Геологические аспекты стандартизации качества минерального сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ВТОРЫЕ ЕРШОВСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ К 60-летию со дня рождения профессора В.В. Ершова

Г.П. Бедрина, к.т.н., Г.А. Воротникова, инж.,

МГГУ МГГУ

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ КАЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Введение

Приоритетным направлением научных исследований профессора В.В. Ершова являлось создание комплексной системы геологического обеспечения

управления запасами и качеством минерального сырья, предусматривающей организацию автоматизированной советующей системы контроля, анализа, прогнозирования и статистического регулирования качества добываемого сырья на основе единого банка данных и графоаналитического моделирования горно-геологических объектов [2].

В условиях осуществления стратегии глубоких преобразований в народном хозяйстве, максимальной мобилизации всех резервов для ускорения развития экономики научно-технический прогресс должен быть связан с радикальным улучшением использования минеральных ресурсов на всех стадиях: от разведки, добычи и комплексной переработки сырья до выпуска и использования конечной продукции.

В достижении этих целей значительная роль принадлежит стандартизации полезных ископаемых и унификации природоохранных норм и правил хозяйственной деятельности природо-пользователей. Приоритетная роль стандартизации полезных ископаемых как основы рационального использования недр связана с тем, что аккумулируя достижения науки и техники, организации горного производства, стандарты обеспечивают их широкое применение на всех стадиях освоения месторождений. Именно эти свойства стандартов определяют положение стандартизации как органической составной части в общей системе

управления минерально-сырьевой базы страны.

I. Стандартизация полезных ископаемых как основа рационального использования недр

Научно-методической основой стандартизации в системе геологического обеспечения горных предприятий являются:

♦ комплексность, обеспечивающая взаимосвязь стандартизации полезных ископаемых и процессов формирования качества добываемого сырья, на всех стадиях освоения месторождения;

♦ унификация требований к номенклатуре полезных ископаемых и системе показателей качества минерального сырья и продуктов его переработки, позволяющая создавать безотходные технологии;

♦ типизация схем формирования качества добываемого сырья, методов и схем опробования, контроля и анализа, обеспечивающая эффективность проектирования разработки месторождения и рациональное использование недр, а также широкое применение математических методов классификации, статистики и геостатистики в стандартизации полезных ископаемых и управлении качеством добываемого сырья.

Основные цели и задачи стандартизации полезных ископаемых должны определяться тенденциями развития и использования минералоресурсной базы страны, а также экологическими исследованиями воздействия горнодобывающей промышленности на окружающую среду.

Стандартизация рационального использования недр должна быть организационно-технической основой реализации принципа „не разведывать, не добывать, не пе-

ремещать, не перерабатывать и не потреблять ничего лишнего”. В настоящее время общее число стандартов в мире по вопросам охраны природы и рационального использования природных ресурсов превысило 5000. При этом практически отсутствуют стандарты в области охраны рационального использования недр. Такое положение объясняется тем, что усилия по регламентации хозяйственной деятельности направляются прежде всего на ужесточение требований к вопросам охраны наиболее важнейших жизнеобеспечивающих природных сред (воды, воздуха, почвы). В меньшей мере проявляется интерес к регламентации объемов потребления природных ресурсов горнодобывающими странами. В результате в мире возрастает изъятие из недр невосполнимых природных ресурсов, увеличивается количество отходов горного производства и все острее ощущается необходимость в комплексном использовании минеральных запасов, в переходе на безотходное производство, в увеличении использования вторичного сырья и отходов.

Поэтому, исходя из непрерывности и взаимосвязи процессов освоения месторождений, система стандартов, направленная на обеспечение управления комплексным и рациональном использованием месторождений, должна включать нормативнотехническую документацию, охватывающую все стадии освоения месторождений:

1. Разведка месторождений: методы определения содержания полезных и вредных компонентов, точность их определения; методы лабораторных и полупромышленных технологических испытаний

руд и пород; порядок и методы определения физико-

механических свойств горных пород; методы и методика геотехно-логического картирования.

2. Проектирование разработки месторождений: методы определения объемов извлечения и порядок складирования горной массы; методы расчета размеров целиков, камер, параметров бортов и отвалов; порядок проектирования рекультивации земель; нормирование показателей использования недр, предрасчет потерь и засорения полезных ископаемых; методы предварительной оценки деформаций земной поверхности под влиянием горных работ; оценка экономической эффективности проектируемого предприятия; методика расчета ожидаемого количества некондиционного сырья, отходов производства; нормирование степени загрязнения подземных вод, воздуха и почв.

3. Строительство горнодобывающего производства: методика снятия плодородного слоя почвы, его хранения; правила селективной выемки полезных ископаемых, их складирование и сохранение; состав и порядок геомехани-ческих исследований и др.

4. Разработка месторождения: методы и состав работ по обеспечению оптимальных потерь и засорения полезных ископаемых при добыче; методы и состав работ по управлению количеством и качеством полезных ископаемых; методы управления отработкой контактов рудных залежей; методы и объем наблюдений за изменениями гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений и т.д.

5. Ликвидация горнодобывающего предприятия: порядок ликвидации горных выработок и методы исключения их последующего воздействия на окружающую среду; порядок и состав работ по рекультивации земель ликвидированного горного отвода; методы и состав работ по наблюдениям за воздействием последствий горных работ на окружающую среду.

Помимо рекомендованных к разработке стандартов требуют замены стандартами и другие действующие нормативные документы, что предпочтительно ввиду их взаимосогласования и обязательности выполнения, которая обеспечивается деятельностью органов и служб государственной системы стандартизации.

II. Стандартизация в системе управления качеством добываемого сырья на горных предприятиях

Стандартизация в новых условиях хозяйствования становится основным средством, обеспечивающим согласование и увязку показателей, характеризующих качество полезных ископаемых на стадиях добычи, переработки и потребления. Поэтому принципиальные изменения в экономических аспектах деятельности горных предприятий требуют столь же коренных изменений в системе управления качеством на базе стандартизации. В этих условиях геологические аспекты управления качеством добываемого сырья имеют первостепенное значение, т.к. геологические данные о качестве обладают высокой информативностью и служат основой принятия оптимальных технологических решений.

Формирование качества минерального сырья заключается в трансформации природного объекта (месторождения, залежи) в искусственный (рудопоток) путем преобразования пространственной изменчивости геологических характеристик во временную изменчивость качества, поставляемых потребителю [ 1,2 ]. Практически качеством рудной массы управляют опосредствованно воздействуя на постоянно изменяющиеся условия и факторы процесса формирования качества, обеспечивая тем самым оптимальный уровень качества сырья, однородность его и стабильность.

Поэтому создание комплексной системы управления качеством минерального сырья должно бази-

роваться на следующих основных принципах [1,3]:

♦ проблемно-целевой направленности функций и структуры управления;

♦ системности разработки;

♦ использовании стандартов как организационно-методической, регламентирующей и правовой основы управления;

♦ плановости повышения качества.

Целевой подход к управлению качеством минерального сырья реализуется для повышения уровня целенаправленности управления, ориентации его на эффективное и планомерное использование всех технических, экономических, организационных и других возможностей для обеспечения постоянного соответствия качества добываемого полезного ископаемого требованиям потребителя, ритмичного выполнения планов добычи горной массы в заданные сроки с оптимальным использованием минеральных и энергетических ресурсов, а также соблюдения требований охраны окружающей среды.

Методологической основой проблемно-целевого подхода к управлению качеством минерального сырья является формирование главной цели (достижение оптимального качества) с последующей ее дифференциацией в виде иерархически взаимосвязанной структуры показателей качества добываемого минерального сырья. При управлении качеством ставится задача нахождения оптимальных значений качества технологических процессов, позволяющих рассогласование требуемых и фактических значений качества продукции. Следовательно, система управления качеством минерального сырья является целевой системой, реализующей с помощью функциональных подсистем комплекс специальных задач, который обеспечивает рациональное использование запасов полезных ископаемых при их добыче и подготовке к обогащению или металлургической обработке.

Для обеспечения комплексности управления качеством минерального сырья необходимо осуществить рациональное сочетание целевого и функционального подхода.

Системность разработки требует перехода от решения отдельных задач к реализации комплекса взаимосвязанных и взаимообусловленных технических, организационных, экономических и других мероприятий. Поэтому управление качеством минерального сырья необходимо рассматривать как единый процесс, включающий [1,2]:

♦ все стадии жизненного цикла продукции (разведка месторождений, исследования, проектирование горного предприятия, добыча полезного ископаемого, рудопод-готовка и переработка);

♦ полный состав фаз управления (учет, контроль, анализ, регулирование, прогнозирование, нормирование, планирование);

♦ все уровни формирования качества от недр до потребителя по всем стадиям освоения месторождения (разведка, вскрытие, подготовка к добыче, добыча, рудопод-готовка);

♦ все иерархические уровни управления горным производством (от забоя до комбината).

Качество рудной массы как объект управления может принимать последовательно разные

формы существования в общей схеме формирования от недр до потребителя. Качество руды в недрах обеспечивается требованиями потребителей и функционированием геологоразведочной и горнодобывающей систем на стадиях проектирования и эксплуатации. Качество отбитой и товарной руды определяется на проектной стадии горнодобывающей системы с помощью выбора рациональных параметров систем разработки, средств транспортирования, организации выемочно-погрузочных и усреднительных устройств. На стадии эксплуатации эти направления влияния технологических и организационно-технических факторов реализуются в процессе промышленной добычи. Рудопод-

готовительные процессы как при проектировании, так и эксплуатации обеспечивают качество перерабатываемой руды. Поэтому обеспечение комплексности и целенаправленности управления качеством минерального сырья возможно только на основе стандартов.

Основными задачами стандартизации при управлении качеством минерального сырья являются [3,4]:

♦ установление требований к качеству минерального сырья на основе комплексной регламентации его качественных характеристик (вещественного состава, физико-механических свойств, обо-гатимости и др.) по видам полезного ископаемого;

♦ определение единой номенклатуры показателей качества минерального сырья;

♦ создание единой системы методов и средств контроля параметров качества;

♦ установление требований и методов в области проектирования горнодобычных и рудоподготовительных работ с учетом обеспечения однородности и стабильности качества минерального сырья;

♦ развитие унификации горного и рудоподготовительного оборудования как важнейшего условия комплексной механизации и автоматизации горных и рудоподготовительных работ;

♦ определение единой системы показателей качества функционирования технологических процессов добычи и рудоподготовки, а также горного, транспортного и рудоподготовительного оборудования.

Создание комплекса государственных и отраслевых стандартов, а также стандартов предприятий, отражающих функционально-организационную структуру управления, повышает эффективность их использования как организационно-методической, регламентирующей и правовой основы функционирования комплексной системы управления качеством минерального сырья.

Реализация принципа плановости в рамках комплексной систе-

мы управления качеством минерального сырья направлена на обеспечение однородности, стабильности и повышения качества добываемого сырья. Повышение качества минерального сырья, обеспечение его однородности и стабильности должно планироваться на каждом уровне управления горным предприятием и этапе создания качества. Соответственно, структура функций и задач системы управления должна определяться исходя из необходимости достижения целей функционирования горного предприятия по обеспечению объемно-качественных показателей добываемых руд.

Стандартизация как средство управления качеством добываемого минерального сырья эффективна при определенной структуре и оптимальном количестве нормативно-технической документации. В настоящее время в системе стандартов предприятий практически отсутствуют документы, регламентирующие специфические функции геологического обеспечения управления качеством, связанные со статистическим анализом, контролем качества, а также прогнозированием и регулированием качества добываемого сырья.

Как показал анализ работы горнодобывающих предприятий, влияние различных геологических и технологических факторов обусловливает значительное колебание качества добываемых полезных ископаемых. Так, на железорудных предприятиях колебание содержаний железа составляет ±(3 —15)%. На предприятиях цветной металлургии качество руд варьируется еще в больших пределах. Изменчивость содержаний полезных ископаемых может достигать, %: свинца и цинка ±(50-100); меди ±(80-120); кобальта ±(60-110); сурьмы ±(50-70); ртути ±(60 -150). Резкое колебание качества добываемых руд связано с высокой изменчивостью качества руд в недрах и со смешиванием в один поток руд различного технологического типа. Значительно колеб-

лются качественные характеристики на угольных предприятиях, прежде всего показатели зольности, влажности и др., что особенно часто наблюдается на месторождениях с высокой изменчивостью как качественных, так и структурно-

морфологических характеристик. Это предопределяет направление использования ископаемых углей в соответствии с техническими условиями и техническими требованиями.

В настоящее время стандарты и технические условия на большинстве рудников регламентируют только уровень качества основных компонентов без указания допустимых пределов его изменения, что при высокой изменчивости качества руд на месторождении приводит к значительным потерям полезных ископаемых при их обогащении.

В стандартах предприятий не регламентируется также содержание ценных попутных компонентов, что снижает уровень комплексности использования полезных ископаемых. Весьма ограничен перечень регламентируемых физико-технических характеристик. Поэтому повышение научно-технического уровня стандартов предприятия и ведения фонда технических условий на добываемое сырье должно стать приоритетной задачей геологического обеспечения управления качеством в условиях рыночной экономики горных предприятий.

Г еологическое обеспечение управления качеством добываемого сырья должно быть основано на предварительной и текущей оценке возможности предприятия добывать и перера-

батывать руду стабильного качества, т.к. в условиях самоокупаемости предотвращение значительных и невосполнимых потерь, вызываемых изменчивостью качества, является основой рационального использования недр.

Предварительная оценка возможности предприятия обеспечить стабильность качества должна базироваться на стандартах классификации природных и технологических типов минерального сырья и установленных кондиций. Указанный вид стандартов должен создаваться на стадии проектирования горного предприятия на основе геотехнологического картирования месторождения.

Текущая оценка стабильности качества связана с разработкой стандартов, регламентирующих такие функции геологического обеспечения, как статистический анализ, контроль, прогнозирование и статистическое регулирование. Реализация указанных функций геологического обеспечения требует применения статистических и геостатистических методов оценки качества. Успешному решению этих задач в значительной мере может способствовать стандартизация статистических методов.

Практическое использование статистических методов на горных предприятиях находится на крайне низком уровне. В то же время в промышленно развитых странах использование статистических методов регламентирует 32 стандарта ИСО; в Японии количество стандартов по статистическим методам составляет 28, в США - 15, в Италии -

12. В России эти вопросы охва-

тывают лишь отдельные направления и не образуют целостную систему.

Заключение

Нормативную документацию (стандарты, технические условия, технические требования), регламентирующую значения показателей качества минерального сырья и режимы ведения технологических процессов добычи и рудоподготовки, следует рассматривать как программы и средства управления качеством добываемых полезных ископаемых. Поэтому необходимо разработать концепцию стандартизации статистических и геоста-тистических методов, а на их основе создать комплекс стандартов геологического обеспечения управления качеством минерального сырья. При этом должна быть регламентирована номенклатура статических и динамических показателей качества, обусловливающих возможности предприятия обеспечить стабильность и однородность качества минерального сырья

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бедрина Г.П., Ермолов В.А. Комплексная система управления качеством минерального сырья. Проблемы горнопромышленной геологии. - М: МГИ, 1990.

2. Ершов В.В. Геологомаркшейдерское обеспечение

управления качеством руд. - М: Недра, 1986.

3. Кордаш. Стандартизация и управление качеством продукции. -Киев: Вища школа, 1985.

4. Организационно-методическая документация по стандартизации и управлению качеством продукции. - М: Стандарты, 1987.

© Г.П. Бедрина, Г.А. Воротникова