Интеллектуальная технология мониторинга и управления качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных руд

Создание динамической технологии управления и контроля качества добычи и переработки минерального сырья на основе моделирования месторождений и управления рудопотоками актуально для крупных горно-металлургических комбинатов, где на перерабатывающее производство поступает руда с нескольких рудников и встает проблема увязки всех звеньев технологического процесса от геологической модели месторождения, очистных забоев, рудных складов, транспортной системы до обогатительной фабрики и металлургического завода. Представительным объектом для реализации подобной системы является ЗФ ПАО «ГМК “Норильский никель”» – одно из крупнейших горнорудных предприятий России и мира.

Для данного комбината создание эффективной технологии управления рудопотоками особо важно, так как на его месторождениях ведется добыча и переработка многокомпонентных руд и существует необходимость выдерживать плановые показатели по целому ряду металлов.

Разработка интеллектуальной технологии мониторинга и управления качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных руд предполагает решение следующих задач:

• создание цифровых геологических моделей месторождений, обеспечивающих основу для подготовки систем долгосрочного и оперативного планирования и контроля их разработки;

• разработку системы автоматизированного планирования горных работ и технологических решений, обеспечивающих заданные нормативы и показатели извлечения, а также количественные и качественные характеристики формируемых рудопотоков;

• разработку систем контроля качественных характеристик перемещаемой руды за счет применения технических средств оперативного измерения содержания компонентов, работающих в режиме постоянного мониторинга.

Актуальность разработки данной технологии определяется еще и тем, что в соответствии с мировыми тенденциями технического перевооружения подземных рудников на них, наряду с добычей, возлагаются функции первичной рудоподготовки, то есть доведения качества добытой руды до состояния, превышающего качество руды в отрабатываемых залежах. Эта задача решается путем внедрения в существующие горные технологии комплекса усреднительных (смесительных) и сепарационных (разделительных) процессов и требует нового подхода к организации планирования и управления производством. Реализация данных мероприятий позволяет доводить качество добытой руды до уровня, превышающего исходное качество в балансовых запасах, что дает возможность повысить показатели извлечения полезных компонентов в готовый продукт и уменьшить непроизводительные расходы, а также существенно повысить конкурентоспособность горно-обогатительных предприятий на мировом рынке минерального сырья.

Создаваемые технологии управления качеством рудопотоков должны отвечать следующим условиям:

а) обеспечивать неразрывность управления качеством и объемом выпуска конечной продукции;

б) комплексно решать задачи управления по всему циклу формирования качества от проектирования горно-подготовительных работ до отгрузки товарных продуктов;

в) определять стандарты качества руды, как ключевой элемент управления горным производством.

В отечественной и зарубежной практике близкие технологии управления качеством продукции с определенной степенью полноты реализовались на ОАО «Карельский окатыш», на Навоийском горно-металлургическом комбинате (ГМК) в Узбекистане (компьютерные системы АС «РУДА» и САПР ГП по проекту INTEGRA GROUP (США) и ООО «Интегра Групп. РУ» (Россия), шведском руднике «Кируна» и др.

В Норильском рудном районе наиболее представительный объект, где весь комплекс поставленных задач проявляется во всем многообразии, – Талнахский рудный узел. Здесь десятки лет ведется отработка Талнахского и Октябрьского месторождений медно-никелевых руд, для которых совокупность сложных горно-геологических, горнотехнических и технологических условий в сочетании с крайне изменчивыми качественными характеристиками минерального сырья определяет круг научно-практических задач по управлению качеством товарной продукции.

Работы по комплексному решению проблем контроля качества руды начаты на предприятиях Норильска в 2007 году, где впервые предусматривалось создание системы инструментального контроля содержания полезных компонентов с помощью рудо-контролирующих станций в режиме реального времени. В июле 2008 года на Заполярном филиале ОАО «ГМК ”Норильский никель”» сдана в эксплуатацию система контроля качества руды (СККР) из восьми рудо-контролирующих станций в контуре ГГУТОФ. За период эксплуатации системы с 2007 по 2016 год получен большой фактический материал, позволяющий определить перспективы использования результатов работы системы и ее дальнейшего внедрения. На сегодняшний день убедительно показано, что СККР может являться эффективным элементом технологии управления качеством рудопотока, позволяющим успешно решать локальную задачу по контролю качества отгружаемых на фабрику руд, поступающих с разных рудников. По результатам внедрения СККР, специалистами компании отмечена необходимость продолжения данных работ и в перспективе разработки «Комплексной системы (технологии) автоматизированного планирования горных работ, контроля качества рудопотока и принятия командных решений», обеспечивающих заданные объемы добываемой руды, нормативы и показатели извлечения. При этом должны определяться и контролироваться количественные и качественные характеристики формируемых рудопотоков, количество металла, добываемой и перерабатываемой рудной массы, объемы проходки, необходимые объемы закладки пустот и т. д.

Учитывая сложность проблемы, в 2016 году руководством компании ПАО «ГМК “Норильский никель”» и ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ) подписано соглашение о создании в СФУ научно-технологического центра «Лаборатории по разработке динамической системы управления и контроля качества добычи и переработки минерального сырья», цель которого – научно-методическое и кадровое обеспечение разработки и внедрения интеллектуальной технологии управления качеством рудопотоков при добыче и переработке руд ЗФ ПАО «ГМК “Норильский никель”».

Первоначальными задачами центра определены:

• создание компьютерных геологических моделей месторождений, обеспечивающих основу для подготовки систем долгосрочного и оперативного планирования и контроля их разработки;

• сопровождение системы автоматизированного планирования горных работ и технологических решений, обеспечивающих заданные нормативы и показатели извлечения, а также количественные и качественные характеристики формируемых рудопотоков;

• сопровождение системы контроля качественных характеристик перемещаемой руды за счет применения технических средств оперативного измерения содержания компонентов, работающих в режиме постоянного мониторинга.

В перспективе разработанная и внедренная технология должна стать основой для совершенствования планирования, диспетчеризации сквозного мониторинга и аудита всего горно-обогатительного комплекса.

В монографии представлен аналитический обзор состояния проблемы управления качеством рудопотоков в ЗФ ПАО «ГМК “Норильский никель”» и изложены основные принципы и подходы, которые будут предложены для программы работ компании и центра по созданию комплексной технологии управления рудопотоками.

Работа выполнена при поддержке специалистов горно-геологического профиля ЗФ ПАО «Горно-металлургической компании “Норильский никель”».

Материалы, положенные в основу работу, собраны авторским коллективом на протяжении последних пятнадцати лет. Авторы благодарят В.Н. Князева, А.И. Голованова и А.Б. Бородушкина за помощь в сборе и обработке материала для отдельных глав работы.