CC BY
23
УДК 622.342+622.34[002](371.56)
С.М. Ткач
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ГЕО ТЕХНОЛОГИЙ РАЦИОНАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ РОССЫПНЫХ И РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ КЛАСТЕРНОГО СТРОЕНИЯ
Т} еспублика Саха (Якутия) по своей территории является -мГ крупнейшим северным регионом Российской Федерации, охватывающим площадь более 3 млн кв. км. К концу прошедшего века на ее территории разведана и прогнозируется уникальная по своему разнообразию, количеству и качеству минерально-сырьевая база (МСБ). В начале 90-ых годов валовая ценность по Якутии только балансовых запасов основных видов полезных ископаемых (алмазы, благородные и редкоземельные металлы, олово, сурьма, вольфрам, нефть, газ, уголь, железные руды, апатиты) оценивалась в 660 млрд. долл. США, а прогнозных ресурсов - в 2,4 трлн. долл. В 2005 году по всей МСБ, соответственно, 1,6 и 7,9 трлн. долларов.
Реклама такого богатства привела в то время к эйфории независимости, суверенитета, скорой экономической самодостаточности и т.п. Все это происходило в условиях: отсутствия стратегической государственной поддержки воспроизводства и использования МСБ; роста рыночных цен на товары и услуги; отсутствия стратегии в МСК, ценовой и тарифной политики; свертывания программно-целевого и стратегического планирования НИР и ОКР в минерально-сырьевом комплексе и горнодобывающей промышленности; упущения важнейшего направ-ления воспроизводства МСБ - опережающего развития новых геотехнологий и соответствующего горного машиностроения; переоценке субъектами РФ своих возможностей по привлечению иностранных инвестиций в развитие МСК. Последнее нашло отражение, в частности в Якутии, при неудачных попытках региональных властей привлечь иностранных инвесторов к освоению золоторудных месторождений «Нежданинское» и Н.
Рис. 1.
Куранаха, угольного месторождения «Эльгинское». Все это заканчивалось лишь этапами разработки ТЭО.
Реально оценивая последствия рынка для горнодобывающей отрасли, особенно в Восточно-Сибирском и Дальневосточном регионах России, в том числе и Якутии, еще в 1993-1994 гг. в рамках разработки Федеральной целевой Программы социальноэкономического развития РС(Я) до 2005 г. ИГДС СО РАН был дан прогноз ожидаемых вскоре изменений реальной ценности МСБ РС (Я) и ее инвестиционной привлекательности. Было показано (рис. 1), что: разведанные запасы твердых полезных ископаемых (кроме алмазов и углеводородного сырья) словно утонули в море многократно возросших затрат, стали нерентабельными к освоению; инвестиционная привлекательность совершенно недостаточная и не позволяет надеяться на скорую реконструкцию действующих и строительство новых эффективных горнодобывающих предприятий. А без развития ГДП не остается вообще никаких надежд на приемлемый уровень жизни населения региона. В этих условиях потребовалось оценить возможность и изыскать резервы изменения ситуации.
Анализ статистических данных того времени показал, что выработка продукции на одного занятого в ГДП стран и горнодобывающих регионов кратно выше аналогичного показателя в экономике в целом, но без ГДП. При этом в РС (Я) этот показатель отно-
сительной эффективности ГДП самый высокий и равен 7,5, что говорит о существенном превосходстве во вкладе ГДП в ВВП относительно других отраслей, вместе взятых. Однако, как показывает мировой опыт, высокие конкурентоспособность и инвестиционная привлекательность объектов освоения, сегодня признаются лишь такие проекты, в которых выработка продукции на одного занятого достигает не меньше 50 тыс. долларов и (или) прибыль с одного рабочего места равна 25 тыс. долларов и выше.
Из-за повышенных затрат в условиях Якутии, как и северовосточных регионов России (дорогая рабочая сила, дорого обходится строительство, транспорт, связь, услуги и т.п.) для повышения конкурентоспособности месторождений до уровня конкурентоспособности месторождений средних широт - аналогов Якутским по запасам и качеству, необходимо, чтобы выработка продукции на одного занятого (Р) в Якутии была в К раз больше, чем в средних широтах.
Р 1 - L
К = = -—— , (1)
Рср ш 1 - ^ "
Затр як. . Затр.ср.ш.
