Развитие открытых горных работ в начале XXI века обусловлено несколькими характерными особенностями:
- Необходимостью освоения крупных месторождений полезных ископаемых с вовлечением в разработку более сложных по структуре и более бедных по содержанию полезных компонентов залежей, а также труднодоступных месторождений, расположенных в суровых климатических условиях и требующих дополнительных капиталовложений и увеличения эксплуатационных расходов;
- Наличием на рынке большого числа машин и оборудования для добычи полезных ископаемых, разработанных ведущими мировыми фирмами за последние 10 лет, имеющих достаточно высокие эксплуатационные характеристики и, соответственно, высокую стоимость для потребителей;
- Обострившейся конкуренцией между предприятиями на рынке при сбыте своей продукции, стремлением получить максимальную прибыль при наименьших затратах;
- Новыми, более жесткими, требованиями в сфере экологии промышленного производства, закрепленными в последнее время рядом законодательных актов.
Горно-транспортные комплексы представляют собой наиболее важное звено общей технологической системы карьера и включают в себя погрузочные средства (экскаваторы, погрузчики), средства карьерного транспорта (автосамосвалы, локомотивосоставы), буровые станки, вспомогательную технику (бульдозеры, ковшовые погрузчики, топливозаправщики и др.) и дорожно-строительную технику (грейдеры, скреперы, рыхлители, катки, поливочные машины, пескоразбрасыватели и др). В состав комплекса входят также карьерные дороги, отвалы вскрышных пород, перегрузочные пункты, внутрикарьерные склады полезного ископаемого.
Карьерный транспорт – наиболее сложное, трудоемкое и затратное звено технологического процесса разработки месторождений полезных ископаемых, в значительной степени определяющее условия и показатели работы других структурных подразделений и предприятия в целом. Доля транспортных расходов в себестоимости открытой добычи составляет 57 – 75%. На современном этапе развития открытых горных работ определяющая роль технологического автотранспорта в функционировании карьеров предполагает создание новых эффективных систем управления. На карьерах России и ведущих странах мира автомобильным транспортом перевозится примерно 75% всей горной массы.
Структура горнотранспортного комплекса на карьерах отличается весьма большим разнообразием и динамичностью развития. Причем его эксплуатация в России осложнена большой глубиной разработки, высокой мощностью грузопотоков и значительной их дискретностью, суровыми климатическими условиями, загрязнением окружающей среды отработавшими газами дизелей машин.
Все это, несомненно, требует новых нетрадиционных подходов как к выбору комплексов основного технологического оборудования, так и к методам и средствам управления производством. Поэтому разработка и интенсивное внедрение на открытых горных работах принципиально новых систем управления технологическими процессами, основанных на оптимизации качественного сочетания и количественного соотношения погрузочного и транспортного оборудования, оперативных параметров технологического процесса и использовании последних достижений в электронике, радиотехнике, микропроцессорной технике и спутниковой навигации, представляет весьма актуальную задачу. Эти системы принципиально отличаются от разработанных в 1970-1980-х годах автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Цель внедрения современных систем управления технологическими процессами в карьерах – оптимальное регулирование грузопотоков, выбор, учет и контроль работы погрузочно-транспортных комплексов, мониторинг эксплуатационных режимов погрузочных и транспортных средств и в конечном счете — снижение энергозатрат, эксплуатационных издержек, повышение надежности оборудования, производительности труда, промышленной и экологической безопасности производства.
Наиболее широкое распространение на территории России и за рубежом получила система управления горнотранспортным комплексом «КАРЬЕР», разработанная специалистами ООО «ВИСТ Групп» при методическом участии ИПКОН РАН. На сегодняшний день эта система успешно используется на предприятиях ХК «Сибирский Деловой Союз» (ЗАО «Черниговец», ОАО «Разрез Киселевский»), ОАО «СУЭК» (разрезы «Заречный» и «Тугнуйский»), ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», горнодобывающей компании «МЕЧЕЛ» (ОАО «Южный Кузбасс», ОАО «Коршуновский ГОК»), ОК «РУСАЛ» (Автотранспортное предприятие), ОАО "Уральская горно-металлургическая компания" (УК «Кузбассразрезуголь»), МХК «ЕвроХим» («Ковдорский ГОК»), ОАО «Полюс Золото» («Алданзолото «ГРК»), ОАО «Полиметалл» (ЗАО «Золото Северного Урала»), УК «Союзметаллресурс» (Сорский ГОК). Среди зарубежных пользователей системы КОО «Предприятие Эрдэнэт» (Монголия), ОАО «Соколовско-Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение» (Республика Казахстан). Система также внедрена на Ингулецком, Центральном, Северном, Полтавском ГОКах и в ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог» (Украина).
