Повышение эффективности переработки минерального сырья за счет автоматизированной шихтоподготовки в карьере
М.А. Макеев, директор по развитию международного бизнеса АО «ВИСТ Групп» (входит в ГК «ЦИФРА»)
Введение
Создание цифрового горного предприятия является неотъемлемой частью стратегии современного предприятия по повышению производительности и снижению себестоимости производства готовой продукции, а также снижению производственных рисков в области промышленной безопасности. Одной из основных задач является снижение вариативности на каждом переделе горного производства, включая стабилизацию качества и гранулометрического состава руды, подаваемой на обогатительную фабрику. Применение цифровых технологий сквозного управления горными работами, так называемая система Mine to Mill, позволяет в автоматическом режиме добиваться стабильных показателей качества руды за счет алгоритмов оптимизации и цифровых советчиков операторам техники.
Создание единой цепочки управления горным производством
Большинство предприятий на протяжении последних лет внедряют системы автоматизации отдельных переделов от долгосрочного планирования горных работ до управления техникой в режиме реального времени. Объединение всех переделов в единую систему управления процессом добычи и рудоподготовки позволяют создать гибкую экономическую модель оптимизации сквозного технологического процесса для получения стабильной товарной продукции надлежащего качества со снижением себестоимости, что позволяет управлять балансом затрат производства и производительностью перерабатывающего передела.
Одной из важных задач при построении системы управления качеством и производительностью горнодобывающего предприятия является не только сбор данных от всех переделов производства, но и построения обратной связи в систему оперативного декадного перепланирования и факторный анализ узких мест в режиме реального времени с выдачей рекомендаций в единую диспетчерскую службу для корректировки плана по отработке рудных блоков, расстановке экскаваторов, перераспределения техники в режиме реального времени.
Примером построения подобных систем является единая система управления плановыми показателями по производительности и качеству на основе системы VG Umbrella компании ВИСТ Групп (входит в ГК «ЦИФРА»), являющейся на протяжении 30 лет одним из лидеров в мире цифровых технологий для горных работ. Системы ВИСТ Групп повышают эффективность работы более 70 предприятий на открытых и подземных работах в Африке, Латинской Америке, Азии и Европе.
Схема работы системы VG Umbrella компании ВИСТ Групп
Система VG Umbrella интегрирует данные из существующих систем геологического и годового планирования, систем планирования ТОиР, автоматизации буровзрывных работ, систем диспетчеризации и автоматизации ДОФ, лабораторного и экспресс-анализа качественных показателей. Алгоритмы факторного анализа позволяют определить узкие места, влияющие на выполнение качественных и количественных показателей работы ГОКа в режиме реального времени, позволяют определить отклонение от плана. Эти данные используются для декадного перепланирования отработки рудных блоков и расстановки экскаваторной техники по забоям для получения оптимальных качественных показателей подачи руды на ДОФ, а также плановых показателей для системы автоматической диспетчеризации. VG Umbrella получает данные от существующих систем автоматизации и может быть интегрирована с системами мировых производителей диспетчеризации, такими как Wenco, Modular Mining, Blast Maker и другими. Одной из важных частей является система прогнозирования выходов из строя горной техники на основе данных по диагностике для оптимального планирования ТОиР и использования этих данных для декадного перепланирования горных работ.
Система автоматизированной шихтоподготовки
Построение автоматизированной системы шихтоподготовки с помощью Автоматизированной системы управления горнотранспортным комплексом «Карьер» начинается с планирования работ по отработке блоков, на основе данных которой формируются планы на бурение каждого блока. Система высокоточного управления буровыми работами VG Drill позволяет осуществлять наведение с сантиметровой точностью на основе электронного плана на бурение без привязки к физическим опорным точкам. Цифровой советчик для машиниста выдает подсказки в режиме реального времени по корректному углу наведения на скважину и помогает горизонтировать станок. Отслеживая текущую высоту станка, система пересчитывает требуемую глубину бурения и показывает оставшиеся метры для точного достижения нижней отметки скважины. После осуществления взрывных работ и автоматического определения развала в геологической системе на основе планируемого качества определяется последовательность отработки забоя и отправляется в электронном виде машинисту экскаватора. Система высокоточной навигации экскаватора определяет по точке черпания качество каждого ковша, загружаемого в самосвал, по данным бортовой системы контроля загрузки определяется вес загруженной руды, и система автоматической диспетчеризации на основе запланированного качества на складе отправляет указание водителю самосвала на разгрузку на определенном штабеле склада. Таким образом осуществляется автоматическое шихтование с помощью самосвалов. Система управления перевозками от склада до фабрики формирует задания для авто- или железнодорожного транспорта на загрузку на определенном участке склада.
