Государственное учреждение Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук

Моделирование объектов горной технологии на Кировском руднике ОАО «Апатит»


Комплект измерительной аппаратуры и испытательный полигон


Комплект измерительной аппаратуры и испытательный полигон


Комплект измерительной аппаратуры и испытательный полигон





Опытно-промышленная обогатительная установка

Горный институт Кольского научного центра РАН является единственным исследовательским институтом горного профиля на Северо-Западе России,

он вносит существенный вклад в развитие всех добывающих предприятий российской части Европейского Севера.

Институт выполняет фундаментальные и прикладные исследования для обеспечения рационального и комплексного освоения минеральных ресурсов и стратегического использования подземного пространства с учетом сохранения природной среды.

Образован в 1961 году. Директорами института на начальном этапе были доктора технических наук Н. А. Воронков и М. Д. Фугзан. С 1962 по 1980 годы институт возглавлял член-корреспондент АН СССР И. А. Турчанинов. С 1980 года директором института является академик Н. Н. Мельников.

В структуре института 11 научных подразделений, в штате – 223 сотрудника, в том числе 17 докторов наук, 26 кандидатов наук. Государственными премиями и премиями Правительства отмечены 16 сотрудников, почетными званиями заслуженных деятелей науки, заслуженных изобретателей, строителей, химиков – четверо.

Институт занимает передовые позиции в ряде приоритетных фундаментальных направлений горных наук, таких как:

г использование подземного пространства для экологически безопасного обращения с ядерными материалами, в том числе долгосрочного захоронения радиоактивных отходов;

г технологии подземного строительства специальных объектов государственного назначения;

г разработка рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях;

г геомеханическое обоснование и обеспечение безопасности ведения горных работ;

г создание автоматизированной системы контроля геодинамического режима и регистрации техногенных землетрясений и горных ударов;

г комплексная переработка минерального сырья;

г создание новых взрывчатых веществ (ВВ);

г восстановление техногенно-нарушенных земель;

г применение современных информационных и компьютерных технологий в горном деле;

г уникальнейшие исследования первых образцов грунта Луны и исследование горных и строительных работ во внеземных условиях.

По этим направлениям:

• Созданы научные основы выбора площадок, проектирования, строительства и оценки безопасности подземных могильников радиоактивных отходов (РАО) и подземных хранилищ отработанного ядерного топлива (ОЯТ) корабельных энергетических установок в геологических формациях кристаллических скальных пород.

• Разработаны концептуальные проекты могильника РАО и хранилища ОЯТ, безопасных для окружающей среды и населения, для конкретных условий Кольского полуострова с учетом образования и накопления РАО и ОЯТ до 2020 года.

• Создана система компьютерного моделирования объектов горной технологии, позволяющая на основе интерактивной работы с трехмерными горно-геологическими моделями месторождений реализовать комплексное решение геологических, маркшейдерских и технологических задач в едином информационном пространстве горного предприятия. Представление горного предприятия как развивающейся системы с возможностью моделирования этапов его развития позволяет повысить обоснованность принятия проектных и плановых решений по обеспечению долговременной устойчивости его работы.

• Разработано геомеханическое и технологическое обоснование увеличения углов наклона (крутизны) постоянных бортов карьеров путем применения на конечном контуре высоких уступов с субвертикальными откосами с учетом иерархично-блочного строения и гравитационно-тектонических полей напряжений массивов скальных пород, что позволяет повысить экономическую эффективность открытых горных работ. Разработаны Регламенты на перепроектирование конечных контуров карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», Ньоркпахкского карьера Восточного и карьера Центрального рудников ОАО «Апатит», которые приняты институтом Гипроруда к проектированию.

• Разработаны алгоритм и компьютерная экспертная система, реализующие новый методический подход к обоснованию параметров геотехнологии при системе разработки с подэтажным обрушением и интерактивное отображение процесса оптимизации.

• Разработана методология управления геодинамическими рисками при ведении горных работ в высоконапряженных массивах скальных пород, отличающаяся тем, что осуществляется прогноз и профилактика не отдельного динамического события, а кризисной области, опасной по динамическим явлениям типа горных ударов и техногенных землетрясений, что позволяет сделать более надежным геодинамический прогноз и повысить безопасность горных работ.

• В свете перспектив разработки нефтегазовых месторождений на шельфе Баренцева моря, в частности Штокмановского газоконденсатного месторождения, институт развивает исследования по обеспечению геодинамической безопасности добычи и транспортировки углеводородного сырья в Мурманской области.

• Создана автоматизированная компьютерная база инженерно-геологических и геомеханических данных по более чем 130 нефтегазовым месторождениям и перспективным структурам шельфа морей Баренц-региона.

