CC BY
20
УДК:622.271.622:(622.725:539.16)
Б01: 10.46689/2218-5194-2021-3-1-320-329
ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Е.Е. Швабенланд, М.И. Лаптева
Показано, что обеспечение условий формирования требуемого качества товарной продукции, поступающей на переработку, является важнейшей задачей горного производства. Отмечено, что применительно к условиям разработки рудных или угольных сложноструктурных месторождений эта задача становится принципиальной, так как переработка минерального сырья таких месторождений сопряжена с существенными материальными затратами, и даже небольшие отклонения качественных характеристик добытой массы от требований потребителя могут привести к отрицательным экономическим результатам освоения месторождения в целом, поэтому управление качеством добываемого сырья является актуальной научно-практической задачей.
Ключевые слова: сложноструктурное месторождение, рудная масса, угольная масса, система управления качеством, качество товарной продукции, рациональное и комплексное использование недр.
Основной целью управления качеством добываемого сырья является решение двух взаимосвязанных и взаимозависимых задач: 1) повышение содержания ценных компонентов в добытой и подаваемой на переработку рудной/горной массе; 2) формирование стабильного по качеству рудного потока или горной массы, поступающей на обогатительную фабрику. Совместное решение этих задач возможно путем выделения на основе детальных геологических изысканий в массиве месторождения различных технологических типов минерального сырья, и, как показали результаты проведенных исследований по целому ряду месторождений твердых полезных ископаемых, удорожание затрат, связанное с выполнением технологических операций и процессов управления качеством минерального сырья, полностью окупается ростом стоимости товарной продукции горнодобывающего предприятия.
Направление исследований
Основным условием реализации этой идеи является существенный рост совокупного дисконтированного потока за период освоения лицензионного участка недр, в том числе за счет роста стоимости товарной продукции при ее более высоком качестве, комплексного использования добытого сырья, попутно добываемых полезных ископаемых, вовлечения в эксплуатацию накопленных и текущих отходов, рекультивации территорий и обеспечения мер по охране недр и окружающей среды [1-3].
Следует иметь в виду, что вследствие существенного различия условий залегания твердых полезных ископаемых даже одного типа, а также в связи с большой изменчивостью их качества в пределах рудной залежи или пласта нецелесообразно создавать единые системы управления качеством. Более эффективно разрабатывать такие системы дифференцированно по группам месторождений, объединяемым по сходным признакам (тип полезных ископаемых, содержание ценных компонентов, минерализация полезных ископаемых и вмещающих пород, генезис и т.д.). А затем с учетом этого определять способ разработки месторождения, преимущественно основанный на комбинации физико-технических и физико-химических геотехнологий.
Обоснование технологии освоения Ошурковского месторождения апатитовых руд Ошурковское месторождение располагается в устье р. Селенга, питающей оз. Байкал, к технологии его разработки предъявляются жесткие экологические ограничения по исключению использования буровзрывных работ и механического дробления, именно поэтому в проектных решениях в качестве выемочного и погрузочного оборудования приняты фрезерные комбайны.
На фрагменте из блочной геолого-структурной 3D-модели месторождения видно (рис. 1), что полезный компонент Р205 в массиве распространен повсеместно, но неравномерно по содержанию.
Рис. 1. Фрагмент блочной 3D-модели модели Ошурковского месторождения: т - кондиционная апатитовая руда с содержанием Р205 более 4,5% ; ^^ - кондиционная апатитовая руда с содержанием 4,5 % > Р2О5 >3,9 %; О - кондиционная апатитовая руда с содержанием 3,9 % > Р2О5 > 3,5 %; О - некондиционная руда с содержанием P205 < 3,5 % и пустая порода- безрудные дайки;
- - - геологические нарушения
Апатитовая минерализация месторождения приурочена к сиенит-диоритам, занимающим около 87 % площади, и представлена рудными телами размером от 50*50 до 200*800 м. Практически всю остальную площадь месторождения занимают пустые породы. Содержание полезного компонента - пентаоксида фосфора Р205 - в среднем по месторождению составляет 3,89 %, в кондиционных рудах - 4,37 % при бортовом содержании 3,5 %. Участки кондиционных и некондиционных апатитовых руд образуют сплошные рудно-породные зоны различных форм, размеров и структур. Видимая граница между ними и апатитовыми рудами отсутствует. Соотношение кондиционных и некондиционных руд определяется коэффициентом рудоносности, который в среднем по месторождению равен 0,68 [4]. Валовая выемка запасов месторождения приведет к снижению качества до показателя, не приемлемого для получения в процессах последующего передела ожидаемого качества товарной продукции.
