CC BY
34
© В.И. Колесников, В.И. Стрельцов, С.Э. Мининг, 2005
УДК 553.4:502.76
В.И. Колесников, В.И. Стрельцов, С.Э. Мининг
ОСОБЕННОСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД
Семинар № 1
Л од рациональным недропользованием понимается разработка месторождений полезных ископаемых с соблюдением условий экономической эффективности извлечения минерального сырья из недр на основе обоснованного экологически приемлемого уровня эксплуатации ресурсов недр. За несоблюдение этих условий и уровня эксплуатации недр горнодобывающие предприятия несут ответственность перед обществом, во-первых, за сверхнормативные нарушения фоновой ценности эксплуатируемых ресурсов геологической среды и за ухудшение экологической обстановки в горнопромышленных регионах и, во-вторых, за извлечение полезных ископаемых с отступлением от требований проектов [1, 2].
Основными показателями рациональности недропользования являются параметры извлечения полезных ископаемых при разработке месторождений, уровень экологической техногенной опасности и промышленной безопасности ведения горных работ, что по новым положениям находится в пределах функций Ростехнадзора - главного контролирующего органа деятельности недропользователей.
Повышение требований к промышленной безопасности, охране недр и окружающей природной среды происходит в условиях, когда уровень технического прогресса горнодобывающих и обогатительных производств при освоении месторождений отстают от темпов роста требований металлургов к качеству добываемо-
го сырья и показателям конкурентоспособности выпускаемой продукции. Это диктует необходимость внедрения новых систем разработки полезных ископаемых или совершенствования технологий извлечения и используемого горнотехнологического оборудования. Альтернативой в этих условиях является способ разработки на основе внедрения принципиально новой технологии освоения месторождений с использованием скважинной гидродобычи (СГД).
Анализ основных показателей различных способов разработки показывает четкую зависимость между параметрами извлечения из недр полезных ископаемых и объемами нарушений природных ресурсов, (табл. 1).
Важнейшим показателем систем разработки является показатель извлечения запасов из недр. В СССР этот показатель (коэффициент извлечения) оценивался исходя из принципа достижения максимума прибыли на тонну погашенных запасов. Этот принцип определял необходимость полной отработки запасов и использования товарной продукции в металлургии в действующем периоде. Такой подход обеспечивал полноту извлечения, но громадные затраты на добычу и переработку добываемых некондиционных руд ставили горные предприятия и в целом горнодобывающие отрасли в положение нерентабельности по выпуску неконкурентоспособного металлургического сырья. В результате этого имело место накопление в отвалах руды, требующей для ее перера-
ботки улучшения технологии обогащения и повышения стоимости превентивных природоохранных мероприятий, что в свою очередь приводило к росту себестоимость конечной продукции.
Повышение коэффициента извлечения влечет за собой и увеличение затрат на реализацию усложняющихся горных технологий с высоким уровнем отрицательного воздействия на геологическую среду и прежде всего на изменение напряженно-деформируемого состояния подрабатываемых горных массивов и снижению степени безопасности работ, что также увеличивает эксплуатируемые затраты на выйу скуссяваршхй пртвдркциния рыночных отношений и вывода страны из экономического кризиса все больше используется новый принцип освоения месторождений, обоснованный многими академическими и отраслевыми институтами и находящий поддержку в контролирующих органах. Этот принцип -получение «максимума прибыли на конВчныйэпрвдуктвлучае коэффициент извлечения обосновывается техническим и экономическим уровнями горного производства по выпуску в данный период времени конкурентоспособного
металлургического сырья.
Наметившаяся тенденция изменения смысла постулата «полнота отработки недр» определяет необходимость оптимизации величины извлечения
полезных ископаемых из недр, основанной на обосновании
целесообразности применения технически и экономически оправданной технологии, обеспечивающей предельно допустимый уровень нарушений природных ресурсов.
Практически, при любых системах разработки, увеличение коэффициента извлечения полезных ископаемых приводит к росту объема нарушений фонового состояния природных ресурсов геологиче-
ской среды и к увеличению масштабов экологического вреда, наносимого окружающей природной среде.
Поэтому, новые системы и технологии должны быть ориентированы прежде всего, во-первых на показатели извлечения с учетом возможности в перспективе (при экономической целесообразности) отработки не извлекаемых временно неактивных запасов и во-вторых, на показатели масштабов экологических нарушений и изменений состояния рудных залежей в результате недропользования.
