Содержание статьи
- Основы прогнозирования выхода фракций щебня
- Методы ситового анализа взорванной породы
- Грансостав после буровзрывных работ
- Моделирование процессов дробления
- Статистические коэффициенты распределения
- Практические расчеты прогнозирования
- Оптимизация схем дробления
- Современные технологии контроля грансостава
- Часто задаваемые вопросы
Основы прогнозирования выхода фракций щебня
Прогнозирование выхода товарных фракций щебня по грансоставу взорванной породы представляет собой комплексную технологическую задачу, решение которой позволяет оптимизировать производственные процессы на дробильно-сортировочных заводах. Этот метод базируется на детальном анализе крупности кусков горной массы после буровзрывных работ и моделировании последующих процессов механического дробления.
Основная цель прогнозирования заключается в определении количественного выхода щебня различных фракций до начала процесса переработки. Это позволяет заранее планировать загрузку оборудования, регулировать параметры дробильных установок и обеспечивать оптимальный баланс между производительностью и качеством конечной продукции.
Процесс прогнозирования включает несколько последовательных этапов: определение исходного гранулометрического состава взорванной породы, применение математических моделей дробления для каждой фракции, суммирование результатов и корректировку технологических параметров. Современные методы прогнозирования используют статистические коэффициенты, полученные на основе многолетних производственных данных и экспериментальных исследований.
Методы ситового анализа взорванной породы
Ситовой анализ является фундаментальным методом определения гранулометрического состава взорванной горной массы. Этот метод заключается в просеивании представительной пробы материала через набор стандартизированных сит с постепенно уменьшающимися размерами ячеек. Для щебеночного производства применяется классификация по фракциям согласно ГОСТ 8267-93.
| Фракция, мм | Наименование | Характеристика | Применение |
|---|---|---|---|
| 0-5 | Отсев | Пылевидные и мелкие частицы | Строительные смеси, декоративные работы |
| 5-10 | Мелкая фракция | Мелкий товарный щебень | Бетон высоких марок, асфальтобетон |
| 10-20 | Мелкая товарная | Наиболее востребованная фракция | Бетон, асфальтобетон, дорожное строительство |
| 20-40 | Средняя товарная | Универсальная строительная фракция | Фундаменты, железобетонные конструкции |
| 40-70 | Крупная товарная | Для массивных сооружений | Промышленное строительство, габионы |
| 70-120 | Крупнокусковая | Требует дополнительного дробления | Подлежит переработке |
| 120+ | Негабарит | Слишком крупные куски | Обязательное вторичное дробление |
Процедура ситового анализа проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 8269.0-97 и включает отбор представительной пробы из развала взорванной породы. Масса отбираемой пробы зависит от максимального размера кусков и обычно составляет от двухсот до пятисот килограммов. Отобранный материал последовательно просеивается через набор сит, при этом на каждом сите остается определенная масса материала, которая взвешивается и фиксируется.
Доля фракции (%) = (Масса на сите / Общая масса пробы) × 100
Пример: при общей массе пробы 400 кг на сите 20-40 мм осталось 120 кг, следовательно: (120 / 400) × 100 = 30%
Современные методы также включают цифровые технологии анализа грансостава по фотографиям с использованием систем компьютерного зрения и искусственного интеллекта. Такие программные комплексы позволяют оценивать фрагментацию взорванной массы непосредственно в забое без отбора физических проб, что значительно ускоряет процесс и повышает безопасность работ.
Грансостав после буровзрывных работ
Гранулометрический состав взорванной горной массы формируется под влиянием множества факторов и является отправной точкой для прогнозирования выхода товарных фракций. Качество буровзрывных работ определяет не только распределение кусков по размерам, но и общую эффективность последующих операций экскавации и дробления.
Основные факторы, влияющие на грансостав взорванной породы, включают физико-механические свойства горных пород, параметры буровзрывных работ, геологические особенности массива и технологию взрывания. Прочность породы при сжатии, ее трещиноватость и структурные особенности существенно определяют характер разрушения при взрыве.
Для гранитных пород средней крепости при стандартных параметрах буровзрывных работ характерно следующее распределение: фракция 0-5 мм составляет около десяти процентов, фракция 5-20 мм - двадцать пять процентов, фракция 20-40 мм - двадцать пять процентов, фракция 40-70 мм - двадцать процентов, фракция 70-120 мм - пятнадцать процентов, негабарит свыше 120 мм - пять процентов от общей массы взорванной породы.
| Параметр БВР | Влияние на грансостав | Рекомендации |
|---|---|---|
| Сетка скважин | Определяет равномерность дробления | Оптимизация расстояний между скважинами |
| Удельный расход ВВ | Влияет на степень измельчения | Расчет с учетом крепости породы |
| Конструкция заряда | Распределение энергии взрыва | Применение рассредоточенных зарядов |
| Время замедления | Взаимодействие волн напряжений | Использование электронных детонаторов |
Контроль качества буровзрывных работ с точки зрения получаемого грансостава позволяет оперативно корректировать параметры взрывания для достижения оптимального распределения фракций. Современные горнодобывающие предприятия используют обратную связь между данными анализа грансостава и проектированием последующих взрывов, что обеспечивает постоянное улучшение показателей фрагментации.
