Коротыч А. А., руководитель по оптимизации БВР АО «ССГПО»
Соколова Ю. В., инженер по гранулометрическим измерениям оптимизации БВР АО «ССГПО»
Татарчук С. Ю., начальник отдела внедрения и сопровождения САПР Blast Maker ОсОО Blast Maker
Абдакимов З. Т., ведущий инженер-программист ОсОО Blast Maker
Колесников Д. Н., руководитель проектов ОсОО Blast Maker
Райымкулов М. А., ведущий инженер-программист ОсОО Blast Maker
Актуальность
Сарбайское железорудное месторождение расположено в Костанайской области Республики Казахстан и входит в состав Соколовско-Сарбайского рудного узла. На Сарбайском месторождении добывается и перерабатывается руда двух технологических разновидностей — руда пирит-магнетитовая и магнетитовая с содержанием железа общего не менее 20 % и руда пирит-пирротин-магнетитовая и магнетит-пирротиновая с содержанием железа общего не менее 20 % и серы сульфидной до 18 % (сернистая руда) [1]. Месторождение имеет весьма сложные гидрогеологические условия ввиду залегания рудных тел в водоносном комплексе скальных пород палеозоя и перекрытия их мощной толщей песчано-глинистых отложений мезокайнозоя с тремя водоносными комплексами, а также достижения месторождением граничных контуров отработки, что зачастую приводит к условиям выполнения буровзрывных работ в условиях полной обводнённости массива. На карьерах Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного производственного объединения (АО «ССГПО») в качестве основного взрывчатого вещества (ВВ) применяются промышленные простейшие гранулированные ВВ типа «Гранулит марки Э», «Гранулит марки ЭМ», большей частью состоящие из аммиачной селитры (окислитель), применяемой в гранулированном виде, что обусловливает необходимость дополнительной гидроизоляции зарядов ВВ в полиэтиленовые пакеты либо применения механизированного осушения скважин. Ввиду затухания этапа отработки месторождения открытым способом и концентрации горных работ в зонах углубки (гор. -440, -450, -460) имеются выраженные проблемы с наличием резервных площадей для производства буровых работ, что приводит к необходимости ожидания отработки ранее взорванных блоков горно-выемочным оборудованием и переносу зарядки на дни производства массовых взрывов.
Необходимость гидроизоляции зарядов ВВ в условиях обводнённости при отсутствии резерва времени для возможности формирования «стакана» ВВ в скважине под собственным весом приводит к усложнению установления заряда на дне скважины при подготовке взрывных работ и к систематически наблюдаемым зонам непроработки подошвы блока. После экскавации ослабленные, но не разрушенные области массива остаются для повторного бурения. Такие участки повторного бурения присутствуют на 80 % блоков.
Наличие ослабленных ранее взорванных, участков в горном массиве предполагает возможность снижения расхода ВВ за счёт снижения показателя расположения заряда по отношению к обнажённой поверхности (основываясь на предположении о том, что ослабленные, ранее взорванные участки уже разрушены предыдущим взрывом), однако отсутствие информации не позволяет произвести рациональное распределение либо снижение колонки заряда по блоку. Одно из решений данной проблемы — учёт ослабленных участков по данным энергоёмкости бурения. Данная информация может быть получена по результатам работы программно-технического комплекса (ПТК) Blast Maker.
В 2021 году компании Blast Maker поступило предложение от АО «ССГПО» о реализации совместного проекта по интеграции автоматической системы сбора данных «КОБУС» в одном из активов — Сарбайском карьере. Основными задачами в рамках адаптации системы на месторождении являлись:
• оптимизация норм удельного расхода взрывчатых веществ, предусмотренных планами производства на стадии реализации проекта;
• увеличение выхода горной массы без потери достигнутого качества взрываемой горной массы;
• достижение точного позиционирования буровых станков в любых погодных условиях;
• оптимизация времени работы бурового парка со снижением неиспользуемого времени и повышением общей эффективности оборудования;
• формирование перечня технологических, плановых, аварийных простоев и разработка диспетчерской ленты работы буровых станков с контролем времени простоев и их оптимизацией;
• сокращение времени на выноску блока, оптимизации численности маркшейдерской службы.
