейшей переработки.
Рудосортировка полезных ископаемых непосредственно на месте добычи позволяет резко снизить непроизводительные расходы на транспортировку, переработку и улучшает экологическую обстановку.
Известен способ     радиометрической порционной сортировки руд (при крупности -1200 мм), используемый для предварительного обогащения руд, сочетающий в единой технологической схеме процессы в автосамосвалах с помощью рудоконтролирующих станций (РКС) и радиометрической сепарации кускового сырья (Мокроусов В.А., Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. - М.: Недра, 1979, с. 34-39, 64-65). Обогащенный продукт РКС подвергается дроблению до меньшей крупности (-300 мм). В обоих процессах удаляется конечный отвальный продукт, а не обогащаемый мелкий класс крупностью -25 мм, образующийся в процессе дробления обогащенных продуктов порционной сортировки, присоединяется к концентратному продукту радиометрической сепарации.
Недостатком способа являются необратимые потери металла с крупнокусковыми, недостаточно раскрытыми при взрыве хвостовыми продуктами РКС.
Известен способ управления качеством руд (Федоров Ю.О., Щеглов И.Н., Жуков Г.И. Управление качеством руд - это реальность. /Золотодобыча, №188, июль, 2014; https://zolotodb.ru/articles/metallurgy/factory/l1103). Способ включает оперативное опробование горных выработок с помощью переносных приборов  (рентгенорадиометрических анализаторов); оперативное опробование крупных порций руды и крупнопорционную сортировку руд; оперативный контроль и опробование руд в потоке (например, на конвейерных лентах сразу же после крупного дробления) рудоконтролирующими станциями с возможностью сортировки руды мелкими порциями; покусковую сепарацию крупных классов руды (+20 мм) радиометрическими методами на специальных радиометрических сепараторах и мелкопорционную сортировку руды крупностью минус 20+5 мм (или минус 30+5 мм) на сепараторах.
К недостаткам способа относится необходимость проведения на первичной стадии управления качеством руды оперативного опробования горных выработок с помощью переносных приборов (рентгенорадиометрических анализаторов) перед крупнопорционной сортировкой, а также использования оборудования для дробления и мелкопорционной сортировки руды, что ведет к повышению капитальных и технологических затрат.
По назначению, технической сущности и достигаемому результату изобретение может быть принято в качестве прототипа патентуемому способу порционной сортировки рудной массы.
Задача заявляемого изобретения состоит в повышении эффективности порционной сортировки за счет подачи на сортировку не усреднённой порции рудной массы, снижении степени разубоживания рудной массы, стабилизации качества рудной массы, направляемой на фабричное обогащение при снижении затрат на транспортное перемещение и переработку некондиционной рудной массы.
Техническим результатом изобретения является решение поставленных задач патентуемым способом порционной сортировки, а именно, обеспечение сортировки с разделением на кондиционную и не кондиционную рудную массу.
Технический результат достигается тем, что разработан способ порционной сортировки рудной массы при покамерной выборке руды, включающий формирование порций рудной массы, оценку содержания полезного компонента порций, адресацию порций по содержанию полезного компонента, определяемому с помощью рентгенорадиометрического анализатора, в способе, в соответствии с заявляемым решением, производят формирование порций рудной массы переменного содержания полезного компонента в пределах объёма ковша погрузчика, оценку содержания полезного компонента порций осуществляют на  установке для сортировки, выполненной с возможностью перемещения и анализа рудной массы с разделением на кондиционную и не кондиционную рудную массу в сравнении с пороговым значением содержания полезного компонента, рассчитываемого исходя из требований технологии обогатительной фабрики,  в виде отношения суммарной области характеристического рентгенорадиометрического спектра от полезного компонента (или нескольких компонентов) к суммарной области спектра, выбранной как опорной для данной руды конкретного рудника, при этом, рентгенорадиометрический спектр набирают за время t прохождения порции через зону контроля.