где т =-----------, L =----—.
Затр.ср.ш. Цена
Из этого следует важнейшее положение: в условиях Якутии практически невозможно производить рентабельно все виды продукции, при производстве которых в лучших условиях средних широт отношение затрат к цене более 0,45, так как при т = 2 необходимое превышение выработки продукции уже равно 5,5 раза, что требует неординарных мер; а в аркти-ческой зоне Якутии при т =
3 и более - достичь такого уровня выработки продукции вообще проблематично. В то же время, пока не было, нет и не предвидится в ближайшем будущем ка-кой-либо альтернативы минеральносырьевому развитию в этом регионе. К такому пониманию, наконец, пришло Правительство России и региональные власти всех субъектов ДВФО. В последние три года принят целый ряд важных решений и намерений: разработана и утверждена Программа размещения производительных сил, развития транспорта и связи РС (Я) до 2020 года (2006 г.); обсуждаются важнейшие проекты объе-ди-нения усилий и ресурсов всех субъектов ДВФО, чтобы сделать богатые, но дорогие для разработки месторождения, более привлекательными. Это - «дорога жизни» Якутск-Иркутск; железная до-
рога до Якутска, а затем Магадана; линия ЛЭП и ГЭСы в Южной Якутии; «магаданско-якутское золото»; «амурско-якутский металл»; нефтепровод «ВСТО» и др.
Такая инфраструктурная подготовка территории несомненно существенно снизит затраты на воспроизводство и освоение МСБ. Однако, без решения проблем, связанных с активизацией, доступностью к освоению уже разведанных, нередко уникальных месторождений, трудно ожидать какого либо ощутимого оживления в развитии ГДП данных регионов. Значительная роль в воспроизводстве запасов, перевода их в разряд активных принадлежит, собственно, горнодобывающей отрасли - за счет обновления техники на действующих предприятиях, адаптации и внедрения существующих эффективных технологий, разработки новых техники и геотехнологий под имеющиеся запасы и прогнозные ресурсы, новые технологии опробования и оценки запасов и т.п.. Следует подчеркнуть, что указанные выше потенциальные резервы расширения активных запасов более значимы сегодня, нежели надежды на открытие новых конкурентоспособных месторождений.
При современном состоянии МСБ особую актуальность и важность приобретают концептуальные положения о природных особенностях месторождений и эффективных геотехнологиях их разработки: кластерная организации рудного вещества; концепция динамических во времени и дифференцированных в пространстве месторождений эксплуатационных кондиций; концепция внутри-рудничной предконцентрации; концепция обеспечения кондиционного качества добываемых руд и песков; теория и практика конструирования комбинированных (в широком понимании) геотехнологий и т.п.
За последние 25 лет в горно-промышленной геологии развита концепция дискретной (кластерной) организации месторождений практически всех полезных ископаемых. Основной вывод, имеющий важное значение для развития геотехнологий, в качестве примера, следующий: рудные месторождения золота: 25-30 % объема содержат 70 % металла; золотоносные россыпи: 20-40 % объема содержат 60-90 % золота; рудные урановые месторождения: 20-30 % объема содержат > 90 % урана; разведка выявляет всего примерно 50 % полезного компонента; в промышленном контуре локализуется лишь 10-25% полезного компонента.
Следует отметить, что уровень кластеризации (дискретно-сти) месторождений совершенно плохо выявляется традицион-ной разведкой и даже эксплуатационным опробованием. С се-редины 80-х годов в ИГДС СО РАН, может быть не большими силами, но были начаты исследования в области горно-про-мышленной геологии. Теоретически и экспериментально выявлены и оценены главные составляющие систематических ошибок в оценке содержаний минералов, полезных и вредных компонентов в россыпных и рудных месторождениях: ошибки из-за необнаружения при разведке и до-разведке локальных зон концентрации (или пустых зон); ошибки из-за непредставительного объема пробы; ошибки из-за технологии обработки проб; ошибки из-за истирания керна. Эти ошибки в сумме приводят к ошибкам в средних содержаниях по блокам, ошибкам оконтуривания промышленных участков и в целом - к ошибкам выбора геотехнологии. В частности, предложено и обосновано новое толкование представительности пробы. Проба называется представительной, если ее масса (объем), геометрия и ориентировка позволяют оценить с необходимой и достаточной точностью среднее содержание полезного (вредного) компонента в однородном поле минерализации с заданными гранулометрией и балансом минералов-носителей данного компонента, структурой и текстурой среды опробования [1].
