Новые техники и технологии в добыче полезных ископаемых
Что может быть нового и научного в технологиях добычи полезных ископаемых на россыпных и осадочных месторождениях алмазов, золота, платины, янтаря, фосфоритов…?
Сотни лет ведется разработка столь важного в мире сырья, месторождения истощаются, увеличивается глубина добычи, уменьшается концентрация полезного компонента на 1 м3 вынимаемых вмещающих его пород. Если не предлагать горной промышленности новые техические разработки в этой области, человечество может однажды остаться без столь важных промышленности и повседневной жизни материалов.
Все «лакомые куски» известных месторождений россыпного золота, алмазов, платины, сапфиров давно выработаны. Горнодобывающая промышленность переходит на забалансовые и малые по запасам месторождения. При этом очень важно, чтобы добыча полезных ископаемых на таких месторождениях была рентабельна, безопасна и технологична. Ни подземная (шахтами), ни открытая (карьерами) добыча не может быть в данном случае пригодна для освоения природных россыпей или осадочных продуктивных пластов. Первая, практически не пригодна, вторая – экономически не выгодна в условиях мерзлоты, обводненности, малого содержания и количества полезного ископаемого на выявленных участках месторождений.
Вот в таких случаях на помощь горнякам приходят геотехнологические сособы добычи полезных ископаемых, в частности – скважинная гидродобыча (СГД). Способ заключается в бурении технологических скважин, вскрывающих россыпное или осадочное месторождение того или другого полезного компонента, установку в скважины высоконапорного гидромонитора, размывающего полезный пласт и превращающего породы и воду в гидросмесь, элеваторного или эрлифтного подьемника гидросмеси на поверхность к перерабатывающему или обогатительному комплексу.
Оборудование для СГД может быть выполнено в стационарном, модульно-передвижном и мобильном виде. По производительности такие комплексы могут соперничать с открытыми горными разработками, но, как правило, ограничиваются 150-600 м3/ч по пульпе.
На сегодняшний день СГД особо важна при добыче россыпного золота в Монголии, Центральной Африке и России, сапфиров и рубинов – в странах Ю-В Азии, лунного камня, сапфиров, рубинов, др. – на Шри Ланка, алмазов – в Якутии, на Мадагаскаре, в африканских странах. Скважинная гидродобыча позволяет эффективно отрабатывать участки месторождений на больших глубинах, с малым содержанием полезного компонента, на незначительных площадях его распространения, в труднодоступных районах…
Себестоимость добычи данным методом в несколько раз ниже традиционных: подземной и открытой разработки. Капитальные вложения – в десятки раз ниже общепринятых.
Не зря к таким способам добычи полезных ископаемых сегодня обращаются в се чаще и чаще. СГД набирает популярность, усовершенствуется и может быть применено даже малым и средним бизнесом.
Так, например, для добычи обводненных строительных песков в Курской области с глубины до 20 м при мощности вскрышных пород 6-8 м и продуктивного пласта – 12-14 м рационально был использован модульно-передвижной комплекс на базе бурильно-крановой техники УБМ-85-17 и гидромонитора АД-300. Достигнута производительность по песку – 45-60 м3/час. Себестоимость песка составила не более 120 руб/м3. Капитальные вложения в добывающе-обогатительный комплекс составили не более 18 млн. рублей.
С 2018 года специалистами Центра по сапропелю по приглашению золотодобывающих предприятий Монголии были обследованы ряд тальвеговых месторождений страны на предмет их разработки при помощи скважинной гидродобычи. При мощности вскрышных пород 60-140 м и продуктивного золотовмещающего слоя – 1-3 м добыча открытым способом полезного ископаемого стала не эффективной и привела к полной остановке работ. Подземная добыча золота в данных горно-геологических условиях не возможна. Первый проект СГД россыпного золота в Монголии показал высокую эффективность его применения. Достигнута производительность по пульпе до 300-440 м3/ч, выемка золота отлажена на уровне 18-20% потерь, в основном, из-за высокой трещиноватости подстилающих пород. Добычное оборудование выполнено мобильным, на пневмоколесном ходу. Проектные капитальные вложения составили 36 млн. руб. Способ только начал применяться и постоянно усовершенствуется.
