1.3 Основные технологические процессы горноперерабатывающих предприятий
Важнейшей особенностью горно-перерабатывающего производства является его естественная, природная база. Разработка месторождений полезных ископаемых, их добыча и переработка всегда требовали использования совокупности многих технических приемов, которые прошли многовековой путь развития от горного искусства до современной технологии горного производства.
Природная, база каждого месторождения характеризуется совокупностью признаков, называемых горно-геологическими условиями. Эти условия определяют специфику горно-перерабатывающих технологий и, поскольку они изменяются в очень широком диапазоне, существует большое многообразие типов горно-технологических процессов.
Таким образом, при разработке месторождения имеют дело с вероятностным характером горно-геологических факторов, и это обстоятельство определяет вероятностный характер протекания всего производственного процесса добычи полезного ископаемого, включая горнотехнологические процессы.
Другая существенная особенность горно-технологических процессов
— пространственный характер горных работ, обусловленный тем, что в рамках одного предприятия экономически целесообразно вести горные работы на нескольких пластах, рудных жилах, горизонтах, крыльях шахтного поля. Пространственность горных работ связана с необходимостью своевременной подготовки очистных забоев и одновременным ведением очистных, подготовительных и горно-капитальных работ.
Горные работы ведутся в пространстве, имеющем сотни метров по вертикали и километры в горизонтальной плоскости. В этом пространстве функционируют сотни выработок различного назначения, общая протяженность которых составляет десятки и сотни километров. На этом пространстве действуют разные технические и технологические системы и объекты [10].
Основные производственные зоны на подземных предприятиях — очистные и подготовительные забои, рассредоточенные в пространстве и соединяющиеся между собой и с поверхностью системой подземных горных выработок, представляющей собой уникальную инженерную систему, в которой осуществляется интенсивный производственный процесс добычи полезного ископаемого.
Важным отличительным фактором технологических процессов является непрерывность перемещения горных работ, определяющая в каждый момент времени неповторяющееся состояние производственной ситуации. Необходимость перемещения очистных и подготовительных забоев, вывода из эксплуатации старых и введения новых выработок предопределяет высокий уровень динамики производства во времени, повышает вероятностный характер многочисленных производственных параметров вследствие изменения не только геологических, но и технологических факторов.
Динамика технологических процессов обусловливает наличие переменного фронта работ. Основные технологические процессы развиваются в очистных и подготовительных забоях, перемещающихся в пространстве со скоростями, как правило, до нескольких метров в сутки. Перемещение фронта работ зачастую означает существенное изменение условий горных работ, а также требует наращивания основных и вспомогательных магистралей (энергетических, транспортных (транспортеров), воздушных, связи и т. п.), перемонтажа оборудования. Это нарушает технологическую непрерывность процессов и вносит постоянные помехи в функционирование отдельных систем [11].
Необходимость ведения горных работ при минимальных объемах выработок является серьезным ограничением для функционирования горной техники и обеспечения требуемых условий безопасности. Это ограничение лишь частично снимается при проведении выработок по крепким рудам, когда обеспечиваются условия для эксплуатации крупногабаритной мощной горной техники. В большинстве же случаев сжатие рабочего пространства снижает манёвренность горных работ, ограничивает эффективность и надёжность технологических процессов.
Опасность горных условий оказывает существенное воздействие на характер и параметры горнотехнологических процессов, а также на организацию горных работ. Это влияние сказывается на большом количестве различных ограничений на приемы, методы, способы, технику и организацию ведения горных работ, которые в совокупности формируются в действующих Правилах безопасности.
Сложность горного производства — основная причина относительно меньшего уровня механизации и автоматизации горно-технологических процессов. В настоящее время нет полностью автоматизированных технологических процессов; автоматизированы отдельные технические системы и звенья, например, шахтный подъем, конвейерный транспорт, вентиляция подготовительной выработки.
Динамика технологического процесса определяется рядом временных признаков. С точки зрения последовательности различают параллельное, последовательное и смешанное выполнение технологических операций. По длительности основных операций они делятся на короткие и длинные, по длительности производственного цикла — на операции с коротким, средним и длинными циклами. Важной характеристикой технологического процесса является перемещение составляющих производственного процесса — предметов и средств труда. По этому признаку выделяются три варианта:
- перемещение предметов труда, когда средства труда находятся в одном месте, а перемещается сам объект труда (например, детали и узлы при обработке и сборке);
- перемещение средств труда, когда сам объект труда неподвижен, а перемещаются средства труда (например, подъемный кран относительно строящегося здания, угольный комбайн относительно пласта);
- перемещение предметов труда и средств труда (например, электровозный транспорт полезного ископаемого).
Горно-технологические процессы классифицируются по ряду признаков:
- по характеру протекания в пространстве — общешахтные (общекарьерные), участковые, локальные;
- по характеру протекания процесса во времени — непрерывные и смешанные;
- по отношению к добываемому полезному ископаемому — основные, обеспечивающие, вспомогательные и обслуживающие [12].
