Николай Кучерский
Директор НГМК, доктор технических наук, академик Горной академии РФ

Олег Мальгин
Заместитель главного инженера НГМК, доктор технических наук, академик Горной академии РФ

Алексей Канцель
Президент компании "Интегра", доктор геолого-минералогических наук

    Территория Республики Узбекистан, являясь уникальной рудной провинцией на многие полезные ископаемые, составляет без малого 450 тыс. км². К настоящему времени здесь разведаны и эксплуатируются многочисленные месторождения как в песчано-глинистых отложениях мезо-кайнозоя, так и в кристаллических породах фундамента. В мезо-кайнозое – это месторождения нефти, газа, газового конденсата, урана, различных строительных материалов, пресных и минеральных вод и др. В породах фундамента – месторождения золота, вольфрама, серебра, олова, других цветных, редких металлов и рассеянных элементов, горнорудного и самоцветного сырья, облицовочных и поделочных камней. В общей сложности – это более 2500 месторождений и перспективных рудных проявлений, из которых около 750 уже разведаны, в том числе 155 – нефти, газа и конденсата; более 40 – драгоценных металлов; 40 – цветных, редких и радиоактивных металлов; 3 – угля; 20 – горнорудного, 15 – горно-химического и 20 камнесамоцветного сырья; 463 – строительных материалов.
    Богатейшие минерально-сырьевые ресурсы Узбекистана в течение длительного исторического периода играли важную роль в его социально-экономическом развитии. Однако особая роль принадлежит разведке и промышленному освоению уникального золоторудного месторождения Мурунтау.
    Президент республики Ислам Абдуганиевич Каримов в своей книге: "Узбекистан на пороге XXI века: угроза безопасности, условия и гарантия прогресса" отметил: "Выявление месторождения Мурунтау международной геологической общественностью признано величайшим открытием второй половины двадцатого столетия в области золота".
    Месторождение Мурунтау было открыто в 1958 году геологами Ю. Н. Хромышкиным и П. В. Мордвинцевым. В 1967 году здесь начаты открытые горные работы, а геологоразведка продолжается до настоящего времени.
    На первом этапе изучения (1958 – 1963 гг.) месторождение Мурунтау рассматривалось и разведывалось как система золотоносных кварцевых жил. Поэтому оцененные запасы не обеспечивали его рентабельную разработку в сложных природно-климатических условиях. Однако дальнейшими поисково-разведочными работами была установлена золотоносность вмещающих пород, имеющих минерализацию, насыщенную разноориентированными кварцевыми прожилками. Это послужило основой для изменения представлений о морфологии и структуре месторождения, представляющей собой крупный, неправильной формы штокверк, вытянутый в субширотном направлении.
    Штокверковая модель месторождения оказалась весьма конструктивной, что проявилось в первую очередь в изменении методики геологоразведочных и эксплуатационных работ, переориентированных "на массу" штокверка, и значительном увеличении запасов. Уже тогда установленные запасы позволили предположить, что для освоения месторождения потребуется создать крупный горно-перерабатывающий комплекс с периодом эксплуатации, составляющим многие десятилетия, на протяжении которых научно-техническая и экономическая ситуация неизбежно изменится. В результате был сделан вывод о необходимости разработки такой стратегии освоения месторождения, которая обеспечивала бы управление сырьевыми ресурсами сообразно меняющимся условиям.
    В основу стратегии была положена концепция строительства карьера и перерабатывающего производства этапами (очередями). Переход ряда карьеров на текущие глубины разработки свыше 300 м отчетливо показал, что такие карьеры представляют собой эволюционирующие сложные системы, состоящие из подсистем вскрытия, транспорта, безопасности горных работ, безопасности персонала и т.п. Следствием такой эволюции является изменение технико-экономических показателей добычи и переработки минерального сырья, происходящее на фоне совершенствования существующих технологий и колебаний цен на продукцию горно-перерабатывающих производств. В этих условиях устойчивая деятельность горно-перерабатывающего комплекса Мурунтау всегда определялась возможностью надежно управлять имеющейся сырьевой базой с учетом запросов потребителей.
    Накопленный опыт освоения месторождения Мурунтау позволяет сделать следующие обобщения.
