Горный институт КНЦ: 60 лет исследований и разработок

Фото: Горный институт КНЦ РАН

В октябре Горный институт – одно из ведущих подразделений Кольского научного центра Российской академии наук отметило юбилей. Созданное в годы интенсивного развития промышленности в Заполярье, учреждение по сей день занимается решением актуальных задач горнодобывающей отрасли.

В начале двухтысячных институт стал лидером в ряде направлений горных наук. О прошлом учреждения, ключевых открытиях и вызовах современности – в интервью с директором ГоИ КНЦ РАН, доктором технических наук Сергеем Вячеславовичем Лукичёвым.

– Сергей Вячеславович, предлагаю начать наше общение с небольшого экскурса в историю. Расскажите, как создавался институт.

– Горный институт КНЦ РАН был организован постановлением Президиума АН СССР от 14 октября 1960 года в составе Кольского филиала АН СССР как Горно-металлургический институт. Учреждению поставили задачу: развивать условиях Заполярья научно-исследовательские работы по горному делу, обогащению комплексных руд и цветной металлургии.

Базой для создания ГоИ являлись лаборатории горного дела, обогащения, строительных материалов, энергетики и группа металлургии легких металлов, получившие первоначальное развитие в других институтах Филиала. Были определены главные задачи учреждения, утверждена его структура, причем важное значение придавалось созданию опытного цеха с экспериментальными мастерскими.

Н. А. Воронков

Исполняющим обязанности директора института и заведующим лабораторией был назначен кандидат технических наук Н. А. Воронков. В 1962 году институт возглавил И. А. Турчанинов (впоследствии член-корреспондент АН СССР). В 1980 по 2015 годы директором института был академик РАН, доктор технических наук, профессор, Н. Н. Мельников. В 2015 году директором института назначен доктор технических наук С. В. Лукичёв.

– Чем занимались в Институте в первые годы работы?

– Научно-исследовательские направления Горного института всегда были направлены на решение актуальных задач горнодобывающей отрасли. Первоначально в институте были организованы 9 лабораторий: Подземной разработки рудных месторождений, Разрушения горных пород, Вентиляции и борьбы с пылью, Обогащения, Флотационных реагентов, Металлургии, Искусственного камня, Энергетики, Химико-аналитических исследований.

В дальнейшем – в 1962-1980 годах получили развитие такие научные направления как механика горных пород, технология подземной и открытой разработки рудных месторождений, рудничная аэрология, разрушение горных пород взрывом и новыми физическими методами, строительство ответственных подземных сооружений, комплексное обогащение многокомпонентных руд, создание новых комбинированных схем и аппаратов для интенсификации обогащения минерального сырья.

Также были сформированы новые научные направления на стыке основных наук о Земле – геомеханика, тектоника, сейсмология и горное дело, получившие в дальнейшем свое успешное развитие.

И. А. Турчанинов

– В 90-е многим в стране было непросто. Отразилась ли смена эпох на вашей работе?

– Как и для других научных организаций для института это были тяжёлые времена, его численность сократилась в два раза. Тем не менее, институт продолжал работать, завоевывая признание в ряде важных научных направлений.

В рамках этих направлений были выполнены исследования по использованию подземного пространства страны для объектов ядерной энергетики и захоронения радиоактивных отходов, строительству специальных объектов государственного назначения, комплексному освоению рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях.

Учеными ГоИ были инициированы и организованы исследования в актуальных для горной промышленности направлениях, в частности, создании научных основ строительства глубоких карьеров с крутыми откосами бортов.

Н. Н. Мельников  

– Чем занимаются в Институте сегодня?

– Мы проводим исследования по таким научным направлениям как: 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.

С. В. Лукичёв

– Можете рассказать о наиболее ярких, на ваш взгляд, результатах работы?

– Нашими учеными была создана горно-геологическая информационная система MINEFRAME, обеспечивающей формирование единого цифрового пространства горнодобывающего предприятия и реализующая методы комплексного решения задач горной технологии на основе моделирования её объектов и процессов.

Нельзя не сказать о формировании концепции безопасной и эффективной технологии отработки сближенных месторождений Хибин в условиях трансформации гравитационно-тектонического поля напряжений в зонах взаимного влияния геодинамически активных разломных структур, открытых и подземных выемок. В основе концепции – цифровое моделирование геомеханических и технологических процессов на различных стадиях развития горных работ.

Эта концепция апробирована при разработке комплекса геомеханических и технологических решений по отработке запасов горизонта +170м Кировского рудника в условиях стыковки двух подземных очистных выемок Юкспорского и Кукисвумчоррского месторождений с отработанным Саамским карьером и геодинамически активной разломной структурой.

Еще один результат – создание на АО «СЗФК» системы прогнозной оценки напряженно-деформированного состояния (НДС), включающей трехмерную конечно-элементную модель массива пород в окрестности зоны ведения фактических и планируемых подземных горных работ удароопасного месторождения «Олений ручей» и адаптированного для горного инженера программного интерфейса. При создании модели учтены разломные структуры, определяющие иерархично-блочное строение массива. Система позволяет выполнять региональный прогноз удароопасности на весь период отработки месторождения, а также оперативно оценивать влияние различных вариантов развития горных работ на НДС массива и состояние выработок.

