Как компьютерное моделирование взрывов повышает рентабельность золотодобычи в России
В ноябре Всемирный золотой совет опубликовал отчет о состоянии глобального рынка желтого металла в 3 квартале 2022 года, согласно которому спрос на него по сравнению с аналогичным периодом прошлого года вырос на 28% и составил 1181 тонну, тем самым вернувшись к допандемийному уровню.
Тройка мировых лидеров среди добывающих стран остается неизменной, при этом только Россия демонстрирует положительную динамику и наращивает обороты. Догнав и опередив Австралию в 2022 году, она уступает теперь лишь Китаю. Не стоит на месте и потребление, прежде всего, благодаря центробанкам, ювелирной промышленности и инвесторам. В России, например, в текущем году было закуплено 20,5 тонн монет и слитков – в пять раз больше, чем в прошлом.
Исторически большая часть золота добывалась в руслах рек, которые размывали обнаженные горной породой самородки и несли их вниз по течению. Сегодня же основной процент драгоценного металла производится путем освоения месторождений, сформированных за счет геохимических процессов. Рентабельной считается разработка залежей с содержанием полезного компонента 1,5-2 грамма на тонну, а это не более 0,0002 процента. При этом из года в год их эксплуатация становится все более технологически сложной и дорогостоящей.
Буровзрывные работы, находясь в начале цепочки производства золота, определяют последующую эффективность всех технологических процессов, а также их стоимость. Поэтому повышение качества разработки карьера напрямую влияет на рентабельность добычи. Именно на этом этапе горному инженеру необходимо обеспечить выход оптимальной фракции взорванной горной массы и максимально достоверно определить степень смещения рудного тела после взрыва.
Один из путей минимизации издержек – компьютерное моделирование процесса взрывного разрушения массива горных пород. Насколько оно целесообразно? «Форпост» решил выяснить это у студентки выпускного курса кафедры взрывного дела Санкт-Петербургского горного университета Анастасии Плесаковой. В сферу ее научных интересов входит предварительное прогнозирование результатов взрыва в горно-геологической информационной системе «ГЕОМИКС» и последующее использование полученных данных в реальных условиях. Производственную практику Анастасия проходит на объектах крупнейшей отечественной золотодобывающей компании «Полюс», общее производство золота которой по итогам I полугодия 2022 года составило 1 186 тыс. унций, то есть свыше 36 тонн.
Каждый взрыв уникален
Горная система непредсказуема: даже разные части одного месторождения имеют уникальную структуру и свойства, поэтому угадать, как поведет себя массив при взрыве, довольно сложно. Особенно учитывая масштаб современной золотодобычи и высокую производительность используемого оборудования. Этим и объясняется потребность отрасли во все более совершенных технологиях исследования структуры горного массива и прогнозирования его реакции на взрыв.
«Натурные испытания, необходимые для получения статистики по месторождениям могут занимать длительный срок, а с помощью моделирования все можно сделать оперативно, без непосредственного проведения взрывных работ. Также оно позволяет проиграть множество сценариев взрыва и выбрать наиболее оптимальный для конкретных горно-геологических условий», – поясняет Анастасия.
Цифровое моделирование разрушения массива снижает не только временные, но и ресурсные издержки: предварительный подбор параметров взрывных работ позволяет предсказать форму развала и распределение в нем золотосодержащей руды. Соответственно, уменьшить количество зон с ее неопределенным содержанием.
«Например, это актуально для месторождений Куранахского рудного поля в Алданском районе Республики Саха (Якутия), которые разрабатывает «Полюс Алдан». Они характеризуются неравномерным распределением полезного компонента, к тому же, представляют собой смесь твердых и мягких пород в границах одного блока. В этом случае моделирование также полезно: если мы знаем, где находятся мягкие песчано-глинистые породы, а где, например, крепкие известняки, то можем пропорционально распределить количество взрывчатого вещества или применить рассредоточенный заряд» – говорит Анастасия.
Полностью избежать смещения рудного тела и его перемешивания с пустой породой в процессе взрыва, конечно, нереально. Однако минимизировать негативный «побочный эффект» и повысить качество руды, которая поступает на золотоизвлекательную фабрику, инженерам и ученым вполне по силам.
«Цифровое моделирование помогает прогнозировать смещение и обозначать новые границы блока после взрывных работ настолько точно, насколько это возможно. Инженеры делают это с помощью управления так называемым временем замедления, то есть подбором оптимальной длительности пауз между взрывами каждого последующего рядя скважин, причем эти паузы измеряются всего десятками миллисекунд. Их очередность и темп самым прямым образом влияет на форму развала породы», – комментирует Анастасия Плесакова.
