Перспективы перевода АО «Бор» на комбинированную разработку месторождения

Галкин В.А., к.т.н., НПК «Гемос» Алексеев В.П., главный инженер АО «Бор» Савич И.Н., к.т.н. МГГУ, Чернышов А.В., к.г-м.н., главный геолог АО «Бор» Копылов Е.В. главный горняк АО «Бор»

Бор и его соединения находят широкое применение в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве. В наибольшей степени применение борной продукции связано с производством различных видов стекла и стеклопластиков, борных удобрений, синтетических моющих средств, в электронике, металлургии, атомной энергетике, космонавтике, медицине, при шелкопрядении, в кожевенной промышленности.

Промышленные запасы борных руд сконцентрированы в 7 странах мира, что предопределяет их дефицитность и высокие цены на борную продукцию, имеющие постоянную тенденцию к повышению.

Основными производителями борной продукции и ее экспортерами являются США и Турция, на долю которых приходится более 80% мировой добычи борного сырья и свыше 95% его экспорта.

Россия и страны СНГ по запасам борных руд находятся на третьем месте в мире. Главнейшими месторождениями борных руд стран СНГ является Дальнегорское борное (Россия), боратовые месторождения Индерской группы и Сатимола (Казахстан), Акархарское месторождение (Таджикистан).

Наряду с вышеназванными разведаны и утверждены запасы по Таежному борато-магнетитовому месторождению, боросиликатному месторождению Гора Золотой Курган (Россия), борно-калийному месторождению 99 (Казахстан). Запасы бора этих месторождений незначительны и не представляют промышленного интереса.

Известные месторождения борного сырья в странах СНГ и данные по ним представлены в табл. 1.

Промышленное значение из известных в странах СНГ борных месторождений имеют только месторождения Индерской группы и Дальнегорское борное месторождение, на которых в настоящее время осуществляется добыча борных руд.

Борные месторождения Индерской группы отличаются незначительными запасами и сложными горногеологическими условиями их залегания. Характерной особенностью этих месторождений является большая глубина погружения рудных тел в водоносный горизонт, вследствие чего их разработка осуществляется под водой на глубинах до 35 м, что значительно усложняет технологию горных работ и предопределяет низкие показатели извлечения и высокую себестоимость добычи.

Основным производителем борного сырья в России и странах СНГ является АО «Бор», эксплуатирующее уникальное по запасам Дальнегорское месторождение, на долю которого приходится 83% промышленных запасов окиси бора в странах содружества. АО «Бор» имеет в своем составе карьер, обогатительную фабрику и химические цеха по переработке концентратов и выпуску 10 видов боропродуктов. К потребителям выпускаемой продукции до недавнего времени относилось свыше 750 предприятий бывшего СССР и 9 зарубежных стран. Несмотря на имеющий место спад производства, существующие тенденции и экономические условия освоения борных месторождений в СНГ свидетельствуют о том, что Дальнегорское месторождение и в обозримой перспективе останется практически единственным эксплуатируемым объектом борного сырья.

В настоящее время Дальнегорское месторождение отрабатывается открытым способом, что связано с его благоприятным положением в рельефе (рис.1). Масштабность открытых работ иллюстрируется такими цифрами: объем горной массы в границах карьера превышает 100 млн.м3 при среднем коэффициенте вскрыши 1.2 м3/т; глубина разработки — до абсолютной отметки «О» с высотой южного борта карьера 550 м; коэффициент сквозного извлечения полезного компонента в товарную продукцию до последнего времени составлял 70%. Однако, в проектном контуре карьера находится лишь 60% запасов разведанных для открытой разработки, или всего 25% от общих оцениваемых запасов месторождения. Фактором, осложняющим развитие открытого способа разработки месторождения, является расположение карьера в черте города Дальнегорска и нахождение в опасной близости от карьера жилых, производственных, медицинских и культурно-бытовых зданий города. По соображениям безопасности и для снижения отрицательного воздействия на экологию города принято решение о сокращении границ карьера, что существенно уменьшает срок его отработки и приводит к исключению из разработки значительных запасов богатых руд, оказавшихся за контуром карьера.

