CC BY
63
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.
© Н.Н. Кучерский, 2001
УАК 622.271
Н.Н. Кучерский
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРЕССИВНЫХ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ПРАКТИКУ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ КРУПНОГО, СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО ЗОЛОТОРУАНОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ - ОСНОВА СТАБИЛЬНОЙ РАБОТЫ ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ПРИ ПААЕНИИ МИРОВОЙ ЦЕНЫ НА ЗОЛОТО
В докладе приводятся некоторые основные научнотехнические решения, внедренные в практику промышленного освоения крупнейшего в мире золоторудного месторождения Мурунтау, осуществляемого Навоийским горно-
металлургическим комбинатом. В историческом аспекте с момента начала эксплуатации месторождения с 1969 года и по настоящее время, произошли существенные изменения, как в представлениях о масштабах и структурных особенностях месторождения, так и в опыте его проектирования, строительства и разработки. Однако, предложенная с самого начала очередность промышленного освоения месторождения сохранилась, до сих пор, в качестве стратегической программы. Принятая последовательная очередность (этапность) отработки месторождения, позволила чутко реагировать на меняющиеся горно-геологические условия вслед за изменением морфологии и масштабов оруденения по результатам его до-разведки, и обеспечивать выбор адекватной технологии и режима ведения горных работ, календарного графика распре-
деления объемов разработки вскрышных пород и руды, типа комплексной механизации производственных процессов.
Что такое сегодня Мурунтау-ский золотоизвлекательный комплекс с точки зрения обеспечения его рентабельного функционирования? В этом аспекте весьма существенными отличительными особенностями созданного предприятия на базе запасов месторождения Мурунтау, напрямую влияющих на эффективность его функционирования, являются следующие.
1. Золотоизвлекательный комплекс, построен в центре безводной и безлюдной пустыни Центральных Кызылкумов, изначально не имеющей никакой социально-промышленной инфраструктуры.
2. Являются градообразую-
щими предприятием. За счет его средств содержится г. Зараф-шан со всеми объектами социальной инфраструктуры жизнеобеспечения современного
уровня.
3. Представляет собой единый золотоизвлекательный комплекс «карьер-завод» со всеми сопровождающими его вспомогательными службами.
4. Является структурным подразделением Навоийского горно-металлургического комбината Государственного концерна «Кызыпкумредметзолото» Республики Узбекистан.
Сегодня Навоийский комбинат является, наверно, единственным в мире горнорудным предприятием с полным циклом освоения недр: от геологоразведки и добычи руды, еП переработки с объемом выпуска золота одним предприятием не имеющим аналогов в мире, до выпуска готовых ювелирных изделий.
Рукотворный, созданный не в одночасье, технополис в пустыне, дальнейшее свое интенсивное развитие получил с 1991 года, когда в число Правительственных приоритетов развития независимого Узбекистана была включена горнодобывающая промышленность страны. Получив полную хозяйственную самостоятельность, НГМК, тем не менее, остался государственным предприятием. И переход к рыночным отношениям в экономике комбината осуществляется постепенно, также как и во всей Республике. Например, у золота покупателем является государство, причем по цене стимулирующей снижение издержек производства. По производству и продаже урана комбинат полностью зависит от конъюнктуры мирового рынка. В результате этого, несмотря на постепенный переход к изменению формы собственности, комбинат уже сегодня в полной мере подвержен влиянию изменения мировой цены и на золото, которое за последние пять лет испытывает устойчивую тенденцию к снижению с 380 в 1995 году до 270 долларов США за унцию в 2000 году.
Поскольку львиную долю в экономике НГМК играет Му-рунтауский золотоизвлекательный комплекс, повышение эффективности работы всех технологических звеньев его единой технической системы
«карьер-завод» является актуальной проблемой. И в связи с тем, что значительную роль в экономике этой системы играет, безусловно, карьер Мурун-тау, его эффективная работа является залогом успеха всего Комбината в целом.
