CC BY
52
УДК 550.8
© A.M. Гальперин, Ю.В. Кириченко, Щёкина М.В., A.C. Каширский, И.И. Якупов, 2014
А.М. Гальперин, Ю.В. Кириченко, Щёкина М.В., А.С. Каширский, И.И. Якупов
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ВОВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОРСКОГО ДНА В РАЗРАБОТКУ
Ч.П. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Оценивается возможность организации добычи железомарганцевых конкреций, ферромагнитных корок и иловых осадков с высокими концентрациями редкоземельных элементов. Приведены основные требования к поиску и разведке месторождений твердых полезных ископаемых морского дна. Произведена оценка опыта, перспектив и путей развития технологий и техники подводных карьеров, сделан вывод о необходимости создания Государственной Стратегии создания и развития морской горнодобывающей отрасли, как гаранта обеспечения минерально-сырьевой безопасности России.
Ключевые слова: поиск и разведка глубоководных месторождений твердого минерального сырья; способы разработки глубоководных месторождений; опытно-промышленные работы по добыче железомарганцевых конкреций; государственная стратегия по развитию морской горнодобывающей отрасли.
Уже в 60-80 гг. прошлого столетия полезные ископаемые морского дна привлекли внимание специалистов многих зарубежных стран и СССР. В США, во Франции, в Великобритании, ФРГ, Японии проблемами разведки и добычи твердых полезных ископаемых со дна морей и океанов занимаются десятки различных учреждений: от университетов до корпораций, специально созданных комитетов и других ведомств. Подобные работы ведутся в Китае, Норвегии, Швеции, Италии, Австрии, Бразилии и т.д. Что же сдерживает более масштабные объемы добычи? Правовые проблемы, в основном, решены принятием Конвенции ООН по морскому праву, существуют достаточно подробно разведанные участки конкрециеносных площадей, осуществлены полупромышленные добычи полезных ископа-
емых, существуют (в первую очередь в США, Германии, России) технологии обогащения, но о морской добыче, как о сложившейся отрасли пока говорить рано. Наверное здесь необходимо учитывать остаточное наличие необходимых полезных ископаемых на суше, больших экономических затратах, отсутствии надежного и высокоэффективного глубоководного добычного оборудования и высоких рисках. Однако, на рубеже ХХ-ХХ1 веков происходит активизация работ по освоению океанических ресурсов.
Одним из первых шагов по реализации Конвенции ООН по морскому праву стало принятие в 2001 г. Международного акта на исключительное право в течение 15 лет вести разработку марганцевых конкреций с суммарной массовой долей меди, никеля и кобальта свыше 2,5% при их
плотности более 10 кг/м2 в восточной части экваториальной акватории Тихого океана ряду стран и компаний. Это: Государственный департамент развития морских ресурсов Индии, совместная организация «Интероке-анметалл» (Болгария, Куба, Польша, Россия, Словакия и Чехия), японское предприятие «ООИО», французский научно-исследовательский институт ¡РЯЕМЕК/АРЕКЮО, китайская фирма «Котга», корейский институт КОИМ и российское государственное предприятие «Южморгеология».
Вопрос о правовой принадлежности тех или иных территорий Мирового океана весьма сложен и, по всей вероятности, с годами будет приобретать все более острое значение. Но в любом случае определенный приоритет будет принадлежать тем государствам и компаниям, которые первыми обнаружили и, тем более, создали технологию и оборудование для добычи полезных ископаемых морского дна.
Конечно, вопрос о правовой принадлежности месторождений в прибрежных водах, во внутренних морях или, например, в российской Арктике, не имеет значения, но проблема качественной и всеобъемлющей разведки одинакова для всех рудоносных площадей.
Основными требованиями, предъявляемыми к разведке, должны быть качественность и всеобъемность. Камеральная обработка результатов должна выявить все составляющие полученных образцов или других данных для максимального использования разведанной территории. Это связано с колоссальными затратами как на разведочные работы, так и на последующую разработку. Ошибка в оконтури-вании и определении категорийности запасов может превратить рентабельное месторождения в убыточное.
