Д.т.н Черных А.Д. О проблеме комплексной разработки рудных м-ий

ПРЕДИСЛОВИЕ Горная наука, земля, природа и человек тесно взаимосвязаны. От того, какие техно-логии для разработки месторождений чело-век использует, какие результаты хочет получить, зависит и состояние земли, при-роды и его собственного здоровья. Логика подсказывает, что полезные ископаемые необходимо добывать так, чтобы сохранить землю и природу. Великий немецкий ученый Георг Агрикола (1494–1555), заложивший основы горного дела, вероятно, не мог предсказать, что добыча пол

езных ископаемых может причинить огромный и непоправимый вред земле, который столетиями будет напоминать потомкам о варварском отношении к ней – основе всего живого. Рассмотрим состояние горнодобываю-щей промышленности Украины, имеющей колоссальные запасы ценных плодородных земель, на примере Кривбасса – одного из крупнейших горнорудных регионов мира. В 1970-е годы Кривбасс развивался экстен-сивным путем как регион, дающий стране железо и прокат. Исходя из прежних задач народного хозяйства, для добычи квар

цитов широкое применение нашел открытый способ разработки, наносящий огромный экологический ущерб региону и в целом Украине. Экологические показатели по ГОКам Кривбасса на 1.01.2002 г. составили (в скобках – суммарный ущерб, млн USD): безвозвратная потеря плодородных земель – 20,8 тыс. га (60,2); запыленность, засоленность плодородных земель, расположенных вокруг карьеров, внешних отвалов, хвостохранилищ, – 12,4 тыс. га (16,7); выбросы вредных веществ в атмосферу (пыль от взрывных работ,

окись углерода, окислы азота, серный газ) – 912,9 тыс. т (17,9); за-грязнение водных ресурсов – 3,5 млн м3 (2,84). Суммарный экологический ущерб оценивался в 97,6 млн USD. Ежегодное плановое наращивание добы-чи ископаемых без учета потребности в металле привело к экономическому аб-сурду – 38 % производимого металла шло на произ¬водство металлоемкого горнодобывающего

погрузочно-транспортного оборудования (на подземных работах эта доля составляет 4 %). Такая стратегия горнорудного произ-водства в развитом сельскохозяйственном регионе привела отрасль в конце 1980-х го-дов в тупик. К 2000 г. отставание вскрышных работ от проектных объе¬мов составило около 200 млн м3. Из 500 млн т разработанной на карьерах горной массы только 100 млн т (20 %) – руда и концен-трат, а примерно 400 млн т (80 %) заскладированы в отвалы и хвостохрани-лища как отходы производст

ва. Существующие способы доработки глу-боких карьеров малоэффективны, а про-мышленное использование новых способов открыто-подземной разработки практиче-ски свелось к нулю, погрязнув в научных спорах между специалистами по открытым и подземным работам. Отсутствие специа-листов по комплексной разработке, а также своевременных проектных проработок при-вело к крайне нерациональной эксплуата-ции месторождений и огромному экологи-ческому и социальному ущербу. За период с 1980 по 2

003 г. число онкобольных воз-росло с 28 до 77 на 100 тыс. человек, а дет-ская смертность увеличилась в 5,8 раза. Между тем, разработанные отечествен-ными учеными новые технологии горного производства мирового уровня, которые обладают высокой экономичностью и ми-нимальным влиянием горных работ на при-родную среду, нашли применение в основ-ном за рубежом. В Горной энциклопедии (М.: Сов. энцикл 1987. – Т.3. – С. 80) от-мечено: “… Из большого числа комплекс-ных горных технологий, которые получают все

более широкое применение в практике разработки месторождений, наибольшую перспективу имеет комплексная открыто-подземная разработка месторождений, по-зволяющая при существенном снижении общей себестоимости добычи полезных ископаемых развивать такие ее размеры, которые недоступны при обычной последо-вательной разработке месторождения от-крытым и подземным способами…”. КОМПЛЕКСНАЯ РАЗРАБОТКА место-рождений полезных ископаемых – взаимо-связанный технологический комплекс спо-собов (от