Р = (а∑A + б∑B +⋯+ к∑K)/∑Ns
Р - параметр (пороговое значение),
А, В.….К - области полезных компонентов в спектре,
а, б, к - эмпирические коэффициенты,
Ns - опорная область в спектре, выбранная для конкретной порции, при этом адресацию порций осуществляют по содержанию полезного компонента выше порогового значения, руда кондиционная, ниже порогового значения, руда не кондиционная, с направлением кондиционной порции на фабричную переработку, а не кондиционной на закладку выработанного пространства добычных камер.
Способ дополняют уточняющие частные отличительные признаки, способствующие достижению заявляемого технического результата.
Оценку содержания полезного компонента порций осуществляют рентгенорадиометрическим анализатором, оценивающим спектр характеристического излучения, статистически набранного на всей порции с учётом общего объёма порции рудной массы.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на:
фиг.1 представлена установка для порционной сортировки;
фиг.2 - принципиальная схема подземной выработки рудной массы.
На фигурах обозначено: шахтный ковшовый погрузчик 1, приёмная воронка 2, установка для сортировки 3, пластинчатый питатель 4, бункер приёмник 5, транспортные полозья 6, затвор 7, портал 8, рентгенорадиометрический анализатор 9, защитный экран 10, пульт управления 11, исполнительные устройства 12, поворотная течка 13, положение течки при отгрузке кондиционной рудной массы 14, положение течки при отгрузке не кондиционной рудной массы 15, рудоспуск 16, рудоспуск 17, скиповый подъёмник 18, обогатительная фабрика 19.
Руда с помощью шахтного ковшового погрузчика 1 попадает через приёмную воронку 2 на установку для сортировки 3. Установка 3 состоит из пластинчатого питателя 4, с бункером приёмником 5, жёстко установленном на транспортные полозья 6, позволяющие оперативно перемещать питатель 4 за фронтом горных работ.  Бункер приёмник 5 оборудован затвором 7 в виде поворотного шибера с регулируемым противовесом для ограничения высоты слоя рудной массы в зоне анализа. На раме пластинчатого питателя 4 с помощью резьбовых крепёжных элементов установлен П-образный портал 8. Рентгенорадиометрический анализатор 9 с помощью шарнирного соединения подвешен на портале 8. Зона работы анализатора 9 с обеих сторон, справа и слева выгорожена двумя защитными экранами 10, выполненными в виде стальных листов. Защитные экраны 10 закреплены на раме пластинчатого питателя 4 и портале 8 с помощью крепёжных элементов, позволяющих оперативно их снимать и устанавливать. Скорость подачи пластинчатого питателя 4 регулируется с помощью штатных средств автоматизации пластинчатого питателя (на фиг. не показаны). Скорость подачи и положение затвора 7 регулируются таким образом, чтобы рудная масса каждого следующего ковша руды не смешивалась с предыдущим ковшом. Порция рудной массы, проходя через зону анализа, контролируемую рентгенорадиометрическим анализатором  9, анализируется как единое целое с помощью прикладного программного обеспечения, установленного на пульт управления 11 рентгенорадиометрическим анализатором 9 и установкой для сортировки 3. Рентгенорадиометрический анализатор представляет аппаратно-программный комплекс, включающий полупроводниковый рентгенорадиометрический спектрометр, рентгеновский аппарат, ультразвуковой измеритель расстояния, электронную систему управления и связи с пультом оператора. При значительной вариативности рудной массы в добываемом блоке и соответственно в пределах одного ковша, порция по времени прохождения зоны, контролируемой анализатором, разбивается на более мелкие порции и по каждой автоматически принимается решение.  Пульт управления представляет промышленный компьютер, связь с сортировочной машиной осуществляется через порт RS485. Пульт управления может быть удалён от установки для сортировки на расстояние до 1 км. На пульте управления можно устанавливать пороговые значения, характеризующие соотношение в порции рудной массы количества полезного компонента (или нескольких полезных компонентов) к количеству рудной массы в порции. По результатам анализа и сравнения его результата с пороговым значением в автоматическом режиме с пульта управления подаётся команда на два исполнительных устройства 12. Исполнительные устройства 12 могут быть выполнены в виде двухходовых пневмоцилиндров либо винтовых пар с электроприводом, шарнирно закреплённых на раме пластинчатого питателя 4. Исполнительные  устройства 12 вторым концом шарнирно закреплены на поворотной течке 13. Ось поворота течки 13 совпадает с осью переднего приводного барабана пластинчатого питателя 4. Поворотная течка 13 имеет коробчатую конструкцию с двумя цапфами, закреплёнными на раме пластинчатого питателя 4 через подшипниковые узлы (на фиг. не показаны). Исполнительные механизмы устанавливают течку в положение отгрузки кондиционной рудной массы 14 либо в положение отгрузки не кондиционной рудной массы 15. Конструкция поворотной течки 13 выполнена с возможностью блокировки попадания рудной массы не по назначению.