Проведенные НИР и выполненные проектные проработки показали, что дальнейшее существование и развитие АО «Бор» обусловливается освоением запасов, находящихся за границами карьера, главным образом на глубоких горизонтах, где рудная залежь прослежена местами на 600-700 м ниже дна проектного контура. Разработка глубоких зон Дальнегорского месторождения открытым способом невозможна по экологическим и технико-экономическим соображениям и требует перевода предприятия на подземный способ добычи руды, исключающий большинство отмеченных выше негативных последствий. При этом необходимо отметить, что предусмотренная проектами ориентация в ближайшем будущем только на открытый способ разработки может привести к серьезным деформациям в экономике предприятия при исчерпании карьерных запасов, и уже сейчас просматривается отставание в подготовке запасов подземного способа добычи. Здесь имеется ввиду следующее:

для 40% запасов, разведанных под открытый способ добычи, разработка карьером нереальна по экологическим и экономическим причинам;
способ отработки этих запасов в соответствии с проведенными научными и проектными проработками должен быть подземным, что требует для них новой геолого-экономической оценки;
качество руд за контуром проектного карьера (ниже отметки «ноль» и за бортами) ухудшается в связи с природным снижением содержания полезного компонента при одновременном росте вредных примесей. Коэффициент сквозного извлечения полезного компонента в товарную продукцию для руд глубоких горизонтов составит чуть больше 50% (вместо 70% в настоящее время). Это совершенно неприемлемо, так как кроме существенного увеличения нагрузки на недра это снижение приведет к резкому росту объемов отходов производства, в то время как уже сейчас накоплено свыше 20 млн. тонн хвостов и шламов. Это обстоятельство может оказаться причиной неэкономичности отработки законтурных запасов при последовательной схеме карьер-подземный рудник;
детальная разведка сырьевой базы подземного рудника не проведена. Время, требуемое для детальной разведки и утверждения запасов шахтных горизонтов, проектирования, строительства и ввода в действие подземного рудника — 15-20 лет.

Выполненная АО «Бор», исследовательскими и проектными организациями проработка условий перехода на подземный способ добычи предусматривает:

подземную разработку месторождения системами с закладкой выработанного пространства (рис.3);
вскрытие глубоких зон месторождения системой вертикальных стволов и спиральных съездов (рис.2);
использование для приготовления закладочной смеси местных материалов (борогипса в качестве вяжущего, хвостов обогащения и пород отвалов — инертный заполнитель) с обеспечением прочности твердеющей закладки в пределах 2.5-4 МПа в зависимости от применяемого варианта системы разработки;
целесообразность использования части подземных горных выработок для детальной разведки глубоких горизонтов (бурение разведочных скважин) и организации подземного водоотлива из карьера.

Важнейшим аспектом перевода предприятия на подземный способ добычи руды должна быть одновременная работа открытого и подземного рудников, что в условиях снижения качества полезного ископаемого с глубиной обеспечит долговременную стабилизацию экономических показателей предприятия.

Анализ комбинированных способов разработки месторождений полезных ископаемых показывает, что возможно два основных варианта совместной отработки Дальнегорского борного месторождения:

разработка глубоких горизонтов месторождения с оставлением части залегающих за бортом карьера запасов в виде прибортового породного целика;
опережающая выемка приконтурных запасов подземным способом с созданием искусственного барьерного целика до момента постановки карьера в проектный контур.

В первом случае между открытыми и подземными работами оставляется неизвлекаемый рудный охранно-барьерный целик, запасы которого практически переходят в безвозвратные потери.

При принятии второго варианта возможно значительное снижение или практически полное исключение потерь полезного ископаемого в недрах, а развитие горных работ должно предусматривать первоочередную выемку запасов, входящих в зону охранного целика и контактирующих с ними с образованием предполагаемых граничных уступов карьера из твердеющих смесей.

