Классификация источников изменений качества твердых полезных ископаемых при их добыче
Е.И. Панфилов, д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник УРАН ИПКОН РАН
Действующая в настоящее время «Классификация по терь твердых полезных ископаемых при разработке месторождений» [1] позволяет унифицировать учёт потерь по всем отраслям горнодобывающей промышленно сти, однозначно сравнивать и оценивать по уровню потерь работу отдельных коллективов, шахт, рудников, комбинатов, компаний, фирм, горных предприятий, холдингов. Наличие единой классификации потерь послужило исходной базой для разработки единых принципов их нормирования. Использо вание объективных классификационных признаков таких, как состояние теряемого полезного ископаемого и место образо вания потерь, отражающих стадию технологического процес са, на которой они произошли, позволяет более достоверно решать вопрос об экономической оценке последствий потерь.
Эксплуатация месторождений твёрдых полезных ископае мых (ТПИ), как известно, сопровождается не только количе ственными, но и качественными потерями. Причём ущерб, наносимый экономике страны ухудшением (потерей) качес тва извлекаемых запасов, может быть гораздо значительнее ущерба от количественных потерь. Такие случаи особенно ха рактерны при разработке маломощных залежей, пластов, ме сторождений серы, при подземной добыче полезных ископа емых массовыми системами. Поэтому определение источни ков изменения и потерь качества добываемых полезных иско паемых, их систематизация имеют не менее важное значение, чем классификация количественных потерь.
В отечественной литературе уже давно рассматривается этот вопрос и выдвинуто немало предложений по созданию клас сификации качественных потерь. Большинство рекоменда ций [1, 3] сводится к классификации разубоживания – част ному, но почти повсеместно встречающемуся в практике ве дения горных работ случаю. Лишь в работе Секисова Г.В. и Мичкарёва В.П. [3] предпринята попытка составить класси фикацию качественных потерь в более широком плане с учё том и других факторов, влияющих на уровень потери или из менения качества извлекаемых полезных ископаемых.
Общепринятой и узаконенной классификации качествен ных потерь до сих пор не существует. Такое положение обус ловлено многими обстоятельствами, имеющими, как прави ло, объективную основу.
Одно из них заключается в том, что само понятие «качест во полезного ископаемого» не имеет однозначного толкова ния. Под качеством, например, можно понимать содержание полезно го компонента (или компонентов), вредных примесей (серы, золы, крем незёма), теплотворную способность углей, сланцев, торфа, габариты вы резаемых блоков камня, длину волокон асбеста, размеры пластин слю ды. Качественной характеристикой извлекаемых запасов также служит гранулометрический состав добытого материала, его удельный вес, влаж ность, крепость, слёживаемость и другие физикомеханические свой ства. Способность полезных ископаемых или их компонентов изменять свои свойства под воздействием тех или иных реагентов или условий на хождения в определённой среде (окисление, выщелачивание, радиоак тивный распад и др.) также отражает изменение качественных характе ристик минерального сырья. Наконец, ценность полезного ископаемого, выраженную в деньгах, представляется возможным отнести к числу по казателей, определяющих качество по экономическим соображениям. Другое важное обстоятельство заключается в том, что для различных полезных ископаемых, способов их извлечения и переработки существуют показатели и параметры, присущие только данному виду минерального сырья и определяющие его главную качественную характеристику. Например, при раз работке рудных месторождений, главный качественный признак – ми нералогический состав полезного ископаемого и содержание в нем по лезных и вредных компонентов; при разработке слюдяных месторожде ний – размер пластин слюды, для строительного камня – геометричес кие размеры извлекаемых блоков.
