CC BY
30
© А.С. Наймушнн, К.А. Штреслер, В.А. Овинников, 2007
УДК 622.271:65.011.12
А.С. Наймушин, К.А. Штреслер, В.А. Овинников
ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОТРАБОТКИ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ РОССЫПЕЙ
Открытый способ ведения горных работ доминирует над подземным: порядка 70 % месторождений отрабатываются именно этим способом. Существующая тенденция увеличения доли открытого способа добычи в структуре добывающей промышленности связана с тем, что он имеет ряд преимуществ по сравнению с подземными способами добычи месторождений. Эти преимущества обусловлены экономическими факторами - сравнительно низкой себестоимостью добычи; возможностью использования высокопроизводительной техники и, как следствие, увеличением объемов производства и уменьшением периода окупаемости заемных средств и капитальных вложений в целом. Немаловажным является тот факт, что уровень безопасности работ при открытом способе гораздо выше, ввиду отсутствия угрозы обрушения горных выработок, снижению сложности процессов водоотлива, вентиляции и других, не менее значимых факторов. Однако, к существенным недостаткам открытых горных работ можно отнести значительные объемы вскрышных работ, негативное воздействие на экологию в результате отчуждения земель для размещения отвалов.
При разработке россыпей с учетом сложных гидро- и горно-геологических условий этап подготовки месторождения сопряжен с затратами на
снятие плодородного слоя, особенно ценного по берегам рек, его размещение на хранение, подготовка земель под отвалы. Очевидно, оптимальным будет такой метод отработки месторождения, применение которого позволит снизить или полностью исключить вскрышные работы без значительного удорожания производства, при сохранении максимально безопасных условий труда, что достигается исключением доступа людей в забой.
Из-за ограниченности запасов разведанных месторождений золота и недостаточно интенсивного развития техники и технологии добычи невозможно перевести часть запасов в разряд балансовых. Золотодобывающая промышленность России столкнулась с проблемой ввода в эксплуатацию значительного числа месторождений, поскольку проектирующие организации сознательно не разрабатывают проекты отработки месторождений весьма тонких и тонких пластов золотоносных глинистых песков со сложными горногеологическими условиями. Доля таких россыпей весьма значительна в структуре разведанных месторождений (рис. 1), следовательно, в современной экономической ситуации большое значение приобретает их разработка. Использование традиционной технологии не дает удовлетворительных экономических результатов, поскольку применение мощной
60% - малые месторождения (до 200 кг)
14% - крупные месторождения (свыше 600 кг)
26% - средние месторождения (от 200 до 600 кг)
техники на таких месторождениях нецелесообразно ввиду небольшой величины запасов, и, как следствие, малого срока отработки.
Учитывая всё вышеперечисленное, становится очевидной необходимость, с одной стороны, снижения стоимости основных производственных процессов, а с другой - повышения экологической безопасности при ведении горных работ открытым способом. Перед золотодобывающей промышленностью стоит задача разработать такую технологию отработки россыпей, которая позволила бы извлечь полезный компонент с меньшими затратами и минимальным воздействием на экологию. Поскольку качество невовлеченных в разработку разведанных месторождений золота и платины становится хуже: большинство богатых россыпей уже отработаны или их отработка уже ведется, особую актуальность приобретает возможность эффективной отработки высокоглинистых месторождений золота с пластами малой мощности и высоким содержанием тонкого золота.
Эти месторождения не могут быть эффективно отработаны традиционными методами добычи, такими, как открытая и подземная разработка, ввиду низкой рентабельности производства.
Рис. 1. Структура россыпных месторождений Красноярского края по величине запасов
Требованиям экономичности и безопасности в большей степени соответствуют методы, основанные на переводе полезного ископаемого в подвижное состояние посредством рабочих реагентов - так называемые геотехнологические методы [1].
Из группы этих методов особо выделяется метод скважинной гидродобычи (СГД), как наиболее безопасный для окружающей среды в силу отсутствия вредных химических соединений в реагентах, негативно влияющих на окружающую среду. При использовании данного метода исключаются вскрышные работы, уменьшается количество техники, необходимой для добычи полезного ископаемого и транспортирования его на поверхность, следовательно, снижается численность промышленно-производственного персонала, высвобождаются значительные площади, поскольку не требуется размещать вскрышные породы.
Однако, метод СГД не был исследован на возможность экономически целесообразного применения при разработке бедных россыпных золотоносных месторождений с высоким содержанием глины [2]. Он подразумевает извлечение полезного компонента из пульпы, образованной при закачке воды в скважину. Созданию однородной пульпы препятствует глина, которая связывает частицы. Разупрочнение глинистых песков струей воды не позволяет достичь характеристик пульпы, необходимых для
осуществления дальнейших технологических процессов (транспортирования и обогащения). Для решения проблемы дезинтеграции глинистых песков в рамках эксперимента был применен ультразвук, поскольку общеизвестна его разрушающая способность. Разработанное и изготовленное устройство «Шум-1», способно создавать концентрированное ультразвуковое акустическое поле. Устройство отличается от известных возможностью изменения параметров ультразвуковой волны, т.е. управления интенсивностью процесса дезинтеграции. С его помощью можно исследовать влияние ультразвука на глинистые пески.
