Развитие методологических основ определения и учета разубоживания руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.А. Батугин, С.М. Ткач, И.Д. Баракаева, 2012

УЛК 338:622.33(001)

С.А. Батугин, С.М. Ткач, И.Д. Баракаева

РАЗВИТИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УЧЕТА РАЗУБОЖИВАНИЯ РУД

Разработан современный подход к оценке разубоживания с учетом кластерного строения месторождений. Доказано, что подобный подход к определению разубоживания будет способствовать повышению степени обоснованности эксплуатационного опробования, уточнению эксплуатационных кондиций и росту геопотенциала месторождения в целом.

Ключевые слова: разубоживание, кластерное строение месторождений, рудонос-ность, повышение эффективности разработки месторождений, геолого-экономическая оценка, эксплуатационные кондиции, геопотенциал, крупнообъемные месторождения.

Л ля рудных и россыпных месторождений, особенно в Северных районах, в частности Якутии, характерным является кластерное строение, при котором в контуры отработки попадает до пятидесяти и более процентов пустых пород и некондиционных запасов. Учитываемая при разведке и разработке месторождений геологическая рудоносность дает приблизительные и заниженные результаты об этой доле составляющих разубоживания. Возникает необходимость пересмотра сложившейся системы оценки эксплуатационного разубоживания и адаптации ее к реальностям современного геологоразведочного и горного производства.

Основным ориентиром предлагаемой концепции выступает комплексный показатель (общее разубоживание Я ), включающий в себя три составляющие:

горно-технологическое (Ягт), конструктивное (Як) и геолого-экономическое

разубоживание (Я гэ):

Я = Я + Я + Я . (1)

о гг к гэ 4 '

Определение и учет предлагаемого показателя позволит обеспечить эффективное использование георесурса на основе снижения объемов добычи и переработки пустых пород и некондиционных руд, что существенно для практики горнорудной промышленности.

Первые две составляющие комплексного показателя в практике разработки месторождений достаточно известны, систематические научные исследования в этих областях в России начались в конце первой половины XX века. В современной практике разработки месторождений полезных ископаемых горнотехнологическое разубоживание определяется, как правило, сопоставлением содержания полезного компонента в погашенных балансовых запасах и в добытой рудной массе, а конструктивное разубоживание, главным образом, морфологическим строением залежей полезных ископаемых, применяемой системой разработки и параметрами отбойки руды. Необходимость учета конструктивного разубоживания наряду с горно-технологическим подтверждается следующим обстоятельством: выемка рудных залежей, в зависимости от сложности строения, содержит в контурах до 30—35 % и более породных и некон-

диционных включений [1-2]. При этом валовая выемка подобных залежей сопровождается высоким конструктивным разубоживанием. Как правило, оно может составлять до 30 %.

Сущность геолого-экономического разубоживания сводится к тому, что для месторождений практически всех типов при характерном им кластерном строении, кондиционные участки составляют всего 20-40 % объема рудного тела, заключая в себе 70-90 % запасов полезного компонента. Остальную долю в рудной массе представляют собой объемы пустых пород и некондиционных руд. Более того, правила подсчета запасов рекомендуют включать в запасы породные и некондиционные прослои, мощностью менее некоторой обоснованной величины. Поэтому при оконтуривании залежей требуется самостоятельная оценка неучтенных кондициями объемов пустых пород и некондиционных порций руд в балансовых запасах.

Массу (или объем) кондиционных кусков и порций руды 0К можно представить в виде:

о = Ос -

Породы с некондиционным содержанием, QНС

(2)

а коэффициент геолого-экономического разубоживания руд запишем в виде: С - С

С

(3)

где Ск — среднее содержание компонента в массе руды, состоящей из всей совокупности кондиционных кусков и порций в отрабатываемом блоке, определяемой по (2); Qo — масса руды в отрабатываемом блоке и Со — среднее

содержание компонента.