• На основе разработанной геомеханической модели вовлекаемого в эксплуатацию шельфового нефтегазового месторождения, учитывающей пространственно-геометрические и силовые условия флюидонасыщенного тектонически блочного массива горных пород, установлены закономерности их напряженно-деформированного состояния, что позволяет прогнозировать развитие деформационных процессов и формирование геодинамического режима (на примере Штокмановского газоконденсатного месторождения).

• Разработан универсальный программный комплекс для автоматизированного проектирования и организации вентиляции рудников и прогноза состояния атмосферы карьеров при различных метеоситуациях, позволяющий рассчитывать варианты вентиляционных систем, производить выбор их оптимальных параметров и оценку безопасности воздушной среды в выработках, производить расчет схем естественной аэрации и параметров загрязнения атмосферы карьера в зависимости от орографии их расположения, текущих метеорологических и организационно-технических условий. Программный комплекс основан на представлении о необходимости более полного учета факторов, влияющих на аэрогазодинамические процессы и режимы функционирования вентиляционных систем, представляющих сложную, большой размерности гетерономную сеть с внутренними и внешними источниками подачи и распределения воздушных потоков и воздействием на их работу метеорологических и других факторов.

• Совместно с ОАО «Апатит» создан и оснащен современной аппаратурой подземный испытательный полигон федерального значения и разработан комплексный метод оценки энергетических характеристик и относительной взрывной эффективности современных промышленных ВВ, основанный на изучении в едином экспериментальном цикле их детонационных и газовых характеристик, оценки степени высвобождения потенциальной энергии в зоне реакции детонационной волны и передачи энергии взрыва в массив горных пород для обоснования области их рационального применения, что обеспечивает качественно новый уровень испытаний и аттестации современных взрывчатых материалов на безопасность, эффективность и экологическую чистоту.

• Разрабатываются научные принципы выбора реагентов с заданными свойствами для флотации несульфидных руд. Создан ряд новых реагентов-собирателей из класса бифункциональных соединений (алкил-(алкенил-дикарбоновые кислоты, амидные и эфирные монопроизводные дикарбоновых кислот), дано теоретическое обоснование их действия в сложных дисперсных минеральных системах. Внедрен способ флотации апатитовых руд в условиях водооборота, включающий использование реагента-регулятора типа Неонол, обеспечивающий повышение технико-экономических показателей и экологическую безопасность апатитового производства. Разработан способ флотации апатитовых руд при пониженной температуре пульпы (10 °С), основанный на совместном применении органического регулятора типа Неонол и оптимизированной по составу собирательной смеси жирнокислотных собирателей, позволяющий значительно сократить энергозатраты в производстве апатитового концентрата.

• Разработана и внедрена в промышленное производство технология обогащения тонкозернистого фосфорсодержащего сырья, обеспечивающая возможность дополнительного производства до 570 тысяч тонн апатитового концентрата в год с содержанием Р2О5 – 38,0 % из Ковдорского техногенного месторождения.

• На основе изучения физико-химических свойств сульфидных минералов, содержащих элементы платиновой группы, а также минералого-технологических свойств руд месторождения Федорова тундра Кольского полуострова разработан высокоэффективный способ обогащения с использованием оксиэтилированных алкилфенолов в качестве регулятора пенообразования, что позволило получить платино-палладиевый концентрат, содержащий Pt – 21,9 г/т, Pd – 106,7 г/т, а также Au – 7,04 г/т, Cu – 10,63 %, Ni – 5,40 % при пониженном содержании магния.

• Обоснован и экспериментально проверен способ диспергирования газовой фазы за счет энергии падающей струи жидкости, позволяющий регулировать дисперсность газовой фазы изменением напора жидкости. Способ и устройство для его реализации защищены патентом РФ и предлагается для приготовления и дозирования флотационных реагентов-собирателей гетерополярного строения в виде активированных газо-жидкостных смесей с целью интенсификации процесса флотационного разделения минералов. При использовании данного способа в технологиях переработки различного типа руд ускоряются адсорбционные процессы, за счет чего сокращается время флотации в 1,5–2 раза и уменьшается до 40 % расход собирателя. Внедрение этой технологии при флотационном выделении нефелинового концентрата позволило только за счет сокращения дозировок собирательной смеси получить экономический эффект свыше 12 миллионов рублей в год.

• Разработан высокоэффективный способ очистки сточных вод предприятий цветной металлургии, позволяющий не только снижать концентрацию цветных металлов, но и при необходимости извлекать их из стоков предприятия. В основу данного способа положено совмещение нескольких процессов, последовательное выполнение которых позволяет достигать извлечения ценных компонентов до 98%. Способ также защищен патентом РФ.

• Разработана и проверена в полупромышленных условиях эффективная экологически сбалансированная технология обогащения титансодержащих руд месторождения Юго-Восточная Гремяха, основанная на использовании предконцентрации для выделения крупнокусковых отвальных хвостов, последующего двухстадиального измельчения руды и получении соответственно путем магнитного и гравитационного разделения титаномагнетитового и ильменитового концентратов с последующей доводкой последнего электрической сепарацией или флотационной перечисткой.

