Второе дыхание Жезказгана

М.В. Рыльникова, д.т.н., зав. отделом Института проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН)

А.Б. Юн, к.т.н., директор ТОО «Казгидромедь» (Караганда, Казахстан)

И.В. Терентьева, главный геолог ТОО «Казгидромедь» (Караганда, Казахстан)

Более чем 80-летняя история освоения Жезказганского медного месторождения свидетельствует о том, что для горно-геологических условий региона наиболее благоприятной является камерно-столбовая система разработки. Наряду с очевидными достоинствами системы многолетняя практика ведения работ позволила выявить следующие недостатки: высокие потери руды в целиках различного назначения; ограниченный срок службы междукамерных целиков (МКЦ); накопление подземных выработанных пространств, поддерживаемых рудными целиками; концентрация напряжений в МКЦ и поддерживаемом ими подработанном массиве.

В 1960-х годах проект был скорректирован: для снижения потерь в МКЦ и локализации обрушения в пределах одной выемочной единицы предусматривалось оставление жестких ленточных барьерных целиков взамен панельных. Тем не менее с течением времени, а также под влиянием горных работ в междукамерных целиках накапливаются хрупкие разрушения. На отработанных площадях появляются группы МКЦ с различной интенсивностью разрушения, вплоть до полного (рис. 1).

Динамика разрушения междукамерных целиков (МКЦ) за период 1955–2010 гг.

С середины 1990-х годов в геомеханической обстановке на Жезказганском месторождении начали происходить негативные качественные изменения:

- объединение отдельных ослабленных участков в зоны с неконтролируемым обрушением пород в подработанном пространстве;

- возникновение техногенных землетрясений на поверхности и воздушных ударов в подземных выработках вследствие обрушения налегающей толщи на больших площадях.

По результатам последних обследований состояния подземного пространства на Жезказганском месторождении из 547 панелей 94, т.е. 17%, имеют срок службы более 30 лет. При этом 79 панелей отнесены к ослабленным. В 94 панелях находится 8153 МКЦ, из которых 1663 (20,4%) отнесены к ослабленным, а 1402 (17,2%) к разрушенным.

Количественным показателем качественных изменений в геомеханической обстановке является динамика накопления пустот. Многолетняя тенденция ежегодного накопления объемов открытых выработанных пространств в начале 1990-х годов сменилась их стабилизацией. Учитывая, что ежегодный прирост пустот на Жезказганском месторождении составляет 5–5,5 млн м3, уменьшение объемов пустот происходило в основном за счет самообрушений неустойчивых районов (рис. 2). Это свидетельствует о нестабильности геомеханической ситуации на месторождении.

Динамика накопления пустот за период 1960–2010 гг.

С учетом указанных негативных геомеханических тенденций в 1996 г. была разработана и согласована с Комитетом ГГТН РК новая «Концепция дальнейшей эффективной и безопасной отработки Жезказганского месторождения в сложившихся горнотехнических и геомеханических условиях», которая предполагает наряду с отработкой оставшихся балансовых запасов существующей камерно-столбовой системой, параллельное производство горных работ по выемке МКЦ (возврат из потерь) в ранее отработанных панелях с погашением выработанного пространства (пустот). Кроме того, предполагается погашать пустоты на старых ослабленных площадях путем управляемого обрушения. За период 1996–2014 гг. с применением повторной отработки было добыто более 20,0 млн т руды и погашено свыше 18,0 млн м3 пустот. Однако доля повторной отработки в общем объеме погашенных пустот составляет в разные годы от 4 до 6%, что связано с жесткими технологическими требованиями к ведению повторной отработки МКЦ, которые существенно ограничивают применение этой технологии.

Объём накопленных пустот продолжает сокращаться в основном за счет процесса самообрушений, причем с каждым годом происходит увеличение площадей обрушения.

