CC BY
38
© В.М. Бусы рев, О.Е. Чуркин, В.А. Пучка, 2003
УАК 622.367.7.013
В.М. Бусы рев, О.Е. Чуркин, В.А. Пучка
ПРОБЛЕМЫ ЭКОНОМИКИ И ЭКОЛОГИИ ОСВОЕНИЯ КОВАОРСКОГО ФЛОГОПИТОВОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ
Россия располагает крупнейшей в мире минеральносырьевой базой для производства всех видов слюдяной продукции, предназначенной для использования в военно-промышленном комплексе, строительной индустрии, электротехнической, лакокрасочной, резинотехнической промышленности и в ряде других отраслей.
На мировом рынке основными потребителями слюдяной продукции являются промышленно-развитые страны (США, Япония, страны Западной Европы). В целом мировое производство слюдяной продукции сохраняет тенденцию к ее росту и расширению сфер использования. Особенно это проявилось в период спада производства в России в 19911993 гг., когда, например, Индия увеличила добычу слюды на 47%, США - госзапас на 65% и потребление на 18%. Произошло также общее оживление мирового рынка слюды с созданием новых производственных мощностей (Канада, Китай).
Для развития в России производства слюдяной продукции особое значение имеет освоение минерально-сырьевых ресурсов Мурманской области. Это обусловлено крупными запасами всех видов слюды в регионе, в том числе флогопита, составляющего 92,6% от учтенных Гос-балансом запасов полезных ископаемых РФ.
До 1991 г. Мурманская область была основным поставщиком флогопитовой продукции (85-90%). К настоящему времени объемы ее производства сократились в 3,5 раза. Вместе с тем ОАО «Ковдорслюда», эксплуатирующее Ковдорское флогопито-вое месторождение, оказалось после закрытия горно-обогати-
тельных комбинатов «Алданслю-да» и «Мамслюда» в Восточной Сибири и «Карелслюда» в Северной Карелии единственным предприятием, производящим слюдяную продукцию в России. Сохранению производства способствовали наличие особо крупных запасов, расположение их в экономически освоенном регионе с развитыми инфраструктурой и транспортными связями, близость региона к главным промышленным центрам страны.
Ковдорское месторождение представлено пятью весьма мощными крутопадающими слепыми залежами с учтенными запасами флогопита категорий разведанности А+В+С1+С2 7700 тыс. т забойного сырца (кристаллы площадью 4 см и более). В эксплуатации находятся Главная залежь мощностью до 120 м с запасами категорий А+В+С1 982 тыс. т забойного сырца и Западная залежь мощностью до 120 м с запасами этих же категорий 515.8 тыс. т.
Разработка месторождения до 1993 г. велась комбинированным способом с одновременным ведением открытых и подземных работ на Главной залежи и подземных на Западной. Залежи имеют общую систему вскрывающих выработок, вентиляции, водоотлива и откатки (рис. 1). На Главной залежи подземными работами, ведущимися с 1965 г., системой с магазинированием и этажно-камерной системой отработаны камерные запасы верхнего горизонта +144 м и этажно-камерной - запасы на флангах и по висячему боку на горизонте +104 м.
Применяемый вариант этажно-камерной системы разработки отличается совмещением буровых, подсечных, выдачных и
откаточных выработок на одном горизонте и концентрацией на этом горизонте всех очистных операций. Отбойка осуществляется вертикальными слоями на всю активную высоту этажа взрыванием восходящих вееров скважин на временно замагази-нированную руду. Такой способ отбойки в зажатой среде, как показали исследования и практика, обеспечивает лучшую сохранность кристаллов слюды при хорошем качестве дробления руды [1-3]. Потери руды при очистных работах не превышают 6%, потери флогопита в извлеченной руде от повреждений кристаллов в процессе добычи 5-7%.
С 1979 г. начато строительство карьера и последующая добыча флогопита открытыми работами из междукамерных целиков верхнего этажа +144 - +174 м. В целях обеспечения безопасности работ с 1981 г. подземную добычу флогопита на горизонте +104 м Главной залежи приостановили и ввели в эксплуатацию Западную залежь. К этому времени объем пустот под дном карьера на нижнем горизонте +104м Главной залежи достиг 231.7
тыс. м3.