Размеры карьера Мурунтау III очереди развития: в плане 3200x2400 м, глубина 500 м, максимальный угол рабочего борта карьера 39о, высота уступов 10-15 м, ширина рабочих площадок 87 м, темпы углубки карьера 11 -20 м, производительность по горнорудной мас-се30-400млн м в год, в том числе руды 20-25 млн т в год. Глубина IV очереди - 700 м, в перспективе будет 1000 м. Оруденение представлено золотокварцевой, прожилково-вкрапленной минерализацией с крайне неравномерным распределением полезного компонента. Морфология - рудный штокверк со сложным внутренним строением, которое напрямую зависит от бортового содержания окон-туривания рудных тел.
Мне уже неоднократно приходилось выступать в печати по вопросам промышленного освоения сложно-структурного
месторождения Мурунтау. Поэтому, избегая излишних подробностей, с полной уверенностью в том, что профессионалы горнодобывающих предприятий и научно-исследовательских организаций о них знают, я ограничусь кратким изложением материала применительно к рассматриваемой теме.
1. Оптимизация развития горных работ на карьере Мурунтау.
Исторически сложилось таким образом, что наиболее интенсивно оптимизационные технологии начали внедряться на карьере Мурунтау после обретения Республикой Узбекистан своей независимости. Несмотря на большие трудности в поддержании уровня добычи золота после распада СССР и существовавших хозяйственных связей и на устойчивое пони-
жение цены на золото на мировом рынке в течение 1995-2000 годов, комбинат не только сохранил уровень выпуска золота на Мурунтауском золотоизвлекательном комплексе, но и увеличил его на 15 %, а в целом по комбинату, почти - на 50 %. За это время на карьере осуществлено техническое перевооружение всего экскаваторно-транспортного, бурового и вспомогательного оборудования, технических средств взры-вания. И, самое главное, нами разработан и внедрен в производство целый комплекс новых технологий, касающийся всех аспектов разработки Мурунтау.
Предлагаю, Вашему вниманию в сжатом виде некоторые из них, которые сыграли, прямо скажем, революционную роль в оптимизации эксплуатации и развития карьера. Это специальные компьютерные технологии построения математической модели месторождения, оптимальной формы карьера в отработанном виде, календарного графика развития горных работ, автоматизированных систем управления качеством добываемого сырья и рудопо-током. Компьютерные технологии разработаны, внедрены и продолжают внедряться в На-воийском ГМК учеными Узбекистана совместно с компаниями INTEGRA GROUP Ltd (США) и ЗАО ИНТЕГРА Россия.
1.1. Компьютерная технология построения математической модели сложноструктурного месторождения и подсчета его запасов (рис. 1).
Согласно канонам геостатистики, месторождение может быть представлено как множество точек (поле), в каждом из которых определено некоторое распределение вероятностей нахождения различных по величине концентраций полезного компонента. Обычно принято считать, что указанное поле состоит из двух видов полей (или из двух компонент): пер-
вое из них плавно (медленно) изменяется в пространстве, отражая общие тенденции повышения или снижения содержаний; второе - быстро изменяется в пространстве, отражая локальные флюктуации содержаний. В отличие от традиционного подхода, первая компонента рассматривается как случайное поле, значениями которого являются не числа, а функции распределения значений (гистограммы) быстро изменяющегося поля (второй компоненты).
Не вдаваясь в подробности, отметим, что предлагаемый метод отличается тем, что метод оценки условного распределения является непараметрическим и позволяет работать с распределениями нестандартного вида, характерными для реального распределения драгоценных и редких металлов.
Принципиальным отличием предлагаемой модели является использование функции распределения вероятности в качестве объекта интерполяции, и в качестве характеристики каждой ячейки упомянутой модели. Все ранее известные технологии построения таких моделей оперируют с оценкой среднего содержания металла, в то время как наша методика базируется на операциях с функцией, характеризующей вероятность появления в данном объеме содержаний различной величины. При этом содержание становится лишь фрагментом предложенной нами модели.
На основе разработанной технологии была впервые построена математическая модель месторождения Мурунтау, и проведен компьютерный многовариантный подсчет его запасов.
В качестве информационной основы были использованы результаты опробования скважин и горных выработок геологоразведочных работ (всего 585,5 тыс. проб).
Всего было обработано 48 вариантов подсчета запасов.
