Технические науки/10. Горное дело

К.т.н. Билин А.Л.

Горный институт Кольского научного центра РАН, Россия

Подходы к определению границ карьеров
автоматизированными методами

Несмотря на длительный период развития и практического применения теории проектирования карьеров, вопрос определения границ открытых горных работ продолжает привлекать к себе внимание исследователей ввиду его высокой сложности и актуальности для горного производства. Границы напрямую влияют на размеры запасов, срок функционирования предприятия и на себестоимость добычи полезного ископаемого. А зависят от качества полезного ископаемого и его ценности, схемы вскрытия, параметров системы механизации и условий доработки законтурных запасов подземным способом. Причем из-за большого разброса исходных показателей принимать решение о способе разработки желательно не в целом по месторождению или слоям, а индивидуально по каждому блоку, точнее по рациональным контурным прирезкам как по глубине карьера, так и в его торцах.

В Горном институте КНЦ РАН в рамках программного приложения к системе автоматизированного проектирования и планирования горных работ MINEFRAME [1], представляющему собой комплексное рабочее место геолога, маркшейдера, взрывника и горного инженера, развиваемому с 1998 г, разработан блок определения границ карьеров OptiKor. Он опирается на алгоритм проф. МГИ (ныне МГГУ) С.Д. Коробова и представляет собой аналог алгоритма Лерчса-Гроссмана [2]. С помощью OptiKor осуществляется автоматизированный горно-геометрический анализ границ карьеров. Алгоритм Коробова рассчитывает интегральное значение «параметризующей» функции в отличие от дифференцированного значения, получаемого по методу Лерчса-Гроссмана, широко используемого в зарубежной практике проектирования. Поэтому он считает в 2-3 раза быстрее западного аналога, обеспечивая тот же результат по границам карьера [3].

Применение компьютеризированных методов определения границ карьеров, в сравнении с графо-аналитическими (плоскостными) методами позволяет более полно учесть пространственные свойства карьеров, особенно на сложноструктурных месторождениях, и существенно повысить эффективность открытой разработки месторождений. Вместе с тем необходимо помнить, что теория графов получает оптимальные границы карьеров для заданных исходных данных в конкретных условиях. Если же условия заданы укрупненно на основе аналогов и ориентировочных расчетов, то высока вероятность того, что «оптимальные» границы карьера могут оказаться смещенными относительно подлинных оптимумов.

В целом проблема рационализации границ карьеров разбивается на несколько частей:

1) корректное определение исходных замыкающих условий, в том числе с учетом ценности добываемой руды, расстояния ее транспортирования с нескольких карьеров, учета условий доработки законтурных запасов подземным рудником;

2) пространственная оптимизация границ карьеров при определенных (или принятых) ранее замыкающих показателях;

3) обоснование прогнозных средних на период эксплуатации цен на конечную продукцию, особенно в условиях неустойчивой конъюнктуры мирового сырьевого рынка, которые оказывают существенное влияние на исходные замыкающие условия;

4) погрешность определения технико-экономических показателей (ТЭП) проектов разработки месторождений открытым способом.

Если применение компьютерных технологий позволяет преодолеть ряд из перечисленных проблем, то значимость других при этом только усиливается.

Одна из проблем определения ключевых проектных решений открытых горных работ (ОГР) объясняется применением ряда упрощающих методологических подходов. К числу таких упрощений можно отнести игнорирование обратной связи между исходными замыкающими (граничным коэффициентом вскрыши и расчетным бортовым содержанием полезных компонентов) и итоговыми технико-экономическими показателями, которая вытекает из структуры проектных задач (рисунок ), их горных и экономических частей.

Особенностью ОГР является то, что два исходных ключевых параметра – граничный коэффициент вскрыши и бортовое содержание полезных компонентов, – оказывающих серьезное влияние на параметры карьеров и ТЭП проектов горнодобывающих предприятий, сами зависят от итоговых технико-экономические показателей отработки месторождения.

При этом руда с бортовым содержанием полезного компонента своей извлекаемой ценностью должна окупить прямые затраты на добычу, транспортирование и обогащение для подземных горных работ и на транспортирование (точнее – на разницу между транспортированием руды и вскрыши) и обогащение для открытых горных работ. Если для подземных горных работ рассматривается альтернатива, оставлять ли околобалансовую прирезку руды в недрах или ее добывать, то для открытых горных работ – направлять ли эту прирезку в отвал или на обогатительную фабрику. Следует отметить, что переработка околобалансовой руда должна окупать прямые дополнительные затраты, т.е. из рассмотрения следует исключать условно-постоянные расходы, амортизацию и погашение ГКР. С другой стороны необходимо помнить, что извлечение также должно приниматься не средним по месторождению, а исключительно из браковочной прирезки, которое может быть в 2-3 раза ниже среднего извлечения из-за малого содержания полезных компонентов в данной прирезке.

