Задачи исследований в области реализации полного цикла комплексного освоения рудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Д.Р. Каплунов, 2012

УДК 622.27.326 Д.Р. Каплунов

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛНОГО ЦИКЛА КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Полный цикл комплексного освоения рудных месторождений включает не только процессы добычи и обогащения руд, но и глубокую переработку сырья с обязательной утилизацией отходов в выработанном пространстве осваиваемых недр. Очевидно, что горнотехнические системы с полным циклом характеризуются особыми качественно-количественными параметрами, установление которых требует обоснования соответствующей структуры горнотехнической системы, ее производственной мощности, условий реализации специфических технологических процессов для достижения эффекта полного цикла. Такие горнотехнические системы будут отличаться интенсивностью эксплуатации природного и техногенного сырья, используемого в различные временные периоды для извлечения ценных компонентов и утилизации отходов. Установление указанных отличий базируется на выявлении закономерностей изменения параметров отдельных процессов в их взаимосвязи. Критериями эффективности горнотехнических систем с полным циклом являются полнота и комплексность использования георесурсов как при извлечении запасов из недр, так и при извлечении ценных компонентов из минерального вещества; экономические результаты и экологическая безопасность, а также сохранение недр для продления сроков их продуктивной эксплуатации.

Ключевые слова: комплексное освоение, полный цикл, горнотехнические системы, производственная мощность, интенсивность.

м ш роблсму комплексного освоения месторождений полез-Л.Ж. ных ископаемых необходимо решать на стадии проектирования. При этом взаимосвязь решений в рамках проектируемой горнотехнической системы должна базироваться на объединяющей идее рационального техногенного преобразования недр в ходе их комплексного освоения, отвечающей требованиям и интересам субъектов, находящихся во взаимодействии с данной системой. Такой подход является новым базисом для исследования взаимосвязи геотехнологических процессов при комплексном освоении месторождений полезных ископаемых.

Очевидно, что горнотехнические системы с полным циклом характеризуются особыми качественно-количественными параметрами, установление которых требует соответствующего научного обоснования.

Такие параметры как структура горнотехнической системы, ее производственная мощность, условия реализации специфических технологических процессов для достижения эффекта полного цикла, являются недостаточно изученными.

В ходе ранее выполненных исследований был предложен и нашел поддержку широкого круга специалистов новый научно-методический подход, который предусматривает отказ от современных представлений об управлении качеством сугубо «рудопо-токов», являющихся лишь частью, в ряде случаев весьма незначительной, от всех образующихся потоков минерального сырья, которые могут и должны быть эффективно использованы в ходе освоения месторождений полезных ископаемых. Доказано, что только при формировании комплексных схем минерально-сырьевых потоков возможно экономически эффективное и экологически сбалансированное функционирование горнотехнических систем. При этом открываются дополнительные возможности в части изыскания резервов производственной мощности горного предприятия по товарной продукции.

Поэтому в ходе создания фундаментальной научной базы проектирования горнотехнических систем необходимо выполнение исследований в области установления зависимостей конструктивных особенностей горнотехнических систем от типа осваиваемых месторождений, горно-геологических условий, последовательности реализации геотехнологических процессов, а также от принципов управления минерально-сырьевыми потоками в течение всего срока функционирования горнотехнической системы с обеспечением требуемой производственной мощности на весь период.

Действительно, наиболее значимый параметр любой проектируемой горнотехнической системы (в прикладном аспекте - горнообогатительного предприятия) - это ее производственная мощность. Следует отметить, что в настоящее время отсутствуют методики расчета производственной мощности горнотехнических систем при комплексном освоении рудных месторождений. Поэтому важной задачей исследований является создание таковой в ходе выполнения научных исследований в области теоретических основ проектирования горнотехнических систем.

Для решения этой задачи требуется разработка математического аппарата расчета производственной мощности, базирующийся на обеспечении заданного объема товарной продукции за счет экс-

плуатации определенных объемов природного и техногенного минерального сырья в различные временные периоды функционирования горнотехнической системы. В случае создания такового, методика обоснования производственной мощности горнотехнической системы при комплексном освоении рудных месторождений будет новой, не имеющей аналогов в практике проектирования горных предприятий.

Для обеспечения эффективности использования дополнительных геотехнологических процессов, обеспечивающих вовлечение некондиционного природного или техногенного сырья, необходимо определение условий их реализации во взаимосвязи с основными процессами горнорудного производства. Такие горнотехнические системы будут отличаться интенсивностью эксплуатации природного и техногенного сырья, используемого в различные временные периоды для извлечения ценных компонентов и утилизации отходов.

Выявление закономерностей изменения интенсивности добычи природного и техногенного сырья в рамках горнотехнической системы с полным циклом является также одной из основных задач для установления и прогнозирования производительности горнотехнической системы по товарной продукции и производственных мощностей отдельных её добычных элементов.

Степень полноты геотехнологического цикла во многом зависит от возможности реализации тех или иных геотехнологических процессов с интенсивностью, обеспечивающей своевременное и эффективное производство работ.

