Оценка проектов предприятий горно-металлургического комплекса. Учебное пособие

имуществ открытых работ является более высокий показатель извлечения полезных ископаемых из недр. В то же время карьеры и разрезы отличаются большими площадями нарушенных земель, более 40 % из которых заняты внешними отвалами.

Для условий отечественных карьеров разработан и внедрен ряд эффективных технологических решений, позволивших повысить коэффициент извлечения полезных ископаемых из недр и вовлечь в эксплуатацию запасы минерального сырья, ранее списанные или подлежащие списанию при запроектированной технологии горных работ.

Приведем ряд примеров проектирования и реализации оригинальных технологических решений, позволивших повысить эффективность недропользования на открытых разработках. Так, для группы рудных месторождений Восточной Сибири, отличающихся сложным строением и крутым залеганием, предложена и успешно внедрена комбинированная бульдозерно-экскаваторная отработка сложных уступов. При этом с помощью бульдозеров производится отсортировка пустых пород из рудных экскаваторных блоков и выемка локальных участков руд из вскрышных экскаваторных блоков. Технология позволяет повысить содержание металла в добываемой руде и вовлечь в эксплуатацию запасы руды, которые при экскаваторной выемке на полную высоту уступа являются некондиционными.

На ряде месторождений с пологим и горизонтальным залеганием полезного ископаемого (разрез «Бородинский», известняковые карьеры Пятковского месторождения и т.п.) применяется система разработки со складированием вскрышных пород в выработанное пространство, чем значительно сокращаются площади нарушенных земель и уменьшается парк транспортного оборудования.

Для разработки месторождений преимущественно с горизонтальным и наклонным залеганием пластов с мягкими покрывающими породами предложено вскрывать рудный пласт вскрышными уступами с оставлением на его кровле слоя породы мощностью 0,05–0,20 м в зависимости от величины колебаний контакта рудного пласта с пустыми породами. Поверх-

71

ность контакта рудного пласта и пустой породы вскрышного уступа представляет собой сложную пространственную форму. Перед извлечением рудного пласта слой породы пропитывают раствором вяжущего вещества (цементный раствор или смесь синтетической смолы и пенообразующего реагента) вслед за продвижением фронта вскрышных работ. Раствор вяжущего вещества проникает через породную подушку до поверхности контакта с рудным пластом. Породная подушка затвердевает, повторяя форму поверхности контакта. После затвердения породную подушку разделяют на блоки. Их убирают с рудного пласта погрузчиком в бурты, из которых затем отгружают вскрышным экскаватором в отвал вместе со вскрышными породами. После снятия породной подушки рудный пласт разрабатывают добычным экскаватором и транспортируют. При этом значительно снижаются потери и разубоживание полезного ископаемого.

На одном из карьеров нашей страны отрабатывают залежь с горизонтальной мощностью 20–80 м и углом падения 15–30°. На этом карьере эффективно используется технология отработки приконтактных зон блоками вдоль простирания приконтурной зоны рудной залежи с выемкой со стороны висячего бока. После проведения съездных и разрезных траншей непосредственно по рудному телу фронт горных работ на отрабатываемом горизонте перемещается вкрест простирания рудной залежи до зоны контакта. При подходе к линии выхода рудного тела отработка вкрест простирания по вышележащему горизонту прекращается, а зона контакта обуривается рядами взрывных скважин. Глубина обуривания от линии выхода рудного тела по отработанному горизонту вкрест простирания должна быть равна минимальной ширине площадки, исходя из условия безопасной работы экскаватора при отработке залежи со стороны висячего бока. Предложенная технология при отработке крутых залежей, имеющих четкие контакты с вмещающими породами и вскрываемых со стороны лежачего бока, позволяет в 1,5–2,0 раза сократить потери полезного ископаемого.

Применение каких-либо решений по горнотехническому направлению возможно лишь при всеобъемлющей геологиче-

72

ской информации о месторождении, может быть индивидуальным и применимым только на конкретном горном предприятии.

Существует также ряд эффективных решений, направленных на повышение извлечения полезного ископаемого при подземной разработке месторождений. Так, успешно прошел испытания способ извлечения металлосодержащих целиков из ранее отработанных шахт, расположенных на Крайнем Севере, под защитой ледяных целиков.

