Развитие фотолинейного метода определения гранулометрического состава угля при открытой разработке месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.11, кандидат технических наук Самусев, Павел Александрович

• Самусев, Павел Александрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Самусев, Павел Александрович

Введение

Глава 1. Анализ факторов, определяющих гранулометрический 9 состав угля, и моделей его прогноза

1.1. Актуальные аспекты увеличения выхода сортовых углей

1.2. Факторы, определяющие гранулометрический состав угля

1.3. Анализ уравнений, которые характеризуют грануломет- 31 рический состав продуктов дробления

Выводы

Глава 2. Разработка метода прогноза гранулометрического состава 40 угля

2.1. Фотолинейный метод измерения гранулометрического 40 состава

2.2. Прогноз гранулометрического состава угля

2.3. Проверка математической модели в лабораторных уело- 45 виях

2.4. Проверка математической модели в промышленных уело- 53 виях на ЗАО «Черниговец»

2.5. Проверка математической модели в промышленных уело- 58 виях на ОАО «Разрез Листвянский»

2.6. Выбор метода обработки фотопланограмм

Выводы

Глава 3. Влияния звеньев технологической цепи на грануломет- 74 рический состав угля

3.1. Влияние взрывных работ на гранулометрический состав

3.2. Исследование динамики гранулометрического состава угля в промышленных условиях на ОАО «Разрез Сартаки»

3.3. Исследование динамики гранулометрического состава 92 угля в промышленных условиях на ОАО «Разрез Лист-вянский»

3.4. Трудоемкость стандартного и фотолинейного анализа 106 гранулометрического состава

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие фотолинейного метода определения гранулометрического состава угля при открытой разработке месторождений»

Актуальность работы. В настоящее время важнейшей задачей, стоящей перед угольной промышленностью, является повышение качества добываемого угля и удовлетворение спроса различных потребителей на сортовой уголь. Потребность в крупно-средних классах (+ 13 мм) угля Кузнецкого бассейна, по данным ЦНИЭИуголь, составляет 45 млн.т., в то время как производится лишь около 10 млн.т. Дефицит сортовых углей у потребителей восполняется рядовыми углями.

Гранулометрический состав угля необходимо рассматривать как совокупный результат воздействия геолого-генетических и горнотехнических факторов.

Разработке способов увеличения выхода крупно-средних классов угля должен предшествовать тщательный анализ процесса его измельчения во всех звеньях технологической цепи. Получение исходной информации для такого анализа сопряжено с большими затратами ручного труда на отбор и обработку проб, так по нормам времени на отбор эксплута-ционной пробы по ГОСТ 16094-78 и ситовый рассев по ГОСТ 2093-82 (при крупности максимального куска +200 мм) требуется минимум 2630 чел.-мин. В некоторых случаях пробы невозможно отобрать по условиям техники безопасности или вследствие отсутствия доступа к транспортному потоку. Поэтому необходимо разработать метод, позволяющий быстро и с достаточной точностью определять гранулометрический состав добываемого угля на всех стадиях технологического процесса. Этому посвящена настоящая работа, непосредственно связанная с важнейшими задачами угледобывающих предприятий и запросами потребителей угля.

Цель работы состоит в разработке экспресс-метода оценки гранулометрического состава угля в различных звеньях технологического процесса для снижения трудоемкости ситового анализа.

Идея работы заключается в разработке модели прогноза гранулометрического состава угля, минимизирующей ошибки фотолинейного метода получения эмпирической информации. Задачи исследований:

• разработка аналитической модели гранулометрического состава угля;

• разработка методики оперативного определения гранулометрического состава угля;

• исследование влияния различных технологических процессов добычи на гранулометрический состав угля.

При выполнении диссертационной работы использованы следующие методы исследований:

• ситовый метод определения гранулометрического состава угля;

• фотолинейный метод определения гранулометрического состава угля;

• методы статистического анализа эмпирической информации;

• построение и проверка адекватности математических моделей;

• методы обработки фотопланограмм кусковатых смесей.