Технологический цикл обогатительной фабрики инерционен и его невозможно оперативно перестраивать на переработку рудной массы, имеющую разные качественные характеристики по содержанию полезного компонента. Поэтому для её эффективного функционирования необходимо питание рудной массой стабильного качества. Отклонение содержания полезного компонента в любую сторону приводит к производственным потерям. Для упорядочивания этого процесса определяются кондиции рудной массы, допустимые для переработки на фабрике, они ложатся в основу календарных плановых заданий по добыче руды.
Горные работы по добыче рудной массы в шахте планируются с учётом цифровой математической модели рудного тела.  Цифровая модель позволяет при покамерной выборке иметь предварительную информацию о кондиционности рудной массы.
При организации порционной сортировки в шахте (фиг. 2), рудная масса переменного качества ковшовыми погрузчиками 1 направляется в приёмную воронку 2 на установку для сортировки 3.
Кондиционная рудная масса 14 сразу направляется на рудоспуск 16 для отправки на обогатительную фабрику. Рудная масса переменного качества, попав на установку для сортировки, делится на два потока: не кондиционная рудная масса 15 и кондиционная рудная масса 14. Кондиционная рудная масса 14 из рудоспусков 16 и 17 через скиповый подъёмник 18 попадает для переработки на обогатительную фабрику 19.
Кондиция рудной массы определяется предприятием, исходя из конкретной экономической ситуации. На сортировку подаётся рудная масса только переменного качества, кондиционная рудная масса сразу направляется на отгрузку на фабрику. Это достигается за счёт того, что каждое рудное тело имеет цифровую блочную модель и производственный календарный план добычи строится на базе данной цифровой модели, поэтому предварительно известно, из какого блока идёт добыча горной массы и её ориентировочная кондиционность.
Рудная масса в порцию попадает из одного ковша, взятого из одного добываемого рудного блока (она практически не перемешана и не усреднена во время транспортировки и дробления). Поэтому поверхность порции наиболее представительно отражает кондиционность всей порции и величина насыпки рудной массы в зоне анализа на установке для сортировки может составлять 300÷600 мм, что обеспечивает высокую производительность до 200÷500 т/ч в зависимости от удельного веса рудной массы.
Сортировка осуществляется на мобильной сортировочной установке, закрепленной на транспортные полозья, что обеспечивает возможность оперативно следовать за процессом добычи с минимальными затратами на строительно-монтажные работы. Предлагаемым способом достигается минимизация транспортных перегрузок, при которых рудная масса переизмельчается и усредняется, что негативно отражается на процессе сортировки. Способ сортировки позволяет   вывести из производственного процесса рудную массу, дальнейшая переработка которой не рентабельна, что достигается за счёт пороговых значений, измеряемых и рассчитываемых сортировочной установкой. Пороговые значения содержания полезного компонента для конкретного рудника определяются на этапе исследования рудной массы и при пусконаладочных работах при запуске установки для сортировки, исходя из требований технологии обогатительной фабрики. Пороговые значения содержания полезного компонента для каждого рудника определяется индивидуально.
Объективные данные, подтверждающие возможность получения технического результата.
Высокая сложность внутреннего строения рудных тел выражается в том, что кондиционная рудная масса и пустые породы или некондиционная рудная масса распределяются без определённых закономерностей и не имеют чётко выраженных контактов. Такое строение рудных тел оказывает наибольшее влияние на качество технологического процесса добычи (потери и разубоживание), схему формирования рудопотоков, уровень и стабильность качества, а также на методы решения функциональных задач геолого-маркшейдерского управления качеством руд (Макаров В.А., Малиновский Е.Г., Кацер И.И. Интеллектуальная технология мониторинга и управления качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных руд. Монография. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. – 152 с.).
