Размещено на http://allbest.ru

Національний університет водного господарства та природокористування

УДК 622.277:622.775

Обгрунтування підвищення доступності алмазоносного родовища за рахунок геотехнологічної підготовки

Калько А.Д., докторант, к.т.н.

м. Рівне

В українській мові слово “доступність” щодо мінерально-сировинних ресурсів використовується давно і, як правило, відображає труднощі, пов'язані з вилученням запасів і обумовлені несприятливим географічним положенням ресурсів і гірничо-геологічними умовами розробки.

В американській практиці оцінки мінерально-сировинних ресурсів використовується термін доступності. Однак, незважаючи на тривалий досвід оцінки доступності ресурсів, Гірничим Бюро США так і не було дане визначення цього поняття, і не був запропонований кількісний критерій оцінки доступності. Результати представлялися кривими доступності, за допомогою яких визначалися обсяги запасів, що можуть перейти в розряд рентабельних при зміні економічних умов.

Так як поки-що не було введено строгого наукового визначення доступності ресурсів, значеннєві границі цього поняття досить розмиті.

В українській мові слово доступність походить від слова доступати. В сучасному трактуванні “доступний” означає [1]: який годиться багатьом, усім; легкий для розуміння, дохідливий; до якого, або по якому можна пройти; який легко може доступити до кого-небудь, викликати до себе довіру; до якого легко доступити; уважний до інших; не зарозумілий, не гордовитий.

З'явилося поняття доступності інформаційних ресурсів, яке має таке значення: можливість за прийнятний час отримати необхідну інформаційну послугу. В сучасній англійській мові значення поняття “доступність” теж доволі широке [2]. У техніці існує також поняття “коефіцієнт доступності”, що позначає відношення фактичного часу роботи устаткування (без простоїв) до загального часу виробничого процесу.

Виходячи з аналізу застосування слів “доступний”, “доступність”, лексичне значення поняття доступності різних ресурсів (матеріальних, інформаційних, фінансових і ін.) можна звести до двох аспектів: 1) стан їх готовності до участі в процесі і 2) можливість їх використання через прийнятність ціни. Розробка критерію доступності мінерально-сировинних ресурсів базувалася на визначенні поняття: доступність - це властивість системи “суспільство - мінеральні ресурси”, що характеризує можливість ефективного їх використання на основі досягнутого технологічного рівня.

Кількісною мірою доступності є відношення фактичної ціни товарного продукту (Ц_ф) до його розрахункової ціни (Ц_р), що забезпечує беззбиткове вилучення і переробку мінеральної сировини:

(1)

Рішення про використання ресурсів приймається при значеннях показника доступності, що перевищують одиницю. У деяких випадках, наприклад для стратегічно важливих видів сировини чи з врахуванням соціальних факторів, можуть прийматися рішення про розробку недоступних запасів [3].

У системі “суспільство - мінеральні ресурси” фактична ціна характеризує потребу в даному виді сировини і її дефіцитність та відображає допустимі для суспільства витрати на вилучення і використання даного виду сировини. У якості фактичних можуть бути використані ціни на світових сировинних ринках. При одержанні з оцінюваних запасів декількох товарних продуктів фактична ціна може бути розрахована як середньозважена.

Стан конкретних запасів, їх якість, особливості залягання і розташування враховуються розрахунковою ціною. Розрахункова ціна характеризує мінімальну ціну товарного продукту, при якій приймається рішення про розробку і використання даних запасів. У процесі просування запасів корисних копалин від надр до мінерально-сировинних ринків міняється не тільки їх стан, але і їх власник. При цьому витрати нового власника на придбання сировини, що знаходиться в різному стані, не обов'язково відповідають його реальній вартості. Яскравим прикладом тому були процеси приватизації власності в Україні. Оскільки стан і якість запасів корисної копалини змінюються в технологічному процесі (руда, концентрат, метал), розрахункова ціна і доступність визначалися на тонну металу.

У загальному вигляді розрахункова ціна може бути визначена з рівняння:

(2)

де: Т - термін освоєння родовища, років; t - рік освоєння; ф - рік оцінки доступності запасів, ф?t; P_t - обсяг оцінюваного запасу металу, що вилучається в t-ому році освоєння, т; Цр_t,ф - розрахункова ціна оцінюваного запасу металу, що вилучається в t-ому році освоєння, на момент оцінки т, дол.; С_t - поточні витрати, необхідні для одержання товарної продукції, дол.; H_t - сума податків, що сплачуються в t-ому році, дол.; i - ставка дисконтування для приведення різночасних витрат до одного моменту оцінки т; К_t - капітальні вкладення в t-ому році, дол.

