Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

В первую очередь сказанное выше актуально для крупных горнодобывающих предприятий, отрабаты­вающих запасы комплексных полиметаллических руд, и, в частности, для рудников подземной добычи ПО «Жезказганцветмет» — филиала ТОО «Корпорация Казахмыс», характеризующихся: последовательно-параллельным порядком отработки месторождения, эксплуатационных блоков и панелей; разнообразием применяемых систем разработки; значительным коли­чеством одновременно находящихся в добыче блоков, камер и панелей с различным качеством руд; линейными, комбинированными и расходящимися моделями рудопотоков; полиметаллическим характером оруденения (наряду с медью в наличии значительные запасы свинца, цинка, серебра, кадмия, рения и серы); многоярусностью промышленного оруденения (9 горизонтов, 22 пласта серых полимиктовых песчаников, 27 рудных залежей, 390 рудных тел); отсутствием явно выраженных контуров рудных залежей и тел; четырьмя технологическими сортами руд: медные сульфидные, комплексные (медно-свинцовые, медно-свинцово-цинковые), свинцовые (свинцовые, свинцово-цинковые, цинковые) и смешанные (сульфидно-окисленные).

Для подземных рудников наилучшим образом подходит новая концепция технического перевооружения рудников в рамках диверсификации горного производства, предложенная Г.Г. Ломоносовым и М.Л. Жигаловым [1, 2], согласно которой на рудники наряду с добычей руды возлагаются функции первичной рудоподготовки, то есть доведение качества добытой руды до состояния, превышающего качество руды в отрабатываемых контурах залежей, путем выполнения совокупности разделительных (сепарационных) и смесительных (усреднительных) процессов и организации работы рудников по принципу «больше — через качество продукции», что позволит повысить их конкурентоспособность на рынке минеральных ресурсов.

Концепция предполагает оснащение рудников комплексной многофункциональной системой рудоподготовки (КМСРП), базирующейся в соответствии с требованиями системного подхода на таких принципах, как: неразрывность управления качеством и объемом выпуска конечной продукции; комплексность управления по функциям, задачам и информационному обеспечению; единство процесса управления по всему циклу формирования качества: от проектирования горно-подготовительных работ до потребления; стандартизация качества как средство управления. Схожая концепция реализована на шведском руднике «Кируна» [3], а также на Навоийском ГМК (компьютерные системы АС «РУДА» и САПР ГП по проекту российской фирмы ООО «Интегра Групп. РУ»).

Классическим примером типовой подсистемы управления качеством добываемых руд и металлов модульного типа (СУКДРиМ), которую можно использовать в качестве краеугольного камня в КМСРП нового поколения, является автоматизированный комплекс геолого-маркшейдерских задач управления качеством руд, разработанный Московской горной академией для горных предприятий Норильска [4].

Очевидно, что развертывание СУКДРиМ типа норильской сопряжено со значительными материальными затратами, которые не всякое горнодобывающее предприятие может себе позволить. А вот реализация некоторых ее фрагментов может принести существенную экономическую выгоду при относительно небольших затратах.

Для УКДРиМ на подземных рудниках ПО «Жезказганцветмет» реальны два направления — планиро­вание добычи (перспективное, текущее, оперативное) и непосредственное регулирование, то есть ведение горно-технологического процесса в заданном режиме качества добываемой руды за счет непосредственного оперативного управления качеством добываемых руд (НОУКДР) на базе жесткого контроля за процессами добычи руд и металлов (КДРиМ). Сейчас преобладает первое направление. Эффективность его практического воплощения недостаточна высока. Пора переходить ко второму направлению, но есть существенные препятствия: во-первых, урезанный объем, низкая оперативность обновления, недостаточная представительность и достоверность его ведущего звена — информационного обеспечения, которое должно строиться на принципах банков данных о качестве руды в недрах, в подготовленных к отработке выемочных единицах (забой, камера, блок), в отбитой горной массе, в транспортных (дизельный автопоезд, вагонетка, думпкар, гондола, шахтный конвейер) и накопительных (рудоспуск, бункер) емкостях в их динамике; во-вторых, слабое развитие технической инфраструктуры рудников.

