УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧЕЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ Российский патент 2018 года по МПК G05D11/13 G01N29/04 C04B11/28 

Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания сыпучей горной породы и способу смешивания сыпучей горной породы для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов, согласно ограничительной части соответствующего независимого пункта формулы изобретения.

«Горная порода» в данном документе представлена в качестве примера сыпучей сульфатной породы, имеющей переменный состав из различных минеральных компонентов. Сыпучая горная порода может быть из другого материала. Сульфатная порода встречается как имеющаяся в природе горная порода из дигидрата сульфата кальция (CaSO₄⋅2H₂O), обычно называемая гипсом, штукатуркой или штукатурным гипсом, и в другой форме гидратации, которая не содержит воду, ангидритом (CaSO₄). Сырая гипсовая руда дробится и обычно складируется вблизи завода для дальнейшей переработки, например в производстве гипсовых стеновых плит.

Гипсовая и ангидритная горная порода является осадочной горной породой, осажденной в толстые пласты или слои, которые разрабатываются в каменоломнях или шахтах. Оба материала, гипс и ангидрит, используются в гипсовой промышленности, например как сырье для содержащих гипс продуктов, для регулирования времени схватывания и т.п. В природных отложениях нижний пласт ангидрита покрыт пластом гипса, расположенным на последнем. Толщина и природа этих пластов могут очень сильно изменяться. На границе раздела соседних пластов горные породы объединяются в различные формации. Гипс и ангидрит смешиваются на границе раздела двух различных пластов с образованием типичных породных формаций, например ангидритных линз, которые являются гомогенными «линзообразными» отложениями ангидрита, окруженными гипсом.

Использование смешанной горной породы из границы раздела ограничено, поскольку она не имеет постоянного минерального состава, что может привести к изменению химических характеристик. На границе раздела пластов гипса и ангидрита минеральный состав, представленный долей гипса или ангидрита в расчете на единицу объема, является негомогенным. Технические области использования отдельных компонентов породы отличаются. В отличие от чистого гипса или ангидрита, обнаруживаемых в различных отдельных слоях, «смешанная порода» находит лишь ограниченное применение. Прежде всего, когда доли отдельных минеральных составов в смешанной породе изменяются, их использование ограничивается областями применения, в которых минеральный состав не имеет значения. Ограниченное использование приводит к низкой цене на смешанную породу.

Получение смесей материала с известной гомогенностью позволяет увеличить цену объема смешанной горной породы. Предсказуемая гомогенность позволяет получать материал для использования в более многочисленных областях применения. Известна гомогенизация отдельных минеральных компонентов в штабелях со смешанными слоями, которые насыпаются из различных горных пород. Проблемой является то, что штабели со смешанными слоями связаны с высокими инвестиционными и эксплуатационными затратами. Кроме того, получаемые составы горных пород все еще имеют большие отклонения по составу.

Легко представляется возможным разделение различных горных пород путем использования видеокамеры, расположенной возле конвейера, который транспортирует добытую горную породу. Видеокамера должна быть расположена так, чтобы позволять оптическое обнаружение транспортируемого материала. Минералы различаются благодаря их оптическому внешнему виду, который обнаруживается видеокамерой. Однако эта методика ограничена обнаружением минералов, имеющих различные визуальные особенности, и не применима в случае различных минералов с одинаковым визуальным внешним видом.

Обнаружение минеральных компонентов в горной породе может выполняться посредством нейтронно-активационного анализа по мгновенному гамма-излучению (PGNAA), который уже используется в горнодобывающей промышленности и который позволяет проводить анализ минералов в потоке. «В потоке» означает, что минералы (или горные породы) анализируются во время транспортировка, например, на конвейерной ленте. В PGNAA-анализаторах в качестве источника нейтронов используются генераторы нейтронов, сконфигурированные для излучения нейтронов. Детектор сконфигурирован для обнаружения гамма-излучения, проходящего в измерительное пространство, которое сконфигурировано для замедления излученных нейтронов. Детектор вырабатывает электрический сигнал датчика, который вырабатывается исходя из обнаруженного материала. PGNAA-анализаторы имеют недостаток, что измерительное пространство ограничено, а также, что они требуют больших капиталовложений.

