CC BY
42
Е.А. Каменев
Институт экономических проблем Кольского НЦ РАН, Апатиты
ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ХИБИНСКИХ РУДНИКОВ
Жизненный цикл - это оптимизационная модель функционирования горного предприятия, обеспечивающая достижение оптимального сочетания экономических интересов недропользователя, состояния и перспектив развития рудно-сырьевой базы, сохранения рудного потенциала для будущих поколений, уровня использования технической базы при соблюдении природоохранных требований. Моделирование жизнедеятельности рудного предприятия осуществляется с целью принятия оптимального решения при разработке вариантов технических проектов строительства (реконструкции) рудников с учётом изменения рыночной конъюнктуры.
На продолжительность функционирования горнорудного предприятия оказывает совокупное влияние ряд факторов: обеспеченность рентабельными запасами, потребность общества в продуктах переработки минерального сырья, горно-геологические, экономические и экологические ограничения. Обеспеченность предприятия подготовленной рудно-сырьевой базой является функцией масштабов и тенденций воспроизводства запасов месторождения в системе "прирост - добыча" и среднегодовой мощности предприятия. Потребность в продукции минерально-сырьевого комплекса определяется уровнем развития производительных сил страны, геополитической обстановкой на конкретном этапе исторического развития и, в конечном счёте, конъюнктурой мирового сырьевого рынка.
Жизненный цикл охватывает период времени от подготовки рудной базы, эксплуатации до полной доработки запасов и ликвидации рудника.
Подготовителъный период включает этапы: а) геологической разведки по подготовке рудной базы как первоначального вклада в создание горного предприятия; б) проектирования и строительства рудника, обогатительного и обслуживающих производств, технологически связанных с добычей, переработкой и транспортировкой минерального сырья. Длительность подготовительного периода зависит от востребованности продуктов переработки минерального сырья: чем она больше, тем короче отрезки времени от подготовки запасов до начала их разработки.
Период эксплуатации рудного объекта охватывает этапы: а) освоения и развития (от ввода рудника до достижения проектной мощности); б) стабилизации на уровне проектной производительности; в) интенсивного развития в результате реконструкции предприятия; г) сокращения объёмов добычи в связи с истощением запасов или по другим причинам.
Период ликвидации (консервации) предприятия включает этапы: а) доработки и списания остаточных запасов; б) рекультивации территории.
Периоды, этапы Годы т Д О/П С ДМ ±М
Строительство, освоение 1930 - 41 12 15,2 60/40 26,8 1,3 +0,25
Восстановление, развитие 1945 - 55 11 31,7 30/70 18,4 2,9 +0,50
Стабилизация 1956 - 70 15 96,5 32/68 18,0 6,4 +1,0
Интенсивное развитие 1971-76 6 48,0 36/64 16,9 8,0 +0,70
Стабилизация 1977 - 82 6 70,1 41/59 16,1 11,7 +0,70
Спад 1983 - 94 12 96,8 24/76 14,1 8,0 -0,70
1995 - 2005 11 89,1 8/92 14,9 8.1 _
Восстановление
Стабилизация добычи до 2006 - 25 20 240 0/100 14,0 12
14 млн. т. в год (проект)
Для длительно функционирующих предприятий, разрабатывающих крупные месторождения (или их группы) с долгосрочной обеспеченностью подготовленными запасами, приведенная последовательность освоения предстаёт в усложнённом виде: геолого-разведочные работы (ГРР) могут выполняться поэтапно и одновременно с эксплуатацией для обеспечения предприятия рудной базой на долгосрочный период; стабильная добыча также может неоднократно сменяться фазами роста и спада производства.
Разработка имитационной модели жизненного цикла демонстрируется на примере 75-летней деятельности треста, комбината, производственного объединения, ныне -ОАО "Апатит", в составе которого функционируют четыре рудника, две обогатительные фабрики (АНОФ), транспортный цех и другие цехи вспомогательного назначения.