Моделирование процессов дробления
Моделирование процессов механического дробления представляет собой ключевой этап прогнозирования выхода товарных фракций. Этот подход основан на том, что каждая исходная фракция взорванной породы при прохождении через дробильное оборудование распределяется на более мелкие фракции в соответствии с определенными закономерностями.
Процесс дробления на современных щебеночных заводах обычно включает две или три последовательные стадии. На первой стадии крупное дробление осуществляется щековыми или конусными дробилками крупного дробления, где максимальный размер кусков уменьшается до ста - ста пятидесяти миллиметров. Вторая стадия представлена конусными дробилками среднего дробления, обеспечивающими получение материала крупностью до сорока - семидесяти миллиметров. Третья стадия мелкого дробления проводится на конусных дробилках мелкого дробления или роторных дробилках ударного действия.
i = Dmax / dmax
где i - степень дробления, Dmax - максимальный размер исходного куска, dmax - максимальный размер продукта дробления.
Пример: для дробилки с входным куском 150 мм и выходом 40 мм: i = 150 / 40 = 3,75
Характер распределения продуктов дробления зависит от типа применяемого оборудования и режимов его работы. Щековые дробилки дают более широкий спектр фракций с преобладанием крупных размеров, тогда как конусные дробилки обеспечивают более равномерное распределение. Роторные дробилки ударного действия производят больше мелких фракций и отличаются высокой степенью измельчения за один проход.
При дроблении исходной фракции 70-120 мм в конусной дробилке среднего дробления типичное распределение продуктов следующее: выход фракции 40-70 мм составляет двадцать пять процентов, фракции 20-40 мм - сорок процентов, фракции 10-20 мм - двадцать пять процентов, фракции 0-10 мм (включая отсев) - десять процентов от массы исходной фракции.
Статистические коэффициенты распределения
Статистические коэффициенты распределения представляют собой численные значения, определяющие долю каждой выходной фракции при дроблении конкретной исходной фракции. Эти коэффициенты получают на основе длительных производственных наблюдений и экспериментальных исследований для конкретного типа оборудования и вида перерабатываемой породы.
| Исходная фракция, мм | Выход 0-5, % | Выход 5-10, % | Выход 10-20, % | Выход 20-40, % | Выход 40-70, % |
|---|---|---|---|---|---|
| 40-70 | 8 | 12 | 35 | 40 | 5 |
| 70-120 | 5 | 8 | 22 | 40 | 25 |
| 120+ | 3 | 5 | 12 | 35 | 45 |
Коэффициенты распределения зависят от нескольких факторов: типа и настроек дробильного оборудования, физико-механических свойств перерабатываемой породы, влажности материала и режима работы дробилки. Для каждого конкретного производства рекомендуется создавать собственную базу коэффициентов на основе регулярных замеров и корректировки по фактическим данным.
Применение статистических коэффициентов позволяет построить матрицу преобразования, связывающую входной и выходной грансостав для каждой стадии дробления. Перемножение таких матриц для последовательных стадий дает итоговое распределение продукции всего технологического процесса.
Практические расчеты прогнозирования
Практический расчет прогноза выхода товарных фракций выполняется поэтапно с использованием данных ситового анализа исходной породы и коэффициентов распределения при дроблении. Рассмотрим подробный пример расчета для типичной ситуации переработки гранитной породы.
