CC BY
23
УДК 622.013
© В.Н. Калмыков, О.В. Петрова, Ю.Д. Янтурина, 2014
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЗЕРВОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Обеспечение устойчивого развития горнотехнической системы при негативном влиянии неуправляемых факторов, таких как цена на металлы, содержание полезных компонентов в руде и др., возможно путем формирования и реализации комплекса технологических резервов. Выбор наиболее эффективного комплекса технологических резервов предлагается осуществлять на основе коэффициента запаса устойчивого развития горнотехнической системы. Ключевые слова: устойчивое развитие горнотехнической системы, подземная разработка, технологические резервы, управляемые и неуправляемые факторы горного производства.
В настоящее время при подземной разработке рудных месторождений наблюдаются такие негативные тенденции, как оставление запасов с низким содержанием полезных компонентов в руде, выборочная отработка запасов с высоким содержанием, накопление больших объемов отходов добычи, и как следствие изъятие из оборота земельных площадей, что противоречит стратегии устойчивого развития горнотехнической системы, под которой понимается такое функционирование и развитие горнопромышленного комплекса, которое удовлетворяет потребности настоящего поколения и не ставит под угрозу возможности будущих поколений удовлетворять собственные потребности [1—2].
На сегодняшний день реализация принципов устойчивого развития горнотехнической системы осложняется неблагоприятными горно-геологическими условиями разработки рудных месторождений. Анализ минерально-сырьевой базы Урала показал, что в настоящее время практически все месторождения, вовлекаемые в отработку, характеризуются низким содержанием полезных компонентов, увеличением глубины залегания, сложной морфологией рудных тел, что в условиях недостоверности горно-
геологической информации и высокой волатильности цен на металлы может привести к потере устойчивости горного предприятия за счет возможных простоев в работе рудника, отклонений от проектных технико-экономических показателей. [3]. Одним из возможных путей обеспечения устойчивого развития горнотехнической системы при подземной разработке рудных месторождений в сложных горно-геологических и экономических условиях является формирование и последующая реализация технологических резервов, направленных на повышение эффективности и экологичности горного производства [4].
Анализ технико-экономических показателей горных предприятий, осуществляющих подземную разработку рудных месторождений, показал, что наибольшее влияние на устойчивое развитие горнотехнической системы оказывают рыночные и горногеологические факторы. Изменение цен на металлы носит циклический характер, при котором быстрый рост сменяется затяжным падением, так за последние 5 лет цена на медь колебалась с 3096 до 9931,67 $/т. Применительно к условиям разработки рудных месторождений вероятная ошибка подсчета запасов составляет не менее ±35 - 40 %. При существующих тенденциях вовлечения в разработку запасов категории С1 ошибка их подсчета составляет ± 30-60 %, что повышает риск нецелесообразности отработки месторождений. В целом, рыночные и горно-геологические факторы определяют эффективность и возможность отработки месторождений и по своей сути являются неуправляемыми (рисунок), так как предприятие не может воздействовать на них с целью минимизации отрицательного эффекта.
При подземной разработке рудных месторождений на устойчивое развитие горнотехнической системы существенно влияют технологические факторы: объем добычи, способ вскрытия, технология очистной выемки и др., которые во многом определяют капитальные и эксплуатационные затраты и как следствие принятие решения о целесообразности освоения месторождения. На стадии эксплуатации месторождения стабильная работа предприятия и требуемые показатели эффективности в большей мере определяются техническими и организационными факторами за счет их направленности на обеспечение необходимого уровня производительности, надежности.
Факторы устойчивого развития горнотехнической системы
Управляемые
технические
Вну-
тренние
экологические
1
Неуправляемые
го рн о-ге о л огиче ски е
Вне
Неуправляемые
рьш очные
Способ Е местор ождення
Технология очистной
Э ПОДГОТОЕКН
Качество добычи полезных ископаемых (ПиР)
Т ахнол огнчаская ехала транспортир рея ни я-рудной массы
Пр 0И£В0 лит эл замш
обору^;
Надежность об орудовання:
Организация горных работ
ходы до оычн
Под пр о стр ан-с тва
Содержат!а металлов в руде
3 апасы мастер ождення
езшзств энный состав РУД
Условия разрао откн (гидр огео логические условия, удар о опасно сть. уел овна ал =г лния н др.)