Рудно-сырьевая база представлена десятью месторождениями, из них 6 эксплуатируются. В резерве находятся 4 разведанных месторождения. Одновременная отработка нескольких месторождений, различающихся масштабами запасов (от средних до уникальных), качеством руд и условиями добычи при долгосрочной обеспеченности подготовленными запасами создает благоприятные условия для устойчивого развития предприятия, маневрирования и стратегического управления производственным процессом.
Периоды, этапы Показатели
Годы Т Д О/П С ДМ ±М
Строительство, 1951-53
освоение, развитие 1954 - 65 12 21,2 9/91 19,2 1,8 +0,35
Стабилизация 1966 - 91 26 128,9 12/88 15,9 4,9 +0,90
Спад 1992-95 4 13,8 1/99 14,8 3,5 -0,45
Объединение с Кировским рудником (1990 г.)
Табл. 1. Этапы освоения Кукисвумчоррского месторождения.
Табл. 2. Этапыг освоения Юкспорского месторождения.
В качестве критериев для выделения периодов и этапов жизненных циклов рудников и предприятия в целом принимались фактические показатели добычи по отношению к проектной производительности. Для каждого этапа определены параметры: а) продолжительность (Т, годы); б) объёмы добычи руды (Д, млн. т); в) соотношение объёмов открытой и подземной добычи (О/П, %); г) содержание Р2О5 в добытой руде (С, %); д) годовая мощность (ДМ, млн. т/год); е) темпы роста (спада) производства на протяжении соответствующего этапа (± М, млн. т); ж) показатель превышения уровня среднегодовой добычи по отношению к проектной мощности (ДМ).
Освоение Кировским рудником месторождения Кукис-вумчорр предшествовало геологической разведке, что является беспрецедентным случаем в горно-геологической
|— научно-технический журнал
I еоресурсы 4 (23) 2007
практике. ГРР осуществлялись одновременно с развитием добычи: "промышленная разведка" по обеспечению запасами текущей добычи (1930 - 40), разведка верхних (1946 -50) и глубоких горизонтов (1968 - 72) и коренная комплексная переоценка месторождения по новым кондициям (1986 - 90). Начальные запасы руды складываются из погашенных при добыче и остаточных в недрах. Для месторождения Кукисвумчорр они составляли 840 млн. т со средним содержанием Р205 17,8 %, которые отработаны на 45 % по руде или более 50 % по Р205. Остаточные запасы для подземной отработки составляют 445 млн.т с содержанием Р205 14,5 %. Перспективы для наращивания запасов исчерпаны.
С 1990 г. действует Объединённый Кировский рудник мощностью 9,9 млн.т/год по разработке месторождений Кукисвумчорр и Юкспор. Для поддержания выбывающих мощностей в 2002 г. сдан в эксплуатацию горизонт+170 м, ведётся строительство горизонтов +90 м Кукисвумчоррс-кого крыла и +170 на Юкспоре, что обеспечит увеличение объемов добычи руды до 12 - 14 млн. т. и поддержание на этом уровне до 2025 г. за счёт полного перехода рудника на отработку обоих месторождений системой подэтаж-ного обрушения с торцевым выпуском и доставкой руды самоходной техникой.
Периоды, этапы Годы Т д О/П С ЛМ ±М
Строительство, Освоение, развитие Стабилизация Спад Восстановление, развитие 1955 - 63 1964 - 91 1992 - 94 1995 - 2005 9 29 3 11 5,1 130,0 7,7 20,0 96/4 26/74 13/87 11/89 20,9 15,5 12,0 12,3 0,6 4.5 2.6 1,8 +0,30 +1,20 -0,95 -1,50
Табл. 3. Этапы освоения месторождения Апатитовый Цирк.
