Глобальная конкуренция за стратегические минеральные ресурсы обостряется, а обеспечение ресурсной безопасности имеет решающее значение для национальной экономики и благосостояния народа. Западные высокогорные и холодные регионы Китая богаты минеральными ресурсами и являются ключевым ресурсным тылом для обеспечения безопасности цепочек поставок и промышленности страны. Однако из-за большой высоты, низких температур и хрупкой экологической несущей способности горнодобывающие предприятия в этих регионах долгое время сталкивались с такими отраслевыми проблемами, как низкая эффективность работы людей и техники, значительный экологический ущерб, а также высокое энергопотребление и эксплуатационные расходы. Как добиться низкоуглеродной, эффективной и экономичной добычи полезных ископаемых в этом регионе — это крупная техническая задача, которую отрасли необходимо срочно решить.

Недавно проектная группа Чаншаского института цветной металлургии и проектирования (далее «Чаншаский институт цветной металлургии»), входящего в состав Инжиниринговой корпорации «Чжунлюй Гоцзи», добилась значительного прорыва в этой области, впервые применив ряд ключевых технологий, таких как нисходящий самоходный ленточный конвейер с рекуперацией энергии. Были решены такие сложные задачи, как динамическая точная оптимизация границ карьера в условиях экстремального холода, экономически эффективное и интеллектуальное размещение транспортных трасс, а также эффективная рекуперация энергии при транспортировке материалов на большие расстояния и в больших объёмах. Соответствующие результаты были успешно внедрены на предприятии «Тибет Цзюлун Тунъе» (Tibet Julong Copper Co., Ltd.), что позволило получить впечатляющие показатели.

Точное профилирование и динамическое регулирование: «каждая руда на своём месте»

Точное определение границ открытых горных работ и рациональное планирование транспортных трасс являются ключевыми звеньями экономической оценки разработки месторождений и эффективности транспортировки. Традиционные статические методы определения границ страдают от отсутствия динамики ценовых и стоимостных параметров, искажения временной стоимости, недостаточной экономической эффективности размещения транспортных трасс, что может привести к потере минеральных ресурсов.

Столкнувшись с этой проблемой, проектная группа Чаншаского института цветной металлургии сосредоточилась на динамическом балансе экономических параметров и временной стоимости. Команда разработала новый метод многокомпонентной динамической комбинированной оптимизации, который позволяет динамически регулировать экономические параметры цен и затрат на границы карьера, а также точно учитывать временную стоимость. Этот метод позволяет динамически корректировать определение границ карьера и размещение транспортных трасс в зависимости от колебаний рыночных цен и изменений затрат на добычу, решая «застарелую» проблему динамического управления ресурсами и их эффективного использования. Благодаря интеллектуальным алгоритмам достигается экономически эффективное и интеллектуальное размещение транспортных трасс, что позволяет руднику сохранять оптимальное экономическое состояние на протяжении всего срока службы, который может длиться десятилетиями. Ранее считавшиеся некондиционными запасы с размытыми границами содержания полезного компонента превращаются в извлекаемые запасы, что действительно позволяет «собрать каждую крупицу руды».

Адаптация и модернизация оборудования: решение проблемы «высотной болезни» в условиях высокогорья

Содержание кислорода в шахте на высоте 5000 метров составляет всего 60% от равнинного, и люди, и оборудование страдают от серьёзной высотной реакции. Мощность крупного горнодобывающего оборудования падает, частота отказов растёт, а коэффициент готовности и эффективность работы значительно снижаются.

Основываясь на традиционном опыте, проектная группа Чаншаского института цветной металлургии построила многопараметрическую модель коррекции производительности для учёта снижения эффективности парка оборудования. Эта модель в полной мере учитывает влияние таких множественных факторов, как высота, температура, состояние дорог, периодичность технического обслуживания, на эффективность горнодобывающего оборудования. На её основе было разработано программное обеспечение для интеллектуального выбора типов оборудования для крупнейших карьеров в условиях экстремального холода, позволяющее моделировать фактическую производительность различных комбинаций оборудования в конкретных суровых условиях, тем самым обеспечивая точное соответствие оборудования. После внедрения эффективность работы крупного горнодобывающего оборудования значительно повысилась: коэффициент готовности вырос на 2–3 процентных пункта, а коэффициент использования времени — на 1–3 процентных пункта. Это не только обеспечило годовой объём вскрышных и добычных работ, но и значительно снизило непроизводительный расход топлива и износ оборудования.

Оригинальная «зелёная» технология транспортировки: потенциальная энергия превращается в электричество, опровергая принцип «транспортировка требует энергии»

Если выбор оборудования решает проблему эффективности «в точке», то транспортировка материалов на большие расстояния является проблемой «на линии», сдерживающей общую эффективность рудника. Высокогорные рудники часто расположены в глубоких долинах с высокими горами, где расстояния транспортировки руды и пустой породы велики, а перепады высот значительны. Традиционный автомобильный транспорт отличается высокими затратами, большим энергопотреблением и серьёзным загрязнением.

