Совершенствование горных и взрывных работ в компании «Металлоинвест»

А.А. Угаров, первый заместитель генерального директора директор по производству ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»

О.Ю. Михайлов, управляющий директор АО «Лебединский ГОК»

С.И. Кретов, управляющий директор ПАО «Михайловский ГОК»

Р.И. Исмагилов, директор департамента горнорудного производства ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»

Б.П. Бадтиев, начальник управления мониторинга и перспективного развития горных работ ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»

Совершенствование горных и взрывных работ в компании «Металлоинвест»

Компания «Металлоинвест» ведет добычу, переработку и обогащение железной руды, производит железорудный концентрат, окатыши, горячебрикетированное железо (ГБЖ), чугун и сталь. Среди основных потребителей железорудной продукции Металлоинвеста – крупные российские и зарубежные металлургические компании.

Уникальная по масштабам сырьевая база Металлоинвеста представлена железными рудами Лебединского, Стойло-Лебединского и Михайловского месторождений, отработку которых ведут АО «Лебединский ГОК» (ЛГОК) и ПАО «Михайловский ГОК» (МГОК). Балансовые запасы данных месторождений на 01.01.2018 составляют соответственно: ЛГОК – неокисленные железистые кварциты (НЖК) – более 8 млрд т; МГОК – богатая руда, неокисленные железистые кварциты и окисленные железистые кварциты (ОЖК) – более 10 млрд т.

Запасы железных руд ЛГОКа и МГОКа позволяют прогнозировать рентабельное производство на многие десятилетия вперед. При этом рациональность использования недр обеспечивается планомерной добычей руды в соответствии с требованиями, установленными государственными лицензиями на право отработки месторождений. Параметры карьеров в настоящее время составляют: МГОК: отметка по дну – 165 м, глубина – 373 м, площадь – 16,6 км2; ЛГОК: отметка по дну – 247 м, глубина – 423 м, площадь – 12,1 км2. Годовой объем добычи руды на обоих комбинатах составляет более 100 млн т. Помимо железной руды предприятия Металлоинвеста ведут попутную добычу нерудных полезных ископаемых, таких как мел, глина, кварцитопесчаники, пески и сланцы для нужд компании и внешних потребителей.

На обоих карьерах компании применяется система отработки с внешним отвалообразованием (на МГОК частично с внутренним отвалообразованием). В технологических процессах в карьерах, таких как бурение скважин, отгрузка и транспортировка горной массы, применяется как отечественное, так и зарубежное оборудование: автосамосвалы грузоподъемностью от 130 до 220 т производства Белоруссии, Японии и США, экскаваторы ЭКГ с емкостью ковша 8–20 м3, экскаваторы ЭШ с емкостью ковша 6–10 м3 и экскаваторы Hitachi с емкостью ковша 23 м3, тяговые агрегаты, буровые станки, в основном типа СБШ, за исключением двух станков PV и станка SmartROC производства Atlas Copco. Металлоинвест большое внимание уделяет вопросам повышения эффективности и безопасности горного производства. С целью увеличения производительности и повышения безопасности в карьерах внедрены системы управления горнотранспортным оборудованием «Модулар» и автоматизированная система управления буровыми работами (АСУ БР).Динамика изменения количества буровых станков на Михайловском ГОКе (А) и на Лебединском ГОКе (Б)

Для увеличения пропускной способности железных дорог при безусловном обеспечении безопасности движения поездов на ЛГОКе и МГОКе внедряются микропроцессорные системы управления устройствами сигнализации, централизации и блокировки (МСУ СЦБ) на железнодорожном транспорте. В дренажных шахтах помимо систем оповещения об авариях внедрены системы позиционирования персонала. Для повышения эффективности маркшейдерских работ принято решение об использовании беспилотного летательного аппарата, который позволит оперативно получать пространственные геоданные о поверхности карьеров и отвалов. С целью повышения эффективности горнотранспортного комплекса принято решение о переходе на циклично-поточную технологию (ЦПТ). Переход на ЦПТ позволит оптимизировать транспортную схему в карьерах (сокращение большей части перегрузочных пунктов, погрузочного оборудования, железнодорожного транспорта, вовлечение в добычу под транспортной схемой значительных запасов руды), а также существенно сократить эксплуатационные затраты (снижение коэффициента вскрыши, увеличение производительности и сокращение расстояния перевозок железнодорожным транспортом). Особое внимание «Металлоинвест» уделяет буровзрывным работам (БВР), эффективность выполнения которых определяет ритмичность работы карьера и фабричного комплекса. В мае 2018 г. «Металлоинвест» совместно с АНО «Национальная организация инженеров-взрывников» (АНО НОИВ) провел международную научно-практическую конференцию по горному и взрывному делу на базе Лебединского ГОКа.

