CC BY
37
© С.В. Корнилков, В.Л. Яковлев, А.Г. Талалай, В.А. Елохин,
2009
УДК 622.235
С.В. Корнилков, В.Л. Яковлев, А.Г. Талалай,
В.А. Елохин
КОНЦЕПЦИЯ СЫРЬЕВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.
ТЕХНОЛОГИИ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ УРАЛ ПРОМЫШЛЕННЫЙ - УРАЛ ПОЛЯРНЫЙ
Предложена концепция сырьевого обеспечения металлургического производства Урала. Ключевые слова: металлургический и машиностроительный комплекс, минеральные ре-
сурсы, легированные стали.
S. V. Kornilkov, V.L. Yakovlev,
A.G. Talatay, V.A Elohin THE CONCEPTION OF THE RAW MATERIAL PROVISION FOR THE METALLURGICAL PRODUCTION. THE TECHNOLOGIES FOR DEPOSIT DEVELOPMENT ON THE BASE OF THE PROGRAM INDUSTRIAL AND POLAR URAL
The conception of the raw material provision for the metallurgical production at Ural is proposed.
Key words: concentrate, agglomerate, industrial product, steelmaking, barren rock processing, raw material provision.
Современные требования к развитию машиностроительного комплекса обуславливают повышение потребности в собственных отливках и легированном прокате. Структурные изменения в расширении сортамента сталей необходимы для расширенного производства легированных сталей и производства конкурентоспособных изделий с наивысшими потребительскими качествами и свойствами. Поэтому при определении баланса производства минеральных ресурсов и их потребления для выпуска ле-
Семинар № 16
гированных сталей формулируются требования к исходному сырью - продукции горных предприятий по ее свойствам и количеству, обеспечивающим выплавку сталей нужного качества. В зависимости от принятой технологии выплавки сталей: прямого легирования сталей или выплавки легированных чугунов - общий подход к обоснованию расчету объема производства горных предприятий может быть охарактеризован схемой, представленной на рис. 1.
Как видно из рисунка, качество, агрегатное состояние (концентрат, агломерат, помпродукт и пр.) и объем производимого сырья являются теми факторами, на базе которых взаимодействуют между собой перерабатывающие и добывающие предприятия. Поэтому для определения этих параметров при планировании развития металлургического и машиностроительного комплекса устанавливаются и обосновываются:
- сведения о текущей и прогнозируемой потребности машиностроительных заводов в легированных сталях;
- фактическое и прогнозируемое потребление металлургическими предприятиями собственно стали и чугуна, а также легирующих элементов (никеля, хрома, марганца, ванадия, молибдена и пр.);
- фактический и прогнозный удельный расход легирующих компонентов и ферросплавов;
- перечень и производственная мощность предприятий, которые могут быть использованы для переработки рудного сырья в конечные легирующие продукты: ферроникель, ферромарганец, силикомарганец, феррохром и пр.
При установленной потребности в основном сырье (железорудном концентрате, агломерате, окатышах) и легирующих компонентах изучаются сведения о балансовых и прогнозных запасах природных и техногенных месторождений железных руд и руд легирующих компонентов, а также флюсов и коксующихся углей в конкретном регионе, включая исходное качество полезных ископаемых и возможные направления их комплексного использования.
Из имеющихся на государственном балансе месторождений выделяются уже отрабатываемые, устанавливается их размещение, а также фактические и проектные данные о производительности действующих горных предприятий изучаемого региона, производящих рудное, легирующее и флюсовое сырье. При дефиците сырья исследуются возможности расширения круга обеспечивающих действующих горных производств или возможности инвестирования доразведки и освоения новых месторождений. Наряду с оценкой новых месторождений анализируются возможности получения сырья (особенно легирующих компонентов) из техноген-
шламохранилищ, отвалов металлургических шлаков и т.п.).
Переработка сырой руды или техногенных отходов до качества, приемлемого для дальнейшего их использования в металлургическом переделе осуществляется на обогатительных фабриках. Поэтому при установленном объеме потребления сырья необходимо знать где полезное ископаемое будет проходить предварительную подготовку. Для этого устанавливаются фактические и прогнозные данные о производительности действующих обогатительных предприятий, перерабатыващих железорудное, легирующее и флюсовое сырье, сведения о качестве производимой продукции, достигнутой и ожидаемой себестоимости добычи и обогащения руд, прогнозируются инвестиции в развитие действующих горных и обогатительных предприятий, рассчитывается стоимость перевозок от производителя сырья до потребителя.
