Обоснование структуры горнотехнической системы при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов ОАО «Учалинский ГОК» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.271.45/48:622'18 © В.Н. Калмыков, О.В. Петрова,

Т.П. Плесовских, Ю.Д. Янтурина, 2013

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ ОАО «УЧАЛИНСКИЙ ГОК»

Рассмотрена структура горнотехнической системы на базе совмещения процессов разработки природных и техногенных георесурсов обеспечивающая полноту и эколого-экономическую эффективность освоения недр. Ключевые слова: горнотехническая система, природные и техногенные георесурсы, эколого-экономическая эффективность.

Длительное освоение медно-колчеданных месторождений привело к накоплению на поверхности большого количества отходов горного производства в виде складированных хвостов обогащения, отвалов некондиционных руд и вмещающих пород, промышленных стоков. Такие объекты зачастую находятся в непосредственной близости от населенных пунктов, что усугубляет как дальнейшее развитие горных работ, так и экологическую ситуацию в горнодобывающих регионах. На сегодняшний день техногенные объекты Учалинского месторождения занимают всего 860 Га земли и включают открытые выработанные пространства объемом 151 млн м3, накопленные вскрышные породы (280 млн т) и хвосты обогащения (40,8 млн т). Дальнейшее образование и накопление отходов обостряют задачу природопользования и требуют решения вопросов совмещения разработки природных и техногенных георесурсов. Совмещение процессов освоения природных и техногенных георесурсов на различных этапах разработки месторождений обеспечивает повышение полноты и комплексности освоения недр, а также направлено на решение вопросов компенсации накопленного экологического ущерба и предотвращения негативного воздействия на окружающую среду.

В условиях разработки месторождения Учалинское возможна реализация нескольких вариантов горнотехнических систем,

обеспечивающих совмещение процессов освоения природных и техногенных георесурсов, направленных на компенсацию накопленного экологического ущерба (рис. 1):

1) отказ от строительства хвостохранилища за счет извлечения полезных компонентов из текущих хвостов обогащения с последующей утилизацией отходов выщелачивания в чаше карьера и подземном выработанном пространстве;

2) отказ от строительства хвостохранилища за счет утилизации текущих хвостов обогащения в чаше карьера;

3) снижение объема нового хвостохранилища за счет утилизации текущих хвостов обогащения в подземном выработанном пространстве в качестве закладки;

4) отказ от строительства хвостохранилища за счет утилизации текущих хвостов обогащения в чаше карьера и в качестве закладки в подземном выработанном пространстве.

Сравнительная оценка вариантов совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов производилась на основе комплексного критерия экологичности горнотехнических систем, результаты расчета которого для условий разработки Учалинского месторождения представлены в табл. 1 [1].

Таблица 1

Результаты расчета комплексного критерия экологичности вариантов горнотехнических систем при освоении месторождения Учалинское

Вариант Коэффи- Коэффи- Коэффи- Коэф- Коэф- Коэффи- Комплексный

горно- циент циент циент ис- фициент фициент циент критерий

техниче- сниже- полезно- пользова- утили- исполь- полноты экологично-

ской сис- ния из- го ис- ния зе- зации зования исполь- сти

темы влекае- пользо- мельного отходов промыш зования

мой цен- вания отвода ленных недр

ности вырабо- вод

танного

про-

странства

1 0,247 0,266 0,291 0,170 0,488 0,325 0,228

2 0,247 0,266 0,244 0,170 0 0 0,083

3 0,213 0,031 0,221 0,153 0 0 0,060

4 0,247 0,266 0,291 0,170 0 0 0,103

Сравнение значений комплексного критерия экологичности показало, что предпочтительной является горнотехническая система, предполагающая извлечение полезных компонентов из текущих хвостов обогащения с последующим размещением отходов выщелачивания в открытом и подземном выработанных пространствах (Кэкол = 0,228). Данный вариант обеспечивает повышение полноты и комплексности освоения недр за счет использования хвостов обогащения в качестве минерально-сырьевых ресурсов наряду с максимально возможным снижением отрицательное воздействие техногенного объекта на окружающую среду.

Для объективной оценки перспективности реализации рассматриваемых технологических схем с позиции экономической целесообразности произведен расчет критерия индекса доходности сравниваемых вариантов горнотехнических систем [3], результаты расчета, которого представлены в табл. 2.