Скважинная гидродобыча сапфиров в одной из стран Ю-В Азии с глубины 26-78 м при слабосвязных вскрышных породах мощностью 12-14 м спроектирована под мобильную буро-добычную установку на пневмоходу и модульный промывочно-обогатительный узел на санных салазках. Технология позволяет ведение работ с плавной просадкой поверхности и образования на месте добычи водоема. Достигнута проектная производительность по пульпе в 300 м3/ч. Капитальные вложения в оборудование и проектное обоснование бизнеса оцениваются в 38-43 млн. руб.
Пробная скважинная гидродобыча гравийных отложений с содержанием сапфиров, рубинов, «кошачьего глаза», других хризобериллов, гранатов, турмалинов, топазов, кварцев, бериллов также проведена Центром по сапропелю в Шри Ланка. Работы были выполнены в 2004-2006 г. в провинции Балангода и Элахер и длились втечение 6 месяцев мобильным добычным комплексом на базе буровой установки российского производства, промывка и обогащение осуществлялась на российском оборудовании типа «Новомакс». Глубина разработки продуктивного слоя достигала 16-18 м, средняя мощность продуктивного пласта 16-11 м. Капитальные вложения в оборудование комплекса составили 23 млн. руб. За время пробной работы комплекс полностью окупил себя.
Также на Шри Ланке в провинции Ратнапура были проведены работы по СГД аллювиальных россыпей под руслом реки. При ее ширине в 8-22 м и глубине 0.4-1 м удалось сохранить экостабильную обстановку и отработать технологический режим гидродобычи полезного ископаемого, не меняя природного ландшафта. Для этого использовалось оборудование горизонтально-наклонного бурения с одновременной обсадкой скважины.
Сегодня Центр по сапропелю выполняет ряд проектов по СГД россыпного золота в Монголии, алмазов – в России, сапфиров и рубинов – в Камбодже.
Работы проходят успешно, везде достигнуты проектные показатели. Из этого следует, что СГД россыпных и осадочных полезных ископаемых приобретает всеобъемлющий характер и является одним из перспективных методов освоения природных богатств на планете.
Существуют различные способы добычи полезных ископаемых. Минеральные ресурсы, которые находятся на поверхности земной коры или же залегают неглубоко в недрах, добываются открытым способом. Открытый способ добычи полезных ископаемых представляет собой процесс создания на месторождении котлованов, которые называются разрезами или карьерами. Размеры таких разрезов и карьеров зависят от обширности месторождения и глубины залегания полезных ископаемых. При помощи открытого способа в основном добывают сырье, используемое для строительства: известняк, песок, мел и тому подобное. Также открытым способом добывают торф, некоторые виды угля, также железные и медные руды.
Воспользуйтесь нашими услугами
Твердые полезные ископаемые, которые залегают на большой глубине в недрах земли, добывают с помощью сооружения подземных шахт. Чаще всего таким способом добывается уголь. Шахтный способ добычи полезных ископаемых считается наиболее опасным для жизни сотрудников таких предприятий.
Полезные ископаемые жидкого и газообразного типа извлекают из земли путем бурения специальных скважин, откуда полезные ископаемые поступают на поверхность по трубам. Для добычи полезных ископаемых определенного вида используют дополнительные методы. К примеру, для добычи соли ее растворяют под землей путем подачи в скважину воды. А такое сырье, как сера, предварительно расплавляется под действием горячего пара, подающегося через скважину.
Даже при добыче некоторых цветных металлов в горнодобывающем деле используется вода, точнее примеси из подземных вод. Именно таким образом добывается литий – его находят в подземных водах, где он растворен и находится в минеральной оде в виде соединений. Также можно встретить месторождения подземных вод, из которых осаждают медь. Ярким таки примером является Дегтярский рудник на Урале. Медь растворяется в подземных водах под действие бактерий, способных растворять соединения меди с серой, превращая их в медный купорос.
Такое сырье, как германий, по мнению многих специалистов, выгодно добывать из переработок тепловых электростанций, точнее из их золы. Ежегодно разрабатываются новые способы добычи полезных ископаемых. Развитие современных технологий способствует появлению новых методов и оборудования для добычи тех или иных полезных ископаемых.