Приведем лишь два комментария, вытекающих из формулы представительного объема пробы
Чредст = 4й/С^Ж +1) (2)
1. В качестве среднего содержания в формуле для представительного объема пробы Vпр, содержание С следует принимать равным бортовому содержанию, минимальному промышленному содержанию, эксплуатационному минимальному и т.д., в зависимости от решаемой горнотехнической задачи.
2. Фактическое, реальное поле содержаний компонента неоднородно и изменяется от принятого в соответствии с задачей среднего содержания С до любого большего. А так как С входит в формуле Vп в знаменатель, то полученный объем представительной пробы будет тем более представительным в любом участке поля. При этом относительная случайная ошибка
Рис. 2. Формирование баланса кондиционных и некондиционных кусков в добытой горной массе
оценки содержания во всей области опробования будет меньше или равной заданной допустимой Жсд.
Результаты теоретических исследований и опытнометодических и экспериментальных работ по представительному опробованию, опубликованы в монографиях сотрудников Института [1, 2, 3].
Анализ многочисленной статистики данных разведки, эксплуатационного опробования россыпных и рудных месторождений алмазов, золота, олова, рудных месторождений ртути, полиметаллов и других, данных специальных опытно-методи-ческих исследований за многие десятилетия, а также уже значительная практика покусковой и порционной сортировки добытой рудной массы позволили установить следующие общие закономерности формирования баланса кондиционных кусков и порций в традиционно добываемой горной массе.
Обратим внимание на места образования и процентное соотношение некондиционных порций (рис. 2), что, в большей мере (за редким исключением), объясняется высокой неоднородностью природных полей концентрации полезных компонентов, технологией выявления и оконтуривания запасов. Мы условно назвали это
геолого-экономическим разубоживанием запасов [3]. Показано, что для большинства месторождений:
- горно-технологическое разубоживание менее 0,5 (50 %), а чаще - менее 20 %;
- геолого-экономическое разубоживание более 0,5 (50 %), а чаще - более 70 %.
Для золоторудных месторождений и многих других, характерных малым относительным содержанием, справедливо следующее утверждение: относительное уменьшение общего разубоживания может достигаться в решающей степени за счет уменьшения геоло-го-экономического разубоживания, что открывает новые возможности в конструировании эффективных комбинированных геотехнологий и в реализации концепции эксплуатационных кондиций.
В 70-80-е годы ушедшего века в горных (как и других) науках рядом ученых активно развивался системный подход, где многие горнотехнические процессы рассматривались как сложные системы, а горнодобывающее предприятие как геолого-технический комплекс (ГТК).
В развитие этих идей нами:
• Предложена и разрабатывается модель сложной динамической системы освоения георесурсов. Система представляется тремя взаимосвязанными подсистемами: георесурс; технологическое преобразование георесурса в продукты; результат (продукты, эффект).
За критерий оптимальности функционирования данной системы принята прибыль П, как функция 8 агрегированных факторов (О, - производительности, C - среднего содержания, J - коэффициента извлечения, P - потерь, R - разубоживания, Ц - цены, З -затрат и Ж - вероятности нахождения системы в неисправном состоянии), охватывающих все возможные изменения как во внутренней среде (горно-технические условия, уровень техники и технологии добычи и обогащения и т.п.), так и внешние (цена продукции, определяемая рынком, законодательство, налоги и т.п.). Показаны возможные меры воздействия на данные факторы [3].
• Построена аналитическая модель относительного изменения прибыли (3), включающая в себя вышеупомянутые факторы внутренней и внешней среды функционирования Системы.
ДП ДQ ДС ДJ ДР„т ДРг/СЭх
---- = ------ + — + — - — пР) - — f(R) +
П Q С J Р R
■ДЦ|Ц(^ -ДЗгз<и-Д",
Ц ЦУ ' З W
Р Р 1 I
где ,(Р) = —; ,(Р) = —; № = — ; Ш = — ;
f(W) = ^; I. = 1. 1 - W Ц
• Исследованы степень и характер влияния изменений агрегированных факторов на относительное изменение прибыли. Показано, что влияние относительного изменения факторов (производительность, среднее содержание и коэффициент извлечения) на относительное изменение прибыли имеет прямую зависимость. Другие факторы - нелинейную зависимость.