Таким образом, можно сказать, что в сложившихся геомеханических условиях Жезказганского месторождения погашение пустот только повторной разработкой открытого выработанного пространства исчерпало свои возможности. Дальнейшее погашение пустот повторной выемкой МКЦ различными способами возможно только в сочетании с закладкой выработанного пространства ослабленных участков.

Не менее важной для Жезказганского региона является задача восполнения сырьевой базы. ПО «Жезказганцветмет» (ЖЦМ) – регионообразующее предприятие, от деятельности которого напрямую зависит дальнейшая судьба многих десятков тысяч работников предприятия и жителей региона.

Именно поэтому предприятие прилагает все усилия, чтобы не допустить сокращения объемов производства.

Таким образом, наступил момент для оценки перспектив и разработки новой стратегии освоения Жезказганского месторождения, которая должна базироваться на проектировании устойчивой горнотехнической системы, реализация которой позволит не только продлить полноценную жизнь предприятия, но и вдохнуть новую жизнь в экономику региона.

В основе этой горнотехнической системы должен лежать полный цикл комплексного освоения недр, который предусматривает не только добычу и обогащение балансовых руд, но и вовлечение в добычу и глубокую переработку забалансовых руд, запасов, ранее списанных в потери, а также техногенного сырья (некондиционных руд, складируемых до настоящего времени в отвалах; отходов обогащения и др.) с обязательной утилизацией всех вновь образующихся отходов в выработанных пространствах карьеров и подземных рудников.

В целом разработка геотехнологий, основанная на принципах устойчивого развития, включает экономичность, технологичность, ресурсосбережение и поддержание экологической стабильности [1]. В соответствии с этим проектирование, формирование и функционирование горнотехнических систем на принципах устойчивого развития в течение всего жизненного цикла системы должно включать следующие критерии:

- потребление природных ресурсов в пределах их способности к восстановлению, если нет возможности замены на вторичные или иные ресурсы;

- минимизация/исключение выделения опасных или загрязняющих веществ в биосферу сверх их ассимилирующей способности;

- исключение образования отходов добычи и переработки руд путем реализации полного геотехнологического цикла освоения месторождений;

- исключение необратимых неблагоприятных воздействий на экосистемы, биогеохимические и гидрогеологические циклы;

- многофункциональность системы и (или) многократность ее эксплуатации на осваиваемом участке недр с приданием георесурсам новых полезных качеств;

- экономическая эффективность с достижением требуемых технико-экономических показателей.

Решение проблем Жезгазганского региона представляется возможным на основе синтеза геотехнологий при сочетании на осваиваемых участках недр физико-технических и физикохимических процессов добычи и глубокой переработки природного и техногенного минерального сырья [2, 3]:

1. Сочетание технологии ведения очистных работ с повторной отработкой целиков и погашением выработанного пространства путем управляемого обрушения кровли, кроме того, закладка выработанного пространства ослабленных участков.

2. Вовлечение в эксплуатацию бедного природного и техногенного сырья с использованием комбинированных физико-технических и физико-химических геотехнологий.

В качестве основного резерва восполнения сырьевой базы специалистами ПО «ЖЦМ» рассматриваются имеющиеся забалансовые запасы. Применение рентабельной технологии добычи и переработки забалансовых запасов позволит обеспечить подземные рудники Жезгазганского региона сырьевой базой дополнительно на 22 года, в т.ч. запасов, примыкающих к балансовым – на 11 лет.

Сочетание закладки ослабленных районов, выноса инженерных и жилых сооружений за зону влияния мульды сдвижения и вовлечение в переработку забалансовых запасов с одновременным освоением балансовых обеспечат рудники ПО «ЖЦМ» сырьевой базой на срок от 40 до 50 лет [4, 5].

3. Разработка системы управления так называемыми обратными потоками минерального вещества в виде технологических вод, закладочной смеси, возвращаемых в выработанные пространства отходов.

