CC BY
38
--© В.Ф. Колганов, А.Н. Акишев,
Б.Н. Заровняев, 2012
УЛК 622.223, 622.371
В.Ф. Колганов, А.Н. Акишев, Б.Н. Заровняев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА ТР. «БОТУОБИНСКАЯ»*
Представлена исходная информация для формирования блочной модели рудного тела тр. «Ботуобинская». На основе технико-экономических показателей рассчитан оптимальный конечный контур карьера месторождения тр. «Ботуобинская»», которая соответствует глубине 580 м (абс. отм. — 330 м). Выделено 3 этапа отработки месторождения: первый этап - до глубины +20 м (абс.отм), второй этап - до глубины -130 м (абс.отм.), третий этап - до абс. отм. -330 м
Ключевые слова. Глубокие карьеры, проектирование, блочная модель, геометрический анализ, технико-экономические показатели, оптимальный контур карьера, этапы отработки месторождения.
Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых характеризуется относительной дешевизной, высокой скоростью строительства карьеров, большой производительностью, небольшими потерями и по этим причинам является основой технического прогресса в большинстве горнодобывающих отраслей.
Каждое месторождение полезных ископаемых, разрабатываемое открытым способом, обладает набором некоторых объективных характеристик, которые должны быть вскрыты и изучены в процессе предпроектных исследовательских и проектных работ. Геометрический анализ карьерного поля проводится на начальных стадиях изучения процесса разработки месторождения. С его помощью определяются закономерности изменения объемов и качества полезного ископаемого, вовлекаемого в разработку, объемов вскрышных ра-
бот, ожидаемых укрупненных технико-экономических показателей, в зависимости от положения контуров карьера и порядка развития его рабочей зоны. В результате анализа устанавливаются области экономически эффективной открытой разработки, предпочтительные направления и последовательность отработки запасов, общий порядок развития горных работ, которые затем уже уточняются и конкретизируются с учетом технологии горных работ, схем вскрытия, организации грузопотоков, работы горнотранспортного оборудования и т.д.
Уникальность горно-геологических объектов месторождений алмазов предъявляет повышенные требования к построению адекватных математических моделей этих объектов, формализованному математическому описанию горно-геометрических задач и разработке оптимизационных методов их решения с целью
* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта № 2010-218-01-001 «Создание комплексной экологически безопасной инновационный технологии добычи и переработки алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера», выполняемого с участием АК «АЛРОСА» (ОАО) и ФГАОУ ВПО «СевероВосточный федеральный университет им. М.К.Аммосова».
Рис. 1. Геологический разрез месторождения тр. Ботуобинская
наиболее полного выявления объективных характеристик месторождения, разрабатываемого открытым способом.
При проведении оптимизации математическая модель месторождения формируется по данным геологической разведки, исходя из технологических требований добычи и переработки полезного ископаемого, с использованием разработанных теоретических основ моделирования.
Определение наиболее выгодных, с экономической точки зрения, кон-
туров карьеров является одним из наиболее важных проблем горнодо-бываюшей промышленности. Сегодня, в рыночных условиях, горнодо-бываюшие компании прикладывают все больше усилий для уменьшения затрат, минимизации неэффективных действий и максимизации ценности проектов. Для вычислительного обеспечения всех стадий проектирования и планирования добычи требуется высокопроизводительная компьютерная технология, в том числе — программное обеспечение
оптимизации карьеров по прибыли, позволяющая максимизировать чистую приведенную стоимость (Не!Рге-зеп1:Уа1ие) минеральных запасов в расчете на весь срок жизни рудника. Эта компьютерная технология должна легко интегрироваться с имеющимися на производстве средствами математического моделирования и автоматизированного подсчета запасов.
Трубка Ботуобинская является средним по размеру рудным телом, имеющим изменчивую форму и сложное внутреннее строение, которое характеризуется двумя фазами внедрения кимберлитов и обилием крупных ксенолитов вмещающих пород. Рудное тело состоит из дайки порфировых кимберлитов и прорывающей ее под наклоном диатремы. Диатрема сложена автолитовыми кимберлито-выми брекчиями (АКБ). В верхней части разреза, с глубины около 280м диатрема переходит в кратер, сложенный кимберлитовой туфобрекчи-ей, имеющей в своем составе обилие крупных ксенолитов вмещающих пород, В кратерной фации встречаются и крупные ксенолиты порфировых кимберлитов.
Содержание кристаллов алмаза в исходных коренных породах (кимберлитах) - важнейшая характеристика месторождений, Оно определяется как масса алмазов (карат) в одной тонне руды. Алмазоносность месторождений подразумевает в основном такие параметры как общее содержание, содержание по классам крупности алмазов, их изменчивость, частоту встречи ювелирных и крупных алмазов. Эти основные факторы определяют методику оценки и разведки алмазных месторождений. Распределение по содержанию и средней массе кристаллов алмазов в кимберлитовых трубках неравномер-
ное, характеризуется в основном логнормальным или близким к нему распределением. Крупность, ситовый состав алмазов месторождений, разновидностей руд могут быть близкие или существенно различные. Основная масса алмазов обычно сосредоточена в следующих классах крупности (в мм): -8+4; -4+2; -2+1; -1+0.5 и -0.5 мм.