    Промышленное освоение крупнейшего в мире по объемам горной массы и добычи руды золоторудного месторождения Мурунтау в отдаленном пустынном районе с концентрацией всей промышленной инфраструктуры на относительно ограниченной территории определило необходимость новых подходов с целью интенсификации и оптимизации технологических процессов горных работ. Решение научно-технических проблем разработки карьера Мурунтау применительно к управлению его сырьевой базой, которые ниже будут перечислены, осуществлялось по трем иерархическим уровням: карьеру, рабочей зоне, рабочему уступу.
    1.Для уровня карьера созданы и внедрены новые компьютерные технологии по определению границ карьера, оптимального направления его углубки и режима ведения горных работ на уровне подсистем "Карьер", "Календарь" и "Диалог".
    Программа "Карьер" учитывает технологическую схему вскрышных и добычных работ, глубину разработки, технологию обогащения и переработки руд, позволяет производить предварительную технико-экономическую оценку эффективности разработки месторождения в целом. Конечная форма карьера воспроизводится на графопостроителе в любом масштабе. К плану карьера прилагаются табличные материалы, включающие запасы руды и металла, горной массы и вскрыши в контуре полученного карьера с разбивкой по эксплуатационным горизонтам, а также суммарные эксплуатационные расходы, доход и прибыль предприятия на весь период разработки месторождения.
    Программа "Календарь" решает вопросы производственной мощности карьера, перспективного календарного планирования горных работ и позволяет:
    – установить оптимальное развитие горных работ в карьере по годам эксплуатации месторождения по принципу получения максимальной прибыли за весь период отработки месторождения;
    – определить оптимальное соотношение между вскрышными и добычными работами по периодам и годам разработки месторождения;
    – планировать построение горных работ на любой год отработки и дать предварительную экономическую оценку любого периода разработки месторождения или отдельно взятого года эксплуатации.
    Возможности программы "Диалог" заключаются в полуавтоматизированном наборе плана горных работ на любой оперативный срок (декада, месяц, квартал, год), опираясь на оптимальный перспективный план, построенный по программе "Календарь", а также в оперативном внесении изменений и корректировки ранее сформированного плана горных работ при изменении технических, технологических или плановых условий разработки месторождения.
    На уровне подсистем "Рабочая зона" и "Рабочий уступ " были созданы такие технологические процессы, как интенсифицированное бурение скважин с применением станков производительностью до 60 – 65 тыс. м/год, подготовка легко- и средневзрываемых пород с использованием простейших бестротиловых ВВ типа гранулитов, игданита.
    2. Повышена эффективность работы действующих транспортных систем, доля которых в себестоимости 1 м³ горной массы составляет более 70 %. Значительное сокращение расстояния перемещения горной массы автосамосвалами достигнуто благодаря использованию комбинированных видов транспорта, в частности, циклично-поточной технологии (ЦПТ), который создан на карьере Мурунтау для транспортирования скальных раздробленных взрывом вскрышных пород и состоит из цикличного (экскаваторы и автосамосвалы) и поточного (две конвейерные линии, каждая из которых включает 4 конвейера шириной 2 м и отвалообразователь) звеньев. Стыковка цикличного и поточного звеньев осуществляется при помощи 4 дробильно-перегрузочных пунктов, размещенных на концентрационных горизонтах (через 30 м по глубине карьера).
    Среди основных технических направлений совершенствования перемещения горной массы в карьере можно выделить следующие:
    – оптимизация структуры экскаваторно-автомобильного комплекса;
    – создание рациональной схемы внутрикарьерных транспортных коммуникаций, позволяющей перемещать горную массу кратчайшим путем;
    – повышение производительности конвейерных линий не только за счет увеличения числа перегрузочных пунктов, но и в результате согласования работы цикличного и поточного звеньев транспортной системы при создании аккумулирующих емкостей на перегрузочных пунктах;
    – расширение области применения поточного транспорта путем сооружения горизонтальных, слабонаклонных и крутонаклонных конвейерных линий с размещением перегрузочных пунктов в зонах интенсивного ведения горных работ;
    – использование гравитационного механизма перемещения горной массы до ленточных конвейеров;
    – повышение эффективности работы циклично-поточной технологии за счет совмещения породного и рудного грузопотоков, отсыпки пионерной дамбы консольным отвалообразователем, отсыпки одноярусных отвалов, не ограниченных по высоте, управления сдвижением пород, веерными передвижками отвальных конвейеров;
    – использование грохотильных и дробильных перегрузочных пунктов.
