Планирование горных работ на руднике Кумтор

Общие положения

Кумторское золоторудное месторождение, расположенное в Иссык-Кульской области Кыргызстана, отрабатывается открытым способом Kum to r Operating Company – оперативным подразделением совместного кыргызско-канадского предприятия Kumtor Gold Company. Рудник Кумтор является флагманом горной промышленности страны и занимает по современным оценкам 16-е место в мире по годовому объему производства золота и 5-е – по минимуму его себестоимости.

Большое внимание уделяется на руднике планированию горных ра6oт в широком смысле данного термина – от проектирования карьера и долгосрочного планирования (по западной терминологии – стратегического) до краткосрочного. При этом на предприятии, работающем на высоком мировом уровне, применяются и самые современные методы планирования горных работ.

Проектирование рудного карьера представляет собой, как известно, многостадийный и динамичный процесс: проект периодически обновляется по мере изменения условий и накопления информации; основными причинами этого, как правило, являются: корректировка запасов (на основе новых геологоразведочных данных и результатов отработки месторождения); изменение экономических параметров (в первую очередь, цены на металл и себестоимости продукции); пересмотр технических и технологических показателей (производительности оборудования, извлечения полезного компонента при переработке и т. д.); уточнение геомеханических параметров (в особенности углов откоса борта карьера).

Если предварительный проект рудника Кумтор в ТЭО был разработан специализированной фирмой Western Kilborn Engineering (Канада), то все последующие проектные проработки были выполнены в основном специалистами Kum t or Operating Company. В частности, новые варианты проекта карьера (и, соответственно, планы развития горных работ на весь срок службы рудника) были подготовлены ими последовательно в 1995,1999, 2000 и 2001 гг.

Начало отработки Кумторского месторождения совпало с падением мировых цен на золото, что, естественно, потребовало соответствующей корректировки заложенных в ТЭО проектных решений. В связи с этим отметим, что главной концептуальной идеей практически всех новых вариантов проекта является, при учете всех названных выше объективных факторов, увеличение отрабатываемых карьером запасов руды и выпуска золота, продление срока службы рудника и обеспечение, насколько это возможно, баланса интересов кыргызстанских и зарубежных партнеров по совместному предприятию.

Рассмотрим основные методические аспекты планирования горных работ на руднике, а также — в качестве примера — некоторые проработки, использованные в последних проектах 2000-2001 гг.

Оптимизация контуров карьера

Для оптимизации развития горных работ на предприятии используется пакет прикладных программ, разработанный компанией Whittle (Австралия) — одним из мировых лидеров в данной области. При работе над описываемыми проектами применялась npoграмма Whitlle Four -X — одна из последних версии системы оптимизации карьера , служащая дополнением к общему пакету горных программ, используемых на руднике, – Gemcom for Windows (Канада). В настоящее время в нашем распоряжении имеется новая разработка компании Whittle — Four-X Proteus Environment (программа, предназначенная для работы в среде Windows); в июне 2001 г. на руднике было организовано обучение, в процессе которого специалисты предприятия получили возможность приобрести знания о данной системе (и практические навыки использования) фактически из первых рук – от ее разработчиков из Австралии .

Упрощенно процесс оптимизации выглядит следующим образом: блок модель запасов месторождения импортируется из системы Gemcom в Whittle Four -X с определенной начальной поверхностью (материал выше которой "удален"). Блок-модель проходит через оптимизатор при заданных технических и экономических параметрах (в основу математического аппарата положен при этом алгоритм Лерча-Гроссмана); в результате определяются оптимальные контуры карьера Whittle, которые импортируются в Gemcom и используются в качестве ориентира при фактическом проектировании карьера.

Анализируя полученные в результате оптимизации контуры карьера, можно выделить определенные тенденции. Если контуры карьера расширяются, коэффициент вскрыши в общем возрастает, поток наличности увеличивается до определенной точки (где контуры соответствуют принятой при анализе цене на металл), затем уменьшается, и затраты на единицу металла (лолл/унц.) возрастают. Естественно, чем больше карьер, тем больше общий объем выемки горной массы, руды и извлеченного металла. На руднике Кумтор используются прогоны оптимизатора при цене на металл, как правило, в диапазоне между 25 и 200% от текущей цены на металл, с интервалами от 2 % (в зоне наибольшего интереса) до 10 %.  

