CC BY
379
11. Kaplunov D. R., Rylnikova M. V. Promising directions for the development of combined Geotechnology in the light of improving the technological structure of mining pro-duction.Izvestiya Tula state University. earth science. 2019. Vol. 3. Pp. 7-22.
12. Metal deposits combined development experience / V. Golik, V. Komashchen-ko, V. Morkun, O. Burdzieva // Metallurgical and Mining Indus-try, 2015. Vol. 7. No. 6. P. 591-594.
13. Luzin B. S., Golik V. I. leaching of gold from substandard raw materials // Physical and technical problems of mining, 2004. No. 4. P. 84-88.
УДК 622.7:[622.013.014:004.9]
ЦИФРОВАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ: ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ВЫЗОВЫ
А.Г. Рыльников, И.А. Пыталев
Представлен анализ современного состояния и перспектив развития информационной и технологической инфраструктуры горнодобывающих предприятий. Предложены цифровые решения для горного производства, направленные на повышение эффективности функционирования горнотехнической системы в условиях постоянно изменяющихся внешних и внутренних факторов, влияющих на освоение участка недр. Обоснована принципиальная схема построения горнотехнической системы на основе полной цифровизации горного производства.
Ключевые слова: цифровизация, горнодобывающая отрасль, открытые горные работы, подземные горные работы, диспетчеризация, контроль функционирования.
Горное производство в России насчитывает несколько столетий. За этом период накоплен огромный опыт не только в добыче различных видов твердых полезных ископаемых и технологий их переработки, но и способности адаптироваться к изменяющимся внешним и внутренним факторам, влияющим на эффективность функционирования горнодобывающих предприятий. Современным вызовом для отечественной и мировой горной отрасли является устойчивая тенденция ухудшения горно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений твердых полезных ископаемых. В первую очередь это выражается в постоянном снижении природного качества добываемых руд при увеличении глубины ведения горных работ. Кроме того, под влиянием общественного мнения и контролем государства ужесточаются экологические требования к освоению участка недр Земли. В прошлые периоды функционирования горнодобывающие предприятия довели до совершенства технологии добычи и переработки твердых полезных ископаемых в рамках доступных им техники и технологий, в том числе обеспечения и внедрения информационных технологии обособленных объектов, включающих горно-транспортное и обо-
гатительное оборудование, а также проектирования отдельных элементов горнотехнической системы [1 - 6].
Следует констатировать, что на горнодобывающих предприятиях имеются технический и технологический заделы на базе накопленного и подготовленного информационного фундамента, и в совокупности с негативными факторами, оказывающими существенное влияние на эффективность горного производства, назрела необходимость цифровой трансформации горнодобывающей отрасли. Именно полномасштабная цифровиза-ция горнодобывающего предприятия способна обеспечить синергетиче-ский эффект не столько за счет минимального повышения эффективности отдельных элементов горнотехнической системы, сколько за счет обеспечения оптимизированной взаимосвязи между ними [7 - 9].
Условия и тенденции цифровизации горного производства
Передовые отечественные и мировые горнодобывающие предприятия за весь период своего функционирования, решая технологические задачи, достигли уровня своего развития, на котором фактически доведены до максимальных значений основные технические и экономические показатели. В качестве причин, сдерживавших цифровизацию горного производства, до недавнего времени можно отметить следующие:
- планирование горных работ (отсутствие анализа данных, поступающих в реальном времени для управления качеством рудопотоков;
- невозможность планирования разработки месторождений с учетом управления в реальном времени перерабатываемой горной массой;
- технологический предел увеличения объемов добычи имеющимся количеством техники;
- подготовка пород к выемке (низкая производительности БВР несоблюдение «сетки», высокий выход негабарита и необходимость его дробления);
- выемка и транспортировка (нехватка надежных данных нестабильная производительность оборудования отсутствие диагностики и надежных данных по загрузке);
- переработка полезных ископаемых (отклонение качества руды, подаваемой на обогатительную фабрику, превышающее допустимые пределы);
- горно-обогатительный комплекс (невозможность повышения безопасности и соответствия устойчивому развитию горнотехнической системы, а также увеличения производительности и, как следствие, дохода и маржинальности, низкая оптимизация капитальных затрат и операционных расходов).
