Оценка проектов предприятий горно-металлургического комплекса. Учебное пособие

ласть; 5,8 % – Еврейская АО; 1,4 % – Иркутская область; 1,1 % – Республика Коми; 0,3 % – Читинская область). Качество марганцевых руд в них весьма низкое с содержанием Mn от 7,5 до 22 %, что почти в 2 раза ниже, чем в зарубежных месторождениях, руды труднообогатимы (карбонатный тип) и имеют много вредных примесей (фосфор и железо).

Для ликвидации дефицита марганца в России необходимы большие капитальные затраты и инвестиции с длительным сроком окупаемости, которые позволили бы начать масштабную разработку отечественных месторождений. Альтернативным вариантом является разработка конкрециеносных площадей морского дна. И первый и второй варианты при нынешней системе хозяйствования в России нереальны.

2.3. Потенциал недр Мирового океана

Некоторое снижение негативного влияния на окружающую природную среду может принести перенос части объемов добычи полезных ископаемых с континентальной суши в акваторию Мирового океана, где есть руды с более высоким содержанием полезных компонентов, чем на разрабатываемых месторождениях.

Имеющиеся в настоящее время материалы исследований Мирового океана позволяют сделать вывод, что океан не только может служить поставщиком продуктов питания и углеводного сырья, но и неисчерпаемым в обозрим будущем источником твердого минерального сырья. Мировой океан представляет собой гигантскую «кладовую» с тремя «полками»:

––морская вода с растворенными в ней 95 химическими элементами, которые в сумме составляют около 50 000 000 млрд т (натрий, калий, литий, рубидий, железо, марганец, молибден, уран, цинк, хром, ванадий, медь, золото и др.);

––полезные ископаемые дна океана – глубоководные полиметаллические сульфиды (ГПС); железомарганцевые конкреции (ЖМК); кобальтомарганцевые корки (КМК); россыпи олова, золота, титана, циркония, редкоземельных элементов и т.п.; металлоносные илы; янтарь и др.;

––полезные ископаемые недр (нефть, газ, руды черных и цветных металлов и т.д.).

31

Установлено, что в Мировом океане имеются огромные запасы минерального сырья в виде растворенных в воде элементов, золотых, алмазных, оловянных и других россыпей, а также конкреций, находящихся на морском дне. Морская вода содержит все природные элементы. Подсчитано, что из 1 км3 морской воды можно получить 20,6 млн т хлорида натрия; 0,9 млн т магния; 0,6 млн т серы; 2,9 млн т бора; 0,4 тыс. т алюминия; 7,3 т марганца; 7,3 т меди; 1,0 т урана; 0,4 т молибдена; 0,2 т серебра; 4,4 кг золота.

Наибольший интерес с точки зрения возможности промышленного освоения представляют минерально-сырьевые ресурсы морского дна – шельфовой зоны, континентального склона и океанического дна. Шельфовая область не только наиболее доступна для организации морской добычи полезных ископаемых, но и самая богатая. Это вызвано в первую очередь наиболее благоприятными условиями для образования месторождений, особенно верхняя часть шельфа до глубины 20–30 м, где интенсивно протекают процессы взаимодействия воды и суши. В ней расположены прибрежноморские россыпи. Ильменитовые, циркониевые, рутиловые

имонацитовые россыпи протягиваются на 1,5 тыс. км вдоль восточного побережья Австралии, западного побережья Новой Зеландии, Индии и Шри-Ланки. В прибрежной зоне Балтийского моря есть морские россыпи титановых и циркониевых руд, в Азовском море – ильменит-рутин-циркониевых

иоолитовых железных руд. На западе США (от Калифорнии до Аляски) и на востоке (от Флориды до Род-Айленда) пляжи и шельф богаты железом, титаном, хромитом – подобные месторождения разрабатываются в Египте, Марокко, Сенегале, Мозамбике, Кот-д’Ивуаре (Африка), Польше, Дании, Германии, Норвегии, Испании, Португалии, Великобритании, Италии (Европа). На азиатском побережье (от Чукотки до Индии) простирается полоса россыпей, содержащих кроме тяжелых титановых и железных минералов также касситеритовые и ванадиеносные пески. Можно отметить, что большая часть добычи олова производится в юго-восточной Азии (Таиланд, Индонезия, Малайзия и др.) из касситеритовых россыпей.

32

Вприбрежных водах восточного побережья Тихого океана сосредоточены также россыпи золота (район Аляски) и золотоплатиновых песков (Калифорния).