крытый, открыто-подземный, под-земный) выемки и переработки полезных ископаемых на экономически рациональ-ную глубину и площадь месторождения (группы месторождений), обеспечивающий минимальное влияние горных работ на ок-ружающую среду, безотходность и макси-мальную эффективность в течение всего периода отработки. ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА – технологический комплекс открытых и подземных работ с последующим образованием между ними единого взаимосвязанного технологического пространства. ОТКРЫТО-П

ОДЗЕМНЫЙ ЯРУС (ОПЯ) – открыто-подземная разработка полезных ископаемых между нижней границей карье-ра и подземным транспортным горизонтом с образованием между открытыми и под-земными работами единого выработанного пространства. Экономические расчеты, выполненные на основе фактических показателей, пока-зывают, что последовательный переход на подземные работы после полного пога-шения карьера является не только нера-циональным, но и наносит огромный ущерб окружающей среде. Это подтверждает и практика горных работ.

Капитальные затраты на возобновление горных работ подземным способом при прекращении функционирования карьера (Учалинский, Сибайский и др.) возрастают на 28–36 % в сравнении с комплексной разработкой. Тем ГОКам, которые достигли проектной мощности или находятся в стадии до-работки, необходимо приостановить после-дующее изъятие плодородных земель, по-тому что те земли, которые заняты в на-стоящее время, достаточны для продолжения открытых работ до предельной глубины. Это невольно заставляет переходить на новые, более

прогрессивные технологии комплексной разработки с внутренним отвало-образованием; в противном случае приве-дет к невозможности последующего углуб-ления карьеров, полному прекращению горных работ и экономическому ущербу, исчисляемому в 40,7 млн USD. Традиционная технология ведения от-крытых работ на глубоких горизонтах карье¬ров исчерпала свои возможности, поэтому необходимо внедрение более прогрессивных способов комплексной разработки, предусматривающих своевременную утили¬зацию максимальных объемов отходов горнорудног

о производства в выработанных пространствах, увеличение углов откосов нижних участков бортов карьеров с после-дующим их поддержанием в устойчивом состоянии пригрузкой вскрышными поро-дами, подпорными целиками или соответ-ствующим режимом открытых и подземных работ. Улучшение экологической обстановки в регионах, поддержание мощностей по до-быче руд и повышение эффективности гор-ного производства возможны за счет ком-плексного способа разработки. Его приме-нение позволяет в

трое уменьшить площади нарушаемых земель, на 40 % – сброс за-грязненных промышленных вод, в 5 раз – вредные выбросы в атмосферу, в 3 раза – экологический ущерб и только по Кривбас-су получить экономический эффект в 112–113 млн USD. Для сравнения приведем эко-номические и экологические показатели комплексной разработки железорудных месторождений Курской магнитной анома-лии (КМА). По данным Центрогипроруда (Россия), для условий действующего Юж-нолебединского карьера при равных годо-вых объемах добычи квар

цитов площади изымаемых земель составили (открытая разработка / комплексная разработка), га: всего – 1015/466, в т. ч. под карьер – 157/106, под внешние отвалы – 858/360; объем разрабатываемой вскрыши – 323,5/155,1 млн м3. Экономический эффект составил 4,2 млн USD. На Приоскольском ГОКе проектные показатели следующие: себестоимость добычи, USD/т – 1,66/1,66; основные производственные фонды, млн USD – 138,9/233,4; рентабельность ГОКа – 8,4/9,

8; срок окупаемости капитальных вложений, лет – 12,4/9,4; годовая прибыль, млн USD – 52,9/97,1. Институтом геологических наук НАН Украины проведено экономико-эколо-гическое сравнение открытой и комплекс-ной разработки месторождений кварцитов действующих ГОКов Кривбасса и Полтавского ГОКа (открытая разработ-ка/комплексная разработка): суммарный объем добычи квар¬цитов, млн т в год – 90/90; годовые объемы вскрыши, млн м3 – 64,2/16,5; площади изымаемых земель, тыс. га – 3

