CC BY
102
© M.B. Рыльникова, Д.Н. Радченко, B.B. Экс, 2012
УЛК 553.277
М.В. Рыльникова, Д.Н. Радченко, В.В. Экс
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ В СВЕТЕ ПЕРСПЕКТИВ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Даны определения основных категорий георесурсов и их классификация в свете перспектив комплексного освоения недр. Разработаны перспективные технологические схемы добычи и переработки техногенного минерального сырья в полном геотехнологическом цикле комплексного освоения месторождений, предусматривающие сочетание физико-технических и физико-химических процессов разработки месторождений и сопутствующих техногенных образований, как основа для проектирования горнотехнических систем комбинированной геотехнологии. Ключевые слова: классификация техногенных георесурсов, техногенное месторождение, комплексное освоение недр, комбинированная геотехнология.
В первые понятия техногенные минеральные ресурсы и техногенные месторождения были введены академиком Н.В. Мельниковым в начале 70-х гг. прошлого века. А в 1982 году академиком Агошковым была предложена классификация георесурсов, в которую, наряду с природными минеральными образованиями, вошли техногенные минеральные ресурсы, тепло недр земли и техногенные полости [2]. В совместных работах ИПКОН РАН и ИГД им. Кунаева под руководством академика К.Н. Трубецкого в конце 80-х гг было введено новое понятие ресурсовос-производящих геотехнологий, включающее технологии целенаправленного создания и разработки техногенных месторождений с заданными технологическими параметрами,
обеспечивающие возможность их эффективного освоения [7], а так же предложена классификация техногенных месторождений [8]. Эти работы были продолжены учеными АН Республики Кыргызстан профессорами Г.В. Секисовым и А.А. Таскаевым
в 1988 г. Под их руководством была обоснованна необходимость введения новой научно-производственной категории — минеральные объекты, включающие в себя природные, при-родно-техногенные и техногенные минеральные объекты [5].
Выполненный обзор современного состояния геотехнологий и работ, связанных с обоснованием различных понятий техногенных георесурсов, позволил конкретизировать и внести отдельные дополнения в определения основных категорий георесурсов в свете перспектив комплексного освоения недр.
Техногенные минеральные ресурсы — запасы минерального сырья, содержащегося в отходах горнообогатительного и металлургического производств в пределах какого-либо предприятия, региона или страны в целом.
Техногенные полости — горные выработки и выработанные пространства, сформированные в ходе горных работ при извлечении полезных ископаемых из недр.
Техногенный ландшафт — измененный в результате производства горных работ или иной производственной деятельности ландшафт земной поверхности.
Техногенные минеральные объекты — условно выделенные в пространстве и накопленные на поверхности Земли или в недрах в пределах горного отвода техногенные минеральные ресурсы, потенциальная промышленная ценность которых, как правило, не ясна, для ее установления требуется проведение специальных геологических и технологических работ.
Техногенное минеральное образование — скопление на поверхности, либо в природных или техногенных полостях в недрах Земли, гидросфере или атмосфере запасов твердых или жидких продуктов, созданных в результате производственной деятельности человека в сфере недропользования и достаточное по объемам для промышленного освоения.
Техногенное месторождение — скопление техногенных минеральных ресурсов, образовавшееся в результате складирования отходов производства, пригодное для эффективной разработки и переработки с целью производства товарной продукции.
При систематизации групп георесурсов выделены три основные категории: природные (геогенные), техногенные и природно-техногенные (рис. 1).
Природные — запасы природного минерального сырья, природные полости, сформированные в результате генетических процессов в недрах Земли.
Техногенные — запасы техногенного минерального сырья, содержа-шегося в отходах, а так же техногенные полости и ландшафты.
Природно-техногенные — запасы, оставленные в недрах в результате отработки природных месторождений
в виде целиков, корок, выклиниваю-шиеся участки залежей, неотделенные от горного массива.
Техногенные георесурсы разделены на твердые, жидкие, газообразные и пространственные.