Результаты фундаментальных и прикладных исследований широко востребованы горными предприятиями Мурманской области и других горнопромышленных регионов России. Практическая деятельность института – это ежегодное выполнение 50-60 хозяйственных договоров.

Крупнейшими заказчиками в Мурманской области являются: АО «Апатит», АО «Ковдорский ГОК», АО «Кольская горно-металлургическая компания», АО «ОЛКОН», АО «СЗФК»; в других регионах РФ это: АО «ППГХО», АК «АЛРОСА», АО «Оренбургские минералы», АО «Боксит Тимана», АО «Яковлевский ГОК», АО «Карельский окатыш» и др. Получаемые от хоздоговорной деятельности средства дают возможность развивать материально-техническую базу института.

Получение ВКК с использованием сепараторов МГС 20 на АО «Карельскийокатыш»

– Сергей Вячеславович, одна из известных разработок ваших ученых – это магнитно-гравитационный сепаратор. Расскажите об этом устройстве подробнее.

Магнитно-гравитационный сепаратор – это устройство для разделения руд на полезные (железосодержащие) и неполезные компоненты.

Эффективная работа железорудных предприятий в условиях мировой конкуренции и растущих требований экологической безопасности требует от производителей не только поиска направлений снижения затрат на производство конечной продукции, но и диктует необходимость перехода от выпуска рядовых железорудных концентратов (ЖРК) с содержанием железа 66–68,5%, необходимых для доменного производства, к производству высококачественных концентратов (ВКК) с содержанием 69,5–70,5% железа для прямого получения металла.

При этом повышение качества продукции необходимо осуществлять в усложняющихся условиях – на фоне общего снижения качества добываемых руд и при существенном повышении себестоимости их добычи.

Многолетними исследованиями ученых Горного института КНЦ РАН показано, что применение магнитно-гравитационного разделения в технологии получения ЖРК позволяет уже на начальных стадиях обогащения выводить из процесса готовый концентрат требуемого качества.

Получение ВКК с использованием сепараторов МГС 20 на АО «Карельскийокатыш»

В настоящее время сепараторы МГС-2.0 внедрены на АО «Олкон» (20 ед.) на первой и второй стадиях обогащения, при этом третья стадия существующей на фабрике схемы обогащения выведена из технологической цепочки, что создает резерв по росту производительности фабрики. Также идет оснащение сепараторами МГС-2.0 обогатительной фабрики АО «Карельский окатыш» (48 ед.). Проведены промышленные испытания опытных партий МГС-2.0 на АО «Стойленский ГОК» и АО «ССГПО» (Казахстан), подтвердившие высокую эффективность работы сепараторов.

– Расскажите о флагманских проектах ГоИ в настоящее время. Чувствуете ли поддержку науки, есть ли острые проблемы, которые мешают развитию института?

– Флагманским проектом ГоИ КНЦ РАН является горно-геологическая информационная система (ГГИС) MINEFRAME, которую я уже упомянул.

ГГИС MINEFRAME является современным программным продуктом, предназначенным для комплексного решения задач горной технологии. Многолетний опыт использования на более чем 70 российских горных предприятиях показал, что MINEFRAME является хорошей альтернативой зарубежным программным продуктам класса ГГИС.

MINEFRAME реализует полноценную цифровую технологию инженерного обеспечения открытых и подземных горных работ. Но сегодня ГоИ занимается также исследованиями в области применения цифровых технологий в обогащении полезных ископаемых, что направлено на создание цифрового двойника горно-обогатительного предприятия.

Модели объектов горной технологии ГГИС MINEFRAME

Одна из проблем, стоящих перед институтом – подготовка кадров. Институт является инициатором и организатором кафедры «Горное дело» в Апатитском филиале Мурманского государственного технического университета (МГТУ), осуществляющим подготовку горных инженеров по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», и кафедры «Горного дела, наук о Земле и природообустройства» филиала Мурманского арктического государственного университета (МАГУ) в г. Апатиты, осуществляющим подготовку горных инженеров по специальностям: «Открытые горные работы», «Подземная разработка рудных месторождений», «Обогащение полезных ископаемых». Ежегодно в аспирантуру ФИЦ КНЦ РАН поступают выпускники этих ВУЗов, многие из них работают в Горном институте и уже защитили кандидатские диссертации.

Перед Горным институтом, как и другими научными организациями страны, остро стоит вопрос модернизации парка научного оборудования. Вхождение в состав Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» в 2017 году, а вернее возвращение, открыло более широкие возможности объединения усилий входящих в него подразделений как для развития центров коллективного пользования оборудованием, так и привлечения к решению сложных научно-технических задач специалистов других институтов центра.

***

Наталья Линкевич, специально для GoArctic