Оценка проектов предприятий горно-металлургического комплекса. Учебное пособие

Горные предприятия, разрабатывающие россыпные месторождения, называют приисками, а также шахтами, разрезами и карьерами.

Месторождение или его часть, предназначенная для разработки одним горным предприятием, называют в зависимости от способа разработки шахтным или карьерным полем.

Карьерные поля бывают обширные (площадью более 10 км2), вытянутые, округлые. По соотношению карьерного поля и месторождения в целом различают:

––карьерное поле, которое охватывает все месторождение;

––карьерное поле, которое охватывает только часть месторождения, отведенную для первоочередной разработки;

––карьерное поле, которое входит в систему (группу) одновременно эксплуатируемых карьерных полей, на которые раскроено данное месторождение (в этом случае обычно существует единая система коммуникаций);

––карьерное поле, рассредоточенное и состоящее из отдельных, независимых по горным работам участков, каждый из которых может рассматривается как отдельное карьерное поле.

Границами шахтных или карьерных полей являются условные поверхности, ограничивающие их по простиранию и по падению. Размеры шахтных и карьерных полей определяются на основании технико-экономических расчетов. При разработке угольных месторождений длина шахтного поля по простиранию составляет от 6 до 20 км, по падению – от 2 до 6 км. Карьерное поле входит в границы земельного отвода.

Производительность горных предприятий, называемая также производственной мощностью, исчисляется тоннами полезного ископаемого, добываемого в течение года. Производственная мощность рудников и шахт составляет от десятков тысяч до миллионов тонн полезного ископаемого.

Производственная мощность карьеров, разрабатывающих месторождения редкометаллических руд, строительных пород, может составлять сотни тысяч тонн в год, а разрабатывающих угольные и железорудные месторождения – до десятков миллионов тонн в год.

41

Производительность горного предприятия А, т/год, срок его существования Т и балансовые запасы полезного ископаемого в шахтном или карьерном поле Vп связаны выражением

А = Vп /T.

Одним из важнейших показателей работы горного предприятия является коэффициент вскрыши, который в общем характеризует отношение объемов вскрышных пород к объемам полезного ископаемого; его стремятся минимизировать. Разделяют следующие виды коэффициента вскрыши:

––средний коэффициент вскрыши kср, м3/м3, – отношение объема вскрышных пород в контурах карьера Vв.к к запасам полезного ископаемого в этих контурах Vп.к:

kср = Vв.к ;

V

п.к

––среднеэксплуатационный коэффициент вскрыши kср.э, м3/м3, – средний коэффициент вскрыши за период эксплуатационных работ:

где Vв.с и Vп.с – объемы соответственно вскрышных пород и полезного ископаемого, извлеченные при строительстве:

––текущий коэффициент вскрыши kт, м3/м3, – отношение перемещаемых объемов за какой-либо промежуток времени:

kт = Vв.т ,

V

п.т

––граничный коэффициент вскрыши kгр, м3/м3, м3/т, – объем вскрышных пород на единицу объема полезного ископаемого, который допустимо перемещать по условиям рентабельности добычных работ;

––плановый коэффициент вскрыши kп, м3/м3, – используется при планировании производственной себестоимости полезного ископаемого и характеризует объем вскрышных работ, затраты на которые погашаются.

Граничный коэффициент вскрыши зачастую служит основным обоснованием при переходе с открытой разработки месторождения на подземную. На большинстве крупных карьеров

42

граничный коэффициент вскрыши регламентируется значениями kгр << 20, однако это правило может не соблюдаться при разработке драгоценных материалов или сырья, имеющего стратегическое значение.

Продолжительность существования горных предприятий составляет от 5 до 50 лет и более. В процессе разработки месторождения сроки существования предприятия могут увеличиваться вследствие доразведки месторождения и включения в категорию балансовых новых запасов полезного ископаемого, а также вследствие возможного снижения кондиций на полезное ископаемое. Причиной увеличения срока существования горного предприятия могут быть повторная разработка месторождения с применением новых технологий комплексного извлечения ценных компонентов или благоприятные геологические условия с большими объемами полезного ископаемого. Например, Высокогорский железорудный карьер на Урале работал 269 лет. В то же время некоторые карьеры стройматериалов могут планироваться на работу в течение лишь 1–3 лет в зависимости от обеспечения выполнения ка- кой-либо частной задачи.