Выбор контуров карьера должен производиться с учетом множества факторов, которые не отражены в файле параметров. Данные факторы включают срок службы рудника, NPV (чистую текущую стоимость), объем производства металла и график горных работ. Их учет представляет собой наиболее тонкую часть процесса оптимизации Whitlle. Разумеется, если определяющим является срок службы карьера или объем производства металла, очевидным будет выбор наибольшего карьера. Однако в горной промышленности мы в общем случае работаем под контролем компаний и держателей акций, которые больше заинтересованы в возврате инвестиций. Поэтому важным является обоснование графика горных работ и, как следствие, оценка NPV.

В процессе оптимизации мы видим, что различия между смежными контурами карьера неодинаковы. Значения коэффициента вскрыши для различных приращений находятся в основном в приемлемом для производства диапазоне, но существуют и исключения; в выполненном примере оптимизации для интервала цены на золото 90 % коэффициент вскрыши равен 10,48, для 100% — 24,25. Коэффициент вскрыши 10,48 (все еще приемлем при небольших объемах выемки, но 24,25 – уже слишком высок. При этом увеличению тоннажа руды на 574 тыс.т соответствует объем пустой породы 13,9 млн.т.

Хотя данное приращение характеризуется положительным потоком наличности, следует иметь ввиду, что физически вскрыша в этих контурах будет отрабатываться не приращениями, а в начале проекта (по времени). Другими слонами, мы должны удалить 13,9 млн. т пустой породы в начале проекта для того, чтобы добыть 0,6 млн. т руды в конце; это может иметь отрицательное влияние на NPV проекта.

Следует отметить другой интересный момент, характеризующий приращения: изменения потока наличности для смежных контуров карьера довольно низки и постоянны. Но при этом есть несколько "пороговых" точек, для которых увеличение тоннажа материала довольно значительно; "пороговые" точки обычно связаны с высокими коэффициентами вскрыши. Следовательно, когда цель заключается в максимизации NPV, данные точки представляют интерес для выбора контуров карьера.

Общих четких правил обоснования контуров карьера не существует. Графики тоннажа руды и породы и потока наличности для различных контуров могут дать хорошее представление о том, какие контуры целесообразно использовать, но не всегда. Форма графиков зависит от геометрии рудного тела и используемых параметров. Так, для условий Кумтора эти графики имеют довольно плоскую форму, и выбор контуров неочевиден.

Кроме того, при выборе контуров карьера мы сталкиваемся с довольно специфичным случаем: существенным фактором является планируемое через 3-4 года снижение себестоимости продукции за счет сокращения числа занятых в проекте иностранных специалистов. Другой важный фактор – необходимость обеспечения баланса между целевой NPV для работающего в западном стиле предприятия, использующего заемный банковский капитал, и увеличением срока службы рудника в интересах Кыргызстана. Учет данных факторов определяет построение в системе Whittle своеобразного сценария. Использование двух наборов экономических параметров во время одного прогона оптимизации невозможно, поэтому требуется определить точку, в которой происходит их изменение.

Очевидно, что если произвести прогон оптимизации при текущих, а затем при сниженных затратах для той же самой блок-модели и начальной поверхности, различие между результатами двух прогонов не будет аналогично результатам оптимизации, выполненной после первой стадии отработки для оставшейся части месторождения. Выемка блоков, расположенных в зоне между контурами, будет связана с меньшими затратами, следовательно, ценность их для сценария со сниженными затратами возрастет, и контуры карьера второй стадии могут быть расширены. Поэтому весьма важным для обоснования общего срока службы рудника является выбор контуров первоначальной рабочей зоны. В нашем случае должны быть выбраны контуры карьера, позволяющие обеспечить возврат долгов финансирующим проект банкам в течение 3-4 лет при текущих затратах. Естественно, если долг будет выплачен быстрее, NPV проекта возрастет. При выборе для первоначальной стадии меньших контуров контуры карьера второй стадии расширяются и, следовательно, возрастает срок службы рудника.

Поскольку кривая потока наличности, полученная в результате оптимизации, имеет довольно плоскую форму, мы можем выбрать контуры карьера, которые обеспечивают добычу руды в течение 3-4 лет. По окончании данного периода долг предприятия банкам будет выплачен, привлечение иностранных специалистов сократится, и отработка оставшейся части месторождения будет продолжена при сниженных затратах. На данной стадии может быть выбран для отработки наибольший возможный карьер, чтобы увеличить срок службы рудника и максимизировать прибыль для кыргызской стороны.

Для обоснования предварительного графика развития горных работ с обеспечением постоянства подачи руды на фабрику и максимизации NPV (на обеих стадиях) в системе Whittle используется алгоритм Милавы. При этом внутри двух отмеченных выше стадий также выделяются, насколько это возможно, промежуточные контуры карьера, и полученный в результате ориентировочный график развития горных работ анализируется с позиций практической приемлемости.

