«Норникель» улучшил состав руды на заполярных рудниках с помощью цифровых моделей
В горной промышленности первичная переработка — этап извлечения металла из руды — непосредственно определяет затраты на выпуск готовой продукции. Неточности при проведении буровзрывных операций влекут за собой лишние расходы на логистику и обогащение, что в конечном счете сокращает объем получаемого ценного сырья. В Заполярном филиале «Норникеля» завершили пробный этап внедрения цифровых решений для буровзрывных процессов: компьютерное моделирование позволило заранее просчитывать характеристики взрыва, уменьшить расхождения с плановыми показателями и улучшить качество руды. Уже в текущем году компания намерена распространить эту практику на все рудники филиала. CNews выяснил, как реализован данный метод и благодаря чему достигается экономическая выгода.
Цифровое проектирование вместо традиционных методов
В «Норникеле» буровзрывные операции считают одним из важнейших элементов, влияющих на себестоимость добываемого металла. Обычные способы планирования не дают возможности полноценно учесть геологические и физико-механические свойства каждого конкретного участка.
Использование компьютерного моделирования позволяет перейти от классической схемы работ к проектированию, основанному на данных. Программа строит трёхмерную модель зоны работ, учитывая геологию, прочность пород, характеристики бурения и виды взрывчатки. На основе этой модели определяются схема размещения скважин, углы наклона, величина зарядов и очерёдность подрыва.
Как поясняет Евгений Ященко, главный менеджер центра развития цифровых технологий инновационного блока «Норникеля», система даёт возможность проанализировать разные варианты ещё до начала работ на местности и скорректировать настройки для достижения нужного эффекта.
Принцип действия системы моделирования буровзрывных операций
Основу решения составляет объединение данных геологических изысканий, результатов съёмки и информации с бурового оборудования. На их базе создаётся цифровой двойник, в котором специалисты устанавливают параметры бурения и взрывных работ.
На основе проектного очертания предстоящей очистной выработки специалист по проектированию определяет ключевые параметры для взрывных работ: углы наклона вееров скважин, их диаметр, величину недобура, рекомендованный программный комплекс, тип самоходной буровой машины и другие. После этого ПО строит сечения и автоматически, оптимальным образом, распределяет скважины в проекте. Следом проектировщик вносит ручные правки, опираясь на личный опыт и требования горного участка. Финальной стадией становится моделирование: система учитывает тип пород внутри проектного контура и на прилегающих участках, их прочность на сжатие, степень трещиноватости, плотность, характеристики ВВ, диаметры и углы скважин, недозаряд, а также схему замедлений. Комплексная математическая модель на основе этих данных вычисляет энергию взрыва, её воздействие на массив, определяет границы откола и фракционный состав взорванной горной массы.
Первые результаты моделирования, как правило, не полностью совпадают с проектным контуром, поэтому проектировщик корректирует параметры — чаще всего углы и глубину скважин. Такой итерационный процесс позволяет свести расхождения к минимуму.
«Разница между смоделированным и проектным контуром обычно составляет всего несколько процентов, но конкретная величина зависит от особенностей выработки и геологических условий», — отмечает Евгений Ященко.
Существенную роль в обеспечении высокой точности ведения взрывных работ играет бурение по электронным паспортам, которые формируются в программном обеспечении по итогам проектирования и моделирования. Цифровой паспорт проекта передаётся на оборудование, где бортовые системы техники помогают соблюдать точность бурения.
«Оператор буровой установки видит на экране цифровой паспорт с заданными углами и глубиной скважины относительно текущего положения инструмента, а с помощью комплекса бортовых датчиков контролирует параметры бурения в реальном времени. Это уменьшает влияние человеческого фактора и повышает точность выполнения работ», — добавляет Ященко.
Источники экономии
Экономический эффект достигается за счёт снижения разубоживания — доли пустой породы или закладочного материала в отбитой массе. Моделирование позволяет создать такой проект бурения, который обеспечивает более точное соблюдение границ и минимизацию разубоживания. Повышенное разубоживание ведёт к необходимости транспортировки, подъёма и переработки лишних объёмов, что увеличивает себестоимость и снижает производительность техники и оборудования по всей технологической цепочке.
«Даже сокращение разубоживания на несколько процентов даёт ощутимый результат: мы экономим на перевозке и переработке пустой породы, высвобождаем технику для добычи руды с требуемым содержанием и снижаем её себестоимость», — поясняет Ященко.