Научные положения, выносимые на защиту:

• параметр формы степенного распределения диаметра частиц угля, количественно отражающий условия получения репрезентативной выборки по измерениям на фотопланограмме, обладает незначительной вариацией с центром рассеяния, равным 0,2;

• при взрывном дроблении угольного пласта с нормативным удельным расходом ВВ содержание фракции (- 13мм) возрастает от 10-12% до

25-30%;

• на содержание мелких фракций (-13 мм) значимое влияние оказывают выемочно-погрузочные работы в забое и перегрузочно-складские работы, которые увеличивают выход фракции (- 13 мм) соответственно с 10 до 30 % и с 30 до 40 %.

Научная новизна:

• разработана аналитическая модель прогноза гранулометрического состава угля;

• разработана методика определения гранулометрического состава угля по фотопланограммам, минимизирующая ошибки линейного метода определения гранулометрического состава;

• установлены количественные преобразования гранулометрического состава угля в технологической цепи при открытой разработке месторождений.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается:

• достаточным объемом эмпирической информации, полученной в промышленных условиях;

• применением методов статистического анализа экспериментальных данных;

• результатами проверки адекватности полученных математических моделей.

Личный вклад автора состоит:

• в построении вероятностной модели гранулометрического состава угля;

• в разработке методики оперативного определения гранулометрического состава угля с использованием фотопланограмм;

• в определении значимости влияния различных технологических процессов на гранулометрический состав угля;

• в исследовании динамики изменения гранулометрического состава угля в технологической цепи открытой разработки.

Практическая ценность работы заключается в том, что реализация методики оперативного определения гранулометрического состава угля позволяет в 20 раз снизить трудоемкость определения гранулометрического состава угля в условиях действующего предприятия; повысить надежность прогноза выхода сортовых углей в товарной продукции разреза по данным фотопланограмм на различных участках технологического процесса; выбирать наиболее оптимальные технологические решения по добыче угля с точки зрения увеличения выхода крупно-средних классов.

Полученная математическая модель прогноза гранулометрического состава угля позволила реализовать метод оперативного определения гранулометрического состава угля.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Второй Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 1997), на Третьей Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 1999), 8 на научно-технических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов КузГТУ (г. Кемерово, 1998, 1999, 2000).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав основного текста и заключения, изложена на 125 стр., в том числе: 36 рисунков, 25 таблиц, список литературы из 72 наименований и приложения.

Заключение диссертации по теме «Физические процессы горного производства», Самусев, Павел Александрович

Основные выводы, полученные в ходе выполнения работы, заключаются в следующем:

1. Выявлены особенности формирования гранулометрического состава угля, которые состоят в том, что угли, добытые открытым способом, содержат в забое 60-80% крупно-средних классов угля. Однако их выход в товарной продукции разрезов составляет от 25 до 50%. При открытой разработке угольных месторождений есть резерв увеличения выхода крупносредних классов угля при выборе оптимальных технологических решений по его добыче.

2. В формировании гранулометрического состава угля основную роль играют геолого-генетические и горно-технические факторы.

3. Построена прогнозная вероятностная модель описания гранулометрического состава угля, позволяющая нейтрализовать ошибки линейного метода получения эмпирической информации, при котором на поверхности дисперсной системы в силу перекрытия происходит недооценка содержания мелких частиц и переоценка крупных, а измерения производятся лишь некоторой фракции (+х0) при этом более мелкие фракции не учитываются.

4. Экспериментальными исследованиями в промышленных условиях установлено, что параметр формы степенного распределения диаметра частиц угля, количественно отражающий условия получения репрезентативной выборки (учитывающий эффект размерности выборочного пространства) по измерениям на фотопланограмме, обладает незначительной вариацией с центром рассеяния, равным 0,2.

5. Предложенная в диссертационной работе методика оперативного определения гранулометрического состава угля с использованием фото-планограмм, минимизирует ошибки линейного метода получения эмпирической информации. При этом ошибка прогноза не превышает 8% по сравнению с ситовым методом.

6. При взрывном дроблении угольного пласта с нормативным удельным расходом ВВ содержание фракции (-13 мм) возрастает от 10-12% до 25-30%.

7. При исследовании динамики гранулометрического состава угля в технологической цепи установлено, что на содержание мелких фракций (-13 мм) значимое (на уровне значимости 0,05) влияние оказывают вы-емочно-погрузочные работы в забое и перегрузочно-складские работы, которые увеличивают выход фракции (-13 мм) соответственно с 10 до 30% и с 30 до 40%.