Данная логика "двух стадий" была реализована в проекте карьера 2000г. (и соответствующего плана развития горных работ на весь срок службы рудника).

Методика проектирования и проект карьера 2000 г.

В данном проекте использовалась новая (на тот период) блок-модель запасов месторождения KS-1. Оптимизация была произведена с использованием поверхности карьера на конец 1999 г. в качестве начальной.

Первоначальный прогон оптимизации был выполнен с целью определения границ рабочей зоны № 4 (зоны № 1 и 2 были отработаны ранее, зона № 3 отрабатывалась в момент разработки проекта). При этом использовались технико-экономические параметры для периода 2000-2002 гг. и соответствующее бортовое содержание полезного компонента в руле 1,70 г/т.

Цель второго прогона оптимизации заключалась в том, чтобы определить конечные границы карьера – рабочей зоны № 5. Материал в контурах карьера предыдущего прогона (первоначальной стадии) был удален и произведена оптимизация с использованием технико-экономических параметров, характеризующих период после 2002 г. (при бортовом содержании 1,49 г/т). Результаты данной оптимизации были прибавлены к результатам, характеризующим контуры карьера первоначальной оптимизации, и были выбраны контуры, наиболее близко соответствующие производственным ограничениям по коэффициенту вскрыши.

Как отмечалось выше, импортированные из системы Whittle в общий пакет горных программ Gemcom контуры используются в качестве ориентира на заключительном этапе разработки фактического проекта карьера. При этом следует подчеркнуть, что в реальности последнее слово всегда остается за инженером-проектировщиком, так как компьютерная система не может принять во внимание все факторы. Это касается построения вскрывающих выработок, обеспечивающих доступ в карьер, внутрикарьерных съездов, придания карьеру и различным его участкам практически приемлемой формы и размеров для обеспечения эффективной и безопасной работы персонала и оборудования и т. д. Поэтому, имея отстроенные компьютером контуры карьера, руководствоваться в первую очередь следует своим опытом и здравым смыслом.

Для проектирования карьера было использовано программное обеспечение Gemcom for Windows (где имеется я специально предназначенная для данной цели подсистема Pit Design). Приняты стандартные (аналогичные всем предыдущим проектам) значения углов откоса борта карьера. Угол откоса уступа на всех участках составлял 63,4°, ширина бермы безопасности — 21 и 12м для достижения углов откоса борта карьера соответственно 36 и 45° для двух зон, представленных горными породами различных типов (технически для задания данных зон использовались специальные полигоны). Для всех участков карьера были использованы высота рабочего уступа 6 м, высота борта карьера между бермами безопасности 24 м, ширина съезда 25 м и угол наклона съезда 10%.

При разработке проекта карьера использовались погоризонтные планы. Технически легче начать со дна карьера и двигаться уступ за уступом вверх. Система помогает при этом автоматически отстраивать следующий уступ, но каждый раз нам необходимо проверять и, если требуется, изменять созданные компьютером границы выемки, принимая во внимание фактическое расположение руды, необходимость корректного формирования съездов и т. д. Кроме того, разумеется, необходимо учитывать существующее положение горных работ в карьере. На момент проектирования отметка дна карьера была 4004 м, и с этой же отметки начинается спиральный съезд; по данным причинам уступ с отм. 4010м был выбран в качестве базового. Использовались два направления: одно – вниз от данного уступа до дна карьера и другое – вверх. Для каждого из этих направлений было выполнено несколько прогонов построения карьера.

В процессе проектирования на экран монитора выводились блок-модель KS-1 и контуры карьера Whittle (целевые для рабочих зон № 4 и № 5), а границы карьера отстраивались с учетом всей этой информации. Сначала был разработан отдельный проект для рабочей зоны № 4 и затем для конечного карьера, или рабочей зоны № 5. Иногда контуры карьера Whittle для различных рабочих зон располагались очень близко один к другому (например, в северной части карьера), в таких случаях с учетом ограничения по минимальной ширине площадок контуры объединялись с созданием общих границ карьера для обеих рабочих зон. При разработке проекта карьера предусматривались два главных заезда в карьер: спиральный съезд с запада, начинающийся с отметки 4004 м, и юго-западный съезд (с отметок 3986 м для рабочей зоны № 4 и 3980 м – № 5).

