CC BY
52
--------------------------------------------- © А.В. Поляков, 2004
УДК 622.342.1 А.В. Поляков
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭФФЕКТИВНОЙ ОТРАБОТКИ ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ «СОВЕТСКОЕ.»
!\/7 есторождение «Советское» расположено в Северо-Енисейском районе Красноярского края, непосредственно под поселком Северо-Енисейский, где расположена Советская ЗИФ.
Месторождение открыто в 1906 г. старателем Голубевым. За время отработки добыто свыше 80 т золота [1], в том числе после 1955 г. около 60 % (рисунок). Основным часть запасов месторождения отработана подземным способом. Руда односортная и обогащается по гравитационно- флотационной схеме с переработкой флотоконцен-трата по сорбционно-бесфильтра-ционной технологии. Извлечение золота составляет 84,7-86,0 %.
Рудное тело месторождения представляет собой полосу интенсивно дислоцированных филлитов, насыщенных кварцево-жильным материалом в виде сложных, часто «складчатых жил, желваков, жильных тел сложной формы. Коэффициент окварцевания 0,3-0,5. Мощность кварцевых жил от 0,2 до 1,5 м, реже до 5-10 м. Кварц крупнозернистый, сильнотрещеноватый. Содержание в нем сульфидов (пирит, арсеонпирит) составляет 3-5%. Сульфиды окислены, частично выщелочены.
Мощность рудного тела на поверхности до 70 м. С глубиной мощность рудного тела уменьшается и на гор. 14 саж. (+54) составляет от 12,0 до
30,0 м. Падение рудного тела на юго-запад под углом 55-60 град.
Мощность прослоев филлитов в рудном теле от 0,1 до 5 м. Они сильно выветрены и интенсивно разсланцованы. Рудное тело падает под углом 55-60 град.
Во вмещающих породах также интенсивно представлена разсланцовка (кливаж). Трещины разслонцовки ровные и гладкие, со следами скольжения. Их количество белее 50 на 1 п.м. Они имеют довольно выдержанное Северозападное простирание по азимуту 235-315 градусов и крутое 80-85 градусов, преимущественно юго-запад-ное, падение.
Хорошо выражены три системы трещиноватости:
1. Система - азимут падения 250-270 градусов, угол падения 75-80 градусов, количество трещин на 1 п.м. до 10 штук.
2. Система - азимут падения 60-90 град., угол падения 35-40 градусов, количество трещин на 1 п.м. до 10 штук.
3. Система - азимут падения 0-5 градусов, угол падения 25-35 градусов, количество трещин на 1 п.м. составляет от 10 до 50 штук.
Крепость пород по шкале проф. Протодьяко-нова М.М - филлит - 2-4; кварц - 8-10. Плотность руд и пород 2,7 т/м3, коэффициент разрыхления 1,5.
Породы неустойчивые, склонны к заколооб-разованиям и выволам.
В табл. 1. приводятся данные исследования физико-маханических свойств руд и пород Советского месторождения, проведенные сотрудниками КИЦМа в лаборатории ВНИМИ. В 1997 г. из-за низкой эффективности запасов шахта «Советская» была поставлена на мокрую консервацию, а горное предприятие (ООО «Соврудник», ранее ОАО «Золото»), эксплуатировавшее месторождение «Советское» перешло на открытую отработку объектов (месторождения «Эльдорадо», «Успенское»,
«Доброе»), расположенных в 20-60 километрах от Советской ЗИФ. Все месторождения характеризуются содержанием золота до 3,5 г/ т, что наряду с высокими текущими расходами на транспортировку руды до золото-
извлекательной фабрики, не обеспечивает приемлемый уровень рентабельности производства даже на условиях относительно высоких цен на золото. Геологические предпосылки для выявления новых крупных объектов рудного золота с высоким содержанием золота в радиусе 50 км от Советской ЗИФ отсутствуют [2].