По мере развития горнотранспортного оборудования и информационных систем в последние два десятилетия горное производство претерпело существенную трансформацию в сторону цифровизации, схема которой
представлена на рис. 1.
В результате развития горных предприятий в направлении создания технологической, информационной и коммуникационной инфраструктур в ближайшее время может быть реализована полномасштабная цифровиза-ция при минимальных затратах с решением следующих задач:
- планирование горных работ (оптимизация погрузки и транспортировки с учетом требуемого качества и объемов руды на складах, повышение эффективности взаимодействия и использования горнотранспортного оборудования, стабилизация качества выпускаемой продукции);
- подготовка пород к выемке (повышение производительности работы буровых станков, снижение расходов взрывчатых веществ, контроль за соблюдением сетки скважины и глубины бурения, снижение объема вторичного бурения, увеличение производительности экскаваторов за счет повышения качества БВР);
Рис. 1. Этапы цифровой трансформации и развития технологий
- выемка и транспортировка (возможность точного учета перевезенной горной массы и создание единой информационной базы по работе всего парка горнотранспортного оборудования, снижение влияния человеческого фактора на производительность горнотранспортного комплекса, снижение расходов на ремонт и эксплуатацию техники);
- переработка полезных ископаемых (повышение эффективности оперативного управления рудоподготовкой и переработкой, оперативное наблюдение за процессом переработки в режиме реального времени) [10];
- горно-обогатительный комплекс (повышение безопасности производства работ при увеличении производительности горнотранспортного оборудования оптимизацией капитальных затрат и операционных расходов).
Цифровизация горного производства осуществляется за счет создания единого центра управления, обеспечивающего диспетчеризацию и оптимизацию выполняемых работ с использованием автономных буровых станков, выемочного и транспортного оборудования, в том числе с дистанционным управлением при полном позиционировании персонала и каждого мобильного рабочего места. При этом решение текущих технических задач уже сегодня может быть достигнуто применением таких основных средств, как:
- радарный контроль устойчивости бортов;
- беспроводные системы передачи данных;
- прогнозная аналитика и оптимизация управления режимом горных работ, а также техническим обслуживанием и ремонтом техники;
- дроны для построения ЭБ-модели, оперативной маркшейдерской съемки.
Таким образом, существующие на горнодобывающих предприятиях технические решения, обеспечивающие выполнение определенных узкоспециализированных задач, при их должной взаимоувязке на уровне горнотехнической системы, способны завершить перманентно идущий процесс цифровизации горного производства в кратчайшие сроки с минимальными затратами. При этом современное горнодобывающее предприятие должно иметь структуру согласно схеме, представленной на рис. 2.
Рис. 2. Схема увязки цифровых решений в горном производстве
Цифровизация горного производства базируется на развитии автоматизированных систем управления с постоянным увеличением количества объектов и элементов, обеспеченных средствами автономного контроля и учета. Этапы эволюции автоматизированных систем управления с количественными показателями повышения эффективности представлены на рис. 3. В качестве заключительного этапа, в рамках современных представлений и достижений науки и техники, является полная цифровизация горного производства путем создания новых ролей CIO, CDO при реализации MES-стратегии на основе внедрения ИТ платформ. Следует отметить, в силу уникальности условий каждого месторождения, невозможно выработать единый подход к адаптации развитие АСУ ГТК к процессу цифровизации горного производства.
