CC BY
42
© Г.М. Ерсмин, 2007
УДК 622.271:622:272 Г.М. Еремин
НОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ РАСШИРЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
В настоящее время границы открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых определяются на основе принципов и показателей, разработанных в 50-60 годах прошлого века известными учеными и исследователями, такими как Б.П. Боголюбов, П.И. Городецкий, Е.Ф. Шешко, Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, А.И. Арсентьев и др.
При этом в основе почти всех разработанных методов определения границ сравнение основных показателей себестоимости добычи руды и вскрыши при ведении работ открытым и подземным способами, а также сравнение капитальных вложений средств, необходимых для строительства объектов и сооружений при ведении работ этими способами разработки месторождений [1, 2].
Соотношение показателей, по которым определялся выбор того или иного способа разработки месторождения полезных ископаемых выглядело следующим образом:
Ко < Кп, Со < Сп , (1)
где Ко, Кп - соответственно капвложения при разработке месторождения открытым и подземным способами; Со, Сп - соответственно себестоимость добычи руды при открытом и подземном способах разработки.
Все расчеты, связанные с определением себестоимости добычи руды в
карьерах выполняются применительно к трапециевидной форме карьерного пространства как в продольном, так и поперечном сечении (рис. 1). При этом, как правило, в исследованиях и особенно в проектной практике применяются плоские борта карьера, что приводит к постепенному сужению карьерного пространства и оформлению дна карьера. Увеличение глубины карьера и тем самым границ открытого способа чаще всего решалось определением соотношения прирезаемых объемов вскрышных пород и количества руды, включаемых в контуры нового карьера, причем изменение новых границ происходило отстраиванием контуров параллельно проектным как в висячем, так и лежачем боках залежи. Как правило, коэффициент вскрыши в такой прирезке резко увеличивался и переход на новые границы карьера возможен был только при разработке ценных руд (золото, алмазы) или дефиците сырья (рис. 1).
В теоретических работах, а также в существующих методических указаниях глубина карьеров определяется по граничному коэффициенту вскрыши. В этом случае предельное значение глубины карьера соответствует ведению горных работ в глубоких зонах с себестоимостью добычи руды Стп-1 приближающейся к экономически допустимой Сд
Стп-1 < Сд (2)
При превышении установленных таким способом предельных границ карьера себестоимость добычи руды СТп будет больше или равна допустимой по экономическим соображениям Сд и, следовательно, больше или равна себестоимости добычи руды подземным способом Сп. тогда
Стп > Сд > Сп (3)
Учет себестоимости и капитальных вложений рядом исследователей предлагалось вести в форме включения их в формулы определения граничного коэффициента с использованием приведенных затрат, приведенной прибыли, перспективных цен, замыкающих затрат и дифференциальной горной ренты. Все эти подходы правомерны и методически выполнить подсчеты величины граничного коэффициента вскрыши не сложно. Однако для правильного определения глубины карьера необходимо учитывать параметры месторождений, количество запасов и ценность рудного сырья на предстоящие 30-50 лет. Так, границы открытых горных работ для крупных месторождений на Кольском полуострове в Мурманской области неоднократно изменялись по сравнению с первоначальными, предлагавшимися исследователями и принятым проектными организациями. Для карьера комплексных железных руд в Ковдоре было уже 5 очередей расширения (реконструкции), примерно столько же раз изменялись границы карьеров Оленегорский ОАО «ОлКОН» и Центральный ОАО «Апатит». Это свидетельствует о том, что даже определение глубины карьера, близкой к предельной, потребует вложения крупных средств при ведении работ традиционными способами в границах основного этапа, чем отработ-
ка месторождения этапами (подэта-пами). При этом речь идет о явном преимуществе открытых работ по сравнению с подземными. И для таких условий можно констатировать, что отработка мощного рудного тела в границах крупного карьера традиционными способами разработки с небольшими углами рабочих бортов (10-15°) потребует больших капитальных вложений и эксплуатационных расходов, чем при его отработке этапами.