Оно также может помочь в обосновании необходимого расхода взрывчатого вещества. Экономическая выгода от оптимизации его объемов может оказаться весьма значительной. Так, на некоторых месторождениях, которые разрабатывают крупные российские компании, глубина скважин достигает 20 метров, а колонка заряда содержит до полутора тонн в тротиловом эквиваленте. Само собой, ошибки в планировании выльются в существенные потери.
Человеческий фактор
На основе плана развития горных работ и геологических данных, которые включают информацию о содержании и распределении руды в массиве, инженеры делают выводы о том, как наиболее оптимально разделить его на блоки для проведения буровых и взрывных работ. Они очерчивают контура участков, обозначают диаметры, глубины и углы бурения, массы скважинных зарядов, а также принимают схему инициирования, которая обеспечит требуемое направление смещение блока для последующей экскавации.
Вводя исходные параметры в программу и изменяя их, специалисты получают несколько моделей, которые также содержат информацию об объеме взорванной горной массы, форме и высоте развала, положении рудных тел, размерах неоднородных зон и объемах горной массы, заброшенной на соседние блоки. Все это представляется в виде графической документации, чертежей и анимированного процесса взрыва, который наглядно показывает разрушение массива во времени. Основываясь на полученных результатах, инженеры могут сравнить несколько вариантов взрыва на одном и том же блоке и выбрать наиболее подходящий для заданных условий.
«Все решения, которые выдает "ГЕОМИКС", анализирует человек: на каждом этапе геологи, маркшейдеры, взрывники и другие инженеры вносят уточнения в модели и принимают окончательные решения о том, корректен ли прогноз. Пригодность лучшей модели, которую утверждает технический руководитель, подтверждают на натурных испытаниях», – уточняет Анастасия Плесакова.
Напомним, что моделирование взрывов – лишь одна из передовых технологий, внедренных отечественной компанией «ГЕОМИКС», с которой Санкт-Петербургский горный университет заключил договор о сотрудничестве. Платформа позволяет выполнять большинство расчетов при строительстве и реконструкции горного производства дистанционно, а также накапливать статистическую базу по рудникам со всей страны.
В ноябре Всемирный золотой совет опубликовал отчет о состоянии глобального рынка желтого металла в 3 квартале 2022 года, согласно которому спрос на него по сравнению с аналогичным периодом прошлого года вырос на 28% и составил 1181 тонну, тем самым вернувшись к допандемийному уровню.
Тройка мировых лидеров среди добывающих стран остается неизменной, при этом только Россия демонстрирует положительную динамику и наращивает обороты. Догнав и опередив Австралию в 2022 году, она уступает теперь лишь Китаю. Не стоит на месте и потребление, прежде всего, благодаря центробанкам, ювелирной промышленности и инвесторам. В России, например, в текущем году было закуплено 20,5 тонн монет и слитков – в пять раз больше, чем в прошлом.
Исторически большая часть золота добывалась в руслах рек, которые размывали обнаженные горной породой самородки и несли их вниз по течению. Сегодня же основной процент драгоценного металла производится путем освоения месторождений, сформированных за счет геохимических процессов. Рентабельной считается разработка залежей с содержанием полезного компонента 1,5-2 грамма на тонну, а это не более 0,0002 процента. При этом из года в год их эксплуатация становится все более технологически сложной и дорогостоящей.
Буровзрывные работы, находясь в начале цепочки производства золота, определяют последующую эффективность всех технологических процессов, а также их стоимость. Поэтому повышение качества разработки карьера напрямую влияет на рентабельность добычи. Именно на этом этапе горному инженеру необходимо обеспечить выход оптимальной фракции взорванной горной массы и максимально достоверно определить степень смещения рудного тела после взрыва.
Один из путей минимизации издержек – компьютерное моделирование процесса взрывного разрушения массива горных пород. Насколько оно целесообразно? «Форпост» решил выяснить это у студентки выпускного курса кафедры взрывного дела Санкт-Петербургского горного университета Анастасии Плесаковой. В сферу ее научных интересов входит предварительное прогнозирование результатов взрыва в горно-геологической информационной системе «ГЕОМИКС» и последующее использование полученных данных в реальных условиях. Производственную практику Анастасия проходит на объектах крупнейшей отечественной золотодобывающей компании «Полюс», общее производство золота которой по итогам I полугодия 2022 года составило 1 186 тыс. унций, то есть свыше 36 тонн.