©
Оши
"Реполгоцнопт.тп'' рост производительности га счет н.итепепия параметров геохшюлошй
■ Прогпошропапие риска песчастпых случаен п ипиидептоп
* Прогноз поломокн необходимоеш внеплановых ТО
* Расчет остаточного ресурса
* I Ipornoтпропапне пыполпепия прои лводствеппт.г* плапоп
* Увеличение нроизволшельноеш ннркя i орныл мншиы т ciei оитмшяиии грузоперевозок — 10-15%
* Í'тапилпгапия качества ррм, подаваемой па обогатите льпую фабрику
* Повышение иронзволшельнослн буровых. сынков ни 15-20%
* Снижен не себестоимости БВР на 2-7%
i fe G
и
С
■ Экономия топлива до 10% * Увеличение прпнлвидн гельнос! н мерено «ж на 12%
■ Увеличение КТГ па 4% * Уве.iичение к<пффи ниента нснольгшканннпробега на Н%
* Он i нчшчацим iüiру:{ки(( 'КТиТ)- 8%
• Увеличение ходимости шин(СКДШ)-7-15%,
■ Оперативное оповещение, предотвращение аварии
Рис. 3. Тенденции и показатели эффективности цифровой трансформации горного производства
Основы цифровизации горного производства
Основными преимуществами цифровизации горных предприятий является не столько снижение эксплуатационных затрат и рост производительности производства при одновременном повышении безопасности горных работ, сколько формирование конкурентноспособного на длительный период на мировом рынке горного предприятия. Кроме того, согласно «Правилам безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» на законодательном уровне закреплена необходимость создания и эксплуатации автоматизированной системы управления горно-транспортным комплексом, прикладное значение которой шире контроля, учета и мониторинга работы техники, и по сути, заключается в диспетчеризации горных работ.
В рамках современного горно-перерабатывающего производства цифровизация предусматривает создание и функционирование единого
центра управления производством, включающего:
- диспетчеризацию открытых горных работ;
- диспетчеризацию подземных горных работ;
- оперативно-диспетчерский контроль работы обогатительной фабрики.
Условиями создания и элементами системы диспетчерского контроля являются:
- надежные каналы передачи данных, связь;
- информационные системы (ГИС, БД, ERP, MES);
- системы промышленного видеонаблюдения;
- системы мониторинга работы оборудования и персонала (АСУ
ТП);
- прогнозная аналитика, система электронных нарядов, система отчетности, автоматизированные медицинские осмотры, системы контроля доступа, системы лабораторного анализа (LIMS).
Принципиальная схема построения системы диспетчеризации сводится к обеспечению получения необходимой информации с соответствующих датчиков стационарного и мобильного оборудования, при условии постоянного его позиционирования, для оперативной обработки с целью последующего принятия управленческих решений как на уровне автоматизированных систем, так и на уровне персонала горнодобывающего предприятия. Основные элементы и их взаимосвязь при цифровизации горного производства представлены на рис. 4.
Рис. 4. Схема построения диспетчерской в рамках цифровизазации горного производства
На основе общей концепции создания цифрового горного производства для каждого процесса добычи и переработки необходимо обосновывать технические решения, обеспечивающие достижения требуемых показателей при выполнении технологических задач.
Технические решения технологических задач
На ряде отечественных горных предприятий накоплен значительный положительный опыт мониторинга обособленных единиц стационарного и мобильного горного оборудования, а также контроля работы технологического персонала, который обеспечивает:
- оперативный контроль местонахождения персонала;
- контроль выполнения нарядов;
- голосовую связь;
- предупреждение наездов;
- контроль технологической дисциплины.
Для стационарного оборудования система контроля призвана обеспечить:
- контроль статуса работы и наработки технологического стационарного оборудования (компрессорные, водоотлив);
- контроль технологических параметров работы оборудования;
- централизованный контроль загазованности.
Для мобильного горного оборудования система контроля призвана обеспечить:
- учет объемов и качества добываемого сырья;
- контроль простоев;
- контроль наработки горного оборудования;
- визуализацию местоположения техники;
- контроль параметров эксплуатации и состояния горных машин;
- систему предупреждения о сближении и предотвращении столкновений;
- систему контроля усталости водителя.
Цифровизация горного производства дополнительно призвана обеспечить производственный контроль, примеры которого для условий подземного рудника применительно к соответствующему оборудованию представлены в таблице.
Решения по получению достоверной информации с горного оборудования является наиболее сложной, в техническом плане, задачей, особенно в условиях подземного рудника. Примеры оснащения подземной техники соответствующими датчиками и организации системы приема-передачи данных с них представлены на рис. 5.