Эти показатели (граничный допустимый коэффициент вскрыши и бортовое содержание руды) определяют геометрию рудного тела, производительность рудника, запасы полезного ископаемого и объёмы вскрышных пород в карьере. Взаимосвязь усложняется, если изменение показателей приводит к изменению масштабов производства и, соответственно, изменению технологии отработки. Из-за наличия обратной связи предварительно оцененные показатели кондиций – бортовое содержание условного основного полезного компонента и граничный коэффициент вскрыши (КВ) – нельзя принимать за окончательные из-за примерности принятых на первом этапе себестоимостей добычи. Кроме того, замыкающие экономические показатели напрямую зависят от цен на конечную продукцию, обоснованию уровня которых в условиях неустойчивой конъюнктуры мирового рынка должно уделяться серьезное внимание.

Проекты разработки месторождений дают право на разработку месторождений, но проектировщики не оценивают, насколько фактические экономические показатели предприятий отличаются от заложенных в проектах. Погрешность полученных в ходе проектирования технико-экономических показателей (ТЭП) не оценивается, отклонения фактических ТЭП от расчетных не фиксируются. Кроме того по результатам проектирования не осуществляют проверочных расчетов исходных замыкающих показателей по уже полученным в результате проектирования себестоимостям, что не позволяет выполнить корректировку решений по замыкающим показателям и на следующем этапе проектирования. Из-за этого, не смотря на то, что каждый геологический объект до начала собственно строительства предприятия проходит несколько стадий проектирования – ТЭО проекта разведки или ТЭО разведочных кондиций, ТЭО постоянных кондиций, проект, – проект добывающего предприятия не застрахован от наличия существенных просчетов.

Отдельной проблемой следует признать необходимость учета налога на добычу полезного ископаемого (НДПИ) в себестоимости руды. Его учет приводит к завышению бортового содержания и повышенным потерям полезного компонента в недрах, а исключение из расчетов требует обоснования доли руды, добываемой попутно и перерабатываемой по нулевой ставке НДПИ. Что является самостоятельной задачей.

Проектировщики исключали представленную на рисунке взаимосвязь за счет широкого применения системы натуральных замыкающих показателей при их довольно слабой привязке к конкретным горно-геологическим условиям месторождений – применения граничного (фактически по аналогу) коэффициента вскрыши (КВ_ГА) равного 12 м³/м³ и других показателей (например: минимальной промышленной мощности рудных пластов для подземных горных работ). Использование натуральных замыкающих показателей существенно упрощало ключевые обоснования, но в некоторых конкретных случаях способствовало ощутимым смещениям заложенных в проект натуральных кондиций от расчетных оптимумов данных показателей.

В качестве проверочного метода для оценки соответствия проектных границ карьера исходным (или изменившимся со временем) замыкающим условиям рекомендуется использовать контурный общий коэффициент вскрыши (КВ_КО), предложенный М.Г. Саканцевым [4]:

КВ_КО = S_К / S_Р – 1, м²/м², м³/м³,

где: S_К – площадь карьера по поверхности; S_Р – площадь горизонтальной проекции выходов рудных тел в рабочую зону карьера.

Фактически это площадной КВ имеет размерность м²/м², но если рассматривать увеличение глубины карьера на некоторую небольшую величину, то размерность примет традиционный вид м³/м³. Сравнение КВ_КО и КВ_Г указывает направление и степень отклонения фактических границ карьера от расчетной величины граничного коэффициента вскрыши.

Применение контурного общего коэффициента вскрыши позволяет оценить степень отклонения сложившихся проектных границ от расчетных оптимальных решений.

Литература:

1. Лукичёв С.В., Наговицын О.В., Морозова А.В. Моделирование рудных и пластовых месторождений в системе MineFrame// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004. – №5. – М.:МГГУ. – С. 296-301.

2. Наговицын О.В, Билин А.Л., Смагин А.В. Оптимизация границ карьеров на основе алгоритма проф. С.Д. Коробова // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002, № 7. – М.: МГГУ. – С. 244-246.

3. Dowd P.A. and Onur A.H. Open-pit optimization - part 1: optimal open-pit design// Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy (Section A:Mining industry) 1993 A95-A104.

4. Саканцев М.Г., Оптимизация границ глубоких карьеров цветной металлургии: Автореф. дисс. … кандидата технических наук. – Свердловск, 1983. – 19 с.