На открытых работах применена автотранспортная система разработки с внешним отвалооб-разованием. Для отработки междукамерных целиков верхнего горизонта выработанное пространство камер заложили песчаной смесью через скважины в потолочине камер. В целях уменьшения разубоживания применили селективную выемку руды и закладочного материала. Проектные потери руды за контуром карьера 25.1%. Потери руды при очистных работах 5-13%. Потери флогопита в извлеченной руде от повреждений кристаллов в процессе добычи по результатам исследований в лабораторных и производственных условиях 10-17%, в т.ч. при погрузке экскаватором ЭКГ-5 7.5-13%. Проектная отметка дна карьера + 135 м. В настоящее время дно карьера по направлению углубки достигло горизонта +145 м.
Общий спад производства в стране, сокращение объемов выпуска флогопитовой продукции и
ухудшение экономического положения предприятия вынудили вести открытые работы практически без вскрыши и остановить (1993 г.) добычу флогопита на подземном руднике. Несмотря на тяжелое экономическое положение ОАО «Ковдорслюда» до настоящего времени, т.е. в течение 10 лет, содержит рудник в режиме сухой консервации ввиду целесообразности в дальнейшем разработки нижних горизонтов подземным способом. Но главная причина в данном конкретном случае заключается в неизбежной потере запасов этих горизонтов от гидратации флогопита в случае затопления рудника.
Г идрогеологические условия месторождения характеризуются наличием двух горизонтов подземных вод. Первый приурочен к четвертичным отложениям, второй - к коре выветривания и
трещиноватым кристаллическим породам. Глубина залегания подземных вод от поверхности колеблется от 2-5 м до 45-50 м, в среднем 15-17 м. Величина удельных дебитов изменяется от 0.01 до 0.26 л/с, коэффициентов фильтрации - от 0.01 до 0.6 м/сут., в том числе в зоне коры выветривания- от 0.17 до 0.6 м/сут., в подстилающих ее трещиноватых кристаллических породах - от 0.01 до 0.014 м/сут. Максимальные водопритоки подземных вод в шахту достигают 72 м3/ч весной, в остальное время до 30 м3/ч и за год до 300-330 тыс. м3. Этого количества достаточно для затопления рудника за 1 год в случае прекращения содержания подземных выработок в сухом состоянии. По химическому составу подземные воды преимущественно гидрокарбонатные, натриевые. Кроме под-
земных вод в рудник из карьера, расположенного над ним, поступает вода за счет атмосферных осадков, собираемых со значительной площади.
Климат района расположения месторождения относительно мягкий. Среднемесячная температура воздуха изменяется от + 13,6 0С в июле до -14,2 0С в феврале. Зима продолжительная и многоснежная, лето короткое и дождливое. Снежный покров устанавливается в октябре и сходит в апреле-мае. Среднегодовое количество осадков 491 мм, в том числе 303 мм в виде дождя и 188 мм в виде снега. В связи с обилием осадков карьер одновременно с основой функцией - добычей руды, выполняет роль водосборника. Этому способствуют достаточно большие размеры карьера.
В настоящее время его длина по верхнему контуру достигает 800 м, ширина 600 м и площадь около 450 тыс. м2. При полном развитии карьера его параметры достигнут соответственно 1100 м, 800 м и около 750 тыс. м2. Среднегодовой приток воды в подземные выработки только за счет водосбора карьером осадков составляет 200-250 тыс. м3, а при развитии карьера до проектных контуров может достигнуть 300-350 тыс. м3. С учетом этого количества осадков подземные выработки могут быть затоплены в случае отказа от их содержания в сухом состоянии практически за 6-8 месяцев.
К свойствам флогопита, влияющим на возможность его использования как полезного компонента, относится способность к гидратации, в процессе которой в состав кристаллической решетки входит вода.
Химическая природа процесса, как установлено исследованиями института ИХТРЭМС Кольского научного центра РАН [4], заключается в выщелачивании катионов калия, сопровождающимся внедрением и фиксацией в вакантных позициях молекул воды.
Такой гидратированный флогопит (гидрофлогопит) резко отличается по своим свойствам от обычного флогопита, теряя тер-
мостойкость и диэлектрические способности, приобретая вспу-чиваемость. В качестве продукции для промышленного использования он не представляет ценности. По внешнему виду гидрофлогопит практически не отличается от кристаллов флогопита, что может привести к его примешиванию в товарной флогопитовой продукции и нарушению требований технических условий.