Цифровизация горного производства предусматривает достижение нового, более высокого по качеству уровня не только организации технологических процессов, но и повышения качества выполняемых работ, а также формируемых и перерабатываемых рудопотоков [11 - 13].
Решения по обеспечению производственного контроля в шахте
Оборудование Состояние Контролируемый параметр
СБУ Текущий статус работы оборудования; - текущее место проведения работ бурения; - количество/глубина забуренных скважин Скорость выполнения операций; - время организационных и технических простоев; - данные технического состояния
ПДМ/ШАС Текущий статус работы оборудования; - текущее место погрузки и выгрузки горной массы; - количество рейсов и тонн перевезенной горной массы; - скорость выполнения каждой операции Степень загрузки текущего ковша относительно планового значения; - время организационных и технических простоев в разрезе смены согласно идентификатору, выданному заказчиком; - данные технического состояния
ВШТ Место погрузки вагонетки; - идентификатор вагонетки; - идентификатор рудоспуска; - время погрузки; - объем перевезенной горной массы (по нормативу) Место разгрузки вагонетки; - идентификатор вагонетки; - идентификатор вагоноопроки-дывателя; - время разгрузки; - дата разгрузки
СКИП/ КОНВЕЕР Текущий статус работы оборудования, количество выполненных подъёмов и тонн горной массы Содержание по металлу (расчет); загрузка скипа; время организационных и технических простоев
(кабина) рукояти ПДМ
Рис. 5. Особенность оснащения горного оборудования в условиях подземного рудника
Поточная стабилизация качества руды при этом достигается в случае достижения следующей цели - контроля и управления балансом добычи металлов на основе принципа «сквозного» контроля движения руды по горным переделам с расчетом баланса металла на входе и выходе каждого передела. Для условий подземного рудника, в частности, перспективой совершенствования стабилизации качества руды является шихтование на промежуточных складах в режиме оперативного управления очистными работами.
Заключение
Таким образом, процессы цифровой трансформации горнодобывающих предприятий прошли достаточно длительный путь развития, и сегодня имеется возможность полномасштабного внедрения их в горной отрасли страны. Кроме того, создание цифровых производств и предприятий - это объективная необходимость и реальность. Современный этап развития горных предприятий - цифровая трансформация, характеризуемая бурным развитием технологий и средств телекоммуникаций, высокоточной навигации, вычислительных технологий и робототехники. Развитие технической инфраструктуры является необходимым, но недостаточным условием для цифровой трансформации горного предприятия. Более сложным этапом в трансформации компании является перестройка всех процессов организации, развитие компетенций персонала и создание доверия новым цифровым технологиям. При этом поддержка государства является объективным способом ускорить продвижение проектных работ в области цифровой трансформации горной отрасти страны.
Список литературы
1. Автоматизированные системы управления горно-транспортным оборудованием. Особенности и перспективы применения на предприятиях ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания» (СУЭК) / К.Н.Трубецкой, В.В. Рашевский, Д.Я. Владимиров, А.Ф. Клебанов // Горная промышленность. 2007. №6 (76). С. 12-14.
2. Трубецкой К.Н., Пыталев И.А, Рыльников А.Г. Автоматизированные системы управления качеством рудопотоков на карьерах // Маркшейдерский вестник. 2013. №6. С. 5-10.
3. Клебанов А.Ф., Рыльников А.Г. Формирование заданного качества рудопотока посредством автоматизированной системы диспетчеризации горного транспорта // Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасности горных работ»: Магнитогорск, 2003. С.81-83.
4. Автоматизированная система управления горнотранс-портным комплексом на Стойленском ГОКе / К.Н.Трубецкой, А.Ю.Горшков, А.Ф. Клебанов, Д.Я. Владимиров // Горный журнал. 2007. №11. С.77-82.
5. Современные системы управления горнотранспортными комплексами /К.Н. Трубецкой, А.А.Кулешов, А.Ф. Клебанов, Д.Я. Владимиров. СПб.: Наука, 2007. 306 с.