Кто-либо из вас задавался вопросом о том, как будет выглядеть добыча полезных ископаемых в 2050 году? Наш директор по стратегии и объединению подразделения GEOVIA в Dassault Systèmes Джефф Хэмилтон смотрит в будущее на 32 года вперед. Его цель разобраться в вопросе развития добывающей промышленности и то, как повлияют неизбежные изменения в ландшафте, которые будут вызваны увеличением численности населения планеты. Хэмилтон привел ряд определенных прогнозов, о которых мы сейчас вам расскажем:
Прогноз 1: Давление на имеющиеся ресурсы из-за быстрого роста урбанизации
Были получены данные, что население мира увеличится с 7,6 млрд. человек до 9,8 млрд к 2050 году. Удивляет то, что подобный рост составляет 28%, а это действительно много. Причем сам рост будет иметь неравномерный характер, и он будет сосредоточен в Африке и Азии (Индия и Индонезия).
При этом, основной пласт населения мира (70%) базируется в городских районах – в существующих города, и в тех, которые еще в процессе постройки.
Исходя из подобной информации, правительства и организации будут поставлены перед вопросами серьезного развития инфраструктуры, объеме реконструкции, который необходим для существующих органов. Перед ними будет стоять задача правильного распределения бюджета для осуществления задуманных действий.
Помимо данных действий, управляющие органы должны будут учесть нагрузку на наши ограниченные природные ресурсы.
К 2050 году продукция добывающей промышленности будет иметь одно из главных стратегических значений для мира. В связи с этим, данный сектор должен будет переосмыслить влияние увеличения потребления на оставшиеся ресурсы.
Прогноз 2: Эволюция социальных структур и коммуникации между людьми
На современном этапе жизни мы имеем возможность исследовать историю человечества в полном объеме. Мы знаем, что человек всегда вел достаточно оседлый образ жизни. На пути его развития происходили различные сельскохозяйственные и промышленные революции, которые привели к созданию больших городов и государств.
Сейчас, в современном мире, произошли колоссальные изменения в технологиях, которые разрушают традиционные взгляды на социальные структуры, и это будет прослеживаться заметнее по мере приближения к 2050 году.
Яркие примеры способов обмена стоимостью среди равных, которые не знают друг друга, это – распределенные автономные системы взаимного доверия DAPP (децентрализованное приложение), ADPP (программа автоматической обработки данных), технология блокчейн и многие другие. При этом, такие процессы характеризуются отсутствием центральной власти, регулирующей их транзакции.
Большой рост шеринг-экономики (экономики совместного использования), либо экономики проектной занятости оказывают видимое влияние на тип выбираемой нами организации (например, Uber и Spotify). Если обратиться к примерам, то в Дубае налоги практически отсутствуют, и они существуют в самодостаточной экосистеме «заработал-заплатил». Стоит учесть, что мы берем на рассмотрение 32 года перемен, децентрализованные приложения, экономику совместного использования и стиль жизни, который построен на модели «облегченных активов». Все затронутые процессы развития и влияния на нашу жизнь окажут большое воздействие на человеческую социальную организацию.
Прогноз 3: Изменение методов потребления и добычи природных ресурсов
Не трудно догадаться, что потребление природных ресурсов увеличивается вместе с численностью населения. Если мы обратимся к приведенным ранее цифрам по росту населения, то потребуется увеличение добычи ресурсов из-за повышения численности населения от 20% до 25%. Появляется необходимость разрабатывать новые стандарты и методы управления жизненным циклом продукта «от начала до начала». Это нужно для обеспечения переработки сырья в оптимизированном формате. Некоторые компании уже начали менять собственную политику на использование ресурсов.
Так Apple объявила в 2017 году, что они будут использовать вторичное сырье для своих изделий. Аргументировали свою позицию тем, что природные минеральные ресурсы ограничены, а некоторые из них не имеют возможности возобновляться в своем месте рождения.
Есть вероятность, что изменения коснутся процесса владения активами в персональном формате. Владение активами начнет уменьшаться за счет появления большого числа вариантов экономики «совместного использования» и увеличения стоимости утилизации активов.
В недалеком будущем, технология создания датчиков и моделирования управления ресурсами будут значительно усовершенствованы. Появится возможность перемещать меньше пустой породы для того, чтобы добраться до ресурса, который нужно извлечь.