С целью исследования эффективности применения ультразвука в качестве разрушающей силы в рамках метода СГД были проведены опыты. В 2006 г. на базе лаборатории геотехнологии при Государственном университете цветных металлов и золота (г. Красноярск) была проведена серия научных экспериментов по исследованию эффективности применения ультразвука в процессе дезинтеграции глинистых песков. Методика и описание экспериментов опубликованы ранее. [3] Одним из результатов экспериментов стало обнаружение эффекта ультразвуковой кавитации, которая возникает при направлении оси распространения ультразвуковых волн перпендикулярно к поверхности раздела двух сред (вода-водух). По результатам проведенных экспериментов была выявлена зависимость интенсивности процесса дезинтеграции от двойственного воздействия ультразвуковых волн и кавитации на глинистый массив.
Далее было решено провести эксперименты, которые помогут выявить наиболее эффективные параметры разупрочнения, при которых двойст-
венное воздействие ультразвуковой кавитации и вибрации на опытный образец было бы максимальным [3].
Эксперименты показали, что ультразвук оказывает интенсивное воздействие на образцы глины, ослабляет ее структуру, разрывает связи, и, тем самым, понижает ее прочность. В результате экспериментов были выявлены зависимости интенсивности разупрочнения от направления оси распространения ультразвуковых волн и интенсивности разупрочнения от мощности излучаемой волны, графически отображенные на рис. 2 и 3.
На графике видно, что оптимальная мощность лабораторной установки равна 7 Вт при расположении излучателя сбоку от образца и направлении оси распространения ультразвуковой волны перпендикулярно к поверхности воды, что обеспечивает двойственное воздействие ультразвуковой кавитации и вибрации на опытный образец. Объем разупроч-ненной глины с увеличением мощности увеличивается непропорционально, поскольку процесс дезинтеграции продолжается до момента угасания ультразвуковых волн. Для предотвращения этого явления необходимо своевременного удалять разупрочненный материал.
Основываясь на полученных результатах, можно предположить, что использование более мощного оборудования в промышленном масштабе позволит сохранить и усилить двойственное воздействие на глину ультразвуковой кавитации и вибрации.
Метод скважинной гидродобычи с использованием в качестве разрушающей силы ультразвука может найти эффективное применение для разработки россыпных месторождений легкодиспергирующихся, пористых,
рыхлых и слабосвязных полезных ис-
ч
ч
л
в
5Я
0
В
2
&
ю
О
•0 град •30 град •45 град •60 град •90 град
Время, мин
Рис. 2. Зависимость интенсивности разупрочнения от направления оси распространения ультразвуковых волн
п
и
и
и
&
с
=к
и
3
2
(О
ю
О
-7 Вт -10 Вт -15 Вт -22,5 Вт 30 Вт
Время, мин.
Рис. 3. Зависимость интенсивности разупрочнения от мощности излучаемой волны при расположении ультразвукового излучателя на расстоянии 40 мм сбоку от образца и направлении оси излучения перпендикулярно к поверхности воды
копаемых. К последним относятся месторождения торфа, угля, песка, гравия, фосфоритов, марганцевых рыхлых руд, мягких бокситовых руд, битуминозных песчаников, россыпные и осадочные месторождения урана и др. Достаточно хорошие результаты могут быть получены и при использовании этого метода для добычи золота и платины, в т.ч. и при разработке бедных месторождений.
Для оценки эффективности применения метода СГД с использованием в качестве разрушающей силы ультразвука при отработке бедного рассыпного месторождения с высо-
ким содержанием глины был разработан проект добычи забалансовых запасов тонкого золота месторождения, горно-геологические характеристики которого типичны для большинства россыпей, запасы которых не могут быть эффективно отработаны традиционными способами, другими словами, для объектов экономически непривлекательных для промышленной разработки. Проект включает в себя выбор системы разработки, технологической схемы отработки месторождения, оптимальных параметров разрушения массива горных пород и расчет технико-экономических пока-
Результаты подсчета запасов месторождения «Богородская россыпь» (забалансовые запасы)
Номер блока Длина блока, м Площадь блока, т.м2 Средняя мощность торфов, м ,в о « г* м т. Ї б о Средняя мощность песков, м ,в о к у со сем В У I* б о Ь е , ^ « 5 Л .Исо У!ри 2 а ® *вь Яф м * ди М р и I Запас х.ч. золота в песках, кг
12-С1 13-С1 14-С1 60 60 65 5,26 4,31 9,9 16 21 23 84,16 90,51 227,7 4.5 4,8 5.5 23,67 20,7 54,45 832 846 865 19,7 17,5 47,1
Итого по блокам: 185 19,47 20,0 402,37 4,9 98,8 848 84,3
зателей работы предприятия с использованием скважинной гидродобычи с применением ультразвука.