ГРР на месторождении Юкспор выполнялись поэтапно: «промышленная разведка», соответствующая стадии оценочных работ (1930 - 40), предварительная и детальная разведка I шахтного поля (1950 - 54) и детальная разведка
11 шахтного поля (1978 - 83). Дважды (1965 и 1983) производилась переоценка запасов по эксплуатационным кондициям с учётом снижения бортовых содержаний Р205 от
12 до 8 - 6 - 4 %. Начальные запасы месторождения оценены в 765 млн. т. со средним содержанием 15,1 % Р205, отработано 28 % запасов, из них 2 % открытым способом. 0статок запасов в границах 1-го шахтного поля составляет 325 млн. т. с содержанием 15,6 %, в контурах 11-го шахтного поля сохранилось не затронутой отработкой 225 млн. т. относительно бедных руд (12,6 % Р205).
Подземный рудник введён в эксплуатацию в 1954 г. С 1964 г. началась одновременная отработка месторождения подземным и открытым способами с годовой мощностью по руде 4 млн. т. Этап стабильной работы рудника со средней производительностью 4,9 млн. т. продолжался до 1990 г. вплоть до объединения с Кировским рудником.
До начала освоения Расвумчоррского карьера на месторождении Апатитовый Цирк выполнены комплекс ГРР (1949 - 1954), доразведка глубоких горизонтов и два этапа переоценки по эксплуатационным кондициям (1965 и 1983). Проектная мощность в 3,4 млн.т. достигнута за 9 лет от
Периоды, этапы Годы Т д О/П С ЛМ ±М
Строительство, освоение, развитие Интенсивное развитие Стабилизация Спад Восстановление. Стабилизация Доработка запасов 1964 - 70 1971 - 85 1986 - 90 1991-96 1997-2000 2001-2005 2006 - 2013 7 15 5 6 4 5 8 45,4 301,1 134,7 70,3 43.3 52.4 35,0 100/0 100/0 100/0 100/0 100/0 90/10 90/ 10 18,9 7,5 16,6 14,5 14,7 14,0 13,5 6,5 20,2 26,9 11.7 10.8 10,5 4,5 +1,50 +1,15 +1,9 -3,20 +0,60
9 з ■ О а Е
Рис. 1. Жизненный цикл Кировского рудника.
I очередь ,4 млн. т.
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
начала освоения; за этап стабилизации добыто 130 млн.т., из них открытым способом 26 % и средней производительностью 4,5 млн.т. В настоящее время рудник отраба-
Стабилизация добычи Восстано-
| Открытая добыча | 4 млн. т. \ У
Проектная ^ - 4 мощность —' Ввод в
эксплуатацию освоение
_ „ вление 5,0 5,2
1960 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
Рис. 2. Жизненный цикл Юкспорского рудника.
тывает подземные горизонты месторождений Апатитовый Цирк и Плато Расвумчорр с суммарными остаточными запасами 500 млн.т. сравнительно бедных руд (13,6 - 14,7 % Р205). Добыча ведётся на горизонтах +600, +530 и +470 м, которые будут отработаны до 2017 г. В стадии подготовки
| Открытая добыча 3,4 млн. т.
Проектная^ мощность,
Стабилизация добычи
Вводе
Стабилизация добычи
Табл. 4. Этапы освоения месторождения Плато Расвумчорр.
1955 1960 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
Рис. 3. Жизненный цикл Расвумчоррского рудника. находятся горизонты +450 и +310 м со сроками передачи в эксплуатацию в 2004 - 2014 г. Графиком развития намечается вывод рудника на проектную производительность 4 млн.т. к 2015 г. и поддержание на этом уровне на протяжении 10 лет, для чего необходимо перейти на добычу руды самоходной техникой. 0статок запасов на глубоких горизонтах обеспечивает работу рудника на длительную перспективу.
Высокогорный Центральный рудник в 1964 г. приступил к разработке открытым способом месторождения Плато Расвумчорр (абс. отм. +1050 м) после разведки, затронувшей только нагорную часть рудного тела. Работы сопровождались эксплуатационной разведкой. Начальные запасы в контуре карьера составляют680 млн.т. с содержанием 17 % Р205. За время эксплуатации годовая мощность по руде непрерывно увеличивалась от 5 Рис. 4. Жизненный цикл Цент-до 12, 18 - 22 и 25 млн.т. рального рудника.