Для подтверждения представленной информации, обратимся к основной идеи Мишель Эш из «Barrick Gold». Она считает, что, если есть технологии высокого уровня, которые позволят бурить скважины, затем перерабатывать минералы и извлекать их при значительно меньшем вреде месторождению полезных ископаемых, то добыча ресурсов без нарушения целостности массива увеличится.
Прогноз 4: Человеческие достижения в познании будут опираться на технологии
Многие из вас уже замечали, что современные компании работают над совершенствованием человеческого познания (усовершенствование человека) при помощи цифровых технологий, которые внедряются в человеческий мозг и тело.
Биохакинг откроет для человека абсолютно новые возможности. Человек сможет подключатся к интернету или к определенной платформе, чтобы совместно работать с био-усовершенствованными людьми. Это будет происходить благодаря цифровым кремниевым имплантам, которые вживляются в мозг и дают возможность общения между людьми с такими же имплантами. В истории такую форму общения и воздействия называли «телепатией».
Благодаря таким способам к познанию появится эффективная конкуренция с будущими роботизированнами формами жизни, которые будут иметь общий искусственный интеллект.
Мнения по вопросу сроков усовершенствования человеческого потенциала разделяются. Это связано с тем, что скорость развития «нейронного кружева» и мозговых имплантов имеет трудности, но это не отменят того факта, что достижения в области усовершенствования человека за эти 32 года разительно изменят наш мир.
Прогноз 5: Добыча полезных ископаемых в космическом пространстве станет реальной к 2050 году
Сейчас уже вполне можно рассуждать на тему освоения Марса и добычу полезных ископаемых на Луне. Например, компания «Мун Экспресс» работает над отправкой космического корабля на Луну для добычи льда на полюсах Луны, который нужен для создания ракетного топлива. Тем самым, можно смело предполагать, что Луна станет транзитным местом для дозаправки кораблей.
Также были высказаны предположения, что упавшие астероиды на Луне, содержат ценные элементы платиновой группы. Помимо этого, существует вероятность нахождения редкоземельных элементов на Луне.
К сожалению, экономический интерес в области добычи полезных ископаемых на луне и доставки руды на Землю еще находится под вопросом. Были высказаны мнения, что имеет смысл добыча льда в полярных шапках луны, добыча платины с упавших астероидов и нахождение редкоземельных элементов для использования в постройке лунных построек или космических станций.
Так или иначе, частный интерес к подобным процессам очень велик и благодаря этому интересу, все может стать реальностью к 2050 году.
Прогноз 6: Индустриальные аккумуляторные батареи для хранения альтернативной энергии
Разберем добывающую промышленность – это энергозатратный вид деятельности, которому в идеале необходимо увеличение доли используемой энергии, получаемой из возобновляемых источников. При этом, альтернативные источники энергии (места генерации) не дают полностью всю необходимую энергию для добывающих машин. Сама генерация непостоянна, поэтому не всегда можно запланировать нужный объем альтернативной энергии.
Для актуализации альтернативных источников требуются аккумуляторные батареи «индустриального масштаба» чтобы аккумулировать электрическую энергию, которая добывается из альтернативных источников. В дальнейшем, ее можно использовать для добычи полезных ископаемых. В этой сфере уже достигнуты определенные положительные результаты, но еще есть большое количество неусовершенствованных зон данного проекта.
Что даст разработка аккумуляторного хранилища индустриального объема? Такие батареи позволят экономить и управлять энергией за киловатт-час, поскольку добывающие компании будут накапливать энергию, добываемую из дешевых источников, и смогут использовать сохраненную энергию во время пикового потребления.
Прогноз 7: Использование роботов в опасных для работы зонах
Уже много лет идут серьезные разработки в области робототехники. Так, например, робот Атлас от «Бостон Динамикс» является электрогидравлическим изделием высотой 1,5 метра. Он может нести полезную нагрузку 11 кг, оснащен лазерным локатором ИК диапазона и имеет стереоскопическое зрение.
Заглядывая в будущее, мы можем смело отметить, что добыча полезных ископаемых будет осуществляться роботами следующих поколений, которые будут использоваться на таких опасных участках шахт, как забой.
Роботы нового поколения будут значительно совершеннее Атласа, их создание будет иметь более низкую цену, а их потенциал сможет окупить все затраты компаний. К тому же, произойдет серьезный рост использования общего и узкого искусственного интеллекта к 2050 году.