В качестве примера, что характерно для богатых руд Норильского района, где отдельные участки имеют высокую степень нарушенности. В 2008 году на горнодобывающих предприятиях Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» была внедрена система контроля качества руды. На восьми конвейерах разных рудников были установлены рентгенорадиометрические анализаторы, разработанные и изготовленные   ООО «Технорос» (Рудоконтролирующие станции РКС-КМ). В данных станциях в методическом обеспечении данных анализаторов был реализован патент на изобретение, принадлежащее НПО «Технорос», патент RU 2436077, МПК G01N 23/223, опубл. 10.12.2011 – Способ определения содержания химических элементов в материалах.
Рудная масса, попадающая на конвейер, поступает из разных забоев, проходит ряд перегрузок через рудоспуски, скиповые подъёмники, бункера-накопители, что приводит к её усреднению по содержанию полезного компонента. По опыту эксплуатации данной системы получены результаты: совпадение показаний станций с результатами химических анализов достигает ± 10 относительных процентов, по отдельным сменам ± 2 относительных процентов, коэффициент корреляции достигает 0,8. Вариативность отклонений связана с тем, что руда на конвейер попадает из разных забоев и при перегрузках перемешивается и усредняется.
В предлагаемом способе процесс перемешивания и усреднения исключён. Рудная масса, попадающая на порционную сортировку, взята из одной добычной камеры и оценивается порция, ограниченная объёмом ковша. Режим работы одного из анализаторов системы наиболее близок к предлагаемому способу. Этот анализатор установлен на выпускном конвейере (ВС-9) шахты «Скалистая» (ЗФ «Норильский никель»), руда на конвейер подаётся скиповыми подъёмниками, т.е. отдельными порциями в среднем по 10-12 т. Точность работы этого анализатора (станция РКС-КМ) по каждой порции составляет ± 5 относительных процентов, но в отличие от предлагаемого способа в ёмкость скипового подъёмника попадает рудная масса из нескольких ковшей и это отрицательно сказывается на результате измерений.
Были проведены испытания однородных порций рудной массы, имитирующих порции из одного ковша с разным содержанием полезного компонента на радиально-динамическом стенде на скоростях, соответствующих движению пластинчатого питателя с помощью рудоконтролирующей станции РКС-КМ. Для испытаний использовалась порция медистой руды рудника «Октябрьский» со средним содержанием меди – 2,32%, никеля – 0,56%, железа – 21%. Данная руда сульфидная, основные минералы – халькопирит, петландит, пирит, пирротин и вмещающая порода. В качестве порогового содержания полезного компонента рудной массы по кондиционности была принята рудная масса с содержанием по меди более 0,8%, по никелю более 0,3%. Исходя из этих данных, были рассчитаны пороговые содержания полезного компонента рудной массы по кондиционности для испытаний. В качестве разубоживающей массы использовалась порция руды Богуславского месторождения со средним содержанием по железу до 24%, минеральный состав: магнетит, гематит, пирит, пирротин и вмещающая порода.
Полученные результаты однозначно интерпретируются по выбранным пороговым значениям содержания полезного компонента и позволяют отнести рудную массу к кондиционной или некондиционной и сформировать команду на исполнительный механизм. Вышесказанное подтверждает возможность получения технического результата предлагаемого изобретения.
Экономический эффект от применения способа порционной сортировки и устройства для сортировки в условиях шахты достигается за счёт:
- сокращения количества некондиционной рудной массы, подаваемой на поверхность для отправки на фабрику;
- использования отсортированной некондиционной рудной массы для закладки отработанных камер, что сокращает расход необходимой закладочной смеси;
- подачи на обогатительную фабрику рудной массы более стабильного качественного состава по содержанию полезного компонента, что позволяет более эффективно использовать обогатительное оборудование, экономить реагенты, сократить количество отвальных хвостов. Кроме того, высвободить производственные мощности, ранее задействованные на переработке не кондиционных материалов.