Целью конференции было обсуждение широкого круга вопросов ведения горных и взрывных работ; обмен научнотехнической информацией; определение перспективных направлений применения новой техники и технологий с целью снижения сейсмической, пылегазовой и экологической нагрузки; разработка совместных научных программ, методик неразрушающего контроля.

В работе конференции приняли участие более 130 делегатов от более чем 50 организаций, в том числе представители горнодобывающих компаний, Евроазиатского союза инженеров-взрывников, ученых академических, научно-исследовательских и проектных институтов, ведущих российских и зарубежных структур, связанных с оборотом взрывчатых материалов и экологическим контролем, а также представители Ростехнадзора и др. В ходе конференции было заслушано 30 докладов. Делегаты получили уникальную возможность ознакомиться с новыми проектами и технологиями, перспективами развития горновзывной отрасли, продемонстрировать последние достижения и результаты в области обеспечения промышленной безопасности. Буровзрывные работы на ЛГОКе и МГОКе проводятся специализированными управлениями БВР в породах повышенной крепости, осложненными горно-геологическими и гидрогеологическими условиями. В процессе работы решаются уникальные по масштабности задачи. Так, например, в апреле 2015 г. на ЛГОКе был произведен массовый взрыв по отбойке горной массы в объеме 2,9 млн м3, а феврале 2018 г. на Михайловском ГОКе – 2,2 млн м3.Начальник буровзрывного управления Лебединского ГОКа И.И. Борисов проверяет готовность заряжаемых блоков к массовому взрыву

Начальник буровзрывного управления Лебединского ГОКа И.И. Борисов проверяет готовность заряжаемых блоков к массовому взрыву

В структуре себестоимости горной массы доля затрат на взрывные работы достигает 15%. В этой связи снижение затрат на производство взрывных работ (изготовление и применение взрывчатых веществ) является одной из приоритетных задач, постоянно находящейся в зоне внимания технических специалистов ЛГОКа, МГОКа и Управляющей компании «Металлоинвест».

Металлоинвест проводит системную модернизацию технологий и оборудования предприятий. В рамках инвестиционной программы по развитию горнотранспортного комплекса в управления БВР поступают новые современные смесительно-зарядные машины, буровые станки. Сотрудники управлений БВР активно участвуют в рационализаторской работе, совместно со специалистами управлений комбинатами и УК «Металлоинвест» работают над внедрением передовых технологий, обеспечивающих повышение эффективности, безопасности, экологичности взрывных работ. В соответствии с комплексной программой по повышению эффективности буровзрывных работ на Лебединском и Михайловском ГОКах успешно реализован ряд мероприятий по различным направлениям, связанным с буровыми работами, совершенствованием и внедрением новых составов эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), проектированием БВР, повышением безопасности и экологичности взрывных работ.

Так, буровые работы в карьерах осуществляются станками шарошечного бурения с диаметром долот от 250 до 311 мм. Применение станков с бьльшим диаметром долот позволило существенно уменьшить объем бурения и увеличить выход горной массы с одного погонного метра. Так, на МГОКе количество буровых станков за период с 2013 по 2018 г. сократилось с 18 до 15. В настоящее время из 15 станков, находящихся в работе на Михайловском ГОКе, – 12 станков с диаметром бурения 311 мм.

На Лебединском ГОКе переход на бурение скважин бьльшего диаметра позволило значительно уменьшить парк буровых станков.