Поэтому для условий освоения Ошурковского месторождения на основе проведенных исследований разработана следующая система управления качеством:
- разделение карьерного поля на природно-технологические зоны (рудную, рудно-породную и породную), что позволяет дифференцированно определять проектные показатели качества добытого минерального сырья и дает возможность интенсифицировать горные работы в зонах оруде-нения с повышенной минерализацией. При этом появляется возможность гибкого управления объемами отбиваемой рудной массы в той или иной зоне оруденения для получения усредненных показателей качества требуемой величины. Кроме того, плановое управление направлением фронта горных работ обеспечивает создание условий для работы комбайнов в более однородных средах, что позволяет оптимизировать глубину фрезерования и соответственно повысить производительность оборудования;
- выемку рудной массы предусмотрено осуществлять послойно-порционным способом фрезерными комбайнами, работающими в комплексе с автосамосвалами заданной грузоподъёмности, определяемой разбросом качества рудной массы в массиве месторождения, что позволяет минимизировать потери и разубоживание при добыче. Так как для Ошур-ковского месторождения достоверность результатов определения качественных характеристик единичной выемочной порции рудной массы имеет большое значение по причине относительно небольшого различия кондиционного и некондиционного полезного ископаемого по содержанию Р2О 5, принято установить радиометрический контрольно-измерительный комплекс непосредственно над поверхностью движущейся горной массы, что позволит определять содержание полезного компонента в руде непосредственно при загрузке в автосамосвал каждые 20 секунд [5, 6];
- за время загрузки одного автосамосвала будет выполняться не менее 60 измерений, по результатам которых с использованием специального
программного обеспечения в режиме реального времени определяется среднее содержание ценного компонента в кузове каждого автосамосвала и показатель отображается на мониторе комбайна, после чего автосамосвал получает адрес разгрузки: с содержанием в рудной массе ценного компонента выше бортового - автосамосвал направляется на усреднитель-ные склады обогатительной фабрики для последующей переработки, автосамосвал с содержанием ценного компонента в рудной массе ниже бортового, но выше промышленного - для складирования с целью дальнейшего перспективного использования и рудной массы с содержанием P2O5 ниже бортового - в отвал [7].
Таким образом, предложенная схема управления качественными характеристиками потоков горной массы при разработке Ошурковского месторождения, представленная на рис. 2, позволяет:
1) на основе разделения карьерного поля на природно-технологические зоны (рудную, рудно-породную и породную) дифференцированно определять проектные показатели извлечения полезного ископаемого из недр и планировать рациональное направление развития фронта горных работ;
2) уточнять технологические показатели и показатели извлечения полезных ископаемых из недр при планировании развития горных работ;
3) разделять потоки фактически извлеченной горной массы на отдельные технологические сорта в зависимости от содержания ценных компонентов в добытой рудной массе;
4) получать в реальном времени технические отчеты об объемах добычи рудной массы раздельно по технологическим сортам и в целом по карьеру;
5) своевременно принимать управленческие решения по изменению направления развития фронта горных работ, толщины слоя фрезерования, режима работы выемочно-транспортного комплекса и характеристик грузопотоков.
Рис. 2. Схема управления качественными характеристиками потоков минерального сырья при разработке Ошурковского месторождения
Обоснование технологии освоения Бейского каменноугольного месторождения
Для условий Бейского сложноструктурного каменноугольного месторождения, характеризующегося невыдержанными характеристиками залегания пластов и качества углей, также проведены исследования по выбору оптимальной системы управления качеством добываемого угля. На рис. 3 представлен разрез, где видно, что мощность пластов изменяется от 15 см до 6,5 м, и теплота сгорания углей варьирует от 4700 до 5600 ккал/кг.
Так как качество угля на Бейском месторождении изменяется как по длине фронта работ, так и в пределах отдельного геологического профиля, для обеспечения требуемых показателей качества угля необходимо также по данным детального геологического разреза выполнять разделение пласта на блоки. На основе проведенных исследований качества угля в массиве установлено, что критерием для разделения фронта горных работ на отдельные блоки и выбора последовательности их отработки является приведенная теплота сгорания угля. При существующей технологии опробования качества угля, точности измерительных приборов и ценовых параметров рынка угля необходимо разделение фронта горных работ на блоки в интервале, не превышающем 200 ккал/кг. Для условий Бейского месторождения особо ценной угольной продукцией являются товарные угли с приведенной теплотой сгорания более 5600 ккал/кг; высокоценными, в пределах 5500... 5600 ккал/кг; ценными - в пределах 5100... 5500 ккал/кг; малоценными - менее 5100 ккал/кг [8].
