Качество полезного ископаемого и его контроль

Общие положения
Одним из перспективных путей повышения конкурентоспособности отечественных горнодобывающих предприятий является автоматизированное регулирование качества рудной массы, поступающей на обогатительную фабрику, с целью минимизации затрат на производство товарной продукции. Реализация данного подхода возможна только при условии прогнозирования качества руды в забоях, контроля его при погрузке, управления рудопотоками по всей технологической цепи. Законодательство РФ предъявляет жесткие требования к горным предприятиям по использованию систем автоматизированной спутниковой диспетчеризации преимущественно для обеспечения безопасности горных работ. Но не менее важными задачами, которые стоят при внедрении таких систем, являются: контроль состояния и загрузки горного оборудования, его пространственное позиционирование, оперативный учет объемов добычи и транспортирования горной массы, управление горнотранспортным комплексом с учетом принятых критериев оптимизации. Решение этих задач позволяет перейти на более высокий уровень управления технологией горных работ — обеспечение заданных характеристик рудопотоков, поступающих на последующий передел.

Оптимизация качества рудной массы при открытом способе добычи
Наиболее простым с технической точки зрения является управление качественными характеристиками рудопотоков при открытом способе добычи полезных ископаемых. Внедрение и эксплуатация систем позиционирования выемочного и транспортного оборудования достигается применением спутниковой навигации и систем беспроводной передачи данных, базовые элементы
которых, как правило, устанавливаются на территории ведения горных работ, горнотранспортном оборудовании и в диспетчерском пункте. При этом достигается высокая точность определения
пространственного положения мобильных объектов при минимальной вероятности выхода их из строя. Следует отметить, что большинство горных предприятий с открытым способом добычи
уже оснащено системами автоматического контроля, управления и учета работы горнотранспортного оборудования карьеров. Как известно, решающее влияние на качество добываемого полезного ископаемого оказывает его природное состояние, характеризующееся содержанием полезных и вредных компонентов на всем протяжении рудного тела. При этом важным является пространственное положение каждого контролируемого объема в пределах карьерного поля и количество сортов руды, предполагающих раздельную добычу. На действующих рудных карьерах качественные характеристики полезных ископаемых в геологических контурах и крупных блоках меняются в широких пределах; степень изменчивости содержания полезных компонентов в руде в процессе добычи зависит и от направления развития горных работ. Характер изменчивости качества руд настолько сложен, что описать его универсальной математической функцией не представляется возможным. Поэтому в настоящее время на большинстве предприятий единственным эффективным способом обеспечения стабильных показателей рудопотока является использование усреднительных складов.

большинство горных предприятий с открытым способом добычи уже оснащено системами автоматического контроля, управления и учета работы горнотранспортного оборудования карьеров. Как известно, решающее влияние на качество добываемого полезного ископаемого оказывает его природное состояние, характеризующееся содержанием полезных и вредных компонентов
на всем протяжении рудного тела. При этом важным является пространственное положение каждого контролируемого объема в пределах карьерного поля и количество сортов руды, предполагающих раздельную добычу. На действующих рудных карьерах качественные характеристики полезных ископаемых в геологических контурах и крупных блоках меняются в широких пределах; степень изменчивости содержания полезных компонентов в руде в процессе добычи зависит и от направления развития горных работ. Характер изменчивости качества руд настолько сложен, что описать его универсальной математической функцией не представляется возможным. Поэтому в настоящее время на большинстве предприятий единственным эффективным способом обеспечения стабильных показателей рудопотока является использование усреднительных складов. Сложность стабилизации качества рудной массы при отработке рудных тел неправильной формы заключается в том, что мощность и угол наклона залежей изменяются в значительных пределах. Это, в свою очередь, приводит к увеличению площади контактов между полезным ископаемым и вмещающими породами, а также между различными сортами руд. Поэтому традиционный подход и методы стабилизации качественных характеристик рудопотока, основывающиеся на усреднении значений мощности и угла падения рудной залежи, являются весьма приближенными, а часто и недействительными, так как эти методы совершенно не отражают всей сложности условий залегания рудных тел в пространстве карьерного поля или отдельных его участков.