Поэтому целью настоящего изобретения является разработка устройства и способа, пригодных для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, которые преодолевают или, по меньшей мере, значительно уменьшают известные из уровня техники недостатки, что означает, что устройство должно вырабатывать горную породу с постоянной смесью при низких инвестиционных затратах.

Эта цель достигнута посредством устройства для смешивания сыпучей горной породы, как это описывается признаками независимого пункта формулы изобретения. Способ получения сыпучей горной породы также решает вышеупомянутую проблему. Предпочтительные варианты осуществления становятся очевидными из признаков соответствующих зависимых пунктов.

Прежде всего, (предлагается) устройство для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты, для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов. Устройство содержит конвейер для транспортировки сыпучей горной породы в направлении перемещения и ее расположения в направлении перемещения вдоль конвейера, первый контейнер, который может загружать горную породу изменяющегося минерального состава на конвейер, второй контейнер и третий контейнер. Причем оба, первый и второй, контейнеры могут индивидуально загружать горную породу с различными отдельными компонентами горной породы на перемещаемую горную породу изменяющегося минерального состава. Кроме того, устройство содержит блок акустического детектора минералов, расположенный на конвейере в направлении перемещения после первого контейнера и перед вторым и третьим контейнером. Блок акустического детектора минералов может обнаруживать различные минеральные компоненты перемещаемой горной породы изменяющегося минерального состава и регулировать количество различных отдельных компонентов горной породы, загружаемых из второго контейнера или третьего контейнера, в зависимости от различных обнаруженных компонентов для получения горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов.

Таким образом, изобретение предлагает устройство для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты, для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов. Устройство может акустически регистрировать звук ударов кусков транспортируемых горных пород отдельных минералов, сталкивающихся возле детектора, и регулировать отношение объем/масса отдельных кусков минералов, загружаемых на конвейер. Звук является специфическим для каждого минерала, поскольку столкновение зависит от минерала и физических свойств, таких как удельный вес минерала или плотность. Каждый минерал издает специфический звук во время удара возле детектора. Обнаруженный сигнал имеет различные частоты для каждого отдельного материала, причем посредством силы сигнала и частот может быть определено распределение материала на конвейере. Термин «заданный» следует понимать обозначающим любую смесь, которая может быть использована для дальнейшей переработки горной породы (например, 50% первой горной породы первого минерального компонента и 50% горной породы второго минерального компонента).

Примером «сыпучей горной породы» является смесь кусков, имеющих минеральный состав, который включает в себя куски гипса (CaSO₄⋅2H₂O) и куски ангидрита (CaSO₄). Загрузка горной породы изменяющегося минерального состава или различных индивидуальных горных пород может выполняться посредством отдельного отверстия в соответствующем контейнере, причем термин «отдельный» означает, что каждая индивидуальная горная порода может подаваться в определенном объеме для достижения требуемого состава. Отверстия управляются блоком акустического детектора минералов, который содержит детектор и средства управления. Средства управления на основе различных обнаруженных компонентов регулируют объем соответствующей подаваемой горной породы. Под подачей «индивидуальной горной породы» следует понимать, что один вид горной породы может подаваться без другого. Альтернативным режимом работы является поддержание одного компонента на минимально возможном уровне путем подачи только одного компонента с максимальным объемным потоком. Заданные доли во время работы могут быть изменены.

Согласно одному аспекту блок акустического детектора минералов содержит акустический детектор, выполненный с возможностью обнаружения различных минеральных компонентов сыпучей горной породы путем акустической регистрации звуковых (акустических) волн трения, вызванных столкновением перемещающихся относительно друг друга кусков сыпучей горной породы. Регистрация звука трения и сравнение обнаруженного шума с измерениями эталонного шума звука трения для известных горных пород является предпочтительным, поскольку звук трения может быть получен на работающем конвейере (например, за счет падения горной породы с одной конвейерной ленты на другую).