На рудниках оловянной подотрасли для достижения нормативного уровня извлечения полезного ископаемого из недр производится раздельная выемка руды при нарезке блоков при разработке жильных месторождений.

Для разработки мощных рудных тел с прослоями пород или различными типами (сортами) руд и углами падения до 55° предложена система, при которой породный прослой, сорт или тип руды отбивают отдельно горизонтальными или наклонными скважинами на нижеобразованное очистное пространство и выпускают раздельно. Заряжание и взрывание скважин ведут поочередно снизу вверх по их длине, равной мощности породных прослоев и рудного массива между ними, типу или сорту руды. При этом снижается попадание пород и некондиционных руд в выемочные границы блоков до 40–80 %, повышается содержание металлов в руде и их извлечение.

Ведутся изыскания и осуществляется внедрение других систем разработки, позволяющих улучшить показатели извлечения полезного ископаемого из недр. Так, при отработке крутых жильных месторождений на ряде рудников эффективно используется гидросмыв рудной мелочи, оставленной на лежачем боку залежи. Перспективным направлением также является применение гидроразрушения горных пород гидромониторами высокого давления (сотни атмосфер).

Широкое внедрение на угольных шахтах получила бесцеликовая технология выемки угля, позволяющая ликвидировать потери угля в целиках у подготовительных выработок, которые при обычной технологии составляют от 30 до 80 % всех эксплуатационных потерь.

73

Важным направлением повышения полноты использования недр при подземной разработке месторождений (и прежде всего при добыче богатых руд) является широкое применение прогрессивных вариантов систем с закладкой выработанного пространства. В настоящее время системы с закладкой позволяют не только снизить потери полезного ископаемого на 4–6 % в зависимости от мощности и количества оставляемых целиков, но и предупредить оседания и провалы земной поверхности. Системы разработки с твердеющей закладкой позволяют не только улучшить показатели извлечения руд при добыче, но и отрабатывать рудные целики под охраняемыми объектами. Так, на одном из предприятий с высокой эффективностью были отработаны богатые руды, законсервированные в охранном целике.

Приведенные примеры свидетельствуют лишь о многовариантности возможных решений по повышению эффективности недропользования, которые можно принимать, если обладать исчерпывающей геологической информацией о месторождении и уметь прогнозировать геомеханическую обстановку.

Впоследние годы все больший интерес и распространение получают геотехнологические методы, которые позволяют более рационально использовать месторождения.

Всвое время в СССР получил развитие метод подземной выплавки серы (ПВС) с глубоких горизонтов, отработка которых традиционными способами разработки – подземным

иоткрытым – экономически нецелесообразна, что дало возможность значительно расширить сырьевую базу серной подотрасли. Для добычи серы методом подземной выплавки

использовано ее свойство плавиться при температуре 112,8– 119,0 °С. Сущность метода заключается в том, что в серную

залежь через предварительно пробуренные и специально оборудованные скважины нагнетается горячая вода (165 °С).

Расплавленная теплом горячей воды сера стекает вниз к почве пласта и далее к скважине. Затем с помощью сжатого воздуха, подаваемого по скважине, сера эмульгируется и поступает на дневную поверхность. Расплавленная сера направляется через отстойные резервуары на очистку и далее на склад готовой продукции.

74

Глубина отработки серных залежей методом ПВС достигала в Туркмении 400 м, а в Предкарпатском бассейне – 300 м, причем извлечение серы достигало 40 %. Такая технология практически исключает вскрышные работы и не нарушает земель.

Широкие перспективы имеет метод скважинной гидродобычи. Он может найти эффективное применение для разработки легкодиспергиру-емых, рыхлых и слабосвязанных полезных ископаемых. К ним относятся месторождения фосфоритов, рыхлых марганцевых руд, мягких бокситовых руд, битуминозных песчаников, россыпные месторождения золота

ититана, месторождения строительных материалов. Применение гидромониторов высокого давления значительно расширяет перечень разрабатываемых полезных ископаемых. Скважинная гидродобыча весьма перспективна с позиций расширения сырьевой базы и снижения ущерба окружающей природной среде.

Одной из основных составляющих рационального недропользования является более полное извлечение полезного ископаемого, т.е. снижение потерь при добыче. При современном уровне развития горного производства существенное снижение количественных и качественных потерь может быть достигнуто в основном за счет совершенствования технологии

имеханизации горных работ. Это в первую очередь характерно для проектируемых объектов и должно обязательно рассматриваться при составлении проектов горнодобывающих предприятий.