К техногенным твердым георесурсам отнесены отвалы вскрышных пород и некондиционных руд, отходы рудообогашения, специфические отходы производства (просыпи, отходы рентгенометрической сепарации, пи-ритные концентраты и др.). К жидким — минерализованные шахтные и карьерные воды. К газообразным — шахтные газы (сероводород, водород и др.), пространственные — выработанное пространство, сформированное в ходе открытых и подземных горных работ, и техногенные ландшафты. Эти техногенные образования могут быть эффективно использованы для реализации физико-химических геотехнологий эксплуатации бедных руд и техногенного сырья, а также в иных целях.
В настояшее время эксплуатация пространственных техногенных образований получает все большее распространение. Так, на Сорском месторождении природного камня подземные очистные камеры используются в качестве складов и хранилиш г. Самары. На комбинате «Сильвинит», разрабатываюшем месторождение калийных солей, в выработанном пространстве подземного рудника функционируют санатории для больных пульмонологическими заболеваниями. В подземном руднике комбината «Апатит» в стационарных климатических условиях организованы грибницы, обеспечиваюшие потребности северного города в высококачественной продукции.
Таким образом, техногенные полости — это специфический вид тех-
Природные
Природно-техногенные
и «
Й
а
а
<и 3
и о
я к
о н о
о
и и
и и
<и о
Ц к
я Й н а к
о ч
о и
к о и
<и <и
3 и
н
Л «
а к
и я
о И я
и
Й
а
« о и К н о
я о
о и о
3 й
и е
и о
<и ^
ч о
я ю
Й н
о о §
к я о
о Ц
3 н о ^
^ о
а в
и
о
И
а
я
н
о И
и о к а
к
«
и
о «
о и и о к а к
Э
о и
Техногенные
к
и
«
к
N
а ю о о Й и
и Я
ср §
. &
а 2
Классификация георесурсов
ногенных образований которые могут и должны быть эффективно использованы в народном хозяйстве.
Сформированное в ходе горных работ выработанное пространство используется для реализации процессов физико-химической геотехнологии, а отходы переработки утилизируются в закладке выработанного пространства открытого и подземного рудников.
Систематизация знаний о техногенных образованиях направлена, прежде всего, на формирование нормативно-правовой и законодательной базы обращения с отходами, повышение эффективности использования ресурсов недр Земли, создание более эффективных, энерго- и ресурсосберегающих геотехнологий. Уточнение основных категорий георесур-
сов обеспечивает единый подход к проблеме комплексного освоения недр.
Первоочередными задачами при вовлечении техногенных георесурсов в эксплуатацию являются:
• теоретическое обоснование геотехнологической стратегии комплексного освоения месторождений на основе изучения особенностей их техногенного преобразования, создание горнотехнических систем и способов разработки природных и техногенных месторождений на базе комбинации процессов открытой, подземной и физико-химических методов добычи руд;
• формирование техногенных месторождений с заданными характеристиками для последующей разработки;
• обоснование методики определения основных параметров техногенного преобразования природных месторождений с вовлечением в эффективную промышленную эксплуатацию отходов горно-металлургического производства техногенных месторождений;
• установление закономерностей минерального и химического состава, распределения полезных компонентов и физико-механических свойств горных и искусственных массивов природных и техногенных месторождений;
• совершенствование существующих и разработка новых технологических процессов комплексного освоения природных и техногенных месторождений для повышения уровня и комплексности извлечения ценных компонентов;
• обоснование дифференцированных кондиций и условий их корректировки;
• разработка нормативной базы проектирования комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии.
Проанализированные известные классификации техногенных месторождений позволили ближе подойти к их изучению и развитию, оценке и проектированию разработки комплексного рационального освоения минеральных ресурсов в полном цикле комплексного освоения недр [8,3—6].
Многообразие известных технологических решений по использованию богатых, рядовых, бедных и забалансовых руд, отходов добычи и переработки и позитивные предпосылки реализации стратегии комплексного освоения рудных месторождений предопределили систематизацию георесурсов в зависимости
от процессов образования, условий залегания и хранения, особенностей вещественного состава, определяющих перспективную технологию их промышленной эксплуатации. Укрупненная классификация природных и техногенных георесурсов месторождений цветных, редких, благородных металлов для оценки перспектив их комплексного освоения, представлена в табл. 1.