В тоже время, на Северо-Западном фланге месторождения «Советское» имеются остаточные запасы, которые могут рассматриваться в качест-
1800 1600 1400 «2 1200 I 1000
Ё 800
Ю
4 600 400 200 0
Ц\|
□Добыча металла, кг
-Содерж. в руде
Динамика добычи металла и среднего содержания золота по шахте ” Советская ”
ве дополнительной сырьевой базы для действующего предприятия. Следует отметить, что Северо-Западный фланг месторождения характеризуется тремя принципиальными особенностями:
1. Ранее он интенсивно отрабатывался подземным способом, с применением системы с ма-газинированием, потолкоуступной и горизонтальных слоев с закладкой.
2. Северо-западный фланг месторождения расположен в 150-200 метрах от жилой зоны поселка Северо-Енисейский.
3. Среднее содержание золота по данному участку месторождения не превышает 2,3 гр./т.
В различное время, начиная с 1986 г, прорабатывалось несколько вариантов отработки месторождения, начиная от проекта «Енисейзоло-то», предусматривающей отработку месторождения открытым способом с применением мощного горного оборудования (экскаватор ЭКГ-5А, буровой станок СБШ-250, автосамосвал - Белаз-540А) и с переселением населения из пределов зоны влияния горных работ, и заканчивая вариантом Красноярской государственной академии цветных металлов и золота (КГАЦМиЗ) [3], предусматривающего подземную отработку месторождения с селективной выемкой запасов, а также отработку части запасов открытым способом, с применением шахтного оборудования [4].
Экономическая оценка проекта «Енисейзоло-то» показала (табл. 2), что рентабельность добычи и переработки одной тонны руды не превышает 10 %, а дисконтированный срок окупаемости проекта превышает срок его жизни. Основной причиной низких показателей данного проекта являются большие капитальные вложения, превышающие 150 млн руб., причем свыше 60 %
е- капвложении связаны с затратами
§ на переселение населения из зоны
| ведения горных работ, которая с
I учетом нагорного характера проек-
| тируемого карьера составляет не
$ менее 300 м. Общая численность
населения, подлежащего переселению, составляет 400 человек.
Оценка технико-экономических показателей варианта с подземным способом добычи показала, что несмотря на то, что данный вариант является наиболее эффективным из рассматриваемых, уровня рентабельности в 15,8 % недостаточно для возврата инвестиций в 290 млн руб.
Также не эффективен и вариант с отработкой месторождения с применением шахтного оборудования, причем в первую очередь из-за ограниченности запасов руды для этого варианта. При сроке окупаемости в 6 лет срок обеспеченности запасами составляет всего 4 года, а отработка оставшейся части запасов опять же требует переселения населения. Необходимо отметить, что данный вариант был реализован на карьере в конце 90-х годов, но работы были прекращены именно из-за вопросов безопасности.
Низкие показатели эффективности рассматриваемых проектов заставили проанализировать причины, обуславливающие данные результаты. В ходе анализа узких мест проекта установлено, что основными факторами, ухудшающими показатели проекта, являются: низкое содержание золота в рудах и необходимость переселения населения из опасной по ведению взрывных работ зоны. Если первый фактор является свойством самого месторождения, то буровзрывные работы и связанные с этим проблемы являются внешним фактором. В условиях Советского месторождения именно использование буровзрывных работ является основным сдерживающим фактором его освоения. В основном это вызвано сильным сейсмическим и акустическим воздействием, оказываемым буровзрывными работами на жилой фонд и социально-административную инфраструктуру п. Северо-Енисейский, кроме того, продукты разложения ВВ отрицательно скажутся и на экологической ситуации в районе месторождения.