Общая масса взорванной породы: 1000 тонн
Грансостав взорванной породы по результатам ситового анализа:
- Фракция 0-5 мм: 8% (80 т)
- Фракция 5-10 мм: 7% (70 т)
- Фракция 10-20 мм: 15% (150 т)
- Фракция 20-40 мм: 22% (220 т)
- Фракция 40-70 мм: 25% (250 т)
- Фракция 70-120 мм: 18% (180 т)
- Фракция 120+ мм: 5% (50 т)
1. Исходное содержание: 80 т
2. От фракции 5-10 мм: не дробится: 0 т
3. От фракции 10-20 мм: не дробится: 0 т
4. От фракции 20-40 мм: не дробится: 0 т
5. От фракции 40-70 мм (250 т × 0,08): 20 т
6. От фракции 70-120 мм (180 т × 0,05): 9 т
7. От фракции 120+ мм (50 т × 0,03): 1,5 т
Итого фракция 0-5 мм: 110,5 т (11,05%)
1. Исходное содержание: 70 т
2. От фракции 10-20 мм: не дробится: 0 т
3. От фракции 20-40 мм: не дробится: 0 т
4. От фракции 40-70 мм (250 т × 0,12): 30 т
5. От фракции 70-120 мм (180 т × 0,08): 14,4 т
6. От фракции 120+ мм (50 т × 0,05): 2,5 т
Итого фракция 5-10 мм: 116,9 т (11,69%)
1. Исходное содержание: 150 т
2. От фракции 20-40 мм: не дробится: 0 т
3. От фракции 40-70 мм (250 т × 0,35): 87,5 т
4. От фракции 70-120 мм (180 т × 0,22): 39,6 т
5. От фракции 120+ мм (50 т × 0,12): 6 т
Итого фракция 10-20 мм: 283,1 т (28,31%)
1. Исходное содержание: 220 т
2. От фракции 40-70 мм (250 т × 0,40): 100 т
3. От фракции 70-120 мм (180 т × 0,40): 72 т
4. От фракции 120+ мм (50 т × 0,35): 17,5 т
Итого фракция 20-40 мм: 409,5 т (40,95%)
1. Исходное содержание: 250 т
2. От фракции 70-120 мм (180 т × 0,25): 45 т
3. От фракции 120+ мм (50 т × 0,45): 22,5 т
Итого фракция 40-70 мм: 317,5 т (31,75%)
| Фракция, мм | Выход после дробления, тонн | Выход, % от исходной массы | Товарная категория |
|---|---|---|---|
| 0-5 | 110,5 | 11,05 | Отсев |
| 5-10 | 116,9 | 11,69 | Товарный щебень |
| 10-20 | 283,1 | 28,31 | Товарный щебень |
| 20-40 | 409,5 | 40,95 | Товарный щебень |
| 40-70 | 317,5 | 31,75 | Товарный щебень |
| Итого товарной продукции | 1237,5 | 123,75 | - |
Оптимизация схем дробления
Оптимизация схемы дробления на основе прогнозных данных позволяет максимизировать выход наиболее востребованных товарных фракций и минимизировать образование отсева. Этот процесс требует комплексного подхода, включающего анализ рыночного спроса, технические возможности оборудования и экономическую эффективность различных вариантов переработки.
Основные направления оптимизации включают регулирование ширины выходной щели дробилок, изменение последовательности операций дробления и грохочения, применение замкнутых циклов с возвратом крупных фракций на повторное дробление и селективную переработку различных фракций на разном оборудовании.
Предположим, рыночный спрос требует увеличения выхода фракции 10-20 мм. Для этого можно:
- Уменьшить ширину выходной щели на дробилках второй стадии с 40 мм до 30 мм, что увеличит долю мелких фракций
- Ввести дополнительную стадию дробления для фракции 40-70 мм с использованием роторной дробилки
- Организовать замкнутый цикл с возвратом фракции 20-40 мм на дополнительное измельчение
Результат: прогнозируемое увеличение выхода фракции 10-20 мм с 28% до 38% от общей массы переработанной породы.
| Мероприятие | Влияние на грансостав | Эффект |
|---|---|---|
| Уменьшение щели дробилки | Увеличение мелких фракций | Рост выхода товарных фракций 5-20 мм на 8-12% |
| Замкнутый цикл дробления | Снижение выхода крупных фракций | Уменьшение негабарита до 2-3% |
| Применение роторных дробилок | Повышение кубовидности | Улучшение лещадности до I-II группы |
| Многостадийное грохочение | Точное разделение фракций | Повышение качества товарной продукции |
Экономическая эффективность оптимизации оценивается через сопоставление дополнительных затрат на изменение схемы дробления с приростом выручки от реализации более востребованных фракций. При этом учитываются изменения в энергопотреблении, износе оборудования и производительности всего технологического комплекса.
Современные технологии контроля грансостава
Современные технологии контроля гранулометрического состава базируются на автоматизированных системах анализа, использующих методы компьютерного зрения, трехмерного сканирования и искусственного интеллекта. Эти технологии обеспечивают непрерывный мониторинг грансостава на всех этапах производственного процесса без необходимости отбора и лабораторного анализа физических проб.
Системы фотограмметрического анализа устанавливаются непосредственно в местах накопления взорванной породы или на конвейерных линиях дробильно-сортировочных комплексов. Они автоматически фотографируют материал, обрабатывают изображения с помощью специализированных алгоритмов и определяют распределение фракций в режиме реального времени.
| Технология | Принцип работы | Преимущества | Точность |
|---|---|---|---|
| Фотограмметрия | Анализ цифровых изображений | Быстрота, безопасность, дистанционность | ±5-8% |
| Лазерное сканирование | 3D-моделирование поверхности | Высокая детализация, объемные данные | ±3-5% |
| Нейросетевой анализ | Распознавание образов ИИ | Самообучение, адаптивность | ±4-6% |
| Классический ситовый | Механическое просеивание | Эталонная точность | ±1-2% |
Интеграция систем контроля грансостава с автоматизированными системами управления технологическими процессами позволяет реализовать принцип обратной связи. При отклонении фактического грансостава от заданного система автоматически корректирует параметры работы дробильного оборудования: изменяет ширину выходных щелей, регулирует скорость подачи материала или переключает потоки между различными линиями переработки.
