Усреднение качества

УСРЕДНЕНИЕ КАЧЕСТВА полезных ископаемых (а. blending of minerals; н. Vergleichmassigung der Mineralien; ф. homogeneisation des mineraux utiles; и. homogeneizacion) — совокупность технологических и организационных мероприятий, проводимых с целью обеспечения необходимого постоянства качества твёрдых полезных ископаемых в процессе их добычи и первичной переработки.

Усреднению подвергают руды чёрных и цветных металлов, горно-химическое сырьё, ископаемые угли и другие полезные ископаемые. Необходимость усреднения качества возникает при существенной изменчивости показателей качества полезных ископаемых, поступающих на переработку, т.к. их нестабильность отрицательно влияет на технологию переработки и её экологические последствия. При переработке неоднородных по качеству полезных ископаемых снижаются извлечение полезных компонентов и выход конечной продукции, возрастают потери и материально-трудовые затраты. Рост затрат, например, в цветной металлургии и химической промышленности происходит за счёт перерасхода электроэнергии и реагентов, снижения производительности печей; в теплоэнергетике — за счёт повышения выхода CO₂ в отходящих газах, снижения сроков эксплуатации котлов и избытка дутья.

Показатели качества полезных ископаемых, подлежащие усреднению, в зависимости от вида и типов полезных ископаемых, их особенностей и технологии переработки различны. Наиболее часто усредняют полезные ископаемые по содержанию основного полезного компонентта (металла, соединения, минерала), гранулометрическому составу, плотности, содержанию вредных примесей.

Для количественной оценки колеблемости показателей качества полезных ископаемых пользуются в основном вероятностно-статистическими характеристиками: размахом колебания, математическим ожиданием, средним квадратическим отклонением, коэффициентом вариации, средними и максимальными периодами колебаний и др. При этом степень усреднения полезных ископаемых в процессе горных работ, а также при проведении специальных мероприятий определяется по формуле: Kys1s2 или n=(1- s2/s1)•100%, где s1 и s2 — среднеквадратические отклонения показателя качества руды до и после усреднения. В технологической цепи горного производства общий коэффициент усреднения устанавливается как произведение показателей усреднения в отдельных звеньях. В ряде случаев учитываются не только амплитудные, но и частотные характеристики усреднительного процесса.

Усреднение качества осуществляется перемешиванием порций полезных ископаемых разного качества. Механизм процесса усреднения при этом описывается методами теорий вероятности и случайных функций. На адекватность модели решающее влияние оказывает достоверность информации о фактических значениях показателей качества полезных ископаемых в недрах и на разных стадиях процесса добычи. В результате управляющие действия базируются на вероятностной картине процесса, для чего выявляются парные и множественные корреляционные связи. Наиболее полно и стройно процессы усреднения описываются методами теории случайных функций.

Усреднение качества включает в себя как технологические мероприятия горного производства, обеспечивающие благоприятные условия для смешивания, и усреднение качества в процессе добычи (изменения системы разработки и её параметров, средств механизации, общей технологии, схемы добычи и первичной переработки полезных ископаемых), так и организационно-управляющие действия. Начинается процесс усреднения качества с перспективного и текущего планирования горных работ и продолжается при оперативном управлении. При планировании в соответствии с плановыми объёмами и качеством полезных ископаемых устанавливают направление развития горных работ и конкретные участки и блоки месторождения, подлежащие отработке в планируемые календарные сроки (вплоть до суточных и сменных). При оперативном управлении регулируется нагрузка на забои в зависимости от достигнутого объёма и качества полезных ископаемых в участковых и общерудничных грузопотоках и фактического качества руды в забоях. Одновременно формируют транспортные рудопотоки, обеспечивая необходимое смешивание полезных ископаемых в участковых и общерудничном звеньях. В третью стадию усреднение качества производится во внутрирудничных (внутрикарьерных) усреднительных складах, при аккумулировании полезных ископаемых в рудоспусках, камерах околоствольного двора, а также в бункерах и штабелях на поверхности. Четвёртая стадия усреднения качества осуществляется с дроблёным материалом на усреднительных дворах обогатительных фабрик с помощью усреднительных машин. В заключительной, пятой стадии усредняют измельчённую руду и промпродукты в жидкой фазе.

Для планирования и оперативного управления используются математические методы исследования операций — имитационное моделирование, линейное и нелинейное программирование и др. При этом устанавливают наиболее вероятную картину распределения во времени качества полезных ископаемых по забоям, исходя из чего определяют объёмы добычи из каждого забоя и соответственно количество погрузочных и доставочных средств, резервные забои и оборудование. На первых стадиях усреднения качества ставится цель снятия наиболее высоких амплитуд колебаний качества в календарные сроки, на заключительных стадиях регулируют наиболее малоамплитудные высокочастотные колебания, для чего используют различные смесители, усреднительные штабели, бункеры, ёмкости для пульп и силосы для измельчённого материала. Смешивание материала в усреднительных устройствах естественное либо принудительное. Принудительное смешивание необходимо, когда существенно проявляется сегрегация качества полезных ископаемых.

Мероприятия по усреднению качества усложняют и удорожают технологию горных работ, т.к. при этом снижается валовая производительность горного и транспортного оборудования, возникают дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. Поэтому усреднение качества экономически целесообразно в случаях, если экономический эффект от его применения превышает суммарные дополнительные затраты в сфере добычи и переработки полезных ископаемых. При этом нужно учитывать, что за счёт усреднения качества можно улучшить использование запасов полезных ископаемых путём рационального использования более бедных руд.