Выполненные расчеты показали нецелесообразность переработки хвостов обогащения ввиду их низкой извлекаемой ценности (значения индекса доходности для варианта 2 равны 0). Эффективным направлением компенсации накопленного экологического ущерба является целенаправленное складирование отходов переработки в выработанные пространства. При складировании текущих хвостов обогащения в чаше карьера индекс доходности равен 0,09, что соответствует сроку окупаемости 11 лет. В случае использования текущих хвостов в составе закладки индекс доходности равен 0,1, срок окупаемости 10 лет. Наиболее эффективным направлением снижения использования техногенных георесурсов является складирование текущих хвостов в выработанном пространстве карьера и использование их при закладке выработанного пространства (индекс доходности равен 0,12, что соответствует сроку окупаемости 8 лет).

Расчетами показано, что скомпенсировать накопленный экологический ущерб на стадии интенсивной отработки и (или) доработки запасов месторождений достаточно проблематично, о чем свидетельствуют низкие показатели экономической эффективности. Поэтому вопросы совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов должны решаться на стадии проектирования горнотехнических систем, что обеспечит полноту и комплексность освоения природных и техногенных георесурсов наряду с предотвращением негативного воздействия на окружающую природную среду.

Извлечение полезных компонентов из текущих хвостов обогащения с последующей утилизацией отходов выщелачивания в чаше карьера и подземном выработанном пространстве (1 вариант)

Утилизация текущих хвостов обогащения в чаше Учалинского карьера (2 вариант)

Утилизация текущих хвостов обогащения в подземном выработанном пространстве (3 вариант)

Утилизация текущих хвостов обогащения в чаше карьера и в качестве закладки в подземном выработанном пространстве (4 вариант)

Рис. 1. Направления компенсации накопленного экологического ущерба при разработке Учалинского месторождения

£ Таблица 2

Расчет индекса доходности вариантов горнотехнической системы освоения месторождения Учалинское

Показатели Единица Извлечение полезных Утилизация Утилизация Утилизация теку-

измерения компонентов из теку- текущих хво- текущих хво- щих хвостов обо-

щих хвостов обогаще- стов обога- стов обога- гащения в чаше

ния и утилизацию от- щения в вы- щения в под- карьера и в качест-

ходов выщелачивания в работанном земном выра- ве закладки в под-

открытом и подземном пространстве ботанном земном вырабо-

выработанных про- Учалинского пространстве танном простран-

странствах карьера стве

Производительность по хвостам обогащения тыс.т./год 6000 6000 2000 6000

Капитальные вложения млн р. 1278 1832 1832 1832

Извлекаемая ценность текущих хвостов млн р./т 2599,6

обогащения

Экономия на платежах за размещение млн р./т 139,5 120,7 120,2 139,5

отходов

Экономия на платежах земельного налога млн р./т 28 28 18 28

Экономия на платежах за сброс загряз- млн р./год 55,89

няющих веществ в водные объекты

Экономия на закладочных работах млн р./год 30,08 30,08 30,08

Дополнительная экономия на материальных млн р./т 601,1376

ресурсах при обогатительном переделе

Затраты на выщелачивание текущих млн р./год 559,47

хвостов обогащения

Затраты на переработку продуктивных млн р./год 3023,76

растворов методом экстракции

Годовой эффект альтернативных технологий млн р./год -128,96 148,72 168,32 197,60

Индекс доходности альтернативных млн р./год 0 0,09 0,1 0,12

технологий

Проектирование горнотехнических систем на базе совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов позволит повысить полноту освоения природного и техногенного минерального сырья, а также будет способствовать предотвращению экологического ущерба. Структура горнотехнической системы, основанная на обеспечении полноты и комплексности освоения природных и техногенных георесурсов, и, как следствие, экологической безопасности разработки месторождений, должна в себя включать следующие технологии:

— использование вскрышных пород для закладки выработанного пространства подземных камер;

— вовлечение некондиционных руд в эффективную отработку;

— полезное использование карьерного пространства (для расположения штабеля выщелачивания, закладочного комплекса, отходов переработки природного и техногенного минерального сырья);

— применение физико-химических способов добычи — кучного и подземного выщелачивания.

Возможность обеспечить полноту и комплексность освоения недр, а также предотвратить негативное экологическое воздействие на окружающую среду на базе совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов рассмотрена на примере проектируемых к отработке медно-колчеданных месторождений Озерное и Западно-Озерное. На сегодняшний день месторождения согласно проектной документации планируются к отработке на основе традиционных подходов: схема вскрытия запасов не предусматривает в перспективе вовлечения некондиционных запасов в эффективную отработку, не учитываются возможные направления снижения экологического ущерба.