Одним из первых методов оценки геолого-экономического разубоживания можно считать расчет показателя кондиционной рудоносности, который представляет собой долю кондиционных кусков и порций в заданном контуре, планируемой к отработке части месторождения. Измеряется, преимущественно, в масштабных уровнях выемочной единицы, участка или подсчетного блока. При этом коэффициенты геолого-экономического разубоживания и кондиционной рудоносности связаны соотношением:

Яо.

Я я '

С - С С

* „=^с-^=1 - С^=1 - к Р

(4)

где Кр — коэффициент кондиционной рудоносности; д о — запасы полезного

компонента в общих природных запасах рудной массы; д к - запасы полезного

компонента в кондиционных кусках и порциях.

Проведение должной эксплуатационной разведки с использованием данной формулы позволит оценить потенциальную возможность снижения объемов добычи и переработки пустой породы и некондиционной руды. Однако коэффициент рудоносности, определяемый современными методами по редкой разведочной сети, не вскрывает многие особенности всей иерархии неодно-родностей поля содержаний полезного компонента.

Геологическая информация об особенностях рудоносности, кластерной организации месторождения, конструктивного и геолого-экономического разу-боживания нарастает постепенно, начиная с этапов анализа геолого-тектонических факторов локализации и прогноза месторождения до его эксплуатационной разведки и разработки. Но максимальный прирост информации имеет место уже на этапах эксплуатационного опробования и собственно разработки. В результате природной иерархии уровней неоднородности геологических полей и кластеризации месторождений многое обнаруживается только на этапе выемки полезного ископаемого.

В рамках данного исследования, с учетом комплексного показателя разубо-живания, прибыль от отработки участка месторождения можно представить следующей преобразованной формулой:

П _ О • С • J(1 - Р)(1 - Р)(1 - Я„ )(1 - Як)(1 - Ягэ)(1 - ш)(1 - и)(1 - 3), (5)

где П — прибыль от отработки в единицу времени некоторого блока руды V; О — запасы руды в блоке, вынимаемые в единицу времени (производительность); С — среднее содержание полезного компонента в запасах О; J — коэффициент извлечения металла при переработке руды; Р — коэффициент потерь; Ри — потери вследствие неучета и (или) недоизвлечения попутных полезных компонентов в запасах; Ягг — горно-технологическое разубожива-ние; Я к — конструктивное разубоживание; Я гэ — геолого-экономическое ра-зубоживание; Ш — вероятность аварийных простоев (интегральный показатель, учитывающий аварийные ситуации по внутренним и внешним причинам); Ц — цена единицы конечного продукта; 3 — совокупные затраты на единицу конечного продукта.

С достаточным приближением для рассматриваемой задачи модель относительного изменения прибыли в зависимости от изменения факторов, входящих в (5), можно представить в следующем виде:

АП _ Ар АС Ас/ - АР. (р)-АР , (р )-АИ^ , (Я )-АК (Я )-П О С / Р Ри 1{Ри> Яп 1{ЯЯк 1{Як)

-А7 * (Я, (а), (6)

где/(р)_ 1-р, /(Ри)_ 1-р-, /(Ягг)_ , /(Як)_^,

/ (Я „)_ ^, / V)_ ^,(Г)_ Т^Г, (Г)_ Т^Г,1 _ Т[

Коэффициенты / (Р), / (Ри), / (Ягг), / (Як), / (Яга), / (Ш), /ц (Ь), /3 (Ь) служат мерой умножающего воздействия относительных изменений факторов: Рт Р1]Г Я^г Икг ¿у Ц на относительное изменение прибыли. Из (6) следует, что относительное уменьшение коэффициентов разубожива-

АН АН АЯ . о , ,

ния на--и-,--^,--—, (при неизменных затратах о и других факторах)

Н Н Я

гг к гэ

ведет к относительному росту прибыли на величину, равную

АП ARr

АЯ R.,

АR R

П R 1 - R

R 1 - R R 1 - R

Переменные множители f (r гт ), f (r ê

(7) и f (R ra )

при равных относительных

конструктивного, геолого-экономи-особенно резко при разубоживании

изменениях горно-технологического ческого разубоживания, возрастают, R > 0,75 (рис. 1).

