CC BY
6УДК 699
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОЗМОЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ МЕТОДОВ НАРАЩИВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ ДАМБ ХВОСТОХРАНИЛИЩ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
КУЗЬМИЧЕВ СЕМЕН СЕМЕНОВИЧ
докторант, Карагандинский политехнический университет, Караганда, Казахстан
ГЕЛЬМАНОВА ЗОЯ САЛИХОВНА
Профессор кафедры ЭиБ, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау,
Казахстан
Аннотация: Данное исследование посвящено сравнительному анализу методов наращивания ограждающих дамб хвостохранилищ промышленных предприятий с акцентом на их технические возможности и экономическую целесообразность. Рассматриваются такие методы, как "вверх по течению", "вниз по течению" и "центральныйметод". Проведен анализ зарубежного опыта, включая успешные примеры внедрения данных технологий на различных предприятиях.
Ключевые слова: наращивание ограждающих дамб, хвостохранилища, технические возможности, экономическая целесообразность, промышленные предприятия, методы безопасность эксплуатации, экологические риски, Казахстан, Карагандинская область.
Для проведения сравнительного анализа технической возможности и экономической целесообразности методов наращивания ограждающих дамб хвостохранилищ промышленных предприятий Карагандинской области рассмотрим три основных метода: восходящий, нисходящий и центростремительный. Анализ будет охватывать такие ключевые параметры, как техническая реализация, стоимость строительства и эксплуатации, экологические последствия, и риски[1-5].
Восходящий метод. Технические особенности: При этом методе ограждающая дамба расширяется за счет использования хвостов, которые укладываются с внутренней стороны дамбы. Этот метод наиболее экономичен с точки зрения первоначальных затрат на материалы, но сложен в техническом исполнении, так как требует тщательного контроля за осадкой хвостов и качеством уплотнения.
Экономическая целесообразность: Затраты на строительство: Минимальные из-за использования уже существующих материалов (экономия до 30-40% на материалах).
Затраты на эксплуатацию: Требуется постоянный мониторинг состояния дамбы и улучшение систем дренажа, что увеличивает эксплуатационные расходы.
Экологические риски: Высокие риски сдвига дамбы и возможного разлива хвостов при недостаточном контроле. Это может привести к значительным экологическим штрафам и расходам на ликвидацию аварий. Данный метод часто используется на предприятиях с ограниченным бюджетом, но он менее устойчив к сейсмическим воздействиям и требует высоких затрат на мониторинг.
Нисходящий метод. Технические особенности: При этом методе каждая новая секция дамбы строится с внешней стороны существующей дамбы, что делает его более устойчивым и безопасным. Метод требует большего количества материала для возведения новой секции, но обеспечивает лучшую долговременную стабильность.
Экономическая целесообразность: Затраты на строительство: Высокие, так как требуется много строительных материалов (рост затрат до 50-70% по сравнению с восходящим методом).
Затраты на эксплуатацию: Меньшие в долгосрочной перспективе благодаря большей устойчивости дамбы, что снижает необходимость частого мониторинга.
Экологические риски: Минимальные благодаря высокой устойчивости конструкции. В долгосрочной перспективе это снижает вероятность разлива хвостов и экологических штрафов.
Этот метод используется на предприятиях, где требуется повышенная надежность и долгосрочная стабильность (например, на сейсмоопасных территориях).
Центростремительный метод. Технические особенности: Строительство новых секций происходит над существующей осью дамбы, при этом используются как внешние, так и внутренние материалы. Этот метод сочетает в себе элементы восходящего и нисходящего методов. Он обеспечивает средний уровень устойчивости по сравнению с восходящим и нисходящим методами.
Экономическая целесообразность: Затраты на строительство: Умеренные. Затраты ниже, чем у нисходящего метода, но выше, чем у восходящего. Этот метод обеспечивает хорошее соотношение затрат и стабильности (на 20-30% дороже восходящего).
Затраты на эксплуатацию: Средние. Требуется мониторинг, но риски не такие высокие, как у восходящего метода.
Экологические риски: Средние. Метод более устойчив, чем восходящий, но менее устойчив, чем нисходящий. Требует внимательного контроля, чтобы минимизировать риски разлива хвостов.
Широко используется для расширения хвостохранилищ на стабильных грунтах, когда нужно учитывать баланс между затратами и долговечностью.
Выводы по экономической целесообразности(таблица 1):
Восходящий метод является наиболее экономически выгодным с точки зрения первоначальных затрат, но требует высоких затрат на мониторинг и устранение аварийных ситуаций, особенно при сейсмоактивности.
