Информационное обеспечение поддержки принятия решений при разработке и оптимизации технологий сохранения и освоения складированного минерального сырья техногенных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.П. Месяц, А.А. Петров, 2012

УДК 502.55

С.П. Месяц, А.А. Петров

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОДОГИЙ СОХРАНЕНИЯ И ОСВОЕНИЯ СКДАДИРОВАННОГО МИНЕРАДЬНОГО СЫРЬЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Для информационного обеспечения поддержки принятия решений при разработке и оптимизации технологий сохранения и освоения техногенных месторождений разработаны базы данных техногенных месторождений и базы данных технологических процессов в составе информационной системы, компоненты которой реализованы в пользовательском приложении.

Ключевые слова: техногенное месторождение, сохранение, освоение, отходы ру-дообогашения, классификация, информационная система, базы данных, электронная карта.

Днализ состояния минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий Кольского горнопромышленного комплекса свидетельствует, что многолетняя интенсивная отработка высокорентабельной приповерхностной части большинства эксплуатируемых месторождений привела к истощению сырьевой базы горно-обогатительных предприятий. Объем добычи существенно превышает прирост запасов [1].

При этом только 2-4 % из добываемого сырья превращается в полезную продукцию, а остальное складируется в виде отходов горнодобывающего и обогатительного производства, металлургических шламов. Большинство из этих отходов можно отнести к техногенным месторождениям, так как они, по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья, пригодны для эффективного промышленного использования в сфере материального производства. В сложившейся ситуации назрела необходимость поиска и

оценки новых перспективных видов минерального сырья, а также вовлечение в переработку бедных руд и отходов горнопромышленного комплекса.

Особое место среди техногенных месторождений занимают отвалы отходов рудообогащения, в которые складируется мелкодисперсный материал, что обуславливает их подверженность ветровой и водной эрозии, в результате чего не только теряются большие объемы ценного минерального сырья, но и ухудшается состояние природной среды вследствие:

• отчуждения больших территорий для размещения отходов;

• загрязнения почв, воздушных и водных бассейнов сопредельных территорий.

В табл. 1 приведена количественная характеристика складированных отходов рудообогащения крупнейших горнообогатительных предприятий Кольского ГПК, на 2009 год.

Решение проблемы сохранения складируемых отходов рудообогаще-

Таблица 1

Количественная характеристика складированных отходов рудообогашения предприятий Кольского ГПК

Предприятие Профиль предприятия Объем складированных отходов, млн т Занимаемая площадь, га

ОАО «Апатит» Добыча, обогащение 880 3400

апатит-нефелиновых руд

ОАО «Олкон» Добыча, обогащение 408 1400

железной руды

ОАО «Ковдорский Добыча, обогащение 267 1030

ГОК» бадделеит-апатит-магнетитовых

руд

ния актуально как с целью сохранения техногенного минерального сырья для его последующего использования, так и для улучшения экологической обстановки в регионе.

С целью комплексного освоения техногенных месторождений работы ведутся по нескольким направлениям:

• разработка режимов формирования техногенных месторождений с оптимальными параметрами для их последующего освоения;

• прогнозирование и управление физико-химическими свойствами складируемого сырья в процессе хранения;

• разработка технологий сохранения складируемого минерального сырья;

• разработка технологий комплексного извлечения полезных компонентов техногенных месторождений.

Необходимым условием реализации принимаемых решений при сохранении и освоении техногенного минерального сырья является обеспеченность информацией о состоянии исследуемых объектов: их физических параметрах, минералогическом, химическом и гранулометрическом составах субстрата, наличии техногенного загрязнения, подверженности эрозионным процессам и многом другом.

Множественность показателей, характеризующих техногенные месторождения, к которым относятся тех-ногенез месторождения, способы образования, объёмы складированных отходов, вещественный состав, характер процессов, преобразующих первичное вещество, экологические показатели техногенного сырья и некоторые другие предопределяют сложность их классификации.

В основу предлагаемой классификации техногенных месторождений горнопромышленного комплекса Мурманской области положены способы их образования (рис. 1).

Техногенные месторождения делятся на две группы: это отвалы отходов добычи руды и складированные отходы рудообогащения. Дальнейшее классификационное деление техногенных месторождений определяют подгруппы отходов добычи — вскрыша, вмещающие породы, забалансовые руды, проходческие породы и подгруппы отходов рудообогащения — хвосты мокрой магнитной сепарации, хвосты сухой магнитной сепарации, хвосты флотации. На нижнем уровне классификации введены типы и подтипы техногенных месторождений, имеющих различные свойства.