Формирование требуемого качества продукции предприятия достигается при последовательном выполнении технологических процессов с заданными параметрами геологоразведочных, буровзырывных и очистных работ, включая подготовку угля к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортирование, складирование и переработку [9].
Ц 4703-5630 - низшая теплота сгорания, (27 24,9-216,1 - глубина залегания, м 3. 0,15-6,50 - мощность угольных пластов, м
Рис. 3. Характерный геологический разрез Бейского каменноугольного
месторождения
Для условии отработки углей Бейского месторождения определено, что повышение качества угля при выполнении технологических процессов обеспечивается:
при производстве буровзрывных работ с исключением перемешивания различных сортов угля и засорения вскрышными породам при достижении требуемой крупности угля за счет применения рассредоточенной конструкции заряда на добычных уступах и подсыпки забоя скважины на вскрышных уступах, расположенных над пластами угля;
при выемочно-погрузочных работах путем применения селективной выемки угля различного качества без примешивания вскрышных пород, что достигается подбором оптимальной емкости ковша экскаватора на добычных работах; при транспортировании углей - сокращением переизмельчения угля при частых перегрузках и увеличением вместимости кузова карьерного автосамосвала;
при складировании за счет увеличения количества штабелеиП с различным качеством угля в результате варьирования параметров штабелей;
при переработке - выбором способа обогащения в зависимости от технических условий к ожидаемому качеству добываемого полезного ис-
копаемого и условии к качеству товарной продукции.
На рис. 4 представлен алгоритм управления качеством продукции в условиях Бейского сложноструктурного каменноугольного месторождения с невыдержанными характеристиками залегания и качества угля [10].
Рис. 4. Алгоритм управления качеством продукции в условиях Бейского сложноструктурного каменноугольного месторождения
Заключение
Выполненные технико-экономические расчеты показали, что предложенная экологически сбалансированная геотехнология освоения Ошур-ковского месторождения является финансово состоятельной и коммерчески эффективной. Так, при ставке дисконтирования 12 % проект окупается за восемь лет, обеспечивая накопленный чистый дисконтированный доход в размере 1145 млн руб. за принятый срок эксплуатации месторождения, равный двадцати годам. Кроме того, технология послойной выемки руд и методика разделения потока горной массы на основе радиометрического экспресс-метода позволяют в 1,13 раза повысить полноту извлечения полезного ископаемого из недр, а отказ от рыхления массива буровзрывным способом исключает залповые выбросы в окружающую среду пылегазово-го облака в объеме 98,3 млн м в год.
В условиях Восточно-Бейского угольного разреза в результате практического применения метода управления качеством товарной продукции в течение второго полугодия 2019 г. - первого квартала 2020 г. недропользователю удалось ежемесячно получить экономический эффект
более 19 млн руб.
Таким образом, для обеспечения устойчивого развития горнотехнических систем, особенно в условиях глобальных вызовов и рисков, и достижения высоких экономических результатов при разработке сложно-структурных месторождений твердых полезных ископаемых решение проблемы управления качеством минерального сырья на основе указанных принципов является важнейшей задачей недропользования на всех этапах освоения георесурсов участка недр.
Список литературы
1. Эффективные технологии использования техногенных георесурсов - основа экологической безопасности освоения недр / К.Н. Трубецкой,
B.Н. Захаров, Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова // Горный журнал. 2016. № 5. С. 34-40.
2. Трубецкой К.Н. Развитие ресурсосберегающих и ресурсовоспро-изводящих геотехнологий комплексного освоения месторождений полезных ископаемых. М.: ИПКОН РАН, 2014. 196 с.
3. Каплунов Д.Р., Радченко Д.Н. Комплексное освоение недр - основное содержание горных наук и образования // Горный информационно-промышленный бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № Б1.
C.165-174.
4. Отчет о работах Ошурковского ГРП за 1962 - 1969 гг. Результаты детальной разведки с подсчетом запасов на 01.12.1969 г.
5. Федянин С.Н. О возможности разделения пород и руд месторождения Мурунтау рентгенорадиометрическим способом // Теория и практика разработки месторождения «Мурунтау» открытым способом. Ташкент: Фан, 1997. С. 135-141.
6. Еремин А.М. Научное обоснование возможности предварительного обогащения золотосульфидных руд и разработка технологии рентге-норадиометрической сортировки (на примере месторождения Кокпатас): дис. ... канд. техн. наук. М., 2010. 132 с.