В соответствии с условиями образования, залегания и хранения в табл. 1 для каждой группы георесурсов указаны основные применяемые на практике технологии разработки и перспективы вовлечения каждой группы в промышленную эксплуатацию в интересах повышения полноты и комплексности освоения недр.
Для каждой из представленных в таблице групп георесурсов предложены перспективные технологические схемы их эксплуатации. Анализ технологических схем свидетельствует, что менее сложными, энерго- и металлоемкими являются технологические схемы, предусматривающие переработку текущих отходов обогащения. В случае если применение процессов физико-химической геотехнологии к техногенному массиву из текущих отходов обогащения в краткосрочной перспективе нецелесообразно, ввиду низкого качества техногенного сырья или неудовлетворительных технологических характеристик, необходимы технологические решения по целенаправленному формированию из текущих отходов техногенных месторождений в выработанном пространстве карьера и подземного рудника или на поверхности горного отвода или для обеспечения возможности их эффективного освоения в будущем.
Характеристика природных и техногенных георесурсов, перспективных для комплексного освоения
Процессы образования Инд. группы Группы георесурсов Основные применяемые технологии эксплуатации Перспективы вовлечения в эксплуатацию комбинированной геотехнологией на основе сочетания физико-технических и физико-химических геотехнологий
При- 1.1 Балансовые запасы месторождений Разработка открытым, подземным и откры-то-подземным способами, обогащение с получением в качестве готовой продукции горного предприятия минеральных концентратов, товарных металлов и их соединений. Основная часть балансовых запасов месторождения извлекается и перерабатывается флотационным методом или физико-химическими геотехнологиями
родные 1.2 Забалансовые запасы, бедные и некондиционные руды Оставление в недрах ввиду убыточности технологий разработки известными методами Вскрытие запасов и подготовка рудных тел из существующих выработок для реализации физи-ко-химической геотехнологии (подземного выщелачивания); переработка продуктивных растворов с получением товарных концентратов; выщелачивание и обогащение руды на месте залегания; добьиа обогащенной в недрах руды сложного вещественного состава для гидро- и пирометаллургические процессы переработки
При- родно- техно- ген- ные 2.1 Запасы, оставленные за контуром разработки Запасы в охранных целиках, в основании карьера, в выклинках рудных тел и на контактах с вмещающими породами, в закладке, в зонах обрушения. Не отрабатываются по условиям безопасности или ввиду убыточности. Сочетание процессов открытых и подземных горных работ с освоением сложных участков физико-химическими технологиями с поверхности или из существующих выработок.
3.1 Отвалы вскрышных пород Использование для нужд строительной индустрии, в составе закладочной смеси. Разработка открытым способом для применения в строительной индустрии. Рекультивация с использованием освобожденных территорий для нужд сельского хозяйства и в других отраслях.
Техногенные 3.2 Отвалы бедных руд В результате окисления при хранении не подлежат обогащению. Открытая добьиа, сепарация, раздельное складирование руд различного качественного состава. Переработка руды физико-химической технологией. Кучное выщелачивание бедных руд с утилизацией отработанного сырья в выработанном подземном пространстве.