3.3.Основные направления комплексного использования продукции горных

предприятий

Горнодобывающая отрасль является наиболее масштабным недропользователем и многофакторным нарушителем окружающей среды. В связи с тем, что крупные горные производства вводятся в эксплуатацию годами и рассчитаны на работу в течение десятилетий, переоборудование их с какой-либо целью требует колоссальных капитальных затрат. Определенная инертность горного производства также служит препятствием для внедрения совершенных инновационных технологий, позволяющих более щадяще воздействовать на природу без снижения объемов выпускаемой продукции для народнохозяйственного использования.

Продукцию горных предприятий поставляют потребителям различных отраслей промышленности и сельского хозяйства

43

вкачестве сырья для переработки в другие виды продукции,

вкачестве горючих материалов, строительных материалов, удобрений для сельского хозяйства и т.д.

Большинство горных предприятий имеют собственные производства для первичной переработки минерального сырья или входят в состав комбинатов и производственных объединений, в структуре которых имеются дро-бильно- сортировочные комплексы, обогатительные и агломерационные фабрики, заводы по изготовлению различных материалов, товаров и изделий.

Общий спектр продукции горных предприятий (с учетом различного вида отходов) весьма широк, и ее перечень меняется в зависимости от вида полезного ископаемого. Поэтому целесообразно рассмотреть обобщенные позиции.

Основными видами товарной продукции горного производ-

ства являются:

––минеральное сырье: горючие, рудные и нерудные полезные ископаемые, переработка и реализация которых выпол-

няется внешним потребителем;

––продукты первичной переработки минерального сырья: угольные, рудные и другие концентраты; рудные агломераты и окатыши; угольные, рудные и нерудные брикеты; щебень, гравий, классифицированные пески, глины, штучный ка-

мень, известковая мука и др.;

––продукты переработки сопутствующих газов и вод: питьевая и технически чистая вода, очищенный и обогащенный природный газ (метан) и др.

Концентрат – продукт обогащения полезных ископаемых, в котором содержание ценного компонента выше, чем в добытой горной массе, поступающей на обогащение. Концентраты делятся на первичные, или черновые, в том числе коллективные, содержащие несколько ценных компонентов, и кондиционные, которые получены в результате вторичной переработки и удовлетворяют стандартным требованиям к качеству сырья.

Агломерат – это куски спекшейся предварительно окомкованной мелкой (пылевидной) руды, рудного концентрата, металлосодержащих отходов и флюсов. Исходный продукт – шихта – содержит также горючие добавки, такие как коксо-

44

вая мелочь, антрацитовый штыб, тощий уголь, бракованный мелкий агломерат размером менее 5 мм; в качестве офлюсовывающих добавок в шихте присутствуют известняк и известь. Крупность агломерата для доменной плавки – 5–60 мм. Агломерат обладает достаточной прочностью, обеспечивающей сохранность его размеров и формы при транспортировании.

Окатыши – рудный материал в виде прочных гранул шарообразной формы размером обычно 9–16 мм, получаемый из пылевидной руды или тонкоизмельченного концентрата; окатыши способны выдерживать транспортирование с перегрузками и длительное хранение. Окатыши применяются при доменной плавке или электрометаллургической переработке для получения стали.

Брикеты минеральные – куски однородного состава и геометрически правильной формы, получаемые из одного или различных видов минерального сырья с офлюсовывающими, катализирующими, со связующими добавками или без них, а также с другими добавками. Брикеты из бурого угля, торфа, каменноугольной и антрацитовой мелочи, руд черных и цветных металлов изготавливаются методами холодного и горячего прессования; брикеты пригодны для транспортирования и длительного хранения.

Необходимо отметить, что чем глубже процесс обогащения по основной продукции, тем больше отходов остается непосредственно на горнодобывающем предприятии. В то же время извлечение сопутствующих полезных компонентов и использование вскрышных и вмещающих пород для получения продукции другого назначения снижает объемы отходов, а следовательно, площади земель под их складирование.

Основные требования промышленности к качеству полезных ископаемых зависят от вида полезного ископаемого, его важности, существующего уровня техники и технологии его переработки.

В основу требований к качеству сырья положены его потребительские свойства для конкретных производств. При этом во всех горнорудных отраслях к каждому типу и сорту руд предъявляют жесткие требования к нормированию абсолютного содержания полезных, вредных и шлакообразующих компонентов.

45

Актуальная проблема комплексного использования минерального сырья на современном уровне может быть решена по двум направлениям: комплексное извлечение всех полезных компонентов из полезного ископаемого и использование некондиционных по химическому, гранулометрическому составу, физическим свойствам и другим показателям полезных ископаемых в промышленности и сельском хозяйстве.