Сравниваемыми вариантами технологических схем, реализующих возможные пути повышения полноты использования недр и обеспечивающих предотвращение экологического ущерба, являются (рис. 2):

1) утилизация вскрышных пород в составе закладочных смесей;

2) отработка балансовых запасов месторождения «Озерное» подземным способом и некондиционных руд кучным выщелачиванием с

■£>->

Утилизация вскрышных пород в составе закладочных смесей (1 вариант)

1

Отработка некондиционных руд кучным выщелачиванием с последующей утилизацией отходов выщелачивания при закладке подземного выработанного пространства

3, 4 варианты — Вовлечение некондиционных руд в эффективную отработку способом скважинного выщелачивания

7-ДС У З-карьер Озерного гтесггпарожеьия.Я-иятшЗель быще/ючиб1я-/ияг10-отхос1ы

Рис. 2. Направления предотвращения экологического ущерба при освоении Озерного и Западно-Озерного месторождений

последующей утилизацией отходов выщелачивания при закладке подземного выработанного пространства;

3) вовлечение некондиционных запасов в эффективную отработку скважинным выщелачиванием с последующей утилизацией пустых пород в качестве закладки подземного выработанного пространства;

4) вовлечение некондиционных запасов в разработку методом скважинного выщелачивания с последующей утилизацией пустых пород при закладке подземного выработанного пространства с расположением закладочного комплекса в чаше карьера.

Результаты расчета комплексного критерия экологичности при разработке месторождений «Озерное» и «Западно-Озерное» представлены в табл. 3.

Расчетами показано, что наиболее перспективным с точки зрения предотвращения негативного воздействия на окружающую

Таблица 3

Результаты расчета комплексного критерия экологичности вариантов горнотехнической системы при освоении месторождений «Озерное» и «Западно-Озерное»

Вариант Коэф- Коэффи- Коэф- Коэф- Коэф- Коэф- Коэффи- Комплекс-

горно- фициент циент фици- фици- фициент фици- циент во- ный крите-

техниче- сниже- полезно- ент ис- ент исполь- ент влечения рий эколо-

ской сис- ния из- го ис- поль- утили- зования полно- в отра- гичности

темы влекае- пользо- зова- зации промыш ты ис- ботку

мой вания ния зе- отхо- ленных поль- бедных

ценно- вырабо- мель- дов вод зова- руд

сти танного ного ния

про- отвода недр

странства

1 0,63 0,222 0,306 0,048 0 0 0 0,07

2 0,59 0,5 0,31 0,092 0,48 0,33 0,8 0,284

3 0,61 0,242 0,6 0,094 0,48 0,36 0,8 0,320

4 0,61 0,5 0,626 0,094 0,48 0,36 0,8 0,353

среду является вариант горнотехнической системы, который предполагает вовлечение некондиционных руд в эффективную отработку способом скважинного выщелачивания. Значение комплексного критерия экологичности составляет 0,35. Далее обоснование эффективности предложенных направлений производилось по критерию индекса доходности. [3]. Выполненные расчеты (табл. 4) подтвердили эффективность вовлечения некондиционных запасов в отработку скважинным выщелачиванием (индекс доходности равен 0,18, что соответствует сроку окупаемости 5,5 лет).

Сравнивая значения критерия экологичности вариантов совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов, направленных как на компенсацию накопленного, так и предотвращение экологического ущерба, можно сделать вывод, что компенсировать накопленный экологический ущерб на стадии интенсивного освоения или доработки запасов практически не представляется возможным. На данной стадии разработки эффективно использовать выработанные пространства для размещения отходов добычи и переработки минерального сырья. Следует отметить, что при этом существенного повышения эколо-гичности горнодобывающего не наблюдается. Наибольший эффект может быть получен при реализации горнотехнических систем,

Таблица 4

Расчет индекса доходности для различных вариантов горнотехнической системы при освоении месторождений Озерное и Западно-Озерное