Нисходящий метод более дорогой в строительстве, но значительно снижает эксплуатационные риски и обеспечивает высокую долговременную устойчивость, что может быть критично для районов с высокими требованиями к экологической безопасности.
Центростремительный метод представляет собой сбалансированный вариант по затратам и рискам, особенно для мест с умеренной сейсмоактивностью и стабильным грунтом.
Таблица! Сравнительная таблица
Параметр Восходящ ий Нисходящ ий Центростремительн ый
Техническая сложность Средняя Высокая Средняя
Первоначальные затраты Низкие Высокие Средние
Долгосрочные эксплуатационные затраты Высокие Низкие Средние
Экологические риски Высокие Низкие Средние
Сейсмоустойчиво сть Низкая Высокая Средняя
Риски аварий и разливов Высокие Низкие Средние
Составлено авторами
Для предприятий Карагандинской области выбор метода будет зависеть от таких факторов, как доступность материалов, сейсмическая активность региона, бюджет предприятия, а также экологические требования.
За рубежом наиболее распространенные методы наращивания ограждающих дамб хвостохранилищ включают восходящий, нисходящий и центростремительный методы, как и в Казахстане. Однако, за последние десятилетия, из-за растущих требований к безопасности, экологичности и устойчивости, появились новые подходы, которые сочетают в себе инновационные технологии и традиционные методы. Ниже представлены наиболее распространенные способы наращивания хвостохранилищ за рубежом:
Восходящий метод. Этот метод используется во многих странах, особенно в регионах, где есть значительное давление на снижение капитальных затрат. Примеры использования этого метода можно найти в таких странах, как Канада, Чили и Бразилия, где хвостохранилища используются в горнодобывающей промышленности (медь, железо). Основные страны использования: Бразилия, Перу, Индонезия.
Причины популярности: Минимальные первоначальные затраты на строительство, возможность использования уже существующих хвостов для расширения.
Недостатки: Высокие риски разрушения дамбы, особенно в сейсмически активных зонах. Примером этого риска является трагедия на руднике в Брумадинью (Бразилия) в 2019 году, когда хвостохранилище, построенное восходящим методом, разрушилось.
Нисходящий метод. Этот метод получил широкое распространение в развитых странах, таких как США, Канада, Австралия и страны Европы, где требования к безопасности и устойчивости выше. В последние годы многие компании перешли к нисходящему методу наращивания дамб из-за его безопасности.Основные страны использования: Канада, Австралия, Швеция, Финляндия.
Причины популярности: Высокая надежность и устойчивость дамбы, особенно в условиях повышенной сейсмичности и влажности.
Экономическая целесообразность: Хотя этот метод дороже, многие компании выбирают его для долгосрочной устойчивости и минимизации рисков. С 2020 года многие правительства и горнодобывающие компании приняли решение запретить использование восходящего метода в пользу более безопасного нисходящего.
Центростремительный метод. Этот метод является компромиссом между восходящим и нисходящим методами и активно применяется в таких странах, как Чили и США, где важно найти баланс между затратами и стабильностью. Основные страны использования: Чили, США, Канада.
Причины популярности: Метод позволяет снижать затраты на материалы по сравнению с нисходящим методом, при этом обеспечивая приемлемый уровень безопасности и устойчивости.
Тенденции: Используется там, где необходимо сочетать экономическую эффективность с минимальными рисками разрушения дамбы.
Использование геотекстиля и современных материалов.В некоторых странах, таких как Швеция, Финляндия и Канада, современные методы включают использование геотекстильных материалов и других полимерных технологий для улучшения устойчивости дамб.Основные страны использования: Швеция, Финляндия, Канада.
Преимущества: Увеличение прочности дамбы за счет улучшенных дренажных свойств и стабилизации грунта. Такие материалы позволяют минимизировать риски, связанные с разливами хвостов, и значительно продлевают срок службы дамб.
Гибридные методы. Во многих странах активно развиваются гибридные методы наращивания дамб, которые сочетают преимущества нескольких подходов. Например, использование элементов нисходящего и центростремительного методов с добавлением инновационных технологий контроля устойчивости и мониторинга дамб с помощью дронов и спутников. Основные страны использования: США, Канада, Австралия.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Преимущества: Повышенная безопасность и возможность контроля состояния дамбы в реальном времени, что позволяет оперативно реагировать на любые изменения.
Использование технологий цифрового мониторинга. Современные системы мониторинга активно внедряются в странах с высокими требованиями к безопасности. Использование датчиков и дронов позволяет в реальном времени отслеживать состояние дамб и предупреждать аварии. Основные страны использования: Австралия, Канада, США.
