CC BY
31
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОРНОГО ИНСТИТУТА
1993 СЕРИЯ: ГОРНОЕ ДЕЛО ВЫП. 3
РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.684
В. С. Хохряков
УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТОК В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Развитие горного производства во всем мире, а также в нашей стране за последние 50 лет характеризуется следующим образом:
— непрерывно, в среднем на 4—5 % в год, возрастает добыча полезных ископаемых;
— увеличивается доля способа открытой разработки в общих объ-мах горного производства; 4
— в добычу и дальнейшую переработку вовлекаются все более бедные по содержанию полезных компонентов и худшие по горно-гео-логическим условиям месторождения;
— улучшаются технико-экономические показатели горного производства, прежде всего растет производительность трудящихся в отраслях, добывающих и перерабатывающих минеральное сырье.
Современное общество не может поддерживать достигнутый уровень жизни, а тем более повышать его, если не будет развивать добычу минерального сырья. Приблизительным ориентиром необходимого уроз-ня потребности в минеральном сырье может служить такой показатель, как его душевое потребление в развитых странах. Например, в США оно составляет 18 т в год на душу населения, в том числе угля 2,5 т, строительных материалов 6 т [1]. В ближайшем будущем этот показатель даже при массовом .переходе промышленности на ресурсосберегающие технологии, по-видимому, мало изменится.
Например, в тех же США добыча угля все времй возрастает. Если в 1990 г. она составляла 1026 млн т. то к 2000 г. согласно прогнозам должна увеличиться до 1 млрд 340 млн т. Значительный рост добычи угля обусловлен еще и тем, что уголь в пересчете на условное топливо в 1,5 раза дешевле газа и вдвое дешевле нефти.
Потребности в минеральном сырье в целом по Российской Федерации в ближайшем будущем, по-видимому, существенно не изменятся, хотя и дальше будет происходить перераспределение связей между поставщиками и потребителями минерального сырья. Заметные изменения будут происходить в требованиях к качеству минерального сырья, к технологии обогащения, к созданию более совершенных систем контроля качества конечной продукции.
Поэтому развитие добычи твердых полезных ископаемых в ближайшие, по крайней мере, 25—40 лет во всем мире, в том числе и в России, неизбежно. Важно при этом применять такие способы разработки место-
¿. i, -¿лис технологии, su í ~?эом предприятии ____ api ill i »ет-с-зр авнмого вреда и
£вт SXmTZ-^-Zi ЭОВШВШта«*
gmaравкп цмиквпотся • правах с жесткими эко-
_^HReaeuoen» к годным работам? В основном —открытый
Вед для этого имеются благоприятные горво-геологические условия, так как технико-экономические показателя диктуют необходимость, особенно в условиях рыночной экономики, п г е имущественного развития открытых разработок.
В СССР доля открытого способа в период с 1950 по 1990 гг. увеличилась по углю с 11 до 46,5 %, железной руды с 44 до 89 % и продолжает расти. В Российской Федерации удельный вес открытых разработок в добыче угля составил 55,2%, в США —более 60%, в Австралии — почти 100 %.
В США удельный вес открытых разработок за период с 1935 по 1977 гг. возрос по добыче медной руды с 60 до 90 %, а железной руды — с 60 до 95,5 % [2].
В последние десятилетия в число первых мест по добыче железной, медной, бокситовой руды и угля вышла Австралия, где почти все горные разработки ведутся открытым способом. Австралийский уголь, добытый в карьерах, оказался конкурентоспособным па Европейском рынке минерального сырья, что привело к сокращению добычи угля подземным способом в ФРГ и Англии.
Минеральные строительные материалы во всем мире и в нашей стране добываются и будут добываться в дальнейшем открытым способом.
Нет оснований утверждать, что этд тенденция увеличения удельного веса открытых разработок в добыче полезных ископаемых в ближайшие 10—20 лет существенно изменится, даже несмотря на все возрастающие экологические ограничения. i
Тенденция преимущественного развития открытого способа добычи полезных ископаемых в предыдущие десятилетия и его перспективы обусловлены прежде всего его лучшими, чем на подземных разработках, технико-экономическими показателями. Разница между производительностью труда и себестоимостью на открытых и подземных разработках не только значительна (см. таблицу), но и продолжает увеличиваться.
Если в 1940 г. производительность труда на угольных разрезах СССР была в 2 раза выше, чем на шахтах, то в 1960 г.— уже в 6 раз, а в 1990 г.—в 10 раз [4].
При разработке рудных месторождений разница в экономических показателях открытого и подземного способов не столь велика, но также значительна.
