Особенности управления производством на рудниках

Специфика управления производством на рудниках опреде­ляется прежде всего особенностями рудных месторождений, вытекающими из их геологического происхождения и вызыва­ющими многообразие технических и технологических решений при разработке рудных тел подземным способом.

Среди особенностей важнейшими являются следующие.

1.Значительная крепость и абразивность руд. Большинство руд имеют коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова порядка 8-12, а весьма крепкие от 15 до 20 и выше. Для сравнения укажем, что коэффициент крепости ка­менного угля 1-1,5, антрацита 2-2,5. Руды обычно в 5-10 раз, а в отдельных случаях даже в 20 раз более абразивны, чем каменный уголь.

В связи с высокой крепостью руды и вмещающих пород на большинстве рудников применяют взрывной способ отбойки. Механический способ отбойки, который широко применяется при разработке угольных месторождений, на рудниках удается использовать лишь в редких случаях (при разработке калий­ных и каменных солей и марганцевых руд). Взрывной способ трудоемок и небезопасен (работы по бурению и заряжанию скважин и шпуров, повторное взрывание - вторичное дробле­ние негабаритных кусков руды и др.).

В связи с абразивностыо и большой крупностью кусков от­битой руды на рудниках приходится использовать, как прави­ло, более металлоемкое, чем на угольных шахтах, и дорого­стоящее оборудование.

Имеющая место при взрывной отбойке руды прерывистость ведущего процесса технологической цепочки добычи, наряду с простоями из-за проветривания и трудностями механизации работ в очистных блоках, создает на рудниках неблагоприят­ные условия для поточного производства, являющегося, как из­вестно, одной из предпосылок успешной автоматизации техно­логических процессов.

Следует отметить такую положительную особенность отби­той руды, как малая разрушаемость при транспортировании. Кроме того, переизмельчение отбитой руды (за редким исклю­чением, касающимся, например, некоторых видов железных руд) практически не снижает товарного качества рудной массы. По­этому на рудниках очень часто применяют самотечное переме­щение руды под действием собственного веса по рудоспускам глубиной до 100 м и даже до 300-400 м.

2.Разнообразие размеров и изменчивость элементов зале­гания рудных тел. Размеры их колеблются в очень широких пределах: длина залежей по простиранию изменяется от не­скольких метров до нескольких километров и даже - десятков километров, мощность - от нескольких сантиметров до сотен метров. Глубина распространения от поверхности разрабаты­ваемых в настоящее время месторождений доходит до 3,9 км.

Многообразны и формы рудных тел, отличающиеся большой сложностью. Пластовые залежи на рудниках встречаются очень редко. Контакты руды и вмещающих пород не всегда четко вы­ражены, а для вкрапленных руд положение контактов практи­чески установить невозможно. Особую сложность при разра­ботке представляет характерное для рудных тел непостоянство мощности и угла падения, наличие пережимов, ответвлений и бессистемно расположенных в руде пропластков и линз пустых пород.

Такое разнообразие форм и изменчивость элементов зале­гания рудных тел требуют соответствующего разнообразия и особой «гибкости» используемых на рудниках технологических процессов, систем разработки, а также схем подготовки и спо­собов вскрытия месторождений, иногда даже в пределах очист­ного блока.

3.Изменчивость содержания полезных компонентов, а иног­да и минералогического состава руд в залежах (особенно руд цветных металлов).

Содержание металлов обычно меняется с глубиной, а не­редко и по мощности, и по простиранию рудных тел. Качество рудной массы, поступающей из разных очистных блоков, в ре­зультате различно, причем даже в одном блоке оно меняется по мере отработки запасов. Качество же рудной массы, выда­ваемой на поверхность и поступающей на переработку, должно быть стабильным. Поэтому в процессе управления добычей воз­никает необходимость решения задачи усреднения качества рудной массы, поступающей из разных очистных блоков. Для решения этой задачи, как правило, приходится вводить в рабо­ту больше очистных блоков (в 1,5-2 раза), устраивать соот­ветствующие бункерные аккумулирующие емкости и тем самым существенно увеличивать себестоимость добытой руды.

Нередко из-за разницы в минералогическом составе (напри­мер, окисленные и сульфидные полиметаллические руды) или из-за резких колебаний содержания металла в руде выделяют разные по качеству сорта руд. В этих случаях применяют се­лективную (раздельную) выемку и организуют отдельные рудопотоки, включающие доставку, транспортирование и подъем на поверхность руды каждого сорта обособленно.