Таблица 1
Данные исследования физико-маханических свойств руд и пород Советского месторождения
Тип пород
Показатель Сланец Сланец с про- Сланец с включе- Кварц рудной зоны Кварц рудной
вмещающий жилками кварца нием кварца и сульфидов со сланцевыми прослоями зоны в раздувах
Коэффициент трещиноватости, д.ед 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8
Предел прочности на одноосное сжатие, МПа 126,0 98,0 90,0 80,0 120,0
Предел прочности на растяжение, МПа 15,1 8,9 8,6 10,0 12,0
Предел прочности на сдвиг, МПа 21,8 14,8 13,9 14,1 19,0
Плотность пород, т/м3 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7
Таблица 2
Основные технико-экономические показатели вариантов отработки месторождения
Способ отработки:
Открытый, с Подземный, го- Открытый, с
Показатели Ед. изм применением ризонтальными применением ма-
мощного горного слоями с селек- ломощного шахт-
оборудования тивной выемкой ного оборудования
Годовой объем добычи (переработки) тыс.т. 300,0 475,0 (160,0) 100,0
руды
Потери % 5,0 18,0 5,0
Разубоживание % 15,0 - 10,0
Срок обеспеченности запасами лет 14 лет более 15 лет 4 года
Среднее содержание золота в запасах Гр./т 2,3 2,3 (5,9 в руде) 1,8
Извлечение при обогащении % 85,0 87,0 85,0
Годовая реализация золота кг 498,5 927,3 137,7
Стоимость золота руб./гр. 350,0 350,0 350,0
Годовая выручка от реализации тыс. руб. 174483,8 324564,4 48195,0
Себестоимость производства золота руб./гр. 297,2 268,9 288,1
в том числе себестоимость добычи руб./гр. 153,3 171,8 170,8
Капитальные вложения тыс. руб. 153796,6 290672,2 27784,9
Рентабельность продаж % 10,6 15,8 12,9
ЧДД проекта тыс. руб. -10879,2 -7512,4 -7930,6
Дисконтированный срок окупаемости (Кд = 20%) лет Не окупается Не окупается Не окупается
Перечисленные недостатки применения буровзрывных работ заставляют искать альтернативные варианты отработки месторождения. Среди альтернативных способов подготовки горных пород к выемке наибольшее распространение получили следующие:
1. Механические способы. В настоящее время можно назвать следующие виды оборудования, которые используются для подготовки пород к выемке или, разрушая породы, выполняют и другие процессы - роторные экскаваторы, мехло-паты с активными рабочими органами, навесные рыхлители, горные комбайны, гидромолоты.
2. Физико-механические методы. Основаны на эффекте ослабления массива горных пород с
помощью поверхностно-активных веществ
(ПАВ), с последующей выемкой горной массы роторными и одноковшовыми экскаваторами.
3. Комбинированные методы. Взрывание на встряхивание в сочетании с выемкой роторными и одноковшовыми экскаваторами специального исполнения, а также горными комбайнами. Ослабление массива поверхностно-активными веществами со взрыванием.
Следует отметить, что ослабление горных пород с помощью ПАВ в настоящий момент используется только на угольных разрезах, в сочетаниях с мощными роторными экскаваторами типа КСМ. Что касается комбинированных мето-
Таблица 3
Сравнение способов механической подготовки горной массы к выемке
Способ подготовки (цена, млн.$) Область применения Достоинства Недостатки
Роторные экскаваторы (5-15 млн. $) Прочность пород на сжатие до 70 МПа. В основном на осадочных породах. Высокая производительность, Возможность организации поточной технологии. Длительный срок службы машин. Отсутствие в типоразмерном ряду машин с производительностью менее 300 м3/час.
Мехлопаты с активными зубьями (0,50,7 млн. $) Прочность пород на сжатие до 160 МПа пир условии сотрясательного взрывания Возможность селективной отработки сложноструктурных залежей. Унификация с серийно выпускаемым экскаватором ЭКГ-5 А Необходимость использования сотрясательного взрывания при отработке. В настоящий момент имеются только опытные образцы этой техники.
