Особенности проектирования крупных месторождений

При упоминании масштабных строек воображение рисует проекты советского периода. В то время действительно появились многие промышленные объекты, которые работают по сей день. Однако в наши дни на индустриальной карте возникают ГОКи такой производительности, о которой в СССР и не мечтали. И строительство, и эксплуатация таких предприятий требуют новых подходов.

Особенность крупных месторождений, которые мы сегодня вовлекаем в отработку, — значительные запасы при очень низком содержании полезного компонента. Однако это ещё не все сложности: добавим ещё отсутствие инфраструктуры и транспортного доступа, характерные для большинства современных объектов-гигантов.

На это обратил внимание специалист «НТЦ-Геотехнология», д-р техн. наук Вячеслав Пикалов. Он выступал с докладом, соавторами которого стали генеральный директор ООО «НТЦ-Геотехнология» А. В. Соколовский и консультант, директор по горному производству горнодобывающей компании А. И. Гордеев («Перспективы совершенствования техники и технологий при разработке мощных рудных месторождений»).

В качестве примеров эксперт привёл несколько объектов. Запасы Удокана оцениваются в 1381 млн тонн меди, содержание здесь — 1,46%. Это даже не очень низкий показатель, но зато месторождение отличается сложными горно-геологическими условиями. В руде месторождения Ак-Суг полезного компонента меньше — 0,68%, здешние запасы — 560 млн тонн.

При этом ГОК приходится возводить в неосвоенном регионе, к тому же предстоит создать очень глубокий карьер — более 900 м с учётом нагорной части. В руде Томинского (1100 млн тонн запасов) и Михеевского (500 млн тонн) месторождений меди ещё меньше — 0,4%. Они как раз находятся в развитых рудных районах, но возникает обратная проблема: это места с высокой плотностью населения, что формирует экологические ограничения.

Ну и наш медный чемпион — Малмыж, который хранит в недрах 2700 млн тонн руды. Чтобы извлечь руду содержанием ценного компонента менее 0,4%, придётся выкопать несколько карьеров глубиной до 700 метров. К тому же ГОКу предстоит решить проблему дефицита энергии.

«Всё это приводит к необходимости изменений подходов как к проектированию горнодобывающих предприятий, так и к той инфраструктуре, которая обеспечивает их функционирование. Основные тенденции открытой разработки рудных месторождений, связанные с ростом глубины карьеров, расстоянием транспортирования пород, усложнением конструкции бортов, ужесточением требований экологической и промышленной безопасности, обуславливают необходимость снижения издержек при росте производственной мощности», — отметил Вячеслав Пикалов.

Выход на проектную мощность

Итак, дано: мощное месторождение с низким содержанием полезного компонента. Задача: вывести его на проектную мощность. Тут, по опыту «НТЦ-Геотехнология», возможны две стратегии.
Первая предполагает минимальные первоначальные затраты и поэтапный рост. При таком раскладе недропользователь рассчитывает, что предприятие будет функционировать долго, требования к режиму работ здесь нежёсткие, принципиальным моментом становится качество готовой продукции.

Вторая стратегия позволяет выходить на максимальную мощность и низкие эксплуатационные затраты, но требует больших вложений на старте. При таком сценарии мощность предприятия будет интенсивно расти, и отработают месторождение относительно быстро.

Требования к режиму будут жёсткими, а углубление горных работ пойдёт с высокой скоростью: по данным спикера, этот показатель уже может доходить до 100 метров в год. Кроме того, специалист считает, что очень скоро мы можем увидеть ГОК с производственной мощностью более 200 млн тонн в год.

Транспортный вопрос

Второй немаловажный вопрос — это выбор технологического транспорта. Основных варианта, считая довольно экзотический — подвесные канатные дороги, — здесь четыре, у каждого есть свои преимущества и недостатки. Что касается возможности перевозить руду по воздуху, то у этой технологии есть очевидные плюсы.

Можно перемещать груз на существенные расстояния и под большим углом, но производительность такой системы невелика — до 6 млн тонн в год, по данным расчётов д-ра техн. наук, члена Высшего горного совета РФ Александра Земскова. Однако сегодня добытчики присматриваются и к этим решениям.

Сохраняет свои позиции и железнодорожный транспорт, который позволяет перевозить максимум груза (15-150 млн тонн в год) на большие расстояния (ж/д рационально строить при плече более 10 км). Но такое решение требует внушительных капзатрат, на больших уклонах оно уже работать не может.

Поэтому основными вариантами остаются автомобильный и конвейерный способ транспортировки, а также их комбинация. Первый отлично показывает себя на небольших (до 10 км) расстояниях, является довольно производительным и, что важно, максимально мобильным.

Правда, эта техника дорога в эксплуатации и неэкологична.

Этих недостатков лишены конвейеры, и в целом этот вариант хорош по всем параметрам: таким образом реально перевозить внушительные объёмы на большие расстояния, а если конвейер крутонаклонный, то можно работать ещё и с большим углом наклона. Правда, есть и достаточное количество ограничений, среди которых г-н Пикалов обратил внимание на низкую скорость углубки.