В последние годы интенсивно ведутся работы по созданию аппара-
туры и оборудования для поиска и разведки глубоководных месторождений. Сейчас используется следующее оборудование, часть из которого может работать на глубинах до 10 000 м
[1-4]:
• многоцелевые исследовательские суда с многолучевыми системами картографирования, оснащенные глобальными системами навигации и определения положения (СвРБ). Системы позволяют получать данные о рельефе дна, работы по совершенствованию направлены на улучшение технологии бурения и сканирования для получения трехмерных моделей, отражающих структуру месторождений и содержание полезных компонентов;
• гидролокаторы бокового обзора;
• глубоководные буксируемые камеры, сканеры и видеосистемы для оперативной съемки;
• видеоуправляемые грейферы для отбора крупных проб грунта;
• неглубоководные и глубоководные исследовательские аппараты (к ним относятся и российские аппараты «Мир» и «Русь»);
• дистанционно управляемые и автономные подводные машины.
Для разведки массивных полиметаллических сульфидных месторождений необходимо создать оборудование, способное вести бурение и отбор кернов на глубину нескольких метров, что на больших глубинах в несколько километров представляет большую сложность.
Здесь представляет особый интерес принятый 13.12.2012 в состав ВМФ России автономной глубоководный обитаемый аппарат «Консул», способный погружаться на глубину более 6000 м, и по техническим характеристикам превосходящий «Миры». Расчетный срок эксплуатации «Консула» -20 лет, он успешно прошел все испытания в Северной Атлантике.
Батискаф предназначен для проведения подводно-технических и аварийно-спасательных работ, установки на подводные объекты маяков-ответчиков, доставки на грунт и подъема на поверхность оборудования массой до 200 кг, а также осуществления с помощью манипуляторного комплекса подготовительных работ для подъема объектов грузоподъемными средствами судна-носителя.
В создании аппарата приняли участие десятки отечественных институтов и заводов. Проект был разработан Санкт-Петербургским морским бюро машиностроения «Малахит». Корпус аппарата выполнен ОАО «Корпорация ВСМПО-Ависма» из высокопрочного титанового сплава, специально разработанного в Центральном научно-исследовательском институте конструкционных материалов «Прометей».
И хотя глубоководные аппараты «Русь» и «Консул» создавались для военных целей, при проектировании учитывалась и возможность их использования в народном хозяйстве. В частности планируется участие «Руси» и «Консула» при определении границ континентального шельфа в Арктике. В настоящее время для этих аппаратов разрабатываются специальные бурильные установки, способные отбирать керны и пробы и доставлять их на поверхность.
Основными способами разработки морских месторождений являются:
1. Разработка с поверхности воды. В качестве основного оборудования могут применяться морские драги различных конструкций, самоходные и несамоходные земснаряды с погружными землесосами, грейферами, механической или гидравлической лопатой, пневматическими камерными насосами (ПКН), эжекторами, эрлифтами и т.д., специальные морские платформы (в том числе скважинная добыча, например, серы) и т.п.
Например, земснаряды с ПКН могут с высокой эффективностью разрабатывать донные илы, содержащие РЗЭ. Гирляндный способ добычи позволяет разрабатывать илистые отложения на глубине до 520 м. В Северном море английской компанией Ian Murray Engineering Ltd. в 1994-97 гг. производилась с применением ПКН глубоководная разработка (около 200 м) грунтов с высокой экологической обеспеченностью работ [5].
Также необходимо отметить разработанные в МГИ-МГГУ (автор Е.А. Бессонов) комбинированную ка-натно-гидравлическую драгу и скре-перно-землесосную драгу (авторы Е.А. Бессонов и И.М. Ялтанеп), позволяющие с высокой эффективностью разрабатывать донные залежи с производительностью до 500 тыс. т в год [4]. Такая производительность делает рентабельными морские добычные работы.