Основные процессы непосредственно связаны с добычей, выдачей и обработкой ископаемого.
Обеспечивающие процессы сами по себе с действиями над продуктом труда (углем, рудой) непосредственно не связаны, их назначение — обеспечивать функционирование основных процессов. К обеспечивающим относятся процессы поддержания выработок, закладки выработанного пространства, снабжения электроэнергией, сжатым воздухом и водой, процессы вентиляции, дегазации и пылеподавления.
Вспомогательные процессы выполняются на предприятии для изготовления инструмента, мелкого оборудования, ремонта выработок, машин, механизмов, зданий и сооружений [13].
Обслуживающие процессы направлены на осуществление контроля основных и обеспечивающих процессов, обслуживание административно -хозяйственного комплекса предприятия.
Общешахтные — это такие горнотехнологические процессы, которые выполняются одновременно во всех (или в основных) выработках.
Для общешахтных процессов характерны: наличие разветвленной сети, в которой они протекают, централизованного механизма снабжения (подстанция, главный вентилятор, компрессор) и соответственно возможности централизованного управления процессом, а также иерархическая структура процесса, возможность расчленения процесса по нескольким составным частям и уровням управления, высокий уровень механизации процесса, высокая надежность.
Прежде чем приступить к разработке месторождения полезного ископаемого, необходимо определить его местонахождение и технологическую возможность, экономическую целесообразность разработки. Для решения этой задачи проводят геологоразведочные работы, включающие в себя этапы поиска и разведки.
Поиском называются работы, цель которых — отыскание месторождений полезных ископаемых и их предварительная оценка, т.е. установление целесообразности продолжения дальнейших разведочных работ [14].
Разведкой называют комплекс работ по определению основных элементов залегания полезного ископаемого, его качества и количества, т.е. запасов, типа окружающих пород, особенностей гидрогеологии месторождения, его газоносности и других условий залегания.
По стадии проведения, степени детальности и полноты изучения месторождения разведка делится на предварительную, детальную и эксплуатационную, причем последняя выполняется в процессе разработки месторождения полезного ископаемого.
Геологоразведочные работы осуществляют путем проведения различных горных выработок (скважин, канав, шурфов, штолен и др.) и геофизическими методами.
Разведка месторождений сопровождается подсчетом запасов полезных ископаемых.
В зависимости от степени разведанности условий залегания месторождения или его части, изученности качества минерального сырья запасы разделяют на категории А, В, С1, С2.
К категории А относят запасы, по которым полностью закончены геологоразведочные работы на рассматриваемой территории, полностью выявлены условия залегания полезного ископаемого, его природные типы и сорта, их соотношения и пространственное положение, технологические свойства.
К категории В относят запасы с выявленными основными особенностями условий залегания, природными типами и промышленными сортами полезного ископаемого без точного установления пространственного положения каждого типа, с выясненными основными технологическими свойствами полезного ископаемого и главными природными факторами, определяющими условия ведения горноэксплуатационных работ.
К категории С1 относят запасы, примыкающие к контурам запасов категорий А и В. Для них изучены в общих чертах условия залегания, природные типы, качество, технологические свойства и другие факторы, определяющие постановку детальных разведочных и исследовательских работ.
К категории С2 относят запасы с условиями залегания и распространения полезного ископаемого, определенными по геологическим и геофизическим данным и подтвержденными посредством вскрытия месторождения полезного ископаемого в отдельных его точках или по аналогии с изученными участками месторождения.
Запасы, установленные на основе общих геологических представлений, называют прогнозными запасами [15].
Все подсчитанные запасы, которые включают общее количество полезных ископаемых, выявленных при разведке месторождения, называют геологическими. Запасы, использование которых экономически целесообразно и удовлетворяет кондициям, установленным для их подсчета, называют балансовыми. Запасы полезных ископаемых, извлечение которых при современном состоянии технологии добычи и переработки нецелесообразно, называют забалансовыми. При проектировании горных предприятий определяют промышленные запасы, представляющие собой количество полезного ископаемого, которое может быть добыто из разведанного месторождения. Разница между балансовыми и промышленными запасами представляет собой планируемые потери полезного ископаемого.
Для разработки месторождений полезных ископаемых в зависимости от горно-геологических условий залегания и свойств пород и полезных ископаемых применяют различные технологии: подземную, открытую, скважинную и подводную.
Под технологией понимают совокупность производственных процессов, выполняемых во взаимной связи во времени и пространстве. Вместо термина «технология» применяется также термин «способ разработки месторождения полезных ископаемых». Соответственно различают подземный способ разработки месторождений, открытый способ и т.д.
Основные компоненты технологии разработки месторождений полезных ископаемых: