CC BY
76
ООО УК «Металлоинвест»
А.В. Варичев,
генеральный директор ООО УК «Металлоинвест»
С.И. Кретов,
управляющий директор ОАО «Михайловский ГОК»
Р.И. Исмагилов,
директор департамента горнорудного производства ООО УК «Металлоинвест»
Зш
Б.П. Бадтиев,
начальник управления мониторинга и перспективного развития горных работ ООО УК «Металлоинвест»
Д.Я. Владимиров,
генеральный директор ОАО «ВИСТ Групп»
Комплексный подход к интеллектуальным системам управления горным производством
Металлоинвест является мировым лидером в производстве товарного горячебрикетированного железа, ведущим производителем и поставщиком окатышей, и крупнейшей железорудной компанией в России и СНГ. В 2014 г. на долю Металлоинвеста пришлось 38% российского производства железорудного концентрата и аглоруды, 57% железорудных окатышей и 100% ГБЖ и металлизованных окатышей.
Горнорудный сегмент компании Металлоинвест включает в себя Михайловский и Лебединский ГОКи - крупнейшие комбинаты по запасам, добыче и переработке железной руды в России, расположенные в одном из богатейших железорудных бассейнов мира - Курской магнитной аномалии. Разведанные запасы предприятий гарантируют более 150 лет эксплуатационного периода при текущем уровне добычи.
Потребителями продукции комбинатов: концентрата сырого, сушеного и доменного, сырой и сушеной аглоруды, доменной руды, окатышей неофлюсован-ных и офлюсованных и ГБЖ - являются крупнейшие металлургические предприятия в России и за рубежом, в таких странах, как Чехия, Словакия, Румыния, Китай и других.
Компания Металлоинвест на протяжении многих лет системно совершенствует производство предприятий горнорудного сегмента и расширяет технологическую базу. Так, в 2015 г. на Михайловском ГОКе завершено строительство третьей обжиговой машины, что позволит увеличить объем производства окатышей в полтора раза - на 5 млн т в год. Строительство технологического комплекса ЦГБЖ3 на
32000 30000 28000 26000 24000 22000 20000
тыс. Т'КМ/ГОД
"31285"
29694
28575 27852 29030
26623 26538
24677 25466 25366
21226
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Рис. 1 Динамика изменения производительности тяговых агрегатов
Лебединском ГОКе позволит с 2017 г. производить 1,8 млн т брикетов железной руды в год и довести общий объем производства до 4,2 млн т. Для выполнения таких объемов производства требуется планомерная подача сырья со стороны горнодобывающих переделов ГОКов. В настоящее время в компании активно ведется проработка технологической и экономической целесообразности перехода на новую горнотранспортную схему - циклично-поточную технологию с использованием конвейерного транспорта.
На предприятиях Металлоинвеста работают более 350 ед. технологической техники, среди которых 30 буровых станков СБШ, более 70 экскаваторов ЭКГ с ковшами вместимостью от 4,6 до 18 м3, 37 драглайнов ЭШ-6/45 и ЭШ-10/70, погрузчики Caterpillar и Komatsu, более 80 карьерных большегрузных самосвалов БЕЛАЗ и Caterpillar, а также значительный железнодорожный парк техники на основе тяговых агрегатов и тепловозов.
Управление столь обширным парком техники невозможно без применения современных средств автоматизации, которые позволяют повысить эффективность работы, снизить издержки на эксплуатацию и повысить безопасность работы техники и персонала [1]. Управляющая компания «Металлоинвест» поставила задачу создания единой системы управления всем производственным процессом для горнорудных предприятий, начиная от стратегического планирования и добычи, до отгрузки готовой продукции конечному потребителю, что соответствует лучшему мировому опыту автоматизации горных работ [2]. На протяжении последних десяти лет компания активно внедряла системы геологического моделирования и планирования, управления железнодорожным транспортом, оптимизации экскаваторно-автомобильного комплекса, автоматизации управления фабриками, и с недавнего времени системы управления буровзрывными работами, что позволило увеличить конкурентоспособность предприятий и оптимизировать работу подразделений. В настоящее время рассматривается возможность построения комплексной системы управления на программной платформе одного из мировых лидеров в области корпоративных систем управления - SAP, которая на протяжении ряда лет успешно функционирует на металлургических предприятиях Холдинга.
Для управляющей компании внедрение системы позволит получить сквозную и понятную с точки зрения происхождения производственных показателей отчетность, создать единый подход к расчету KPI, а также получить достоверную базу для расчета и отнесения затрат, связанных с добычей и переработкой.
В настоящее время определятся архитектура системы и состав программных модулей SAP, успешное внедрение кото-
рых станет возможно на основе существующих надежных систем автоматизации.
Одним из основных методов транспортировки руды и вскрыши в карьере ГОКов является железнодорожный транспорт, что стало основополагающим фактором внедрения на Михайловском ГОКе автоматизации железнодорожных станций рудного хода на основе Микропроцессорной системы управления устройствами сигнализации, централизации и блокировки (МСУ СЦБ) российской компании ОАО «ВИСТ Групп» [3]. Внедрение МСУ СЦБ «ВИСТ Групп» на 10 станциях: Верхний парк, Карьерная, Кварцитная, Погрузочная, Разгрузочная, Медовая, Усредсклад, Центральная, Траншейная и Нулевая и МСУ СЦБ «Желдоравтоматика» на трех станциях (Северная, Восточная, Веретенино) позволило увеличить пропускную способность станций, одновременно повысить уровень безопасности движения и надежность работы СЦБ, снизить трудоемкость обслуживания. Производительность тяговых агрегатов в 2002-2014 г. увеличилась на 47%, в том числе за счет внедрения МСУ СЦБ (рис. 1).
В рамках внедрения МСУ СЦБ осуществлена установка напольного и постового оборудования СЦБ: цифровых систем управления стрелками и светофорами; электронной системы счета осей; модулей распределенного ввода/вывода, объединенных полевой шиной; станционного пульта диспетчерского управления на основе микроконтроллерных систем с двойным резервированием. Надежность применяемых систем управления доказана многолетней их эксплуатацией на Михайловском и Лебединском ГОКах.
К одной из особенностей внедрения МСУ СЦБ на Михайловском ГОКе следует отнести создание передвижной диспетчерской станции на основе железнодорожного вагона на станции Нулевая с возможностью оперативного перемещения станции на время взрывных работ, что особенно важно при интенсивной отработке рудных забоев с непосредственной погрузкой руды экскаваторами в железнодорожные составы.
На Лебединском ГОКе в настоящее время реализовано два проекта МСУ СЦБ совместно с ОАО «ВИСТ Групп» на станциях «Нижний Парк» и «Горная».
В 2016-2017 гг. на основе проверенных решений МСУ СЦБ на Михайловском ГОКе рассматривается внедрение системы диспетчеризации и оптимизации железнодорожного транс-
Центральная диспетчерская рудного хода ОАО «Михайловский ГОК»
Рис. 2 Общая структурная схема интеграции АСУ ЖДТ с SAP
порта (АСУ ЖДТ). В настоящее время проводится инженерное обследование для подготовки «Технико-экономического обоснования». Применение системы позволит увеличить объемы вывозимой из карьера горной массы при использовании существующего ж-д транспорта, повысить эффективность эксплуатации экскаваторного парка в прямых железнодорожных забоях и на перегрузочных пунктах, стабилизировать показатели качества руды, подаваемой на ОФ, обеспечить повышение трудовой и технологической дисциплины, безопасности движения и труда, осуществить непрерывный контроль за исполнением графиков планово-предупредительных ремонтов.
В рамках проекта внедрения SAP планируется передача данных в режиме реального времени о простоях, объеме грузоперевозок, потреблении топлива, а также импорт плановых объемов перевозок, различных справочников техники, персонала, работ и т.д. (рис. 2).
Это позволит исключить дублирование ввода информации - одна точка регистрации/источник информации, сократить трудозатраты на получение информации о статусе производства и повысить оперативность формирования и ввода информации в ERP-системе, создать интегрированную систему учета простоев железнодорожного транспорта и экскаваторов, а также получить надежный инструмент для анализа и повышения эффективности работы железнодорожного транспорта.
В схеме интеграции будет осуществляться взаимный обмен данными между АСУ ЖДТ и ERP-системой в автоматическом режиме на уровне базы данных. Так, например, данные о простоях техники передаются в SAP в режиме реального времени. При этом если простой в АСУ ЖДТ является ремонтным, то в модуле ТОиР автоматически формируется наряд-задание на ремонт. При формировании планового ремонта техники в сменном задании АСУ ЖДТ также формируется наряд-задание на плановое обслуживание (рис. 3).
Эффективное управление горнотранспортным комплексом в современных условиях невозможно без использования систем диспетчеризации, основанных на применении средств спутниковой навигации и систем широкополосной связи [4, 5].
Для повышения эффективности работы горнотранспортного комплекса в 2012 г. Металлоинвест внедрил систему диспетчеризации компании Мо^1агМттд, интегрированную с системой геологического моделирования и планирования 8играс [6]. Применяемое бортовое оборудование системы диспетчеризации - бортовые компьютеры, системы передачи данных WiFi, навигационное оборудование GPS\ГЛОНАСС -позволяет совместно с серверным программным обеспечением в режиме реального времени осуществлять перераспределение техники для оптимизации работы горнотранспортного комплекса в соответствии с заданными критериями. Использование системы диспетчеризации позволило повысить производительность выемочно-погру-зочного и транспортного оборудования за счет применения модуля оптимизации, а также данных от бортовых систем контроля загрузки и топлива (СКЗиТ), установленных на карьерных самосвалах. В результате производительность горнотранспортного комплекса увеличилась на 8%, средняя загрузка самосвалов возросла до 98% от номинального значения, практически полностью исключены организационные простои и перегрузы техники, а также получены достоверные данные по работе всех экскаваторов и самосвалов в карьере. В настоящее время на Лебединском ГОКе под контролем системы мониторинга находится 500 ед. хозяйственного и горнотранспортного оборудования.
Порядка 30% от общих затрат горнорудного сегмента Ме-таллоинвеста приходится на буровзрывные работы (БВР), и сокращение этих расходов в настоящее время является одной из приоритетных задач руководства. В 2015 г. Михайловский ГОК совместно с компанией ОАО «ВИСТ Групп» провели тестовое внедрение автоматизированной системы управления буровыми работами (АСУ БР) VGDri11 на двух буровых станках СБШ-32МНА-КП №37 и №38.
Система VGDri11, так же как и система диспетчеризации, интегрирована с системой Surpac и позволяет получить экономический эффект за счет:
- увеличения производительности буровых станков за счет снижения всех видов простоев и оперативности высокоточного наведения их на скважину по данным спутниковой навигации ГЛОНАСС\GPS, контроля и отображения параметров бурения машинисту;
- улучшения качества взрыва, благодаря точному соблюдению сетки бурения, а также возможности оперативной кор-
Рис. 3 Схема сквозной обработки данных о простоях
Рис. 4 Отображение цифрового плана на бурение на панели машиниста и помощь в наведении бурового станка
ректировки сетки бурения;
- снижения случаев повторного бурения и взрывания, устранения «недобуров» и «перебуров»;
- сокращения затрат на шарошечные долота и другие компоненты за счет эффективного режима бурения и всестороннего учета по их использованию;
- получения информации для расчета крепости пород для районирования зон карьера по трудоемкости бурения (разрушения) и расчета удельных затраты на разрушение. При этом создается возможность управлять взрывными работами для оптимизации качества рыхления, что улучшает гранулометрический состав взорванной горной массы и повышает производительность погрузочно-транспортно-го оборудования [7].
Тестовая эксплуатация системы в течение трех месяцев в 2015 г. показала высокую надежность и позволила получить следующие результаты:
- увеличение производительности буровых станков за счет снижения простоев и оперативности наведения на скважину в зависимости от объемов и условий ведения горных работ - в среднем на 5,2%;
- исключение брака при подготовке блоков на массовый взрыв в части нарушений сетки скважин и геометрии блока, как следствие, сокращение затрат на бурение 1 п.м. и на расход взрывчатых материалов;
- получение информации для различных программных продуктов для изучения геолого-минералогических и физико-технических характеристик обуриваемых массивов, распознавания руды в слое пород на основе удельных затрат (энергоемкости) на бурение;
- поддержание работы буровых установок, оснащенных АСУ БР, в оптимальном режиме.
Следует также отметить, что оснащение всего бурового парка АСУ БР позволит выполнить требования п. 777 Правил безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых, утвержденных Приказом Ростехнадзора №599 от 11.12.2013 [8].
Данное решение также рассматривается как одно из перспективных на Лебединском ГОКе. В дальнейшем высокоточная спутниковая навигация может также применяться и на экскаваторах для повышения качества работы в забое [9].
Объединение существующих систем автоматизации горнодобывающего сегмента позволит получить дополнительный эффект от использования существующих систем, получая агрегированную информацию о работе всех участков карьера для повышения точности и прозрачности расчета затрат на владение парка техники, осуществлять возможность расчета затрат на выемку блока для использования при принятии решения об эффективности разработки горизонта в карьере, получать объективные данные для расчета КР1 операторов техники и мотивации наиболее профессиональных сотрудников.
Одной из главных задач для УК «Металлоинвест» является повышение уровня безопасности и управления рисками горного производства. В рамках реализации данной стратегии рассматривается внедрение систем управления промышленной безопасностью на основе программного обеспечения Единая книга предписаний и формирование сменных нарядов (ЕКП и ФСН), которое позволяет автоматизировать учёт нарушений промышленной безопасности, осуществлять формирование сменных наряд-заданий на основании графиков выходов и с учетом выявленных нарушений. Система позволяет вести учет и планирование производственного контроля, инструктажей, экзаменов, аудитов безопасности и учитывать количество аварий, травматизма, инцидентов, тенденции профзаболеваний, в итоге оценивая риск их возникновения [10].
Для оперативного мониторинга устойчивости бортов карьеров рассматривается применение радарных систем их контроля, которые позволяют в круглосуточном режиме определять сдвижение бортов с миллиметровой точностью, вовремя оповестить персонал для вывода людей и техники из опасной зоны [11].
Одним из перспективных направлений повышения безопасности ведения горных работ является использование так называемой «безлюдной» технологии. При этом роботизированная автономная и дистанционно-управляемая техника позволит полностью исключить присутствие человека в зоне ведения горных работ [12-14]. Возможность применения такой техники в перспективе, особенно при углублении горных работ, рассматривается на Михайловском и Лебединском ГОКах.
В настоящее время трудно представить горное производство Металлоинвеста без надежных систем автоматизации, а также высококвалифицированного персонала, позволяющего получить максимальную эффективность от их работы. На протяжении последних лет был выстроен фундамент, на основе которого уже сейчас создается комплексная интеллектуальная система управления всем технологическим процессом, которая позволит компании значительно повысить эффективность своих предприятий и сохранить мировое лидерство.
Информационные источники:_
1. Трубецкой К.Н., Кулешов А.А., Клебанов А.Ф., Владимиров Д.Я. Современные системы управления горно-транспортными комплексами/Под ред. акад. РАН К.Н.Трубецкого. СПб.: Наука, 2007. 306 с.
2. Опарин В.Н., Русин Е.П., Тапсиев А.П., Фрейдин А.М., Бадтиев Б.П. Мировой опыт автоматизации горных работ на подземных рудниках. -Новосибирск: Изд.СО РАН, 2007. - 99 с.
3. Коняхин В .Н. Новые методы управления железнодорожными станциями промышленных предприятий //Горная промышленность. 2014. №2. С. 38.
4. Трубецкой К.Н. Технологии управления горными работами в карьерах: перспективы развития //Горный журнал. 2013. №7. С.4-6.
5. Ailbhe Goodbody.Fleet-footed.Mimng Magazine. March 2014, pp. 22-34.
6. John Chadwick. On-screen planning. InternationalMining, February 2016, pp. 42-51.
7. Клебанов А.Ф., Макеев М.А., Трушин Т.А. Управление качеством и оптимизация буровзрывных работ в АСУ ГТК «Карьер» с использованием горно-геологических систем // Горная промышленность. 2015. №2. С. 92.
8. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке полезных ископаемых». Серия 03. Выпуск 78. - М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследования проблем промышленной безопасности», 2015.-276 с.
9. Клебанов Д.А., Макеев М.А. Применение технологий высокоточной спутниковой навигации в горнодобывающей отрасли //Недропользование XXI век. 2010. №5. С. 34.
10. Пособие по организации системы управления промышленной безопасностью в горнодобывающей промышленности/Владимиров Д.Я., Денисов А.В., Пережлицын А.И., Сальников А.А. / ОАО «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2014.-С.64.
11. Клебанов А.Ф. Современная система контроля устойчивости бортов карьеров на основе использования радаров MSR //Горная промышленность. 2015. №1 (119). С. 75.
12. C. Brown. Autonomous Vehicle Technology in Mining. AutonomousMining, January, 2012, pp. 30-32.
13. Трубецкой К.Н. Технологии управления горными работами в карьерах: перспективы развития // Горный журнал. 2013. №7. С.4-6.
14. Robert Pell. Driving efficiency with technology. International Mining, February 2015, p. 6^77.