Все существующие на сегодняшний день работы, направленные на усовершенствование методик оценки и описания пространственного положения и конфигурации рудных тел, сводятся к попыткам увеличения точности предоставления геологической информации посредством обоснования различного рода коэффициентов, позволяющих отойти от использования линейных параметров рудной залежи. Для стабилизации качественных показателей рудопотоков при разработке рудных тел сложной неправильной формы необходимо совершенствование методов пространственного описания рудной залежи в пределах карьерного поля. Следует отметить, что все сегодняшние методики позволяют в лучшем случае выразить количественно показатели сложности формы и условий залегания рудных тел. Указанные недостатки в практике открытых горных работ возможно компенсировать применением средств спутниковой навигации в совокупности с системой автоматизированного управления качественными характеристиками рудопотоков.

Такая система создана и внедрена на Воронцовском золоторудном карьере ЗАО «Золото Северного Урала». Основу ее составили адаптированные к конкретным горно-геологическим и горно-техническим условиям предприятия программные и аппаратные средства в рамках единой информационной системы, направленной на стабилизацию качественных характеристик объединенных потоков руды, поступающих на переработку с различных эксплуатационных забоев (рис. 1). 

Рис.1. Визуализация качества рудной массы на уступах карьера

Идея обеспечения требуемых показателей качества рудной массы базируется на формировании рудопотоков, исходя из набора качества руды в единичных выемочных объемах, определяемой
в результате прогнозирования на постоянно уточняемой блочной модели месторождения и контроля в процессе обуривания массива, выемки руды из эксплуатационного блока, погрузки в транспортные средства, количество и режим перемещения которых регулируется в зависимости от характеристик и мест расположения забоев, количества, объемов и пунктов выгрузки в карьере.
Для повышения объективности системы управления качественными характеристиками рудопотоков необходимо наличие и использование блочной геологической модели как исходной ин-
формации по качеству рудной массы. Все оперативно выявляемые фактические отклонения по качеству фиксируются геологической службой предприятия с внесением соответствующих изменений в программную базу данных геологической модели. В качестве средств контроля могут также использоваться средства контроля качества рудной массы в потоке, устанавливаемые на приемных конвейерах обогатительной фабрики (рис. 2). Данные, фиксируемые по показателям прибора, учитываются в системе контроля качества рудной массы на фабричных шихтовочных складах.

Рис. 2. Прибор для контроля качества рудной массы на приемном конвейере обогатительной фабрики

Перспективы применения автоматизированных систем управления качеством рудной массы при подземной и комбинированной геотехнологии
В рамках развития средств автоматизированного управления работой горнотранспортных комплексов компанией «ВИСТ Групп» проведены испытания и осуществлено проектирование системы позиционирования горного оборудования в условиях подземных рудников Оленегорского ГОКа и корпорации «Казахмыс» (рис. 3). Применяли системы с использованием сигнала Wi-Fi-сети, излучающего кабеля или радиочастотных меток. Эксплуатация данных систем при подземной добыче полезных ископаемых осложнена ограничением зоны передачи беспроводного сигнала и необходимостью применения устройств, обеспечивающих устойчивое радиопокрытие по мере развития горных работ. Возникает также необходимость многостадийного формирования качественных показателей руды с учетом индивидуальных показателей качества рудной массы, извлекаемой из отдельных элементарных выемочных объемов (камер, лент), с последовательным объединением их через систему рудоспусков в единую сеть внутрирудничных рудопотоков. Подобная система применяется на подземном руднике по добыче хрома в Финляндии. Следует отметить, что в целом процесс прогнозирования и контроля показателей качества рудной массы, аналогичен таковому при открытом способе добычи. Наиболее сложным с технологической точки зрения является управление качественными характеристиками рудопотоков при комбинированном способе разработки месторождений, поскольку для обеспечения заданных показателей качества руды необходимо учитывать взаимодействие подземного и карьерного горнотранспортного оборудования с перемещением рудной массы по объединенным транспортным магистралям по поверхности или по выработкам подземного рудника. Данная особенность должна быть учтена системой обеспечения поточной стабилизации качества руды в пределах единого горнотранспортного комплекса «шахта – карьер».

Рис. 3. Визуализация качества рудной массы в выработках подземного рудника

Заключение
Таким образом, на базе испытанных систем позиционирования мобильных горнотранспортных объектов формируется система управления качественными характеристиками рудопотоков, обеспечивающая существенное повышение эффективности и полноты разработки месторождения. Стабилизация качества рудной массы позволяет существенно снизить затраты предприятия на обогатительном переделе, сократить потери руды, прогнозировать качество сырья в формируемых из отходов горно-обогатительного производства техногенных образованиях.