Для информационного обеспечения при разработке и оптимизации

ГРУППЫ

- Отходы добычи, - Отходы обогащения

ПОДГРУППЫ

- Вскрыша, Вмещающие породы. Забалансовые руды, Проходческое породы

- Хвосты мокрой магнигнон ссиарапнн, Хвосчтасухоп магнитной сепарапнн, Хвосты флотации

ТИПЫ

выделяются по свойствам техногенного месторождения

- Объем складированного сырья

- Ценность сырья

- Области использования

ПОДТИПЫ

выделяются по свойствам техногенного минерального сырья

- Гранулометрический состав субстрата

- Минералогический состав

- Химический состав

- Токсичность субстрага

выделяются по экологическим показателям

- Воздействие на природные среды

- Прнчнныпотерь

- Способы сохранения сырья и снижения отрицательного воздействия на природную среду

Рис. 1. Классификационное деление признаков техногенных месторождений

технологий сохранения и освоения техногенных месторождений создана концептуальная модель системы поддержки принятия решений, которая определяет взаимодействие структурных блоков формализованных данных. Информационные блоки в рамках системы сформированы в виде базы данных техногенных месторождений и базы данных технологий по сохранению и переработки минерального сырья складированных отходов рудообогащения. Концептуальная модель информационной системы представлена на рисунке 2.

Реляционная структура взаимодействия базы данных техногенных месторождений и базы данных технологических процессов в рамках информационной системы разработана в контексте целевых задач по систематизации получаемой информации об

исследуемых объектах и анализа факторов, определяющих выбор технологических режимов сохранения и освоения техногенных месторождений (рис. 3).

Структура базы данных техногенных месторождений Кольского ГПК, разработана на основе их классификации и характеризуется иерархической подчиненностью данных. К вершине иерархии относится таблица с регистрируемыми техногенными месторождениями — объектами. С ней взаимосвязаны таблицы с описательными и справочными данными, а также таблицы определяющие группу и подгруппу объекта.

Далее на уровень ниже следует таблица классов регистрируемых параметров, в подчинительной взаимосвязи с ней находится таблица с видами параметров.

Рис. 2. Концептуальная модель системы поддержки принятия решений при разработке н оптимизации технологий сохранения и переработки техногенного минерального сырья

В самом низу иерархии находятся таблицы с регистрируемыми значениями параметров техногенных месторождений. Каждая такая таблица определяет значения параметров одного класса, регистрируемых при мониторинге определенного техногенного месторождения.

Целевое назначение базы данных техногенных месторождений в структуре разработанной информационной системы определено следующими позициями:

• представление информации о техногенном месторождении, в виде, позволяющем отслеживать запасы ценных компонентов, контролировать перераспределение полезных элементов в складированных отходах под влиянием разнообразных природных

факторов, таких как окислительно-восстановительные процессы, выщелачивание, фильтрационные электрические поля, плоскостной смыв и др;

• обеспечение специалистов информацией, определяющей решения по сохранению и переработке минерального сырья техногенных месторождений;

• предоставление информации о наличии веществ различного класса опасности в субстрате техногенных месторождений, позволяющей прогнозировать воздействие на природную среду, и определяющей оптимальные способы снижения этого воздействия;

В состав базы данных техногенных месторождений входят следующие информационные блоки:

Структура базы данных вещественного состава техногенного минерального сырья Таблица ■ Техногенные месторождения

Иод Наименование Код группы Код подгруппы К од пр едлр ня тля Текущее Территориальная привязка Дата оснсвания Дополнит е льная информация

I

Таблица - Группы техно генных объектов Код. Группа

Код Компания Профиль пр-Еа

Таблица - Подгруппы техногенных объектов

Спаеочные данные

Код Группа

Ядд параметров Дополнит ельн ая информация

Таблица ■ Виды параметров

Км Код класса параметров Вид параметров инф ормацшг

Код Код вида параметров Значение 1 Значение 2 Значение 3 Дата регистрации Дополнительная информация

Структура базы данных технологических процессов Таблица - Технологические процессы_

процесса

Таблица лимитпрутотцмх фактарвв првцесса

Описание пропета

Дополннтельиая, справочная

■ Та^ица-Лимитирук)Ы^иё фзт^орыодявдзданнбготтроцкса

Код 1ССЕЛЗШ Коз аппа Значение 1 Значение 2 Значение 3 Дата регистрации Дополнительная

Рис. 3. Структурное взаимодействие базы данных техногенных месторождений и базы данных технологических процессов

• кадастровая информация характеризует состав и свойства исходного сырья горнодобывающих, горнопере-рабатывающих, металлургических и других типов предприятий (горные породы, руда, концентраты, и т.д.) и отходов промышленных производств (хвосты, шламы, шлаки, и т.д.);

• данные мониторинга позволяют оценить степень химического выветривания складированного минерального сырья, распределение минеральных элементов по горизонтам, техногенную нагрузку на природную среду. Результаты анализа данных мониторинга состояния техногенных месторождений являются источником информации о закономерностях из-

менения во времени химико-минералогического и петрографического составов и физических свойств техногенного минерального сырья;

• геоданные — визуализация пространственных характеристик исследуемых объектов с географической привязкой к карте Кольского полуострова.