ЮАР и Намибия разрабатывают россыпи алмазов в прибрежных песках западного побережья Африки.

Вдоль побережья Балтийского моря в пределах Эстонии, Латвии, Литвы, России, Польши, Германии расположены месторождения янтаря. Обнаружены россыпи янтаря по берегам Татарского пролива на Дальнем Востоке, а также в Средиземном море, в прибрежных зонах Аляски и Новой Зеландии. Континентальный склон Мирового океана является постоянно растущим скоплением фосфоритов и глауконитовых илов.

Большая часть металлов сосредоточена в местах впадения рек, интенсивный рост их количества в недалеком будущем позволит оценивать эти территории как техногенные месторождения.

Ресурсы Мирового океана широко используются при добыче углеводородов – общие потенциальные запасы нефти

игаза оцениваются в 1,8–2,1 трлн т условного топлива, что значительно выше разведанных запасов углеводородного сырья суши. Известно около 2400 месторождений нефти и газа в пределах Мирового океана, годовая добыча «морской» нефти составляет в настоящее время около 25–30 % всей добычи в мире.

Вакватории Мирового океана к настоящему времени известны и разведаны многие месторождения полезных ископаемых. Вот только краткий и неполный перечень основных перспективных и эксплуатируемых минерально-сырьевых районов:

––нефть и газ: Мексиканский залив (добыча нефти с 1948 г.), Восточно-Атлантический шельф США и Канады, Колумбийская и Венесуэльская котловина Карибского моря, Бразильский шельф, Гвинейский залив, итальянский сектор Адриатики, Тюленево в Черном море, Северное море, Персидский залив, Красное море, Бассов пролив в Австралии, шельфовые акватории Северного Ледовитого океана и т.д.;

––сера: Мексиканский залив (запасы – около 40 млн т), Персидский залив, Красное и Каспийское моря;

33

––уголь: ведется подводная добыча в Великобритании (около 10 % всей добычи угля), Японии (около 30 %), Канаде, Чили; известны месторождения у берегов Австралии, Китая, Турции и т.д.;

––железная руда: Канада, Франция, Финляндия, Швеция;

––олово и барит: полуостров Корнуолл в Великобритании (глубина – 80 м, удаление от берега – более 1,6 км, содержание олова – 0,7–1,2 %), побережье Аляски (добыча барита – 1000 т в сутки, запасы – 2,5 млн т);

––фосфориты: полуостров Калифорния, Мадагаскар, Аравийский полуостров и Сокотра в Индийском океане, Гвинейский залив, Намибия, ЮАР и Пиренейский полуостров в Атлантике и т.д.

К этому неполному списку можно добавить базальты, содержащие кремний, железо, алюминий, кальций, магний, титан, редкие и ценные элементы, а также морские растения и животные, накапливающие в своих тканях химические элементы (в крови голотурий и морских ежей концентрация ванадия достигает 10 %) и т.д.

В 1970-е гг. была произведена классификация морских минерально-сырьевых ресурсов, разделенных на две принципиально разные категории. К первой отнесены полезные ископаемые в твердых породах, ко второй – рыхлые осадочные отложения (в том числе аллювиальные россыпи), которые являются типичными месторождениями морского дна, имеющими распространение по всей акватории Мирового океана.

За прошедшие десятилетия за границами национальной 200-мильной экономической зоны в Мировом океане на глубинах более 2 км обнаружены миллиарды тонн железомарганцевых и миллионы тонн сульфидных руд. В этих рудах содержится широкий спектр стратегических металлов, в том числе марганец (Мn), медь (Сu), никель (Ni), кобальт (Со), цинк (Zn), молибден (Мо), золото (Аu), серебро (Ag), платина (Pt), иттрий (Y), висмут (Bi), РЗЭ, кадмий (Cd), свинец (Рb), ванадий (V) и многие другие. Они также содержат фосфориты (Р2О5), бариты, цеолитсодержащие осадки и газогидраты.

Оценка ресурсов минерального сырья на континентальной суше и в месторождениях океанического дна позволяет при-

34

знать, что по запасам многих видов стратегических металлов рудоносные комплексы Мирового океана превосходят ресурсы суши (табл. 2).

В табл. 2 приведены оценочные данные по ресурсам полиметаллических руд без учета данных металлизированных илов, содержащих также промышленные значения РЗЭ.