В декабре 2021 года был заключён договор, и в 2022 году начата работа по интеграции аппаратной и программной части комплекса Blast Maker в инфраструктуру предприятия.
Программно-технический комплекс Blast Maker
Комплекс включает в себя информационно-аналитическую систему автоматизированного проектирования буровзрывных работ (САПР БВР) Blast Maker и программно-технические средства сбора, обработки и передачи данных с бурового станка (АССД БД) «КОБУС» [2, 3]. Комплекс позволяет выполнять контроль над бурением, используя данные, полученные с каждого бурового станка в режиме реального времени, изучать прочностные свойства массива горных пород и непрерывно отслеживать динамику их изменения в пределах отрабатываемого поля.
В основу работы системы «КОБУС» положена методика определения прочностных характеристик массива в виде данных удельной энергоёмкости бурения, которая зависит от таких параметров, как нагрузка на шарошечное долото (осевое давление), сечение скважины, тип шарошечного долота, скорость вращения бурового става, вращающий момент шарошечного долота, скорость проходки скважины, и др. Результатом соответствующей обработки полученных данных является детализированное пространственное распределение удельной энергоёмкости бурения.
Если прочностные характеристики пород контрастно отличаются, то после накопления достаточной статистической информации появляется возможность идентифицировать породы по прочностным характеристикам, что позволяет получить такие характеристики блока, как, например, участки залегания полезного ископаемого. Вся информация, получаемая в процессе бурения по каждому блоку, автоматически архивируется в базе данных комплекса. Такой массив информации сопоставим с комплексом геофизических исследований и может быть полезным для уточнения предварительной геологической разведки [4].
САПР БВР Blast Maker является специализированным пакетом программных средств для проектирования буровых и взрывных работ [5]. Проектирование осуществляется с учётом пород, типов ВВ, средств инициирования, используемых на предприятии, а также блочной, геомеханической и литологической моделей. ПО позволяет произвести анализ данных энергоёмкости бурения и подготовить проект на взрыв с учётом прочностных особенностей участка (рис. 2).
Результаты адаптации
По результатам интеграции системы были выполнены работы по развёртыванию оборудования системы на двух буровых станках модели DM-75, которое включает в себя бортовые контроллеры «КОБУС», датчики, двухантенные высокоточные станции приёма сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). Базовая станция ГНСС системы, формирующая Real-Time-Kinematic (RTK)-поправки, развёрнута в здании административно-бытового комплекса Сарбайского месторождения. Специальное программное обеспечение системы было развёрнуто на серверном оборудовании и входит в локальную вычислительную сеть предприятия.
Сбор информации и управление работой системы в режиме реального времени, ведение базы данных комплекса и обработка запросов осуществляется посредством серверного программного обеспечения. На сервере развёрнуто специальное ПО системы, опорная станция ГНСС, что образует базовую станцию системы «КОБУС». На сервере также развёрнуто прикладное (пользовательское) программное обеспечение системы, доступное с компьютеров специалистов предприятия.
Подготовка проектов на бурение и массовые взрывы осуществляются в САПР БВР Blast Maker. Паспорта на бурение, создаваемые специалистами отдела проектирования, рассылаются на все станки по радиосети непосредственно из ПО в систему АССД БД «КОБУС». Машинист бурового станка выбирает актуальный для него проект на дисплее контроллера «КОБУС» и производит бурение в соответствии с этим проектом, при этом наведение станка на новую скважину осуществляется им в реальном времени по отображаемому на дисплее контроллера условному изображению данного станка на масштабируемом фрагменте карты блока. При этом точность следования проекту не будет зависеть от внешних климатических или технологических условий. По результатам обработки данных о режимах бурения в системе производится расчёт параметра энергоёмкости бурения.