Большими возможностями комплексного использования обладают все виды каменных углей. Минеральная часть угля

исодержащиеся в ней компоненты могут стать мощным источником сырья и найти широкое применение во всех отраслях промышленности. Уголь содержит почти все элементы таблицы Менделеева, а некоторые из них могут быть извлечены, если этого требует экономическая целесообразность. Комплексное использование и утилизация минеральных компонентов углей могут осуществляться посредством извлечения из углей таких ценных элементов, как германий и уран, путем извлечения из золы глинозема, а из углей – пирита для производства серной кислоты и удобрений; путем использования зольных остатков, образующихся после сжигания углей, в качестве сырья для производства строительных материалов

иудобрений для сельского хозяйства. Доменные и котельные шлаки могут быть использованы вместо традиционного строительного сырья для производства портландцемента, бетона, бетонных заполнителей, минеральной ваты и кирпича.

Показательным примером может служить развитие японской микроэлектроники в 1960–1970-х гг., успехи которой, по более позднему признанию премьера Страны Восходящего Солнца, были достигнуты благодаря поставляемому из СССР

углю. Лишь через нескольких лет поставок был понят интерес японцев к этой марке высокозольного угля, поставляемого одним из забайкальских разрезов, и категорическое нежелание его замены на более высококачественный и более дешевый, – уголь содержал германий, ниобий, иттрий, цирконий и ряд других ценных компонентов.

Использование отвалов в качестве техногенных месторождений наиболее показательно для золотых приисков Урала, где их переработка по мере совершенствования технологии

46

обогащения производилась в течение XX в. по 5–6 раз и каждый раз с получением золота в промышленных масштабах.

Одним из наиболее ярких примеров является гидромеханизированная отработка аварийного хвостохранилища Оленегорского ГОКа, расположенного в Южной губе Колозера, площадью 320,4 га. Анализ результатов опробования хвостохранилища показал, что в рудной части хвостов преобладают свободные зерна гематита и магнетита с общим содержанием железа в хвостах (Feобщ) – 17,5–20,5 %. Прирост составил почти годовой объем получаемого на ГОКе железа. Кроме того, себестоимость 1 т концентрата, произведенного из лежалых хвостов, более чем в 1,8 раза ниже себестоимости получаемого из руды. Подобные технологические решения (также разрабатываемые на кафедре геологии МГГУ) применимы к хвостохранилищу Ковдорского ГОКа.

Можно также отметить добычу алмазов из хвостов обогащения фабрики № 5 прииска «Водораздельные галечники» на Мирнинском ГОКе АК «Алроса» и ряд других примеров.

3.4.Основные положения комплексного освоения месторождений ТПИ

Как уже отмечалось выше, современная деятельность горнодобывающего комплекса в России определяется рыночной экономикой, и поэтому развивается по пути экстенсивного недропользования. Это в первую очередь подразумевает хищническую разработку месторождений с ростом объемов добываемого полезного ископаемого, выемку руд с наибольшим содержанием полезных компонентов и минимальные затраты на сохранение окружающей природной среды. Такой подход привел к резкому ухудшению качества руд, усложнению гор- но-геологических и горно-технологических условий разработки месторождений.

По данным ИПКОН РАН и Ростехнадзора, общее содержание цветных металлов в рудах за последние 20–25 лет в России снизилось в 1,3–1,5 раза, золота – в 1,2 раза, а доля труднообогатимых руд возросла с 15 до 40 % общей массы перерабатываемого сырья.

47

Сквозное извлечение полезных компонентов остается в течение многих лет практически на одном уровне: для железа – 0,72; меди – 0,81; цинка – 0,83; вольфрама – 0,8; молибдена – 0,7; олова – 0,72. Оставшимися в недрах и потерянными при переработке остаются в среднем от 15 до 30 % полезных ископаемых против 3–4 % в доперестроечный период. В качестве примера можно привести тот факт, что извлечение нефти из недр снизилось до 28–30 %. Лучшие в мире Верхне-Камские месторождения калиево-магниевых солей разрабатываются с преступно утвержденными нормативами потерь от 60 до 80 %. Низким остается извлечение попутных ценных компонентов из перерабатываемого минерального сырья, а на многих месторождениях оно вообще не осуществляется. Особенно это относится к множеству зарубежных компаний, разрабатывающих российские месторождения. Канадцы на месторождении «Купол» (Камчатка) со средним содержанием золота в руде 38,5 г/т в отвал отправляют рудную массу, содержащую 3 г/т, что почти в 2 раза выше средних значений рудного золота в исходных запасах по стране. Канадцы таким же образом отработали соседнее месторождение Кубаха, а компании США на Дальнем Востоке, отрабатывая наши золотоносные месторождения, отправляют в отвалы даже серебро, и т.д., и т.п.