Однако эти значения являются сравнительно редким явлением особенно для конструктивной и горно-технологической составляющих разубоживания. Для геолого-экономического разубоживания ситуация практически обратная. Анализ данных испытаний рентгенорадиометрической сепарации (РРС) на более 40 месторождениях (в т.ч. Якутии) показал, что доля выхода хвостов в 75 % случаях превышает 75 %о, составляя, в редких случаях, более 90 %. Общий интервал значений выхода хвостов по всем этим объектам находится в пределах 18-92 %.

Данное обстоятельство свидетельствует о значительных недостаточно вскрытых возможностях повышения эффективности использования запасов многих рудных и россыпных месторождений за счет выбора рациональных вариантов мероприятий в борьбе с разубоживанием руд путем анализа дерева возможных решений на всех стадиях разработки и реализации проекта освоения месторождений.

При одинаковом характере влияния трех типов разубоживания RrT, Rк, Rr3

на относительное изменение прибыли (формула (7) и рис. 1), степень их влияния существенно различна практически на всех месторождениях.

На рис. 2 показано влияние относительного изменения общего разубожива-ния на относительное изменение прибыли.

График показывает, что приRo < 0,5 , относительное изменение прибыли

/, R составляет (1 +10 ) —.

R

o

При 0,5<R0< 0,8 диапазон относительного изменения прибыли становится бо-

АR

лее значительным и изменяется в пределах (10 + 40 ) —-. При R0 > 0,8 изменение ра-

R

o

зубоживания всего на 10 % ведет к абсолютному изменению прибыли уже на 40— 100 %.

Современные тенденции развития геотехнологий предполагают потенциально эффективные мероприятия в борьбе с общим разубоживанием, где будет превалировать неравенство:

АR

R

АИ_

R

(8)

Рис. 1. Возможные пределы изменения коэффициентов f (R rl ), f (R K ), f (R r3 )

т.е. относительное уменьшение общего разубоживания в решающей степени будет достигаться за счет уменьшения геолого-экономического разубоживания.

Рис. 2. Влияние относительного изменения общего разубоживания на относительное изменение прибыли

№ /О 80

60 40 20 О

/а.д„) =

1-я..

1-/.

I /

№г0,8 *

— ■ Я=0,2---

— -Р=0,6 ■ -13=0,9

---;— шйл2И

0,5

I-1

0,5

б

Тогда и относительный рост прибыли по (7) будет обеспечен (потенциально) в решающей степени за счет уменьшения геолого-экономического разубо-живания.

Как правило, мероприятия по снижению разубоживания руд, не только требуют определенных вложений, но и ведут к росту удельных затрат. Согласно (7) относительный рост затрат ведет к относительному уменьшению прибыли ДП дяп

П ДЯ

Я

(Я О )- Д^з (Ь ) =

Я 1 - я

я о ДЗ ь - З ' 1 - ь

(9)

Важно, чтобы относительный рост прибыли от уменьшения общего разубоживания существенно превышал относительное падение прибыли от роста затрат.

Для желаемой компенсации повышения затрат снижением разубожива-ния необходимо, чтобы относительное уменьшение разубоживания было в I 1 — Я

к = ^ (10)

о

раз больше, чем относительный рост затрат. Данное обстоятельство приводит к тому, что:

1) при любых Ь = Ц кратно легче

погасить (предупредить) рост затрат при большом (более 0,5) разубожива-нии, чем при малом (рис. 3, а);

2) при любом разубоживании кратно легче погасить (предупредить) рост

я

затрат при малых Ь = —, чем при

Ц

Рис. 3: а — характер зависимости множи- ^ , 0

- т о \ > ЛГ больших (рис. 3, б).