• Выполнен комплекс минералого-технологических исследований хромовых руд месторождений Севера России – Сопчеозерского на Кольском полуострове и массива Рай-Из на Полярном Урале. На основе исследований разработана и доведена до промышленного применения эффективная гравитационная технология комплексной переработки хромовых руд массива Рай-Из, являющихся важнейшим источником сырья для получения хрома и феррохрома.

• Разработаны научные основы восстановления экосистемных функций территории горнопромышленного комплекса с целью сохранения устойчивого состояния биосферы. Методологический подход заключается в повышении биопродуктивного уровня территории за счет поддержания процессов самовосстановления нарушенных земель и создания почвенно-растительного покрова на техногенных ландшафтах.

• Разработана технология восстановления нарушенных земель без нанесения плодородного слоя посевом трав под полимерным покрытием, обеспечивающая оптимизацию биопродукционного процесса за счет подавления ветровой и водной эрозии, улучшения гидротермического режима и физико-механических свойств минерального субстрата, повышения его биохимической активности, уменьшения техногенной нагрузки. Установлено, что создание сеяного фитоценоза обеспечивает формирование гумусового статуса субстрата и быстрое накопление признаков зонального фитоценоза. Нарушенные земли с первого года вовлекаются в биологический круговорот элементов, который является главным механизмом самоорганизации природных ландшафтов и биосферы в целом.

• На основании опыта реализации технологии сформулирован принцип адаптивных технологий восстановления нарушенных земель в соответствии с эволюционно сложившейся программой образования почв на минеральных субстратах; разработана система поддержки принятия решений по выбору технологий в составе ГИС «Эковыбор». Технология получила высокую оценку, свидетельствующую о современном уровне исследований: Гран-при, 6 золотых и 4 серебряных медали по участию в международных выставках и салонах промышленной собственности.

• Разработаны и внедрены технологические решения сохранения техногенных месторождений и защиты природной среды при складировании отходов рудообогащения.

• С целью снижения техногенной нагрузки на природную среду разработан способ очистки сточных и технологических вод от нефтепродуктов и других органических загрязнений при их концентрировании в многофазной системе. Введение в рабочий объем потоков с заранее сформированными поверхностными свойствами фаз интенсифицирует процесс отделения загрязняющих веществ и обеспечивает получение нормативных показателей независимо от начального уровня загрязнения. Повышение эффективности процесса очистки обусловлено увеличением удельной сорбционной поверхности в результате использования активированных водных дисперсий воздуха и модифицированного вермикулитового сорбента Версойл. Кроме того, наблюдается значительное снижение содержания взвешенных веществ, катионов кальция, железа, меди.

Институт располагает уникальными геодинамическим и взрывным полигонами. С целью выбора и обоснования безопасных систем отработки месторождений создан Кольский геодинамический полигон, который позволяет исследовать долговременное поведение геологической среды при осуществлении крупномасштабных горных работ.

Для разработки новых способов проверки работоспособности используемых и создаваемых промышленных ВВ, их экологических характеристик и относительной взрывной эффективности создан первый в России подземный испытательный полигон федерального значения.

Институт располагает хорошей экспериментальной базой, одной из важнейших составляющих которой является уникальная опытно-промышленная обогатительная установка.

На установке проводились исследования

на обогатимость апатито-нефелиновых, медно-никелевых, кианитовых, хромовых, титансодержащих, редкоземельных и других руд, а также нерудных полезных ископаемых,

в частности слюд и пегматитов месторождений Мурманской области и других регионов страны.

Установка оснащена различным обогатительным оборудованием, в том числе и разработанным в институте, и способна перерабатывать пробы руды массой до 200 тонн единовременно при производительности до 1 тонны в час.

Институт имеет тесные связи с производством, это выражается в ежегодном заключении 50–60 хозяйственных договоров.

Институт поддерживает тесные связи со многими научными и учебными учреждениями России, а также международными организациями Норвегии, Швеции, Финляндии, Бельгии, Франции, Германии, Великобритании, США, Канады, Японии и др.

В институте работает диссертационный совет Д002.029.01, который принимает к защите диссертации по специальностям: «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)».

Институт имеет лицензию на ведение образовательной деятельности в сфере профессиональной подготовки кандидатов и докторов наук по специальностям: «Механика деформируемого твердого тела»; «Обогащение полезных ископаемых»; «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»; «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»; «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)».

Институт является инициатором и организатором создания базовых кафедр «Горное дело» в Апатитском филиале Мурманского государственного технического университета и «Горное дело и обогащение» в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета.

Институт продолжает активно работать над решением актуальных проблем, связанных с обеспечением страны стратегическими видами минерального сырья, с экологической безопасностью при обращении с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами, а также с совершенствованием техники и технологии горно-обогатительного производства.