Концепция развития горного предприятия на завершающей стадии освоения золоторудного месторождения

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2018-2-138-46-48

К.И. Струков, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник ИПКОН РАН

М.В. Рыльникова, д-р. техн. наук, проф., зав. отделом ИПКОН РАН

И.Л. Никифорова, науч. сотр. ИПКОН РАН

Введение

Урал, охватывающий не более 4% территории России, содержит почти 14% российских запасов золота, исторически являясь старейшим золотодобывающим регионом страны. В настоящее время здесь эксплуатируются в основном кварцево-жильные, прожилково-вкрапленные и колчеданные месторождения, отработка которых ведется открытым и подзем-ным способами на глубинах до 750 м. Однако большинство месторождений уже сейчас находятся на завершающей стадии разработки. При существующих масштабах добычи прогнозная обеспеченность запасами для подземной разработки составляет 20–30 лет, для открытой – 30–40 лет. С учетом перспективного увеличения производственной мощности рудников и выбытия действующих мощностей, обеспеченность отрасли резко снизится, что приблизит регион к критическому уровню состояния сырьевой базы рудного золота. Увеличение спроса на золото и рост его стоимости на мировом рынке заставляет уделять все большее внимание вопросам полноты и комплексности разработки месторождений, вовлекать в разработку все более мелкие и сложные по строению месторождения, искать технологические решения, обеспечивающие полноту и качество извлечения запасов.

Указанное обусловило необходимость обоснования новой концепции развития горного предприятия на завершающей стадии разработки жильных золоторудных месторождений в целях продления сроков эксплуатации рудников с сохранением объемов товарной продукции и рабочих мест, разрешения экологических проблем горнодобывающих регионов.

Принципиальный подход к обоснованию стратегии освоения месторождений на завершающей стадии Обобщение опыта эксплуатации золоторудных месторождений, осваиваемых АО «Южуралзолото Группа Компаний» (АО «ЮГК»), специализирующегося на добыче, переработке золотосодержащих руд и металлургическом производстве товарного золота, позволило обосновать концепцию и определить принципы сохранения производственного потенциала горнотехнической системы на завершающей стадии для недопущения ликвидации предприя-тия, сопровождаемой комплексом социально-экономических и экологических проблем, связанных с нарушением среды обитания, параметров литосферы, гидросферы, за счет принятия принципиально новых геотехнологических решений, направленных на изменение технологии добычи и переработки золотосодержащих руд с последующей утилизацией отходов в выработанном пространстве недр [1, 2]. Последнее направлено на стабилизацию не только экономической, но и геомеханической и экологической обстановки.

Основное содержание концепции сводится к тому, что на завершающей стадии эксплуатации месторождений полное раскрытие потенциала ресурсной базы и обеспечение устойчивого развития горного предприятия неразрывно связаны с комплексным и многоцелевым использованием всех видов георесурсов, которые могут быть эффективно вовлечены в эксплуатацию на конкретном участке литосферы в заданный проектом период его освоения. Возможность поэтапности использования георесурсов базируется на свойствах самих недр Земли – многогранности, многофункциональности и неисчерпаемости [3, 4]. Многогранность недр подразумевает сосредоточение генетически и пространственно взаимосвязанных георесурсов разнообразных видов и назначения.

Многофункциональность включает возможности использования георесурсов в новых полезных качествах по мере проявления расширяющихся общественных потребностей и развития технического прогресса. Неисчерпаемость обеспечивается возможностью восполнения георесурсов за счет изменения условий освоения недр (глубины горных работ, требований кондиций, появления новых геотехнологий и ресурсо-воспроизводства).

Перечисленные свойства недр определяют тот факт, что завершающая стадия в развитии горного предприятия может и предпочтительно должна являться не стадией его ликвидации, а стадией поэтапного развития, и предусматривать на каждом из этапов вовлечение нового вида георесурсов в полезное эффективное использование на условно неопределенно длительный период (рис. 1).