60,5/72,1; эколо¬гический ущерб, млн USD в год – 33,4/12,5; экономический эф-фект, млн USD в год – 0/37,4. В промышленно развитых странах – США, Канаде, Австралии, Японии, Герма-нии, Франции и др. – законодательно за-креплено, что при освоении недр фотогра-фии ландшафтов до разработки месторож-дения и после должны быть идентичны. В связи с этим горнодобывающие компании отказываются от ведения

открытых работ, поскольку затраты на природовосстанови-тельные мероприятия составляют 10–15 % суммарной прибыли от реализации готовой продукции. Поэтому такие страны, как Япония, США, Чехия, Канада при разра-ботке небольших месторождений цветных металлов используют технологию разра-ботки колодцами с последующим формиро-ванием выработанных пространств под нефте- и газохранилища. В 2002 г по данным журнала World

Mining, средняя достигнутая глубина карье-ров при разработке полиметаллических месторождений составляла 160 м, затем осуществлялся переход на открыто-подземные работы с последующим ис-пользованием выработанных пространств карьеров для проходки подземных стволов, съездов, штолен и вентиляционных восстающих. Транспорт карьеров и их коммуникации также использовали для вы-дачи руды на поверхность. Кроме того, по мере развития открытых работ забла-говременно осуществляли подготовку к открыто-подземным работам, т. е.

реали-зовывали на практике плавный переход, сохраняя годовые объемы добычи руды и непрерывную работу обогатительных комбинатов. Технологические принципы, используе-мые для повышения эффективности ком-плексной разработки: • ведение открытых и открыто-подзем-ных работ с использованием карьерной техники и транспорта по контурам круто-падающих залежей с доведением коэффи-циента вскрыши до нуля и последующим управлением геомеханическим состоянием с помощью технологических приемов: формирование подпорных или р

аспорных целиков или искусственных призм из твердеющей закладки, определенный по-рядок отсыпки внутреннего отвала, ведение БВР с минимальным уровнем сейс-мичности, оптимизация времени нахож-дения обнаженного горного массива в предельном состоянии; • разделение карьерного поля значи-тельной протяженности на несколько зон: интенсивной отработки карьера, открыто-подземных работ, внутреннего отвалооб-разования и подземных работ. Это позво-ляет уменьшить транспортные расходы на

20–60 % и, соответственно, увеличить прибыль, поддерживать производствен¬ную мощность комбинатов на заданном уровне; • своевременное формирование подзем-ного и открыто-подземного выработанного пространства для доставки и его заполне-ния хвостами обогащения и вскрышными породами; • формирование нерабочих бортов карьера и открыто-подземного яруса не по технологическому условию со схемой “уступ – берма”, а по условию предельной устойчивости с последующим управлением и поддержанием выработанного пространства технологическ

ими приемами и созданием нетрадиционных способов обеспечения безопасности горных работ. Особое место в комплексной разработке месторождений занимает проблема ком-плексной переработки минерального сырья, относящаяся к завершающей стадии экс-плуатации месторождений – переработке добытого полезного ископаемого, а также разработке техногенных месторождений (отвалов, хвостохранилищ и т. п.). Непре-рывно увеличивается количество извлекае-мых из минерального сырья попутных цен-ных компонентов и редких элементов. Е

сли в 1970 г. из руд черных и цветных металлов извлекалось около 35 полезных компонен-тов, то к 2003 г. их число достигло 82. Ка-питаловложения на комплексную перера-ботку действующими предприятиями оку-паются вдвое-втрое быстрее, чем на вновь строящихся. За счет извлечения попутных компонентов экономическая эффективность возрастает в 2–3 раза. Мировой опыт по переработке железных руд показал, что наиболее часто из-влекаемыми попутными металлами явля-ются титан, ванадий, кобальт, фосфор, платина [