Результатом тесного и плодотворного сотрудничества специалистов управлений БВР Лебединского и Михайловского ГОКов с производителями бурового оборудования является внедрение разработок по дальнейшему усовершенствованию буровых станков, значительно повышающих их технические и эксплуатационные характеристики. Модификация бурового станка СБШ 250 МНА-32 КП в настоящее время оснащается устройством автоматической смотки и размотки силового кабеля при передвижении станка, что уменьшает трудоёмкость и повышает безопасность данной операции, а комплектация станка устройством видеонаблюдения обеспечивает машинистам буровых станков более широкий обзор, позволяет контролировать процесс бурения, не покидая рабочего места.Дистанционное управление буровыми работами на Михайловском ГОКе

Дистанционное управление буровыми работами на Михайловском ГОКе

В период с 2016 по 2017 г. на Михайловском ГОКе все буровые станки были оснащены автоматизированной системой управления буровых работ (далее АСУ БР). АСУ БР позволяет повысить производительность буровых станков не менее чем на 5%. На основании данных АСУ БР моделируются параметры взрывных работ. Это позволяет улучшить качество дробления массива горных пород, добиваясь необходимого гранулометрического состава в развале. На Лебединском ГОКе в настоящее время реализован пилотный проект, в рамках которого два буровых станка оснащены АСУ БВР. В АСУ БВР включаются как буровые станки, так и зарядные машины (СЗМ). При этом ведется учет фактических параметров скважинных зарядов с привязкой к конкретной СЗМ. Это позволит оперировать фактическими данными, обеспечивающими более точный процесс проектирования и моделирования взрыва.

Экономическая эффективность и безопасность ведения взрывных работ в условиях масштабности горных работ и высокой интенсивности отработки карьеров Металлоинвеста базируется на применении современных технологий изготовления и применения ЭВВ. Исторически сложилось так, что на Лебединском и Михайловском ГОКах производство ЭВВ осуществлялось по двум принципиально различным технологиям, принятым в соответствии с имеющимися на тот момент возможностями технологий по обеспечению требований горнотехнических и гидрогеологических условий ведения взрывных работ в карьерах.

В 1996 г. на Лебединском ГОКе, одном из первых в РФ, создано производство ЭВВ. Горно-геологические особенности карьера Лебединского ГОКа – наличие значительного объема пород, осложненных вторичной складчатостью, имеющих повышенную крепость (до 22 по шкале проф. М.М. Протодьяконова), наличие вкраплений сульфидсодержащих руд, а также особенности режима ведения горных работ, заключающиеся в четырехнедельном цикле подготовки и производстве массовых взрывов, обусловили повышенные требования к техническим характеристикам промышленных взрывчатых веществ, в том числе к мощности и стабильности состава.Средний выход горной массы с 1 п.м скважины

При выборе основного типа применяемых ВВ окончательное предпочтение было отдано эмульсионному ВВ «Тован», изготавливаемому по канадской технологии фирмы ETI.

Данная технология основана на производстве матрицы ЭВВ с помощью гидростатического двухступенчатого диспергатора, состоящего из форсунки и игольчатого клапана, и характеризуется высоким уровнем управляемости процессом и безопасности. ЭВВ «Тован» – эмульсионное ВВ, сенсибилизированное стеклянными микросферами. На текущий момент развития эмульсионных технологий ЭВВ «Тован» в наибольшей мере соответствует требованиям, необходимым для производства взрывных работ по крепким и особо крепким породам в условиях Лебединского ГОКа. ЭВВ «Тован» имеет определенные преимущества по энергетическим характеристикам перед практически всеми производимыми в РФ ЭВВ, являясь наиболее стабильным, контролируемым по качеству и экологичным ЭВВ, что характерно для физического способа сенсибилизации эмульсионной матрицы. В настоящее время установка по производству эмульсии «Тован» позволяет производить 4 вида эмульсионной матрицы, как с использованием только аммиачной селитры, так и смесей аммиачной селитры с кальциевой или натриевой.Средний удельный расход ЭВВ «Тован» (А) и ЭВВ «Товаг» (Б)