В другом аспекте акустический детектор содержит пьезоэлемент, выполненный с возможностью преобразования механической энергии звуковых волн трения в электрический выходной сигнал.

Согласно еще одному аспекту блок акустического детектора минералов содержит блок управления, причем блок управления выполнен с возможностью обработки электрического выходного сигнала пьезоэлемента для управления вторым контейнером и третьим контейнером для возможности регулировки количества различных индивидуальных загруженных компонентов в зависимости от различных обнаруженных минеральных компонентов.

Предпочтительным образом, устройство также содержит по меньшей мере один дополнительный контейнер, расположенный на конвейере в направлении С перемещения после первого контейнера и выполненный с возможностью отдельной загрузки горной породы по меньшей мере еще одного другого индивидуального компонента горной породы на перемещаемую горную породу. Каждый дополнительный контейнер делает возможным добавление еще одного другого индивидуального минерального компонента путем отдельной загрузки еще одной индивидуальной горной породы.

Согласно одному аспекту по меньшей мере один из первого контейнера, второго контейнера, третьего контейнера или по меньшей мере еще одного контейнера содержит закрываемое отверстие для загрузки горной породы, причем каждое закрываемое отверстие приводится в действие блоком управления индивидуально. Закрываемое отверстие делает возможным регулирование объемного потока соответствующей индивидуальной горной породы из контейнера на конвейер или более точно - на перемещаемый материал.

Другой аспект относится к тому, что по меньшей мере один из первого контейнера, второго контейнера, третьего контейнера или по меньшей мере еще одного контейнера содержит конвейерное средство, чтобы сделать возможной транспортировку подлежащей загрузке горной породы. Например, конвейерное средство может быть ленточным конвейером, с которого отдельная горная порода напрямую загружается на конвейер. Это позволяет регулировать смешение подаваемой горной породы путем согласования относительных скоростей перемещения.

Еще один аспект относится к тому, что по меньшей мере один из первого контейнера, второго контейнера, третьего контейнера или по меньшей мере еще одного контейнера содержит камнедробилку, чтобы сделать возможной загрузку горной породы с однородным размером кусков. Раздробленные куски могут подаваться с точными объемами для получения заданной смеси.

Предпочтительно, конвейер является ленточным конвейером, имеющим конвейерную ленту для транспортировки горной породы.

В одном предпочтительном аспекте сыпучая горная порода изменяющегося минерального состава содержит минерал гипс и минерал ангидрит. В особом примере второй контейнер заполнен гипсом, а третий контейнер - ангидритом. Обнаруженное отношение минералов гипс/ангидрит позволяет добавление индивидуальной горной породы из соответствующего контейнера. Это означает, что если должна быть получена смешанная горная порода, имеющая заданные доли 50% гипса и 50% ангидрита, а сыпучая горная порода имеет определенный минеральный состав из 25% гипса и 75% ангидрита, то должен быть добавлен гипс из второго контейнера. Настоящий пример только показывает, как могут быть получены смеси, без ограничений относительно конкретных значений.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается способ смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты, для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов. Способ содержит следующие шаги. Перемещение горной породы изменяющегося минерального состава из различных минеральных компонентов. Акустическое обнаружение доли различных минеральных компонентов в перемещаемой горной породе. В зависимости от обнаруженной доли различных минеральных компонентов раздельная загрузка на перемещаемую горную породу объема индивидуальной горной породы одного из различных минеральных компонентов для получения горной породы с заданными долями различных минеральных компонентов.

Является предпочтительным, когда акустическое обнаружение доли различных минеральных компонентов включает в себя перемещение горной породы таким образом, чтобы вызывать звук трения. Например, звуковые волны трения могут быть получены падением кусков друг на друга.

Согласно еще одному аспекту шаг раздельной загрузки на перемещаемую горную породу объема индивидуальной горной породы одного из различных минеральных компонентов выполняется непрерывно. Это может быть достигнуто путем использования непрерывного конвейера в качестве контейнера.