Как в том, так и в другом случае нормальное функционирование открытого и подземного рудников будет определяться безопасными размерами разделяющего карьер и подземный рудник потолочного целика, гарантирующими исключение разрыва сплошности налегающей толщи. Последнее представляется основным условием разработки глубоких зон вне зависимости от того, будет ли она производиться по окончании работ в карьере или совместно с ними, т.к. при любой схеме после отработки карьера он будет являться крупным водосборником, а протекающая в непосредственной близости от месторождения река Рудная, в случае нарушения сплошности налегающих пород, может оказаться в подземном руднике.

Выполненные расчеты по методике, основанной на применении функций распределения, описывающих характер и степень влияния элементарных площадок, из которых слагается площадь очистных выработок на налегающую толщу пород позволили установить необходимые размеры охранно-барьерного целика в случае, когда он представлен естественными породами и твердеющей закладочной смесью. Расчеты проводились для различных участков дна карьера при граничных его контурах, отличающихся друг от друга линейными размерами (рис.1). При расчетах учитывались:

структурные особенности месторождения;
соотношение слагающих пород в массиве;
глубина заложения целика;
прочностные характеристики слагающих месторождение пород;
прочностные и компрессионные характеристики твердеющей закладочной смеси.

Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Анализ данных табл. 2 и движения запасов руды показывает, что при оставлении рудного охранно-барьерного целика потери в недрах в приконтурной зоне карьера и под его дном составят порядка 24 млн.т руды, что повлечет за собой ущерб от потерь по существующим методикам расчета не менее 1.5 млрд. долларов США.

Наиболее перспективным и, несомненно, экономически выгодным является вариант с формированием искусственного барьерного целика, толщина которого должна составлять 100 м, т.е. как видно из рис.4 к моменту постановки карьера в проектный контур на подземном руднике должны быть отработаны гор. — 25 м и гор. — 95 м. Формирование искусственного барьерного целика предусматривается осуществить в три стадии (рис.4). На первой стадии отрабатываются запасы гор. — 25 м под проектным дном карьера и извлекается руда в приконтурной зоне карьера на расстоянии до 50 м от его граничного контура с формированием предполагаемых уступов карьера из закладочных смесей. На второй стадии отрабатывается центральный участок под дном карьера на гор. — 95 м и оставшиеся запасы в приконтурной зоне. Третья стадия завершает создание искусственного барьерного целика. Как показывают расчеты, для обеспечения бесперебойной и безопасной работы карьера и своевременной подготовки искусственного целика первую стадию работ по его формированию необходимо завершить до подхода карьера к гор. +132 м. Включение в разработку запасов 132 горизонта и ниже целесообразно связать с эксплуатацией подземного рудника на горизонтах -95...-165 м и ниже во взаимосвязи с качественным составом руд на этих горизонтах. В соответствии с расчетами на создание искусственного целика потребуется не менее 30 лет.

Таким образом, перевод АО «Бор» на комбинированную разработку и освоение шахтных горизонтов месторождения не терпит отлагательства. Однако реализация такого подхода в настоящее время наталкивается на ряд проблем.

Во-первых, до сих пор отсутствует единая государственная политика по отношению к борному сырью, что необходимо из-за его концентрации в одном крупном объекте.

Во-вторых, финансирование геологоразведочных работ и капитального строительства только за счет фонда развития предприятия невозможно из-за изменения горнотехнических условий эксплуатации месторождения в связи с опусканием дна карьера ниже уровня долины, естественным снижением содержания полезного компонента в руде, а также постоянным повышением цен на энергоносители, стройматериалы и т.д.

Учитывая уникальность Дальнегорского месторождения и его важное народнохозяйственное значение для страны, покрытие расходов на проведение геологоразведочных работ и капстроительство возможно только за счет предоставления АО «Бор» как развивающемуся предприятию режима наибольшего благоприятствования в части сокращения налогов в Госбюджет и оставления валюты от экспортных поставок продукции объединения.

Реализация предлагаемой программы перевода АО «Бор» на комбинированную разработку месторождения позволит в следующем столетии обеспечить отечественную промышленность своим борным сырьем и боропродуктами.