Требования к показателям качества полезных ископаемых на стадии добычи, регламентируемые действующими инструк циями и положениями, подчас могут не совпадать с требова ниями по качеству минерального сырья на стадии обогаще ния. Например, для рудника одной из главных задач считается обычно уменьшение, помимо количественных, качественных потерь; для пере рабатывающего предприятия – обеспечение стабильности качественных характеристик или недопущение вредных примесей выше установленно го предела. Возможное несовпадение требований к качеству извлекае мого сырья на различных стадиях добычи и переработки требуют их учё та при классифицировании качественных потерь. Кроме того, качествен ная характеристика извлекаемых минеральных ресурсов в значительной мере определяется техникой и технологией ведения горных работ. Напри мер, гранулометрический состав и зольность угля, отбитого в забое от бойным молотком или комбайном, будут существенно различными. Третье обстоятельство сводится к тому, что не всегда раз работка месторождений сопровождается только потерей ка чества извлекаемых полезных ископаемых. Правильнее и точ нее считать, что при эксплуатации месторождения в процессе добычи происходят изменения (по отношению к первоначаль ному состоянию) качественных характеристик полезного ис копаемого, выражаемые определёнными показателями (содер жанием металла, средним диаметром куска и т.п.). В одном слу чае эти изменения приводят к ухудшению принятого показателя качест ва, например, при засорении жильной массы пустой породой, в другом – к его улучшению, например, при извлечении меди методом выщела чивания, при забойной сортировке руды. Поэтому в общем случае пра вомернее говорить не о качественных потерях, а об изменении качест ва полезного ископаемого, понимая под этим термином, как ухудшение показателя качества, так и возможное его улучшение.
И, наконец, четвёртое – качество извлекаемого полезного ископаемого может существенно зависеть от полноты извле чения запасов. Чаще всего наблюдается закономерность: чем выше количественные потери, тем лучше качество добытого полезного ископаемого. Наличие тесной связи между коли чественными и качественными потерями выдвигает, как не обходимое условие, взаимоувязку того и другого вида потерь. Приведенные обстоятельства позволяют иметь более пол ное и чёткое представление о качестве добываемых полезных ископаемых, его изменениях и составить классификацию ис точников его изменения. При её создании исходим из следу ющих положений:
- иметь достаточно полное и чёткое представление о понятии «качество полезного ископаемого» (минерального ресурса недр) и сформулировать объект классифи цирования;
- установить цель, назначение и форму реализации создаваемой классификации; - определить основные требования, предъ являемые к такой классификации;
- установить наиболее важные объективные и достоверные классификационные при знаки, в соответствии с которыми разра ботать классификацию источников изме нений качества осваиваемых запасов ТПИ. Рассмотрим более подробно приведенные положения.
Понятие – «качество полезного ископа емого». Условимся понимать под качеством твёрдого полезного ископаемого совокуп ность признаков, свойств и показателей, оп ределяющих его минерально-вещественный состав, физико-механические и химические свойства. Если принять допущение о том, что вещественный и минералогический со став раскрывают внутреннее строение (ха рактеризует внутренние признаки полезно го ископаемого), то физико-механические свойства можно считать как бы его внеш ним строением (характеристикой внешних признаков), К первой группе признаков от носятся: минералогический и веществен ный состав полезного ископаемого, напри мер, содержание полезных и вредных ком понентов; ко второй – весь комплекс физи ко-механических свойств, характеризую щих любое твёрдое тело или вещество (кре пость, твёрдость, линейные размеры, влаж ность или объёмный вес и т.д.); к третьей – способность к химическим преобразовани ям под воздействием внешних факторов. Принятое понятие качества полезного ис копаемого как объективно существующей природной характеристики создаёт основу для создания классификации.
Целевое назначение классификации ис точников изменений качества полезного ископаемого. Общеизвестно, что любая на учная классификация разрабатывается с оп ределённой целью. Конечная цель предла гаемой классификации, в нашем представ лении, заключается в разработке пакета на циональных, межкорпоративных и внут рипроизводственных стандартов или само стоятельного раздела в техническом регла менте «Полнота, качество и эффективность разработки месторождений полезных иско паемых» в случае его разработки (по видам МСР и технологиям их извлечения из недр) либо других инструктивных документов.
