11. Управление качеством руды – основа горно-технологического менеджмента

Рыночные условия взаимодействия горных предприятий с государством и отечественными или зарубежными потребителями их продукции вызывают настоятельную необходимость использования новых методов управления горными работами, адекватных динамике и содержанию экономических процессов.

Особенно сложна ситуация в горно-рудной промышленности. Беспредельное многообразие качества руды и элементов залегания месторождений требует обоснованного и четкого планирования и выполнения всего цикла горных работ. Принципы формирования планов горных работ и управления ими, диктуемые ранее директивно заданными объемами добычи (по руде или металлу) и себестоимостью руды, уступают место требованиям рынка: качеству продукции, спросу, конъюнктуре цен и др.

Необходимость и возможность обеспечить мобильную, гибкую и эффективную систему управления горными работами на рудниках, позволяющую сохранять конкурентоспособность и выживаемость горно-рудных предприятий в условиях динамично меняющейся конъюнктуры отечественного и мирового рынков, становятся актуальными для каждого производителя.

Меняющееся состояние рынка требует создания мобильной, эластичной системы горно-технологического менеджмента, в которой основное значение имеет управление качеством руды. Концептуально можно выделить следующие этапы менеджмента:

1. Определение цен на добытую руду в зависимости от ее качества и конъюнктуры рынка.

2. Формирование границ рудных тел при рассмотрении вариантов рациональных кондиций качества руд в массиве.

3. Расчет оптимальных затрат и отпускных цен на добытую руду при рассматриваемых кондициях качества руд (по блокам, горизонтам, рудным телам и др.).

4. Формирование планов горных работ по принципу соответствия рыночных цен и расчетной отпускной цены на добытую руду оптимального качества.

5. Оперативное управление горными работами и непосредственное регулирование качества добычи руды.

Этап 1. Этот этап декларирует изначальность рыночных требований в методических подходах и процедурах оптимального управления горными работами. Здесь рассмотрим только основные концепции горно-технологического менеджмента, базирующиеся на управлении качеством руды.

Рыночная цена на добытую руду

/ 100,

где и – соответственно рыночные цены добытой руды и содержащихся в ней металлов (полезных компонентов), относящиеся непосредственно к горному производству; a_р – содержание металлов в добытой руде, или кондиции, %.

При этом может быть выделена из общей рыночной цены на металлы следующим образом:

 =  – Ц_о – Ц_м – Ц_т – П,

где – цены на металлы в соответствии с конъюнктурой рынка; Ц_о, Ц_м и Ц_т – цены обогащения, металлургического передела и транспорта соответственно; П – прочие рыночные факторы.

Задача усложняется нелинейными зависимостями этих цен от содержания металла в руде (a_р), концентрате (a_к), а также расстояний транспортировки руды, концентрата и металлов.

Этап 2. Выполнение работ этого этапа ранее позволяло весьма ориентировочно, а иногда и за гранью достоверности оконтуривать рудные тела и проводить подсчет запасов по бортовому и среднему содержаниям полезных компонентов в руде.

Последнее время созданы мощные профессиональные компьютерные программы (пакеты) типа Data Mining. Они позволяют при наличии детальной геологической информации с высокой надежностью оконтуривать рудные тела по заданному бортовому содержанию, определять мощность, размеры по простиранию и падению, углы залегания рудных тел, средние содержания, запасы и другие параметры блоков, горизонтов, рудных тел и месторождений.

Для примера укажем на такую работу, выполненную совместно с С.В.Кирюковым и А.А.Шныптевым по одному из месторождений цветных металлов. Анализировалось рудное тело с широким диапазоном содержания полезных компонентов. Для заданных вариантов бортового содержания от 3 до 7 условных единиц (у.е.) с использованием пакета Data Mining построены контуры рудного тела, определены средние содержания, балансовые запасы руды и полезных компонентов в зависимости от бортового содержания:

Бортовое содержание, у.е.	3	4	5	6	7
Средняя мощность рудного тела, м	65	50	38	28	20
Среднее содержание металла, у.е.	5,8	6,6	7,5	8,2	9,0
Балансовые запасы руды, млн. м3	45,8	35,2	23,1	15,4	10,2
Балансовые запасы тыс. т	788,8	606,7	515,4	374,9	273,1

Особую значимость для следующих этапов представляет зависимость выделяемой мощности рудного тела и среднего содержания от рассматриваемых условных вариантов бортового содержания полезных компонентов (рис.11.1). Мощность рудного тела меняется от 65 до 10 м, что предполагает возможность применения различных систем разработки.

Этап. 3. Для установленных элементов залегания с разным бортовым содержанием рудного тела выбираются технологии их разработки. Необходимо определить затраты на добычу руды. Это может быть выполнено обычным проектным расчетом, однако многообразие систем разработки, природных, конструктивных, технологических, экономических и других условий и факторов требует поиска рациональной технологии и оптимальных параметров и показателей.

Основой решений большинства горных проектных задач в современных условиях являются математические и, в первую очередь, экономико-математические методы моделирования. Темпы и качество поиска оптимальных решений в период перехода к рыночным отношениям стали одним из главных факторов восстановления и развития народного хозяйства.

Ранее бытовавшие методы, основанные на инженерных расчетах ограниченного числа вариантов, выбранных зачастую по интуитивным соображениям, давали результаты, существенно зависящие от компетентности, эрудиции и других индивидуальных качеств специалиста.

Разработка и использование экономико-математических моделей значительно улучшают, облегчают и ускоряют выбор оптимальных технических и экономических решений. В последние 15-20 лет все больше организаций берут на вооружение этот весьма прогрессивный метод, а рекомендации по принципам и методологии его использования все шире публикуются в научно-технической литературе.