Каждый взрыв уникален
Горная система непредсказуема: даже разные части одного месторождения имеют уникальную структуру и свойства, поэтому угадать, как поведет себя массив при взрыве, довольно сложно. Особенно учитывая масштаб современной золотодобычи и высокую производительность используемого оборудования. Этим и объясняется потребность отрасли во все более совершенных технологиях исследования структуры горного массива и прогнозирования его реакции на взрыв.
«Натурные испытания, необходимые для получения статистики по месторождениям могут занимать длительный срок, а с помощью моделирования все можно сделать оперативно, без непосредственного проведения взрывных работ. Также оно позволяет проиграть множество сценариев взрыва и выбрать наиболее оптимальный для конкретных горно-геологических условий», – поясняет Анастасия.
Цифровое моделирование разрушения массива снижает не только временные, но и ресурсные издержки: предварительный подбор параметров взрывных работ позволяет предсказать форму развала и распределение в нем золотосодержащей руды. Соответственно, уменьшить количество зон с ее неопределенным содержанием.
«Например, это актуально для месторождений Куранахского рудного поля в Алданском районе Республики Саха (Якутия), которые разрабатывает «Полюс Алдан». Они характеризуются неравномерным распределением полезного компонента, к тому же, представляют собой смесь твердых и мягких пород в границах одного блока. В этом случае моделирование также полезно: если мы знаем, где находятся мягкие песчано-глинистые породы, а где, например, крепкие известняки, то можем пропорционально распределить количество взрывчатого вещества или применить рассредоточенный заряд» – говорит Анастасия.
Полностью избежать смещения рудного тела и его перемешивания с пустой породой в процессе взрыва, конечно, нереально. Однако минимизировать негативный «побочный эффект» и повысить качество руды, которая поступает на золотоизвлекательную фабрику, инженерам и ученым вполне по силам.
«Цифровое моделирование помогает прогнозировать смещение и обозначать новые границы блока после взрывных работ настолько точно, насколько это возможно. Инженеры делают это с помощью управления так называемым временем замедления, то есть подбором оптимальной длительности пауз между взрывами каждого последующего рядя скважин, причем эти паузы измеряются всего десятками миллисекунд. Их очередность и темп самым прямым образом влияет на форму развала породы», – комментирует Анастасия Плесакова.
Оно также может помочь в обосновании необходимого расхода взрывчатого вещества. Экономическая выгода от оптимизации его объемов может оказаться весьма значительной. Так, на некоторых месторождениях, которые разрабатывают крупные российские компании, глубина скважин достигает 20 метров, а колонка заряда содержит до полутора тонн в тротиловом эквиваленте. Само собой, ошибки в планировании выльются в существенные потери.
Человеческий фактор
На основе плана развития горных работ и геологических данных, которые включают информацию о содержании и распределении руды в массиве, инженеры делают выводы о том, как наиболее оптимально разделить его на блоки для проведения буровых и взрывных работ. Они очерчивают контура участков, обозначают диаметры, глубины и углы бурения, массы скважинных зарядов, а также принимают схему инициирования, которая обеспечит требуемое направление смещение блока для последующей экскавации.
Вводя исходные параметры в программу и изменяя их, специалисты получают несколько моделей, которые также содержат информацию об объеме взорванной горной массы, форме и высоте развала, положении рудных тел, размерах неоднородных зон и объемах горной массы, заброшенной на соседние блоки. Все это представляется в виде графической документации, чертежей и анимированного процесса взрыва, который наглядно показывает разрушение массива во времени. Основываясь на полученных результатах, инженеры могут сравнить несколько вариантов взрыва на одном и том же блоке и выбрать наиболее подходящий для заданных условий.
«Все решения, которые выдает "ГЕОМИКС", анализирует человек: на каждом этапе геологи, маркшейдеры, взрывники и другие инженеры вносят уточнения в модели и принимают окончательные решения о том, корректен ли прогноз. Пригодность лучшей модели, которую утверждает технический руководитель, подтверждают на натурных испытаниях», – уточняет Анастасия Плесакова.
Напомним, что моделирование взрывов – лишь одна из передовых технологий, внедренных отечественной компанией «ГЕОМИКС», с которой Санкт-Петербургский горный университет заключил договор о сотрудничестве. Платформа позволяет выполнять большинство расчетов при строительстве и реконструкции горного производства дистанционно, а также накапливать статистическую базу по рудникам со всей страны.