Дифференциацию стандартов, т.е. в каких случаях, где, когда вводить один из предла гаемых, целесообразно производить в за висимости от степени взаимовлияния воз никающих изменений качества и количес твенных потерь по экономическому крите рию. Например, если в результате доказана нерациональность выборочной добычи за пасов и оставшаяся их часть оказалась не рентабельной, формально подлежащей списанию или переводу в категорию заба лансовых, то для таких случаев необходимо вводить национальный стандарт, возмож но – экономический. Необходимость в меж корпоративных стандартах (между добы вающими компаниями) возникает обычно при разработке примыкающих, пригранич ных, смежных, соседствующих между раз ными недропользователями участков недр.
В принципе полезно разработать подзакон ный акт, на основе которого определяется вид стандарта и сфера его деятельности. Классификация предназначается также для выявления причин и источников, воз никающих при добыче и переработке из менений качества извлекаемых запасов по лезных ископаемых, организации надлежа щего контроля за качественными потеря ми и разработки мероприятий, направлен ных на их сокращение или обеспечение за данных показателей качества. В связи с тем, что требования к качеству полезных иско паемых, предъявляемые на стадии добычи и переработки, могут существенно разли чаться, целесообразно иметь отдельную классификацию качественных потерь при переработке, увязанную с рассматриваемой классификацией показателей изменений качества при добыче.
Основные требования, предъявляемые к классификации источников изменения ка чества полезных ископаемых.
К требованиям, помимо тех, которые обычно присущи любой классификации, с учётом особой специфики объекта класси фицирования следует отнести:
- достаточно чёткое и вполне определённое целевое назначение классификации;
- учёт в классификации технологических стадий, на которых произошло изменение качества. Выполнение этого требования позволяет дать экономическое обоснова ние происшедшему изменению качества полезного ископаемого;
- наличие взаимосвязи с принятой класси фикацией потерь ТПИ;
- пригодность классификации для всех гор ных предприятий, осуществляющих до бычу ТПИ;
- возможность объединения классификаци онных признаков.
Выбор классификационных признаков.
Среди значительного количества признаков, определяющих качество полезных ископа емых и его возможные изменения, целесо образно выделить следующие:
а) Качественную характеристику полезного ископаемого. В их числе могут быть, на пример, содержание полезных и вредных компонентов, химический и минералоги ческий состав минерального образования и прочее.
б) Стадия технологического цикла добычи, на которой произо шла потеря или изменение качества. Например, в процессе отбойки руды возможно изменение качества полезного ис копаемого за счёт примешивания некондиционного сырья за контуром балансовых запасов или внутри него. Или в про цессе выпуска и доставки руды в забое качество полезного ис копаемого может ухудшиться из-за отслоения боковых по род или оставления более богатой части отбитых запасов в недоступных местах выработанного пространства. Качест во полезных ископаемых может также измениться при хра нении на складах или промплощадках под влиянием при родных факторов, например, окисления, выветривания. Учёт указанного признака особенно важен, как уже отмечалось, по экономическим соображениям.
в) Система ведения горных работ. Она может иметь решаю щее значение в регулировании качества извлекаемых запа сов полезных ископаемых и включает в себя как техничес кие средства добычи, так и её технологию.
г) Место, где произошло изменение качества полезного иско паемого. Оно принято в качестве одного из главных в клас сификации разубоживания, предложенной Г.В. Секисовым и В.П. Мичкарёвым [3].
д) Фиксируемые прямыми замерами источники и объектив но доказуемые причины изменения качества полезного ис копаемого. Они позволяют установить, за счёт каких воз действий ухудшилось или улучшилось качество добытого полезного ископаемого, что позволяет наметить конкрет ные меры борьбы с потерей качества полезных ископаемых или стимулы, в случае его улучшения.
Другие существующие классификационные признаки, та кие, например, как состояние полезного ископаемого, точность оценки показателей качества и др., могут оказать существен ное влияние на изменение качественных характеристик извле каемых запасов и подлежат обязательному учёту при состав лении классификации.