Пусть для условий рассматриваемого рудного тела выбраны три системы разработки:

 система с открытым выработанным пространством и отбойкой руды из подэтажных штреков (рис.11.2, кривая 1);

 то же из подэтажных ортов (кривая 2);

 система подэтажного обрушения руды и вмещающих пород секциями ромбовидной формы (кривая 3).

По результатам имитационного экономико-математического моделирования для различных диапазонов мощности рудного тела определены оптимальные технико-экономические показатели рассматриваемых систем разработки. Анализ участковой себестоимости добычи руды (рис.11.2) позволяет выделить области рационального использования рассматриваемых технологий: при мощности рудного тела m < 2025 м – система подэтажных штреков; при 20  m  35 м – система подэтажных ортов; при m > 35 м – система подэтажного обрушения руды и вмещающих пород.

Эти данные позволяют рассчитать отпускные цены на добытую руду для каждой из систем разработки при установленных кондициях ее качества. Такие оценки могут быть сделаны усредненно по всему рудному телу и отдельно по блокам, горизонтам и др.

Этап 4. В границах безопасного управления горным давлением и сдвижением, рациональной отработки запасов и защиты окружающей среды, комплектуются эксплуатационные блоки, панели, забои, которые обеспечивают заявленное потребителем и оптимизированное по технологии содержание полезных компонентов в усредненном или раздельных рудопотоках. При этом контролируется главное условие: отпускные цены на добытую руду, определенные на этапе 3, должны быть не выше рыночных. На этой основе разрабатываются прогнозы, создаются годовые, полугодичные, ежеквартальные и т.д. планы горных работ.

Можно выделить следующие стадии формирования планов горных работ:

 прогнозирование горных работ на значительный период с учетом вероятных требований рынка.

 перспективное планирование отработки одного или группы горизонтов с определением порядка и последовательности развития горных работ, обеспечивающих установленное качество руды.

 текущее планирование отработки блоков с определением объемов и темпов подготовительных, нарезных и собственно очистных работ, позволяющих выйти на расчетное качество руды.

Прогнозирование горных работ может выполняться на период от 3 до 5-7 лет, а при многолетнем стабильном рынке на продукцию рудника, и на бóльшие периоды. Основные результаты этого этапа – выявление тенденций развития горно-капитальных и горно-подготовительных работ. Под контролем действующего или вновь созданного бизнес-плана прогноз обеспечивает долгосрочную инвестиционную политику предприятия.

Перспективное планирование ведется обычно на период не более 3 лет. Увеличение временного интервала до 5-7 лет приводит к низкой точности и необходимости многократной корректировки планов в связи с изменением мировых и отечественных цен и спроса на товарную продукцию горного предприятия.

Годовой план добычи руды распределяется по блокам с подготовленными и готовыми к выемке запасами руды. Задача распределения нагрузки на выемочные блоки пока зачастую решается лобовыми расчетами с опорой на профессионализм технического руководства рудника. Однако на ряде передовых предприятий уже применяются компьютерные методы.

Разработаны методики и созданы программные средства решения этой задачи. В Санкт-Петербургском горном институте, например, созданы алгоритмы и программы (Э.И.Богуславский, В.Б.Мельник, А.А.Шныптев, О.В.Эрих) для оптимального распределения нагрузки на очистной блок или забой с учетом заданного среднего содержания полезных компонентов в рудопотоке, плана по добыче руды и производства металлов (в фортране, паскале, пакете Excel):

/ 100 = М_п; / 100,

при системе ограничений

; ; ,

где i – номер блока; Q_i – годовой объем руды извлекаемый из блока; _i – среднее содержание полезных компонентов в руде, поддерживаемое в период эксплуатации i-го блока, %; Q_п – плановый годовой объем добычи рудника (устанавливается конкретным потребителем или рыночным спросом); _п – плановое значение содержания полезного компонента в рудопотоке, %; Q_imin и Q_imax – минимально и максимально возможная добыча руды из блока, принимаемая с учетом горно-геологических и горно-технических факторов, влияющих на процесс добычи в i-м блоке.

Текущее планирование может выполняться на полгода, квартал, месяц или декаду и состоит в непрерывном уточнении информации по требованиям рынка, геологическим условиям и горно-техническим возможностям.

Для оперативного получения геологической информации целесообразно использование современных методов опробования, в частности при бурении скважин. На основе статистического анализа выявляются основные закономерности распределения полезных компонентов в объеме готовой к выемке руды и анализируется характер изменения качества по длине, ширине, высоте блока и динамика его изменения на выработках выпуска.

Этап 5. Можно выделить следующие стадии этого этапа:

 оперативное планирование нагрузок на забои для подбора шихты;

 регулирование добычи руды для поддержания стабильного качества.

Оперативное планирование нагрузок на забои, блоки, панели выполняется с целью подбора оптимальной шихты для отгрузки руды потребителю в количественном (например, железнодорожный состав) или временном (смена, сутки и др.) вариантах. Оно выполняется ежесуточно, ежесменно и требует обоснованного динамичного управления качеством руды за счет разделения или усреднения рудопотоков, организации транспорта, подъема, бункеризации, аккумуляции, складирования и др. При этом выделяются активные, пассивные, консервируемые и закрываемые забои, блоки, панели, т.е. картина ведения очистных, нарезных, подготовительных, горно-капитальных и других работ постоянно меняется.

Надежное планирование этих работ возможно с использованием специальных компьютерных программ управления, созданных с учетом результатов выполнения первых четырех этапов.

Регулирование добычи руды выполняется в течение смены и обеспечивает поддержание ее постоянного качества. Широкое применение самоходного оборудования, имеющего высокую мобильность, создает благоприятные условия для управления качеством руды в процессах погрузки и доставки. Для управления работой погрузочно-доставочных машин целесообразно использовать промышленные компьютерные системы.