    Таким образом, согласование работы цикличного и поточного звеньев, а также расширение сферы влияния циклично-поточной технологии позволили существенно увеличить производительность и повысить эффективность функционирования сложной транспортной системы карьера.
    3. Введение в рабочую зону карьера таких сложных инженерных сооружений, как дробильно-грохотильные и дробильно-перегрузочные пункты, сортировочные узлы, обусловило особые требования к безопасному производству взрывных работ в сейсмоактивных зонах. При этом чрезвычайно важны анализ и построение общих сейсмологических моделей производства промышленных массовых взрывов, критериев их оценки и методов управления энергией взрыва, соответствующих каждому иерархическому уровню.
    Эффективность управления энергией взрыва достигается за счет изменения энергетических характеристик ВВ, конструкции зарядов, глубины заложения зарядов, точки иницирования, многорядного короткозамедленного взрывания, соотношений дробящего и сейсмического действия взрыва.
    Для области ближней сейсмики – за счет экранирования энергии волн, направленности потока сейсмической энергии, сейсмо-анизотропии пород.
    Для областей промышленной застройки – за счет оптимизации зон застройки, локализации зон повышенной опасности, изменения диаграммы направленности сейсмического потока.
    Для областей дальней сейсмики – за счет осушения оснований сооружений, локального укрепления отдельных конструкций, снижения этажности застройки.
    4. Повышены требования к рациональному использованию природных ресурсов недр за счет снижения потерь и разубоживания. Существенное влияние на эти параметры оказывает технология производства взрывных работ. На Мурунтау применяются эффективные технологии взрывания рудных уступов с максимальным сохранением геологической структуры массива. Эффект достигается при взрывании не менее шести-семи рядов скважин глубиной 12 – 17 м, располагающихся по сетке 8 х 8 м. Перед взрыванием уступа сохраняется "подушка" мощностью 10 – 15 м из горной массы от предыдущего взрыва.
    В целях рационального использования недр создана компьютерная система, обеспечивающая автоматизированную технологическую подготовку горного производства. В отличие от других подобных систем она содержит в себе процедуру перспективного проектирования, позволяющую оптимизировать обобщенный план-график развития карьера. В системе использованы высокоэффективные алгоритмы интерполяции геохимических полей, что позволяет существенно снизить ошибки оконтуривания промышленных руд, их потери и разубоживание.
    5. Увеличение глубины горных работ карьера также предопределяет ряд дополнительных требований к производству взрывных работ. Условия сокращения рабочих площадок потребовали:
    – пересмотра устоявшихся приемов и параметров взрывных работ, в том числе увеличение диаметра взрывных скважин, общей массы зарядов ВВ, масштаба взрыва, сохранение соответствия высоты взрываемого уступа высоте разрабатываемого уступа и, в свою очередь, высоте черпания экскаватора;
    – увеличения высоты взрывных уступов с 10 – 15 м до 30 м и более, что позволяет повысить ширину рабочих площадок, использовать многорядное короткозамедленное взрывание при сохранении геологической структуры взрываемого массива.
    Новые требования к ведению взрывных работ диктовались прежде всего тем, что при высочайшей концентрации производства карьера Мурунтау (30 – 40 млн. м³/год) несоответствие сравнительно низкой производительности забойных комплексов погрузочно-транспортного оборудования высокой производственной мощности карьера отрицательно влияет на эффективность открытых работ в целом. При многозабойной организации работ увеличение производительности вновь вводимого горнотранспортного оборудования происходит непропорционально их функциональным возможностям. Это резко снижало экономическую эффективность самого технического перевооружения.
    6. Серьезной проблемой разработки карьера Мурунтау являлось поддержание устойчивости его бортов. На основании многочисленных научно-исследовательских работ определены предельные значения углов откосов уступов и бортов карьера. Разработана и внедрена технология экранирования приконтурной зоны от массовых взрывов в карьере. Определены параметры экранирующей щели на высоту уступов 15, 30 и 45 м. Создан специальный буровой станок, позволяющий бурить скважины на глубину от 40 до 60 м под углами 45, 55, 65, 70 и 75о, диаметром 190, 215 и 245 мм. Взрывание скважин экранной щели осуществляется шланговыми ВВ, а экскавация в приконтурной зоне – с применением экскаваторов с удлиненными рабочими органами. Перечисленные инновационные технические решения, не имеющие аналогов в мире, позволили на протяжении многих лет стабильно наращивать производство золота.