Дотепер майже всі дослідження в галузі видобутку і переробки мінеральної сировини були спрямовані на створення техніки і технологій, що дозволяють залучати в розробку все бідніші родовища.

Сучасні технології видобутку і переробки корисних копалин дозволяють задовольняти збільшений попит на мінеральну сировину лише за рахунок прогресуючого росту обсягу гірничої маси, що добувається, при постійному погіршенні якості сировини, що робить цей шлях розвитку гірничої галузі, власне, екстенсивним [4]. Поки що темпи науково-технічного прогресу випереджають темпи погіршення умов видобутку. Однак відповідно до екпоненційної форми залежності, що характеризує зниження витрат на видобуток і переробку мінеральної сировини в результаті науково-технічного прогресу, темпи зниження витрат у майбутньому будуть сповільнюватися. Чим нижче буде вихідний вміст корисного компонента в руді і гірші умови розробки, тим складніше і дорожче буде створювати нові технології, що стало причиною серйозних заяв про кризу гірничої науки [5]. У світовій практиці витрати по різних технологічних процесах стабілізувалися і тривалий час знаходяться на досить низькому рівні (рис. 1).

Рис. 1. Схема, що характеризує сучасний рівень витрат по різних технологічних процесах.

Такий екстенсивний шлях розвитку вже сьогодні зіштовхнувся із серйозними обмеженнями екологічного характеру, а в перспективі зіштовхнеться з вичерпаністю різних видів мінеральних ресурсів, освоєння яких економічно виправдане. Зміни уже відбуваються і пов'язані вони зі зміною структури комплексу технологій видобутку і переробки мінеральної сировини.

Основними тенденціями при цьому є:

1) об'єднання функцій різних процесів;

2) часткове перенесення функцій і методів від кінцевих операцій до початкової;

3) виділення нових процесів, що забезпечують виконання підготовчих функцій для основних процесів.

Структурні перетворення, що насьогодні відбулися з переносом типових для кінцевих стадій методів і прийомів комплексу технологій на початок (процес видобутку) дозволяють скоротити обсяги матеріалу й інтенсифікувати тільки процеси переробки сировини. Тому нова парадигма освоєння родовищ корисних копалин могла б полягати в цілеспрямованому перетворенні покладів зі створенням у масиві умов для просторового відокремлення корисного компоненту, зміною фізичних властивостей порід і умов залягання, тобто з наданням їм властивостей, які забезпечують підвищення доступності запасів і можливість ефективної розробки. Для цього необхідно ввести в комплекс технологій видобутку і переробки мінеральної сировини додаткової стадії - геотехнологічної підготовки родовищ. мінеральний алмазоносний підготовчий родовище

Під геотехнологічною підготовкою родовищ розуміється речовинне чи структурне перетворення покладів корисних копалин і масивів вміщуючих гірських порід, або зміна гірничотехнічних умов проведення робіт для забезпечення ефективної і безпечної розробки родовищ і переробки мінеральної сировини сучасними і перспективними технологіями.

Підготовка родовищ шляхом зміни стану масиву гірських порід може здійснюватися з використанням методів геомеханіки. З точки зору підготовки родовища найбільш перспективним напрямком геомеханіки є управління станом масивів гірських порід.

Сучасні технології дозволяють змінювати фізико-хімічні властивості масиву гірських порід шляхом різних фізико-хімічних впливів. Ще один напрямок геотехнологічної підготовки родовищ пов'язаний з речовинними і структурними перетвореннями покладів корисних копалин, на основі принципу геотехнологічного продовження формування родовищ (найбільш простими об'єктами для структурних перетворень є гіпергенні родовища і техногенні об'єкти типу відвалів і хвостосховищ). Основні ефекти від геотехнологічної підготовки родовищ до освоєння і механізми підвищення доступності запасів схематично показані на рис. 2.

Рис. 2. Схема для ілюстрації впливу геотехнологічної підготовки родовищ на доступність запасів.

1. Розширення сировинної бази за рахунок залучення в розробку запасів, недоступних на сучасному технологічному рівні (у тому числі техногенних родовищ).

2. Збільшення цінності родовища за рахунок використання супутніх компонентів. При деяких процесах реструктуризації глибоке розкладання мінералів може приводити до концентрації металів, що є присутнім у дуже малих кількостях.

3. Зниження глибини гірничих робіт.

4. Підвищення інтенсивності освоєння родовищ. Залежить від ряду факторів і досягається за рахунок переносу процесів переробки з високими швидкостями обробки матеріалу на початкові стадії освоєння родовища.

