Введение к работе
Актуальность работы. В условиях рыночных отношений угледобывающим предприятиям, отправлявшим ранее уголь на обогатительные фабрики , становится выгодным выдавать не сырье (рядовой уголь), а осуществлять его обогащение и сортировку непосредственно на объекте. В особенности , это касается разрезов, имеющих высокую производительность, управляемую сырьевую базу и возможность активного воздействия на параметры (сортность и зольность) конечного продукта переработки.
Существующие подходы к определению параметров избирательного дробления, породовыборки и сортировки угля в недостаточной степени учитывают их связь с такими важными физическими характеристиками горной массы как крепость, влажность, качественный и гранулометрический состав сырья, поступающего на обогащение и сортировку. Это создает трудности при выборе технологически и экономически целесообразных режимов углеобогащения.
Получение максимальной прибыли от переработки горной массы требует научно обоснованных методов прогнозирования, увязки и совместного регулирования параметров технологических процессов, обеспечивающих настройку системы "выемка-переработка-сортировка угля" на достижение необходимых качественно-количественных значений физических параметров, исходя из экономических интересов разрезов. В этой связи тема диссертации является актуальной.
Работа выполнена в рамках общегосударственной программы "Энергетическая стратегия России", придерживается "Основных принципов санации и закрытия нерентабельных шахт и разрезов угольной промышленности России" и «Схемы развития и размещения угольной промышленности России на период до 2010 года.» (директивные материалы
государственной компании "Росуголь") , а также связана с выполнением хоздоговорных работ с разрезами АООТ "Кузбассразрез-уголь".
Целью диссертации является повышение эффективности работы разрезов за счет приобъектной переработки горной массы, параметрически увязанной с сырьевой базой, условиялш обогащения и требованиями по качеству угля.
Идея работы заключается в использовании зависимостей гранулометрического состава и зольности угля от параметров сырьевой базы и технологии переработки горной массы для управления процессами формирования его качества.
Задачи исследований:
установить зависимость эффективности избирательного дробления и породовыборки от состава, прочностных характеристик и влажности исходной горной массы;
определить влияние физических и технологических параметров процессов дробления и грохочения горной массы на гранулометрический состав и распределение зольности в продукте переработки;
обосновать критерии адаптации технологических процессов системы "выемка - переработка - сортировка угля" к требованиям по качеству продукции;
разработать методику прогнозирования параметров углепотока в технологической цепи переработки горной массы;
обеспечить оптимальную параметрическую адаптацию элементов технологического процесса переработки горной массы к вариации сырьевой базы и требованиям по качеству угля.
Методы исследований:
системный анализ для выявления управляемых параметров в технологической цепи "выемка-переработка-сортировка угля" ;
использование энергетических законов дробления и породовыборки, уравнений баланса, к- теоремы и корреляционного анализа для установления физических закономерностей и технологических параметров переработки горной массы ;
методы теории адаптации сложных систем для обоснования критериев управляемости технологическими процессами переработки горной массы;
математическое моделирование для разработки методики прогнозирования физических параметров углепотока в технологической системе;
методы исследования операций для адаптации элементов технологии к вариации сырьевой базы и требованиям по качеству угля.