Исследованы условия компенсации неблагоприятных изменений какого-либо одного фактора управляемым изменением одного, двух (или более) из оставшихся. При этом, условия компенсации изменения цены и затрат являются функциями величины L (отношения затрат к цене). В условиях России для большинства предприятий это отношение, как правило, равно 0,6, достигая уровня 0,8 и более. Последнее, делает затруднительным и даже невозможным компенсировать неблагоприятные изменения цены (как и затрат) управляемым изменением какого-либо из рассматриваемых факторов. Действительно, для такой компенсации требуется относительное изменение управляемого фактора в 3-5 раз больше, чем относительное изменение цены.
• Полная совокупность всевозможных зависимостей и условий компенсации позволяет:
- во-первых, оценить и сопоставить различные возможные мероприятия сознательного «положительного» воздействия на агрегированные факторы, определяющие критерий эффективности;
- во-вторых, оценить влияние многих происходящих, ожидаемых или возможных перемен во внешней среде и (или) в подсистемах рассматриваемой сложной динамической системы.
Из анализа оценки устойчивости (изменчивости) критерия эффективности функционирования рассматриваемой сложной динамической системы, при неблагоприятных изменениях во внешней и
внутренней среде, следует один из основных выводов стратегического плана: не может быть инвестиционно и экономически эффективным объект освоения при L > 0,5 - 0,6 и с подобными неуправляемыми изменениями факторов внутренней среды, а частично - и фактов внешней среды.
Возвращаясь к упомянутому выше, следует отметить, что в удаленных, малоосвоенных, инфраструктурно слабо развитых регионах и в сложных физико-географических условиях на месторождениях, аналогичных расположенным в более приемлемых условиях, минимальное промышленное содержание даже при новой технике и технологии всегда выше. А это ведет к большей разобщенности кондиционных кластеров и большей доле некондиционных кусков руды, большему разубоживанию добываемых руд породой и некондиционными кусками и порциями руды из-за уменьшения мощности рудных тел при нечетких геологических контактах руды и пород, а также неоднородностей поля содержания металла.
В этих условиях роль таких составляющих геотехнологий, как эксплуатационные кондиции, эксплуатационное опробование, селективная выемка, покусковая и порционная сортировка и пред-концентрация рудной массы, более значима, чем на месторождениях-аналогах, расположенных в более благоприятных условиях. Именно с указанными составляющими геотехнологий мы связываем значительные резервы повышения эффективности разработки рудных и россыпных месторождений. Именно в этих и подобных условиях такие элементы геотехнологий, как подземные обогатительные фабрики (ПОФ) и нестационарные модульные обогатительные комплексы (при условии надлежащего предобогащения, предконцентрации добытой горной массы) становятся особенно необходимыми. Подобные меры не повышают производительности труда забойного рабочего, измеряемой в тоннах добытой руды на одного рабочего в смену. Но тонна добытой руды может иметь высокую ценность из-за большего содержания полезных компонентов. Но это не всегда и не главное. Являясь общесистемными, а не попроцессными, эти меры сказываются на выработке и себестоимости конечной продукции на одного занятого.
Проведя анализ последовательности развития комбинированных геотехнологий, мирового опыта и тенденций их развития и использования, мы приходим к главному заключению: - освоение
уникальной по разнообразию и масштабам МСБ Якутии, как и всего ДВФО, требует широкого и глубокого научного обеспечения предстоящих масштабных работ по генеральной реконструкции действующих и строительства новых горных предприятий на современной, во многом принципиально новой, научной и технологической основах.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1..Батугин С.А. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений [Текст] / С.А. Батугин, Е.Д. Черный.- Новосибирск: Сиб. предприятие «Наука», 1998. - 344 с.
2.Батугин С.А. Гранулометрия геоматериалов [Текст] / С.А. Батугин, А.В. Бирюков, Р.М. Кылатчанов. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - 172 с.
3. Ткач, С.М. Методологические и геотехнологические аспекты повышения эффективности освоения рудных и россыпных месторождений Якутии / С.М. Ткач; отв. ред. С.А. Батугин. - Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2006. - 284 с. ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------
Ткач С. М. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ученый секретарь, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.