В 70-е гг. прошлого века японский изобретатель Масуд предложил схему многочерпаковой канатной драги. Она была изготовлена в виде «непрерывной ковшовой линии», содержащей нисходящую (порожнюю) и восходящую (заполненную ЖМК) ветви каната с прикрепленными к ней черпаками. В эти же годы на глубинах около 1000 м были проведены испытания, которые показали неплохие результаты. Однако с увеличением глубины разработки эффективность такой схемы резко падает, а технологические риски растут.
2. Разработка с полным погружением добычного оборудования на дно. Это могут быть подводные земснаряды, подводные бульдозеры, скреперы, экскаваторы и т.п., управляемые как с поверхности (оператор находится на судне), так и подводным экипажем. Подобные схемы с использованием подводных бульдозеров с 70-х гг. прошлого века реализуются
в Японии, США, Нидерландах, Франции. Глубина разработки может быть повышена с обычных 6-8 м до 1215 м при отливах. Возможно создание полностью автоматизированных комплексов с заданной программой управления.
3. Подземная разработка с проходкой добычных выемок из шахтных стволов, пройденных на берегу или с искусственных островов. Подобные схемы достаточно широко применяются в Японии, ЮАР, Великобритании, Турции, Финляндии, Канаде, на Тайване. Организация производств по обогащению добываемой руды на искусственном острове позволит расширять его площадь или создавать новые острова из хвостов обогащения.
4. Разработка с осушенных территорий, отделенных от морской акватории намывными и насыпными дамбами. Типичным примером такой организации работ служит разработка четырех кимберлитовых трубок А154Б, А154Н, А21 и А418 рудника «01ау1к», залегающих под водой в прибрежных водах залива Лака де Граса с 2003 г. Территория расположения трубок отделена водозащитной дамбой, в границах которой вода откачивается. Такая схема пригодна для неглубокозалегающих месторождений, но позволяет поэтапно (пошагово) отрабатывать все более глубокие участки, что снижает первоначальные капзатраты.
5. Комбинация различных способов (вплоть до образования подводных поселений с вахтовоработающим обслуживающим персоналом, не требующим ежесменную декомпрессию).
Разработка забоя с учетом специфики полезного ископаемого морского дна может осуществляться путем дробления и отсасывания, черпания и аккумуляции, свободным всасыванием и с гидро- или механическим рыхлением, скребковыми устройствами
и т.п. Подъем на поверхность может производиться с помощью тросов и лестниц, контейнерных трубопроводов, гидро- и пневмоподъема и т.д. с последующей доставкой на плавучие обогатительные фабрики или комбинаций различных способов на стационарные береговые ОФ.
Представляет особый интерес опыт опытно-промышленных работ по добыче конкреций в восточной части Финского залива ООО «Петро-транс». Здесь разведано и поставлено на государственный баланс 4 месторождения ЖМК с суммарными запасами 4,5 млн т и 4 перспективных с запасами 7,5 млн т. Добыча осуществляется самоотвозным земснарядом «Лаувер», который способен поднять с глубины 27 м, обогатить и загрузить в трюм 500 т ЖМК за 8 часов. Испытания в институте им.Бардина показали, что это сырье обогатимо и может быть использовано на существующих обогатительных и металлургических заводах [6].
Разработка морских месторождений связана с теми же трудностями, что и разработка твердых полезных ископаемых суши и требует применения известных используемых способов, осложненных спецификой подводного расположения. Основными дополнительными факторами, осложняющими разработку месторождений Мирового океана являются:
• затрудненный доступ даже к не-перекрытыми морскими отложениями полезным ископаемым вследствие полной обводненности;
• гидродинамическое воздействие морских течений и волнений;
• возрастание давления воды на добычное оборудование с глубиной (1 атм на каждые 10 м погружения);
• ветровые явления;
• фактическое отсутствие визуального контакта управляющего персонала с местом разработки;
• затрудненность принятия оперативных управляющих решений при изменении горногеологических условий разработки;
• сложность транспортных систем, при использовании многих из которых возрастают потери полезного ископаемого;
• затрудненность энергоснабжения и повышенные энерго- и материальные затраты;
• недостаточная изученность экологических проблем подводной добычи и т.п.