Данные опробования являются исходной информацией для моделирования распределения содержаний алмазов в пространстве рудного тела, то есть формирования блочной модели, которая используется в дальнейшем для подсчета запасов, планирования, технико-экономической оценки и оптимизации параметров карьера. Все эти процессы основываются на общем содержании алмазов. Общее содержание алмазов, по сути -сумма содержаний алмазов по классам крупности.
Таким образом, на стадии оптимизации параметров карьера или планирования применяются общее распределение содержаний алмазов и цена за карат по действующему прейскуранту на заданный период времени. Необходимо отметить еще одну особенность месторождений алмазов. Стоимость кристаллов алмаза, как известно, зависит от их качественных характеристик и размеров, средняя цена 1 карата определяется преимущественно размером алмазов и определяется как средневзвешенная путем умножения цен по классам крупности на доли алмазов этих классов. Важно отметить, что при прочих равных условиях стоимость алмазов закономерно возрастает с увеличением его весовой характеристики. В целом, весовая шкала алмазов делится на последовательные интервалы, измеряемые в каратах. В каждом таком интервале определяется
Рис. 2. Блочная модель месторождения тр. Ботуобинская по общему содержанию алмазов
Рис. 3. Выделение этапов отработки месторождения тр. «Ботуобинская» с учетом модели по общему распределению содержаний алмазов (вверху - выделенные этапы отработки месторождения, внизу - полученная прибыль и NPV).
цена 1 карата. Внутри каждой группы цена алмазов возрастает пропорционально весу кристалла. Однако при переходе из одного интервала в другой, цена алмаза возрастает скачкообразно, причем изменение цены
может достигать 30—40 и более процентов.
На стадии проектирования, планирования, подсчета запасов и технико-экономического обоснования моделирование производится по общему
Рис. 4. Выделение этапов отработки месторождения тр. «Ботуобинская» с учетом модели по гранулометрическим классам и их ценовой характеристике (вверху -выделенные этапы отработки месторождения, внизу - полученная прибыль и
Результаты расчета для модели по общему распределению содержаний алмазов
IncrementalData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 2,107 1,989 3,023,186
Pushback 2 2,106 1,824 3,076,168
Pushback 3 3,635 1,678 7,192,961
CumulativeData
Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 2,107 1,989 3,023,186
Pushback 2 4,213 3,813 6,099,354
Pushback 3 7,849 5,491 13,292,316
^eeee!
1- 2 3
содержанию алмазов. Согласно современным подходам при экономической оценке каждому блоку просто приписывается стоимость в долларах, которая основана на общем содержании алмазов в выделенном
блоке и средней цене за карат. Однако, что касается месторождений алмазов, проблема оказывается более сложной. Это следует из того факта, что стоимость отдельных блоков не известна до тех пор, пока
стоимость этих блоков не будет определена по стоимости каждого класса крупности. Отдельный блок может содержать руду только нижних классов, но иметь содержание близкое к среднему по месторождению и, наоборот, блок с относительно низким содержанием может иметь большее процентное соотношение в сторону крупных классов, что значительно повышает его ценность. Формирование модели по ценности блока, основанного на данных по классам крупности, дает возможность провести более точную экономическую оценку месторождения. Поэтому достаточно важно провести моделирование и по ситовым классам. Сумма этих ситовых классов должна равняться общему содержанию алмазов.
Отдельно для каждого гранулометрического класса была рассчитана блочная модель по распределению этого класса в пространстве рудного тела. Сумма этих классов, как упоминалось ранее, должна соответствовать расчетным значениям общего содержания алмазов. Тем не менее, результаты расчетов показывают несоответствие теоретических рассуждений и данных расчетов. Причина этого несоответствия обусловлена недостаточно совершенным математическим аппаратом, переходом при обработке руды части крупных классов в более мелкие (раз-драбливание) и, конечно же, сложностью дискретного распределения кристаллов алмазов в пределах месторождения. Вместе с тем, среднее содержание алмазов в целом по месторождению при двух различных подходах расчетов получено практически одинаковое - разница составила менее 0,001 кар/т.
Таким образом, при сохранении в целом структуры распределения ал-
мазов, существуют различия в оценке ячейки блочной модели, обусловленной смещением классов крупности в ту или иную сторону относительно среднего значения. Для уточнения распределения общего содержания алмазов с учетом гранулометрических классов проведен расчет блочной модели на основе гистограмм по классам крупности алмазов.
В соответствии с отстроенной моделью по классам крупности, была рассчитана ценность руды каждой элементарной ячейки блочной модели месторождения. Расчет проводился по ситовым классам: определялось среднее значение и количество карат в каждой ячейке по i-му классу. В соответствии с существующим прейскурантом цен определялась ценность блока по каждому классу. Сумма стоимостной оценки для вех классов является расчетным значением ценности элементарной ячейки в блочной модели.