Цілеспрямована зміна гірничотехнічних умов, наприклад, у випадку завчасного формування виробленого простору і внутрішньокар'єрного відвалоутворення, дозволяє знизити техногенне навантаження на навколишнє середовище за рахунок істотного скорочення вилучення земель. Очевидний позитивний екологічний ефект від реструктуризації вже наявних техногенних утворень.

5. Зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище.

Останні три фактори так само, як і в першому випадку, викликають зниження розрахункової ціни і підвищують доступність запасів. Економічний ефект від підготовки родовищ буде залежати від конкретної ситуації.

Крім того, різні способи геотехнологічної підготовки родовищ до освоєння в даний час відрізняються неоднаковим ступенем теоретичної і практичної пропрацьованності. Тому для розвитку цього напрямку необхідно вирішити широке коло задач, що охоплюють питання обґрунтування природних прототипів, вивчення закономірностей масопереносу, обґрунтування реагентних і температурних режимів для процесів перетворення покладів, створення технологій і техніки для реалізації процесів реструктуризації та ін.

Надра України перспективні для пошуків родовищ алмазів. Насьогодні вірогідно встановлені три райони проявів кімберлітового магматизму: північ Волино-Поділля (Кухотсько-Більська площа), цент. частина Українського щита, Приазовський масив, включаючи зону зчленування його з Донбасом [6]. Кухотсько-Більська площа найбільш перспективна - виявлені кімберліти по складу і набору типоморфних мінералів близькі до кімберлітів Західної Якутії (Саха) [7]. Досвід ведення гірничих робіт на алмазоносних родовищах як Росії, так і інших країн світу [7], передбачає відпрацювання верхніх горизонтів, в основному, відкритим способом.

Розробка родовищ відкритим способом здійснюється уступами висотою 10-15 метрів по руді і вскриші на глибину 300-500 метрів [7]. Розпушений за допомогою вибухів кімберліт доставляється на збагачувальні фабрики (трубки ім. М.В. Ломоносова, ім. Карпінського (Росія), Нью Раш, (ПАР) і ін.). Крім того, для зниження негативного впливу на навколишнє середовище і підвищення рентабельності, застосовуються і традиційні методи підземної розробки. На відстані 300-400 м від трубки проходять шахту. Стовбур шахти з'єднують із трубкою горизонтальним квершлагом. Виймання кімберліту роблять горизонтальними шарами знизу нагору з висотою. Після цього стовбур шахти поглиблюють на 200 м, весь цикл робіт повторюється [7].

Існуючі на даному етапі розвитку науки і техніки механічні способи розробки алмазоносних родовищ вимагають величезних капітальних вкладень, трудових витрат з врахуванням фактора часу, що знижує оперативність, а, відповідно, і доступність родовища.

Для підвищення доступності алмазоносних родовищ України пропонується застосування раціональної технологічної схеми розробки, що дозволить збільшити цінність родовища за рахунок використання супутніх компонентів, підвищити інтенсивність освоєння родовища і знизити техногенне навантаження на навколишнє середовище.

Комплексне освоєння родовищ передбачає розкриття алмазоносної трубки чи систем трубок підземними гірничими виробками до межі метаморфічних порід з породами древніх кристалічних формацій. Відпрацювання трубок по глибині ведуть добувними блоками, що складаються з вертикальних камер. Камери проходять за допомогою бурових установок HG-330SP. Рівень втрат корисної копалини в межах контурів добувного блоку в межах 8%. У кратерній частині трубки залишають запобіжний цілик, потужністю hц. Потім встановлюють параметри залягання і розміри трубки - запаси корисної копалини (рис. 3, 4).

Рис. 3. Структурні особливості залягання і конструктивні елементи алмазоносної трубки: 1-налягаючі породи; 2-автолитові брекчії; 4-запобіжний цілик; 6-межа з породами древніх формацій.

Рис. 4. Розкриття алмазоносної трубки підземними виробками: 7-верхня пачка вміщуючих порід; 9 і 10 вертикальні шахтні стовбури; 11 і 12-квешлаги; 13-капі-тальний штрек; 14-кільцевий штрек.

Розвідані запаси, З_р, т.

т. (3)

де - щільність кімберлітового матеріалу, т/м³.

Сумарні прогнозні запаси, З_П, т.

т. (4)

Прогнозні запаси, що не підлягають вилученню, З_Н т.