Если при разработке россыпных месторождений шельфовой зоны эти проблемы успешно решались еще в 60-70-е гг. прошлого века при опытно-промышленной добыче титано-цир-коновых концентратов, ильменито-ру-тило-цирконовых песков на Балтике, касситеритовых песков в море Лаптевых Московским горным институтом, то добыча конкреций (в том числе и японцами) поставила больше вопросов, чем было получено ответов.
В эти годы были созданы Московским горным институтом и Уфимским заводом горного оборудования подводные земснаряды типа «Моллюск», успешное опытное и промышленное использование которых проводилось несколько лет, начиная с 1972 г. К этому же периоду относится постройка и эксплуатация французского земснаряда «Самблиер», итальянского Б-23, самоходного подводного земснаряда «Кроулкаттер» (США), японского и норвежского экскаваторов и т.д. [2-4]. Применялись также эрлифт-ные, эжекторные , выносные и т.п. земснаряды различных стран (Великобритании, Нидерландов, Венгрии, Франции, Японии и т.д.). Эксплуатационная глубина их использования не превышала несколько десятков метров и они практически не были приспособлены для разработки и добычи ЖМК и КМК.
На современном этапе для добычи железомарганцевых конкреций исследования ведутся в области разработки ковшовых и гидравлических драг, гидравлических драг с эрлифтным подъемом, систем из непрерывной линии черпаков, прикрепленных к кабельной петле и т.п. Проектная глубина разработки данных систем превышает 5000 м. Исследования ведутся в США, Китае, Канаде, ФРГ, Корее, Франции, Великобритании, Италии, Швеции, Японии, Дании, Нидерландах и некоторых других странах. Россия в данном списке серьезно не рассматривается, хотя еще в 1967 г. решением Госкомитета по науке и технике Совмина СССР в Московском горном институте (ныне МГГУ) была создана научно-исследовательская лаборатория по подводной добыче полезных ископаемых со дна морей и океанов под руководством доктора технических наук, профессора Нурока Григория Аркадьевича. Инженерные разработки коллектива этой НИЛ вполне могут конкурировать с современными зарубежными работами в этой области. Восстановление и развитие этих исследований полностью зависит от политической воли руководства нашей страны.
Если мы не хотим остаться на обочине нашей цивилизации необходимо разработать Государственную Стратегию создания и развития морской горнодобывающей отрасли с принятием Федеральных законов в этой области. Актуальность таких действий подтверждается решениями Международного комитета по морскому дну, которыми в пределах международного района морского дна (МРМД) России выделена площадь в западном секторе северной приэкваториальной зоны Тихого океана для изучения и освоения скоплений КМК (Магеллановы горы, Поднятия Маркус-Уэйт и Уэйт-Нек-кер, а также северная часть подводной
оконечности Маршалловых островов и островов Лайн). Прогнозные ресурсы здесь составляют 1842 млн т сухой руды, содержащей около 380 млн т марганца и 10 млн т кобальта. Для разведки и добычи ЖМК за Россией закреплен участок дна площадью 75 км2 в рудном поле Кларион-Клиппертон (Тихий океан). В пределах этого участка запасы и прогнозные ресурсы ЖМК достигают 448 млн т сухой руды при среднем содержании марганца около 29,4% [1, 2].
Россией также разведан участок морского дна с КМК в западном секторе северной экваториальной зоны Тихого океана. Прогнозные ресурсы промышленно ценных компонентов составляют, млн т [1]:
1. Железомарганцевые конкреции (ЖМК) - 6,68 (N1); 5,50 (Си); 1,1 (Со) 142,0 (Мп);
2. Ферромагнитные корки (КМК) -0,44 (N1); >20,0 (Со); 0,525 (Мп).
Кроме этого в ЖМК содержится Мо (0,06%), Р1 (0,12 г/т), редкоземельные элементы (0,5 кг/т), Аи (0,03 г/т) и Ад (1,1 г/т); в КМК -Си (0,12%), Мо (0,04%), Р1 (0,5 г/т), редкоземельные элементы (0,5 -1,7 кг/т), Аи (0,06 г/т), Ад (2,07 г/т).