Для оптимизации параметров карьера тр. «Ботуобинская» использовались блочные модели, рассчитанные в двух вариантах - модель по распределению содержаний алмазов и экономическая модель, созданная с учетом распределения гранулометрических классов алмазов и их ценовой характеристики.
В программу для определения оптимального конечного контура карьера заложены основные технико-экономические показатели, на основе которых был рассчитан оптимальный конечный контур карьера месторождения тр. «Ботуобинская». В результате расчетов оптимальная глубина открытых горных работ соответствует глубине 580 м (абс. отм. — 330 м).
Программа используемого пакета NPV-Sheduler позволяет разбить карьер на наиболее выгодные этапы (pushbacks) с соблюдением всех горных
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом экономической модели
IncrementalData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 3,053,878 2,883,423 3054982
Pushback 2 1,502,702 1,232,325 3068149
Pushback 3 3,781,790 1,949,082 7869974
CumulativeData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 3,053,878 2,883,423 3054982
Pushback 2 4,556,581 4,115,748 6123131
Pushback 3 8,338,371 6,064,830 13993106
ограничений и сохранением максимально возможного выбранного экономического критерия, то есть, генерирует этапы (pushbacks), оценивая последовательность извлечения каждого из блоков. После оценки блоков включенных в последовательность извлечения, производится их объединение в пространственно связанные комплексы, которые в дальнейшем корректируются, чтобы гарантировать оптимизированное выполнение всех условий и заданных изначально параметров.
Предварительно рассматривались различные варианты, как по количеству, так и по местоположению в пространстве промежуточных контуров, или, на языке программы (pushbaks). Отмечено, что с увеличением количества промежуточных контуров улучшается динамика чистого дисконтированного дохода (NPV), если не учитывать динамику капвложений (учет капвложений при оптимизации невозможен). Чем больше промежуточных контуров, тем больший объем вскрыши можно отнести на более поздний период, что и дает рост NPV. Однако при этом растут пиковые значения объемов горной массы, что требует оптимального количества выделенных этапов.
Для модели по общему распределению содержаний алмазов выделено 3 этапа, первый этап - до глубины -10 м (абс.отм), второй этап - до глубины -65 м (абс.отм.), третий этап -до абс. отм -330 м (рисунок 3).
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом модели по общему распределению содержаний алмазов представлены в табл. 1.
При выделении этапов (ризЬЬакз) программное обеспечение ориентируется в большей степени на условия экономического характера и получение чистого дисконтированного дохода и в меньшей степени на технологические характеристики отработки месторождения.
При использовании модели по распределению содержаний алмазов по гранулометрическим классам и их ценовой характеристике также выделено 3 этапа отработки месторождения: первый этап - до глубины +20 м (абс.отм), второй этап - до глубины -130 м (абс.отм), третий этап - до абс. отм -330м (рисунок 4).
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом экономической модели представлены в табл. 2. Как видно из представленных расчетов имеются различия в выделенных этапах отработки месторож-
дения при использовании стандартного подхода оптимизации и при применении модели с ценовой характеристикой каждого класса крупности алмазов. Второй вариант имеет ЧДД на 570 млн. долларов (в усл.ед.) выше, чем первый, что обусловлено новым подходом формирования модели и иными этапами отработки месторождения.
Необходимо отметить, что выделенные этапы являются только
предварительной проработкой для проектирования отработки карьера. При составлении календарного графика отработки и самого проекта, этапы будут привязаны к временному интервалу, что позволит скорректировать объемы вскрышных работ. Кроме того, будут несколько отредактированы и контура этапов. Редактирование обусловлено технологией отработки месторождения. ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Колганов Виталий Федорович — кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией горно-геологических компьютерных технологий,
Акишев Александр Николаевич — кандидат технических наук, начальник комплексного отдела открытых горных работ, е-шаИ: [email protected], ОАО АК АЛРОСА, Якутнипроалмаз, е-mail: [email protected].
Заровняев Борис Николаевич — доктор технических наук, профессор, декан горного факультета,
Северо-восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, е-mail: [email protected].
А
ГОРНАЯ КНИГА-2012
Процессы открытых горных работ. Часть 1.
Подготовка горных пород к выемке
Репин Н.Я. Год: 2012 Страниц: 188 ISBN: 978-5-98672-302-0 UDK: 622.221
ПРОЦЕССЫ
Приведены краткие сведения о технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. Дана характеристика горных пород и оценка влияния свойств пород на эффективность их подготовки к выемке. Уделено внимание технике и технологии бурения скважин в карьерах, обоснован выбор режимов бурения. Рассмотрены характеристики современных взрывчатых веществ и средств взрывания. Изложены принципы выбора оптимальных параметров буровзрывных работ, базирующегося на учете свойств породного массива. Описаны технологии буровзрывных работ в некоторых специфических условиях карьеров. Даны основные сведения по организации и обеспечению безопасности буровых и взрывных работ.