Для установления закономерностей взаимодействия геотехнологических процессов в части их интенсивности и взаимосвязи необходимо соответствующее моделирование для различных типов горнотехнических систем. В рамках этого блока исследований требуется обоснование показателей интенсивности, вероятно, интегрированного, подходящего для всех геотехнологических процессов, или обоснование способов приведения различных показателей к одному. Весьма актуальным представляется обоснование оптимальной по экономическим критериям (в первую очередь, минимальным издержкам) системы управления интенсивностью добычи и переработки природного и техногенного сырья. Полученные закономерности станут основой методики определения рациональной интенсивности освоения месторождения, а, следовательно, и про-

изводственной мощности горнотехнической системы, как по добыче сырья, так и по производству товарной продукции.

Учет при проектировании возможности маневрирования интенсивностью эксплуатации георесурсов в полном цикле позволит получать тот же (требуемый) уровень экономической эффективности при более низких темпах добычи балансовых запасов. Такая возможность связана с внедрением технологий извлечения металлов из некондиционных, в современном понимании, руд и переработки техногенного сырья. Компенсация мощностей за счет альтернативных источников весьма важна при возникновении на горных предприятиях ситуаций, связанных с неподтверждением запасов, требований увеличения выпуска товарной продукции, в том числе, в период сложных экономических и других условий.

Стратегическое значение такого подхода к сохранению ресурсов земных недр переоценить невозможно, так как обеспечение природным минеральным сырьем высокого качества на как можно более длительный период, является важнейшей задачей, а научно-методический подход, связанный с сохранением богатых запасов месторождений при реализации полного цикла комплексного освоения недр является оригинальным, ранее не опубликованным в печати.

Применение такого подхода при проектировании и реализации полного цикла комплексного освоения месторождений полезных ископаемых станет фундаментальным базисом проектирования и будет способствовать успешному решению проблемы комплексного освоения недр.

Проектирование и реализация полного цикла комплексного освоения рудных месторождений невозможны без установления закономерностей процесса закладки выработанного пространства в его взаимосвязи с процессами добычи и обогащения руд. Только в случае применения на подземных рудниках систем разработки с закладкой выработанного пространства и (или) размещения всего объема образующихся отходов в выработанном пространстве карьеров, цикл освоения может рассматриваться как полный.

С одной стороны, технологии использования отходов добычи и обогащения руд в качестве наполнителей закладочных смесей различного состава разработаны достаточно широко, в этом плане проектирование горнотехнических систем с полным циклом не вызывает принципиальных сложностей. Имеются хорошие результа-

ты исследований в лабораторных условиях и промышленной реализации технологий формирования закладочных массивов на основе отходов переработки руд и хвостов обогащения, отвечающих нормативным требованиям.

С другой стороны, закономерности и условия процесса закладки выработанного пространства во взаимосвязи с геотехнологическими процессами полного цикла комплексного освоения месторождений изучены недостаточно. Например, требует специальных исследований проблема своевременности закладки вслед за фронтом перемещения работ в пределах шахтного поля, исключая формирование на поверхности хранилищ отходов.

Требования полного цикла к наиболее полному вовлечению в эксплуатацию природного и техногенного минерального сырья, а, так или иначе, и других, сопутствующих георесурсов, определяют необходимость решения таких задач, как:

- прогноз и обоснование видов георесурсов и возможных направлений их эффективного использования;

- определение вида применяемых геотехнологий и их сочетаний в конкретный период функционирования горнотехнической системы;

- установление сроков и объемов вовлечения в эксплуатацию всех промышленно-значимых георесурсов;

- управление качеством твердых и жидких минерально-сырьевых потоков, формирующихся на различных добычных участках;

- своевременное воспроизводство георесурсов (не только и не столько в части подготовки запасов к очистной выемке, сколько сохранения, целенаправленного создания георесурсов нового вида, формирования их требуемого качественного состава);

- обеспечение в заданный период времени необходимого объема товарной продукции, получаемой в обогатительном или гидрометаллургическом циклах;

- обеспечение замкнутого оборота минерального вещества путем обязательной утилизации отходов в выработанных пространствах;

- обоснование способов организации труда и производства при сочетании геотехнологий;

- оптимизацию проектных решений, дающих максимальный технико-экономический, эколого-экономический и социальный эффекты.

Для решения поставленных задач целесообразно использовать как оригинальные методы и подходы, перечисленные выше, так и традиционные методы исследований, широко принятые в практике горного проектирования. К таковым следует отнести - интерпретацию геологической информации, анализ горнотехнических условий освоения рудных месторождений, лабораторные геолого-минералогические исследования, химический анализ, математический анализ, технико-экономическую оценку и другие.

Создание методик обоснования параметров горнотехнических систем с полным циклом комплексного освоения рудных месторождений позволит создать фундаментальную научную базу, которая, впоследствии, станет весомым заделом для проектирования горных предприятий будущего. Выполнение исследований по заявленной тематике и полученные результаты придадут новое качество комплексному освоению месторождений полезных ископаемых в его современном понимании, игсга

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Каплунов Давид Родионович - член-корреспондент РАН, заведующий отделом УРАН ИПКОН РАН, [email protected]