Е 15
О 5
4 (23) 2007
^научно-техническим журнал
Георесурсы
|Е10
т л ю о ч 2
CD £
о
Интенсивное развитие Ввод в эксплуатацию освоение
v12,8
Стабилизация
Ньоркпахский карьер
О а
7,6
о-
1980
Открытая добыча
-^^т
3 О
S о. S га
Период интенсивного развития завершился стабилизацией добычи на уровне 26-28 млн.т., который сменился к 1996 г. резким (в 4 раза) падением объёмов добычи до 7 млн.т. Мощность карьера (8,5 млн.т) ограничивается истощением сырьевой базы, обводнённостью рудоспусков, дальностью транспортировки пород вскрыши до отвалов.
1985 1990 1995 2000
Рис. 5. Жизненный цикл Восточного рудника.
Коашвинский и Ньоркпахкский карьеры Восточного рудника введены в эксплуатацию в 1981 г. для разработки одноименных месторождений, разведанных в 1960 - 86 г. и в 1972 - 75 г. Оба месторождения отличаются весьма сложными горно-геологическими условиями: каждое из них представлено серией различных по размерам, форме апатитовыми залежами с неравномерным распределением руд разного качества. Рудные залежи разобщены прослоями вмещающих пород. Коашвинский карьер, кроме того, характеризуется сильной обводнённостью и большим коэф-60 -1
Интенсивное и эктенсивное
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
Рис. 6. Интегральный эффект жизненных циклов ОАО «Апатит».
фициентом вскрыши. Его контуры неоднократно перестраивались (отметки дна изменялись от -290 м до -80 м).
К началу 2004 г. из карьеров извлечено 160 млн.т руды. Запасы, подлежащие открытой отработке в Ньоркпахкском карьере, будут погашены к 2020 г. Для замены выбывающих мощностей необходимо ускорить ввод в эксплуатацию карьера на соседнем месторождении Олений Ручей, имеющим еще более сложные горно-геологические условия,
ограничен-
Олений Ручей
Ньоркпахк
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Рис. 7. Перспективное развитие рудников ОАО «Апатит» (прогноз).
ные запасы и сроки обеспеченности (до 20 лет). Ресурсы глубоко-залегающих руд, которые могут быть добыты только подземным
способом, составляют сотни млн. т, однако вопросы, связанные со сроками строительства, ввода в эксплуатацию и обеспечения эффективности работы подземных рудников, требуют экономического обоснования.
Наложение жизненных циклов одновременно действующих рудников формирует иной сценарий развития предприятия в целом. В 75-летнем цикле функционирования ОАО «Апатит» отчётливо выделяются продолжительные периоды разработки Хибинских месторождений: освоения (1930 - 1955), интенсивного развития (1956 - 1990), этапы резкого спада производства (1991 -1995), восстановления (1996 - 2000) и стабилизации (2001 - 2004).
Периоды, этапы Годы Т д О/П С ДМ ±м
Строительство, освоение
Коашвииского карьера 1981 - 88 8 23,5 00/0 13,1 3,0 -
Строительство, освоение
Ньоркпахкското карьера 1985 - 88 4 9,6 00/0 15,1 2,4 -
Стабилизация 1989 - 91 3 38,3 00/0 12,7 12,8 +1,0
Спад 1992 - 95 4 21,1 00/0 13,4 5,3 -2,15
Восстановление, 1996- 10 66,4 00/0 14,0 6,6 +0,75
Стабилизация 2005
Табл. 5. Этапыг освоения месторождений Коашва и Ньоркпах.