Процесс гидратации проходит при контактах с водной средой, скорость процесса зависит от условий этого контакта. В природных условиях в масштабах геологического времени имеет место последовательное превращение флогопита в гидрофлогопит, вермикулит и сунгулит. В природе гидрофлогопит локализуется на определенных участках рудовмещающего массива (обычно на его верхних горизонтах, в том числе в скальных породах). Такие участки выявляются в ходе геологоразведочных работ и не включаются в контур подсчета запасов флогопита. Так, на Ков-дорском месторождении флогопита (рис. 2) зона с гидрофлогопитом располагается в скальном массиве над флогопитовыми рудами, перекрывается вермикули-товыми рудами и сунгулитом, залегающими в сильно трещиноватых и разрушенных породах.
Гидратация в природе происходит в нетронутом скальном массиве, где доступ воды к кристаллам флогопита затруднен. Создание условий, облегчающих контакт воды с флогопитом, резко ускоряет превращение его в гидрофлогопит. Условия наибо-
лее благоприятные для этого ускорения возникают при затоплении рудника, имея в виду, что уже в настоящее время протяженность горных выработок, пройденных на двух сохранившихся горизонтах (+104 м и +144 м) на Главной и Западной залежах, превышает 12 км, а объем пустот в отработанных очистных камерах достигает 437.7 тыс. м3 .
Исследованиями гидратации флогопита в условиях водной среды установлена высокая скорость структурных изменений флогопита уже в начальной стадии гидратации. Причем на нее существенно влияет генезис и состояние кристаллов (дефор-мированность, «зажимистость», «рисунчатость», характерные для флогопита Ковдорского месторождения). На этой начальной стадии гидратации уже по истечении 75 суток происходит резкое падение пробивного напряжения от 6 до 3 -3,5 кв., а также вспучивание кристаллов, сопутствующее процессу выщелачивания калия. Гидратация флогопита установлена и при хранении его в магазинах очистных камер в условиях обычной влажности рудничного воздуха и обводненности горных выработок. В этом случае максимальная вспученность кристаллов наступает после хранения флогопита в камерах в течение 4-6 лет.
Вне проектных контуров карьера в зоне влияния подземного рудника находится 1255 тыс. т флогопита или 80% от учтенных запасов эксплуатируемых залежей, в т.ч. 25 тыс. т в отбитом состоянии. Средняя стои-
Рис. 2. Схема отработки Главной залежи (продольный разрез)
мость всех видов флогопитовой продукции, получаемой из 1 т забойного сырца, составляет в настоящее время 2600 руб. При непринятии специальных мер по сохранению этих запасов возможный ущерб составит до 3.5 млрд руб. Комплекс мероприятий, необходимых для предотвращения ущерба, включает содержание и обслуживание водоотлива, шахтного подъема (глубина шахт 180 м), вентиляции, контроля состава подземных вод и рудничного воздуха, текущие и капитальные ремонты, услуги горноспасательной команды, подготовку кадров специалистов.. Среднегодовые расходы на эти мероприятия составят 12.5 млн руб., что в несколько порядков меньше возможного ущерба недрам.
Ближайшие перспективы освоения Ковдорского флогопито-вого месторождения связаны с возобновлением добычи флогопита подземным способом как ввиду доработки запасов карьера, так и по соображениям экономического характера. Последнее обусловлено рядом факторов.
В последний пятилетний период стабильной работы до 1992 г. добыча жильной массы карьером составляла от 40 до 100 тыс. м3 в год, объем вскрыши изменялся от 650 тыс. м3 до 1200 тыс. м3. Вследствие небольших объемов добычи, неэффективного в связи с этим использования карьерной техники, большого коэффициента вскрыши (в разные годы от 7.3 до 22.3 м3/м3) себестоимость добычи жильной массы составляла (в ценах 1992 г.) 28.8 руб/т, в то время как на подземных работах 25.8 руб/т с учетом проходческих работ.
Из-за повышенной крупности жильной массы, добываемой в карьере, она перед подачей на обогатительную фабрику направлялась на рудосортировку в специально построенный для этого корпус крупного грохочения. Вследствие появления дополнительных операций, расходов на содержание нового объек-
та и амортизационных отчислений затраты на обогащение оказались в 3.5 раза выше, чем при переработке жильной массы из подземных работ.