Кроме того, при открытом способе меньше затраты на создание производственных мощностей, намного ниже травматизм, лучше условия труда.
Главное преимущество альтернативного, подземного, способа разработки состоит в том, что при его применении непосредственное негативное воздействие на окружающую среду меньше, чем при открытых разработках. В частности, нет потребности в таких больших площадях земли под' отвалы пустых пород, которые необходимы для карьерных отвалов. Объем горных выработок на шахтах намного меньше, чем на карьерах, и проводятся они, как правило, на большой глубине от земной поверхности. Однако и подземный способ в его современном виде далек от экологической чистоты. Большинство подземных разработок сопряжено с необходимостью осушения- месторождения и непрерывной
откачки большого количества воды, нередко насыщенной различными примесями. Кроме того, при подземном способе обычно весьма значительны эксплуатационные потери полезного ископаемого, которые достигают более половины разведанных запасов месторождения.
Но главный недостаток подземного способа состоит в том, что экономические результаты, за редким исключением, намного хуже, чем на открытых разработках.
Сравнение экономических показателей добычи угля в СССР открытым и подземным способами по годам
Показатели 1940 г. 1950 г. 1960 г. 1970 г. 1980 г. 1989 г.
Месячная производительность одно-
го рабочего по эксплуатации, т: 437.4
на разрезах 65,7 96,3 213,6 305,1 445.9
на шахтах 29,9 27,8 35 45 46,1 42,2
Рост производительности труда, %: 100 146,6 679 666
на разрезах 325,3 464,5
на шахтах 100 93 117.1 150,5 154.2 141,1
Себестоимость 1 т угля, добытого
на разрезах, по сравнению с себе-
стоимостью 1 т угля, добытого на
шахтах, % 43 33,2 23,2 24.4 22,8 24,4
Поэтому открытый способ производства горных работ, при котором благодаря его лучшим экономическим показателям появляется возможность "осуществлять значительно большие затраты на рекультивацию и другие мероприятия по охране окружающей среды, стал преобладающим даже в развитых и густонаселенных странах и регионах, например, таком, как Рурский угольный бассейн в ФРГ.
К числу основных условий, определяющих перспективы развития открытых разработок, кроме тенденции повышения экономических преимуществ, относятся:
— потребности народного хозяйства России в минеральном сырье;
— состояние минерально-сырьевой базы и сложившаяся структура горнопромышленного производства;
— уровень горного и транспортного машиностроения, а также энергетического обеспечения;
— требования и ограничения, связанные с новыми законами о недрах, земле, охране окружающей среды;
— переход на рыночные отношения и в связи с этим принципиальные изменения в инвестиционной политике;
— переход на платное кредитное финансирование, появление новых видов расходов на различные платежи, отчисления, налоги, существенные изменения в ценах и т. п.
Минерально-сырьевая база открытых разработок включает четыре основные группы'объектов: 1) запасы полезных ископаемых на действующих предприятиях; 2) новые разведанные крупные месторождения, подлежащие освоению; 3) большое количество мелких месторождений, техногенно-минеральных образований, а также отработанных подземным способом, законсервированных и заброшенных по .тем или иным причинам, но пригодных для повторной разработки открытым способом; 4)запасы на действующих предприятиях и на разведанных месторождениях, оцененные ранее как забалансовые и требующие до-разведкн.
На многих действующих крупных и средних горных предприятиях балансовые запасы обеспечивают устойчивую добычу на 10—20 лет и более. К ним относятся, например, Качканарский, Коршуновский, Ко-стомукшский. Лебединский, Оленегорский и ряд других железорудных комбинатов, Баженовский асбестовый комбинат, угольные разрезы Кузбасса, Сибири, Якутские карьеры по добыче алмазов и многие другие, являющиеся в настоящее время основными источниками минерального сырья в Российской Федерации.
К числу новых крупных месторождений, освоение которых осуществляется крупными государственными объединениями и консорциумами, и разработка которых будет осуществляться открытым способом, относятся Удоканское меднорудное, Архангельские алмазоносные. , Ряд новых месторождений, средних по размеру, будет вовлекаться в открытую разработку в Подмосковье (фосфориты), на Урале (медные руды), в Кузбассе (коксующиеся угли), в районе БАМа.
Значительные запасы, если оценивать их суммарно, находятся в большом количестве мелких, неглубокозалегающих месторождений, как правило, вполне пригодных для эффективного вложения средств в их открытую разработку с соблюдением всех экологических требований и полной рекультивации в короткие сроки.