Месторождения богатых железных руд КМА с общими запасами свыше 60,0 млрд т залегают на глубинах от 200 м до 1000 м в сложных геолого-гидрогеологических условиях. Их освоение возможно с использованием следующих систем разработок.
Во первых, освоение месторождений традиционным подземным способом, при котором необходимо проходить стволы с замораживанием налегающей толщи горных пород и сооружением дорогостоящих капитальных выработок. При этом применение систем отработки с закладкой и без нее вырабатываемых пространств, приведет к значительным нарушениям подрабатываемой 500 метровой толщи горных пород и нарушению режима подземных вод.
Извлечение полезного ископаемого следует ожидать в пределах 65 % с оставлением в недрах залежей руд, которые будут отнесены к безвозвратным потерям. Кроме этого, можно ожидать отрицательные экологические последствия в связи с нарушением режима подземных вод и рельефа местности с плодородными землями Черноземья (см. таблицу). Именно эти причины являются сдерживающим фактором применения этой технологии. Примером может служить строительство Яковлевскго рудника.
Во-вторых, использование традиционного открытого способа отработки месторождений с залеганием руд на глубине 200-250 м, требовало строительства рудника с горным свыше 7-10 км2 и земельным до 15-18 км2 отводами. Строительство таких рудников, с глубиной карьерных выемок до 900-800 м, приведет к потере значительных площадей плодородных земель для строительства карьера и складирования пород вскрыши, к дорогостоящим системам осушения и формированию депрессионной воронки радиусом не менее 30 км. Экологические нарушения, кроме изменения режима подземных вод, поверхностных водотоков и водоемов, проявляются в виде загрязнения территории от пыления площадью на порядок превышающие горные и земельные отводы, а также загрязнения поверхностных вод, тем более, что месторождения руд, залегающие на глубинах до 250 м, практически отработаны (Лебединский, Стойленский и Михайловский ГОКи).
В третьих, при отработке месторождений внедряемой технологией СГД со сплошной выемкой полезной толщи руд и закладкой вырабатываемых пространств [4], преимущества, по сравнению с традиционным подземным способом отработки, практически отсутствуют, так как в обоих случаях будут иметь место площадные обрушения налегающих пород, для локализации которых требуется закладка вырабатываемых про-
странств, осуществление которой потребует строительство песчаных или других карьеров, с объемами закладочного материала сопоставимого с объемом добываемой руды, и обеспечением закладочных комплексов цементом (или другими вяжущими материалами) до 20-40 % в зависимости от используемого вида заполнителей.
В четвертых, при отработке месторождений технологией СГД с частичной отработкой рудной залежи без закладки вырабатываемых пространств, регламентированной обоснованными показателями параметров извлечения [5], обеспечивается:
• сохранение морфологии рудных тел при технической возможности отработки залежей руд в перспективе традиционными способами при экономической и экологической целесообразности;
• сохранение режима подземных вод;
• сохранение рельефа местности и ценности земель для сельскохозяйственных и других целей использования;
• оставление ландшафтной системы практически в фоновом состоянии;
• создание высокого уровня промышленной безопасности при ведении горных работ.
Анализ перечисленных выше вариантов свидетельствует о преимуществе четвертого варианта, позволяющего использовать не реализованный до настоящего времени экономический потенциал сырьевой базы черной металлургии России, не обоснованно «заморо-
Рис. 1. Схема панельной отработки рудной залежи: 1 - отрабатываемые панели; 2 - технологические скважины; 3 - формируемое очистное пространство (скважинная камера); 4 - межкамерные целики; 5 -межпанельные целики; 6 - добычная камера; 7 - зона влияния скважинной камеры в пределах добычной камеры
женный» в месторождениях богатых железных руд КМА, в условиях соблюдения требований экологической безопасности и охраны недр.
Разработка этих месторождений технологией СГД с ограничением показателя извлечения (четвертый вариант) характеризуется следующими особенностями. Из общих запасов железных руд КМА, технологией СГД возможно отрабатывать породы с крепостью < 3МПа («псевдоплы-вунные руды»), что составляет 20-30 % (12,0 - 18,0 млрд т) от общих запасов, так как залежи руд, размываемые гидромонитором, переслаиваются крепкими рудами (>3МПа) [6], разуплотнение которых гидроспособом мало эффективно.
Разработка руд технологией СГД возможна с применением панельной системы (рис. 1). Производительность технологических добычных скважин устанавливается 110,0^120,0 тыс. т. Параметры извлечения оцениваются в 7,5^10,0 % [5].
