Интеллектуальная технология мониторинга и управления качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных руд

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ  
МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ  
РУДОПОТОКОВ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ  
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РУД 

 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2016 

УДК 622.34 
ББК  33.33 
И730 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
В.Г. Ворошилов, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геологии и разведки полезных ископаемых Томского политехнического университета; 
Б.Л. Тальгамер, доктор технических наук, профессор, директор 
института недропользования Иркутского национального исследовательского технического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
И730 
 
Интеллектуальная технология мониторинга и управления 
качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных руд : монография / В.А. Макаров, Е.Г. Малиновский, 
И.И. Кацер [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 152 с. 
ISBN 978-5-7638-3532-8 
 
Дана характеристика Норильской группы месторождений. Описано состояние горных технологий и рассмотрен уровень развития аппаратнопрограммных средств, показан алгоритм генерации типовых управленческих решений в зависимости от реально складывающейся производственной ситуации.  
Предназначена для студентов, аспирантов и научных работников в сфере горного дела, геологии и геотехнологий. 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.34 
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.33 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3532-8 
© Сибирский федеральный 
университет, 2016  

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
 
Введение ........................................................................................................  
5 

 
1. Норильская группа месторождений ....................................................  
9 
1.1. Краткая геологическая характеристика ...........................................  
9 
1.2. Состояние горных работ и анализ схем формирования 
рудопотоков в системах: рудник – обогатительная фабрика ........  15 
1.2.1. Схема рудопотоков горно-металлургического  
передела ..................................................................................  15 
1.2.2. Схема формирования рудопотока рудника на примере 
рудника «Таймырский» .........................................................  19 
 
2. Элементы интеллектуальной технологии мониторинга  
и управления качеством рудопотоков при добыче  
и переработке многокомпонентных руд .............................................  45 
2.1. Цифровые модели месторождения как основа календарного 
планирования и формирования рудопотоков .................................  46 
2.1.1. Принципы создания блочных моделей .................................  46 
2.1.2. Принципы создания полигональных цифровых моделей ...  56 
2.2. Автоматизированное создание календарных планов на основе 
блочных и полигональных моделей. Состояние проблемы  
и обзор программного обеспечения .................................................  58 
2.2.1. Обзор специализированных горно-геологических 
информационных систем для моделирования 
месторождений, планирования и проектирования 
отработки ................................................................................  58 
2.2.2. Организационно-технологический комплекс обеспечения 
качества добычи руды ...........................................................  66 
2.2.3. Математическая модель формирования качества 
рудопотока на участке рудник – фабрика ...........................  68 
2.3. Система инструментального контроля качественных 
характеристик перемещаемой руды в потоке .................................  81 
2.3.1. Решение задачи определения параметров рудопотока на 
уровне рудоконтролирующей станции ...............................  85 
2.3.2. Разработка рудоконтролирующей станции РКС-КМ ..........  87 
2.3.3. Практическая реализация аппаратно-программного 
комплекса для технологии, учета и контроля состава 
руды на конкретном объекте с целью стабилизации  
ее качества ..............................................................................  102 

3. Принципы функционирования динамической системы 
управления качеством добываемого сырья и оценка 
эффективности предлагаемых решений ............................................  128 
3.1. Генерация типовых решений по управлению качеством руды  
в рудопотоке .......................................................................................  128 
3.2. Перспективы использования результатов исследования ...............  135 
 
Заключение ...................................................................................................  142 

 
Список литературы .....................................................................................  144 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Создание динамической технологии управления и контроля качества добычи и переработки минерального сырья на основе моделирования месторождений и управления рудопотоками актуально для крупных 
горно-металлургических комбинатов, где на перерабатывающее производство поступает руда с нескольких рудников и встает проблема увязки 
всех звеньев технологического процесса от геологической модели месторождения, очистных забоев, рудных складов, транспортной системы 
до обогатительной фабрики и металлургического завода. Представительным объектом для реализации подобной системы является ЗФ ПАО 
«ГМК “Норильский никель”» – одно из крупнейших горнорудных предприятий России и мира. Для данного комбината создание эффективной 
технологии управления рудопотоками особо важно, так как на его месторождениях ведется добыча и переработка многокомпонентных руд 
и существует необходимость выдерживать плановые показатели по целому ряду металлов. 
Разработка интеллектуальной технологии мониторинга и управления 
качеством рудопотоков при добыче и переработке многокомпонентных 
руд предполагает решение следующих задач: 