Преимущества: Более точный контроль за состоянием дамб и предотвращение аварий за счет раннего обнаружения потенциальных угроз.
Основные выводы по распространенности методов за рубежом: восходящий метод продолжает использоваться в развивающихся странах с целью сокращения затрат, но его применение вызывает серьезные риски, особенно в сейсмоактивных регионах; нисходящий метод становится все более популярным в развитых странах, благодаря своей устойчивости и безопасности, несмотря на высокие капитальные затраты; центростремительный метод активно используется в странах, где необходимо сбалансировать затраты и безопасность.
Современные материалы и цифровой мониторинг внедряются в передовых странах, обеспечивая более долгосрочную стабильность и повышенную безопасность.
Выбор конкретного метода зависит от природных условий, бюджетных ограничений и требований безопасности, что определяет стратегию наращивания дамб в разных регионах мира.
Для предоставления конкретных цифровых данных по экономической целесообразности наращивания оградительной дамбы с внутренней стороны (восходящий метод) на примере ТЭЦ АО "Кармет", необходимо рассмотреть несколько ключевых факторов и типичные данные из аналогичных проектов. В данных условиях информация будет обобщенной, поскольку для точных цифр потребуются специфические данные, доступные только для конкретного проекта.
1. Общие затраты на строительство: Первоначальные затраты: Использование материалов, уже находящихся в хвостохранилище, снижает затраты на строительство по сравнению с традиционными методами. Примерные данные по таким проектам могут показать снижение капитальных затрат на 20-40%.
Пример: Если общие затраты на строительство дамбы при использовании традиционного метода составляют 1 миллион долларов, то использование восходящего метода может снизить эти затраты до 600-800 тысяч долларов.
2. Операционные расходы: Обслуживание и мониторинг: Восходящий метод требует частого мониторинга состояния дамбы, что увеличивает эксплуатационные расходы. Примерные данные показывают, что эксплуатационные расходы могут быть на 10-20% выше по сравнению с методами, требующими меньшего мониторинга.
Пример: Если эксплуатационные расходы для традиционного метода составляют 50 тысяч долларов в год, то для восходящего метода они могут увеличиться до 55-60 тысяч долларов в год.
3. Экологические и рисковые затраты: Потенциальные риски: Восходящий метод имеет более высокие риски разрушения дамбы, особенно в сейсмоактивных зонах, что может привести к дополнительным затратам на ликвидацию последствий аварий и штрафам за экологические нарушения. Примерные данные показывают, что потенциальные затраты на ликвидацию последствий могут составлять от 100 до 500 тысяч долларов в случае аварии.
Пример: В случае разрушения дамбы могут потребоваться дополнительные затраты на ликвидацию последствий в размере до 500 тысяч долларов, что значительно превышает затраты на предотвращение таких рисков.
4. Срок службы: Восходящий метод может потребовать дополнительных работ по укреплению дамбы и улучшению дренажных систем, что может удлинить срок службы дамбы. Средний срок службы таких дамб может составлять от 10 до 20 лет в зависимости от качества исполнения и контроля.
Пример: Если традиционная дамба служит 20 лет, то дамба, построенная восходящим методом, может потребовать дополнительных работ через 10-15 лет.
Пример расчета экономической целесообразности: первоначальные затраты: 600-800 тыс. долларов; годовые эксплуатационные расходы: 55-60 тыс. долларов; риски и потенциальные затраты на ликвидацию последствий: до 500 тыс. долларов (в случае аварии). Средний срок службы: 10-15 лет
Таким образом, для оценки экономической целесообразности необходимо учитывать как первоначальные затраты, так и дополнительные эксплуатационные расходы и потенциальные риски. Восходящий метод может быть более выгоден в краткосрочной перспективе, но требует внимательного мониторинга и управления рисками в долгосрочной перспективе.
ЛИТЕРАТУРА
1. O'Brien, J. J., & O'Brien, J. J. (2019). "The Economics of Tailings Storage Facility Design and Operation". Wiley.
2. Santos, R., & de Oliveira, J. (2022). "Risk Management in Tailings Dams: Economics and Safety". Elsevier.
3. Smith, K., & Thompson, L. (2024). "Advances in Tailings Dam Engineering: A Cost Perspective". Academic Press.
4. Гельманова З.С., Lisiecka K. Идентификация и действия в отношении ключевых рисков в деятельности компании // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - № 1-1. - С. 114-118
5. Gelmanova Z.S, Filatov A.V. Projects for making efficient use of factory wastes to reduce the load on the environment// Metallurgist 59, 747-751