Оперативное перепланирование при изменении качественных показателей может осуществляться на основе рудоконтрольных станций, через которую могут пропускать как все самосвалы, так и выборочно по данным системы автоматической системы диспетчеризации. Также используются системы оперативного лабораторного анализа, по данным которого уточняется текущее содержание качества в каждом забое и система управления складами осуществляет автоматический пересчет всех рейсов, привезенных на склад от экскаватора, работающего в данном забое. Для отслеживания качества, подаваемого со склада авто и ж.-д. транспортом используются поточные анализаторы на конвейере. Данные этих измерений поступают в систему сквозного учета для корректировки почасовых планов отгрузки и автоматического формирования обновленных маршрутов самосвалов.
Система определения гранулометрического состава
Система управления гранулометрическим составом
Задача определения оптимального баланса затрат между буровыми работами и дроблением и обогащением руды является одной из ключевых для снижения себестоимости производства и построения системы Mine to Mill.
Ключевым источником данных, который в настоящее время практически не измеряется на предприятиях в режиме реального времени, служит определение гранулометрическго состава взорванной горной массы. Данный параметр является обратной связью для проектирования сетки бурения и расчета оптимального заряда скважин, а также непосредственно влияет на эффективность работы погрузочной техется в ручном режиме на основе снимков забоя, которые практически невозможно производить в режиме реального времени. Компания ВИСТ Групп с помощью инновационного подразделения по системам искусственного интеллекта материнской компании Цифра внедряет на одном из предприятий систему автоматического анализа гранулометрического состава в каждом ковше.
Система определения наличия зубьев VG Bucket
Принято считать, что необходимо измерять весь забой, так как существуют негабариты, которые не может погрузить экскаватор, и из-за этого анализ в ковше дает меньшую точность. Отсутствие негабаритов решается внедрением системы управления буровыми работами на основе высокоточного наведения, что подтверждено использованием системы VG Drill на предприятиях Северстали и Еврохима. Подобные системы являются необходимой частью построения сквозной системы управления. Измерение грансостава в ковше происходит каждый цикл погрузки, что дает тысячи измерений для каждого забоя, которые накапливаются на серверном программном обеспечении, что не может быть обеспечено ручной съемкой несколько раз за отработку одного забоя.
Дополнительным преимуществом системы является определение зубьев ковша и оповещение машиниста при потере зуба, предотвращая попадание зуба в дробилку и выход ее из строя, приводящей к потере производительности дробильного передела.
История успеха Стойленского ГОКа
АО «Стойленской ГОК» (входит в Группу НЛМК) является одним из лидеров в России по объемам добычи железной руды и постоянно совершенствует производственный процесс для снижения себестоимости железорудного концентрата и окатышей. Сотрудничество с ВИСТ Групп в области создания цифрового горного предприятия началось в 2008 г. с внедрения системы диспетчеризации Версии 2, которая обеспечила прозрачность производственных процессов горного передела.
В 2016–2017 гг. в рамках модернизации системы были внедрены системы высокоточной навигации экскаваторов и самосвалов и система автоматического распределения карьерных самосвалов между экскаваторами и пунктами разгрузки в режиме реального времени для получения стабильного качества на каждом штабеле перегрузочного склада в соответствии с плановыми показателями. Система с точностью 20 см определяет точку черпания экскаватора, сравнивает ее с качественными показателями 3D модели забоя и на основании данных системы контроля загрузки определяет вес и качество руды в каждом самосвале. На основе алгоритмов оптимизации система выдает маршрут на необходимый штабель перегрузочного склада для стабилизации качества. При разгрузке на складе система определяет оптимальный маршрут на основе критериев производительности, качества и приоритета экскаваторов.
Дополнительную эффективность в работе техники позволила получить система оптимизации последнего рейса и оптимизации заправки, которые обеспечили снижение времени пересменки с 27 до 11 минут, и сокращение времени заправки с 26 до 11 минут. Цифровой советчик системы диспетчеризации «Карьер» отправляет самосвал в мобильную топливную базу или топливозаправщику только при критическом уровне топлива в баке и доступности заправочной станции.