С целью проверки достоверности математической модели и подсчета запасов по ней было проведено сравнение модельных запасов с данными экспло-разведки на серии раннее отработанных участков, на ряде горизонтов и в разных частях рудных залежей. Участки для сравнения выбирались таким образом, чтобы по возможности более полно представить объем месторождений.
Результаты сопоставления суммарных оценок запасов всех исследованных участков при различных бортовых содержаниях с результатами отработки, показали хорошую сходимость.
Учитывая, что общий объем сравниваемых запасов на участках месторождения Мурунтау превосходит 400 т золота, можно считать убедительно доказанным, что: использование математической модели для подсчета запасов позволяет в 2-2.5 раза снизить систематическую погрешность, имевшуюся в генподсчете запасов 1985 г. При этом относительная погрешность оценки запасов, полученная с использованием нашей модели, по сравнению с погрешностью оценки генподсчета снизилась (для борта 1,0 г/т):
по руде - с 20,7 % до 9,5 %;
по металлу - с 23,2 % до 14,8 %.
Таким образом, в результате выполненных работ получена значительно более надежная оценка сырьевой базы месторождения, которая была использована для проектирования IV очереди карьера Мурунтау.
1.2. Компьютерные технологии построения на базе математической модели месторождения, оптимальной финальной формы карьера и графика его развития (рис. 2).
К числу наиболее ответственных и определяющих задач проектирования горного предприятия с открытым способом разработки месторождения является определение границ карьера в его предельном по-
ложении (так называемая форма карьера), его производственной мощности, системы вскрытия и календарного графика развития, (включая определение границ обработки в каждом году). От эффективности решения этих вопросов зависит полнота извлечения полезного ископаемого из недр, объемы затрат на строительство и эксплуатацию карьера, и в конечном итоге зависят основные технико-экономические показатели проекта.
Границы отработки карьера (финальная форма) - эта задача решается нами на основе использования эвристического алгоритма, реализующего так называемый «метод подвижного конуса». В соответствии с математической моделью месторождения, последнее может быть представлено в виде совокупности элементарных блоков (кубиков или параллелепипедов) заданных размеров, в каждом из которых оценены запасы руды и металла при заданном бортовом содержании.
По данным математической модели месторождения известно, что при фиксированном бортовом содержании в данном блоке содержится определенное количество руды и металла. С учетом принятых показателей потерь и разубоживания, а так же сквозного коэффициента извлечения, определяется количество полученного металла в случае выемки и переработки его рудной части. При этом учитываются суммарные затраты на выемку, транспортировку, переработку руды, вместе с соответствующими налогами. Зная цену на золото, можно определить прибыль, получаемую в результате добычи данного рудного блока и переработки содержащейся в нем руды.
Известно, что выемка блока при открытой системе отработки месторождения требует выемки и всех остальных элементарных блоков, расположенных над ним и находящихся внутри определенного конуса, форма
которого зависит от принимаемых углов наклона бортов карьера в их предельном положении. Понятно, что блоки, расположенные на более высоком гипсометрическом уровне, подлежат выемке, прежде чем блоки, находящиеся ниже. Поэтому в общем случае часть блоков в конусе будет так же принадлежать другим конусам, дно которых расположено выше, а так же по соседству с рассматриваемым нами блоком.
Перебирая все элементарные рентабельные для отработки блоки (при принятых ценовых показателях) для каждого горизонта по направлению возрастания их гипсометрической отметки, мы сможем зафиксировать множество блоков, для которых прибыль будет "выше нуля".
Это множество блоков и есть блочная модель оптимальной по критерию прибыли формы карьера в его предельном состоянии, т. к. в указанном множестве объединены все блоки, отработка которых дает положительный эффект, и исключены все блоки с отрицательным эффектом.
Можно представить такую модель месторождения (например, достаточно глубоко залегающее пластообразное рудное тело), когда ни один из элементарных блоков не даст прибыль, а объединение таких блоков даст положительный эффект. Поэтому в используемом нами алгоритме предусмотрены эвристические приемы объединения блоков, позволяющие описанный случай исключить.
Оптимизированный календарный план развития карьера -так же, как и финальная форма, является важнейшей компонентой проекта горных работ.