После импортирования данных об энергоёмкости из системы «КОБУС» в САПР БВР Blast Maker впервые удалось выделить и измерить ослабленные участки, сформированные в результате ранее проведённых взрывных работ. На рис. 3 светлые зоны соответствуют энергоёмкости бурения около 40, а остальные более тёмные зоны соответствуют энергоёмкости бурения более 70. Зоны с меньшей энергоёмкостью бурения могут быть интерпретированы как зоны ослабления. Таким образом, инженер-проектировщик получает инструмент наглядного отслеживания залегания зон ослабления, возможность оконтуривания данных областей и расчётов мощностей и объёмов данной области. Для подсчётов объёмов повторного бурения и взрывания в условиях нахождения на текущем блоке нескольких контуров последнего взорванного ряда (ПВР) от других блоков в САПР Blast Мaker специально для АО «ССГПО» был разработан механизм автоматизированного учёта этих объёмов.
В целях повышения выхода взорванной горной массы с одного погонного метра бурения было предложено выполнить анализ мощности разрушенного слоя на обуреваемых и взрываемых горизонтах. Анализ включил в себя массив данных, полученных по результатам адаптации. На основании полученных данных был выполнен анализ средней высоты разрушенного слоя по охватываемому массиву данных. Суть анализа заключалась в построении триангуляционной поверхности на точках границы разрушенного слоя и крепких пород. Граница разрушенного слоя определялась в САПР БВР Blast Maker на основе данных энергоёмкости. На сечении наглядно видно значение энергоёмкости единиц на областях повторного бурения (светлая область) и резкое её повышение на участках с более крепкой породой, со значением энергоёмкости бурения 80–120.
На основе анализа была предложена инициатива по корректировке колонки заряда на среднее значение уровня разрушенного слоя. Для оценки корректности расчётов и уточнения зависимости специалистами АО «ССГПО» был выполнен типовой расчёт глубины заложения заряда для управляемого разлёта и дробления горной породы, позволивший выполнить корректировку колонки заряда на 10 %. Выполненный анализ разрушенного слоя был передан заказчику, на основе которого заказчик выполнил перерасчёт технических параметров буровзрывных работ.
Вывод
Разработанный компанией Blast Maker алгоритм определения энергоёмкости бурения, основанный на сборе и анализе данных по усилию, затраченному буровой установкой на разрушение породы при бурении, успешно внедрен в АО «ССГПО». Данные по энергоёмкости бурения позволили выделить участки ослабленных зон от ранее проведённых взрывных работ. На основе анализа мощности ослаблений принято решение о снижении расхода ВВ.
Выполнен технико-экономический анализ зависимости энергоёмкости от качества взрывных работ, произведён перерасчёт технических параметров буровзрывных работ. Выполнен перерасчёт объёмов производства взрывных работ со снижением потребления взрывчатых веществ на 10 %. Фактически достигнутый экономический эффект за счёт снижения затрат в калькуляции себестоимости взрывных работ за 6 месяцев 2023 г. составил более 1 млрд тенге (USD 2,2 млн). Получено общее снижение себестоимости не менее 5 %.
Список литературы
1. Сарбайское РУ АО «ССГПО». Реконструкция Сарбайского карьера. Проект. Том 5. Геологическая и гидрогеологическая характеристика месторождения. АО «Гипроруда», 2017 г.
2. Коваленко В. А., Тангаев И. А. Энергетический принцип контроля и оптимизации технологических процессов на карьере. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2008, 10, 293–301.
3. Киселев А. О. Современные способы и средства определения буримости и взрываемости горных пород. Передовые технологии на карьерах: сборник докладов, 2006, 11–15.
4. Белкина Т. А. Геологическое сопровождение отработки Олонь-Шибирского месторождения с использованием возможностей ПТК Blast Maker. Передовые технологии на карьерах: сборник докладов, 2015, 65–67.
5. Долгушев В. Г. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьерах Blast Maker. Горный журнал Казахстана, 2013, 11, 28–32.
ОсОО «Blast Maker»
Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Шопокова, 119/14
Тел. +996 (312) 97-60-26
Реклама ОсОО «Blast Maker»
ИНН: 01610200310180
Erid: 2SDnjc7khsR