В 2015 г. проведены работы по оптимизации рецептуры ЭВВ «Тован». Разработано и апробировано три марки нового ЭВВ «Товаг», изготавливаемого на местах применения с использованием химической газогенерации. Внедрение нового ЭВВ благодаря гибкости существующего производства не потребовало капитальных вложений. Основным преимуществом ЭВВ «Товаг» является более низкая стоимость. С 2016 по 2018 г. при производстве взрывных работ доля ЭВВ «Товаг» достигла 60%. На данный момент отработана технология применения ЭВВ «Товаг» в карьере Лебединского ГОКа на породах крепостью до 22 по шкале проф. Протодьяконова. Разработана технологическая документация и отработаны технологические режимы, позволяющие производить марки эмульсии со сниженным содержанием кальциевой и натриевой селитр, а также существенно повысить стойкость (стабильность) эмульсии на основе монораствора аммиачной селитры. В 2018 г. реализован переход на однокомпонентный раствор окислителя – без использования натриевой и кальциевой селитр. Исключено использование дорогостоящей пористой аммиачной селитры в ANFO (Гранулит Игданит), проводится постепенный отказ от использования менее экологичных тротилосодержащих ВВ, поставляемых сторонними производителями. Действующая установка по производству эмульсии ЭВВ Тован и Товаг имеет значительный потенциал развития и дальнейшего снижения затрат. Для обеспечения возможности заряжания различных разработанных составов ЭВВ в 2014 г. были закуплены новые многофункциональные смесительно-зарядные машины МЗУ-25-ЗК производства «НИПИГОРМАШ». В 2018 г. закуплены многофункциональные смесительно-зарядные машины МСЗУ-14-НПБ того же производителя.

В результате проведенной специалистами Лебединского ГОКа работы удалось снизить затраты на ведение буровзрывных работ более чем на 20% по сравнению с 2012 г., улучшить основные показатели БВР – снизить удельный расход ВВ и объемы бурения, а также повысить выход горной массы с погонного метра скважины. В 2017 г. объем производства ЭВВ составил 31,8 тыс. т, в том числе 21,6 тыс. т эмульсии.Главный инженер Михайловского ГОКа А.В. Козуб даёт старт применению новой технологии заряжания ЭВВ с применением УПР

Главный инженер Михайловского ГОКа А.В. Козуб даёт старт применению новой технологии заряжания ЭВВ с применением УПР

История развития технологии изготовления ЭВВ на Михайловском ГОКе берет свое начало в 2000 г. При принятии решения о выборе технологии в 2000 г. были рассмотрены

предложения компаний Global Technology Group, Ltd. (США), Нитро Сибирь (Россия), Nitro Nobel (Швеция) и ФГУП «ГосНИИ «Кристалл» (Россия). Предпочтение было отдано технологии ФГУП «ГосНИИ «Кристалл», ориентированной на использование отечественного сырья.

В 2001 г. введен в эксплуатацию первый в России отечественный комплекс по производству ЭВВ модульного типа. Комплекс был построен в рекордно короткий срок, в течение полугода. Создано современное, технически безопасное, экологически чистое и экономически эффективное производство ЭВВ типа «Гранэмит». Комплекс по производству «Гранэмита» уникален по компоновочному решению. В технологическом процессе используется только отечественная технология производства ЭВВ на основе российского сырья. Технологическая линия производства «Гранэмитов» от начала до конца оснащена современными системами автоматического контроля и управления, что обеспечивает высокую степень безопасности.

Принципиальная схема организации производства промышленных ЭВВ исключает их обращение в зданиях и сооружениях комплекса приготовления компонентов Гранэмита, что значительно повышает уровень безопасности. Специалистами ФГУП «ГосНИИ «Кристалл» на постоянной основе осуществляется авторский надзор за соблюдением технологии производства ЭВВ. Проводится совместная работа по совершенствованию технологического процесса и модернизации оборудования, внедрению разработок в производство. Интеграция науки и производства позволила увеличить на 40% по отношению к проектной производительности выпуск Гранэмита без ввода новых мощностей. В 2017 г. производство компонентов ЭВВ составило 43,3 тыс. т Гранэмита и 30,3 тыс. т эмульсии в год.