Основная причина различия между проектным карьером и контурами Whittle заключалась в том, что наша цель состояла в обосновании практически приемлемой для отработки карьера соответствующей формы, с заданными параметрами, устойчивыми бортами и допустимым коэффициентом вскрыши. Было рассмотрено несколько вариантов карьера, и установлено, что любое дополнительное его расширение приводит к значительному увеличению объема пустых пород и резкому возрастанию коэффициента вскрыши.

Разработанному в итоге проекту карьера соответствовал коэффициент вскрыши 6,7 (что было близко к техническому пределу для имевшегося парка горного оборудования).

После того, как проектный карьер отстроен, производится сравнение его параметров с целевыми значениями, характеризующими контуры Whittle. В идеале разница в общем объеме горной массы, тоннаже руды, коэффициенте вскрыши, содержании полезного компонента, количестве металла должна быть минимальной; в реальности приемлемым считается расхождение до 5%. Для описываемого проекта (как и для других наших аналогичных разработок) параметры карьера отличались от целевых значений на 1-3 %.

Представляет интерес сравнение данного проекта карьера с предыдущим (1999 г.), в отличие от которого была использована новая (на рассматриваемый период) блок-модель запасов KS-1 и сниженная расчетная цена на золото. Анализируя поперечные разрезы, можно отметить, что описанный выше проектный карьер на 12-30 м глубже (на отдельных разрезах – даже на 66 м), для ряда разрезов оба борта карьера расширены. На продольном разрезе в центральной части данный проектный карьер до 66 м глубже, отметка дна карьера (3800 м) на 36 м ниже, чем для предыдущего проекта; северо-восточные борта для обоих проектов близки, а юго-западный борт на данном разрезе смещен во внешнюю сторону до 50 м.

В целом, несмотря на то, что при разработке рассматриваемого проекта карьера была использована более низкая цена на золото, он позволил увеличить извлекаемые запасы руды и продлить срок службы рудника на 1 год по сравнению с предыдущим аналогичным проектом 1999г.

Методика обоснования плана развития горных работ

При разработке плана развития горных работ необходимо предусмотреть: обеспечение требуемого (постоянного) тоннажа подаваемой на фабрику руды; выравнивание по годам общих объемов выемки (и, следовательно, коэффициента вскрыши) в соответстпии с производительностью наличного горного оборудования; стабилизацию содержания полезного компонента в руде и, соответственно, количества производимого металла по годам (или задание определенной зависимости его изменения); обеспечение нормального развития горных работ, принимая во внимание доступ к различным уступам и минимизацию расстояний транспортировки горной массы; максимизацию экономических показателей (NPV); практическую приемлемость того или иного варианта развития горных работ (по приоритетности данный фактор может быть поставлен и на первое место).

Как указывалось выше, при разработке реального плана развития горных работ используется ориентировочный их график, обоснованный в системе Whittle с применением алгоритма Милавы (с обеспечением постоянства подачи руды на фабрику и максимизации NPV). Очевидно, что инженерные решения по развитию горных работ должны быть по возможности простыми: так, в первую очередь рассматривается, как правило, вариант с последовательной отработкой уступов (в пределах рабочем зоны) один за другим; если это неприемлемо, исследуется вариант, например, с временной консервацией части уступов, но данное решение не должно приводить к чрезмерному усложнению организации горных работ.

Как показал опыт планирования горных работ на руднике Кумтор, рекомендуемые системой Whittle промежуточные контуры, обеспечивающие теоретически наибольшую NPV, часто требуют чрезмерного рассредоточения и сложного порядка ведения горных работ, что делает прямое их применение на практике затруднительным. В данных условиях, при максимально возможном использовании разработанных компьютером рекомендаций в качестве ориентира, последнее слово вновь остается за инженером-проектировщиком, и при анализе им практически приемлемых решений по-прежнему важным является следование сформулированным выше основным принципам планирования горных работ.

Для разработки плана развития горных работ применяется программное обеспечение Gemcom for Windows. С использованием полсистемы Cut Evaluation мы выбираем какую-либо начальную поверхность, создаем несколько полигонов, моделирующих фактический процесс выемки, рассчитываем объемы руды и породы внутри этих полигонов, корректируем их (полигоны) в соответствии с поставленными целями, и если полученные в результате цифры являются приемлемыми, создаем новую поверхность – конечную для данного периода. В принципе аналогичная методика (с некоторыми отличиями) применяется как для долгосрочного (например, на весь срок службы рудника), так и для краткосрочного (на год, квартал, месяц) планирования. Как правило, для первого прогона для каждого периода мы пытаемся смоделировать отработку полностью уступ за уступом; если производительность карьера не позволяет это, приходится разделять вскрышные уступы, оставлять часть горной массы и создавать временные борта карьера и съезды. Также (если заранее нет каких-либо специальных соображений) мы пытаемся получить весь требуемый тоннаж руды непосредственно из карьера и использовать складированную руду только в случае крайней необходимости. При последующих прогонах уточняются как границы выемки по периодам, так и сценарии использования складированной руды.