По оценке Всесоюзного института экономики минерального сырья [3] большие резервы добычи угля открываются при освоении малых месторождений, пригодных для строительства небольших угольных разрезов, способных обеспечить значительное количество мелких потребителей. Доразведка таких месторождений, а также строительство и производство горнокапитальных работ возможно в короткие сро^и за счет кредитного финансирования, применения мобильной техники, полустационарных обогатительных установок, сезонной и вахтовой организации труда. Инженерно-техническое обеспечение таких объектов обычно выполняется близлежащими предприятиями.
Даже в таких странах, различных с точки зрения экономических систем и уровня технического оснащения горного производства, как США и Китай, количество мелких горных предприятий весьма велико: по добыче угля в США их около тысячи, и в Китае — около 10 тысяч.
Значительные резервы создания малых карьеров находятся на Урале. Урал до сих пор остается тем горнопромышленным регионом, где выгодно производить инвестиции в добычу минерального сырья.
Здесь создался такой комплекс геологических, технологических и социальных условий, которые обеспечивают надежное вложение средств и устойчивую отдачу от них в течение длительного времени.
Несмотря на бытующее мнение, что Урал исчерпал свои минеральные богатства, в действительности это далеко не так. Такое мнение возникло в рамках прежней хозяйственной системы, когда отраслевые министерства, не слишком экономя государственные средства, были заинтересованы в строительстве горных предприятий-гигантов и увеличении размеров добычи полезных ископаемых. Требования качества минерального сырья как товарной продукции, хотя и декларировались в официальных документах, но отходили на второстепенные позиции по сравнению с увеличением объемов и перевыполнением планов.
Поэтому по мере отработки крупных месторождений все чаще стали говорить об исчерпании минеральных ресурсов Урала.
В действительности Урал обладает немалыми запасами (и что очень важно) разнообразных полезных ископаемых. Значительная часть легко доступных запасов, расположенных на верхних горизонтах, находится в небольших и средних по размерам месторождениях, в техногенных минеральных образованиях (е отвалах прежде бедных руд, в шламохраннлищах, терриконах).
Большинство из этих месторождений имеет хотя и небольшие запасы, но с довольно высоким содержанием .компонентов. Расположены они, как правило, в зонах промышленной концентрации с развитыми инфраструктурой и сетью коммуникаций, вблизи городов, действующих предприятий по переработке минерального сырья, имеющих кадровые резервы, ресурсы энергетических и транспортных мощностей, развитое научно-техническое обеспечение.
Эти условия существенно, иногда в несколько раз, сокращают затраты, необходимые для получения того же эффекта на вновь осваиваемом месторождении в отдаленном районе.
Рыночные отношения, выдвинув новые экономические требования, заставляют переоценить минеральную базу, открывая в ней значительные перспективы развития горного производства и связанных с ним звеньев народного хозяйства.
Как показывает практика уральских горных предприятий, многие залежи полезных "ископаемых, будучи бедными по оценкам своего времени, впоследствии включаются в балансовые запасы и эффективно разрабатываются. Более того, все шире распространяется повторная разработка богатых участков месторождений, которые уже были отработаны, но с большими потерями.
Таким образом, разнообразие разведанных месторождений и общие размеры их запасов обеспечивают продолжение и развитие открытых разработок на 15—20 лет и более. Однако достоверность разведки и качественная характеристика запасов, хотя и соответствуют официальным нормативам, но нередко не отвечают требованиям рыночной экономики и условиям предпринимательского финансирования, которое должно быть, во-первых, застраховано от чрезмерного риска, во-вторых, должно иметь достаточно достоверную информацию о характере будущей товарной продукции, о возможностях комплексного использования месторождений. Без этих условий трудно рассчитывать на инвестиции предпринимателей. Поэтому для того, чтобы разведанные месторождения могли быть переданы к освоению, в большинстве случаев необходима их частичная дбразведка, а чаще всего переоценка на основе дополнительного изучения имеющихся материалов, лабораторных исследований, пересчета запасов на основе методов геостатистики.* При этом возможно уточнить не столько формы залежей и размеры запасов, сколько генезис месторождения и количественную характеристику всех сортов руд, их обогатимость и т. чп. В связи с этим в геологоразведочных организациях необходимо улучшение лабораторно-испы-тательных служб; резкое повышение уровня квалификации специалистов по оценке месторождений, применение ЭВМ — новых вычислительных методов, в том числе геостатистики, которая получила широкое применение за рубежом, так как обеспечивает большой эффект за счет сокращения объема буровых работ на месторождении при одновременном повышении достоверности подсчета запасов и в которой у нас ранее не было практической потребности.