Вышеизложенное свидетельствует, что в долговременной перспективе участие России в разведке, изучении и освоении минерально-сырьевых ресурсов Мирового океана позволит нашей стране обрести и расширить свое геополитическое влияние в мире и не потерять свою долю океанического сырья. На настоящем этапе развития глубоководной добычи основным фактором необходимости этого процесса должны быть не только получение прибыли, но и восполнение дефицита минерально-сырьевых ресурсов сейчас и тем более для будущих поколений.
Анализируя вышеизложенное, для обеспечения роста промышленного
производства и обеспечения национальной безопасности страны необходимо в ближайшее время разработать Государственную Стратегию создания и развития морской горнодобывающей отрасли, включающую:
1. Принятие Федеральных законов и Постановлений Правительства РФ, определяющих отрасли, права и обязанности, источники финансирования и т.п. геологоразведочных работ, машиностроения для морской добычи, развития морской горнодобывающей промышленности в целом.
2. Создание научно-исследовательского центра по освоению минерально-сырьевых ресурсов Мирового океана, за аналог которой можно взять проблемную НИЛ, созданную в МГИ-МГГУ в 60-е гг. прошлого века.
Основными функциями этого центра будут являться:
• анализ существующих наработок стран мира в области морской добычи;
• научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы;
• разработка новых технологий подводной добычи и обогащения твердых полезных ископаемых (как перспективное направление можно разработать технологию подводного нанесения клейкой саморасширяющейся пены на конкреции и отделенные участки корок для придания им положительной плавучести и самостоятельного подъема на поверхность);
• опытно-промышленная «обкатка» новых технологий и оборудования;
• разработка систем энергоснабжения добывающего оборудования;
• прогноз и решение экологических проблем и т.п.
3. Подготовка отечественных научных и инженерных кадров. В настоящее время специалистов по гидромеханизированной разработке месторождений готовит единственный вуз в России - Московский государственный горный университет, на базе ко-
торого и целесообразно развивать данное направление. В этой области необходимо дополнительное финансирование и создание новых образовательных программ.
4. Восстановление и создание производственной базы, способной изготавливать высокотехнологичное глубоководное оборудование для разведки и морской добычи. Эти отрасли
1. Козловский Е.А., Малютин Ю.С. Мировой океан как резерв минерального сырья в XXI веке.
2. Кириченко Ю.В., Щёкина М.В. Освоение ресурсов Мирового океана - основа национальной безопасности России (современное состояние и пути решения) / Сборник докладов VI съезда гидромеханизаторов России. - М.: Изд-во ООО «Центр инновационных технологий», 2012. - С. 101-110.
3. Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов // Под общ. ред. В.В. Ржевского и Г.А. Нурока. -М.: Недра, 1979. - 381 с.
4. Ялтанец И.М., Бессонов Е.А. Состояние и перспективы развития добычи полез-
можно развить на базе существующих заводов по производству гидромеханизированного оборудования в гг. Рыбинске и Цимлянске, на др. машиностроительных заводах, спепиализи-рующихся на выпуске горнодобывающей техники (Уфа, Екатеринбург, Иркутск и т.д.) или с привлечением мощностей судостроительных и военных предприятий.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ных ископаемых со дна морей и океанов / Сборник докладов VI съезда гидромеханизаторов России. - М.: Изд-во ООО «Центр ин-новапионных технологий», 2012. - C. 21-27.
5. Дементьев В.А. Технология выемки породы при добыче органо-минеральных илов в обводненной залежи / Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - М.: МГГУ, 2006. -153 с.
6. Рогов В.С., Мотов А.П., Никольская И. С. и др. Поиски, опенка и добыча железомарганцевых конкрепий Финского залива / Тезисы докладов Международной конференпии «Полезные ископаемые континентальных шельфов». - СПб.: ВНИИОкеан-геология, 2005. - С. 60-66. ЕШЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Гальперин Анатолий Моисеевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, Кириченко Юрий Васильевич - доктор технических наук, профессор, Щёкина Марина Владимировна - кандидат технических наук, доцент, профессор, Каширский Алексей Александрович - горный инженер, Якупов Ильяс Идрисович - студент,
Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected].