Другие предпочтительные аспекты устройства и способа согласно изобретению станут понятными благодаря следующему подробному описанию конкретных вариантов осуществления с использованием фигур, на которых:

Фиг. 1 показывает природные отложения гипса/ангидрита,

Фиг. 2 показывает устройство согласно первому варианту осуществления изобретения, имеющему только второй и третий контейнер,

Фиг. 3 показывает устройство согласно фиг. 2 в первом режиме работы,

Фиг. 4 показывает устройство согласно фиг. 2 во втором режиме работы,

Фиг. 5 показывает устройство согласно второму варианту осуществления изобретения, имеющее только второй и третий контейнеры,

Фиг. 6 показывает интенсивность шума обнаруженного сигнала в зависимости от частоты,

Фиг. 7 показывает частоту обнаружения (число вновь регистрируемых случаев) сигнала в зависимости от интенсивности шума.

Гипс Y химически является солью, которая была растворена в морской воде. Когда морская вода испаряется, соли выделяются и осаждаются в оставшейся воде. Сначала выделяются менее растворимые карбонаты (на данной иллюстрации как отложения не показаны), а при дальнейшем выпаривании за ними следует гипс Y. С течением геологических периодов времени отложения осаждаются на гипсе и давление материала этих отложений (например, аргиллита) вследствие «выдавливания» воды превращает гипс Y в ангидрит А.

Фиг. 1 является иллюстрацией природного отложения 1 горного минерала гипса Y / ангидрита А. Нижний пласт 12 ангидрита покрыт пластом 11 гипса, лежащим на последнем, причем толщина обоих очень сильно изменяется. Пласт 11 гипса и пласт 12 ангидрита на их границе раздела смешиваются с образованием типичных смешанных горных формаций, то есть ангидритной линзы 111, которая является гомогенным «линзообразным» отложением ангидрита, окруженным гипсом Y.

Горная порода, добытая на границе раздела гипс-ангидрит, имеет неизвестные доли обоих минералов гипса и ангидрита. Ограничения на использование горной породы неизвестного состава обсуждены во вступительной части. Устройство согласно фиг. 2 позволяет получить горную породу в виде равномерно смешанного состава с низкими инвестиционными затратами. Устройство 2 имеет второй контейнер 23 и третий контейнер 24, каждый из которых позволяет отдельно поставлять горную породу из индивидуального минерального компонента, или гипса 222, или ангидрита 223. Устройство 2 содержит ленточный конвейер 21 для транспортировки сыпучей горной породы 221 на конвейерной ленте 211 в направлении С перемещения. Первый контейнер 20, второй контейнер 23 и третий контейнер 24 расположены над конвейерной лентой 211. Между первым контейнером 20, с одной стороны, и вторым и третьим контейнером 23, 24, с другой стороны, устройство 2 содержит блок 25 акустического детектора минералов.

Блок 25 акустического детектора минералов имеет акустический детектор 25 и блок 26 управления, который открывает отверстие второго контейнера 23 или третьего контейнера 24. Блок 25 акустического детектора минералов содержит пьезоэлемент 251, который воспринимает звук трения перемещаемой горной породы.

При работе сыпучая горная порода 221 с неизвестными долями гипса и ангидрита загружается из первого контейнера 20 через отверстие 201 первого контейнера на конвейерную ленту 211. Горная порода 221 транспортируется в направлении С перемещения. Транспортируемая горная порода 221 проходит мимо акустического детектора 25 блока 25 акустического детектора минералов, который воспринимает звук трения транспортируемого материала. В соответствии с обнаруженным сигналом блок 26 управления приводит в действие соответствующее отверстие 231 второго контейнера или отверстие 231 третьего контейнера. В третьем и втором контейнерах 23, 24 хранится гипсовая горная порода и ангидритная горная порода и может поставляться в требуемом объеме. Требуемый объем изменяется в зависимости от заданной смеси (например, 50% гипса / 50% ангидрита или 40% гипса / 60% ангидрита), которая требуется для специфического использования смешанной горной породы 224. Следовательно, устройство 2 способно акустически обнаруживать звук транспортируемой горной породы 221 и регулировать объем/массу отдельных минеральных пород 223, 224, которые должны загружаться на конвейер.