Расчет оптимального плана-графика развития карьера является одной из самых важных и трудных задач проектирования горнорудных предприятий открытого типа. Здесь сталкивается экономическая задача распределения капиталовложений и сложная система техно-
логических ограничений. Экономические факторы требуют как можно более быстрой отдачи и возврата вложенного капитала, поэтому требуется по возможности сместить крупные затраты на вскрышные работы на более поздний срок и как можно раньше выйти на расчетный уровень по добыче руды и производству конечного продукта.
В то же время технологические факторы требуют заблаговременного вскрытия запасов, обеспечения строительства транспортных магистралей, учета ограничения скорости понижения бортов карьера. Оптимальное разрешение этого противоречия с учетом особенностей размещения полезных компонентов и технологических свойств руд в пространстве может быть достигнуто только с использованием самых современных вычислительных методов и средств.
Предлагаемая компьютерная технология реализована на основе новых методов управления сложными динамическими процессами. Решение оптимизируется по критерию максимальной прибыли при заданном проценте на кредит, с учетом всех технологических ограничений, определяемых заданными углами откоса бортов, максимально допустимой скоростью понижения уступов, размерами рабочих площадок, требованиями транспортной схемы, заданной производительностью обогатительных и металлургических комплексов. Эти ограничения (особенно по скорости понижения карьера) не удается учитывать другим известным в мире технологиям построения графиков развития карьера (ОДТДМтЕ^ГГТЬЕ^О и др.). Из всех возможных графиков развития карьера нас интересует тот, который характеризуется максимальной приведенной прибылью.
Данная задача решается путем итеративного использования алгоритма построения финальной формы карьера, которая вычисляется при различной цене
на выпускаемую продукцию, (в данном случае -золото).
Действительно, из сказанного выше видно, что объем финальной формы карьера, является неубывающей функцией от цены на золото. Если предложить, что показатели цены на золото (стоимость одного грамма) образуют ряд, то для каждой цены можно (при тех же технических и затратных показателях) построить свою финальную форму, как функцию от цены, причем эти формы так же образуют ряд, в котором каждая последующая форма включает все предыдущие функции.
Необходимо иметь в виду, что при одной и той же цене на золото (например, отвечающей его реальной стоимости) удельная прибыль (на единицу продукции) для элементов ряда объединений элементарных блоков уменьшается.
Получив последовательность из достаточного количества оптимальных финальных форм, мы можем объединить их в группы по годам в зависимости от цены в этот год, где каждая форма карьера соответствует границам карьера к концу каждого года. Объединение производится так, чтобы:
■ количество руды и металла добываемое при обработке карьера в каждом году соответствовало плановым показателям;
■ понижение дна и бортов карьера в течение года не превышало заданной величины.
Последняя задача решается методами динамического программирования.
Можно сказать, что построенные описанным образом формы карьера отражают близкий к оптимальному календарный график его развития, так как:
■ суммарная приведенная прибыль от реализации всего графика, отвечает условию характеризующему максимально -приведенную прибыль.
■ При выполнении данного графика развития горных работ соблюдаются основные технические ограничения, связанные со скоростью понижения дна и бортов карьера, углами его бортов в их предельном и рабочем состоянии, и т. д.
Остановимся кратко на результатах использования указанных технологий в практике строительства карьера Mypyн-тау. Впервые эти технологии были использованы здесь в 1989-90г. для корректировки проекта горных работ III очереди карьера. В результате, как показала экспертиза, выполненная ВНИПИПромтехнологии на карьере:
■ на 15 % был уменьшен объем вскрышных работ (без существенного снижения общих запасов руды и металла);
■ был значительно изменен календарный график развития горных работ IV очереди карьера Mypyнтаy.
Согласно новому графику, предприятие уменьшило годовой объем вскрышной горной массы с 4G-42 до 32-35 млн м3, перенеся значительную часть работ по вскрыше на более поздние годы развития карьера.
Кроме того, значительно (на 3G %) уменьшились объемы вскрышных пород при тех же извлекаемых запасах.
1.3. Автоматизированная система управления автотранспортом карьера (рис. 3).
Отличительными признаками данной системы служит использование технологии космической навигации GPS (Системы Глобального Позиционирования), позволяющей с высокой точностью определять координаты движущихся или стационарных объектов с использованием спутниковых радиосигналов.