 создание цифровых геологических моделей месторождений, обеспечивающих основу для подготовки систем долгосрочного и оперативного планирования и контроля их разработки;  

 разработку системы автоматизированного планирования горных 
работ и технологических решений, обеспечивающих заданные 
нормативы и показатели извлечения, а также количественные 
и качественные характеристики формируемых рудопотоков; 

 разработку систем контроля качественных характеристик перемещаемой руды за счет применения технических средств оперативного измерения содержания компонентов, работающих в режиме 
постоянного мониторинга.  
Актуальность разработки данной технологии определяется еще 
и тем, что в соответствии с мировыми тенденциями технического перевоо

ружения подземных рудников на них, наряду с добычей, возлагаются 
функции первичной рудоподготовки, то есть доведения качества добытой 
руды до состояния, превышающего качество руды в отрабатываемых залежах. Эта задача решается путем внедрения в существующие горные технологии комплекса усреднительных (смесительных) и сепарационных 
(разделительных) процессов и требует нового подхода к организации планирования и управления производством. Реализация данных мероприятий 
позволяет доводить качество добытой руды до уровня, превышающего исходное качество в балансовых запасах, что дает возможность повысить показатели извлечения полезных компонентов в готовый продукт и уменьшить непроизводительные расходы, а также существенно повысить конкурентоспособность горно-обогатительных предприятий на мировом рынке 
минерального сырья. 
Создаваемые технологии управления качеством рудопотоков должны отвечать следующим условиям: 
а) обеспечивать неразрывность управления качеством и объемом выпуска конечной продукции; 
б) комплексно решать задачи управления по всему циклу формирования качества от проектирования горно-подготовительных работ до отгрузки товарных продуктов;  
в) определять стандарты качества руды, как ключевой элемент 
управления горным производством. 
В отечественной и зарубежной практике близкие технологии 
управления качеством продукции с определенной степенью полноты 
реализовались на ОАО «Карельский окатыш», на Навоийском горнометаллургическом комбинате (ГМК) в Узбекистане (компьютерные системы АС «РУДА» и САПР ГП по проекту INTEGRA GROUP (США) и ООО 
«Интегра Групп. РУ» (Россия), шведском руднике «Кируна» и др. 
В Норильском рудном районе наиболее представительный объект, где 
весь комплекс поставленных задач проявляется во всем многообразии, – 
Талнахский рудный узел. Здесь десятки лет ведется отработка Талнахского 
и Октябрьского месторождений медно-никелевых руд, для которых совокупность сложных горно-геологических, горнотехнических и технологических условий в сочетании с крайне изменчивыми качественными характе

ристиками минерального сырья определяет круг научно-практических задач по управлению качеством товарной продукции.  
Работы по комплексному решению проблем контроля качества руды 
начаты на предприятиях Норильска в 2007 году, где впервые предусматривалось создание системы инструментального контроля содержания полезных компонентов с помощью рудоконтролирующих станций в режиме реального времени. В июле 2008 года на Заполярном филиале ОАО «ГМК 
”Норильский никель”» сдана в эксплуатацию система контроля качества 
руды (СККР) из восьми рудоконтролирующих станций в контуре ГГУТОФ. За период эксплуатации системы с 2007 по 2016 год получен большой фактический материал, позволяющий определить перспективы использования результатов работы системы и ее дальнейшего внедрения. 
На сегодняшний день убедительно показано, что СККР может являться 
эффективным элементом технологии управления качеством рудопотока, 
позволяющим успешно решать локальную задачу по контролю качества 
отгружаемых на фабрику руд, поступающих с разных рудников. По результатам внедрения СККР, специалистами компании отмечена необходимость продолжения данных работ и в перспективе разработки «Комплексной системы (технологии) автоматизированного планирования горных работ, контроля качества рудопотока и принятия командных решений», 
обеспечивающих заданные объемы добываемой руды, нормативы и показатели извлечения. При этом должны определяться и контролироваться 
количественные и качественные характеристики формируемых рудопотоков, количество металла, добываемой и перерабатываемой рудной массы, 
объемы проходки, необходимые объемы закладки пустот и т. д. 
Учитывая сложность проблемы, в 2016 году руководством компании 
ПАО «ГМК “Норильский никель”» и ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный 
университет» (СФУ) подписано соглашение о создании в СФУ научнотехнологического центра «Лаборатории по разработке динамической 
системы управления и контроля качества добычи и переработки минерального сырья», цель которого – научно-методическое и кадровое 
обеспечение разработки и внедрения интеллектуальной технологии управления качеством рудопотоков при добыче и переработке руд ЗФ ПАО 
«ГМК “Норильский никель”».  