UDC 550.8
EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF INVOLVEMENT OF FERROMANGANESE
SEABED DEPOSITS IN THE DEVELOPMENT
PART II. PROSPECTS FOR SUBOCEAN HARD MINERAL MINING
Galperin A.M., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, Kirichenko Ju.V., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Shhekina M.V., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Professor, Kashirskij A.A., Mining Engineer, Jakupov I.I., Student,
Moscow State Mining University, e-mail: [email protected].
The article estimates mineability of ferro-manganese nodules, ferromagnetic crust and silt with high content of rare earth elements. The major requirements for the search and exploration of the subocean hard mineral deposits are presented. The author assesses the background as well as the prospects and ways of developing subocean opencast mining technology and equipment, and arrives to the conclusion on the essentiality of the Governmental Deep Sea Mineral Industry Strategy as the backer of the mineral and raw material security of Russia.
Key words: subocean hard mineral search and exploration, subocean deposit development methods, pilot projects on ferro-manganese nodules mining, Governmental Deep Sea Mineral Industry Strategy.
REFERENCES
1. Kozlovskij E.A., Maljutin Ju.S. Mirovoj okean kak rezerv mineral'nogo syr'ja v XXI veke ( The World Ocean as a reserve of mineral raw materials in the 21st century).
2. Kirichenko Ju.V., Shhekina M.V. Sbornik dokladov VI s#ezda gidromehanizatorov Rossii (Russia's Hydromechanization Specialists Conference VI Proceedings), Moscow, Izd-vo OOO «Centr innovacionnyh tehnologij», 2012, pp. 101-110.
3. Tehnologija dobychi poleznyh iskopaemyh so dna ozer, morej i okeanov, pod obshh. red. V.V. Rzhev-skogo i G.A. Nuroka (Technology of mineral mining at the bottom of lakes, seas and oceans, Rzhevskij V.V., Nurok G.A. (Eds.)), Moscow, Nedra, 1979, 381 p.
4.Jaltanec I.M., Bessonov E.A. Sbornik dokladov VI s#ezda gidromehanizatorov Rossii (Russia's Hydromechanization Specialists Conference VI Proceedings), Moscow, Izd-vo OOO «Centr innovacionnyh tehnologij», 2012, pp. 21-27.
5. Dement'ev V.A. Tehnologija vyemki porody pri dobyche organo-mineral'nyh ilov v obvodnennoj zalezhi (Technology of overburden removal in organomineral silt extraction at watered deposits), Candidate's thesis, Moscow, MGGU, 2006, 153 p.
6. Rogov V.S., Motov A.P., Nikol'skaja N.S. Tezisy dokladov Mezhdunarodnoj konferencii «Poleznye iskopaemye kontinental'nyh shel'fov» (Head-notes of papers at the Continental Shelf Minerals Conference), Saint-Petersburg, VNIIOkeangeologija, 2005, pp. 60-66.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ВОКРУГ ХРАНИЛИЩ РАО ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАБЛЮДЕНИЙ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СПУТНИКОВЫМИ СИСТЕМАМИ
(1008/05-14 от 17.02.14, 14 с.)
Морозов В.Н., Колесников И.Ю., Каган A.M., Пятыгнн В.А., Татарннов В.Н., Татаринова Т.А., Геофизический пентр Российской академии наук.
CALCULATION OF DEFORMATION PARAMETERS OF THE GEOLOGICAL ENVIRONMENT AROUND RADWASTE STORAGES ACCORDING TO THE RESULTS OF OBSERVATIONS OF THE EARTH SURFACE DISPLACEMENTS SATELLITE SYSTEMS
Morozov V.N., Kolesnicov I.Yu., Kagan A.I., Pyatigin V.A., Tatatrinov V.N, Tatarinova T.A., Geophysical center of the Russian Academy of Science.
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