Таблица 2

Сравнительная характеристика месторождений дна Мирового океана и континентальной суши

35

3. ОТ ГОРНОГО ДЕЛА К ГОРНЫМ НАУКАМ (СТАНОВЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА)

3.1. История развития горного дела

Как уже отмечалось выше, использование полезных ископаемых было одной из основ появления и становления нашей цивилизации. Если в каменном веке человек использовал только природный камень (такой ресурс, как вода, используют все живые существа) – кремень и обсидиан для изготовления оружия и инструментов и некоторые поделочные и драгоценные камни для украшений, то сейчас мы вовлекли в сферу своей хозяйственной деятельности подавляющую часть минеральных ресурсов.

Первыми металлами, которые стало использовать человечество, по всей вероятности, были самородные медь и золото. Около 6 тыс. лет назад наши предки научились добывать и плавить руды, содержащие медь, свинец, олово, серебро, а затем и железо. Расширение перечня использования металлов, каменного строительного материала, а также драгоценных и поделочных камней с одновременным ростом объемов их применения вызвало необходимость систематизации знаний о территориальной и петрографической принадлежности того или иного полезного ископаемого, способов его добычи и технологии переработки.

Этот этап необходимо считать рождением системы знаний и технологий, получивших впоследствии название «горное дело». Ценность этой отрасли хорошо отражена в словах древнегреческого мыслителя и ученого Ксенофонта (V–IV в. до н.э.): «Бывает земля, будучи засеяна, не приносит плодов, а разрытая накормит гораздо большее число людей, чем если бы она приносила плоды».

Важнейшей ступенью в недропользовании послужил 12-томный труд немецкого ученого Георга Агриколы (настоящая фамилия Бауэр, годы жизни 1494–1555 гг.) «О горном

36

деле…», в котором впервые был обобщен опыт горно-метал- лургического производства. Вплоть до XVIII в. эти книги были основным пособием по геологии, горному делу и металлургии, да и сейчас вызывают живейший интерес некоторыми своими нестареющими положениями.

Качественно новый, революционный этап в использовании минеральных ресурсов ознаменован трудами и исследованиями великого русского ученого-энциклопедиста Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765 гг.). Отдавая должное горному делу как «горному искусству», М.В. Ломоносов обосновал

иразвил понятие о недропользовании как научное, практически сформулировал и доказал закономерности возникновения и приуроченности месторождений полезных ископаемых, их связь с общим развитием Земли, взаимосвязь природных

итехногенных процессов. Даже сам термин «горные науки» впервые ввел в обиход наш великий соотечественник, который в своем труде «Первые основания горной науки» (1742 г.) сформировал их основы и сформулировал основные понятия. Затем этот рукописный труд был развернут в книгу «Первые основания металлургии и рудных дел» (1763 г.). Ломоносов впервые сделал научно обоснованный вывод о полиметалличности многих горных пород, закономерности соседства полезных ископаемых, необходимости комплексного использования руд. Не будет преувеличением утверждение о том, что М.В. Ломоносов явился родоначальником комплексного использования недр, рационального природопользования и научного обоснования развития горно-металлургического комплекса.

Государственный подход к проблеме освоения недр впервые в мире был осуществлен в Советском Союзе, где решением Совнаркома от 1935 г. в Академии наук было организовано отделение технических наук, имеющее в своем составе группу горного дела, возглавляемую А.А. Скочинским. Именно учеными нашей страны и в значительной степени Московского горного института было сформулировано и стало практически осуществляться природоохранное, а не хищническое отношение к ресурсам Земли, научное обоснование проектирования горных предприятий.

37

Окончательному переводу горного искусства в горные науки послужили исследования и труды выдающихся советских ученых Е.Ф. Шешко, Н.В. Мельникова, А.М. Терпигорева, А.А. Скочинского, М.М. Федорова, Л.Д. Шевякова, В.В. Ржевского. Их работы позволили систематизировать отрасли недропользования, открыть новые направления, научно обосновать пути и темпы развития горной промышленности, а также прогнозировать появление и развитие новых видов геотехнологий и необходимость ресурсосбере­ жения.

Горное дело за свою многовековую историю прошло большой путь – от закопушек, свинороев и ямок, как называют старые горные разработки современные производственники (к категории закопушек можно смело отнести и мифические знаменитые копи царя Соломона), до современных горно-обо- гатительных комбинатов (ГОКов), зачастую образующих целые горнодобывающие регионы. Самыми яркими примерами в России и ближайшем зарубежье могут служить Кузбасс, КМА, Донбасс, Кривбасс, КАТЭК, Экибастуз и т.д.

