Горный институт
Обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ГоИ КНЦ РАН)
Лукичёв Сергей Вячеславович
Директор ГоИ КНЦ РАН (обособленного подразделения) , д.т.н.
Опалев Александр Сергеевич
Ведущий научный сотрудник / Заместитель директора по научной работе , к.т.н.
Наговицын Олег Владимирович
Главный научный сотрудник / Заместитель директора по научной работе , д.т.н.
Горный институт КНЦ РАН выполняет фундаментальные и прикладные исследования, направленные на получение новых знаний в области горных наук - освоения и развития минерально-сырьевой базы России на основе комплексного интегрированного подхода к добыче, переработке рудного и техногенного сырья, модернизации оборудования и решению экологических проблем.
Является единственным академическим горным институтом на Северо-Западе России, которому принадлежит ведущая роль в научном сопровождении развития основных добывающих предприятий российской части Баренцрегиона.
Институт занимает лидирующие позиции в ряде приоритетных фундаментальных и прикладных направлений горных наук, таких как: разработка рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях; цифровые технологии инженерного обеспечения горных работ; геомеханическое обеспечение безопасности ведения горных работ; комплексная переработка минерального сырья; сохранение и разработка техногенных месторождений; мониторинг техногенного воздействия на природную среду; восстановление природных экосистем.
Развитие методологии рационального и экологически сбалансированного недропользования при освоении минерально-сырьевых ресурсов Северо-Запада Арктической Зоны Российской Федерации
Развитие научных основ обеспечения геомеханической безопасности природно-технических систем горнодобывающей отрасли.
Создание ресурсосберегающих технологий переработки природного и техногенного минерального сырья.
Разработка цифровых технологий и информационных систем для решения задач горно-обогатительного производства.
Важнейшие результаты деятельности за прошедший год
Моделирование горнотехнических систем
Сформулирована концепция цифровой трансформации горнодобывающих предприятий, включающая четыре этапа последовательного перехода от автоматизации решения отдельных задач горной технологии до формирования цифрового двойника горно-обогатительного предприятия. В основе концепции лежит способ формирования цифрового пространства, как виртуальной среды для моделирования реальных и проектируемых объектов, а также инструментов дистанционного и роботизированного управления технологическими комплексами.
В рамках развития ГГИС MINEFRAME разработан комплекс алгоритмов и программных средств анализа и учёта особенностей вмещающего массива горных пород при размещении в нём объектов подземной геотехнологии, предназначенный для автоматизированного принятия технологических решений в инструментах проектирования и планирования подземных горных работ. Алгоритмы комплекса основаны на анализе взаимного пространственного расположения и свойств моделей объектов горной технологии, а также их взаимного влияния друг на друга.
Геотехнология
Предложен метод инвестиционной оценки освоения месторождений, основанный на компьютерном моделировании горно-геологических условий разработки и комплексном учете климатических, экологических и инфраструктурных факторов. Метод базируется на автоматизированных многовариантных расчетах с параметрическим и сценарным моделированием, что позволяет минимизировать влияние факторов неопределенности и повысить оперативность оценки инвестиционной привлекательности перспективных рудных месторождений.
На основе компьютерного моделирования схемы вскрытия и технологии отработки запасов рудопроявления Вуоннемиок определены границы возможной зоны обрушения при ведении подземных горных работ, необходимые при формировании внешних отвалов Ньоркпахского карьера и объектов инфраструктуры на поверхности.
Геомеханика
Созданы методологические основы многофакторной оценки устойчивости гидротехнических сооружений горнодобывающих предприятий. Оценка основана на комплексировании результатов компьютерного моделирования фильтрационно-деформационных процессов и инструментальных методов наблюдений за сооружениями: дистанционный, воздушный, наземный и подповерхностный. Методология апробирована на горнодобывающих предприятиях Кольского полуострова и может быть применена в других горнодобывающих регионах РФ.