Пилотный проект: от доработки ПО до внедрения в производство
В основу решения «Норникеля» легла система, уже доказавшая свою эффективность на подземных рудниках, однако для арктических условий потребовалась её серьёзная адаптация.
«Мы выполнили свыше ста модификаций, чтобы создать действующий прототип, соответствующий нашим требованиям. Это была не просто ИТ-задача, а масштабная аналитическая работа в тесном сотрудничестве с горными мастерами», — поясняет Ященко.
На начальном этапе реализации свою роль сыграл человеческий фактор — влияние профессиональных привычек.
«Любые нововведения часто встречают сопротивление. Скорость внедрения различалась: на некоторых участках процесс шёл быстрее, на других медленнее — сказывался также дефицит кадров. При высокой загрузке оперативными задачами проще использовать привычное программное обеспечение. Однако постепенно, по мере того как инженеры осваивали функционал системы, её стали применять активнее», — отмечает Рамиль Батралиев, директор департамента инноваций Заполярного филиала «Норникеля».
Обучение персонала заняло приблизительно месяц. На двух рудниках с более молодым и открытым к новому коллективом процесс продвигался быстрее. По результатам пилотной стадии инженеры этих двух предприятий полностью перешли на проектирование с использованием системы. Её внедрение на остальных площадках Заполярного филиала планируется завершить до конца 2026 года.
В России компьютерное моделирование процессов бурения и взрывных работ (БВР) применяет довольно узкий круг компаний. Согласно открытым данным, несколько российских предприятий проводили аналогичные эксперименты, но информации о текущих успехах во внедрении не публиковали. В западных странах подобные технологии используются более широко.
Значение качества данных
Как отмечают специалисты, основная сложность при работе с системой — это потребность в достоверных исходных данных. Одним из ключевых препятствий стало именно качество предоставляемой информации. Без точных геологических и технологических параметров результативность моделирования существенно падает.
Рамиль Батралиев акцентирует, что данный аспект стал главным вызовом на старте проекта.
«Если на входе в систему заложена неточность, то на выходе мы получаем некачественный проект. Нам потребовалось немало времени и совместной работы со службами рудников, чтобы важность этого момента стала очевидной для всех вовлечённых сторон», — говорит он.
Создание геомеханических моделей также оказалось ресурсоёмкой задачей, требующей значительного времени и высокой вовлечённости экспертов.
Результаты моделирования интегрировались в общую систему
Первоначально проект был ориентирован на сокращение удельных издержек и снижение разубоживания руды. Однако в ходе реализации проявился дополнительный положительный эффект — ускорение и улучшение качества проектирования.
«Мы достигли не только уменьшения разубоживания, но и получили более оперативный и качественный процесс разработки проектов БВР в сравнении с традиционными методами», — сообщает Батралиев.
По его словам, особенно значимый результат наблюдается при совместном использовании с системами автоматизированного бурения.
«Модель может быть безупречной, но без точного выполнения операций бурения и заряжания ожидаемого эффекта не добиться. Там, где задействована автоматизация, положительное влияние системы гораздо заметнее», — подчёркивает он.
В компании цифровое моделирование воспринимается не как обособленный ресурс, а как часть масштабного процесса преобразований.
Одновременно внедряются автоматизированные буровые системы и так называемые «буровые ассистенты», которые способствуют соблюдению заданных параметров там, где полная автоматизация пока недостижима. Это даёт возможность улучшить контроль как минимум над двумя из трёх этапов буровзрывных операций. В настоящее время «Норникель» разрабатывает цифровые профили для буровых ассистентов — это инновационное решение, считываемое оборудованием напрямую. Все вычисления, ранее выполнявшиеся вручную, теперь автоматизированы, подчёркивает Рамиль Батралиев.
«Удобство для рудников возросло в разы», — резюмировал Батралиев.
Перспективы технологического развития
«Норникель» намерен совершенствовать прогнозирование с учётом геомеханических характеристик месторождений и шире применять цифровые паспорта бурения. Работа разделена на две фазы. Первая — внедрение программного обеспечения и обучение персонала, вторая — улучшение качества проектных материалов.
Согласно оценкам специалистов, рисков при расширении проекта не существует: традиционные методики полностью замещены, а нормативы Ростехнадзора соблюдены. В перспективе компания намерена углубить прогнозирование, учитывая геомеханические особенности залежей, что позволит повысить эффективность и безопасность горных работ.
При тиражировании данная технология может стать ключевым элементом в сокращении издержек на добычу.