Научные положения выносимые на защиту :
избирательность гравитационно-центробежного дробления
двухкомпонентного материала «уголь-порода» зависит от отношений коэффициентов крепости и плотности его составляющих; функция распределения гранулометрического состава угля зависит от тех же физических параметров и связана с техническими характеристиками и режимом работы дробильного комплекса;
влияние влажности на эффективность грохочения и разделения горных пород проявляется через два механизма: во-первых, с увеличением влажности увеличивается коэффициент трения сыпучих материалов, что затрудняет просыпание мелочи в подрешетный продукт ; во-вторых, наличие поверхностной влаги вызывает слипание частиц и их налипание на крупные куски породы, увеличивая ее угленосность;
распределение зольности угля после избирательного дробления зависит от отношения плотностей и коэффициентов крепости породы и угля; при этом возможны варианты, когда уголь будет иметь повышенную золь-
ность крупных классов, повышенную зольность мелких классов, минимум ее в средних классах;
зависимость производительности гравитационно-центробежного дробления и грохочения от физических и конструктивно-технических параметров позволяет выбирать методы и прогнозировать результаты управления технологическими процессами переработки угля;
критерий адаптации процессов и подсистем переработки и сортировки угля отражает степень соответствия физических параметров продукта обогащения внешним требованиям к его качеству , обладает свойствами безразмерное и нормированное, технологичности и устойчивости, что позволяет использовать критерий для решения широкого класса технологических и экономических задач;
методика расчета и прогнозирования качественно-количественных значений физических параметров технологических процессов переработки горной массы является основой для управления и оптимизации в системе «выемка-переработка-сортировка угля».
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается :
применением классических уравнений, методов и законов (уравнений баланса масс, к- теоремы, законов дробления) при установлении физических закономерностей формирования связи параметров сырьевой базы и конечного продукта переработки;
высокими (более 0,9) коэффициентами корреляции в выявленных закономерностях избирательного дробления и грохочения угля;
качественным соответствием результатов математического моделирования и оптимизации практическим представлениям о рациональности параметров технологии;
положительными результатами внедрения технологии переработки горной массы на разрезе "Ерунаковский".
Научная новизна работы заключается:
в установлении связи избирательности дробления и эффективности пороловыборки с составом, прочностными характеристиками и влажностью исходной горной массы;
в оценке влияния физігческих и технологических параметров горной массы и процессов переработки на закономерности распределения гранулометрического состава и зольности угля;
в декомпозиции технологической системы и выявлении связей, по которым осуществляется адаптация процессов выемки, переработки и сортировки к физическим параметрам сырьевой базы и требованиям по качеству угля;
в обосновании структуры, параметрического содержания и методов расчета критерия адаптации технологически процессов к требованиям по качеству угля;
в разработке методики прогноза параметров углепотока в технологической цепи «выемка-переработка-сортировка угля»;
в обосновании рациональных параметров процесса переработки горной массы с учетом требований по качеству угля.
Личный вклад автора состоит:
в установлении зависимости параметров избирательного дробления и породовыборки от состава, прочностных характеристик и влажности угля;
в установлении связи физических параметров исходной горной массы и продукта переработки с технологическими параметрами системы избирательного дробления и породовыборки;
в обосновании критерия адаптации технологических процессов и подсистем к физическим параметрам сырьевой базы и требованиям по качеству угля;
в разработке методики прогнозирования параметров углепотока в технологической цепи «выемка-переработка-сортировка угля»;
в разработке методов и моделей адаптации технологических процессов и подсистем к параметрам исходного и конечного продуктов переработки;
в обосновании параметров и апробации технологии переработки горной массы на разрезе «Ерунаковский».
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты исследований позволяют:
определять эффективность породовыборки при избирательном дроблении и грохочении горной массы;
прогнозировать качественно-количественные параметры углепотока при обогащении и сортировке угля;
управлять параметрами переработки горной массы в соответствии с требованиями по качеству угля.
Реализация работы. Результаты исследований и практические рекомендации использованы:
при разработке ТЭО для дробильно-сортировочного комплекса с породовыборкой на разрезе «Ерунаковский»;
при выборе и регулировании параметров обогащения угля в ходе эксплуатации перерабатывающего комплекса;
в учебном процессе кафедры РПМ СибГГМА при курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы . Основные научные положения и практические выводы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры РПМ СибГГМА (1996,1997г., -г.Новокузнецк); на третьей Мелсдународной
научно-практической конференции "Перспективы развития
горнодобывающей промышленности" (23-26 апреля 1996г., г.Новокузнецк); на первой Международный конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (19-20 ноября 1996г., - г.Новокузнецк ).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано восемь печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованной литературы из 73 наименований, содержит 128 страниц , в том числе 14 таблиц и 18 рисунков.