В предлагаемой общей классификации за основу деления её на классы принят объективно существующий признак – качество добываемых полезных ископаемых с дальнейшим делением на груп пы и виды по источникам его изменения. Конкретные показате ли изменения качества с количественной их оценкой произво дятся в частных классификациях по видам полезных ископае мых и применяемых технике и технологии ведения добычных работ. Нами выделены 3 класса показателей изменения качес тва извлекаемых из недр полезных ископаемых (см. таблицу). I класс: Показатели изменения вещественного и минерало гического состава. Такие изменения качества характерны для полезных ископаемых горнорудной промышленности, уголь ной, химической и, в меньшей мере, для промышленности стройматериалов.
II класс: Изменение физико-механических свойств полезно го ископаемого. Эти изменения имеют существенное значение для полезных ископаемых промышленности строительных ма териалов и угольной промышленности. В отдельных случаях их необходимо учитывать и при добыче рудного сырья (на пример, изменение удельного или объёмного веса руды).
III класс: Показатели изменения химического состава, т.е. изменения качества добываемого полезного ископаемого под влиянием химических воздействий. В наибольшей степени оно происходит при применении различных методов выщелачи вания, а также при наличии в минеральных образованиях или во вмещающих породах активных химических соединений (уран, радон и др.).
В I-м классе выделяются две группы источников измене ний качества по признакам минералогического и веществен ного состава полезных ископаемых.
Группа I-1 связана с изменением и потерей качества, обус ловленными механическим примешиванием к полезному ис копаемому вмещающих пустых пород или некондиционных минеральных образований. Сюда входят все известные опре деления: разубоживание, засорение, зольность и т.д.
Группа I-2 отражает случаи изменения качества по причи не допущенных количественных потерь.
В группе I-1 выделяются три вида источников качествен ных потерь по признаку места образования.
Первый вид (I-1.1) указывает, что изменение качества про изошло при отделении от массива полезного ископаемого за счёт примешивания пород по контуру пласта, залежи, жилы.
Такие изменения качества происходят при выемке маломощ ных месторождений, пластов и залежей, имеющих непосто янные характеристики залегания, при наличии кливажа, сбро сов, сдвигов и других морфологических осложнений.
Второй вид (I-1.2) характеризует источники качественных по терь, происходящих за счёт примешивания пород, содержащих ся внутри полезного ископаемого. Такие примеры типичны для валовой выемки свиты пластов, жил и маломощных залежей, при сплошной отработке уступов на карьерах, при отработке блоков массовыми системами за счёт терминологически неудач ного – так называемого «конструктивного», разубоживания. Третий вид (I-1.3) возникает при формировании потока от делённого от массива полезного ископаемого и происходит на всех последующих после отбойки полезного ископаемого ста диях технологического цикла добычи. При этом, целесообраз но различать: примешивание полезного ископаемого в забое, которое происходит за счёт отслоения вмещающих пород при выпуске руды, при попадании закладочного материала в отби тый массив полезного ископаемого и приводит, как правило, к ухудшению качественных характеристик (потере качества) и смешивание вне забоя, которое имеет место, главным образом, при усреднении руд и может сопровождаться как ухудшением показателей качества (качественными потерями), так и их улуч шением (ростом качества). Данный вид изменения качества по лезных ископаемых весьма важен для последующих процес сов – стадии переработки минерального сырья.
2-я группа в I классе источников характеризует изменения качества, происходящие по причине допущенных количест венных потерь как неотделённого (вид I-2.1), так и отделён ного (вид I-2.2) от массива полезного ископаемого. Первый из названных видов (I-2.1) возможен при разработке ТПИ с неравномерным содержанием полезного компонента (или компонентов) системами разработки, допускающими остав ление части бедных запасов или участков пустой породы в не отбитом виде. Например, при разработке залежей руды сис темами с открытым выработанным пространством или при раздельной добыче полезного ископаемого открытым спосо бом. Отличительная черта данного вида изменения качества заключается в том, что может иметь место не потеря, а рост качества извлекаемого полезного ископаемого в сравнении с предполагаемыми показателями.