Гидромолоты (0,1-1,0 млн. $) Прочность пород на сжатие до 120 МПа и более. Имеется опыт применения гидромолотов для разрушения гранита с прочностью 150 МПа. Унификация практически со всеми основными гидроэкскаваторами. Мобильность и возможность перемещения из забоя в забой. Относительно малая производительность гидромолотов. Для использования мощных гидромолотов требуется приобретение гидравлического экскаватора массой более 65 т.
Горные комбайны (1-2 млн. $) Успешно применяются на породах с прочностью до 70 МПа. В основном в цементной промышленности. Позволяют организовать поточную технологию добычи. Возможность отказа от крупного дробления. Применяются только на горизонтальных площадках с уклоном не более 5 градусов. Требуют больших площадей для разворота.
Гидравлические экскаваторы с рыхлителями (1-1,5 млн. $) Породы с прочностью до 120-150 МПа Возможность использования одного и того же экскаватора как для рыхления массивы, тик и для его выемки и погрузки. Типоразмер экскаваторов с навесными рыхлителями всегда в 1,5-2,0 раза больше, чем требуется по производительности погрузки. Как правило их масса превышает 100 т
Стреловые комбайны (1-2 млн. $) Породы с прочностью до 120-150 МПа Позволяют организовать поточную технологию добычи и отказаться от крупного дробления. На крепких породах резко возрастает энергоемкость и расход резцов.
Механические рыхлители (0,15-1,5 млн. $) Породы с прочностью до 90 МПа, на крепких, но трещиноватых пород эта цифра значительно выше. Характеризуются большой мобильностью и универсальностью. Имеется большой типоразмерный ряд. Налажен сервис. Процессы рыхления и погрузки разделены во времени, что требует приобретения дополнительной погрузочной техники.
дов, то их использование не позволяет избежать недостатков присущих буровзрывному способу.
Таким образом, в условиях Советского месторождения в качестве альтернативы буровзрывному способу могут выступить только механические способы. Анализ практики [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] применения механических способов для разрушения показал (табл. 3), что для условий месторождения «Советское»: нагорный рельеф, сильнотрещиноватые породы с прочностью пород от 80 до 120 МПа, годовая производительность карьера 1.0-1,2 млн м3 наиболее приемлемым оборудованием являются механические рыхлители. Конкуренцию им могут составит гидромолоты, но как показала практика отработки крепких пород на карьере Сараи (Италия) и карь-
ер Л81югр (Швеция) для обеспечения необходимой производительности понадобиться не менее 3-4 экскаваторов с массой более 30 т каждый.
Для выбора типоразмера БРА (бульдозерно-рыхлительный агрегат) был использован показатель трудности разрушения пород Пр Показатель трудности разрушения пород Пр впервые предложен академиком В.В. Ржевским [12], он определяется по следующей формуле Пр = 0,05Ктр х (асж + асде + с>раст) + 0,5^,
где Ктр - коэффициент, учитывающий трещиноватость пород; асж, асдв, араст - пределы прочности породы соответственно на одноосное сжатие, сдвиг и растяжение, Па; у - плотность породы, кг/м3. Для условий Советского месторождения значения этих показателей приведены в табл. 1.