На технологические показатели переработки руды в разной степени влияют многие параметры. Отследить динамику изменчивости этих параметров в условиях действующего горного производства технически невозможно. Но СУКДРиМ, в противоположность геологическому объекту (месторождению), есть хорошо организованная система, где возможно детерминированное описание, допускающее использование для управления данных о динамике ограниченного числа переменных. В частности, в рамках КМСРП и СУКДРиМ достаточно обеспечить оперативное отслеживание динамики изменения содержания основных и сопутствующих компонентов в руде, чтобы применить эффективное управляющее воздействие на процессы добычи, рудоподготовки, рудосортировки и переработки руды. Управление, при этом, может однозначно с заданной точностью осуществляться действующими в системе функциональными связями и гарантировать выход на плановый уровень качества товарной руды за сутки, декаду, месяц, квартал, год. При такой постановке вопроса от того, как быстро, в какой форме, с какой степенью достоверности и в каком объеме будет поступать информация о качестве руды, во многом будет зависеть эффективность КМСРП и СУКДРиМ.

Определение содержаний элементов в руде — задача рудничного опробования, которое всегда являлось самым «узким» звеном в СУКДРиМ любой конфигурации до внедрения в практику геологического обслуживания горных работ ядерно-геофизических методов опробования руд в естественном залегании, в транспортных емкостях, в навале отбитой горной массы.

Из всего многообразия современных ядерно-геофизических методов поставленным задачам в наибольшей степени отвечает рентгенорадиометрический метод (РРМ). Хотя РРМ является малоглубинным (пленочным) методом опробования, теоретическими исследованиями ученых (А.Ю. Большаков [5], Волков А.А., Крапивский Е.И., Светлов М.И. [6] и др.), подтвержденными многочисленными экспериментами на горнодобывающих предприятиях цветной металлургии Казахстана, было убедительно доказано, что выбором оптимальной сети опробования и его периодичности, работой только на «свежих», не запыленных забоях, скважинах и навалах руды можно достичь достоверности и представительности данных рентгенорадиометрического опробования вполне достаточной для решения задач в рамках ТПДР, КДРиМ и НОУКДР как по всему списку промышленных рудных компонентов, так и по точности, достоверности и чувствительности отдельных элементоопределений.

Таким образом, РРМ опробования руд в условиях естественного залегания, отбитой горной массе, транспортных емкостях (РРО), РРМ анализа истертых забойных, шпуровых, вагонных и керновых проб (РРА) и РРМ каротажа эксплуатационно-разведочных скважин (РРК) должны рассматриваться не только в качестве основного метода геологического обслуживания горных работ на рудниках подземной добычи ПО «Жезказганцветмет», но и в качестве фактически единственного инструмента формирования информационных блоков подсистем ТПДР, КДРиМ и НОУКДР при проектировании КМСРП и СУКДРиМ нового поколения.

Задача РРО забоев на рудниках подземной добычи ПО «Жезказганцветмет» решается с 1977 года. Базой РРО служит инструкция, которая оказалась первой в Минцветмете Казахской ССР инструкцией, утвержденной Вневедомственным научно-методическим советом по ядерно-физическим методам опробования полезных ископаемых в естественном залегании при Всесоюзном научно-исследовательском институте разведочной геофизики и геохимии (ВНИИЯГГ) Мингео СССР. К инструкции были приложены все требуемые материалы по точности и воспроизводимости РРО. Протокольным решением у заместителя Минцветмета СССР Н.Н.Чепеленко разрешалось использование данных РРО в подсчете запасов руд и металла Жезказганского месторождения. В настоящее время РРО забоев, уступов, отбитой горной массы в навале, шпуровых (в случае необходимости) проб выполняется с помощью портативных рентгенорадиометрических полевых приборов РПП-12, выпускаемых ТОО «Физик» (г. Алматы): радиоизотопный источник Pu-238; масса: датчика — 1,0 кг, электронного блока — 0,5 кг; число каналов преобразования — 1024; буфер памяти — 1000 спектров; время измерения — 10 сек; число одновременно определяемых элементов — 4, время работы на Ni-Mn аккумуляторах — 8 ч. Аппаратура РПП-12 также включена в Реестр измерительных средств Республики Казахстан. Сейчас в эксплуатации находятся 15 комплектов РПП-12, а ежегодный объем РРО забоев на медь, цинк и свинец доходит до 245000 м сечений.