6. Шестаков В.А. Управление качеством продукции на горных предприятиях: учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. 2-е изд. Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2001. 262 с.
7. Трубецкой К.Н., Клебанов Д.А., Ясюченя С.В. Основы создания и этапы реализации роботизированных технологий открытых горных работ // Горный журнал. 2013. № 10. С. 67-72.
8. Трубецкой К.Н. Перспективы применения роботизированной техники // Сб. науч. тр. «Неделя горняка - 2013». Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 1.С.354-363.
9. Trubetskoy K. N., Iofis M. A., Klebanov A. F. Forecast of surface definition in underground mining of coal deposits with the employ-ment of geo-information system (GIS) technologies // Proceeding of the 10th International congress of the International congress of the International society for mine surveying. S.J., 1997. P. 545-551.
10. КаплуновД.Р., Милкин Д.А. Исследование влияния способа управления качеством минерально-сырьевых потоков на параметры горнотехнических систем комбинированной геотехнологии // Сб. науч. тр. «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли». Екатеринбург, 2009. С. 45 - 47.
11. Рыльников А.Г. Стабилизация качества рудной массы на карьерах с применением метода динамического программирования // Маркшейдерский вестник, 2013. №6. С. 11-15.
12. Абдрахманов И.А., Милкин Д.А. Управление качеством рудопо-токов в изменяющихся геологических и экономических условиях / М.: ГИАБ, 2007. № 9. С. 256 - 264.
13. Kovalenko S. E., Sergeeva N. I., Klebanov A. F., Andreyevskaya А.1., Klimachov E. G. Dispatch and control system for Mobil Equipment Taldinsky Open Cast Mine. Proceeding 27lh APCOM. London, UK. 1998. P. 577 - 586.
14. Trubetskoy K. N., Klebanov A.F., Vladimirov D., Khudin I. Computer technology for estimation and forecasting of environmental conolitions in mining region // XXV FHCJM Meeting, 9-14 July, Brisbane (Australia), 1995.
Рыльников Алексей Геннадьевич, канд. техн. наук, соискатель, rylni-kov@vistgroup.ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук,
Пыталев Иван Алексеевич, д-р техн. наук, вед. науч. сотр., vehicle@,list.ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук
CONDITIONS FOR ENSURING THE MULTIFUNCTIONAL USE OF SUBSOIL IN THE INTERACTION OF DIFFERENT INDUSTRIES
A.G. Rylnikov. I.A. Pytalev
The technological solutions providing realization of complex development of a site of subsoil of the Earth at the expense of its multifunctional use at purposeful formation and use of anthropogenic geo-resources directly in the course of conducting open-pit mining are offered. The scheme of interaction of various industries is presented, taking into account the basic requirements for man-made objects created with the use of overburden rocks during the development of balance reserves.
Key words: anthropogenic geo-resource, subsoil area of the Earth, complex development, overburden rock materials, anthropogenic capacity, open pit mining.
Rylnikov Alexey Gennadievich, candidate of technical science, applicant, rylnikov @ vistgroup.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Science,
Pytalev Ivan Alekseevich, doctor of technical science, leading researcher, vehi-cle@,list.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Science
Reference
1. Automated control systems for mining and transport equipment. Features and prospects of application at the enterprises of JSC " Siberian coal energy company "(SUEK) / K. N. Trubetskoy, V. V. Rashevsky, D. ya. Vladimirov, A. F. Klebanov // Mining industry. 2007. No. 6 (76). P. 12-14.
2. Trubetskoy K. N., Pytalev I. A., Rylnikov A. G. Automated systems for managing the quality of ore flows in quarries // Surveyor's Bulletin. 2013. No. 6. P. 5-10.
3. Klebanov A. F., Rylnikov A. G. Formation of a given quantity of ore flow by means of an automated system for dispatching mining transport // SB. nauch. tr. international. science.- tech. Conf. "Combined Geotechnology: development of mining methods and safe mining operations": Magnitogorsk, 2003. P. 81-83.