Продолжение таблицы
Процессы образования Инд. группы Группы георесурсов Основные применяемые технологии эксплуатации Перспективы вовлечения в эксплуатацию комбинированной геотехнологией на основе сочетания физико-технических и физико-химических геотехнологий
3.3 Хвосты обогатительных фабрик Складирование и долговременное хранение в хвостохранилищах. Использование в составе закладочной смеси без до-извлечения ценных компонентов. Сухое складирование на специально подготовленных полигонах и в подземных выработках, выщелачивание на поверхности и в выработанном пространстве, утилизация в составе
3.4 Попутные концентраты (например, пирит-ный) Складирование в отвалы ввиду отсутствия спроса. закладочной смеси материала, прошедшего технологический цикл переработки физико-химическими методами
Техногенные 3.5 Специфические отходы производства: про-сыпи, отходы рентгенометрической сепарации и другие Складирование на дневной поверхности в отдельных отвалах, либо в отвалах и хранилищах других отходов производства. Разработка эффективных технологических схем с применением процессов физико-химической геотехнологии. Утилизация в выработанном пространстве после доизвлечения ценных компонентов
3.6 Минерализованные промышленные стоки Локализация в коллекторах (технологических прудах), отработанных карьерах. Очистка до норм ПЛК и сброс в природные водоемы. Использование в обороте обогатительных фабрик. Глубокая очистка с извлечением широкого спектра ценных компонентов, сброс в природные водоемы. Использование в качестве химического агента и транспортирующей среды при выщелачивании.
3.7 Выработанное пространство Использование карьеров в качестве хранилищ отходов горно-обогатительного производства. Закладка подземных горных выработок. Самолокализация подземных пустот. Использование в качестве хранилищ различного назначения, а также в качестве технологического пространства для реализации физи-ко-химических процессов.
3.8 Ландшафты Использование для складирования отходов Использование для формирования техногенных месторождений или в иных целях
го кг го
Разработанные классификации георесурсов и варианты перспективных технологических схем добычи и переработки техногенного минерального сырья в едином завершенном геотехнологическом цикле, включающем сочетание физико-технических и физико-химических процессов разработки месторождений и сопутствующих техногенных образований, являются основой для проектирования горнотехнических систем комбинированной геотехнологии [1].
Таким образом, решение проблемы комплексного освоения недр базируется на комплексном вовлечении в эксплуатацию ранее сформированных техногенных минеральных образований и месторождений, а также текущих от-
1. Абдрахманов И.А., Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Перспективы повышения полноты и комплексности освоения месторождений Учалинского ГОКа/ М.: Недропользование: XXI век, 2009, № 3, С. 28-32
2. Агошков М.И. Развитие идей и практики комплексного освоения недр // ИПКОН АН СССР, — 1982. — 26 С.
3. Грехнев Н.И., Секисов Г.В. Основные типы техногенных минеральных образований Дальнего Востока и система исходных клас-сификаций//Горный информационно-анали-тичекий бюллетень (научно-технический журнал). - 2004. — № 2. — С. 164-166.
4. Макаров А.Б. Техногенные месторождения минерального сырья//Соросовский обозревательный журнал. — 2000. — №8. — Т. 6.
ходов производства с формированием на их основе техногенных месторождений с заданными параметрами.
Важно отметить, что эффективное использование техногенных минеральных образований возможно только при вовлечении их в эксплуатацию совместно с балансовыми запасами и техногенными пространствами и ландшафтами в единой горнотехнической системе комплексного освоения месторождений с созданием единого технологического и информационного пространства, а это значит что параметры формирования, а в после-дуюшем и разработки техногенных образований должны закладываться на стадии проектирования горнодо-бываюшего предприятия.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Секисов Г.В., Таскаев A.A., Секисов А.Г. Природно-техногенные минеральные объекты // Изв. АН КиргССР. Физ-техн. и матем. науки,— 1987.— № 4.— С. 49—56.
6. Трубецкой К.Н. Методология и основные направления развития горных наук // Горн, информ. — аналит. бюл. — 1996. — Вып. 1. — С. 4-14.
7. Трубецкой К.Н., Рогов Е.И., Никитин М.Б. Обоснования оптимальных параметров создания и разработки техногенных месторождений // Комплексное использование минерального сырья.— 1986.— № 8.— С. 7—11.
8. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и поня-тия//Горный журнал.— 1989.— №12.—С. 6—9. 5233
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Рыльникова М.В. — профессор, доктор технических наук УРАН ИПКОН РАН; Радченко Д.Н. — кандидат технических наук УРАН ИПКОН РАН; Экс В.В. — аспирант,
Московский государственный горный университет, [email protected]