Каждый забой или уступ, включенный в план-график добычи руды и металла, в течение месяца опробуется от 3 до 7 раз по 1-2 вертикальным сечениям высотой до 7 м с шагом наблюдений 15÷20 см. Такая технология РРОЗ открывает новые, в отличие от традиционной технологии геологического обслуживания горно-добычных работ, возможности, а именно:

а) объективно судить о динамике изменчивости средних содержаний меди, свинца и цинка по каждому забою;

б) делать (на базе анализа динамических рядов текущих содержаний меди, свинца и цинка) надежный прогноз содержаний металлов по забоям на следующий месяц;

в) своевременно корректировать направление очистных работ для обеспечения ведения последних в режиме минимального разубоживания руды породой путем: поднятия почвы забоя; оставления породного козырька в кровле забоя; остановки забоя добычей;

г) оперативно управлять процессом добычи с помощью:

- гибкого перераспределения суточной нагрузки на забои с высоким или более низким качеством руды;

- выведения из добычи забоев с низким качеством руды и введения в добычу резервных забоев с более высоким качеством руды в случае неблагоприятной ситуации с выполнением планового задания по добыче металла;

- выведения из добычи забоев с высоким качеством руды и введения в добычу резервных забоев с более низким качеством руды в случае благоприятной ситуации с выполнением планового задания по добыче металла, чтобы не только гарантировать к концу месяца выполнение шахтой плана по добыче металла, но и как можно дольше поддерживать плановый уровень качества товарной руды за счет разумного сочетания нагрузки на богатые и бедные забои, что в конечном итоге должно положительно отразиться на полноте извлечения запасов из недр;

д) оперативно управлять процессом откатки дизельным автотранспортом:

- руды из забоев и блоков к рудоспускам строго по технологическим сортам (полиметаллическая руда не должна попадать в медную, чтобы не ухудшать качество медного концентрата, а медная руда — в полиметаллическую, чтобы не перекачивать медь в низкосортные марки медного и коллективного концентратов);

- породы из забоев в отработанные панели.

О высокой эффективности РРОЗ свидетельствует таблица. По данным за 2000 год средние содержания меди в руде, рассчитанные по результатам РРОЗ, по всем шахтам ближе к данным слива обогатительных фабрик, чем данные вагонного опробования ОТК. Данное обстоятельство открыло дорогу к внедрению в горное производство процесса компьютерного моделирования перепуска руды через рудоспуски, о котором идет речь ниже.

Задача РРА забойных, шпуровых, шламовых, вагонных и керновых проб решается с 1987 года. В настоящее время РРА выполняется с помощью рентгенорадиометрических лабораторных приборов РЛП-21, выпускаемых ТОО «Физик» (г. Алматы): Si-Li ППД; жидкий азот; радиоизотопные источники Am-241; время измерения — 415 с; нижний предел обнаружения Ag — 1,2 г/т; вес — 60 кг. РРА базируется на инструкциях НСАМ №192-ЯФ [7] и №194-ЯФ [8]. Аппаратура РЛП-21 включена в Реестр измерительных средств Республики Казахстан. РЛП-21 позволяет определять одновременно содержания до 34 элементов. Точность РРА на Cu, Pb, Zn, Ag, Cd и Fe соответствует ІІІ категории точности по ОСТ 41-08-205-99 во всем диапазоне содержаний этих металлов в рудах Жезказгана, что подтверждается ежегодными отчетами, в которые сводятся сводные и индивидуальные таблицы расчетов. Методика РРА проб разрабатывалась с акцентом на определение низких (от 2 до 10 г/т) массовых долей Ag и Cd, чтобы обеспечить возможность ведения в полном объеме ТПДР, КДРиМ и ОУКДР и по этим металлам. Сейчас в эксплуатации находятся 7 комплексов РЛП-21, а ежегодный объем РРА доходит до 242000 проб, 85 % из которых приходятся на вагонные пробы ОТК.

С вводом в эксплуатацию комплексов РЛП-21 многократно увеличился объем информации о содержании в рудах:

1) серебра, чем были созданы предпосылки к переходу:

а) на фиксацию содержаний серебра в паспортах разведочных скважинам по секциям, а не по рудному