8. Предложенная методика позволяет в 20 раз снизить трудоемкость определения гранулометрического состава угля, по сравнению с ситовым методом, в условиях действующего предприятия и повысить надежность прогноза выхода сортовых углей в товарной продукции разреза по данным фотопланограмм.

9. Результаты исследований позволяют разрабатывать рекомендации по уменьшению переизмельчения угля, в частности, путем изменения технологических схем ведения добычных работ, выбору технологии и оборудования для ведения перегрузочно-складских работ, а также технологической цепи дробильно-сортировочных комплексов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится новое решение актуальной задачи по оперативной оценке гранулометрического состава каменного угля в различных звеньях технологического процесса добычи, обеспечивающей снижение трудоемкости гранулометрического анализа, что имеет существенное значение для угольной промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Самусев, Павел Александрович, 2000 год

1. Агроскин A.A. Физические свойства угля. - М.: Металлургиздат, 1971.-300с.

2. Аммосов И.И. Зона окисления углей. М.: Наука, 1965. - 92с.

3. Аммосов И.И., Еремин И.Р. Трещиноватость углей.- М.: АН СССР, i960,- 109с.

4. Аммосов И.И., Ерешин И.В., Бабинкова Н.И. Петрографические особенности и свойства углей.- М.: Изд-во АН СССР, 1963,- 380с.

5. Аммосов И.И., Тан Сю и. Стадия изменения углей и парагенетиче-ских отношений горючих ископаемых. - М.: АН СССР, 1961. - 119с.

6. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1980. - 415с.

7. Артемов A.B., Семененко В.К. Ориентационные явления при увлажнении ископаемых углей// Химия твердого топлива.- 1973,- №5,- С. 1417.

8. Арцер A.C., Протасов С.И. Угли Кузбасса: происхождение, качество, использование. Кн.1 /Кузбас. гос .техн. ун-т,- Кемерово, 1999.- 177с.

9. Арцер A.C., Протасов С.И. Угли Кузбасса: происхождение, качество, использование. Кн.2 / Кузбас. гос .техн. ун-т.- Кемерово, 1999.- 168с.

10. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения.- М.: Изд-во АН СССР,i960,- 97с.

11. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Контактная прочность горных пород.-М.:Недра, 1966,-228с.

12. Барон Л.И., Коняшин Ю.Г., Курбатов В.М. Дробимость горных пород.- М.: Изд-во АН СССР,1970,- 136с.

13. Барон JI.И., Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке -М.: Недра, 1996.- 136с.

14. Барон Л.И., Лозгунов Б.М., Позин Е.З. Определение крепости горных пород.-М.: Госгортехиздат,1972.- 331с.

15. Батугин С.А., Бирюков A.B., Кылатчанов P.M. Гранулометрия геоматериалов.-Новосибирск: Наука, 1989.- 172с.

16. Беляков Ю.И. Выемочно-погрузочные работы на карьерах. М.: Недра, 1987.-268с.

17. П.Бирюков A.B. Линейная гранулометрия и ситовый анализ// Вестник КузГТУ- 1998.-№4.-С. 15-16.

18. Бирюков A.B. Эффект размерности в гранулометрии горных пород// Известия ВУЗов. Горный журнал.- 1996,- № 2,- С. 1-2.

19. Бирюков A.B., Кузнецов В.И., Ташкинов A.C. Статистические модели в процессах горного производства.- Кемерово: Кузбассвузиздат,1996.-228с.

20. Бирюков A.B., Протасов С.И., Самусев П.А. Некоторые вопросы гранулометрии// Вестник КузГТУ,- 1998,- № 1.- С.27-28.

21. Бирюков A.B., Протасов С.И, Самусев П.А. Прогнозирование гранулометрического состава угля// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Тез. докл. второй Междунар. науч.-практ. конф.// Кузбас. гос. техн. ун-т. Кемерово, 1997. 4.1. - С. 165-166.

22. Борисенко A.A., Ковалев О.В Определение прочности угля в массиве // Технология добычи угля подземным способом: Сб. № 7 (19). М.: Недра, 1968.-С. 42-47.

23. Борисов К.П. Прогноз гранулометрического состава по геолого-генетическим признакам угля. Автореферат на соискание уч-й степени д.т.н. / ИОТТ.- Люберцы, 1981.- 21с.