Организация производства на макроуровне требует: определить перечень финансовых или промышленных групп, заинтересованных в развитии конкретного производства; выработать основные принципы регионального управления или взаимодействия предприятий в процессе обеспечения развития отрасли промышленности; установить общую схему поставки или производства всех видов ресурсов, необходимых для выплавки легированных сталей; решить задачу размещения заказов на металлургических предприятиях области; определить схему реализации и доставки произведенной продукции; установить потребность потенциальных заказчиков в легированном сырье, замкнув эти данные на структуру, координирующую и
ных месторождений (отвалов бедных руд, прогнозирующую
Потребитель продукции
С а р о Г) Сортамент Цена
Финансирование
Собственные средства | Привлеченные (заемные) средства
І
________________Производство легированных сталей_________________________
_______________________Т Е Х Н О Л О Г И И_______________________________
Легирование сталей | Выплавка легированного чугуна
і
Исходные материалы
Легирующие элементы Кокс Руда
Мп Сг N11 Мо ...
__________________і__________________
Требования к исходному сырью (качество, агрегатное состояние, объем)
Размещение производственных мощностей Объем производства Качество и направления использования продукции Технологии обогащения и переработки
Обогатительный передел
Размещение
Производительность
Качество сырой руды
Хромиты Марганце- Никеле- Молибдено- Железные Доло- Коксующиеся
вое сырье вое сырье вые руды руды миты угли
Техногенные
Природные
ЗапасыикачественныйсоставместоРОжде]ний
Рис. 1. Схема к определению баланса потребления и производства минеральных ресурсов при выпуске легированных сталей
объем производства и потребления; определить объем инвестиций в каждое звено производственного процесса.
«Урал промышленный - Урал Полярный» - проект который позволит одновременно решить ряд задач развития УрФО, среди которых можно выделить: расширение минерально-сырьевой базы уральских предприятий и топливно-
энергетического комплекса, укрепление геологической службы Урала, дальне й-шее планомерное освоение Приполярья.
Для того, чтобы решить эту задачу в приемлемые сроки необходима прежде всего разработка стратегии ускоренного освоения всего региона, по которому пройдет трасса предполагаемой к строительству железной дороги. Ускоренное
освоение указанных районов Северного, Приполярного и Полярного Урала необходимо еще и потому, что финансовые средства, предполагаемые к освоению при реализации проекта весьма значительны, а срок их окупаемости должен быть как минимум разумным.
С этих позиций первым шагом реализации всего проекта является изучение и разведка месторождений твердых полезных ископаемых, углей, редких земель, драгоценных и благородных металлов и пр.
Ранее риск последствий неподтвер-ждения разведанных запасов, подлежащих освоению и отработке, компенсировало и принимало на себя государство. В этих условиях методика геологоразведочных работ была призвана прежде всего обеспечить наибольшую надежность представляемых на экспертизу данных. Это влекло за собой увеличение сроков и общих затрат на разведку, прежде всего на бурение. При этом значительные объемы разведочных работ выполнялись для изучения глубинной части месторождений, которая ни в ближайшем будущем, ни даже в отдаленной перспективе не может быть освоена.
Не подвергая сомнению важность изучения недр в целом, следует отметить, что поэтапная стратегия изучения недр в пределах перспективного рудного региона более экономична и снижает сроки подготовки месторождения к освоению.
С этих позиций предложенная Институтом геологии и геохимии УрО РАН, Институтом геофизики УрО РАН и Уральским государственным горным университетом технология укоренной разведки отвечает современном требованиям и сложившейся экономической ситуации. С практической точки зрения следует отметить, что опыт ускоренной
разведки и освоения ресурсов недр на Урале есть. Весь комплекс работ по разведке и освоению Сафьяновского месторождения меди был реализован за 78 лет.