7. Рыльникова М.В., Швабенланд Е.Е. Особенности управления качеством рудной массы при разработке сложноструктурных месторождений апатитовых руд с применением комбайновой выемки // Рациональное освоение недр. 2019. № 2-3. С. 80-86.
8. Азев В.А., Попов Д.В. Управление качеством товарной продукции в условиях отработки сложноструктурного угольного месторождения // Горные науки и технологии. 2020. № 5(2). С. 119-130. Б01: 10.17073/2500-0632-2020-2-119130.
9. Ясюченя С.В. Рекорды как способ выявления и освоения потенциальных возможностей экскаваторно-автомобильного комплекса // Уголь. 2013. № 8. С. 19-21.
10. Попов Д.В. Методика управления качеством товарной продукции угольных разрезов с невыдержанными характеристиками залегания и качества угля (на примере Бейского месторождения каменного угля) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 9 (специальный выпуск 28). С. 3-21. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-28-3-21.
Швабенланд Елена Егоровна, канд. техн. наук, зав. сектором, sh-vabenland@vims-geo.ru, Россия, Москва, Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н. М. Федоровского,
Лаптева Марина Игоревна, гл. маркшейдер laptevamiasuek.ru, Россия, Москва, АО «СУЭК»
PRINCIPLES OF MINERAL RAW MATERIAL QUALITY MANAGEMENT IN COMBINED MINING COMPLEX STRUCTURAL DEPOSITS
E.E. Shvabenland, M.I. Lapteva
Ensuring the conditions for the formation of the required quality of marketable products received for processing is the most important task of mining production. In relation to the conditions for the development of ore or coal deposits of complex structure, this task becomes fundamental, since the processing of mineral raw materials of such deposits is associated with significant material costs, and even small deviations in the quality characteristics of the extracted mass from the requirements of the consumer can lead to negative economic results of the development of the field as a whole. Therefore, quality management of extracted raw materials is an urgent scientific and practical task.
Key words: complex structure deposit, ore mass, coal mass, quality management system, quality of commercial products, rational and integrated use of mineral resources.
Shvabenland Elena Egorovna, candidate of technical sciences, head of the sector, shvabenland@vims-geo. ru, Russia, Moscow, All-Russian Research Institute of Mineral Raw Materials. N. M. Fedorovsky,
Lapteva Marina Igorevna, chief surveyor, laptevami@,suek. ru, Russia, Moscow, JSC
«SUEK»
Reference
1. Effective technologies for the use of technogenic geo-resources - the basis of environmental safety of subsurface development / K. N. Trubetskoy, V. N. Zakharov, D. R. Kaplunov, M. V. Rylnikova //Mining magazine. 2016. No. 5. pp. 34-40.
2. Trubetskoy K. N. Development of resource-saving and resource-reproducing ge-otechnologies of integrated development of mineral deposits. Moscow: IPKON RAS, 2014. 196 p.
3. Kaplunov D. R., Radchenko D. N. Complex development of mineral resources -the main content of mining sciences and education // Mining information and industrial bulletin (scientific and technical journal). 2017. No. S1. pp. 165-174.
4. Report on the work of the Oshurkovsky hydraulic fracturing plant for 1962-1969. The results of detailed exploration with the calculation of reserves as of 01.12.1969, 1969
5. Fedyanin S. N. On the possibility of separation of rocks and ores of the Muruntau deposit by X-ray radiometric method // Theory and practice of the development of the Muruntau field by the open method. Tashkent: Fan. 1997. pp. 135-141.
6. Eremin A.M. Scientific substantiation of the possibility of preliminary enrichment of gold sulfide ores and the development of X-ray radiometric sorting technology (on the example of the Kokpatas deposit): dis. ... candidate of Technical Sciences. Moscow. 2010. 132 p.
7. Ryl'nikova M. V., E. E. Shvabenland management Features quality of the rock mass during the development of complex fields of Apatite ores with the use of a combine cut // Rational development of mineral resources. 2019. No. 2-3. P. 80-86.
8. Azev V. A., Popov D. V. quality Control of commercial products in terms of the testing of complex coal fields // of Mining science and technology. 2020. No. 5(2). pp. 119130. DOI: 10.17073/2500-0632-2020-2-119130.
9. Yasyuchenya S. V. Records as a way to identify and develop the potential capabilities of the excavator-automobile complex / / Coal. 2013. No. 8. pp. 19-21.
10. Popov D. V. Methodology for managing the quality of commercial products of coal mines with unstressed characteristics of the occurrence and quality of coal (on the example of the Bey coal deposit) // Mining information and analytical bulletin. 2020. No. 9 (Special issue 28). pp. 3-21. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-28-3-21.