24. Борисов К.П., Ерешин Н.В. Прогнозирование грансостава спекающихся углей по геолого-генетическим признакам// Химия твердого топлива.-1981,-№3,-С. 115-129.

25. Брунс С.А., Кузмич И.А., Григорьев В.Л. Прочностные свойства массива // Уголь . 1972. - № 6. - С. 10 - 11.

26. Воронков В.П. Характеристика крепости антрацита // Обогащение и брикетирование угля.-1970,- №5.- С.9-11.

27. Воронов В.П., Жуков П.П. Методы прогнозирования ситового и фракционного состава углей,- М.: Недра,1997.- 136с.

28. ГОСТ 16094-78. Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Метод отбора эксплутационных проб. М.: Госстандарт, 1978. - 4с.

29. ГОСТ 2093 — 82. Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава. —М.: Госстандарт, 1982. 24с.

30. ГОСТ 25543-88. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. -М.: Госстандарт, 1988.- 19с.

31. Гречухин В.В. Петрофизика угленосных формаций.- М.: Недра, 1990.-472с.

32. Дупак Ю.Н., Любин Г.А. Некоторые особенности развития дизьюнк-тивов и связанной с ними трещиноватости. Труды ВНИМИ // Шахтная геофизика и геология: Сб. 94. Л., 1974. - С. 131 - 135.

33. Еремин И.В., Лебедев В.В., Цикарев Д.А. Петрография и физические свойства углей,- М.: Недра, 1980,- 263с.

34. Закс Jl. Статистическое оценивание.- М.: Статистика, 1976.

35. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975. - 422с.

36. Земляков Б.А. Закономерности фракционного и ситового состава углей // Обогащение и брикетирование углей,- 1972,- №3.- С. 17-19.

37. Земляков Б.А. Исследование закономерностей гранулометрического и качественного состава угля и их использование для прогнозирования характеристик обогатимости угля // Отчет по НИР,- Винница, 1975.-167с.

38. Карташова Л.П., Икрамова Л.П. Сравнение крупности углей шахт и разрезов // Обогащение и использование угля. Кемерово, 1968,- С. 397- 403.

39. Корякин А.И., Федотенко СМ., Протасов С.И. Формирование качества угля при открытой угледобыче: Учеб. Пособие / Филиал изд-ва Томского ун-та при Кемеровском ун-те .- Кемерово, 1991,- 156с.

40. Качественная характеристика углей Кузбасса. Этап: Исследование свойств витрена и дюрена некоторых пластов Кузбасса: Отчет о НИ-ИР / КузНИУИ Прокопьевск, 1958 . -210с.

41. Кривченко A.A., Андреева М.Ф. Влияние механической прочности угля на степень его измельчения при различных способах выемки // Гидравлическая добыча угля. Реф. сб. №4 (26).- М.: Недра, 1965. -С.7-13.

42. Лесин Ю.В., Гоголин В.А. Математическое моделирование упаковки частиц массивов разрушенных горных пород // Изв.вузов. Горн. жур. -1987.-№3.-С.7-10.

43. Лифанов E.B. К вопросу влияния воды на процесс самоокисления каменных углей // Химия твердого топлива. 1970. - № 3. - С. 150.

44. Малинин С.И. О связи между стадиями изменения углей и вмещающих пород // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1973. - № 2. - С. 84 - 92.

45. Маркус М.Н. Исследование ситового состава при различных способах отбойки угля // Вопросы гидравлической добычи угля. Труды ВНИИ-Гидроугля. Выпуск XIII (дополнительный). -Новокузнецк, 1973. -С.86-92.

46. Марюта А.Н., Качан Ю.Г. Автоматический контроль гранулометрического состава сыпучих материалов.- Киев, Донецк: Вища школа, 1977,- 120с.

47. Матвеев А.К. Метаморфизм углей : комплексный природный процесс. История и методология естественных наук. Вып. XIII. Геология / МГУ.-М., 1974.-45с.

48. Менц И., Майкснер X., Хан A.C. Определение кусковатости отбитой руды по результатам численной обработки фотоснимков// Горный журнал.-1990,- №3.- С.53 54.