В рамках рационального недропользования заслуживает внимания концепция ресурсовоспроизводимых технологий, которая частично позволяет восполнить выбывающие мощности горных предприятий, обеспечить своевременную подготовку залежей полезного ископаемого, в том числе забалансовых участков и сопутствующих, и увеличить производственную мощность карьера, шахты или рудника. Понятие ресурсовоспроизводящих технологий, предложенное академиком РАН К.Н. Трубецким в 1990-х гг., являются частью общего науч- но-технического направления комплексного и природоохранного недропользования, разработанного в Московском горном институте и окончательно сформированного научной школой академика АН СССР В.В. Ржевского.

Ресурсовоспроизводящие геотехнологии были определены как «прямые действия или дополнительные технологические

48

процессы, в результате которых создаются новые ресурсы недр». Реализация этих процессов требует дополнительных затрат, целесообразность которых обосновывается с учетом ценности получаемого ресурса.

При таком подходе можно выделить следующие ресурсовоспроизводящие функции геотехнологий: изменение условий залегания минеральных образований; изменение качества минеральных образований; изменение параметров, сроков формирования и состояния выработанного пространства.

В споре различных научных школ и производственников постепенно возобладало понятие, сформулированное К.Н. Трубецким и используемое как основа «универсальной» систематизации недропользования. При систематизации методов воспроизводства георесурсов при комплексном освоении рудных месторождений выделено три принципиально различных подхода:

1)воспроизводство новых видов георесурсов при истощении базовых и переход на извлечение новых видов минерального сырья с полезным использованием выработанных пространств;

2)воспроизводство того же вида минерального сырья за счет перевода забалансовых запасов и некондиционных руд

вбалансовые и кондиционные;

3)воспроизводство новых и того же вида георесурсов при вовлечении в эксплуатацию отходов производства.

С учетом современного состояния окружающей среды и уровня недропользования получила распространение группа ресурсовоспроизводящих технологий, основным смыслом которой является геотехнологическое обоснование методов воспроизводства георесурсов, условий и параметров их реализации на основе выбора горнотехнических систем комбинированной геотехнологии как совокупности горных конструкций, технических и технологических подсистем открытых, подземных, физико-химических и специальных методов добычи во взаимодействии с вмещающими их участками недр.

Здесь на первое место отводится понятию «выбор горнотехнической системы комбинированной отработки месторождения с точки зрения наилучших условий его освоения».

49

Впервую очередь необходимо определить рациональные качественные параметры геотехнологии: вариант горнотехнической системы с заданными характеристиками поэтапной добычи, последовательность вовлечения запасов в разработку, условия перехода от одной геотехнологии к другой, способы управления состоянием массива и агрегатным состоянием полезного ископаемого, способ управления качеством потоков минерального сырья, вид геотехнологии – цикличная или поточная, направление развития горных работ. Затем на основе проведения комплекса исследовательских работ и изысканий, многовариантных расчетов с оптимизацией параметров в соответствии с выбранными критериями определяются количественные характеристики горнотехнической системы, реализуемой в специфических горно-геологических, геомеханических, экономико-географических условиях эксплуатации месторождения. При изменении внешних и внутренних факторов, влияющих на показатели реализации горнотехнической системы, эти параметры уточняются на этапах рабочего проектирования. Такой подход сформулирован ИПКОН РАН на основе многолетних научных исследований и анализа опыта комбинированной разработки месторождений твердого минерального сырья.

Технологически такой подход осуществим формированием единого горно-обогатительного комплекса по добыче и глубокой переработке руд на основе результатов качественной

иполнообъемной геологической разведки. В этом случае частично решается проблема горнотехнических отходов в виде хвостохранилищ, отвалов вмещающих пород и некондиционных руд, промышленных стоков и т.п.

Вто же время предлагаемая концепция не является окончательной и может служить лишь некоторой базой, требующей дальнейшего развития, так как в свете современного понимания горных наук под ресурсовоспроизводящими технологиями понимаются геотехнологии, обеспечивающие освоение запасов полезных ископаемых с частичным воспроизводством или созданием новых видов ресурсов недр либо с переводом потенциальных ресурсов в реальные. Из этого положения следует однозначный вывод об однобокости подхода к ресурсопользованию без учета экологических последствий.

50