Первоначальными задачами центра определены: 

 создание компьютерных геологических моделей месторождений, 
обеспечивающих основу для подготовки систем долгосрочного 
и оперативного планирования и контроля их разработки; 

 сопровождение системы автоматизированного планирования горных работ и технологических решений, обеспечивающих заданные 
нормативы и показатели извлечения, а также количественные 
и качественные характеристики формируемых рудопотоков; 

 сопровождение системы контроля качественных характеристик 
перемещаемой руды за счет применения технических средств оперативного измерения содержания компонентов, работающих в режиме постоянного мониторинга. 
В перспективе разработанная и внедренная технология должна стать 
основой для совершенствования планирования, диспетчеризации сквозного мониторинга и аудита всего горно-обогатительного комплекса. 
В монографии представлен аналитический обзор состояния проблемы управления качеством рудопотоков в ЗФ ПАО «ГМК “Норильский никель”» и изложены основные принципы и подходы, которые будут предложены для программы работ компании и центра по созданию комплексной технологии управления рудопотоками. 
Работа выполнена при поддержке специалистов горно-геологического 
профиля ЗФ ПАО «Горно-металлургической компании “Норильский никель”». 
Материалы, положенные в основу работу, собраны авторским коллективом на протяжении последних пятнадцати лет. Авторы благодарят 
В.Н. Князева, А.И. Голованова и А.Б. Бородушкина за помощь в сборе 
и обработке материала для отдельных глав работы. 
 
 

1. 
НОРИЛЬСКАЯ  ГРУППА  МЕСТОРОЖДЕНИЙ 

1.1. Краткая геологическая характеристика 

 
Норильская группа месторождений расположена в пределах Талнахского рудного узла, все медно-никелевые месторождения которого пространственно и генетически связаны с полнодифференцироваными интрузивами 
базит-ультрабазитового состава. В геологическом строении Талнахского 
рудного узла принимает участие разнообразный комплекс отложений, характеризующий морские, континентальные и переходные между ними обстановки осадконакоплений. В тектоническом плане район месторождения приурочен к краевой части Хараелахской мульды, которая составляет асимметричную брахисинклинальную структуру субширотного направления. 
Промышленное значение имеют месторождения «Норильск-1», 
«Талнахское» и «Октябрьское».  
Месторождение «Норильск-1» связано с одноименной дифференцированной интрузией, приуроченной к контакту угленосных терригенных 
пород пермо – карбона и триасовых эффузивных образований трапповой 
формации. В центральной части интрузия расщепляется на две ветви: западную и восточную. 
Вкрапленные руды приурочены к нижним дифференциатам интрузии – 
оливиновым, пикритовым, такситовым и контактовым габбро-долеритам. 
Верхняя часть пикритовых, а иногда и нижняя часть оливиновых, 
габбро-долеритов включают бедное вкрапленное оруденение с содержаниями сульфидов 3–5 %. В нижней части пикритовых, в такситовых и контактовых габбро-долеритах количество сульфидов достигает 12–16 %. 
Прожилковое оруденение встречается во всех разновидностях пород, но 
наиболее часто – в контактовых габбро-долеритах. Жилы и линзы сплошных сульфидных руд мощностью от 1–2 до 5–8 м распространены наиболее широко в нижней части интрузии и в породах нижнего экзоконтакта. 
К настоящему времени основная часть этих руд отработана. 
Месторождение «Норильск-1» отрабатывается подземным способом – 
рудником «Заполярный» и карьером «Медвежий ручей». 