К тому же здесь эксперт отметил важный нюанс. Для карьера мощностью 100 млн тонн в год понадобится как минимум два комплекса по 5-7 рабочих ниток в каждом, с учётом резерва это уже 6-8. Всё это оборудование потребует очень больших площадей.

Поэтому наиболее перспективным вариантом Вячеслав Пикалов всё-таки назвал мощные экскаваторно-автомобильные комплексы. Правда, даже если это будут огромные машины — самосвалы с грузоподъёмностью 400 тонн, такому предприятию потребуется не менее сотни единиц техники, в том числе вспомогательной. Причём это только те, которые будут работать в карьере, без учёта машин в ремонте.

«Что касается тенденции развития комплексов „автомобиль — конвейер”. Все понимают, что комбинированный транспорт будет развиваться. Но здесь возникает интересный момент: чем дольше мы эксплуатируем самосвалы, тем меньше эффектов оставляем для конвейеров. Мы расчётно уже сталкивались с тем, что для того, чтобы последний окупился, объёмов уже не хватает. Так что тут важно смотреть на перспективу», — подчеркнул специалист.

Есть и ещё одна неочевидная зависимость, которую важно учесть в процессе проектирования. Мощная техника, особенно самосвалы, требует увеличенных транспортных коммуникаций. Рост грузоподъёмности и, как следствие, ширины применяемых в карьере самосвалов приводит к снижению углов откоса бортов и увеличению объёмов вскрыши. И здесь нужно корректно считать экономику, выбирая, что для предприятия лучше: прирост производительности или дополнительные вскрышные работы.

Цифра и роботы

В этих условиях добывающие компании закономерно ищут способы снижения себестоимости горных работ, и развитие мощных рудных месторождений может способствовать эволюции другого отраслевого тренда — внедрению роботизированной техники.

По данным ГК «Цифра», в 2023 году парк роботизированных карьерных самосвалов производства мировых лидеров составлял 2100 единиц. Грузоподъёмность этих машин составляет 150-400 тонн. Больше всего техники на счету у Caterpillar (573 единицы), на втором месте — Komatsu (444 штуки). Работают в отрасли и роботизированные буровые станки, активнее всего в это направление вкладывается Epiroc, который запустил 69 машин.

Однако в России, да и в СНГ, роботы пока приживаются не слишком активно. По информации экспертов той же ГК «Цифра», которой они поделились на пленарной сессии Mining World Russia, в России сейчас работают два роботизированных самосвала, кроме того, несколько единиц (до 10) есть в Казахстане. И за 10 лет заметного прогресса в отрасли не случилось.

«Российские добывающие компании немного притормозили эти процессы в связи с последними событиями, но направление будет жить, и мы, то есть компании-проектировщики, должны быть к этому готовы», — уверен Вячеслав Пикалов.

А вот цифровые системы управления горными работами в отрасли развиваются. Правда, специалист говорит, что индустрии нужны решения для управления не отдельными комплексами, а предприятием в целом. Причём это должны быть очень мощные системы: напомним, мы говорим об объекте, на котором одновременно находятся 100 единиц техники.

Однако такая разработка может иметь совершенно конкретные эффекты. Например, с её помощью реально сократить ширину транспортных берм и перейти к однополосному движению. Это позволит на треть уменьшить срок или стоимость строительства капитальных горных выработок без потери производительности.

Кроме того, цифровая система управления может помочь организовать синхронный встречный разъезд техники с помощью маневрового кармана. Таким образом, машины не будут останавливаться в ожидании.

Техника нового типа

Помогут в освоении мощных рудных месторождений и электрические самосвалы, считают в «НТЦ-Геотехнология». Вячеслав Пикалов выделил целый список преимуществ этих машин по сравнению с дизельными аналогами. Во-первых, они позволяют сократить расходы на топливо, причём значительно — на 60-80%. Во-вторых, они имеют более низкую стоимость обслуживания, поскольку такая конструкция не подразумевает ни фильтров, ни моторных и трансмиссионных масел, ни обслуживания подшипников.

Особо эксперт выделил машины на суперконденсаторах Такое решение может работать в широком диапазоне температур, к тому же такой самосвал будет быстро заряжаться. Например, вот характеристики конденсаторных машин CIHIC: протяжённость зарядной эстакады 150 м, потребляемая мощность подключения 2,5 МВт, время подзарядки — 2-3 минуты.

«Тяговые характеристики электрических самосвалов позволяют увеличивать уклоны автодорог в карьере, а это возможность сократить расстояние транспортирования минимум в два-четыре раза. Кроме того, внедрение этой техники позволяет уменьшить ширину берм», — подчеркнул г-н Пикалов.

Также специалист назвал перспективным типом техники робот-самосвал, который имеет челночную схему движения, то есть может работать без разворота. Внедрение таких машин также позволит уменьшить рабочие площадки.

Эксперт также отметил, что в нынешних условиях нашей стране особенно важно развивать собственную машиностроительную базу, то есть производить оборудование, отвечающее современным трендам.

Он подчеркнул, что оно должно оснащаться цифровыми системами автоматизации и удалённого управления в базовой комплектации. Ну а следующий шаг — это роботизация экскаваторно-транспортных комплексов с соответствующим нормативным сопровождением.

Текст: Анна Кучумова