    Наиболее значительные результаты достигнуты после обретения независимости Республикой Узбекистан. Это стало возможным благодаря реализации правительственной программы поддержки приоритетных отраслей народного хозяйства республики, в том числе горнодобывающей промышленности. Золотодобывающие предприятия Навоийского ГМК были оснащены современным высокопроизводительным горнотранспортным оборудованием. Были внедрены и получили развитие компьютерные технологии автоматизированного управления практически всеми значимыми технологическими звеньями такого сложного природно-техногенного объекта, как "карьер-завод".
    Внедрение новейших технологий существенно повысило научно-технический потенциал золотоизвлекательного комплекса Мурунтау. Сегодня перспективы его стабильного функционирования оцениваются минимум тремя десятилетиями.
    В настоящее время разработана и внедряется в производство принципиально новая компьютерная технология построения математической модели запасов сложноструктурного месторождения. Технология использует методы интерполяции вероятностных содержаний полезного компонента, а не их величины, как это обычно принято в компьютерных программах. Использование этого пакета программ для месторождения Мурунтау позволило в 2 – 2,5 раза снизить систематическую погрешность оценки запасов, характерную для традиционных способов подсчета запасов.
    Созданы компьютерные технологии построения на базе модели запасов оптимальной финальной формы карьера и графика его развития, где в качестве критерия оптимизации использованы показатели максимальной прибыли с учетом принципа дисконтирования и ограничительных факторов по скорости углубки карьеров. Например, для карьера Мурунтау объем оптимальной финальной формы карьера IV очереди снизился практически в два раза при тех же извлекаемых запасах. Из контуров карьера исключены нерентабельные запасы. График-календарь развития карьера, построенный с использованием компьютерной технологии, позволил снизить объем горной массы в карьере IV очереди с 45 – 48 до 35 – 37 млн. м³. Разработанная технология позволяет определять динамику развития карьера при различных ценах на золото, различной производительности карьера по руде и металлу и разной себестоимости выпуска готовой продукции. Варьируя этими показателями, можно получить "стабильные зоны" (участки), на которых размещаются транспортные коммуникации, и избежать непроизводительных затрат при производстве ставших нерентабельными горных работ.
    Разработана и внедрена в промышленную эксплуатацию автоматизированная система управления автотранспортом карьера. Система функционирует на базе космической навигационной технологии GPS, обеспечивая возможность определить в реальном времени положение каждого автосамосвала, контролировать его движение по заданным маршрутам и, при необходимости, переадресовывать – например, в случае выхода из строя какого-либо экскаватора или пункта разгрузки. Эта система позволяет значительно (на 8 – 10 %) уменьшить время простоя транспортных и погрузочных средств, существенно повысить производительность автомобильно-экскаваторного комплекса в целом, при этом она намного дешевле и эффективнее зарубежных аналогов.
    Разработан и внедрен в эксплуатацию комплекс автоматизированных систем проектирования и управления работами по обеспечению качества добываемых руд, минимизации их потерь и разубоживания. В этот комплекс входят системы геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ (АС "Руда"), автоматизированного проектирования горного производства, автоматизированного управления качеством рудопотока. Указанные системы позволяют на различных этапах оптимизировать оконтуривание и оценку качества кондиционных руд, определить оперативный план их добычи, контролировать соблюдение выемочных контуров руд при их селективной добыче.
    Разработана новейшая технология предварительного обогащения золотосульфидных и золотокварцевых руд путем внедрения ядерно-физических методов крупнопорционной (посамосвальной) сортировки, мелкопорционной (несколько килограммов) и покусковой сепарации. Патентодержателем этой технологии является Integra Group Ltd (США). Эффективность внедрения этой технологии трудно переоценить. Достаточно сказать, что в зависимости от исходного содержания золота в руде возможно выделение от 30 до 80 % пустой породы в отвальные хвосты. При этом содержание золота в обогащенном продукте увеличивается в 1,4 – 1,7 раза. Значительно увеличивается минерально-сырьевая база предприятия за счет вовлечения в рентабельную переработку низкосортных руд.