Показатели Единица Направления предотвращения экологического ущерба

измерения Отработка не- Вовлечение некон- Вовлечение некон-

кондиционных диционных запасов диционных запа-

запасов спосо- способом скважин- сов способом

бом кучного ного выщелачивания скважинного вы-

выщелачивания с утилизацией пус- щелачивания с

с последующей тых пород в качест- утилизацией пус-

утилизацией от- ве закладки подзем- тых пород в каче-

ходов выщела- ного выработанного стве закладки под-

чивания при за- пространства с рас- земного вырабо-

кладке подзем- положением закла- танного простран-

ного вырабо- дочного комплекса в ства с расположе-

танного про- чаще карьера нием закладочного

странства комплекса на поверхности

Эффект от получения дополнительной товарной продукции млн р/год -237,01 17,588 17,588

Экономия на платежах за размещение отходов млн р/год 32,06 25,25 25,25

Экономия на платежах земельного налога млн р/год 11 11 8

Экономия на платежах за сброс загрязняющих млн р/год 15 15 15

веществ в водные объекты

Экономия материальных затратах при производ- млн р/год 41,60 32,76 32,76

стве закладочных работ

Экономия на материальных ресурсах при обога- млн р/год 41,94 41,94 41,94

тительном переделе

Годовой эффект млн р/год -95,41 143,54 140,54

Капитальные вложения млн р 1034,57 884,57 884,57

Индекс доходности 0 0,178 0,175

направленных на предотвращение экологического ущерба путем различной комбинации процессов освоения природных и техногенных объектов как во времени, так и в пространстве. Расчетами доказано, что технологические решения, направленные на компенсацию накопленного экологического ущерба значительно менее эффективны, чем технологические решения, обеспечивающие предотвращение экологического воздействия на природную среду при освоении недр. Так значение комплексного критерия эко-логичности для наиболее эффективного варианта горнотехнической системы, направленной на компенсацию накопленного экологического ущерба равно 0,103, а при совмещении процессов освоения природного и техногенного сырья с целью предотвращения негативного экологического воздействия — 0,32, что в 3 раза больше. Таким образом, показано, что целесообразно вопросы совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов решать на стадии проектирования горнотехнических систем, направленных на предотвращение, а не на снижение накопленного экологического ущерба.

Решение вопросов совмещения процессов освоения природных и техногенных георесурсов на стадии проектирования предопределяет новый подход к формированию экологически безопасных структур горнотехнических систем и позволяет определять перспективность проектных решений, направленных на повышение эффективности, полноты и комплексности освоения месторождений наряду со снижением экологического ущерба.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Калмыков В.Н., Петрова О.В., Плесовских Т.П., Байназарова Г.Р., Янтурина Ю.Д. Обоснование варианта горнотехнической системы в условиях интенсивного освоения медно-колчеданных месторождений.// Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69-й научно-технической конференции. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2011. — Т.1. — 268 с.

2. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Принципы проектирования горнотехнических систем комплексного освоения рудных месторождений комбинированной геотехнологией. — Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2008. № 6. — С. 58-66

3. Обоснование критерия сравнительной экономической эффективности технологий активной утилизации техногенного сырья / Д.А.Милкин, О.В.Петрова, К.А.Аверьянов // Маркшейдерский вестник. 2012. №2. — С.20-24.

4. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Илимбетов А.Ф. Проектирование комплексного освоения медно-колчеданных месторождений комбинированной геотехнологией в расширенном цикле производственных процессов. — Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) 2007. № 7. — С. 268-277.

УДК 622.646 © И.Н. Савич, М.В. Тишков, 2013

ОСОБЕННОСТИ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР СИСТЕМ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ

Анализ горнотехнических условий кимберлитовых трубок в Якутии, эксплуатацию которых ведет АК «АЛРОСА» показывает, что они имеют ряд особенностей существенно влияющих на выбор конструктивных и технологических параметров систем подземной разработки.

Ключевые слова: кимберлитовые трубки, выбор системы разработки, алмазы.

В настоящее время при подземной разработке кимберлитовых месторождений в южной Африке и Австралии применяют системы с принудительным обрушением и самообрушением руд и вмещающих пород. В России очистную выемку ведут с закладкой выработанного пространства.

Как известно системы с обрушением позволяют достичь высокой концентрации и производительности горных работ при низкой себестоимости добычи, но требуют определенной тщательности в подходе к обоснованию их параметров, неверный выбор которых для конкретных условий отрицательно сказывается на показателях потерь и разубоживания.

Системы с искусственным поддержанием очистного пространства обеспечивают высокую полноту извлечения полезного ископаемого из недр при минимальном воздействии на состояние