На месторождениях «Росатома» внедряют «Умный полигон»

На Хохловском месторождении компании «Далур» установили систему «Умный полигон СПВ». Это программный комплекс, задача которого — повысить управляемость и экономичность добычи. Его разработали для «Хиагды» и опробовали на месторождениях Хиагдинского рудного поля. На «Далуре» масштабирование с расширением — ​добавили модуль оценки воздействия на окружающую среду.

Экологичная добыча

Добычу урана ведут, используя тот же принцип, благодаря которому месторождение сформировалось. Залежи песчаникового типа, к которым применяют метод скважинного подземного выщелачивания (СПВ), располагаются в водоносном горизонте. Много лет назад поверхностные воды (дожди, ручьи и реки) проникали в породы, окисляли урансодержащие минералы и переносили их растворы на восстановительные барьеры — ​место, где происходит реакция восстановления, там уран выпадал в осадок и накапливался, образуя месторождения. Большинство этих восстановительных барьеров сложено из органических пород — ​остатков растений и животных, обитавших в палеодолинах, где и формировались месторождения.

Сегодня, конечно, все происходит быстрее. В одну скважину закачивают слабый раствор серной кислоты (1,5–3 %), которая растворяет минералы урана и других металлов — ​никеля, магния, скандия и др., а по другой скважине откачивают этот раствор наверх, извлекают уран и производят желтый кек. Оператор месторождения должен следить, куда движется раствор, и понимать, как меняется продуктивный горизонт с течением времени.

На урановых предприятиях за миграцией растворов и металлов в них следят с помощью наблюдательных скважин. Но это дорого и неудобно, поэтому встал вопрос о создании специализированной экологической информационной системы. Ученые Северского технологического института НИЯУ «МИФИ» и специалисты холдинга «Атомредметзолото» (горнорудный дивизион «Росатома») разработали математические модели и ПО, которое рассчитывает влияние добычи на продуктивные горизонты и дает в реальном времени оценку, как распределяются технологические растворы, куда они двигаются, что будет с ними через год, а что через 20 лет. Известно, что после прекращения добычи происходит самовосстановление продуктивного горизонта, а программа помогает выявить скорость, окислительно-­восстановительные и другие параметры этого процесса. Также ПО показывает, как надо изменить режимы работы скважин, чтобы не допустить распространения технологических растворов за контур горного отвода.

«Благодаря данным экологической информационной системы мы увидели, что влияние добычи на состояние водоносных горизонтов незначительное, в процессе эксплуатации технологический раствор отходит от контура блока лишь на 50–100 м. После завершения эксплуатации происходит самовосстановление продуктивного горизонта: остаточные объемы кислоты взаимодействуют с породами и тем самым нейтрализуются. Все металлы, которые попали в технологический раствор, по мере нейтрализации кислоты выпадают в виде твердых гидроокислов и никуда уже не переносятся», — ​рассказывает автор концепции и научный руководитель проекта «Умный полигон СПВ», ученый Северского технологического института Михаил Носков.

За 30 лет практически все металлы, в том числе уран, выпадают в осадок, образуются новые минералы. Это процесс, подобный тому, который привел миллионы лет назад к образованию месторождения. Скорость движения оставшегося в пласте после добычи раствора на Хохловском месторождении — ​менее метра в год. За 30 лет — ​меньше 30 м. Параллельно идет процесс снижения минерализации. Вначале она высокая, а через 30 лет — ​на уровне минеральных источников типа «Нарзана». Через 90–100 лет следов воздействия человека не останется вовсе. «Наша программа позволяет видеть все эти процессы и помогает вести мониторинг экологического состояния продуктивных горизонтов», — ​резюмирует Михаил Носков.

Управление и планирование

«Умный полигон СПВ» моделирует процессы в продуктивном горизонте и показывает их оператору в разных форматах — ​графиках, картах, динамических моделях. Надев очки виртуальной реальности, можно даже оказаться внутри скважины и увидеть рудное тело, вмещающие породы и технологический процесс.

Комплекс работает на основе геологической и технологической информации по каждой скважине. Исторические данные оцифровали, свежие — ​сразу подгружаются в систему. Измеряется объем растворов, содержание кислоты, урана, давление в трубопроводах и т. д. Эта информация ложится в основу многофакторных математических моделей геотехнологических процессов. Можно смоделировать, что будет, если изменить параметры раствора, откачку и т. д. «На совещании геотехнологи рассматривали текущую отработку блока. Модель показывала сильные растекания в одном месте, что вело к потере растворов. Скорректировали подачу растворов в некоторые скважины, баланс восстановили», — ​приводит пример директор по цифровизации АРМЗ Роман Рудин.

На «Хиагде» система проходит опытную эксплуатацию с лета 2020 года. На разработку и внедрение «Умного полигона СПВ» сотрудникам СТИ и «Русбурмаша» потребовалось около года. Экономический и другие эффекты в цифрах станут известны в первом полугодии 2022 года, но уже понятно, что система экономит время оператора. Датчики подгружают информацию о процессах на локальной сорбционной установке и полигоне подземного выщелачивания автоматически, сотруднику не надо выезжать на место, возиться с приборами, оборудованием и делать замеры.

Также на базе новых геологических данных можно рассчитать оптимальный технологический режим и оценить, как меняется геометрия, содержание металлов и другие параметры рудного тела в процессе отработки. То есть система — ​это и инструмент планирования. «Мы с «Русбурмашем» доводим обработку геологических и геотехнологических данных до полной автоматизации, обеспечивая оперативный доступ к любой геотехнологической информации, и теперь сможем рассчитывать и поддерживать оптимальные режимы отработки эксплуатационных блоков», — ​отмечает гендиректор «Далура» Динис Ежуров.

Предполагается, что «Умный полигон СПВ» будет установлен и на других месторождениях «Далура», сроки станут известны позднее.