Для этого случая основные экономические показатели можно записать следующим образом
Ккк » К Кп ... Кпэ или
Ккк > I К1 + К ... Кпэ (4)
Скк » СЬ С11 ... Спэ
где Ккк, К Кп, Кпэ - соответственно величина капитальных вложений в отработку месторождения в границах крупного карьера и при отработке этапами Скк, С1, Си, Спэ - соответственно себестоимость добычи руды при отработке месторождения в границах крупного карьера и в пределах этапов разработки.
Сложнее решение вопросов с доработкой месторождений с уменьшающейся мощностью, средней мощности и редкометалльных руд в виде жил, когда расчетные показатели по альтернативным способам разработки близки по величине, и проектные институты часто принимают в проектах подземный способ разработки месторождений, недоучитывая преимуществ открытого способа.
В целом, анализ создавшейся ситуации на горнорудных предприятиях в различных зонах с добычей руды и рудного сырья, продажи концентрата за рубеж с учетом истощения ресурсов показывает, что необходима своевременная разработка мер и ме-
роприятий, направленных на повышение эффективности разработки месторождения комплексных руд на перспективу (30-50 лет).
При этом повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых должно основываться не только на учете и использования новых особенностей и закономерностей геолого-горнотехнического характера, установленных в последние годы, но и разработке мер и экономической защиты стоимости добываемого сырья от установленных и не регулируемых цен на многокомпонентное сырье во времени.
Карьерное пространство при этом приобретает форму вытянутой выработки наподобие колодцеобразной выемки (рис. 1, б). Такая форма карьерного пространства целесообразна при разработке жильных рудных тел.
При выполнении исследований и проектировании карьеров следует учитывать следующие факторы:
1. Среди закономерностей горнотехнического характера, установленных в последние годы является учет того факта, что с глубиной снижается трещиноватость пород массивов, а сцепление породных блоков увеличивается на порядок и более. Вместе с уменьшающимся с глубиной техногенным нарушением массивов пород это способствует повышению сопротивляемости пород сдвигу в призмах сдвига и упора на один-два порядка и позволяет отстраивать откосы бортов с большей крутизной, чем считалось до сего времени, а на глубоких горизонтах предложено отстраивать участки бортов с вертикальными откосами. Повышению эффективности разработки глубоких горизонтов способствует и то, что при этом можно принимать более эффективный вид транспорта, чем до сего времени, в виде крутонаклонных и вертикальных
конвейеров вместо автомобильного транспорта, требующего значительного разноса бортов. Применение дифференцированных по глубине откосов уступов и участков бортов позволяет, с одной стороны, повысить крутизну откосов бортов на глубоких горизонтах до 55-60°, снизить объем вскрыши в бортах за счет исключения их выполаживания при традиционных технологиях на 30-50 млн м3, увеличить глубину карьеров на 100-200 м, причем при этом можно отрабатывать рудные тела на полную мощность с креплением откосов, не оставляя запасов в откосах, как до сих пор при плоских бортах карьеров.
2. Как отмечалось в ряде работ, границы открытых горных работ многих карьеров пересматривались в сторону увеличения их глубины. Чаще всего это происходило в результате повышающегося спроса на сырье и возможности добычи руды более дешевым открытым способом разработки месторождений.
Так, по проекту Гипроруда 1959 г. первоначально границы карьера Центрального рудника ОАО «Апатит» были определены по граничному коэффициенту 3 м3/м3, а глубина карьера составляла 420 м. При расширении мощностей П.О. «Апатит» в 80 гг. была пересмотрена и предельная величина граничного коэффициента вскрыши и она составила 12 м3/м3. С учетом нового значения граничного коэффициента вскрыши были уточнены границы карьеров Центрального и Восточного рудников ОАО «Апатит», причем глубина первого составила 575 м (выклинивание рудного тела), а Коашвинского - 620 м (отм. дна - 290 м) при перспективной глубине - 780 м (отм. дна -450 м). Величина допустимой себестоимости руды по экономическим соображениям в карьере была определена - 7,6 руб/т, при этом себестои-
мость добычи руды на подземных рудниках составляла 9,0 руб/т, а на Ньюоркпахкском и Коашвинском карьерах соответственно 7,12 и 7,18 руб/т (в ценах до 1989 г.) [3, 4].