Для обеспечения условий развития горного предприятия на завершающей стадии возможна и желательна реструктуризация георесурсов при реформировании, реорганизации, техническом перевооружении производства. При этом за счет внедрения технологий ресурсо-воспроизводства возможно создание новых видов ресурсов недр, либо перевод потенциальных в реальные [5]. По каждой группе георесурсов, вовлекаемых в освоение на завершающей стадии, должна быть проведена оценка их состояния в современной горнотехнической ситуации и выполнены соответствующие исследования, направленные на выбор технологической схемы и обоснование параметров процессов их освоения.

Разработанные технологические решения должны быть вписаны в общую структуру минерально-сырьевого комплекса и горнотехнической системы предприятия. Срок вовлечения в эксплуатацию каждого вида георесурсов определяется технической возможностью и экономической целесообразностью и зависит от изменения конъюнктуры рынка металлов, появления прорывных технологий добычи и извлечения запасов из руд и техногенного сырья, а также определяется социальной необходимостью продления периода эффективного функционирования горного предприятия с повышением полноты использования ресурсов участка недр Земли. В свете современного представления горных наук реализация указанной концепции развития горного предприятия применительно к условиям завершающей стадии освоения золоторудных месторождений предполагает:

– реструктуризацию запасов;

– совершенствование технологий добычи руд и управления качеством рудной массы с целью снижения влияния горно-геологических условий на технологические процессы подземного рудника;

– отказ от первоначальной избирательной отработки наиболее богатых участков месторождения и переход к совместной разработке разносортных руд;

– высокий уровень информатизации, диспетчеризации и стандартизации технологических процессов;

– стабилизацию издержек производства;

– создание логистической схемы, позволяющей обеспечить перспективный рост производственной мощности рудника;

– переход на применение комбинированных физико-химических и физико-технических геотехнологий;

– повышение энергоэффективности горнотехнической системы за счет энергосбережения и использования техногенных возобновляемых источников в ходе техногенного преобразования недр.

Реализация концепции развития рудников АО «ЮГК» на завершающей стадии

Рассмотренным принципам развития горного предприятия на завершающей стадии освоения золоторудного месторождения отвечают геотехнологические решения по переходу на крупномасштабную выемку запасов жил и прилегающих к ним минерализованных зон этажно-камерной системой разработки с камерами увеличенной ширины [6, 7].

При этом доказана предпочтительность валового способа выемки руды жил и зон минерализации при принятии восходящего порядка отработки на глубоких горизонтах месторождений с применением закладки выработанного пространства из сгущенных хвостов обогащения руд [8].

В ходе комплексных геолого-маркшейдерских исследований установлено, что на ранее отработанных горизонтах Кочкарского месторождения имеются перспективные запасы оставшихся жил и минерализованных пород, по величине и технико-экономическим условиям пригодные для освоения. К данным запасам относятся зоны минерализации в табашках и плагиогранитах. Мощность таких оруденений достигает 10–14 м при среднем содержании золота – 3 г/т.

В связи с ростом цен на драгоценные металлы доработка данных оруденений стала рентабельной. Для их отработки была внедрена система разработки «подэтажные штреки» со скважинной отбойкой, которая позволила повысить производительность труда на очистной выемке и снизить себестоимость добываемой рудной массы. Сравнение эффективности валовой и селективной выемки золотосодержащей рудной массы на базе геологического опробования руд жил и минерализованных зон по фактору максимума прибыли и извлечения золота показало, что сравниваемые варианты характеризуются различными показателями полноты использования недр и эффективности ведения горных работ.

При современном уровне цен на золото и существующей разнице затрат на добычу при валовой и селективной выемке, разница в показателях переработки богатых и бедных руд не компенсируется изменением себестоимости добычи в рассматриваемых способах выемки. При контрастности содержания золота в жилах и прилегающих к ним минерализованных зонах до 8 и мощности жил до 1 м на завершающей стадии подземной отработки жильных золоторудных месторождений Урала предпочтительна валовая выемка руды. Селективная выемка целесообразна только при высокой контрастности содержания золота в жиле и прилегающих минерализованных зонах – выше 8, мощности жилы более 1,5 м и мощности минерализованных зон менее 10 м.

Модернизация логистической схемы рудника

Модернизация технологии добычи руд за счет внедрения технологии крупномасштабной добычи с применением камерных систем разработки потребовала перехода на новый способ механизации горных работ и изменения логистической схемы Кочкарского рудника для перемещения возрастающих объемов добычи руды с учетом увеличения глубины и скорости горных работ.