т. (5)

де - глибина відпрацювання трубки. Відстань від поверхні до границі економічно доцільної глибини розробки, м;

- потужність налягаючих порід, м;

- вертикальна потужність трубки, у межах якої здійснюють видобуток корисної копалини на першому етапі;

D_K - діаметр кратерної частини трубки, м; т - горизонтальна потужність охоронного цілика, що залишається в надрах, м;

d_Э - діаметр нижньої основи масиву кімберлітів.

Балансові запаси, що підлягають вилученню на першому етапі, т.

т. (6)

де - балансові запаси в запобіжному цілику, що підлягають вилученню на другому етапі відпрацювання трубки, т.

т (7)

Якість кристалосировини зростає з розвіданою глибиною трубки. Розкриття трубки здійснюють вертикальними шахтними стовбурами і квершлагами. З квершлагів проходять щонайменше один капітальний штрек, з якого проходять кільцевий штрек та нарізні виробки - орти. Комплекс для розробки алмазоносних трубок включає самохідний добувной агрегат, що складається з залізничної платформи, бурової установки (HG-330SP), і живильника для керованого впуску зруйнованої корисної копалини з виїмні камери [7].

Корпус інструмента виконаний у вигляді радіально встановлених консольних конструкцій, на робочій поверхні яких закріплені елементи різання у вигляді шарошок.

Складовим елементом комплексу є живильник з функцією штучного днища виїмної камери, виконаний у вигляді конусної дробарки з рухомим і нерухомим конусами.

Живильник оснащений жолобом і секторним затвором для випуску і навантаження в транспортний засіб корисної копалини (рис. 5).

Відпрацювання трубки ведуть у два етапи. На першому етапі здійснюють видобуток корисної копалини в дві стадії.

На першій стадії здійснюють виймання корисної копалини з зон, складених автолітовими бречкіями з високим вмістом алмазів.

Рис. 5. Елементи комплекса для розробки алмазоносних трубок в робочому положенні: породоруйнуючий інструмент, оснащений концентратором; живильник, встановлений у виїмній камері (штучне днище). 25-породоруйнуючий елемент; 26-піддон; 27-труба; 28-ріжучі елементи; 29-виїмна камера;30-живильник; 31-рухомий конус;33-нижня основа нерухомого конуса; 34-станина; 35- ущільнювач; 36- секторний затвір.

На другій стадії (рис. 6) здійснюють виймання з масиву, складеного ксенотуфобрекчіями, добувними блоками. Виїмні камери проходять шляхом розширення пілот-свердловин і магазинування корисної копалини.

Рис.6. Схема проходки свердловини великого діаметру в запобіжному цілику, представленому автолітовими брекчіями: а- розріз по свердловині великого діаметру (СВД); б-гідравлічне обладнання для проходки СБД; в-компресор; 40-СБД; 41-буровий агрегат; 42-насип; 43-пілот-свердловина; 44-випереджаюча голка; 45-породоруйнуючий інструмент; 46-бурова колона; 47-диспергатор; 48-трубопровід для стисненого повітря; 49-обертач; 50-вертлюг; 51-рукав; 52-віброгрохот; 53-високонапірний рукав; 54-компресорна станція; 55-обсадна колона; 56-приймальні вікна; 57-надрешітний матеріал; 58-ставок-відстійник; 59-насос; 60-трубопровід

На другому етапі здійснюють видобуток корисної копалини в межах запобіжного цілика шляхом розширення пілот-свердловин у напрямку до основи запобіжного цілика з використанням гідравлічних, гідромеханічних виконавчих органів для руйнування корисної копалини.

Вироблені простори виїмних камер, створюваних на першому і другому етапах, заповнюють твердіючим матеріалом, поданим через вустя пілот-свердловин. Здійснення видобутку корисної копалини в два етапи викликано необхідністю досягнення проектної продуктивності рудника за незначний період часу. Крім того, відпрацювання нижньої частини трубки на першому етапі дозволять наростити річний видобуток алмазів, вміст і цінність яких з врахуванням якісних характеристик кристалів збільшується з глибиною, за рахунок введення в експлуатацію необхідної кількості комплексів.

Виконання транспортної бази добувного комплексу у вигляді залізничної платформи дозволяє: розмістити бурову установку разом з устаткуванням на платформі, надавши останній мобільності, і робити цілорічний видобуток.

Два шахтних стовбури, пройдених за визначеною схемою, призначені для видачі кімберлітового матеріалу, спуску і підйому людей. Третій шахтний стовбур є вентиляційним і одночасно служить запасним виходом.