Из анализа расчетных данных следует, что запасы апатито-нефелиновых руд на месторождениях могли быть отработаны открытым способом. При этом оценка эффективности вариантов выполнялась применительно традиционному способу разработки - с контурной прирезкой толщи пород в висячем боку залежи (рис. 1, а). При ведении горных работ в сужающемся карьерном пространстве с приближением к колодцеобразной большой выработке в глубоких зонах роль и значение граничного коэффициента вскрыши не только снижается, но и теряется особенно при разработке жильных месторождений (рис. 1, б).
Рис. 1. Схема отработки рудного тела традиционными методами при плоских бортах карьеров (а) и предлагаемыми способами с созданием устойчивых крутых откосов в глубоких зонах (с креплением) (б):
а - 1 - рудное тело; 2 - плоский борт карьера; аб - рабочий борт карьера (пологий а = 12-15°); ап - угол откоса борта по проекту; Нк - глубина карьера;
б - 1 - рудное тело; 2 -борт карьера по проекту; 3 -дифференцированный по глубине борт карьера; 4 - наклонные, крутонаклонные и вертикальные конвейеры; 5 - крепление откосов бортов; аб1! -рабочий борт карьера (наклонный а = 20-30°); Нк - глубина карьера
В этом случае глубина карьера может быть ограничена лишь равенством себестоимости добычи открытого способа Сот и себестоимости добычи руды на подземном руднике Сп, поскольку по другим признакам: потере руд при добыче, её разубоживании и капитальным вложениям (строительство нового рудника) открытый способ более предпочтителен, чем подземный.
Сот < Сп (5)
Для определения границ карьера нового типа следует связывать разработку запасов на глубоких горизонтах с предлагаемым способом разработки месторождений полезных ископаемых и определять затраты на добычу руды Зр в связи с видом и типом сборочного и выдачного непрерывного транспорта (крутонаклонных и вертикальных подъемников) или применением карьерных рудоспусков при разработке руд более глубоких горизонтов подземным рудником.
Рис. 2. Изменение значения граничного коэффициента вскрыши и его рост во времени (1), глубины карьеров (2), себестоимости добычи руды (3) и цены апатитового концентрата на текущем этапе разработки месторождений (4):
А - глубина карьеров алмазных трубок (по данным ИПКО-На); Б - Коашвинский карьер ОАО «Апатит»
Если при традиционной технологии затраты на добычу руды Зд определяются в связи с выемкой пород 3у, самой руды З'р и затрат на транспорт и выдачу руды и пород из карьера Зт (в основном с применением автомобильного транспорта), то при предлагаемом способе разрабоки роль и значение составляющей затрат, связанных с выемкой пород снижается, существенно уменьшается доля применения автомобильного транспорта на вывозке пород и руды из карьера, добавляется небольшая доля затрат, связанная с укреплением карьерных откосов (Зу).
Затраты на добычу руды при традиционном способе можно записать как, рис. 2 (кривая 3)
Зд = 3у + З'р + Зт (6)
при предлагаемом способе
З'д = 3'у + З"р + З'т + Зу, (7)
где З'д, 3'у, З"р, З'т - соответственно общие затраты на добычу руды на глубоких горизонтах при новом способе разработки, затраты на выемку пород, руды и транспорт и выдачу из карьера.
При этом 3'у « 3у, З'т « Зт и, следовательно, З'д « Зд
Себестоимость добычи руды С'д при этом меньше, чем на подземных работах Сп, меньше и капитальные
вложения (на сборочный транспорт, дробильные узлы и крутонаклонные и вертикальные подъемники) Кр, чем при строительстве скипового подъема с комплексом капитальных и подготовительных выработок Кп.