4.Недостаточная достоверность и сложность получения опе­ративной информации о горно-геологических условиях и про­текании технологических процессов, что связано с несовершен­ством методов опробования, разнородностью состава и измен­чивостью содержания полезных компонентов в руде. На неко­торых полиметаллических рудниках объективные данные о со­держании металлов в добываемой рудной массе поступают из химической лаборатории лишь через один - двое суток после взятия проб, что чрезвычайно затрудняет управление качеством.

Не всегда удается оценить и качество выполнения того или иного технологического процесса, в основном из-за отсутствия доступа в очистное пространство.

Высокая ценность большинства руд, предъявляя более жест­кие требования к полноте и качеству извлечения полезного ископаемого из недр, оправдывает в соответствующих условиях более трудоемкие и дорогостоящие способы ведения горных работ, отличающиеся небольшими потерями и разубоживанием руды. В связи с этим повышаются и требования к управлению и организации производства.

Имеется также ряд других горно-геологических особенностей рудных месторождений, значительно усложняющих технологию, а следовательно, все перечисленные условия приводят в первую очередь к необходимости улучшения информационного обеспе­чения - совершенствования методов получения и обработки оперативной информации о количестве и качестве рудной мас­сы по всей технологической цепи подземной добычи и о работе основных стационарных машин и установок. Особенно важным является внедрение геофизических методов экспресс - опробова­ния руд и, в частности, радиометрического опробования, кото­рое в настоящее время включает целый ряд различных методов и применимо не только для радиоактивных руд, но и для мно­гих видов полиметаллических, железных, редкометалльных и редкоземельных, алмазосодержащих и флюоритовых руд и т. п.

Горное производство вообще, и особенно при подземной раз­работке рудных залежей, по своей природе стохастично. В связи с этим одним из основных принципов создания систем управ­ления на рудниках является обеспечение необходимой надеж­ности (вероятности выполнения) управленческих решений.

Анализ чувствительности оптимальных решений детермини­рованных моделей к изменению исходных данных и основных влияющих факторов, выполненный для рудников с различной степенью изменчивости параметров и элементов горного про­изводства, позволил выделить три обособленные группы усло­вий, для каждой из которых принимается свой вид модели текущего (годового, квартального, месячного) планирования гор­ных работ.

Для первой группы условий со сравнительно малой измен­чивостью исходных данных (коэффициенты вариации изменения качества и количества добываемой рудной массы обычно не превышает 10-20%) модели текущего планирования горных работ могут разрабатываться как детерминированные, а в ка­честве вероятностного может быть принят только один пара­метр модели - интенсивность добычи в очистном блоке. К этой группе условий относится большинство подземных железоруд­ных рудников.

Для второй группы условий, имеющих среднюю изменчи­вость исходных данных, как вероятностные следует рассматри­вать два параметра: интенсивность добычи в блоке и содержа­ние металла в добываемой рудной массе. Остальные параметры можно принимать детерминированными. Сама модель планиро­вания получается вероятностной, но ее удается свести к детер­минированному аналогу, в который входят значения математи­ческих ожиданий и дисперсий случайных величин и который представляет собой задачу нелинейного программирования. Для решения этой задачи применяют процедуру направленного слу­чайного поиска с заданным приближением, в которой исполь­зуют эвристические приемы. К этой группе условий относят многие полиметаллические рудники, у которых коэффициенты вариации качества и количества добываемой рудной массы на­ходятся в пределах 50%.

Для третьей группы условий, характеризующихся очень сильной изменчивостью (коэффициент вариации качества и ко­личества добываемой рудной массы приближается к 100%) вероятностными необходимо принимать несколько параметров модели текущего планирования добычи. Для количественной опенки этих параметров приходится использовать имитацион­ное моделирование, а сами модели формировать как двухэтапные задачи стохастического программирования: на первом эта­пе выбирать основное направление ведения горных работ, а на втором - уточнять решения и определить оптимальные интен­сивности горных работ в блоках.

По мере накопления необходимого опыта и сравнительных испытаний различного вида моделей представляется целесооб­разным и для второй, и для третьей групп условий разрабаты­вать более простые, детерминированные модели текущего пла­нирования горных работ. При этом стохастичность горного про­изводства возможно учитывать резервированием производствен­ных мощностей, устанавливаемым на базе сравнительной) анализа результатов использования различных моделей.

Таблица 1