Система «КАРЬЕР» основана на технологиях спутниковой навигации и предназначена для мониторинга автотранспорта, анализа производственных показателей и оперативного управления процессами добычи полезных ископаемых в карьерах.
Впервые система управления с применением технологий ГЛОНАСС/GPS была внедрена на карьере ОАО «Полтавский ГОК» (Украина) в 1999 – 2001 гг. В рамках этого проекта бортовое оборудование было установлено на самосвалы предприятия. Основной задачей системы была визуализация местоположения и параметров работы машин на карте карьера в диспетчерском центре. Диспетчер мог в режиме реального времени видеть изменение уровня топлива, веса перевозимого груза, отслеживать текущую скорость машины, передавать указания водителю по голосовой связи. Среди основных характеристик системы можно отметить локальность ее работы (система работала только в зоне радиопокрытия), последовательный циклический опрос объектов базовой станцией, вероятность частичной потери данных и ограниченность числа параметров мониторинга.
Развитие горнодобывающей отрасли потребовало дальнейшего усовершенствования применяемых в этой сфере систем, в частности, систем управления горно-транспортным комплексом. В целях эффективного использования техники, повышения уровня безопасности работы в карьерах, роста производительности предприятиям теперь требовались системы, способные отслеживать отдельные параметры работы машин и на их основе управлять процессами добычи, оптимизировать эксплуатацию оборудования. Рост номенклатуры техники и контролируемых параметров, существенное расширение зоны контроля, необходимость контроля эксплуатационных параметров – все это послужило предпосылкой к развитию системы управления горнотранспортным комплексом.
Вторая версия системы («событийная») была внедрена в 2004 году на ОАО «Южный Кузбасс». Основное отличие ее от предыдущей версии — место обработки данных. Если в первом случае обработка данных производилась на сервере, то во втором – непосредственно на контроллере. При возникновении события, характеризующегося в бортовом контроллере, например, как «загрузка», контроллер передает соответствующую информацию на сервер и данные о загрузке отображаются на цифровой карте карьера на мониторе у диспетчера.
Новая версия системы была также дополнена модулем выдачи сменного задания, функцией удаленного контроля параметров работы техники, оценки состояния и расхода запасных частей и материалов, формирования различного рода отчетов. В связи с увеличением числа параметров, значения которых необходимо было отслеживать в процессе эксплуатации техники в карьере, была также существенно расширена номенклатура датчиков.
Среди основных проблем передачи информации от мобильных объектов в центр управления можно выделить ограниченные скорость и пропускную способность канала передачи данных, а также качество радио-покрытия рабочей зоны. В связи с увеличением числа контролируемых мобильных объектов и параметров их работы, существенно вырос и объем передаваемой информации. В этих условиях при организации связи традиционным способом «циклического» опроса уменьшается частота опроса, становится критичным исчезновение объектов из зоны радио-видимости, увеличивается риск потери информации о рейсах. Для решения этих проблем были разработаны альтернативные варианты организации передачи данных в системе управления: с помощью цифровой радиосвязи стандарта TETRA, технологий MESH и радиоидентификации (RFID), сотовой радиосвязи стандарта GSM. Использование современных технологий позволило существенно увеличить объем информации, которую можно передать по радиоканалу, а также интенсивно использовать радиоканалы для передачи графической информации, результатов диагностики оборудования, видеонаблюдений. Выбор технологии осуществляется в соответствии с конкретными условиями эксплуатации системы и задачами, которые предполагается решать с ее помощью.