Традиционно под горным искусством понималась система приемов и методов практической деятельности по разведке, добыче и переработке полезных ископаемых.

Под горным делом понимается область производства, относящаяся к способам и средствам трудовой деятельности человека при разведке месторождений, разработке их и первичной переработке любых видов полезных ископаемых, а также при проектировании и строительстве горных предприятий и подземных сооружений различного назначения. Применительно к современному отношению к горному делу как к основному ресурсопреобразователю (нарушителю) целесообразно в области горнопромышленного недропользования (особенно при подготовке специалистов по планированию разработок) принимать понятие «горные науки».

Это подтверждается тем, что горные науки подразумевают увязку в единой структуре не только геологических, технологических, технических, экономических, но и социальных и экологических аспектов горного производства. Такой подход при современных постоянно возрастающих объемах недро-

38

пользования позволяет хоть в какой-то степени поддерживать экологическое равновесие на планете.

Занимая обширные территории, переформируя ландшафты, вовлекая в сферу деятельности огромные объемы горных пород и подземных вод и воздействуя на все сферы Земли, горнодобывающие предприятия формируют новый облик нашей планеты, а значит, и условия существования биосферы. Горное дело должно сменить свой вектор развития с простого наращивания объемов добычи минеральных ресурсов на более полное их использование, вовлечение в сферу хозяйствования отходов производства и нахождение альтернативных видов с целью сокращения негативного воздействия на окружающую природную среду. Эту проблему необходимо решать уже на стадии проектирования горных работ.

Начав с первых метров проникновения в недра Земли, горные разработки значительно углубились:

––геологоразведочные скважины перешагнули рубеж в 15 км;

––имеются шахты глубиной 1 км и более: «Кольская» в Воркуте – 1500 м, «Шахтерская-Глубокая» в Донбассе – 1546 м, «Мпоненг» в ЮАР – 3800 м, «Витватерсранд» в ЮАР – 4500 м, «Тау-Тона» в ЮАР – 5000 м;

––глубина открытых разработок на десятках карьеров превысила 450–500 м, проектные глубины карьеров: Стойленского ГОКа – 600–700 м, Ковдорского ГОКа – 850 м, Навоийского ГОКа (Мурунтау) – 950 м, «Бингэм» (США) – более 1200 м, «Клаймакс» (США) – 1040 м проектная, Чукикамата (Чили) – 800 м.

3.2. Основные сведения о предприятиях горно-металлургического комплекса

В этом разделе приводятся весьма краткие, упрощенные сведения и понятия, так как в большинстве своем эксплуатирующие недра предприятия представляют собой сложный комплекс основных, вспомогательных и обеспечивающих сооружений и разветвленную сеть выработок различного назначения.

Промышленное предприятие, предназначенное для разведки или разработки месторождения полезных ископаемых,

39

называют горным предприятием. Предприятие, осуществляющее комплекс работ по добыче полезных ископаемых, называют горно-эксплуатационным или горнодобывающим. Предприятие, выполняющее не только добычу, но и обогащение полезных ископаемых, т.е. повышение концентрации ценных минералов в конечном продукте путем отделения от них минералов пустой породы, называют горно-обогатительным (горно-обогатительный комбинат – ГОК). Зачастую ГОКи производят столь глубокое обогащение полезного ископаемого, что заказчику отгружается практически конечный продукт. Примером могут служить золотодобывающие прииски, карьеры по добыче алмазов, железорудные карьеры, на которых выполняется горячее брикетирование (содержание Fe – около 96 %), и т.п.

Горные предприятия, осуществляющие подземную разработку месторождений полезных ископаемых, называются

шахтами и рудниками.

Понятие «шахта» как самостоятельная производственнохозяйственная единица включает наземные сооружения и совокупность подземных горных выработок. Название «шахта» в основном относится к предприятиям, разрабатывающим угольные месторождения или выполняющим вспомогательные функции на других горных предприятиях. Рудники традиционно разрабатывают металлическое сырье подземным способом.

Также понятие «рудник» относится к предприятию, состоящему из одной или нескольких шахт, обогатительной фабрики и других цехов, объединенных административным управлением.

Горные предприятия, осуществляющие разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом, называются карьерами или разрезами; так называется и комплекс открытых горных выработок, образующийся в процессе эксплуатации месторождения. Разрезом принято называть карьер, разрабатывающий открытым способом угольное месторождение. Один или несколько карьеров или шахт, объединенных с обогатительной фабрикой, называют горно-обогати- тельным комбинатом.

40