Талнахское и Октябрьское месторождения пространственно и генетически связаны с Талнахским дифференцированным интрузивом.  
Талнахское месторождение приурочено к Северо-восточной и Югозападной ветвям Талнахского интрузива, которые залегают в отложениях 
тунгусской серии на западном и восточном крыльях НорильскоХараелахского разлома. Северо-восточная часть Талнахского месторождения отрабатывается рудником «Комсомольский», южная – рудником «Маяк», северная – шахтой «Скалистая» рудника «Комсомольский». 
Октябрьское месторождение приурочено к Северо-западной и Хараелахской ветвям, расположено в западном борту Норильско-Хараелахского 
разлома и залегает в отложениях девона. Западный участок Октябрьского 
месторождения отрабатывается рудником «Октябрьский», юго-восточный – 
рудником «Комсомольский», восточный – рудником «Таймырский». 
Октябрьское 
месторождение 
приурочено 
к 
Северо-западной 
и Хараелахской ветвям Талнахского интрузива, расположено в западном 
борту Норильско-Хараелахского разлома и залегает в отложениях девона. 
Длина интрузии до 10 км, ширина 1–1,5 км, мощность до 200–250 м. Контуры залежей в плане повторяют в целом контуры интрузива и имеют пластообразную форму протяженностью 300–450 м. На отдельных участках 
месторождения руды образуют в разрезе серию линзовидных тел мощностью 5–10 м. Горизонтом локализации интрузива являются ангидритомергелевые породы нижнего и среднего девонов. 
Залежь «Северная-2» богатых руд представляет собой сложнопостроенную, падающую на северо-восток (азимут падения 45–60°) под углом 10–16° систему сплошных сульфидов с редкими разделяющими их 
прослоями габбро-долерита и полевошпатовых пород. Мощность залежи 
меняется от 1 до 18 м. Средняя мощность составляет 7 м. 
Нарушенность богатых руд зависит от наличия тектонических нарушений, ксенолитов вмещающих пород и от текстурно-структурных особенностей руд. При заложении тектонических нарушений в крупнозернистых рудах мощность зоны оперяющих трещин даже при значительных 
амплитудах редко достигает 3–5 м. В связи с этим ненарушенные участки 
(участки средней наpушенности) установлены в нижней пачке при размерах тектонического блока более 5–10 м, в то время как в рудах верхней 

пачки ненарушенные участки появляются лишь при размерах тектонического блока более 40–60 м. 
Нарушенность подстилающих метаморфизованных, перекрывающих 
метаморфизованных и интрузивных пород оценивается как сильная на 
100 % на всех горизонтах. Трещиноватость и нарушенность сульфидных 
жил: 30 % – средняя, 70 % – сильная; ксенолитов: 50 % – средняя, 50 % – 
сильная. 
Нижний контакт горизонта вкрапленного оруденения налегает на богатые руды и на отдельных участках отрывается от них до 7–10 м. 
На месторождениях выделяются три промышленных типа медноникелевых руд на глубинах от 950 до 1300 м: богатые (сплошные), вкрапленные и «медистые». В пределах залежи «Северная-2» присутствуют два 
промышленных типа медно-никелевых руд: богатые (сплошные) и вкрапленные. Наибольшую ценность представляют богатые руды. 
Богатые руды Хараелахской залежи (основной) представляют собой 
плитообразное тело шириной до 1 км, имеющее протяженность в субширотном направлении до 1,7 км и полого (6–10°) погружаются в восточном 
направлении от 550 м до 1170 м. С запада, со стороны рудника «Октябрьский», залежь ограничена горным сбросом (рис. 1.1). 
Запасы медистых руд сосредоточены в горизонте, кулисообразно 
продолжающем западную зону локализации богатых руд. Залежь имеет 
длину 1000 м, ширину 800 м. Глубина залегания 350 м, глубина распространения 1100 м при средней мощности 40–100 м. Морфология тел медистых руд определяется конфигурацией и пространственным положением 
блоков вмещающих пород и интрузивных инъекций. 
«Медистые» руды представлены двумя горизонтами: МП-ОВ и МП-ОН. 
Руды горизонта МП-ОВ по своему составу преимущественно 
халькопиpит-пиppотиновые, распространены непосредственно в кровле богатых руд, иногда отделены от богатых руд прослоями пустых пород. 
Мощность горизонта изменяется от 1 до 10 м. 
Горизонт МП-ОН по составу оруденения существенно пиppотинхалькопиpитовый и представлен двумя узкими рудными телами, мощностью 5–7 м, протягивающимися на южном и северном флангах на участках 
воздымания почвы богатых руд.  

 

 

 
 
Рис. 1.1. Разрез по Хараелахаской I рудной залежи