4. Automated control system for mining transport-port complex at Stoilensky GOK / K. N. Trubetskoy, A. Yu. Gorshkov, A. F. Klebanov, D. Ya. Vladimirov // GornyZhurnal. 2007. No. 11. P. 77-82.
5. Modern control systems for mining transport complexes / K. N. Trubetskoy, A. A. Kuleshov, A. F. Klebanov, D. ya. Vladi-Mirov. SPb.: Nauka, 2007. 306 P.
6. Shestakov V. A. product quality Management at mining enterprises: studies. village / South.-Grown. state tech. UN-T. 2nd ed. Novocher-kassk: UOC "Nabla" yurgtu( NPI), 2001.262 P.
7. Trubetskoy K. N., Klebanov D. A., yasyuchenya S. V. Fundamentals of creation and stages of implementation of robotic technologies for open mining operations. GornyZhurnal. 2013. No. 10. P. 67-72.
8. Trubetskoy K. N. Prospects for the use of robotic technology // SB. nauch. tr. "Miner's week-2013". Mining information and analytical Bulletin. 2013. No. 1. P. 354-363.
9. Trubetskoy K. N, Iofis M. A., Klebanov A. F. Forecast of surface defon-nation in underground mining of coal deposits with the employment of geoin-formation system (GIS)
technologies // Proceeding of the 10th International congress of the International congress of the International society for mine surveying. S. J., 1997. P. 545-551.
10. Kaplunov D. R., Milkin D. A. Investigation of the influence of the method of quality management of mineral resource flows on the parameters of mining systems of combined Geotechnology // SB. nauch. tr. "Combined Geotechnology: integrated development and conservation of the earth's interior": Yekaterinburg, 2009. S. 45 - 47.
11. Rylnikov A. G. Stabilization of the quality of ore mass on quarries using the method of dynamic programming // Surveyor's Bulletin, 2013. No. 6. P. 11-15.
12. Managing the quality of ore flows in changing geological and economic conditions / I. A. Abdrakhmanov, D. A. Milkin. Moscow: GIAB, 2007. No. 9. P. 256 - 264.
13. Kovalenko S.E., Sergeeva N. V.., Klebanov A. F., Andreyevskaya A. I., Klimachov E. G. Dispatch and control system for Mobil Equipment Taldinsky Open Cast Mine. Proceeding 27lh APCOM. London, UK. 1998. P. 577-586.
14. Trubetskoy E. N., Klebanov A., Vladimirov D., Khudin A. Computer technology for estimation and forecasting of environmental cono-litions in mining region // XXV FHCJM Meeting, 9-14 July, Brisbane (Australia), 1995.
УДК 553.3
ПОУСТУПНЫЙ ПОДСЧЁТ ЗАПАСОВ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
А.Б. Лазарев, В.Г. Будрик, А.Б. Буданов
Материалы подготовлены на основании проведенных в управлении ТПИ ФБУ «ГКЗ» экспертизы ТЭО кондиций и подсчёта запасов, а также заседаний экспертно-технического совета. Многие вопросы и проблемы, возникающие при проведении государственной экспертизы связаны как с низким качеством представляемых материалов, так и с определенным несовершенством и неполнотой методических документов, в частности, «Методических рекомендаций по технико-экономическому обоснованию кондиций для подсчёта запасов месторождений твердых полезных ископаемых (кроме углей и горючих сланцев)».
Ключевые слова: технико-экономическое обоснование разведочных кондиций, подсчёт запасов, рудные месторождения, твёрдые полезные ископаемые.
В последнее время наблюдается достаточно большое количество случаев неподтверждения запасов, в основе которых лежит несовпадение утвержденных кондиций с фактической методикой эксплуатационного опробования и отработки. Опробование буровзрывных скважин обычно проводится на высоту уступа одной пробой. При несовпадении мощности рудных тел и границ уступа (рис. 1) происходит разубоживание, которое может приводить к потере самого рудного тела (среднее содержание становится ниже бортового). Подсчёт запасов на таких месторождениях происходит традиционными геологическими способами [1].