Для действующего горного предприятия проводится нормирование потерь и определяется их оптимальный уровень, достижение которого в большинстве случаев ведет к снижению потерь относительно фактического уровня. Однако возможен такой вариант, когда оптимизация потерь на какомто конкретном предприятии приведет к их увеличению, если фактический уровень потерь на предприятии экономически не обоснован. Нормирование потерь может быть осуществлено с помощью различных методов (конструктивного, статистического, аналитического), выбор которых зависит от объективных условий формирования потерь. Конструктивный метод заключается в определении размеров потерь с помощью

75

геологических планов и разрезов и паспортов на различные технологические процессы, статистический – в определении размеров потерь на основе статистических данных или статистических характеристик производственного процесса, в ходе которого возникает данный вид потерь полезных ископаемых, аналитический – в определении размеров потерь на основании взаимосвязи их уровня с технико-экономическими показателями деятельности данного предприятия. В этих случаях должен составляться дополнительный проект реализации выбранных решений.

В последние годы развитие вычислительной техники и технологий позволяет осуществлять геолого-технологиче- ское картирование месторождений посредством создания 3D-модели, т.е. переход от картирования к геолого-тех- нологическому моделированию. В качестве инструмента для получения информации о содержании полезных компонентов в горных породах, свойствах и т.п. используется электронная микроскопия, в том числе сканирующая и 3D-рентгеновская микротомография (это исключает приготовление шлифов).

Для обеспечения нормативного уровня потерь полезных ископаемых при добыче необходим постоянный геологомаркшейдерский контроль качества их извлечения из недр. Нормативные показатели потерь должны учитываться при разработке технических паспортов на отработку участков месторождений. Научно разработанные нормативы количественных и качественных потерь минерального сырья в сочетании с организационными мерами по их реализации являются эффективным средством улучшения извлечения полезных ископаемых из недр на горных предприятиях.

Применение различного вида программных обеспечений при проектировании текущих горных работ позволяет более полно и эффективно добывать полезные ископаемые. Например, на Лебединском ГОКе успешно применяется программное обеспечение GEOVIR Surpac для задач блочного моделирования, календарного планирования и проектирования горных работ, позволяющее отрабатывать участки со сложным строением рудных тел.

76

5.6. Технологическое направление

Это направление природоохранного недропользования наиболее интенсивно развивается в последние годы. Технологическое направление заключается в создании новых и совершенствовании существующих технологических процессов переработки минерального сырья, позволяющих наиболее эффективно извлекать все содержащиеся в нем полезные компоненты, вовлекать в переработку бедные и забалансовые руды, утилизировать вмещающие породы и отходы производства. В настоящее время дальнейшее развитие получают традиционные способы и средства направленного воздействия на агрегаты рудной массы, изменяющего их свойства и позволяющего увеличить эффективность их последующего разделения. К числу таких способов относятся:

––термическая обработка (окислительный, восстановительный, суль-фатизирующий, хлорирующий обжиг, спекание, плазменная обработка);

––механическая (или механохимическая) активация;

––автоклавная обработка (при достаточно высоких температурах и барометрических параметрах);

––ультразвуковая и радиационная обработка;

––обработка сверхтонкими дисперсоидами.

Сочетание указанных способов воздействия позволяет увеличить выход полезных продуктов при обогащении минерального сырья.

Постоянно идут разработка и внедрение эффективных технологических решений, направленных на повышение извлечения полезных компонентов при переработке минерального сырья в Китае, США, Германии, ЮАР, Японии, Австралии, России. Одним из первых успешных опытов в СССР было введение на Ковдорском горно-обогатительном комбинате в эксплуатацию обогатительной фабрики по переработке хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд для выпуска апатитового концентрата.

На Соколовско-Сарбайском горно-обогатительном комбинате (Казахстан) была освоена флотационно-сорбционно-экс- тракционная технология комплексной переработки хвостов

77

магнитного обогащения с целью попутного извлечения серы, цветных и редких металлов.

На ряде карьеров по добыче цветных металлов было внедрено предварительное обогащение в тяжелых суспензиях, что позволило вовлечь в добычу и переработку большие объемы бедных и забалансовых руд и извлечь дополнительно значительное количество металлов.