Освоение Хибин началось без подготовительного периода: прогнозные ресурсы открытых накануне апатитовых залежей были оценены только на поисковой стадии, не была создана социальная и производственная инфраструктура будущего предприятия. Добыча руды в карьере опережала рудничное, транспортное и гражданское строительство, геологическую разведку. Добыча руды для нужд фронта не прекращалась и в годы Великой Отечественной войны. На этапе восстановления и технического перевооружения (1945 - 55 г.) добыча руды на Кировском руднике достигла проектной мощности. Одновременно проводилась разведка месторождений Кукисвумчорр, Юкспор, Апатитовый Цирк и Плато Расвумчорр, строительство и ввод в действие Юкспорского и Расвумчоррского рудников. Разведанные запасы этих месторождений увеличились до 1 млрд. т руды с содержанием Р2О5 более 20 %.
Период интенсивного развития (1956 - 1990) характеризуется ускоренными темпами роста объёмов добычи за счёт ввода в эксплуатацию новых мощностей на Центральном, Восточном рудниках и строительства обогатительных фабрик. В 1990 г. мощности предприятия по добыче руды превысили 60 млн. т, а выпуск апатитового концентрата достиг 20 млн.т. ГРР были ориентированы на поиски руд, на подготовку новых месторождений, разведку глубоких горизонтов освоенных рудных объектов и их переоценку. За эти годы, несмотря на ускоренные темпы погашения запасов, обеспечено расширенное воспроизводство сырьевой базы действующих рудников. Запасы резервных месторождений со сложными условиями разработки также увеличились до 1,5 млрд. т. Долгосрочная обеспеченность запаса-
Периоды, этапы Годы Т д О/П С ДМ ±м
Строительство, освоение, развитие 1930 - 41 1945 - 55 11 И 11,9 35,5 40/60 38/82 25.8 23.9 1,1 3,2 +0,1 +0,2
Интенсивное и экстенсивное развитие 1956 - 60 5 38,4 30/70 19,6 7,65 +0,65
1961 - 65 5 65,3 44/56 18,3 13,1 +2,05
1966 - 70 5 117,0 57/43 17,7 23,4 +1,55
1971 - 75 5 164,7 61/39 17,4 32,9 +2,15
1976 - 80 5 208,9 63/37 16,8 41,8 +1,65
1981 - 85 5 243,6 66/34 16,0 48,7 +1,50
1986 - 90 5 277,1 72/28 15,1 55,4 +0,70
Спад 1991-95 5 154,8 69/31 13,7 31,0 -6,95
Восстановление, стабилизация 1996 - 2005 10 266,1 65/35 13,4 26,6 +1,60
Табл. 6. Интегральным эффект жизненныых циклов рудников ОАО «Апатит» (по 5-летним периодам).
научно-технический журнал
I еоресурсы 4 (23) 2007
Михаил Даниилович Белонин
(29.08.1937 - 12.09.2006)
12 сентября 2006 г. на 70-м году жизни скончался выдающийся ученый и организатор науки член-корреспондент РАН, заслуженный геолог РФ, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, лауреат премии АН СССР им. И.М. Губкина директор Всероссийского нефтяного Научно-Исследовательского Геологоразведочного Института (ВНИГРИ) Михаил Даниилович Белонин.
М.Д. Белонин был одним из крупнейших ученых с мировым именем в области нефтяной геологии. Он родился в Ленинграде 29 августа 1937 г. В 1959 г. после окончания с отличием Ленинградского Горного Института М.Д. Белонин был направлен на работу в Северо-Западное Геологическое управление, а в 1960 г. был переведен во ВНИГРИ, где прошел путь от геолога до директора.
М.Д. Белонин является пионером внедрения математических методов и ЭВМ в нефтяную геологии. Понимая важность и перспективность этого направления, он поступает в 1962 г. на заочное отделение математико-меха-нического факультета Ленинградского государственного университета, который успешно оканчивает в 1969 г.
Научная деятельность М.Д. Белонина на начальном этапе была сконцентрирована на проблемах оценки ресурсов углеводородов больших глубин и разработке математических методов и человеко-машинных технологий решения широкого класса геологических задач. В последующие годы его внимание было обращено на совершенствование теоретических основ, методологии и системы методов количественного прогноза нефтегазоносности. Продолжительный этап научной деятельности его был посвящен развитию систем геолого-экономического прогноза нефтегазо-носности и долгосрочного планирования работ на нефть и газ, учитывающих складывающуюся в стране систему рыночных отношений. Под его руководством и непосредственном участии выполнялись исследования, направленные на решение проблемы разработки месторождений тяжелых металлосодержащих нефтей и природных битумов.