На період будівництва рудника, в експлуатації буде знаходитися дві бурові установки HG-330SP, що забезпечать річну продуктивність рудника, рівну 2 млн. тонн кімберлітового матеріалу:

R = P_Э·W = 1000000 ·2 = 2000000 тонн, (8)

де R - річна продуктивність рудника; W - кількість бурових установок, 2.

Кількість алмазів, вилучених на фабриці з добутого кімберліту:

І = R ·З = 2000000 ·1 = 2000000 карат, (9)

де З - середній вміст алмазів в одній тонні кімберлітового матеріалу, 1 кар./т.

Реалізована цінність алмазів:

А = І · Ц = 2000000 ·300 = 600 млн. дол., (10)

де Ц - мінімально можлива ціна одного карата неопрацьованих сирих алмазів складе 300 доларів США. Ціни на неопрацьовані алмази залежно від крупності і якості складають 340-1400 доларів США за один карат за цінами Центральної збутової організації (Лондон)[7]. Вартість сирих алмазів, вилучених при видобутку кімберлітового матеріалу традиційним способом:

А₁ = І · Ц₁ = 2000000 · 87 = 174 млн. дол., (11)

де Ц₁ - середня вартість 1 карата сирих алмазів у Росії, 87 дол/карат.

Річний обсяг прибутку від реалізації неопрацьованих алмазів, добутих підземним способом:

П = А - А₁ = 600 - 174 = 426 млн. дол. (12)

Сумарні експлуатаційні витрати на видобуток і збагачення кімберлітового матеріалу пропонованим способом, що рівні вартості сирих алмазів:

А₂ = Зо = R · (Sg + So) = 2000000 · (20+10) = 60 млн. дол.(13)

Очікуваний річний обсяг прибутку при використанні технології:

ПО = А - А₂ =A-Зо = 600 - 60 = 540 млн. дол. (14)

де Sg - витрати на видобуток однієї тонни кімберлітового матеріалу за пропонованою технологією, 20 дол./т; So - витрати на збагачення однієї тонни кімберлітового матеріалу, 10 дол./т. Збільшення прибутку в 2-3 рази може бути досягнуте за рахунок огранювання алмазів і виготовлення ювелірних виробів, як це робить компанія De Beers.

Збільшити доступність алмазоносного родовища дозволить і супутній видобуток мінеральної сировини, що за результатами геолого-знімальних і пошукових робіт мідь у Волинському регіоні складе з кожного з 4 рудних вузлів - 5-7 млн. тонн міді. А річний супутній видобуток дорогоцінних металів складе: золота - 684 кг; платиноїдів - 402 кг; срібла - 12560 кг.

Висновки

1. Через відсутність строгого наукового визначення поняття доступності мінерально-сировинних ресурсів рамки поняття розмиті.

Загальне лексичне значення поняття “доступність” у сучасній мові можна звести до двох аспектів:

а) стан готовності до участі в процесі і

б) можливість використання у вигляді прийнятності ціни.

2. Кількісною мірою приступності є відношення фактичної ціни товарного продукту до його розрахункової ціни, що забезпечує беззбитковий витяг і переробку мінеральної сировини.

3. Підвищення доступності родовища і економія забезпечується за рахунок геотехнологічної підготовки родовища, що що дозволить збільшити цінність родовища за рахунок використання супутніх компонентів, підвищити інтенсивність освоєння і знизити техногенне навантаження на навколишнє середовище.

Бібліографія

1. Великий тлумачний словник сучасної української мови / Уклад. і голов ред. В.Т. Бусел.-К.;Ірпінь: ВТФ “Перун”, 2004.-1440 с.

2. Academic Press Dictionary of Science and Technology / http://www.harcourt.com/dictionary/.

3. Мацко Н.А. Разработка методов оценки и управления динамической доступностью минерально-сырьевых ресурсов // М., 2002, ИПКОН РАН. Докт. дисс.

4. Трубецкой К.Н. Проблемы охраны окружающей среды в горнопромышленных регионах СССР // Перспективы развития горной промышленности: XV Международный горный конгресс. - Мадрид.-1992.-С.423-427.

5. Cooney J.P. Global mining: priorities in a politically challenging world // Mining Engineering.- 1996. - February. - PP. 21-24.

6. Гурский Д.С., Калинин В.И. Состояние и перспективы поисков коренных алмазных месторождений в Украине // Труды международной научно-практической конференции «Прогнозирование и поиски коренных алмазных месторождений». Симферополь: 2000.- С.6-9.

7. Черней Э.И., Постоловский Р.М., Калько А.Д. и др. Научные основы комплексного промышленного освоения недр. Т.2. Ровно: РИС КИСУ, 2002.- 764 с.

Размещено на Allbest.ru