телеи г(Ц К0) от Ц; б — характер зависимо- __ и ' '

сти множителей «Ко, Ц от Ко По результатам расчетов по данной

методике показаны пределы изменения

I=3

геопотенциала месторождения Д(1 — Я.) при модальных значениях всех видов

/=1 '

разубоживания (кривая 2) и степень падения возможной прибыли на единицу погашаемых запасов руды (рис. 4).

а

На рис. 4 проиллюстрирована степень занижения геопотенциала рудного (россыпного) месторождения от общего разубожи-вания. При известном общем разубоживании (например, при Яо _ 0,25 )

прибыль и геопотенциал занижаются до 70 % (кривая 2), а при учете только горно-технологического разубоживания аналогичного значения (прямая 1) занижение составит до 25 %.

Среднее значение общего разубоживания может составлять от 0,5 и выше. Это указывает на то, что при современных геотехнологиях и инструктивных документах по оценке и учету потерь и разубо-живания потенциал многих рудных месторождений недоиспользуется.

Мировые тенденции развития комбинированных технологий добычи и переработки руд создают потенциальные условия эффективного кратного сокращения добычи и переработки породных и рудных порций, ценность которых меньше, чем предстоящие (на разных этапах добычи и переработки) затраты, создавая при этом экономические предпосылки наиболее полного использования георесурса месторождений.

В то же время, рациональное использование этих благоприятных предпосылок в перспективе требует заблаговременного рассмотрения и последующего решения ряда проблемных стратегических задач.

По мнению многих ученых одной из важнейших перспективных задач рассматривается перспектива эффективного освоения многих российских крупнообъемных золоторудных месторождений. К крупнообъемным месторождениям принято относить те, которые имеют низкие или относительно низкие содержания золота (1,5-4,5 г/т, редко до 8-9 г/т), но большие запасы (100-1000т и более).

Оценку потенциальных резервов эффективного освоения крупных месторождений можно проиллюстрировать в виде таблицы (табл. 1).

Как известно, затраты на используемые горнодобывающей промышленностью ресурсы кратно возрастают в условиях рыночных отношений и глобализации, современного технологического уклада в мировом минерально-сырьевом комплексе в России и особенно в ее регионах Севера, Сибири и Дальнего Востока. В этих условиях требуется оценить возможность и изыскать резервы изменения сложившейся ситуации.

Для выявления составляющих возможных резервов снижения затрат при переходе к освоению крупнообъемных месторождений в работе использованы геолого-промышленные модели золоторудных месторождений, отличающиеся способами разработки и технологией переработки руд, опубликованные С. А. Емельяновым (ГКЗ МПР России) и Р. С. Поляковым (ИГЕМ РАН) [3].

Рис. 4. Степень занижения геопотенциала рудного (россыпного) месторождения от общего разубожи-вания

Таблица 1

Оценка потенциальных резервов эффективного освоения крупнообъемных месторождений

Главные резервы Основа резерва Оценка резерва

1. На основе метода оценки кондиционной рудоносности и геолого-экономического разубо-живания 2. Повышение среднего содержания основного и попутных компонентов 3. Расширение ассортимента, качества и ценности конечных продуктов _ ^ _1 -к • Т. Комплексное освоение ресурса недр и комплексная переработка минерального сырья Теоретические основы представительного опробования месторождений Комбинированные технологии добычи, предконцентрации и обогащения руд. Кучное выщелачивание, подземное выщелачивание, рудосорти-ровочные комплексы, в т.ч. малые передвижные Повышает среднее содержание в перерабатываемой руде Ск в 2—4 раза Повышает ценность 1 т руды в 1,25—2 раза Повышает потенциал месторождений Повышает ценность конечной продукции в 1,5—2,5 раза, сокращает общие затраты в 1,2—3 раза

Среднее содержание, г/т

■ 26 ,7_¡У ПГР

I» _ПГР

10 100 100(1 10000 10000(1

Производительность пи руде, тыс. т/год

Рис. 5. Зависимости удельных издержек от производительности по руде: 1 - при

подземных работах; 2 - при открытых работах; 3 - при кучном выщелачивании

в отрабатываемых рудах при подземном, ном выщелачивании уменьшается более

Три выборки содержат 92 золоторудных месторождения, в том числе 33 российских, по которым разработаны ТЭО в период 1995-2003 гг.