На основе ретроспективного анализа данных о проявлении геодинамических явлений на удароопасных месторождениях Хибинского массива выявлен комплекс факторов, влияющих на изменение сейсмического режима и локализацию опасных зон в сложных горно-технических системах. Разработана структурная схема и проведено ранжирование факторов с учетом времени воздействия на массив горных пород.
На основе многостадийной модели разрушения твердых тел и модифицированного концентрационного критерия предложен методический подход к выявлению особенностей сейсмического процесса при интенсивном ведении горных работ в условиях удароопасного месторождения. Отличительной особенностью предложенного подхода является учет фактора времени при выявлении кластеров сейсмических событий, что позволяет детально исследовать пространственно-временные параметры сейсмичности и определять особенности взаимодействия событий различного масштабного уровня.
Разработана методика определения склонности скальных горных пород к разрушению в динамической форме, основанная на анализе закономерностей деформирования образцов скальных пород при одноосном сжатии до предела прочности и сопоставлении величин их накопленной фактической и расчетной идеально упругой энергии деформирования.
Разработана комплексная реляционная база геомеханических и геодинамических данных (БД), включающая физико-механические свойства горных пород, результаты измерений напряжений insitu, информацию о горных ударах и других динамических проявлениях горного давления.Структура БД обеспечивает корректность доступа, комбинированную выборку, переработку и анализ данных. Использование БД позволяет оперативно формировать блок геомеханических данных на различных масштабных уровнях (от региона, рудника и месторождения до горизонта, участка, выработки, скважины), а также визуализировать и использовать данные для прогноза, локализации и нейтрализации опасных зон в геологической среде горнотехнических систем.
На основе данных измерения напряженно-деформированного состояния массива получены детальные параметры техногенного поля напряжений месторождения Плато Расвумчорр. Выявленные параметры поля напряжений необходимы для геомеханических прогнозных расчетов при выемке прибортовых и подкарьерных запасов в высотных отметках +700м ÷ +250м, протяженностью более трех километров.Для экспертных систем прогнозной оценки НДС при размерности моделей более 15 млн. конечных элементов разработаны алгоритмы расчета тензора напряжений с использованием технологий параллельных вычислений.
Выявлены закономерности развития процесса деформирования и разрушения прибортового массива скальных пород. Установлено критическое значение скорости смещения участка борта, при котором происходит потеря его устойчивости, что является основой для определения потенциально неустойчивых участков массива.На примере карьера рудника «Железный» АО «Ковдорский ГОК» показано, что скорость деформирования больше 2 мм/ч является критической для реализации обрушения. Выявленные закономерности процесса деформирования и разрушения прибортового массива скальных пород могут быть использованы на других рудных карьерах после адаптации к условиям конкретного месторождения.
Разработана трехмерная модификация контактного элемента на базе программного комплекса SigmaGT, позволяющая учитывать тангенциальную и нормальную жесткость на контакте моделируемых естественных и техногенных структурных неоднородностей. Реализована возможность сохранения структурированной сетки конечных элементов при интеграции в модель трехмерных контакт-элементов, что является необходимым условием внедрения прогностических моделей напряженно-деформированного состояния на горных предприятиях.
Разрушение горных пород
На основе экспериментальных данных произведено ранжирование зон карьера "Железный" АО "Ковдорский ГОК" по степени реакции массива горных пород на взрывные воздействия. Установлено, что наибольший размер области наведенной трещиноватости в массиве наблюдается в средней по высоте зоне карьера, что связано с двойным воздействием взрывов, производимых как на верхних, так и на нижних горизонтах карьера. Показана возможность минимизации взрывного воздействия за счет подбора оптимальных параметров буровзрывных работ и схем взрывания. Для каждой из выделенных зон получены эмпирические зависимости по оценке зон проявления наведенной трещиноватости.
Рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
Для оценки загрязнения атмосферы карьера рудника "Железный" Ковдорского ГОКа в условиях инверсионного состояния и штиля разработана объёмная газодинамическая модель, позволяющая проследить динамику образования зон концентрации вредных газов с превышением ПДК до времени полной загазованности карьера и выноса вредных примесей после завершения штилевого состояния.
Обогащение полезных ископаемых
Разработан метод оценки эффективности рудоподготовки в технологии стадиального получения высококачественного железорудного концентрата из руд различных месторождений. Показано, что выбор параметров тонкого грохочения влияет на эффективность последующего магнитно-гравитационного разделения подрешетного продукта. Установлено, что получение высококачественного концентрата при оптимальном размере ячейки грохота позволяет максимально снизить потери полезного компонента.
Разработана технология обогащения тонко вкрапленных железосодержащих скарновых руд, базирующаяся на реализации принципа стадиального вывода готового концентрата. На примере АО «ССГПО» разработан технологический регламент на производство железорудного концентрата для модернизации существующих мощностей комбината. Внедрение новой технологии обогащения магнетитовых руд позволит повысить качество концентрата до 67-68% железа общего и снизить себестоимость его производства на 15-20%.
Разработана комбинированная технология обогащения складированных хвостов железных руд, учитывающая особенности их вещественного состава. Технология реализована в проектно-технической документации на строительство обогатительного комплекса на АО «Олкон» с переработкой до 1 млн. тонн хвостов в год.
Разработаны новые бифункциональные реагенты-собиратели из класса азотсодержащих монопроизводных алкенилянтарной кислоты, использование которых в составе собирательной смеси при флотации труднообогатимой сульфидной медно-никелевой руды обеспечивает повышение содержания никеля в концентрате на 0,2-0,7%, прирост извлечения цветных металлов на 1,4-3,7% в готовый медно-никелевый концентрат и снижение содержания никеля в хвостах флотации.
Усовершенствован реагентный режим апатитовой флотации труднообогатимых гипергенно измененных апатит-нефелиновых руд, заключающийся в использовании композиционного собирателя, состоящего из двухкомпонентной смеси селективных реагентов и собирательной смеси КФ АО «Апатит».При моделировании условий непрерывного процесса флотации на обогатительных фабриках КФ АО «Апатит» применение композиционного собирателя при невысоком его расходе обеспечивает получение кондиционных апатитовых концентратов при существенном повышении извлечения фторапатита по сравнению с используемой собирательной смесью.
Разработана двухбарабанная конструкция магнитного сепаратора, включающая две стадии сепарации кускового материала, каждой из которых соответствует свой режим разделения, позволяющий выводить после первой стадии сепарации сильно магнитные куски, а на второй –доизвлекать кондиционные куски с меньшими магнитными свойствами. Схема, испытанная на руде Оленегорского ГОКа, обеспечивает повышение содержания железа в магнитной фракции в 1.4 раза.
Разработана имитационная модель межцикловой флотации тонковкрапленных медно-никелевых руд, учитывающая распределение продуктов измельчения по крупности и содержанию полезного компонента и прогнозирующая технологические показатели флотации с погрешностью не более 5%.
Горная экология
В развитие методологии комплексного мониторинга восстановления природных экосистем, нарушенных при освоении георесурсов, определена продуктивность фотосинтеза, свидетельствующая о восстановлении экологических функций территории. Разработан методический подход к корректировке спутниковых данных, позволяющий уменьшить погрешность определения вегетационного индекса и увеличить информационную составляющую спутниковых данных для оценки динамики восстановления природных экосистем.
Обоснована перспективность применения отходов переработки руд для кондиционирования сточных вод горнодобывающих предприятий. На примере разрабатываемых месторождений Кольского горнопромышленного комплекса теоретически и экспериментально исследованы взаимодействия в системах минерал-вода и минерал-вода-минерал. Показано, что с учетом кинетики агрегации частиц минералов в качестве технологического решения целесообразна фильтрация сточных вод с использованием тонкодисперсных отходов переработки железных и нефелинсодержащих руд.