Важным моментом, характеризующим целесообразность строительства железной дороги и реализации проекта являются показатели ее полезной загрузки. По оценкам администрации ХМАО нижним пределом рентабельности является объем грузоперевозок в количестве не менее 5,3 млн.т/год. На первых этапах освоения Приполярья такой объем может быть реализован не сразу. Поэтому очень важно на первых же этапах решить вопрос «Что возить?».
Значительные запасы имеющихся бурых углей скорее всего более рационально добывать и перерабатывать в электрическую энергию прямо на местах, особенно с учетом планируемого в 4-6 раз возрастания потребления электроэнергии только на территории ХМАО. Поэтому железнодорожные перевозки угля будут весьма ограничены.
Наибольшее количество ресурсов, востребованных уральской промышленностью, сосредоточено в Приполярье в виде железных и хромитовых руд (табл. 1). На основании проанализированных данных, нами рассчитаны возможные, прогнозируемые к отработке запасы этих полезных ископаемых. Поскольку, как это показывает практика, подтвер-жде-ние оцененных ресурсов в разведанных запасах составляет около 20%, прогнозируемые к проектированию отработки запасы могут быть предварительно приняты в пределах 1,0-1,1 млрд т по железным и 230-240 млн т по хромитовым рудам. Представленные оценки совпадают с аналогичными, выполненными ВИМС.
Размеры прогнозных запасов в сопоставлении с ориентировочными нор-
мативными сроками их отработки позволяют предварительно оценить и максимально возможный объем ежегодной добычи железных и хромитовых руд, который составит 20-25 млн т/год и 4-5 млн т/год соответственно.
Указанный объем добычи не может быт добыт в первые же годы и будет наращиваться поэтапно. Однако объем грузоперевозок тем не менее будет меньше по сравнению с объемами добываемой руды, поскольку не имеет смысла перевозить необогащенную руду на Средний Урал. Это приводит к лишним затратам на перевозку и удорожанию готовой продукции, кроме того размещение отходов обогащения железных и хромитовых руд на территории и уральских металлургических комбинатов, и обогатительных фабрик с экологической точки зрения неоправданно. Рациональна перевозка предварительно обогащенной хотя бы до промпродукта руды в непосредственной близости от места ее добычи, а глубина предварительной переработки должна быть экономически обоснована.
Помимо отходов предварительного обогащения, отходами горного производства являются также и вскрышные породы, максимальный ожидаемый ежегодный объем выемки которых определен по аналогам, исходя из среднеотраслевых коэффициентов вскрыши, характерных для отработки железорудных и хромитовых месторождений.
Принципы комплексного освоения недр требуют переработки пустых пород. Она возможна, поскольку их физико-механические свойства удовлетворяют требованиям к производству дорожного и строительного щебня. В настоящее время щебень, используемый для жилищного строительства и развития производственной инфраструктуры Севера в большинстве своем завозится
из центральных районов страны и с Урала. Освоение месторождений вдоль трассы предполагаемого строительства железной дороги будет сопровождаться увеличением производства местных строительных материалов из пород вскрыши и отходов предварительного обогащения руд.
Учитывая, что до 50% пород вскрыши так или иначе будут задействованы на местные нужды, следует ожидать, что до 40-50 млн м3/год могут быть переработаны на щебень, перевозки которого к местам потребления позволят в значительной мере загрузить железную дорогу.
При выборе технологий освоения месторождений Полярного и Приполярного Урала следует иметь в виду, что самым затратным элементом при создании минерально-сырьевой базы будет являться организация промышленной и социальной инфраструктуры добывающих регионов.