В отечественной промышленности широко используется ультразвуковой реактор РУЗ-05. Область его применения очень широка - пищевая, химическая, фармацевтическая, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности, машиностроение, энергетика и другие отрасли.
Основываясь на данных фактической производительности реактора РУЗ-05, которая достигает 10 м3/час, и при условии его оптимального расположения в забое скважины интенсивность дезинтеграции глинистых песков можно повысить в 5 раз.[5]
Был разработан проект промышленного внедрения данной установки на блоках 12-С1, 13-С1 и 14-С1 месторождения «Богородская россыпь», расположенного в Мотыгинском районе Красноярского края. Характеристика блоков и подсчет запасов приведены в таблице.
В результате работы рассчитаны технико-экономические показатели проекта, проведен анализ производственно-хозяйственной деятельности по проектируемому и альтернативному вариантам, сделан расчет себе-
1 3
стоимости 1 м золотосодержащих песков. В завершении произведен расчет коммерческой эффективности проекта. [4]
Анализ производственно-хозяйственной деятельности проектируемого предприятия и сравнение полученных результатов с показателями альтернативного варианта, предусматривающего отработку месторождения традиционным способом, позволил сделать вывод о целесообразности применения метода скважинной гидродобычи с использованием ультразвука для разупрочнения глинистых песков.
При равном сроке отработки и одинаковой годовой производительности по добыче, годовая производительность по вскрыше по проекту в 177 раз меньше по сравнению с аналогом, себестоимость добычи снизится на 3 %, а рентабельность производства увеличится на 29,5 %.
Внедрение метода СГД с разупрочнением глинистых песков посредством ультразвуковых волн позволит отработать месторождение более эффективно с точки зрения экономики, поскольку срок окупаемости капитальных затрат сократится более чем в два раза. Внедрение рассмат-
риваемого метода позволит отработать месторождение с высокой доходностью: рентабельность производства составит 40,74 % против низкого показателя для традиционного метода - 11,24 %. Динамические показатели эффективности проекта значительно лучше аналога - индекс доходности составит 3,51 против 1,13.
Таким образом, было установлено, что при использовании ультразвука в методе скважинной гидродобычи существует возможность добиться увеличения интенсивности дезинтеграции и радиуса полезного действия струи за счет снижения прочностных характеристик глинистых песков, что, в конечном счете, позволит повысить
Работа выполнена под руководством д.т.н.
1. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых / М.: Недра, 1980, 229 с.
2. В. Ж. Аренс Физико-химическая технология: Учеб. пособие. М.: Издательство МГГУ, 2001, 656 с.
3. А. С. Наймушин, Ю.С. Кудрявцев Определение параметров процесса дезинтеграции глинистых песков с помощью ультразвука/ «Современные технологии освоения минеральных ресурсов»: Сб. научн. трудов -4-й выпуск. Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦ-МиЗ», 2006.
интенсивность добычи, и, как следствие, сократить срок отработки месторождения
Кроме высокоглинистых россыпных месторождений золота, метод СГД с использованием в качестве разрушающей силы ультразвука может найти эффективное применение для разработки россыпных месторождений, в т.ч. бедных, легкодисперги-рующихся, пористых, рыхлых и слабосвязных полезных ископаемых, таким как торф, угль, песок, гравий, фосфориты, марганцевые рыхлые руды, мягкие бокситовые руды, битуминозные песчаники, россыпные и осадочные месторождения урана и другие.
, профессора В.Е. Кислякова --------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов Официальное издание (вторая редакция). Утверждено: Министерство экономики РФ, Министерство финансов РФ, Государственный комитет РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике № ВК 477 от 21.06.1999 г. / М.: Экономика, 2000, 421 с.
5. ШББ сайт [Электронный ресурс] -режим доступа к сведениям: Ьйр://шшш, uniterm.ru/russian/comp/about. Ы:т1. ШИ
— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------
Наймушин Алексей Сергеевич - аспирант кафедры «Открытые горные работы», ассистент каф. «Горные машины и комплексы» Института цветных металлов и золота ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет,
Штреслер Кристина Александровна - аспирантка кафедры «Открытые горные работы», ассистент каф. «Экономики природопользования» Института цветных металлов и золота ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет.
Овинников Вадим Александрович - кандидат технических наук, профессор ФГОУ ВПО Сибирского федерального университета
Статья представлена Институтом цветных металлов и золота ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет.
Рецензент д-р техн. наук, проф. А.В. Минеев.