Таблица 4
Расчет показателя трудности разрушения пород Пр для условий Советского месторождения
Показатель Тип пород
Сланец вмещаю- щий Сланец с прожилками кварца Сланец с включением кварца и сульфидов Кварц рудной зоны со сланцевыми прослоями Кварц рудной зоны в раздувах
Коэффициент трещиноватости, д.ед 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8
Предел прочности на одноосное сжатие, МПа 126,0 98,0 90,0 80,0 120,0
Предел прочности на растяжение, МПа 15,1 8,9 8,6 10,0 12,0
Предел прочности на сдвиг, МПа 21,8 14,8 13,9 14,1 19,0
Плотность пород, т/м3 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7
Показатель трудности разрушения пород Пр Предел прочности при сдвиге 5,4 асдв не о1 4,4 1реде- сия> 4,2 >), Б-10Я, Б1Ш 4,0 шрмы " Са1етрД] 7,4 ат " (США),
лялся, но примерное его значение можно определить по формуле [13]:
0,5^
а ха ,
сж рост -
Наибольшую трудностью представляет определение коэффициента трещиноватости, так как специальных работ по этому вопросу не производилось. Однако, имеющиеся данные о степени трещиноватости массива, позволяют говорить о том, что большинство горных пород месторождения являются сильнотрещиноватыми, и лишь о мощных участках рудных тел можно говорить как о среднетрещиноватых (при этом не учитывая, что они находятся в зоне воздействия ранее проводимых горных работ). Исходя из этого были выполнены расчеты по определению показателя трудности разрушения пород Пр для условий Советского месторождения (табл. 4). Для разных пород месторождения значения показателя колеблются в пределах от
4,0 до 7,4.
Таким образом, согласно табл. 5.62 [14] условиям Северо-западного фланга месторождения «Советское» в наибольшей мере удовлетворяют бульдозерно-рыхлительные агрегаты с мощностью двигателя более 440 кВт. Правомерность такого вывода подтверждается и неудавшимися попытками рыхления пород месторождения БРА с мощностью в 300 кВт. Обзор фирм производителей показал, что в настоящий момент в мире выпускается 7 модификаций БРА с мощностью двигателя более 400 кВт.
Для выбора модели БРА была разработана экономико-математическая модель, что позволило оценить эффективность применения в условиях Советского месторождения 6 различных моделей БРА - Т-50.01 ОАО «Промтрактор» (Россия»), Т75.01 (Т-800) ОАО "ЧТЗ Уралтрак» (Рос-
Б-375А-3, Б-475А-3 фирмы «Комацу» (Япония). Расчеты показали, что для отработки месторождения наиболее целесообразно использовать бульдозерно-рыхлительный агрегат Т-50.01 ОАО «Промтрактор» (Россия»), В качестве альтернативы для данной машины может выступить Б-375А-3 фирмы «Комацу» (Япония) или бульдозер Б-10Я фирмы «Катериллар» (США).
Для целей оценки экономической эффективности освоения месторождения «Советское» с использованием БРА, были выполнены горнотехнические и технико-экономические расчеты. Установлено, что при использовании БРА могут быть обеспечены более низкие показатели потерь и разубоживания, чем в проекте «Енисейзолото». За счет отказа от БВР удалось снизить капитальные затраты, и себестоимость. В результате данных изменений существенно улучшились показатели и чистый дисконтированный поток от освоения месторождения приобрел положительное значение, но срок окупаемости месторождения составляет около 10 лет, что явно недостаточно для реализации проекта. Кроме того, следует отметить, что данные показатели проекта рассчитаны в условиях высоких мировых цен на золото, достигающих в конце 2003 г. уровня 400 $ за унцию, в результате чего стоимость золота на внутренне рынке перевалила за 350 руб. за грамм.
С целью оценки рисков проекта был выполнен анализ чувствительности проекта к изменению уровня инвестиционных затрат, к изменению себестоимости и к изменению уровня содержания золота в руде. В результате анализа установлено, что вариант с применением БРА очень чувствителен к изменению рассматриваемых параметров. Так при изменении любого из параметров на 10% критерии эффективности принимают либо недо-
пустимо низкие, либо достаточно высокие значения. В результате, при расчете показателей проекта при цене в 326,3 $ за унцию (средняя цена на золото за последние 10 лет) проект не окупается. Учитывая, что показатели эффективности освоения месторождения являются пороговыми, а возможности для дальнейших технологических прорывов (по крайней мере, в ближайшее время) исчерпаны, предлагается выполнить ТЭО кондиций на месторождение и определить его балансовую принадлежность. Предварительные расчеты показывают, что при отнесение части запасов месторождения к забалансовым месторождение может быть отработано с удовлетворительными технико-экономическими показателями.