По данным статистики производительность труда одного работающего на горных предприятиях в России не менее чем в 6-10 раз ниже по сравнению с аналогичными зарубежными. Для примера в Швеции на руднике «Айтик» (карьер и обогатительная 2пр = (Р2+Рз)/5 + Р1/2 + (С1+С2)
(1)
(2)
(3)
фабрика) работает 480 чел., перерабатывая при этом 47-49 млн т горной массы в год. Для сравнения комбинат «Уралас-бест» для выемки и
А =7 ГТ
-^год А норм
^год Агод х КСр
378
Минерально-сырьевой и прогнозно-ресурсный потенциал Полярного и Приполярного Урала
Прогноз ежегодных объемов производимых вскрышных пород
Вид минерального сырья Рз P2 Pl C2 (С2 + С1) £ ^р* АГод, млн.т/год Кср, м3/т ^год, млн.м3/год
Хромовые руды, млн.т! 293,500 430,545 149,875 16,046 235,792 До 5 4 -5 до 40
Железные руды, млн.т2 2769,2 1725,3 223,0 79,11 1089,51 20-25 1,2-3,0 до 75
Порфировый геологопромышленный тип3 Медь (тыс. т) 3300 115 1081,7 1223,8 0,2 1,1-1,4 до 0,28
Молибден (тыс. т) 74,6 2 18 - 24,3 0,05 1,1-1,4 до 0,07
Колчеданнополиметаллический тип3 Медь (тыс. т) 1120 610 74,8 383,4 0,1 4 -7 до 0,7
Цинк (тыс. т) 5575 3235 473 - 1998,5 0,3 4 -7 до 2,1
Свинец (тыс. т) 835 545 87,6 - 319,8 0,05 5-8 до 0,4
1- По Перевозчикову Б. В. и др., 2006;
2- По Чурсину А. В. и др., 2006;
3- По Золоеву К. К. и др., 2004;
переработки 65-67 млн.т. горной массы в год (рудоуправление и две обогатительных фабрики) содержит в своем штате около 9,0 тыс. работающих.
Этот факт свидетельствует о том, что при существующем в стране подходе к организации горного производства, и особенно на Полярном и Приполярном Урале, неоправданно большие средства и ресурсы должны быть направлены на обеспечение жизненных потребностей работающих и их семей.
Основными факторами, характеризующими такой дисбаланс в производительности труда работающих на отечественных по сравнению с зарубежными предприятиями являются:
1. применение техники большой единичной мощности как на горных работах, так и при обогащении, что резко снижает численность производственного персонала;
2. резкое снижение численности персонала, занятого при производстве ремонтных работ, за счет услуг предприятий гарантийного и послегарантийного обслуживания применяемой техники;
3. широкое привлечение покупных услуг и арендных предприятий при выполнении вспомогательных процессов и операций, напрямую не связанных с основным производством;
4. максимальное использование поточных технологий, предусматривающих достижение наивысшей производительности труда;
5. широкое использование компьютерных технологий при управлении производством и его технологической подготовке, снижающих эксплуатационные расходы не менее чем на 8-9%, за счет лучшей организации производства и более надежного обоснования потребных ресурсов;
6. отличия в требованиях нормативно-технической документации:
СниП, Правилах безопасности, санитарных норма и пр. Указанные документы, действующие на территории России, во многих случаях увеличивают ресурсо-емкость производства и увеличивают численность персонала, особенно при ведении взрывных работ, ремонтах, строительстве и т.п.
Указанные отличия свидетельствуют о том, что все отечественные горные предприятия проектируются и организуются как замкнутые самообеспечивающиеся и самонастраивающиеся производственные системы, способные функционировать независимо от внешних условий, что соответственно требует повышенного количества трудовых и материальных ресурсов. В отличие от этого зарубежные предприятия в наибольшей степени являются открытыми производственными системами, интегрированными в общую экономическую структуру региона и страны в целом.