Работа устройства 2 на фиг. 2 дополнительно показана для примера в двух различных рабочих состояниях, показанных на фиг. 3 и фиг. 4. На фиг. 3 горная порода 221 загружается на конвейер 21. Горная порода 221 содержит гипс и ангидрит, которые показаны посредством различной штриховки, причем не заштрихованные куски обозначают гипс 222, а заштрихованные куски обозначают ангидрит 223. Транспортируемая горная порода 221 проходит мимо пьезоэлемента 251 (дополнительные средства для вызывания шума не показаны), который обнаруживает избыток гипса 222, так что из отверстия 241 третьего контейнера загружается ангидрит 223, чтобы получить горную породу 224 с заданным составом. На фиг. 4 показан другой рабочий режим, в котором горная порода 221, которая транспортируется на конвейере 21, содержит избыток ангидрита 223, так что из отверстия 231 второго контейнера на конвейерную ленту 211 загружается гипс 222.

На фиг. 5 показан дополнительный вариант осуществления вышеописанного устройства 2, в котором устройство 2 содержит дополнительный контейнер 27 с еще одним отверстием 271 контейнера. Этот вариант осуществления позволяет добавлять по меньшей мере еще одну горную породу или увеличивать поставляемый объем одного из минеральных компонентов. Дополнительный контейнер может быть множеством контейнеров, каждый из которых позволяет добавлять еще один минеральный компонент.

На фиг. 6 показана интенсивность шума обнаруженного сигнала в зависимости от частоты. Кривая 32 ангидрита находится над кривой 31 гипса. На фиг. 7 показана частота обнаружения сигнала в зависимости от интенсивности шума, причем кривая 32 ангидрита является правой кривой, а кривая 31 гипса является левой кривой.

Группа изобретений относится к устройству для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, способу смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава. Техническим результатом является улучшение гомогенности минерального состава. Устройство для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава имеет различные минеральные компоненты для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов. Устройство содержит: конвейер для транспортировки сыпучей горной породы в направлении перемещения и ее расположения в направлении перемещения вдоль конвейера, первый контейнер, выполненный с возможностью загрузки горной породы изменяющегося минерального состава на конвейер, второй контейнер и третий контейнер. Оба контейнера, второй и третий, выполнены с возможностью отдельной загрузки горной породы из различных индивидуальных компонентов горной породы на перемещаемую горную породу. Устройство содержит блок акустического детектора минералов, расположенный на конвейере в направлении перемещения после первого контейнера и перед вторым и третьим контейнерами. Блок акустического детектора минералов выполнен с возможностью обнаружения долей различных минеральных компонентов в перемещаемой горной породе и регулировки количества различной индивидуальной горной породы, загружаемой отдельно из второго или третьего контейнера на основании обнаруженных долей для получения смешанной горной породы, имеющей заданные доли различных минеральных компонентов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для смешивания сыпучей горной породы (221) изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты (222, 223), для получения смешанной горной породы (224), имеющей заданные доли различных минеральных компонентов (222, 223), причем устройство (2) содержит:

- конвейер (21) для транспортировки сыпучей горной породы (221) в направлении (С) перемещения и ее расположения в направлении (С) перемещения вдоль конвейера (21),

- первый контейнер (20), выполненный с возможностью загрузки горной породы (221) изменяющегося минерального состава на конвейер (21),

- второй контейнер (23), и

- третий контейнер (24), причем оба, второй и третий, контейнеры выполнены с возможностью отдельной загрузки горной породы из различных индивидуальных компонентов (222, 223) горной породы на перемещаемую горную породу (221), причем устройство (2) также содержит блок (25) акустического детектора минералов, расположенный на конвейере (21) в направлении (С) перемещения после первого контейнера (20) и перед вторым и третьим контейнерами (23, 24), причем блок (25) акустического детектора минералов выполнен с возможностью обнаружения долей различных минеральный компонентов (222, 223) в перемещаемой горной породе (221) и регулировки количества различной индивидуальной горной породы (222, 223), загружаемой отдельно из второго или третьего контейнера на основании обнаруженных долей для получения смешанной горной породы (224), имеющей заданные доли различных минеральных компонентов.