Цена
на металлы
Курс доллара
Цены на вспомогательные материалы
Факторы, определяющие устойчивое развитие горнотехнической системы при подземной разработке рудных месторождений
При формировании стратегии устойчивого развития горнотехнической системы необходимо учитывать и ее экологическую составляющую, т.к. отходы добычи, минерализованные промышленные стоки и подземные выработанные пространства нужно рассматривать не только с точки зрения их негативного влияния на окружающую среду, но и как техногенные георесурсы, освоение которых позволит расширить минерально-сырьевую базу наряду с сокращением негативного экологического воздействия.
Строгое выполнение проектных решений, либо усовершенствование технологии ведения горных работ позволят контролировать технологические, технические, организационные и экологические факторы производства только в условиях стабильности цен на металлы и достоверности горно-геологической информации.
Одним из возможных путей обеспечения устойчивого развития горнотехнической системы в условиях изменчивости рыночных и горно-геологических факторов является выявление технологических резервов, которые позволят компенсировать негативное влияние снижения цен на металлы и неподтверждения горно-геологической информации и др.
Анализом нормативных источников, опыта работы предприятий, структуры горнотехнической системы при подземной разработке рудных месторождений произведено обобщение технологических резервов подземной разработки в зависимости от способа реализации в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях разработки (табл. 1).
Основными технологическими резервами подземной разработки рудных месторождений с целью обеспечения устойчивого развития горнотехнической системы являются объемы добычи, качество добываемой рудной массы, уровень механизации работ, воспроизводство и вовлечение в освоение георесурсов, реализация которых осуществляется различными способами в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий разработки.
Таблица 1
Систематизация технологических резервов подземной разработки рудных месторождений
Вид технологического резерва Способ реализации Горнотехнические и горно-геологические условия разработки Эффективность реализации
объем добычи Увеличение числа выемочных единиц Наличие вскрытых, подготовленных запасов; пропускной способности системы транспорта и вентиляции Увеличение товарной продукции предприятия
Вовлечение в разработку забалансовых и временно неактивных запасов Изменение кондиций на полезное ископаемое
Интенсификация закладочных работ Системы разработки с закладкой выработанного пространства
Изменение конструкции и параметров системы разработки Физико-механические свойства руд и вмещающих пород Снижение затрат на добычу
Совмещение процессов в пространстве и во времени Размеры рудных площадей
качество добываемой рудной массы Селективная выемка руды Четкое различие в сортах руд; достаточные размеры участков, отличающихся между собой по качеству руды Повышение извлекаемой ценности полезных ископаемых; снижение затрат на переработку
Изменение направления развития горных работ (переход на более качественные участки ме-сторождсния) Наличие подготовленных запасов
Окончание табл. 1
Вид технологического резерва Способ реализации Горнотехнические и горно-геологические условия разработки Эффективность реализации
В В £ 00 В « ^ ^ £ Увеличение количества оборудования Наличие достаточного резерва по вентиляции Сокращение транспортных затрат
Повышение надежности оборудования
х ,2 <и ю ч сз й а Л Внедрение новой, более производительной техники Достаточные размеры выработок и наличие резерва по вентиляции
к <и « О а Повышение уровня использования имеющихся технических возможностей
)изводство и войне в освоение горесурсов Использование отходов добычи в качестве закладочного материала, для целей дорожного строительства Применение систем разработки с закладкой выработанного пространства, изменение кондиций на строительные материалы Снижение платежей за негативное воздействие на окружающую при-
Использование шахтных вод Применение физико-химических методов добычи родную среду; дополнительная то-
& $ и в <и й 4 о « « Использование подземных выработанных пространств Требуемая устойчивость руды и вмещающих пород варная продукция
Для выбора наиболее эффективного комплекса технологических резервов предлагается использовать коэффициент запаса устойчивого развития горнотехнической системы, учитывающий технологические, технические, рыночные, экологические и другие факторы производства и показывающий насколько может снижаться эффективность освоения запасов до того, как отработка месторождения окажется в зоне убытков. Нормативным значением коэффициента запаса устойчивости горнотехнической системы чаще всего в литературе считается его значение не ниже 10 % (1).
( X (X + Зп + Рп + А) Л
1__'=1 ]=1_
К =
уст
X ЛАК! - Р )(1 - П )Ц' + Х Ц &
х100 > 10%, (1)
где '=1...п - способы подземной отработки месторождения; 3у -удельные переменные затраты на у-ый процесс при '-м способе подземной разработки, руб./т (руб./м3, руб./пог.м, руб./ткм); Qj -объем работ, выполняемых в у-ом процессе при '-м способе подземной разработки, т (м3, пог.м, ткм); 3П - постоянные затраты, руб.; РП - прочие расходы (в том числе НДПИ, экологические платежи), руб.; А - амортизация, руб.; А' - производственная мощность при '-м способе подземной разработки, т/год; С' - содержание металла в руде, доли ед.; е - извлечение полезного компонента при обогащении, доли ед.; Р - разубоживание руды, доли ед.; П - потери руды, доли ед.; Ц - стоимость полезного компонента на рынке металлов, руб./т; Ц - ценность к-го техногенного георесурса, руб.; Qk - объем к-го техногенного георесурса, т.
Расчеты показали, что для условий проектируемого к подземной разработке медно-колчеданного месторождения «Ново-Учалинское» коэффициент запаса устойчивого развития горнотехнической системы составил 12,56 %. Невысокое значение коэффициента обусловлено низким содержанием полезных компонентов в руде (в среднем содержание меди составляет 0,9 %) и неблагоприятными инженерно-геологическими условиями отра-
ботки (большая глубина залегания, склонность руд к самовозгоранию, наличие тектонических нарушений), которые существенно осложняют технологию подземных горных работ. Повысить устойчивость горнотехнической системы возможно за счет реализации основных технологических резервов (табл. 2) по направлениям интенсификации добычных и закладочных работ, селективной выемки руды, использования отходов добычи и выработанных подземных пространств.
Очевидно, что реализация технологических резервов по одному направлению не позволит существенно повысить уровень устойчивого развития горнотехнической системы, это свидетельствует о необходимости их формирования в едином взаимоувязанном комплексе технологических, технических и организационных решений, что обеспечит повышение уровня устойчивости горнотехнической системы на 10,2 %.
Таблица 2
Результат расчета коэффициента запаса устойчивого развития горнотехнической системы при реализации технологических резервов на примере подземной разработки месторождения «Ново-Учалинское»
Вид технологического резерва Способ реализации Изменение коэффициента запаса устойчивости ГТС Куст, %
Объем добычи Увеличение числа выемочных единиц за счет ярусной отработки 5,08
Интенсификация закладочных работ за счет применения добавок 1,23
Качество добываемой рудной массы Селективная выемка 1,19
Уровень механизации работ Повышение уровня использования имеющихся технических возможностей 2
Воспроизводство и вовлечение в освоение георесурсов Использование отходов добычи в качестве закладочного материала 1,5
Использование подземных выработанных пространств 1,87
Таким образом, в условиях изменчивости цен на металлы, недостоверности горно-геологической информации устойчивое развитие горнотехнической системы при подземной разработке рудных месторождений возможно за счет создания комплекса технологических резервов, реализация которых позволит обеспечить эффективное и экологически безопасное освоение рудных месторождений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проектирование полного цикла освоения недр - условие устойчивого развития горнотехнических систем / Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н.// Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений: материалы международной научно-технической конференции, г. Магнитогорск, 2013: — Сб. тезисов. - Магнитогорск: МГТУ, 2013. - С. 3-4.
2. К вопросу обоснования рациональных масштабов эксплуатации запасов рудных месторождений для устойчивого развития горнотехнических систем /Радченко Д.Н // Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр. Под редакцией академика К.Н. Трубецкого. - М.: ИПКОН РАН. - 2014. - С. 246-249.
3. Развитие теории проектирования и реализация идей комплексного освоения недр / Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В.// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). -2008. — №4. - С. 20-41.
4. Обоснование резервов устойчивого развития горнотехнической системы при подземной разработке рудных месторождений /Калмыков В.Н., Петрова О.В., Янтурина Ю.Д.// Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр. Под редакцией академика К.Н. Трубецкого. - М.: ИПКОН РАН. - 2014. - С. 222-225.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Калмыков Вячеслав Николаевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой,
Петрова Ольга Викторовна - кандидат технических наук, доцент, Янтурина Юлия Данияровна - аспирант, yanturinayd@mail.ru, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, prmpi@magtu.ru.
UDC 622.013
ASSESSMENT OF TECHNOLOGICAL RESERVES OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF MINING ENGINEERING SYSTEMS IN UNDERGROUND DEVELOPMENT OF ORE DEPOSITS
Kalmykov Vyacheslav Nikolaevich, Doctor of Technical science, professor, head of natural resources,
Petrova Olga Viktorovna, Cand. Tech. Sci., the senior lecturer of the department of underground mining of deposits of minerals,
Yanturina Yuliya Daniyarovna, Postgraduate student of the department of underground mining of deposits of minerals, yanturinayd@mail.ru, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, prmpi@maqtu.ru.
Sustainable development of the mining system at the negative impact of uncontrollable factors such as the price of metals, the content of the commercial components in ore and others, possibly by forming and realization of complex technological reserves. The choice of the most effective complex of complex technological reserves are proposed on the basis of the safety factor of sustainable development of the mining system.
Key words: sustainable development of the mining system, underground development, technological reserves, controllable and uncontrollable factors of mining production.
REFERENCES
1. Proektirovanie polnogo cikla osvoenija nedr - uslovie ustojchivogo razvitija gor-notehnicheskih sistem (The design of the full cycle development of mineral resources is a precondition for sustainable development of the mining systems)/ Kaplunov D.R., Ryl'nikova M.V., Radchenko D.N.// Kombiniro-vannaja geotehnologija: masshtaby dobychi i kachestvo syr'ja pri kompleksnom osvoenii mestorozhdenij: materialy mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj kon-ferencii. Magnitogorsk, 2013, Sb. tezisov. Magnitogorsk, MGTU, 2013, Pp. 3-4.
2. K voprosu obosnovanija racional'nyh masshtabov jekspluatacii zapasov rudnyh mestorozhdenij dlja ustojchivogo razvitija gornotehnicheskih sistem (To the question of the rational justification of the extent of exploitation of reserves of ore deposits for the sustainable development of mining systems)/Radchenko D.N // Problemy i perspektivy kompleksnogo osvoe-nija i sohranenija zemnyh nedr. Pod redak-ciej akademika K.N. Trubeckogo. Moscow, IPKON RAN, 2014, Pp. 246-249.
3. Razvitie teorii proektirovanija i realizacija idej kompleksnogo osvoenija nedr (The development of theory, design and realization of complex exploitation of mineral resources)/ Kaplunov D.R., Ryl'nikova M.V.// Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal). 2008, No. 4, Pp. 20-41.
4. Obosnovanie rezervov ustojchivogo razvitija gornotehnicheskoj sistemy pri pod-zemnoj razrabotke rudnyh mestorozhdenij (Rationale reserves the sustainable development of the mining system with underground mining of ore deposits) /Kalmykov V.N., Petrova O.V., Janturina Ju.D.// Problemy i perspektivy kompleksnogo osvoenija i sohranenija zemnyh nedr. Pod redak-ciej akademika K.N. Trubeckogo. Moscow, IPKON RAN, 2014, Pp. 222-225.