Т ехнология разработана в США в 19BG-9G годы, и получила в настоящее время широкое распространение. Существуют несколько подходов к увеличению точности, целостности данных и
производительности GPS систем.
Применительно к автоматизированной системе управления автотранспортом карьера, суть разработанной нами методологии состоит в использовании базовой станции с точно известными координатами, которые периодически сопоставляются с координатами, измеренными при использовании GPS-приемника путем накопления и усреднения данных. Разность между измеренными и истинными координатами называется дифференциальной поправкой, которая транслируется на мобильные GPS используется для корректировки измеренных координат. После измерения координат при помощи мобильного GPS приемника, как это описано выше, они по радиомодему (или другим образом) передаются в компьютер. Размещая эти приемники на движущихся объектах, в нашем случае на автосамосвалах и обрабатывая соответствующим образом поступающую от них в компьютер информацию, можно отобразить на дисплее положение этих объектов в выбранной системе координат, на карте дорог и т.д. Имея эту информацию, можно осуществлять управление движущимися объектами, их диспетчеризацию и решать задачи связанные с их оптимальным распределением. Такова общая концепция использования GPS в автоматизированной системе управления автотранспортом карьера.
1.4. Автоматизированная система управления качеством рудопотока (рис. 4)
Несмотря на значительную
ма селективной выемки руды остается весьма актуальной. И это связано, в первую очередь с тем, что выемка руды осуществляется по вешкам, которые выставляются в натурные условия очистного забоя по расчетным контурам, после взрыва подсчетного блока руды. Максимальное снижение негативного влияния этого фактора на селективность выемки, реализовано в разработанной нами автоматизированной системе управления качеством рудопотока на карьере Мурунтау с использованием той же космической навигационной системы GPS.
Координаты проекции ковша на горизонтальную плоскость (x, у) определяются с помощью приемника GPS, с высокой (до 1 м.) точностью. Точка с координатами (x, у) проецируется на экране бортового компьютера (в кабине экскаватора), куда выведен выемочный сортовой план блока, в котором работает ЭКГ. Таким образом, машинист ЭКГ, не наблюдая за положением вешек, может легко ориентироваться на плане, и всегда знать сорт руды, который он загружает в автосамосвал. Эти же координаты (x, у) передаются, в момент загрузки ковша, в Центральный компьютер, где с использованием алгоритма нелинейной интерполяции данных опробования ближайших эксплоразведочных
скважин вычисляется оценка содержания золота в загружаемом ковше, а затем - и в автосамосвале. Последний адресуется в зависимости от этой оценки на определенный склад, и компьютер контролирует правильность доставки руды на указанный
Система управления качеством добываемого сырья по предварительным оценкам позволяет:
■ Отсортировать объемы пустых пород, в результате чего на 2-3 % и на 5-6 % снизить потери и разубоживание, что позволяет повысить содержание в отгружаемой руде примерно на 1-3 %.
■ Увеличить на 10-15 %
выход товарных руд (более 2
г/т) за счет выемки их из забалансовых блоков.
■ Увеличить на 10-15 %
выход забалансовых руд (1,5-2 г/т) из блоков минерализованной массы.
■ Увеличить на 10-15 %
выход минерализованной массы из блоков внутренней вскрыши.
В заключении должен отметить, что приведенные мною примеры новейших технологий, не охватывают все научнотехнические решения внедренные на карьере Мурунтау. Должен с полной ответственностью заявить, что каждая из них заслуживает отдельного пристального внимания профессионалов горняков. Например, гамма-активационный экспресс-анализ порошковых проб золота, предварительное, сухое обогащение руд крупнопорционной и покусковой ру-досортировкой, технологии буровзрывных работ, циклично-поточные технологии
транспортировки горнорудной массы, технологии формирования горнорудных отвалов, использование крутонаклонных конвейеров, системы наблюдения и контроля устойчивости бортов карьера, ре-^
Кучерский Николай Иванович - доктор технических наук, действительный член академии горных наук РФ и Международной академии, председатель правления государственного концерна «Кызылкумредметзолото» Республики Узбекистан, директор Навоийского горнометаллургического комбината.