2. Устройство (2) по п. 1, причем блок (25, 26) акустического детектора минералов содержит акустический детектор (25), выполненный с возможностью различения различных минеральных компонентов (222, 223) сыпучей горной породы путем акустического распознавания звуковых волн трения сталкивающихся кусков сыпучей горной породы.

3. Устройство (2) по п. 2, причем акустический детектор (25) содержит пьезоэлемент (251), выполненный с возможностью преобразования механической энергии звуковых волн трения в электрический выходной сигнал.

4. Устройство (2) по п. 3, причем блок (25, 26) акустического детектора минералов содержит блок (26) управления, причем блок (26) управления выполнен с возможностью обработки электрического выходного сигнала пьезоэлемента (251) для управления вторым контейнером (23) и третьим контейнером (24) для возможности регулировки количества загружаемых различных индивидуальных компонентов (222, 223) горной породы на основании обнаруженных различных минеральных компонентов.

5. Устройство (2) по одному из предшествующих пунктов, также содержащее по меньшей мере один дополнительный контейнер (27), расположенный на конвейере (21) в направлении (С) перемещения после первого контейнера (22) и выполненный с возможностью раздельной загрузки горной породы (227) по меньшей мере еще одного другого индивидуального минерального компонента на перемещаемую горную породу (221).

6. Устройство (2) по п. 4 или 5, причем по меньшей мере один из первого контейнера (20), второго контейнера (23), третьего контейнера (24) или по меньшей мере еще одного контейнера (27) содержит закрываемое отверстие (201, 231, 241, 271) для загрузки горной породы, причем каждое закрываемое отверстие (201, 231, 241, 271) приводится в действие блоком (26) управления индивидуально.

7. Устройство (2) по пп. 4-6, причем по меньшей мере один из первого контейнера (20), второго контейнера (23), третьего контейнера (24) или по меньшей мере еще одного контейнера (27) содержит конвейерное средство для возможности транспортировки подлежащей загрузке горной породы (221, 222, 223, 227).

8. Устройство (2) по пп. 4-7, причем по меньшей мере один из первого контейнера (20), второго контейнера (23), третьего контейнера (24) или по меньшей мере еще одного контейнера (27) содержит камнедробилку для возможности загрузки горной породы с одинаковым размером кусков.

9. Устройство (2) по одному из предшествующих пунктов, причем конвейер (21) является ленточным конвейером, имеющим конвейерную ленту (211) для транспортировки горной породы.

10. Устройство (2) по одному из предшествующих пунктов, причем сыпучая горная порода (221) изменяющегося минерального состава содержит минерал гипс (222) и минерал ангидрит (223).

11. Способ смешивания сыпучей горной породы (221) изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты, для получения смешанной горной породы (224), имеющей заданные доли различных минеральных компонентов, причем способ содержит следующие шаги:

- перемещение горной породы (221) изменяющегося минерального состава, имеющей различные минеральные компоненты,

- акустическое обнаружение доли различных минеральных компонентов в перемещаемой горной породе (221), и

- на основании обнаруженной доли различных минеральных компонентов раздельная загрузка на перемещаемую горную породу (221) объема индивидуальной горной породы (222, 223) одного из различных минеральных компонентов для получения горной породы (224), имеющей заданные доли различных минеральных компонентов.

12. Способ по п. 11, причем шаг акустического обнаружения доли различных минеральных компонентов содержит перемещение горной породы (221) таким образом, чтобы вызывать звуковые волны шума трения.

13. Способ по п. 11 или 12, причем шаг раздельной загрузки на перемещаемую горную породу (221) объема индивидуальной горной породы (222, 223) одного из различных минеральных компонентов выполняют непрерывно.