Некоторые характеристики техногенных месторождений, получаемые в ходе исследований, в описательном выражении не дают наглядного представления о параметрах изучаемого объекта. Для эффективного оперирования такого типа данными на основе геоинформационной системы ЛгеЫо разработана электронная карта Коль-

ского полуострова с информационным наполнением в виде пространственных характеристик и растровых изображений исследуемых объектов горнопромышленного комплекса Мурманской области. Электронная карта включена в состав информационной системы и интегрирована с базой данных техногенных месторождений.

В рамках информационной системы разработан программный модуль анализа данных мониторинга минерального субстрата техногенных месторождений. Компонент позволяет пользователю наглядно управлять данными, проводить анализ и корректировку, делать выборку и визуально представлять результаты обработки данных мониторинга в виде диаграмм и графиков.

Информационная система помимо инструментов обработки и хранения данных, осуществляет представление этих данных для пользователя в наиболее распространенных форматах электронного документооборота. Реализованный модуль генерации отчетов, позволяет пользователю представить результаты обработки данных отчетной формы в трех форматах: в виде текстового файла, файла электронной таблицы EXCEL и в формате документа с гипертекстовой разметкой текста. Инструмент дает возможность строить как статистические отчеты, в которых содержится необходимая информация, так и аналитические отчеты, сформированные на основе анализа и обработки данных. Такие отчеты отражают динамику изменения свойств техногенных месторождений под воздействием различных факторов, формируя их сравнительную характеристику. Для информационной полноты отчетов в программу включен инструмент, реализованный средствами приложения Microsoft Excel, с

помощью которого на основе обработанных данных строятся различные графики и диаграммы.

Таким образом, для информационного обеспечения при разработке и оптимизации технологий сохранения и освоения техногенных месторождений, а также принятия мер по улучшению состояния природной среды, в составе информационной системы разработаны:

• база данных техногенных месторождений;

• база данных технологий сохранения и переработки техногенного минерального сырья складированных отходов рудообогащения;

• программный модуль анализа данных мониторинга;

• электронная карта Кольского полуострова с информационным наполнением в виде пространственных характеристик и растровых изображений исследуемых объектов горнопромышленного комплекса Мурманской области;

• система генерации отчетов;

Информационная система реализована в формате пользовательского приложения.

База данных техногенных месторождений и база данных технологий сохранения и переработки техногенного минерального сырья разработана на основе системы управления базами данных

— Windows Server 2005, разработчик

— компания Microsoft. Программные модули анализа данных мониторинга и пользовательское приложение реализованы в среде разработки приложений Visual Studio 2005, разработчик — компания Microsoft. Электронная карта создана в геоинформационной системе ArcInfo, разработчик ESRI.

Представление анализируемых данных в виде графиков и диаграмм в системе генерации отчетов, реализовано с помощью интегрируемых объ-

ектов программы Microsoft Excel, разработчик — компания Microsoft.

Дальнейшее развитие информационной системы, обуславливается а) поступлением новых данных, получаемых в ходе изучения техногенных месторождений, б) оптимизацией существующих и разработкой новых технологических решений сохранения и освоения техногенного минерального сырья. Это

обосновывает необходимость усовершенствования методов анализа и обработки данных мониторинга состояния техногенных месторождений, внедрения новых методов исследования объектов на основе геоданных с использованием современных ГИС, создания экспертных систем на основе математических моделей исследуемых объектов.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Доклад об охране окружающей среды ресурсов Мурманской области в 2004 году, и рациональному использованию природных Мурманск, 2005, 99с. и'.'-1^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Месяц С.П., Петров A.A. — Учреждение Российской академии наук Горный институт Кольского научного центра РАН, rybin@goi.kolasc.net.ru

- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

(ПРЕПРИНТ)

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ

ТЕХНОГЕННЫХ ЗОЛОТОРОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Литвиниев Виктор Семенович — доктор технических наук, заместитель директора института по научным вопросам, заведующий лабораторией, e-mail: litvinzev@igd.khv.ru

Ван-Ван-Е Анатолий Петрович — доктор геолого-минеральных наук, заведующий лабораторией,

Александрова Татьяна Николаевна — доктор технических наук, заведующая лабораторией,

Корнеева Светлана Ивановна — кандидат технических наук, ученый секретарь, e-mail: s_korneeva@mail.ru

Институт горного дела ДВО РАН, adm@igd.khv.ru

Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 2. — 12 с.— М.: издательство «Горная книга».

Обоснованы ресурсный потенииал техногенных россыпей и направления развития технологий вовлечения их в эксплуатацию путем расширения функциональных возможностей использования мини-драг блочного типа.

Ключевые слова: скрубберная бочка, дра^кный отвал, литогенеза, золотороссыпные узлы, криолитозона.

DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES

OF TECHNOGENIC GOLD GRAVEL DEPOSITS DEVELOPMENT

Litvintsev V.S., Van-Van E A.P., Aleksandrova T.N., Korneyeva S.I.

Resource potential of technogenic placer and a direction of development of technologies of their involving in operation by expansion of use functionality of of block type minidrags is proved.

Key words: scrubber drum, drag dump, lithogenesis, gold-placer junction, cryolitezone.