Вид I-2.2 характерен для рудных месторождений, когда часть отбитого полезного ископаемого (обычно в виде обогащённой рудной мелочи) остаётся неизвлечённой в выработанном про странстве, например, на гребнях – метод выпускными ворон ками или в других местах, что, как правило, ухудшает качес тво извлекаемого из недр полезного ископаемого.
Значение группы I-2 весьма существенное, так как проис ходящие изменения количественных и качественных потерь тесно взаимосвязаны. Поэтому обязательны оценка и учёт со вместного их влияния на технико-экономические показатели работы предприятия.
II класс (см. табл.) – базируется на причинах и источниках изменения физико-механических свойств полезного ископа емого и делится на три группы.
В группу II-1 сведены источники изменения природной струк туры полезных ископаемых, оцениваемые различными физи ко-механическими константами, которые служат основным классификационным признаком при разделении групп по ви дам. Так, в виде II-1.1 главный признак – выход фракций опре делённой крупности или средний размер куска раздробленной горной массы. Для вида II-1.2 – объём извлекаемых природных блоков (мрамор, гранит, конкреции кварца), для вида II-1.3 – площадь природных отдельностей (флогопит, мусковит), для вида II-1.4 – линейные параметры (длина волокон асбеста). В группу II-2 включены признаки, характеризующие изме нения физико-механических свойств извлекаемых полезных ископаемых по отношению к их природным свойствам и при знакам, таким как увлажнение, усыхание, выветривание и про чие свойства, дифференцируемые по наиболее характерным признакам на виды (II-2.1, II-2.2, ..., II-2.6).
II класс изменений качества полезных ископаемых в на ибольшей степени типичен для месторождений строитель ных материалов.
III класс изменений качественных характеристик (см. табл.) связан, как правило, с химическими преобразованиями по лезных ископаемых. Такой вид изменения качества возника ет, например, при выщелачивании урана, меди, золота и со провождается обычно ростом качества получаемой продук ции против ее первоначального состояния в недрах, либо пе реходом полезного ископаемого из одного качественного со стояния в другое (газификация углей, возгонка серы).
Выполненный анализ возможных источников изменения ка чества извлекаемых из недр полезных ископаемых и их диф ференциация по классам, группам и видам, представленная об щей классификацией (см. таблицу), позволяет установить по каждому классу, группе и виду перечень конкретных показате лей, которые можно с требуемой точностью и надёжностью оп ределить, измерить прямыми методами и учесть с тем, чтобы в дальнейшем они стали основой для соответствующих стан дартов и/или инструктивных (методических указаний) и со ставной частью расчёта «индекса рациональности (экономиче ской эффективности)» освоения рассматриваемого вида ТПИ, а также нашли отражение в лицензионных соглашениях. Следует иметь ввиду то важное обстоятельство, что приве дённый в предлагаемой классификации перечень групп и ви дов возможных источников (причин) и показателей измене ния качества добываемых ТПИ – далеко не исчерпывающий.
Его необходимо дополнять и/или корректировать примени тельно к конкретным условиям разработки месторождений. Наличие классификации эксплуатационных потерь в соче тании с классификацией источников изменений качества ми нерального сырья позволит иметь более четкое представление о состоянии, динамике и тенденцииях функционирования ми нерально-промышленного комплекса страны, создать объек тивные предпосылки для составления полного и достоверно го натурального и стоимостного баланса получения, расходо вания и безвозвратной утраты – потерь минерально-сырьевых ресурсов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Агошков М.И., Панфилов Е.И. Классификация потерь полезных ископаемых при их добыче. М. СФТГП, ротапринт. 1970. 36с.
2. Агошков М.И., Никаноров В.И., Панфилов Е.И. и др. Технико(экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр. М., Недра, 1974, 333с.
3. Секисов Г.В., Мичкарев В.П. Вопросы учета потерь и разубоживания при селектив( ной добыче сложных руд цветных и редких металлов открытым способом. Изв. АН кирг.ССР, Фрунзе, 1961.