Прогноз 8: Эволюция рабочей силы и навыков труда
Скорость изменений технологического ландшафта поразительна, именно по этой причине работники должны не стоять на месте, а совершенствоваться вместе с технологическим прогрессом. Это необходимо для осуществления грамотного взаимодействия человека и машины, чтобы управлять прогнозируемыми 35-50 миллиардами устройств IoT (Интернет вещей).
Компьютерная инженерия и обслуживание электрогидравлических устройств имеют высокий спрос за последнее десятилетие, которые становятся все более сложными и специализированными.
Новые технологии потребуют усовершенствованные приборно-измерительное оборудование, устройства управления технологическим процессом. Будут приглашены новые сотрудники из разных областей знаний, которые должны совершенствоваться вместе с технологиями в подобной быстроразвивающейся среде для осуществления совместной деятельности.
Итак, мы уже рассмотрели добычу полезных ископаемых к 2050 году и познакомились с главными прогнозами на необозримое будущее. Джефф Хэмилтон не остановился только на прогнозах, он выделяет Интернет вещей (IoT) и как он используется в добывающей промышленности.
Что же это такое – Интернет вещей (IoT)?
IoT – это сеть киберфизических устройств, включающая встроенную электронику, датчики/исполнительные механизмы, программное обеспечение и сетевые соединения. Помимо этого, Интернет вещей поддерживает большие данные, аналитику и машинное обучение. Чтобы вам было проще понять, то возьмем простейшие примеры проявления Интернета вещей – это умный дом, включение света по хлопку, тостеры с Wi-Fi связью и умные кофе-машины.
Но вернемся к нашей теме, нас интересует IoT в промышленной сфере деятельности, поэтому обозначим еще одну аббревиатуру – Промышленный Интернет вещей (IIoT).
Главная задача IIoT состоит в том, чтобы разблокировать хранилища информации, которые базируются в системах с ограниченным доступом. Это позволит подключать напрямую датчики и собирать данные в течении всего процесса, предоставлять их сотрудникам в реальном времени для принятия тех или иных решений.
Теперь обозначим связь Интернета вещей с 4-ой промышленной революцией. Четвертая промышленная революция (Производство 4.0) относится к оцифровке всего, что относится к проектированию, технологиям, производству и поддержке. Интернет вещей занимает центральную роль во всех перечисленных процессах. Данная революция направлена на повсеместное подключение к кибер-системам, которые анализируют, отслеживают и реагируют на любые изменения в условиях эксплуатации.
С другой точки зрения, подобный процесс больше похож на эволюцию, чем революцию, но влияние оцифровки скоро войдет в повседневный обиход жизни. Сейчас уже много профессий были отданы в руки машин, и в будущем, профессиональные компетенции машин будут расширятся. В связи с этим, общество тоже не будет стоять на месте и начнет расширение своих потребностей, так как большинство простейших задач будут отданы на выполнение роботам. Тем самым, интересы людей будут распространятся на искусство, развлечения и «создание вещей» в цифровом пространстве, отходя от материального.
С каждым днем, мы приближаемся к тому, что «производственная» работа будет заключена в написании компьютерного кода, ежели ручное вырезание детали на станке. Некоторые правительственные и общественные организации рассматривают достаточно радикальные изменения, как всеобщий доход (деньги получает каждый, работа по желанию).
Интернет вещей в добывающей промышленности
На данный момент времени, мы видим идеальное будущее, где производство связано с центральным хранилищем обработки больших данных. Там мы будем иметь возможность применять автономные системы для гибкости реагирования на изменения в условиях шахты, а также применение машинного обучения.
IIoT в добыче полезных ископаемых будет иметь:
- Цифровое подключение – каждая система подключена и контролируется централизованно;
- Опора на данные – новые доступные данные (например, данные о новых скважинах в шахте) будут способствовать принятию решений в режиме реального времени и с помощью них можно изменять план добычи;
- Базирование на моделях – это актуальные данные будут автоматически влиять на текущий график добычи, посредством такого процесса они будут связаны через общую модель данных;
- Виртуальный мир с реальностью – это моделирование и имитирование сценария, который в конечном итоге можно будет воплотить в реальном мире.
Источники: https://habr.com/, https://x-mineral.ru/
Воспользуйтесь нашими услугами
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!