В 2015 г. с целью снижения себестоимости ЭВВ и повышения их эффективности был допущен к постоянному применению состав Гранэмита И-30, в котором натриевая селитра была заменена кальциевой. В этом же году для интенсификации процесса химической сенсибилизации эмульсионной матрицы был испытан состав Гранэмита И-30 с добавлением активатора газификации – 5–20% водного раствора уксусной кислоты, который вводился в состав Гранэмита ИJ30 на последнем этапе перемешивания в транспортной смесительно-зарядной машине.

В августе 2016 г. на Михайловском ГОКе при участии АО «ГосНИИ «Кристалл», были проведены сравнительные испытания базового ЭВВ «Гранэмит И-30» и экспериментального состава Гранэмита И-30А, изготовленного на монорастворе аммиачной селитры, с использованием существующего технологического оборудования цеха производства Гранэмитов и транспортных смесительно-зарядных машин (ТСЗМ) по специально разработанной программе и методике. Испытания показали целесообразность и эффективность применения Гранэмита И-30А при заряжании как обводненных (с содержанием воды до 100%), так и сухих скважин. Гарантированный срок нахождения заряда Гранэмита И-30А в воде составил 20 суток.

В сентябре 2016 г. на МГОКе был осуществлен полный переход на новый состав ЭВВ. Снижение себестоимости ЭВВ за счет применения монораствора аммиачной селитры в составе эмульсионной матрицы позволило получить годовой экономический эффект порядка 100 млн руб. Для оценки эффективности состава ЭВВ Гранэмит И-30А в рамках программы мероприятий по повышению эффективности буровзрывных работ в 2017 г. были проведены испытания ЭВВ «Товаг» производства Лебединского ГОКа и ЭВВ Гранэмита И-30А в производственных условиях Михайловского ГОКа. Результаты испытаний показали более высокую работоспособность ЭВВ «Товаг» в сравнении с ЭВВ Гранэмит И-30А. С целью повышения эффективности ЭВВ Гранэмит И-30А возникла необходимость в модификации его состава. Учитывая опыт и тенденцию снижения удельного расхода ЭВВ на передовых предприятиях горнодобывающей отрасли России и других стран, перед специалистами Михайловского ГОКа была поставлена задача в максимально короткие сроки оптимизировать буровзрывные работы с целью снижения удельного расхода ЭВВ на 7–10%. В июне 2017 г. в лабораторных условиях АО «ГосНИИ «Кристалл» был исследован перспективный эмульгатор РЭМ-0930 производства ООО «Алтайспецпродукт». По результатам данных исследований он был рекомендован к применению в составе Гранэмита И-30А.

За 1,5 года на Михайловском ГОКе была проведена значительная работа по оптимизации составов применяемых ЭВВ и параметров буровзрывных работ. В результате проделанной работы:

- разработан состав Гранэмит И-30А с улучшенными энергетическими характеристиками;

- снижен удельный расход ЭВВ с 1,73 до 1,59 кг/м3 (при этом экспериментальные участки со сниженным удельным расходом ЭВВ подтверждают сохранение качества взрывания);

- снижены затраты на буровзрывные работы в год более чем на 100 млн руб.;

- выход горной массы с одного погонного метра бурения увеличен на 8–10%;

- высвобожден 1 буровой станок СБШ 250 МНА.Средний выход горной массы с 1 п.м скважины (данные 2018 г. – прогноз)

Доля применения относительно недорогих ЭВВ собственного изготовления при производстве взрывных работ на обоих комбинатах превышает 95% от общего количества ВВ, что позволило существенно снизить расходы на ВВ.

Помимо экономической составляющей, снижение удельных норм при применении эмульсионных ВВ выгодно с точки зрения охраны здоровья людей и окружающей среды. Сокращается количество выбросов газов в атмосферу при производстве массовых взрывов. Переход на применение эмульсионных ВВ позволяет решать проблему пылеподавления при проведении массовых взрывов, задачу, которая не находила решения при использовании заводских тротилсодержащих ВВ, несмотря на многочисленные исследования и работы выполненные в этом направлении.

При применении тротилсодержащих ВВ испытывался способ подавления пылегазового облака тонкодисперсными струями с помощью специальных импульсных устройств.