Преобразуя и дополняя построенные в этой работе многочисленные корреляционные зависимости параметров оценки месторождений, выделим отмеченные авторами зависимости, важные для аргументации рассматриваемой проблемы (рис. 5):

• с ростом производительности рудника по руде снижаются удельные издержки: при кучном выщелачивании (КВ) — в 2 раза, открытых горных работах (ОГР) — в 5 раз, подземных горных работах (ПГР) — в 6 раз;

• с ростом производительности рудника по руде снижается среднее содержание в добываемой руде. В частности, при росте годовой производительности по руде от 80 тыс. до 10000 тыс. т/год среднее содержание открытом способах разработки и куч-

чем, соответственно, в 10, 7 и 6 раз

(рис. 5). Это актуализирует проблему освоения комплексных крупнообъемных месторождений.

Вовлечение в разработку руды с низким содержанием положительно меняет морфологию отрабатываемой залежи, увеличивая ее кондиционную сплошность, что имеет существенное значение для развития стратегии эффективного освоения МСБ криолитозоны. При этом кондиционная сплошность отрабатываемой залежи приводит к кратному сокращению конструктивного и геолого-экономического ра-зубоживания, повышению качества добытого минерального сырья, упрощению ведения горных работ, улучшению технико-экономических показателей, в том числе и за счет извлечения ряда попутных ценных компонентов.

Выделим следующие рекомендации по оценке и профилактике общего ра-зубоживания руд:

На дальнейшую перспективу На ближайшую перспективу

Коренное совершенствование системы опережающего и сопровождающего эксплуатационного представительного опробования; Реализация концепции эксплуатационных кондиций; Реализация концепции внутрирудничной предконцентрации рудной массы; Геолого-экономическая переоценка георесурсов практически всех, и особенно комплексных месторождений; Развитие и сопровождение проекта должным объемом НИОКР, в т.ч. и по оценке геолого-экономического разубоживания запасов; Развитие комбинированных технологий добычи и переработки минерального сырья Тщательное выявление при эксплуатационном опробовании доли и структуры некондиционных руд и пород в предполагаемом контуре отработки; Доработка действующего с 1997г. положения об эксплуатационных кондициях в пространстве месторождений, позволяющего устанавливать кондиции по участкам рудных тел, порциям и кускам рудной массы; Усовершенствование технологических приемов раздельной, селективной выемки кондиционных и некондиционных руд и пород в контуре отработки запасов; Проведение на всех значимых месторождениях исследований на пригодность руд к радиометрической покусковой и порционной сортировке.

Реализация всей совокупности изложенных положений позволит снизить не только общее разубоживание, но и потери попутных компонентов в недрах, а также отходы горного производства и непроизводительные затраты на транспортировку, дробление и измельчение некондиционных кусков и порций минерального сырья и техногенную нагрузку на окружающую природную среду.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шеховцов B.C. Создание технологии разработки сложноструктурных залежей под мощными рыклыши отложениями с защитным слоем руд: дис. ... д-ра техн. наук / B.C. Шеховцов / ИГЛ СО РАН. — Новосибирск, 1997. — 308 с.

2. Фрейдин A.M. Современные способы разработки руднык залежей с обрушением на больших глубинах / А.М. Фрейдин, А.А. Неверов, С.А. Неверов, П.А. Филиппов и др.; отв. ред. А.П. Тапсиев; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горн. дела. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. — 151с.

3. Емельянов C.A. Регрессионный метод стоимостной оценки золоторудных месторождений / С.А. Емельянов, P.C. Поляков // Руды и металлы. — 2004. — №3. — С.34-44. и'.'-'з

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Ватутин С.А. — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник,

Ткач С.М. — доктор технических наук, директор,

Варакаева ИМ. — старший инженер,

Институт горного дела Севера СО РАН, [email protected]