Проект карьера 2001 г.

Данный проект базируется на использовании новой, уточненной блок-модели запасов месторождения KS-2, стандартных (прежних) геомеханических рекомендаций относительно углов откоса борта карьера, бортового содержания полезного компонента 1,54 г/т и одного набора технико-экономическчих параметров. Блок-модель KS-2 была экспортирована из системы Gemcom во Whittle Four-X с использованием фактической поверхности карьера на конец 2000 г. в качестве начальной. Методика проектирования и основные параметры были в целом такими же, что и для описанного выше проекта 2000 г., за исключением высоты рабочего уступа, измененной с 6 м до 8 м.

В результате нескольких выполненных прогонов был разработан новый проект карьера. По данному проекту расширения карьера за пределы рабочей зоны № 4 на северном и северо-восточном участках не предусматривается, но новый карьер имеет значительную протяженность на юго-запад (в настоящее время этот участок занят складом бедной руды и породными отвалами), а начиная с некоторой высотной отметки отрабатываются две отдельные части карьера.

План развития горных работ 2001 г.

Проектный карьер 2001 г. используется в качестве конечного, а границы рабочей зоны № 4 – как промежуточные контуры. Сначала было выполнено несколько прогонов оптимизации с использованием системы Whittle, и в результате разработан предварительный график развития горных работ, использованный затем в качестве ориентира.

Было рассмотрено несколько вариантов плана развития горных работ. Один из них предусматривал попытку максимального использования для переработки (насколько это возможно) бедной руды из карьера и со складов совместно с обычной рудой; в конечном счете остановились на другом варианте, с более гибкой стратегией для достижения поставленных целей по выпуску металла: в некоторые периоды на фабрику направляется бедная руда (но в меньших объемах, чем для первого варианта), в другие – различные виды складированной руды.

Для большей части срока службы карьера производительность его по горной массе составляет 50000 куб.м./сут из расчета 350 рабочих дней в году, или 17500000 куб.м./год; для последнего года ведения горных работ (2007 г.) предусматривается сниженная производительность. Подача руды на фабрику составляет 14904 т/сут для всего срока службы рудника. Извлечение на фабрике рассчитывается равным 81% для руды из карьера (включая бедную) и складированной обычной руды (включая руду промежуточного содержания) и 70% – для складированной трудноперерабатываемой и бедной руды. Как и в проекте 2000 г., переработке подлежит весь складированной материал (за исключением сверхбедной руды). Наша цель заключается в обеспечении заданного объема производства металла.

Главное различие между двумя вышеупомянутыми вариантами состоит в том, что в последнем случае выемка осуществляется быстрее в рудном зоне, и зa временными бортами оставляются, начиная с 2004 г., меньшие объемы пустой породы. В 2001-2003 гг. продолжается отработка центральной части карьера в границах рабочей зоны № 4.

Новый проект карьера (вместе с планом развития горных работ) вновь позволяет увеличить извлекаемые запасы руды и продлить срок службы рудника еще на 1 год по сравнению с проектом 2000 г.

Заключение

Отметим, что последний рассмотренный проектный карьер не является заключительным вариантом. В частности, новые рекомендации компании G older Associates (осуществляющей геотехнический контроль Кумторского проекта) относительно возможности использования на некоторых участках более крутых откосов борта карьера, вероятно, позволят в будущем обосновать карьер больших размеров и увеличить тем самым отрабатываемые запасы руды. Предварительный вариант проекта карьера с более крутыми бортами уже разработан нами и проанализирован (с позиции устойчивости бортов) кыргызстанскими специалистами Института физики и механики горных пород НАН КР и Кыргызско-Российского (Славянского) университета.

Большую важность для предприятия представляет также возможное вовлечение в отработку нового участка месторождения – юго-западного, где в настоящее время ведутся геологоразведочные работы.

Таким образом, мы видим, что как выполненные разработки по проектированию карьера и обоснованию плана развития горных работ, так и перспективные проекты направлены на обеспечение рационального освоения золоторудного месторождения Кумтор, увеличение отрабатываемых запасов, продление срока службы предпритятия и получение максимальных экономических результатов при условии баланса интересов кыргызстанских и зарубежных партнеров по совместному предприятию.

Контактный телефон авторов статьи:
8-10-(996312) 66-51-35