Исходя из этих соображений технологии освоения месторождений Припо-лярья должны основываться принципах:
• использования высокопроизводительного оборудования большой единичной мощности, соответствующего горно-геологическим условиями разработки;
• применения специального горного, транспортного и вспомогательного оборудование в северном исполнении;
• применения, особенно в период строительства предприятия, автосамосвалов на гусеничном ходу грузоподъемностью 20-60т, преодолевающих уклоны до 200, технологическую подготовку к выпуску которых необходимо стимулировать уже в ближайшие годы;
• предпочтительного применения открытых горных работ в начальной
стадии освоения минерально-сырье-вой базы с выделением на каждом месторождении участков разработки с минимумом горно-капитальной вскрыши. При этом сама стратегия эксплуатации каждого месторождения должна основываться на этапности отработки и разведки с вводом предприятий на полную мощность очередями;
• использования буровых станков, экскаваторов, колесных погрузчиков и вспомогательной техники с дизельным приводом, а при вводе моделей с электрическим приводом - применение мобильных мощных автономных источников электроэнергии, работающих на газе, мазуте, угле или местном топливе;
• создания узловых базисных складов ВВ общего пользования, предприятий по производству ВВ (по опыту Кузбасса), применяемых на местах изготовления, а также специализированных взрывных организаций, с целью сокращения численности персонала, обслуживающего производство взрывных работ
• организации специализированной ремонтной базы и сервисного обслуживания техники с узловой заменой и ремонтом, основанной на внедрении системы учета наработки на отказ оборудования и его частей, особенно учитывая значительные затраты на выполнение всех видов ремонтных работ;
• выделения стадии предварительной подготовки полезного ископаемого к обогащению, используя при этом комплекс методов, в т.ч. предварительной сепарации в тяжелых средах, рентгенорадиометрической сепарации и пр. с целью отделения пустых пород и некондиционного сырья из добытой рудной массы, тем самым повышая качество исходной руды и снижая объем переработки на стадии извлечения полезных компонентов;
• использования пород вскрыши и отходов предварительного обогащения для производства щебня для строительства дорог, производственных и жилых зданий и сооружений, а также для отправки его в нефтеносные провинции для освоения нефте-газовых месторождений и для обеспечения строительства собственно железнодорожной магистрали, соединяющей Урал с Крайним Севером, т.е. отработка всех месторождений должна максимально обеспечивать комплексное использование недр.
Таким образом основной стратегией создания и эксплуатации минеральносырьевой базы Полярного и Приполярного Урала является комплексность освоения недр при одновременном налаживании открытой инфраструктуры эксплуатирующих предприятий. Реализация этих положений позволит, во-первых, сократить перевозки полезного ископаемого на Средний Урал, за счет повышения его качества. Во-вторых комплексное использование пород вскрыши и отходов предварительной рудоподготовки позволит, наоборот, значительно увеличить объемы перевозок, обеспечивающих строительными материалами развитие районов Крайнего Севера. В-третьих, объемы грузоперевозок возрастут за счет введения режима открытой инфраструктуры горных предприятий и территорий, в наибольшей степени потребляющих услуги вспомогательных производств, размещенных в Средней полосе Урала.
Следует отметить, что если освоение месторождений реализовать по отраслевому признаку, т.е. осваивать отдельно хромитовые, железорудные, марганцевые и др. месторождения отдельными заинтересованными компаниями, то в результате каждая из них будет создавать свою отдельную производственную
и социальную инфраструктуру, в результате чего снова будут созданы «замкнутые» производственные системы, требующие значительного количества трудовых ресурсов.
Исходя из этого следующим важным принципом освоения Приполярного и Полярного Урала является принцип комплексного освоения территорий.
Предлагается осваивать месторождения не по отраслевому принципу, а по их местонахождению на территории определенного административного образования. Месторождения меди, хрома, угля, железа, марганца и т.п., локализованные на одной территории предлагается осваивать одновременно, одной управляющей компанией. Это позволит:
• сконцентрировать все виды ресурсов;
• выстроить рациональную тактику и график освоения недр региона и их дальнейшего изучения;
• загрузить уже построенный участок железной дороги;
• в комплексе решать проблемы развития региональной промышленной и социальной инфраструктуры.
В этом случае по мере развития и поэтапного роста добычи в регионе появится сеть предприятий, подготовленных к дальнейшему инвестированию развития производства. При этом конкретное предприятие может быть продано заинтересованному производителю сырья или остаться в собственности региональной управляющей компании.
Опыт ведения горных работ на Тарньерском карьере показал, что проектная численность предприятия -1200 чел., может быть значительно сокращена за счет применения идеологии создания открытых производственных систем. В период строительства карьера было задействовано 196 чел., а при выходе карьера на полную производственную мощность численность работающих составила 184 человека. Пример свидетельствует о том, что организация производства, потребляющего услуги и ресурсы в инфраструктуре холдинга, в значительной степени сокращает потребность в трудовых ресурсах. ЕШ
___ Коротко об авторах ________________________________________
Корнилков С.В. - профессор, доктор технических наук,
Яковлев В.Л. - профессор, доктор технических наук,
Институт горного дела УрО РАН, direct@igd.uran.ru Талалай А.Г. - профессор, доктор геолого-минералогических наук, Елохин В.А. - доцент, кандидат геолого-минералогических наук, Уральский государственный горный университет, office@ursmu.ru