Для М.Д. Белонина было характерно умение находить новые нетривиальные пути решения задач отрасли, сис-
темный подход к стоящим перед возглавляемым им коллективом проблемам и стремление довести результаты работы до практического применения. М.Д. Белонин - автор более 300 работ, в том числе 30 монографий, получивших широкое признание как в нашей стране, так и за рубежом.
М.Д. Белонин был замечательным организатором науки, его отличало умение выделять узловые, наиболее важные задачи, создавать для их решения творческие коллективы, привлекая к участию одаренных исследователей.
Одной из последних крупных работ, выполненных под его руководством и при непосредственном участии, был «Атлас карт нефтегазоносности России», за создание которого М.Д. Белонин вместе с коллективом был удостоен в 1996 г. премии Правительства Российской Федерации.
В трудное для отечественной геологии время на посту директора М.Д. Белонин не только сохранил, но и приумножил научный потенциал и авторитет института как одного из крупнейших международных научных нефтегеологи-ческих центров. Он был председателем и членом Оргкомитетов ряда Международных конференций и симпозиумов в нашей стране и за рубежом, почетным доктором Западно-Тихоокеанского Университета (США), действительным членом ряда общественных и зарубежных академий.
М.Д. Белонин активно интересовался проблемами нефтяной геологии Волго-Уральской провинции, при его непосредственном участии был поднят важнейший вопрос о деформации нефтяных резервуаров, а также актуальные вопросы оптимизации разработки месторождений «старых» нефтегазоносных провинций.
М.Д. Белонин был удостоен многих отечественных и зарубежных наград, премий и званий, знаками «Почетный разведчик недр», «Почетный нефтяник», звания «Заслуженный геолог РФ».
ми, поставки апатитового концентрата на экспорт при неудовлетворённом спросе на фосфатные удобрения на внутреннем рынке вызвали необходимость увеличения производства апатитового концентрата до 20 млн. т, для чего потребовалось бы добывать до 60 млн. т руды в год.
Годы экономического кризиса (1991 - 1995) крайне негативно отразились на всех аспектах деятельности предприятия и, прежде всего, на сохранении рудно-сырьевой базы. Добыча руды и производство апатитового концентрата сократились в 3 раза, была приостановлена работа Ньоркпахкского карьера и АНОФ-Ш, законсервирована подготовка новых горизонтов на подземных рудниках. Экономическая ситуация на ОАО «Апатит» усугубилась необходимостью поддержания основных фондов, в три раза превышающих фактические объёмы производства, и объектов социально-бытового назначения.
Для преодоления кризисной ситуации специалистами ОАО «Апатит» разработано ТЭО оптимального развития
предприятия до 2030 г., охватывающее все аспекты деятельности предприятия: перспективы развития рудной базы, оптимизацию и реконструкцию горного и обогатительного производств, анализ спроса на апатитовый концентрат и минеральные удобрения. В ТЭО детально проанализированы несколько вариантов выпуска апатитового концентрата в объёмах 8, 9, 10 и 11 млн.т в год и определена продолжительность стабильной работы по каждому варианту.
На этапе восстановления и реконструкции (1996 - 2005) производительность предприятия по добыче руды увеличилась на 33 %, по выпуску апатитового концентрата - на 38 %. Для продления стабильной работы рудников на достигнутом уровне необходимо вовлечение в отработку запасов глубоких горизонтов действующих подземных рудников, в том числе на Восточном руднике, освоение резервных месторождений. В настоящее время на предприятии реализуется концепция развития на основе долгосрочного стратегического планирования до 2050 г.
научно-технический журнал ^шл—
Георесурсы ШШ