В общем случае
С'д < Сп (8)
Кр < Кп
Критерием выбора эффективности способа разработки месторождения является минимум суммы эксплуата-циионных и капитальных затрат по периодам и этапам разработки месторождения.
По выполненным оценкам при 3-4 вертикальных подъемниках, устанавливаемых на глубоких горизонтах через 100-150 м глубина карьеров может быть повышена на 300-400 м и составлять для карьеров, разрабатывающих мощные крутопадающие месторождения комплексных руд и жильные месторождения ценных руд (золото, алмазы) - 900-1000 м.
На новые способы разработки месторождений, отстройку и заоткоску бортов карьеров получены 6 патентов РФ.
3. По существующей технологической цепочке получателем прибыли на конечном этапе является или фабрика, выпускающая готовый продукт или металлургический завод при получении тех или иных металлов.
По данным геологических служб большинство руд Кольского полуострова - комплексные. До сего времени расчет за потребляемую продукцию (например, за апатитовый концентрат) иностранные (и отечественные) фирмы рассчитывались за один компонент, в настоящее время из руды вырабатывается нефелиновый концентрат, обосновано получение сфенового и эгири-нового концентратов, очевидно, ценность получаемого продукта будет повышаться, однако в рудах (продуктах) содержатся и другие компоненты, за которые расчеты не производятся.
Кроме того предприятия (и государство), разрабатывающее месторождения, не компенсируют затраты на разведку месторождений, не учитывают снижения содержания полезных компонентов с глубиной отработки, повышения затрат на добычу руд по мере углубления горных работ, повышения загрязнения окружающей среды, а капитальные вложения на разработках месторождений требуется всё более и более увеличивать во времени.
Не неся существенных затрат иностранные фирмы приобретают готовое сырье, металлы по дешевым ценам, поскольку известно, что потребительская стоимость таких товаров увеличивается, а меновая снижается при целенаправленной политике мо-
1. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Часть 1, 2. - М.: Недра. - 549 с.
2. Арсентьев А.И. Определение границ и производительности карьеров. - М.: Недра. - 1970. - 320 с.
3. Методика определения границ карьера при открытом и комбинированном способах разработки месторождений / А.В.
нополистов-концернов, стремящихся снизать цены на сырье. Известен классический пример, когда одна из стран, имеющая запасы олова, пыталась продать его на рынке по выгодным для себя ценам, США приобрели избыток металла и выбрали его на рынок по более дешевым ценам, что сразу снизило мировые цены на этот металл. При рыночных механизмах торговли на конкурентных основах и спросе на сырье (металлы) его цена имеет тенденцию роста, несмотря на влияние биржевых маклеров по снижению цен, использование такого фактора, как организация запасов с целью снижения спроса, и, следовательно, - снижения цены на концентраты, металлы, необходимо проводить активную политику (на государственном уровне), чтобы не оказаться в качестве сырьевого придатка, и не превратить горнодобывающие районы при истощении запасов в сложные в экологическом отношении загрязненные объекты. Нельзя не учитывать инфляцию доллара и других денежных единиц на протяжении десятков лет и обосновывать повышение цен на концентраты (металлы) на предстоящие 3050 лет активного периода эксплуатации месторождений полезных ископаемых.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Архипов, С.Н. Радионов. Изд. КолФАНа. Апатиты. - 1990. - 110 с.
4. Архипов А.В., Радионов С.Н., Марков Е.Е. Особенности расчетного коэффициента вскрыши и расширение границ карьеров при комбинированной разработке апатитовых месторождений // Сб. Разработка глубоких карьеров Севера. Изд. КолФАНа. Апатиты. - 1988. - С. 63-75.
— Коротко об авторах------------------------------------------------------
Еремин Г.М. - кандидат технических наук, научный сотрудник, Горный институт КНЦ РАН.