Важным этапом развития системы управления горнотранспортным комплексом стала интеграция ее с другими системами, используемыми на предприятиях горнодобывающей отрасли (ERP-системами, различными информационными системами и т.д.). В связи с этим существенно повысилась эффективность решения задач управления технологическими процессами. Так, например, одной из наиболее актуальных задач для предприятий этой отрасли является интеграция систем управления с горно-геологическими системами с целью контроля качества добываемых полезных ископаемых. В результате интеграции этих двух систем пользователь получает возможность в режиме реального времени отслеживать отдельные показатели работы (например, процентное содержание полезного ископаемого в руде в кузове транспортного средства), подводить общую статистику с учетом процентного содержания и т.д.
В настоящее время основной акцент в развитии системы «КАРЬЕР» сделан на решении задач оперативной работы карьера. Для этого в состав Системы включены модули автоматической диспетчеризации и оптимизации, поддержки технологических процессов. Оборудование оснащено графическими панелями, промышленными компьютерами и носителями информации. Также в системе «КАРЬЕР» возможна тонкая настройка и добавление новых бизнес-процессов. Одновременное использование всех перечисленных выше инноваций позволяет получить при реализации системы максимальный эффект.
Основной задачей модуля автоматической диспетчеризации и оптимизации является выполняемое на основании входящих данных (положение самосвала, загрузка, вид перевозимого груза, информация об экскаваторе, описание дороги и т.д.) оптимальное распределение самосвалов по маршрутам в реальном режиме времени. Маршрут для каждого самосвала рассчитывается при достижении им определенных состояний, таких как погрузка, разгрузка, ожидание в очереди и т.д. В случае изменения внешних факторов (например, перекрытие участка дороги, поломка одного из самосвалов, изменение оптимизационных коэффициентов) маршрут перерассчитывается. Помимо этого, использование данного модуля позволяет на основании полученных эксплуатационных данных сформировать рекомендации по исключению излишнего числа самосвалов, использование которых не приведет к увеличению общей производительности.
В современных условиях, когда большая часть предприятий представляет собой крупные холдинги, большое значение приобретает возможность оперативного управления и анализа работы нескольких, удаленных друг от друга структурных единиц (добывающих предприятий). Все это позволяет осуществлять система «Карьер Холдинг», основные задачи которой — оперативный контроль работы каждого предприятия, входящего в структуру холдинга; получение оперативной информации с произвольной детализацией; перенос успешных методик с одного предприятия холдинга на другие.
Главной технико-экономической проблемой выемки, погрузки и транспортирования горной массы на предприятиях, применяющих открытый способ добычи полезных ископаемых, является увеличение производительности погрузочного и транспортного оборудования наряду со снижением сопутствующих экономических потерь. На современном этапе указанные задачи можно решить только путем оптимизации управления технологическими процессами погрузки и транспортирования на основе рационального качественного сочетания и количественного соотношения погрузочных и транспортных средств и комплексной автоматизации управления этими процессами. Внедрение на предприятиях системы управления горнотранспортным комплексом направлено на кардинальное решение указанной проблемы за счет повышения оперативности и полноты использования геологической, экономической и экологической информации, осуществления в режиме реального времени мониторинга технологических процессов и технического состояния объектов, принятия управленческих, проектных и плановых решений. Система «КАРЬЕР» обеспечивает эффективное решение прикладных задач управления мобильными объектами горнотранспортного комплекса и инженерного надзора (рациональное использование фонда рабочего времени, контроль выполнения норм эксплуатации машин и механизмов и т.д.), задач оперативного управления работой карьера, в т.ч. задач оптимизации грузопотоков, поддержания требуемого содержания полезных компонентов в руде на складах, а также управление заправками.
Внедрение системы управления горнотранспортным комплексом в карьере позволяет:
- увеличить время производительного использования технических средств и оборудования в течение рабочей смены (значительное сокращение простоев и нецелевого использования техники);
- повысить производительность труда;
- снизить расход топлива;
- обеспечить экономию материальных и трудовых ресурсов при достижении необходимых объемов производства;
- повысить трудовую и технологическую дисциплину персонала;
- создать основу объективной оценки деятельности служб и участков предприятия и условия для планомерного ремонта и обслуживания парка машин.
В заключение следует отметить, что на сегодняшний день система управления горнотранспортным комплексом является одним из наиболее эффективных инструментов повышения производительности горного предприятия и позволяет оптимально использовать имеющиеся в наличии ресурсы.