Оптимальным материалом для закладки выработанных пространств (пустот) являются отвальные хвосты флотации, т.к. они позволяют применять гидрозакладку и не требуют значительных затрат на подготовку инертных материалов к закладке. Однако на Жезказганском месторождении основные объемы отвальных хвостов флотации размещены в хвостохранилище обогатительных фабрик №1, №2, отдаленных от рудников на расстоянии около 30 км.

В связи с этим требуются значительные затраты на доставку хвостов до рудников, существенно осложняющуюся в зимних условиях, а также необходимы дополнительные инвестиции на организацию двойного сгущения, строительство перекачных станций и закладочных комплексов.

4. Снижение себестоимости руды, а также снижение расходов на транспортировку текущих отходов может быть достигнуто за счет размещения обогатительного и металлургического переделов в непосредственной близости от места проведения очистных работ, т.е. в подземных условиях. С одной стороны, это потребует разработки новых технологий переработки добытой руды до уровня катодной меди, с другой стороны, позволит минимизировать объемы накопления отходов на земной поверхности за счет использования текущих отходов переделов сразу же для приготовления закладочных смесей. Этот аспект имеет важное не только техническое, но и социальное значение, т.к. сокращение объемов складируемых отходов на поверхности приводит к снижению последствий негативных природных процессов, связанных со складированием и хранением отходов горного и обогатительного производств, таких как миграция элементов в окружающую среду вследствие природного выщелачивания, сегрегация и седиментация, выветривание, эрозия, пыление, оседание, обрушение и др.

5. При разработке новых технологий переработки целесообразно рассмотреть возможность извлечения из добываемого сырья (балансовые и забалансовые руды, запасы, списанные в потери, техногенные отходы и др.) не только меди, но других содержащихся в ней полезных компонентов – широкого спектра цветных, благородных и редких металлов.

Таким образом, комплексный подход к формированию стратегии дальнейшего освоения Жезказганского месторождения позволит решить не только технические и технологические, но и социальные, и экологические проблемы крупнейшего региона Казахстана, а именно:

- позволит стабилизировать геомеханическую ситуацию на месторождении;

- позволит существенно продлить срок службы предприятий, восполняя выбывающие производственные мощности по балансовым рудам при росте качественных показателей использования минеральных ресурсов недр;

- возможность маневрирования интенсивностью эксплуатации природных и техногенных минеральных ресурсов позволит поддерживать уровень экономической эффективности при более низких темпах разработки балансовых запасов;

- позволит обеспечить реализацию полного цикла комплексного освоения недр;

- позволит снизить негативное воздействие горных работ на экологию региона.

Источники информации:
1. Stansinoupolos P., Smith M. H., Hargroves K., Desha Ch. Whole System Design: An Integrated Approach to Sustainable Engineering. Earthscan. 2008. 183 p.
2. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Расширение сырьевой базы горнорудных пред приятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений // Гор ный журнал. 2013. 12. c. 86–90
3. Каплунов, Д.Р., Радченко Д.Н. Обоснование полного цикла комплексного освоения недр при раз работке месторождений твердых полезных ископаемых // Горный информационноаналити ческий бюллетень (научнотехнический журнал), 2011. Отдельный выпуск №1. Труды науч ного симпозиума «Неделя горняка 2011».  c. 447–455.
4. ТОО «КазГидроМедь». Отчет об оказании консалтинговых услуг по разработке «Генерально го плана окончательной отработки запасов всех видов медьсодержащего сырья на объектах ТОО «Корпорация Казахмыс», расположенных в Жезказганском регионе // Караганда, 2013.
5. ТОО «КазГидроМедь». Техникоэкономический расчет эффективности разработанной техно логии добычи и переработки бедных руд Жезказганского месторождения // Караганда, 2013.
Ключевые слова: минерально-сырьевые ресурсы, балансовые запасы, забалансовые руды, горно-перерабатывающие комплексы, отходы производства, техногенные месторождения, физико-технические и физико-химические геотехнологии, утилизация отходов, закладка выработанного пространства.

Журнал "Горная Промышленность" №3 (121) 2015, стр.32