49. Методика оценки и классификация показателей разрушаемое™ угольных пластов основных бассейнов СССР/ ИГД им. A.A. Скочин-ского.- М., 1978,- 192с.

50. Могильный С.Г., Беликов И.Л., Ахонина Л.И., Брежнев Д.В., Бордю-ков М.П. Фотограмметрия в горном деле. — Киев; Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1985. 278с.

51. Нормы времени и нормативы численности повременно оплачиваемых рабочих, занятых отбором, обработкой и лабораторными испытаниями проб угля (сланца) и продуктов их обогащения. М.: Мин - во угольной промышленности СССР, 1987. - 49с.

52. Овчинников С.В. Исследование прочности и прогнозирование измельчения коксующихся углей в процессе обогащения: Автореф. дис. на соискание уч. степени к.т.н,- М.: ИОТТ, 1978. 22с.

53. Особенности открытой добычи и переработки углей сложноструктур-ных месторождений Кузбасса / Паначеев И.А., Нецветаев А.Г., Цепи-лов И.И., Удовицкий В.И.- Кемерово: Кузбассвузиздат,1997,- 220с.

54. Паначев И.А., Бирюков А.В. Об энергоемкости дробления горных пород // Изв. вузов. Горн. Журнал. 1986. - №2.- С.44 - 46.

55. Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами,- М.: Наука, 1972,- 238с.

56. Позин Е.З., Меламед В.З., Азовцева С.М. Измельчение углей при резании.-М.: Наука, 1977,- 138с.

57. Позин Е.З., Меламед В.З., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами .- М.: Недра, 1984,- 286с.

58. Позин. Е.З., Меламед В.З. Основы инженерного расчета гранулометрического состава угля, разрушенного резанием// Уголь.- 1971.- №10.-С.1.

59. Разработать и внедрить методику прогноза гранулометрического состава по геолого — генетическим признакам угля: Отчет о НИР / Куз-НИИУглеобогащение. Прокопьевск, 1979,- 74с.

60. Разработка математических методов прогнозирование ситового и фракционного состава углей с применением ЭВМ: Отчет о НИР/ ВНТИЦ. -М.,1978. 131с.

61. Раткулин И.Я., Геблер И.И., Решетко А.Н. О статистических связях между отражательной способностью витринита и качеством угля Алдане Чульманского района // Химия твердого топлива. - 1970,- № 3. -С. 141.

62. Резание угля / Берон А.И., Казанский A.C., Лейбов Б.М., Позин Е.З. .М.: Госгортехиздат,1962,- 439с.

63. Рыжков Ю.А., Волков А.Н., Гоголин В.А. Механика и технология формирования закладочных массивов. М.: Недра, 1985. - 191с.

64. Самусев П.А. Исследование влияния технологических процессов добычи угля на его грансостав // Вестн. КузГТУ.- 1999.- №2,- С.50-51.

65. Самусев П.А. Сравнение методов обработки фотопланограмм // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Тез. докл. Третьей Ме-ждунар. науч.-практ. конф.// Кузбас. гос. техн. ун-т. Кемерово, 1999. -С. 219-220.

66. Совершенствование угольных складов разрезов Кузбасса: Отчет о НИР / Кузбас. политехи, ин-т. Кемерово, 1981. - 258с.

67. Фадеенков H.H. Об аналитическом описании грансостава взорванной массы горной породы с учетом предварительной трещиноватости // Физ.-технич. проблемы разраб. полезн. ископаемых,- 1975.- №2,- С. 61-63.

68. Фролов А.Г. Определение параметров выемочных комбайнов, обеспечивающих повышенный выход крупных классов угля и наименьшее пылеобразование / ИГД им.A.A. Скочинского,- М.,1968,- 82с.

69. Хесин A.M. Статистические связи между характеристиками измельчаемое™ угля // Уголь. 1968.-№ 2.- С.63-64.119

70. Хорешок A.A. Разработка и создание рабочих органов выемочных машин для улучшения сортового состава добываемого угля: Диссертация на соискание уч. степени д. т. н. Кемерово, 1990. - 350с.

71. Шарин В.В. От площадного распределения к объемному // Горный журнал.-1992,- № 6,- С.61-62.

72. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламанов В.А., Петров А.И. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: Справочник. М.: Недра, 1994. - 447с.120