    Одновременно с внедрением в производство технологических схем обогащения золотосульфидных руд, в НГМК осуществляется комплекс научно-исследовательских работ по обогащению технологического типа руд со "свободным" золотом. Примеры рудосортировки по косвенным признакам таких руд в мире неизвестны. Нам на стадии лабораторных исследований данную проблему удалось решить положительно.
    В настоящее время горные работы в Мурунтау ведутся на глубине 400 м, а в перспективе глубина может достигнуть 1000 м. При этом борта карьера становятся ответственными инженерными сооружениями, и важнейшей задачей является обеспечение их устойчивости, при минимальных объемах вскрышных работ. Решение данной проблемы идет по следующим взаимосвязанным направлениям:
    – разработка и внедрение методов и средств контроля за состоянием устойчивости карьерных откосов;
    – определение рациональных параметров уступов, бортов и отвалов на основе инженерно-геологического изучения прибортового и отвального массива;
    – разработка решений по технологии формирования отвалов, уступов и бортов в конечном контуре.
    На предприятии создана и успешно функционирует геомеханическая служба, основными задачами которой являются:
    – систематические наблюдения за состоянием устойчивости бортов, уступов и отвалов;
    – регистрация всех деформаций на отвалах и в карьере, изучение структурных особенностей горных пород, тектоники и трещиноватости;
    – определение физико-механических свойств горных пород;
    – оценка влияния природных и технических факторов на устойчивость откосов;
    – расчет устойчивости бортов, уступов и отвалов.
    Традиционные методы контроля устойчивости карьерных откосов, основанные только на маркшейдерских наблюдениях, характеризуются большой трудоемкостью и не позволяют зарегистрировать начальную стадию развития деформационного процесса. Для решения этой проблемы в последнее время достаточно успешно используются различные геофизические методы. Они обладают такими преимуществами, как неограниченная глубина контроля, возможность проведения непрерывных наблюдений, большая производительность и высокая чувствительность к структурным изменениям в массиве, когда еще нет визуально заметных деформаций. Применяются вертикальное электрическое зондирование, регистрация сейсмоколебаний породного массива, регистрация естественной электромагнитной эмиссии.
    Проведенные испытания комплекса геофизических методов показали их достаточную надежность и эффективность для горнотехнических условий карьера Мурунтау. Данные методы являются основой для создания единой системы оперативного и надежного контроля устойчивости уступов и бортов по всему его периметру и на весь срок эксплуатации. Для решения перечисленных задач специалистами ВНИПИПТ (г. Москва), ИППЭ НАН Украины (г. Днепропетровск) и Навоийского ГМК совместно разработаны компьютерные программы.
    Для разработки технических решений по технологии формирования отвалов, уступов и бортов в конечном контуре специалистами Навоийского ГМК совместно с ВНИПИПТ и рядом научно-исследовательских институтов Узбекистана создана и внедрена комплексная методика, включающая способы выявления неустойчивых участков карьерных откосов, склонных к деформациям, оригинальные способы расчета оптимальных параметров уступов, бортов и укрепительных конструкций. Экспериментальные исследования, выполненные на основе данной методики, открывают возможность отстройки устойчивых бортов высотой до 1000 м с рациональным выпуклым профилем, обеспечивая при этом безопасные условия отработки месторождения в долговременной перспективе. Результаты данных исследований легли в основу ТЭО строительства карьера IV очереди с глубиной 700 м.
    Учитывая важность обеспечения устойчивости такого сложного инженерного сооружения, как карьер Мурунтау, намечена программа работ, которая включает следующие направления:
    – геомеханический анализ напряженно-деформированного состояния прибортового массива и оценка его влияния на долговременную устойчивость бортов и уступов карьера;
    – проведение геофизических наблюдений с целью получения информации об изменении напряженно-деформированного состояния прибортового массива;
    – переход от традиционных инструментальных маркшейдерских наблюдений к созданию постоянно действующей системы на основе спутниковых навигационных систем, позволяющей оперативно получать информацию о начале деформационных процессов;
    – совершенствование существующего программного обеспечения и построение математической модели напряженно-деформированного состояния массива.
    В заключение необходимо отметить, что стратегической целью углубления наукоемкости всего технологического уклада Мурунтау является поддержание высокой конкурентоспособности золотодобычи на дальнюю перспективу. В условиях социальной стабильности и постепенного, созидательного развития рыночных отношений в Республике Узбекистан Навоийский горно-металлургический комбинат уверенно вступает в XXI век.