На основе внедрения селективной флотации медно-цин- ковых руд удалось повысить извлечение цинка в концентрат на 1–3 %.

Использование схемы раздельной флотации песковой и шламовой фракции на одной из медных фабрик позволило увеличить извлечение металлов на 1,5–2,0 %.

На обогатительных фабриках ГОКов карьеров КМА внедрено горячее брикетирование с содержанием железа более 70 % в отгружаемой продукции.

Академик Б.Н. Ласкорин отмечал, что переработка труднообогатимых комплексных руд требует широкого использования комбинированных технологических схем, включающих наряду с обогатительными операциями процессы пиро- и гидрометаллургии. Коллективные концентраты, бедные забалансовые руды, отходы обогащения, окисленные руды должны перерабатываться с использованием предварительного обжига, выщелачивания, в том числе бактериального, сорбционной и экстракционной технологии. Эти процессы были разработаны еще в СССР и апробированы на многих горных предприятиях, они применяются до сих пор, так как показали достаточную эффективность.

Академики АН СССР Н.В. Мельников и М.И. Агошков выделяли в числе актуальных проблем по созданию и внедрению новых высокоэффективных технологических схем и способов переработки минерального сырья:

––освоение технологии обогащения окисленных и полуокисленных железистых кварцитов, запасы которых в добытом виде и находящиеся в отвалах исчисляются многими сотнями миллионов тонн, а запасы в недрах еще более значительны. Решение этой проблемы может дать народному хозяйству экономический эффект, выражающийся в миллиардах рублей;

78

––изучение возможности разработки эффективной технологии выщелачивания из отвалов и бедных месторождений свинца, цинка и других металлов;

––создание и практическое освоение технологии обогащения карбонатных руд Чиатурского и Никопольского марганцевых бассейнов (которые сейчас принадлежат соответственно Грузии и Украине).

По мнению академика Н.В. Мельникова, повышение извлечения полезных ископаемых является основополагающим не только в экономике горного дела, но и в рациональном недропользовании в целом, и обязательно должно рассматриваться при проектировании любого горного предприятия.

5.7.Геоинформационные системы

имониторинг

Современные компьютерные технологии позволяют построить любой виртуальный объект, например карьер или шахту со всеми составляющими и сопутствующими объектами. Наличие виртуального горнодобывающего, строительного и тому подобного предприятия позволяет моделировать любое развитие объекта, планировать и проводить любые исследования и эксперименты, вносить коррективы без каких-либо последствий для существования. Основой для строительства виртуального объекта служит создание геоинформационной системы (ГИС), которая реализуется на основе объектно-ориентирован- ной технологии. ГИС, с одной стороны, – это ряд специальных «пространственных» процедур, наложенных на стандартную базу данных (БД), с другой – это система, использующая «пространственную» базу данных для ответа на запросы, «географические» по своей природе. Существует достаточно много определений ГИС. В общем, ГИС – это компьютерные системы для сбора, хранения, структурирования и управления, анализа и вывода территориально-ориентированных данных (рис. 3).

В общем случае ГИС включает графические функции и функции работы с базой данных (БД), т.е. имеет графический модуль и модуль системы унифицированной базы данных (СУБД).

79

ГИС

Анализ, поиск, распознавание, синтез

Рис. 3. Принципиальная структурная схема геоинформационных систем (ГИС)

Применительно к недропользованию ГИС используют для эффективного хранения геологической, геофизической и экологической информации (информации по разработке месторождений, обогащению, нарушению земель, преобразованию геосфер и т.д.) и манипулирования ей. Принципиальная структурная схема информационного обеспечения ГИС приведена на рис. 4.

Данные, хранимые в БД, служат основой при проектировании и принятии решений по бурению разведочных скважин

спривязкой их к местности, для выборки по запасам с последующим управлением ими, объемам горных работ, направлениям и темпам развития горных работ и т.д.

От ГИС-пакета требуется обеспечить оперативную работу

среляционной СУБД посредством пространственных запро-

сов, предоставить аналитические возможности, связанные с использованием операторов смежности, близости, площади, длины, качества, процентного содержания и т.п.

В первую очередь ГИС-пакет служит объединителем, накопителем и распределителем всего многообразия данных и прикладных программных систем.

80