Использование портативных анализаторов грансостава на базе планшетных компьютеров со встроенными камерами и специализированным программным обеспечением делает контроль качества доступным для оперативного персонала непосредственно на рабочих местах. Это обеспечивает быструю реакцию на изменения в характеристиках перерабатываемого сырья и позволяет оперативно принимать решения по корректировке технологических режимов.
Часто задаваемые вопросы
Частота проведения ситового анализа зависит от стабильности геологических условий и масштаба производства. Для крупных карьеров рекомендуется проводить анализ после каждого массового взрыва или не реже одного раза в неделю при непрерывной работе. На небольших предприятиях достаточно ежемесячного контроля с увеличением частоты при переходе на новые участки месторождения или изменении параметров буровзрывных работ. При внедрении автоматизированных систем фотограмметрического анализа мониторинг может вестись практически непрерывно.
Приемлемая точность прогнозирования для практических целей составляет плюс-минус пять-восемь процентов от прогнозируемого значения выхода каждой фракции. Такая точность достигается при использовании регулярно актуализируемых коэффициентов распределения и учете текущего состояния дробильного оборудования. Более высокая точность требует применения сложных математических моделей и систем непрерывного мониторинга, что оправдано только на крупных предприятиях с высоким уровнем автоматизации.
Износ дробильного оборудования существенно влияет на характер распределения продуктов дробления. По мере износа футеровки конусных дробилок увеличивается выходная щель, что приводит к росту выхода крупных фракций и снижению доли мелких. Изношенные била роторных дробилок теряют эффективность измельчения, что также сказывается на грансоставе. Рекомендуется корректировать коэффициенты распределения после каждого планового ремонта оборудования и периодически в процессе эксплуатации, особенно при работе с абразивными породами.
Использование единого набора коэффициентов для различных типов горных пород не рекомендуется, так как характер дробления существенно зависит от физико-механических свойств материала. Прочные породы типа гранита требуют больше энергии на дробление и дают более узкий спектр фракций, в то время как менее прочные породы легче измельчаются с образованием большего количества мелких фракций. Для каждого типа перерабатываемой породы следует определять свой набор коэффициентов распределения на основе экспериментальных данных или производственного опыта.
Оптимизация производства для увеличения выхода целевой фракции требует комплексного подхода. Начинать следует с корректировки параметров буровзрывных работ для получения более благоприятного исходного грансостава. На этапе дробления регулируются ширина выходных щелей дробилок, скорость подачи материала и используется селективная переработка различных фракций. Эффективным методом является организация замкнутых циклов с возвратом крупных или мелких фракций на повторное дробление или отсев. Применение многостадийного грохочения с промежуточными операциями дробления позволяет точнее контролировать распределение материала по фракциям.
На точность прогнозирования выхода фракций наиболее существенно влияют следующие факторы: качество исходных данных о грансоставе взорванной породы, актуальность используемых коэффициентов распределения, однородность физико-механических свойств перерабатываемого материала и стабильность технологических параметров дробления. Неоднородность породы в пределах одного взрыва может привести к значительным отклонениям фактических значений от прогнозных. Нестабильная работа дробильного оборудования, колебания влажности материала и изменение режимов загрузки также вносят погрешности в прогноз.
Учет потерь материала является важной частью точного прогнозирования. Потери происходят на всех стадиях переработки: при транспортировке, пылеобразовании в процессе дробления, просыпании мелких фракций через неплотности в оборудовании. В среднем технологические потери составляют от трех до семи процентов от массы перерабатываемого материала, в зависимости от типа оборудования и организации производства. Для точного планирования производственной программы необходимо вводить поправочные коэффициенты на потери, определяемые экспериментально для конкретного предприятия.
Компьютерное моделирование играет все более важную роль в современном прогнозировании выхода товарных фракций. Специализированное программное обеспечение позволяет создавать цифровые модели всего технологического процесса от буровзрывных работ до получения готовой продукции. Такие модели учитывают множество взаимосвязанных факторов и позволяют проводить виртуальные эксперименты по оптимизации параметров без остановки производства. Интеграция моделей с системами управления предприятием обеспечивает возможность оперативной корректировки производственных планов на основе актуальных данных о грансоставе и рыночном спросе на различные фракции.