Для экономического сравнения логистических схем, обеспечивающих высокую производительность при минимальных удельных затратах на добычу и минимальном количестве единиц добычного и погрузочно-транспортного оборудования, были разработаны варианты перехода на самоходный колесный транспорт по специально пройденному и пущенному уже в этом году автосъезду и автомобильно-конвейерный транспорт с выдачей рудной массы по конвейерному уклону. Также было оптимизировано плечо откатки на подэтажных выработках до рудоспусков.

Результаты экономических расчетов для условий разработки на горизонтах до 470 м и при объемах добычи до 1,5 млн т выявили предпочтительность логистической схемы с применением автотранспорта по цикличной технологии.

Однако при углублении месторождения до 1000 м и увеличении объемов добычи до 5 млн т целесообразен переход на логистическую схему, основанную на циклично-поточной технологии с использованием для выдачи рудной массы конвейерного подъема.

Повышение энергоэффективности горного производства

Наряду с вопросами технической модернизации и инновационного технологического развития горного производства в АО «ЮГК» в настоящее время в качестве приоритетной рассматривается проблема повышения энергоэффективности на стадиях добычи, обогащения и металлургического передела. Эта проблема решается за счет сокращения расхода и более эффективного использования природных источников энергии, взрывчатых веществ, топлива, газа и вовлечения в производство электроэнергии техногенных, возобновляемых в ходе реализации процессов разработки месторождений полезных ископаемых источников [9, 10].

Значимость решения этой проблемы повышается тем, что значительная часть золоторудных месторождений расположена в регионах, не в полной мере обеспеченных собственными источниками электроэнергии, а стоимость энергозатрат на добычу руды на глубоких горизонтах ряда месторождений в пересчете на мировые цены на энергоносители уже сейчас становится сопоставимой со стоимостью извлекаемых из недр минеральных ресурсов.

Одним из этапов решения проблемы повышения энергоэффективности освоения месторождений стал отказ от централизованной системы поставки электроэнергии и переход на производство собственной, что позволило практически в два раза сократить энергетические расходы в структуре себестоимости добычи руды.

Другим направлением роста энергоэффективности добычи руды на глубоких горизонтах месторождений является использование на внутреннее энергопотребление рудника электроэнергии, воспроизведенной в процессах освоения недр от техногенных возобновляемых источников.

Расчетами установлена и промышленными экспериментами подтверждена на практике возможность воспроизводства электроэнергии в шахтных условиях от самотечных потоков гидросмесей – загрязненных вод шахтного водоотлива с повышенным содержанием твердого, твердеющих и гидравлических закладочных смесей на основе отходов добычи и переработки руд – на гидроэлектроустановках малой мощности до 30 кВт. В опытно-промышленном эксперименте варьировались вещественный и гранулометрический состав, плотность и вязкость подаваемых на гидротурбину смесей.

Анализ конструкций различных типов гидротурбин показал, что для шахтных условий воспроизводства электроэнергии от потоков гидросмеси наиболее предпочтительными являются турбины лопастного, роторного, ковшевого и осевого типа. Такие конструкции турбин были приняты для испытаний и изготовлены на электромеханическом заводе ТОО «Энергоресурс», г. Магнитогорск (рис. 2).Рис. 2 Принятые для опытно-промышленных испытаний конструкции гидротурбинРис. 2 Принятые для опытно-промышленных испытаний конструкции гидротурбин

Рис. 2 Принятые для опытно-промышленных испытаний конструкции гидротурбин

Внедрение системы воспроизводства электроэнергии от шахтных вод системы водоотлива и гидропотоков закладочных смесей на основе сгущенных хвостов обогащения руд на верхних и нижних горизонтах Центрального подземного рудника Кочкарского месторождения позволяет сократить потребление электроэнергии на руднике на 20 %, что обеспечивает годовой экономический эффект 35 млн руб. и в целом повышает энергоэффективность освоения недр.