Но малый объем воды (4,5 м3) и небольшая дальность (до 70 м) импульсной установки делали этот способ малоэффективным. Опробован также способ создания водяной завесы с помощью самолета и вертолета (объем воды 300 л). Этот эксперимент оказался непростым из-за создания в зоне развития пылегазового облака разряженного пространства, что вело к выходу из строя воздушной техники. Были опробованы пенные покрытия и забойка скважин из полиэтиленовых рукавов с толщиной пленки 150–200 мкм, в которой размещался раствор ПАВ различной концентрации. Этот процесс сопровождался порывом полиэтиленовых рукавов в 90% при погружении их в скважины.

Только переход на эмульсионные ВВ позволил кардинально снизить уровень запыленности – в среднем в 6 раз. В составе ЭВВ присутствует вода, которая в процессе взрыва превращается в пар. При расширении пылегазовых продуктов взрыва частицы пара быстро конденсируются в капельножидкое состояние, при этом распад и осаждение пылегазового облака происходит в пределах санитарно-защитной зоны карьеров.Самоходный станок Sandvik DC 122R

Самоходный станок Sandvik DC 122R

Одним из важных направлений снижения затрат и повышения безопасности взрывных работ является применение электронной системы инициирования массовых взрывов, позволяющей надежно синхронизировать поочередное срабатывание скважин и практически полностью исключить одновременное взрывание нескольких скважин. В результате повышается устойчивость бортов карьеров, снижается выход негабарита, соответственно сокращаются расходы на экскавацию горной массы, снижается сейсмическое воздействие взрывов на окружающую среду и др. С учетом вышеизложенного, в ближайшей перспективе на комбинатах планируется проведение испытаний электронной системы инициирования массовых взрывов.

Еще одним направлением развития БВР является применение зарядных рукавов и устройств подачи рукава в скважину. Это позволяет сохранять целостность зарядов ВВ в скважине в зонах разрушенного массива и в условиях сильной обводненности, которая составляет более 80%. В этом случае эффективность работы заряда ЭВВ близка к стопроцентной.

Изолированность зарядов ЭВВ позволяет почти исключить процесс растворения ЭВВ в грунтовых водах, существенно снизив их загрязнение. Кроме того, заряд ВВ изолируется от вмещающих сульфидных пород, исключая развитие экзотермической реакции. Применение рукавов существенно увеличивает безопасность при производстве взрывных работ.

С переходом на эмульсионные ВВ и взрывание скважин большого диаметра улучшилось качество дробления и резко снизился выход негабаритов (до 0,4%). Дробление негабарита на комбинатах осуществляется как механическим, так и взрывным способами. С 2014 г. успешно применяются малогабаритные самоходные станки фирмы Sandvik.

С целью снижения затрат на взрывные работы и обеспечения потребности в патронированных ЭВВ предприятий «Металлоинвест» и сторонних организаций планируется приобретение и ввод в эксплуатацию в течение 2018 г. установки по изготовлению патронированных ЭВВ. Область применения патронированных ЭВВ обширна. Это взрывание скважин предельного контура (контурное взрывание), взрывание рыхлой вскрыши, и применение в качестве промежуточных детонаторов, что позволит исключить на обоих комбинатах применение штатных тротилсодержащих ВВ, соответственно улучшить экологичность и безопасность взрывных работ, а также снизить себестоимость БВР. В 2019 г. планируется проведение испытаний патронированных ЭВВ в условиях дренажных шахт. С целью улучшения экологии производства выполнено мероприятие по исключению процесса сжигания мешкотары на специальных полигонах. Мешкотара брикетируется и передается специализированным предприятиям по переработке вторсырья.

С учетом уже достигнутых результатов в текущем году запланированы работы, направленные на улучшение взрывных характеристик ЭВВ собственного изготовления, на расширение области их применения в различных горно-геологических условиях и оптимизацию параметров БВР. Выполнение предусмотренных комплексной программой мероприятий по повышению эффективности буровзрывных работ Лебединского и Михайловского ГОКов позволит снизить затраты на производство буровзрывных работ в 2018 г. на Лебединском ГОКе на 100 млн руб., на Михайловском ГОКе – на 130 млн руб., а также повысить уровень экологической и промышленной безопасности.

Ключевые слова: Металлоинвест, добыча железной руды, Буровзрывные работы

Журнал "Горная Промышленность" №3 (139) 2018, стр.9