Столкнувшись с этой проблемой, проектная группа Чаншаского института цветной металлургии впервые разработала технологию нисходящего самоходного ленточного конвейера с рекуперацией энергии для крупнейших карьеров в условиях экстремального холода с большой пропускной способностью и на большие расстояния. На предприятии «Тибет Цзюлун Тунъе» была построена первая в мире система нисходящего самоходного ленточного конвейера с рекуперацией энергии, обладающая самой большой высотой, мощностью и пропускной способностью, а также самой высокой скоростью и прочностью ленты. Эта система использует огромную гравитационную потенциальную энергию материалов, движущихся сверху вниз, для выработки электроэнергии, превращая сопротивление в движущую силу. По подсчётам, при полной загрузке годовая выработка электроэнергии этой системой может достигать 54,45 млн кВт·ч, что эквивалентно сокращению выбросов углекислого газа на 56 752 тонны в год. Эта технология опровергает традиционное представление о том, что «транспортировка требует энергии», и обеспечивает идеальное сочетание транспортировки материалов на большие расстояния и в больших объёмах с эффективной рекуперацией энергии в условиях экстремального холода.

Интеллектуальное пространственно-временное складирование вскрыши: комплексное планирование и диспетчеризация для создания модели складирования с низким экологическим воздействием

В условиях поэтапной отработки и наличия нескольких отвалов транспортные маршруты пустой породы усложняются. Традиционное экстенсивное планирование маршрутов складирования страдает от высоких затрат, низкой оборачиваемости и низкой точности диспетчеризации.

Для решения этой проблемы проектная группа Чаншаского института цветной металлургии разработала технологию крупномасштабного складирования вскрыши с пространственно-временной координацией для крупнейших карьеров, создала сетевую модель транспортной системы и вспомогательную систему принятия решений по диспетчеризации. Это позволяет осуществлять перспективное планирование и динамическую координацию нескольких отвалов во времени и пространстве. Транспортные средства больше не совершают простые рейсы «из точки А в точку Б», а интеллектуально планируют оптимальные маршруты в зависимости от текущей дорожной обстановки, ёмкости отвала и требований к уплотнению, обеспечивая эффективную транспортную координацию оборудования и низкоуглеродное экономичное складирование, что значительно снижает энергопотребление и выбросы при транспортировке пустой породы.

Всестороннее высвобождение многомерных выгод: тройной выигрыш в ресурсах, экономике и экологии

После успешного внедрения соответствующих результатов на предприятии «Тибет Цзюлун Тунъе» были получены впечатляющие показатели:

В области ресурсного обеспечения: увеличение извлекаемых запасов руды на 57,66 млн тонн и содержания меди на 253 700 тонн, что значительно продлевает срок службы рудника и повышает способность страны к самообеспечению стратегическими минеральными ресурсами.

В области экономической эффективности: прямая экономия значительных инвестиций, снижение годовых производственных затрат более чем на 100 миллионов юаней.

В области экологической и социальной эффективности: установление отраслевого эталона низкоуглеродной, эффективной и экономичной разработки крупнейших карьеров в условиях экстремального холода.

Эти технологические достижения обеспечивают ценную техническую поддержку и инженерную демонстрацию для «зелёного», низкоуглеродного, экономически эффективного и ресурсосберегающего освоения крупнейших карьеров в высокогорных холодных регионах, способствуя научно-техническому прогрессу в горнодобывающей промышленности в условиях экстремального холода и повышая технический уровень добычи стратегических минеральных ресурсов Китая и способность их обеспечения.

От «донорства» к «самообеспечению»: изменение парадигмы освоения рудников в условиях холода

Прорыв в ключевых технологиях низкоуглеродной и эффективной разработки крупнейших карьеров в условиях экстремального холода имеет значение, выходящее далеко за пределы отдельного рудника. Западные высокогорные и холодные регионы Китая богаты минеральными ресурсами, но долгое время из-за технических ограничений разработка характеризовалась низкой эффективностью, высокими затратами и значительным экологическим воздействием. Серия инновационных достижений проектной группы Чаншаского института цветной металлургии сформировала полную интегрированную технологическую систему, предоставив воспроизводимую и масштабируемую технологическую парадигму для крупномасштабного освоения ресурсов в этом регионе.

Технология нисходящего самоходного ленточного конвейера с рекуперацией энергии не только решила проблему энергопотребления при транспортировке на большие расстояния в холодных горных районах, но и совершила качественный скачок от «потребления энергии» к «производству энергии». Программное обеспечение для интеллектуального выбора типов оборудования предоставило научную основу для комплектации оборудования на высокогорных рудниках, устранив проблему «высотной болезни» в её источнике. Технологии динамической оптимизации границ карьера и пространственно-временного складирования вскрыши вывели экономическую и экологическую эффективность рудника на новый уровень баланса.

Заглядывая в будущее, Чаншаский институт цветной металлургии будет фокусироваться на «зелёном», интеллектуальном и высококлассном развитии цветной металлургии, углублять синергетические инновации в рамках цепочки «образование-наука-производство-применение» и стремиться к получению большего количества оригинальных и прорывных результатов, имеющих значительное влияние. По мере дальнейшего продвижения и применения этой технологии способность Китая к самостоятельному обеспечению стратегическими минеральными ресурсами в высокогорных и холодных регионах будет всесторонне повышена.