Таким образом, апробация приведенных технико-технологических решений на горнодо-бывающих предприятиях АО «ЮГК», базирующихся на результатах выполненных исследо-ваний по обоснованию новой концепции и геотехнологии освоения жильных золоторудных месторождений на завершающей стадии, убедительно доказала, что при доработке балансовых запасов коренных золоторудных месторождений многогранность, многофункциональность и, по сути, неисчерпаемость недр Земли, обуславливают возможность многоэтапного длительного использования их многообразных ресурсов и свойств.

Поэтому для горного предприятия завершающая стадия может и предпочтительно должна являться стадией поэтапного и длительного развития горнотехнических систем с вовлечением на каждом из этапов нового вида георесурсов в полезное эффективное использование. Это позволяет избежать серьезных социально-экономических последствий, связанных с ликвидацией предприятия, сохранить благоприятной среду обитания в регионе золотодобычи, обеспечить полноту и комплексность освоения участка недр Земли.

Заключение

Анализ современной горнотехнической ситуации на месторождениях АО «ЮГК» показал: принятие решений по реструктуризации георесурсов, переходу на крупномасштабную добычу руды, совершенствованию систем разработки, модернизации схемы вскрытия и логистической схемы рудника, отказ от централизованной схемы поставки электроэнергии и переход на получение собственной электроэнергии, в том числе от возобновляемых техногенных источников, – обеспечили эффективный переход на качественно новую стадию комплексного освоения золоторудных месторождений Урала за счет повышения энергоэффективности добычи руды и ресурсовоспроизводства.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П. Геоэкология освоения недр и экогеотехнологии разработки месторождений. М.: Научтехлитиздат, 2015. 360 с.

2. Калмыков, В.Н. Методика оценки эколого-экономической эффективности освоения участка недр / В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова, О.В. Петрова, Т.П. Плесовских // Маркшейдерский вестник. 2012. 1. С. 59-64.

3. Каплунов, Д.Р. Обоснование полного цикла комплексного освоения недр при разработке месторождений твердых полезных ископаемых / Д.Р. Каплунов, Д.Н. Радченко // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. 1. С. 447-455.

4. Голик В.И., Леонов С.В., Шевченко Е.В. Рационализация природопользования в стратегии развития промышленных предприятий: Академический проект, Культура. 2012. 380 с.

5. Трубецкой, К.Н. Новые подходы к проектированию ресурсовоспроизводящих техно- логий комплексного освоения рудных месторождений / К.Н. Трубецкой, Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск. 2011. 3. С. 58–66.

6. Калмыков, В.Н. Разработка технологии повторного освоения запасов верхних гори- зонтов Кочкарского золоторудного месторождения / В.Н. Калмыков, К.И. Струков, Г.П. Константинов, Р.В. Кульсаитов // Вестник Магнитогорского государственного техниче- ского университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. 3. С. 13-20.

7. Струков, К.И. Совершенствование технологии подземной добычи на Кочкар-ском месторождении / Струков К.И. // Горный журнал. 2017. 9. С. 21-25.

8. Рыльникова, М.В. Сравнение валовой и селективной выемки золотосодержащих руд Кочкарского месторождения на базе их геологического опробования / М.В. Рыльникова, К.И. Струков, В.С. Лавенков, И.Л. Никифорова // Маркшейдерское и геологическое обеспечение горных работ: Материалы 3-й Междунар. науч.-практ. конф. Магнитогорск. 2018. –С. 135-138.

9. Рыльникова, М.В Энергоэффективные технологии добычи и переработки золотоносных руд Светлинского месторождения / М.В Рыльникова, И.Л. Никифорова, В.А. Ежов, С.Н. Плотников // Горный журнал. 2017. 9. С. 35-40.

10. Рыльникова, М.В. Перспективы применения и оценка параметров энергоэффективных геотехнологий при комплексном освоении месторождений / М.В. Рыльникова, К.И. Струков, В.В. Олизаренко, И.С. Туркин // Горный журнал. 2017. 11. С. 71-76.

Ключевые слова: жильные золоторудные месторождения, завершающая стадия освоения месторождений, горное предприятие, АО «Южуралзолото Группа Компаний», концепция развития, георесурсы, реструктуризация, системы разработки, логистическая схема, комплексное освоение, геотехнология, производственная мощность, экологически сбалансированное освоение недр

Журнал "Горная Промышленность" №2 (138) 2018, стр.46