Это позволяет достичь изменения на-пряженно-деформируемого состояния
подрабатываемой 500 м толщи горных пород, характеризуемого смещением карбоновых отложений ~ 6 мм без оседания земной поверхности. Это подтверждается формированием конфигурации скважинной очистной выемки и объемом компенсационного пространства, а также математическим моделированием напряженно-
2
Оседание, мм
деформи-руемого состояния горного массива (рис. 2), оценка которого основана на условии мгновенного создания очистного пространства (на практике очистное пространство формируется в течение 3-4 месяцев).
Использование предлагаемой панельной системы разработки руд позволяет достичь 30-50 % рентабельности работы скважин, выпуск конкурентоспособной товарной руды с содержанием железа 66^68 %, серы и кремния на порядок ниже, достигаемого при разработке месторождений традиционными способами, за счет обогащения извлекаемой рудной пульпы в результате ее гидроскладирования.
Показатели ценности извлекаемых руд и остающихся в недрах характеризуются следующим. При среднем содержании железа в недрах до разработки 62 %, после отработки технологией по четвертому варианту, в отрабатываемых месторождениях содержание железа составляет ~ 61,67 %. Следовательно, ценность месторождений изменяется незначительно и для их отработки в перспективе традиционными способами это не оказывает практически никакого влияния.
Выводы
Рис. 2. Изолинии оседания земной поверхности.
Рациональное недропользование при освоении рождений богатых железных руд достигается на основе внедрения технологии СГД, являющейся новой
сивной технологией и обес-чивающей ускорение научно-техничес-кого прогресса в развитии горного дела,
правленного на рост
бельности работы горных
предприятий, повышение курентоспособности вы-
каемого металлургического сырья, достижение рациональности плуатации ресурсов окружающей ной среды. Внедрение систем разработки на основе технологии СГД позволяет:
• осваивать громадные разведанные запасы месторождений богатых руд КМА, являющиеся неиспользованным экономическим потенциалом для дальнейшего развития рудно-сырьевой базы черной металлургии;
• обеспечить сохранение экологической обстановки и охрану недр на основе установления обоснованного коэффициента извлечения руды из недр;
• вести добычные работы без нарушения подрабатываемых налегающих массивов горных пород и без существенного изменения морфологии рудных тел;
• вести в перспективе отработку остающихся в недрах временно неактивных запасов (при экономической целесообразности);
• обеспечивать сохранение природной ценности земельных угодий и водных ресурсов, а также экологической обстановки в зоне ведения добычных работ;
• снизить уровень промышленной опасности горного производства.
1. Закон РФ «О недрах» от 21.-2.92г. № 3395-1. В редакции Федеральных Законов от 03.03.1995г. № 27-Ф3, от 10.02.1999г. № 32-Ф3, от 02.01.2000г. №20-Ф3.
2. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды от 10.01.2000г. № 7-Ф3
3. Кузьмин В.И., Мининг С.Э., Редькин Г.М. Геометризация и рациональное использование недр. - М.: Недра, 1991, 319 с.
4. Колибаба В.Л. Скважинная добыча твердых полезных ископаемых. М., ГЖ № 1, 1992, с. 45-47
5. Разработка и освоение новых конкурентоспособных технических средств и технологии СГД...Заключительный отчет о НИР. Рук. Стрельцов В.И., ФГУП ВИОГЕМ, Белгород, 2004, 249 с.
6. Британ И.В. Ресурсы богатых железных руд КМА для скважинной гидродобычи. М., ГЖ № 1, 2004, с. 59-61.
___ Коротко об авторах
Колесников В.И. - ЗАО «СОЮЗРУДА», СтрельцовВ.И., Мининг С.Э. - ФГУП ВИОГЕМ.
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САЛЕХОВ Алексей Энверович Экономическое обоснование направлений совершенствования производственной программы предприятий по добыче коксующихся углей 08.00.05 к.э.н.
ЦЫРКУНОВА Ирина Владимировна Экономическое обоснование планов производства и поставок нерудных строительных материалов 08.00.05 к.э.н.
ЩАДОВ Геннадий Иванович Эколого-экономическое обоснование выбора водоохранных мероприятий на ликвидируемых предприятиях открытой угледобычи Забайкалья 08.00.05 к.э.н.
------------------------------------------------------------- © А.М. Ефимов, 2005
УДК 502.76:553 А.М. Ефимов