При оценке институтом ВНИГРИуголь [3] основных результатов геологоразведочных работ, проведенных в 1980—1990 гг., отмечены такие недостатки, как низкий показатель (30 %) передачи промышлен-но-оцененных месторождений в детальную разведку и отсутствие .четких требований к полноте и достоверности материалов предварительной разведки! Хотя отраслевые задания по всем стадиям, как в целом за пятилетку, так и ежегодно, перевыполнены, реального прироста запасов, пригодных для эффективного использования и предпринимательского инвестирования, почти нет. Основная причина состоит в том, что система экономических взаимоотношений ориентировала геологоразведочные организации не столько на создание реальных запасов, пригодных
для представления их в качестве товара, сколько на увеличение объема буровых работ. Поэтому за пятилетку задания по предварительной разведке были выполнены на 179%, детальной — на 123%, по дораз-ведке — на 108 Несовременная концепция развития сырьевой базы должна предусматривать концепцию разведочных работ на участках с дефицитными коксующимися углями и с месторождениями, пригодными для открытой разработки, существенное улучшение геолого-экономических оценок на всех стадиях разведки с учетом мировых цен, требований потребителей и инвесторов, а также с учетом техногенного воздействия на окружающую среду.
При ограниченных масштабах финансирования и необходимости получения быстрой отдачи средств, направляемых на геологоразведочные работы, необходимо переориентировать усилия геологоразведчиков на доразведку месторождений, их более глубокое изучение, на разведку техногенных месторождений, на поиски и детальную разведку малых месторождений, пригодных для открытой разработки.
Переход на кредитную форму финансирования и все возрастающие экологические ограничения выдвинулись в число важнейших условий, определяющих перспективы и способы горного производства.
Разработка месторождений полезных ископаемых хотя и не всегда дает быструю отдачу и высокую прибыль, но, как правило,' во всех странах является надежным способом для вложения средств. Надежность определяется прежде всего тем обстоятельством, что месторождения полезных ископаемых являются природными образованиями, имеющими исходную природную ценность, которая к тому же во многих случаях благодаря техническому прогрессу в переработке минерального сырья возрастает с течением времени.
Однако как для организации добычи на вновь осваиваемых месторождениях, так и для реконструкции горных предприятий требуются большие капитальные вложения, а срок их окупаемости в горном производстве даже при открытом опособе разработки не может быть кратким.
Современный период перехода на рыночную экономику характеризуется тем, что практически прекратились централизованные капиталовложения не только в новое строительство и реконструкцию горных предприятий, но также на поддержание производственной мощности.
Переход на кредитные инвестиции, даже при льготных ставках в пределах 7—15%, что соответствует мировому уровню, почти удваивает потребную величину капитальных вложений на освоение нового месторождения.
Срок окупаемости капитальных вложений, ставший рсновным критерием при обосновании финансирования, будет составлять, как правило, не более 7—12 лет лишь в тех случаях, когда себестоимость добычи полезного ископаемого будет в 1,5—2,0 раза ниже- цены его реализации. Этого очень трудно добиться, тем более, что затраты на разработку возрастают за счет дополнительных платежей за природные ресурсы, налогов и различных отчислений. Обеспечить существенное снижение себестоимости, особенно на действующих предприятиях, также трудно, так как почти всюду значителен не только моральный, но и физический износ оборудования, вызванный тем, что в последние годы не осуществляется в достаточных масштабах его плановое обновление.
Все это резко ограничивает перспективы лового строительства крупных горных предприятий, а также реконструкцию действующих.
Выделение и концентрация в той или иной форме крупных капитальных вложений в ближайшие годы возможны лишь для освоения крайне дефицитного сырья и уникальных месторождений.
Основная масса , притока акционерного, частного и иностранного капитала в горное производство вероятнее всего будет направляться на освоение мелких месторождений, в том числе техногенных образований и на реконструкцию действующих, т. е. на те объекты и в тех случаях, когда при сравнительно небольших размерах капиталовложений может быть получена быстрая их отдача.
Негативное воздействие на окружающую среду выше допустимых пределов нельзя рассматривать как непременный компонент открытого способа добычи полезных ископаемых. Не только теоретические обоснования и проектные проработки, но и современная практика некоторых горных предприятий как в нашей стране, так и за рубежом, показывают, что при достаточных, но вполне допустимых затратах воздействие открытых разработок на окружающую среду можно свести до минимума или до размеров, никак не превышающих воздействие подземных разработок.
К числу главных проявлений негативного воздействия открытых горных работ относятся:
— изъятие, в том числе временное, земель с целью размещения породных отвалов; образование депрессионных воронок больших размеров вокруг карьеров;
— загрязнение пылью прилегающих к карьеру и отвалам территорий;
— геохимическое загрязнение прилегающей территории;
— сток загрязненных дренажных вод.