Таким образом, результаты данной работы позволяют сделать следующие выводы:
1. Освоение Северо-Западного фланга месторождения «Советское» с применением буровзрывных работ (подземный, открытый способы) в современных экономических условиях не эффективно.
1. Беневолъский Б.И Золото России: проблемы использования и воспроизводства минерально-сырьевой базы. - М.: ЗАО «Геоинформарк», 2002. - 464 с.
2. Поляков А.В., Васин С.Ю., Махнева Г.Г., Федорович А.В. Состояние и перспективы развития золоторудной промышленности Красноярского края. / Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. Выпуск 5, КНИИГиМС, Красноярск, 2003.324 с.
3. Поляков А.В., Малофеев Д.Е. Сравнение вало-
вого и селективного способов выемки при подземной разработке сложно структурных месторождений. // Полезные ископаемые России и их освоение: тезисы докладов ежегодной научной конференции молодых ученых / Санкт-Петербургский государственный горный институт. - Санкт-Петербург, 1998. 214 с.
4. Деев А.Ф, Кабанов М.В., Кравцов В.В., Иванцов В.М., Малофеев Д.Е., Ахпашев Б.А. Опыт повторной разработки золоторудного месторождения. / Горный журнал, №5, 1999. стр. 26-27.
5. Анистратов КЮ. Безвзрывная выемка полу-скальных пород на карьерах стройматеалов гидравлическими экскаваторами фирмы ЬіЬЬегг. /Горная промышленность. №2, 1998 с. 41-45.
6. Буткевич Г.Р. Подготовка горных пород к выемке./ Горная промышленность №4, 1997. с.9-11
2. Альтернативой буровзрывному способу для условия месторождения является его отработка с помощью механических способов отделения горных пород от массива.
3. Среди механических способов наиболее приемлемым является использование мощных бульдозерно-рыхлительных агрегатов (БРА) с мощностью двигателя свыше 400 кВт.
4. Применение БРА в условиях месторождения «Советское» позволяет существенно повысить эффективность его освоения.
5. Учитывая низкое содержание золота в балансовых запасах месторождения и ограниченность возможностей дальнейшего совершенствования технологий его отработки, рекомендуется пересмотреть балансовую принадлежность запасов месторождения, что совместно с внедрением предлагаемой технологии механического рыхления обеспечивает удовлетворительные показатели проекта освоения месторождения.
------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7. Коваленко В.И. и др. Рациональная технология добычных работ на золоторудных карьерах. / Горный журнал. №5. 1994. с. 28-32.
8. Кузнецов А.Г., Штейнцайг P.M., Воронков Г.Я. и др. Применение методов физико-механического разупрочнения массивов крепких горных пород при работе машин типа КСМ. Горная пром. №4, 1997 с.3-7.
9. Панкевич Ю.Б. Применение мощных гидромолотов фирмы KRUPP на безвзрывной разработке месторождений полезных ископаемых решает вопросы экологии и качества продукции. Горная промышленность, №3, 1997. с. 45-48.
10. Технология гидравлической разработки россыпных месторождений с предварительным рыхлением горных пород. Горный журнал. №5. 1994. с. 33-34.
11. Эффективность безвзрывных технологий разработки крепких горных пород на карьерах. Горная промышленность. №2. 1997. с. 21-23.
12. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. М. Недра. 1985.
13. Справочник. Открытые горные работы. Трубецкой КН., Потапов М.Г. и др. М. Горное бюро, 1994. 590 с.
14. Трубецкой КН., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров: Учебник для вузов: В 2 т. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Издательство Академии горных наук, 2001. - Т.П. - 535 с.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Поляков А.В. - Красноярский научно-исследовательский институт геологии и минерального сырья.