ванадий – Качканарский ГОК (Россия), Отонмяки (Финляндия); кобальт – Грейс (США); медь – Тексада (Канада), Уиксон (Марокко)]. Обзор научных и промышленных ис-следований показал, что реальные воз-можности для извлечения редких и цветных металлов из отходов горно-метал-лургического производства существуют. Из хвостохранилищ общим объемом 2,6 млрд м3 можно извлечь железо, висмут, скандий, гранаты. Промышленные воды металлургического произв

одства с годовым объемом сброса 1,5 млн м3 содержат, мг/кг: железо, алюминий – 30; цинк – 100; никель – 50; хром – 75; медь – 40; кобальт, золото – 10. В пылегазовых отходах металлургического производства также содержатся железо, алюминий, цинк, хром, серебро, золото. Учитывая отсутствие отечественных технологий и соответствующего оборудо-вания по извлечению ценных компонентов при огромных запасах отходов для переработки, актуальным является ис-пользование известны

х технологий веду-щих зарубежных фирм и организация со-вместных предприятий. В свете изложенного для горнодобы-вающих предприятий, разрабатывающих крутопадающие месторождения, прости-рающиеся на глубину свыше 400 м, целесо-образно: 1. Рассмотреть в технических проектах действующих ГОКов схемы вскрытия и системы открыто-подземной и подземной разработки руд, залегающих за границами действующих карьеров на экономически рациональную глубину и по всей площади их залегания. 2. Изучить возмо

жность на уровне тех-нических проектов экономически эффек-тивной подземной доработки руд в нера-бочих бортах и за контурами действующих карьеров на небольших глубинах (60…350 м) с максимальным использованием транспортных коммуникаций карьеров и их оборудования, а также использованием выработанных пространств для проходки вскрывающих штолен и наклонных съездов. 3. Определить технологическую возмож-ность формирования в нерабочих торцах карьеров внутренних отвалов и последую-щую отраб

отку запасов руд под отвалами системами с обрушением, апробированны-ми в промышленных условиях. 4. Рассмотреть технологическую воз-можность открыто-подземных работ или формирования открыто-подземного яруса на затухающих и отработанных карьерах с использованием их выработанных про-странств, транспортных коммуникаций, бурового и транспортно-погрузочного обо-рудования. 5. Скорректировать технические проекты на разработку месторождений, предусмат-ривающие только открытый способ разра-ботки и не предусматривающие отработк

у месторождений на полную глубину и по всей площади с использованием открыто-подземных и подземных работ. В заключение отметим, что комплексная разработка месторождений позволит сохранить не только окружающую среду за счет своевременного размещения мак-симальных объемов отходов горно-металлургического комплекса в выработан-ных пространствах, сокращения площадей изымаемых земель и полного извлечения ценных компонентов из разрабатываемых пород и руд, но и снизить на 26–

38 % в среднем по одному ГОКу (на 60–80 млн USD) капитальные затраты на организа-цию: единой схемы вскрытия, осушения, проветривания, электроснабжения; общей для открытых и подземных работ базы ре-монта карьерного и шахтного оборудования; общего управленческого аппарата; единого диспетчерского пункта. Данный способ исключает демонтаж и снос промышленных и жилых объектов, повторную разработку внешних отвалов, а также консервацию балансовых запасов руд на длительные сроки. Технология комплексной разработки месторожде

ний соответствует мировому уровню экологичности, безотходности и эффективности, находя все большее рас-пространение на горнодобывающих пред-приятиях мира. * * * В написании отдельных параграфов основных глав книги приняли уча-стие: 3.1, 3.2 – Гушко П. И 3.3 – Корнев В. Ю 3.4. – Гордин Д. В главы 4 – Сазонов А. В главы 7 – Архипов А. В Аминов В. Н главы 8 – Авилова

Т. Н 8.5 – Котельников В. М Щавинский Г. В 9.1 – Колодезнев А. С 9.2 – Прилипенко Е. Д главы 11 – Бент О. И Макогон В. Ф Польской Р. Ф главы 12 – Дмитриенко А. И Дудниченко Л. И Козырь Н. И Бондаренко Л. П Комянский Н. П Сазонов А. В Харитонов Э. В.