В настоящее время горнотехнические условия для эффективного использования открытого способа добычи ухудшились. Во-первых, в дальнейшем потребуется поддержание коэффициента вскрыши на уровне 20-25 м3/м3 на протяже-
нии всего времени отработки оставшихся запасов. Во-вторых, необходимы меры по обеспечению безопасности работ ввиду наличия пустот под дном карьера. По этим причинам следует ожидать значительного увеличения эксплуатационных затрат в сравнении с предшествующим периодом работы карьера. Имея ввиду это обстоятельство, а также необходимость затрат на содержание рудника, в даль-
нейшем следует ориентироваться на отработку Ковдорского флогопитового месторождения подземным способом. В зоне стыковки открытых и подземных работ на Главной залежи в этаже +104 - +144 м целесообразно применение открытоподземного способа разработки с единым очистным пространством, предложенным совместно Горным институтом КНЦ РАН и ОАО «Ковдорслюда» [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бусырев В.М. Потери слюды от повреждений при подземной разработке месторождений. - Л.: Наука, 1977.-106 с.
2. Бусырев В.М. Рациональная эксплуатация слюдяных месторождений. - Л.: Наука, 1987. - 144 с.
3. Слюдяные месторождения Мурманской области: реальность и возможности освоения//Н.Н. Мельников, В.М. Бусырев, А.Ш. Гершенкоп и др. - Апатиты: изд. КНЦ РАН, 1998. - 189 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------
4. Зоспн А.П, Кошкина Л.Б, Кременецкий В.Г. Влияние гидратации на технические свойства флогопита Ковдорского месторождения.-В кн.: Геология неметалли-чеких полезных ископаемых Кольского полуострова. - Апатиты: изд. КФ АН СССР, 1982, с. 125-132.
5. Патент № 2030581. Способ комбинированной разработки мощных рудных тел. В.М. Бусырев, Д.С. Подо-зерский, В.Д. Пучка, А.И. Кузнецов.
Бусырев Владислав Михайлович - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Горного института КНЦ РАН. Чуркин Олег Елиферович -кандидат технических наук, заведующий сектором Горного института КНЦ РАН.
Пучка Виктор Данилович -главный инженер ОАО «Ковдорслюда».
© О.А. Коваленко, 2003
УАК 622.341.2
О.А. Коваленко
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАРГАНЦЕВЫХ РУА
В стоящее время на Украине осуществляется добыча и переработка окисных и окисно-карбонатных руд. Основными минералами окисных и окисно-карбонатных руд являются псиломелан, манганит, пиролюзит, родохрозит, браунит, га-усманит, родонит, спессарин и др, которые представлены различными рудообразующими агрегатами: оолитами, конкрециями, желваками, кусками, пизолитами и землитой массой. Характеристика основных минералов следующая:
• пиролюзит Мп02 - минерал черного цвета, удельный вес 4,7 - 5,0; твердость кристаллических разновидностей 5 -6, пористых разновидностей до 2. Может содержать до 63% марганца; примеси характеризуются присутствием Ре203, БЮ2, СаО, ВаО и др.;
• псиломелан Мп-Мп02-Н20
- минерал от черного до буроватого цвета, удельный вес 4,4 -4,7; твердость 4 - 6, но может колебаться в зависимости от содержания воды и физического состояния; содержит 60 - 80%
Мп02, 8 - 25% МпО, 4 - 6% Н20; общее содержание марганца доходит до 54%; часто присутствуют ВаО, БЮ2, Ре203 до 3 -4% и другие примеси; псиломелан встречается в виде плотных масс и в виде шарообразных конкреций - оолитов;
• манганит Мп02-Мп(0Н2)
- минерал от черного до бурого цвета, удельный вес около 4,2; для разновидностей богатых адсорбированной водой, удельный вес может снижаться до 3,7; твердость 3 - 4; общее содержание марганца доходит до 48%; содержит до 40% Мп0, до 49% Мп02; в качестве примесей встречаются Ре203, БЮ2, А1203 и др;
• гаусманит Мп-Мп204 -
минерал черного цвета, удельный вес 4,7 - 4,9; твердость 5; содержит до 62% Мп, до 38% Мп02, общего марганца до 72%; в качестве примесей содержатся также окислы железа Ре0 и Ре203;