Открытая разработка во всех случаях связана с отчуждением земель. Размеры и сроки отчуждения зависят от горно-геологических условий, размеров карьера и срока отработки месторождений, а также от технологии производства горных работ, способов вскрытия и систем разработки.
При разработке горизонтальных и пологопадающих залежей отвалы размещаются в выработанном пространстве и после рекультивации, если она производится технологически выдержанно, могут быть сданы в сельскохозяйственное или другое использование. При этом рекультивация производится одновременно с отработкой полезного ископаемого с некоторым отставанием во времени и в пространстве, вследствие этого размеры ежегодного возвращения и отчуждения земель практически одинаковы. Хачество возвращаемых земель может быть достигнуто высоким и, при необходимости, не уступать первоначальному и даже превышать его.
При разработке крутопадающих и наклонных месторождений применяемые до сих пор системы разработки предусматривали размещение всей массы вынимаемой породы во внешние отвалы до конца отработки месторождения.
Однако и для этих горно-геологических условий теоретически возможно и уже практически доказано значительное сокращение отчуждаемых площадей за счет создания внутренних отвалов. Это достигается главным образом благодаря применению поперечных одноборто-вых систем разработки, поочередной интенсивной отработке близлежащих месторождений.
Зона распространения депрессионной воронки может быть существенно ограничена благодаря созданию глубоких защитных завес вокруг карьера. Создание таких ограждений требует значительных средств, но технически возможно.
Сокращение и даже практически полная ликвидация пылевого загрязнения достигаются своевременной биологической рекультивацией отвалов, а там, где она невозможна или затруднена, обработкой пылящих поверхностей эмульсией, образующей защитную корку и способствующей произрастанию трав на откосах отвалов.
- -—--■>»'' вод и атмосферы препятствуют очистные сооружения рввв:-. знда. Нет необходимости перечислять все способы и средам» ы окружающей среды. Многие из них используются, другие " з:ъ.заются и испытываются, эффективность их различна, но, как зг-^зы-зет опыт мировой практики, технически и технологически воз-»^жзо локализовать и свести до 1 допустимого уровня почти любое негативное воздействие горного производства на окружающую среду. Главный вопрос состоит в возможности выделения достаточных средств для решения экологических проблем. В принципе достаточные средства для этой цели можно получить за счет увеличения затрат на открытые разработки иа некоторых предприятиях, где необходимо решение первоочередных задач, а также тех, которые носят «косметический» характер, т. е. очистка территории, устранение утечек масел, озеленение, рекультивация старых отвалов, ликвидация очагов самовозгорания, пыления, загрязнения вод, установка простейших заграждений, фильтров и т. п.
Дополнительные расходы на открытых горных работах увеличат себестоимость добычи на 3—5%. В других случаях полное решение экологических проблем увеличит общие затраты предприятия в несколько раз. При этом необходимо проводить довольно сложные технико-экономические расчеты многих вариантов и поиски оптимального соотношения между затратами на непосредственное производство, охрану окружающей среды и выбор оптимального способа разработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИП СПИСОК
1. Американская техника и промышленность: Сборник рекламных материалов. Выпуск IX. Горная промышленность/Фирма «Чилтон Ко» (США).— В/О Внешторг-реклама (СССР), 1978.
2. Астафьев Ю. П. Добыча руды открытым способом за рубежом,— М.: Недра, 1983.
3. Геология угольных месторождений: Межвуз. научн. темат. сб. / УГИ,— Екатеринбург, 1992,—С. 17—20; 81—90; 90—97; 97—99.
4. Хохряков В. С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых — М.: Недра, 1991. •
УДК 622.273.3 : 622.68 : 622 232.1.567
А. В. Юдин
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ СИСТЕМ В ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ
Рассмотрим транспортно-перегрузочные системы при автомобильно-конвейерном транспорте (АКТ), приведенные на рис. 1, и установим области их применения в глубоких карьерах. Для анализа воспользуемся методикой ВНИИПТмаша.
Области эффективного применения транспортно-перегрузочных систем (ТПС) определяются сопоставлением приведенных затрат при различных заданных условиях работы и соответствующих им значениях независимых переменных. За независимые переменные принимаются факторы, наиболее существенно влияющие на величину приведенных затрат: величина годового грузопотока и глубина карьера (длина транспортирования). Отличительной особенностью проводимого исследования является то, что впервые ,при сравнении учитываются типы перегрузочных систем (ПС), показатели гибкости системы, влияние модульных ПС и крутонаклонных перегружателей (КНК) на эффективность ТПС.
/
