ПРЕДИСЛОВИЕ
Горная наука, земля, природа и человек тесно взаимосвязаны. От того, какие технологии для разработки месторождений человек использует, какие результаты хочет получить, зависит и состояние земли, природы и его собственного здоровья. Логика подсказывает, что полезные ископаемые необходимо добывать так, чтобы сохранить землю и природу. Великий немецкий ученый Георг Агрикола (1494–1555), заложивший основы горного дела, вероятно, не мог предсказать, что добыча полезных ископаемых может причинить огромный и непоправимый вред земле, который столетиями будет напоминать потомкам о варварском отношении к ней – основе всего живого.
Рассмотрим состояние горнодобывающей промышленности Украины, имеющей колоссальные запасы ценных плодородных земель, на примере Кривбасса – одного из крупнейших горнорудных регионов мира. В 1970-е годы Кривбасс развивался экстенсивным путем как регион, дающий стране железо и прокат. Исходя из прежних задач народного хозяйства, для добычи кварцитов широкое применение нашел открытый способ разработки, наносящий огромный экологический ущерб региону и в целом Украине. Экологические показатели по ГОКам Кривбасса на 1.01.2002 г. составили (в скобках – суммарный ущерб, млн USD): безвозвратная потеря плодородных земель – 20,8 тыс. га (60,2); запыленность, засоленность плодородных земель, расположенных вокруг карьеров, внешних отвалов, хвостохранилищ, – 12,4 тыс. га (16,7); выбросы вредных веществ в атмосферу (пыль от взрывных работ, окись углерода, окислы азота, серный газ) – 912,9 тыс. т (17,9); загрязнение водных ресурсов – 3,5 млн м3 (2,84). Суммарный экологический ущерб оценивался в 97,6 млн USD.
Ежегодное плановое наращивание добычи ископаемых без учета потребности в металле привело к экономическому абсурду – 38 % производимого металла шло на производство металлоемкого горнодобывающего погрузочно-транспортного оборудования (на подземных работах эта доля составляет 4 %). Такая стратегия горнорудного производства в развитом сельскохозяйственном регионе привела отрасль в конце 1980-х годов в тупик. К 2000 г. отставание вскрышных работ от проектных объемов составило около 200 млн м3. Из 500 млн т разработанной на карьерах горной массы только 100 млн т (20 %) – руда и концентрат, а примерно 400 млн т (80 %) заскладированы в отвалы и хвостохранилища как отходы производства.
Существующие способы доработки глубоких карьеров малоэффективны, а промышленное использование новых способов открыто-подземной разработки практически свелось к нулю, погрязнув в научных спорах между специалистами по открытым и подземным работам. Отсутствие специалистов по комплексной разработке, а также своевременных проектных проработок привело к крайне нерациональной эксплуатации месторождений и огромному экологическому и социальному ущербу. За период с 1980 по 2003 г. число онкобольных возросло с 28 до 77 на 100 тыс. человек, а детская смертность увеличилась в 5,8 раза.
Между тем, разработанные отечественными учеными новые технологии горного производства мирового уровня, которые обладают высокой экономичностью и минимальным влиянием горных работ на природную среду, нашли применение в основном за рубежом. В Горной энциклопедии (М.: Сов. энцикл., 1987. – Т.3. – С. 80) отмечено: “… Из большого числа комплексных горных технологий, которые получают все более широкое применение в практике разработки месторождений, наибольшую перспективу имеет комплексная открыто-подземная разработка месторождений, позволяющая при существенном снижении общей себестоимости добычи полезных ископаемых развивать такие ее размеры, которые недоступны при обычной последовательной разработке месторождения открытым и подземным способами…”.
КОМПЛЕКСНАЯ РАЗРАБОТКА месторождений полезных ископаемых – взаимосвязанный технологический комплекс способов (открытый, открыто-подземный, подземный) выемки и переработки полезных ископаемых на экономически рациональную глубину и площадь месторождения (группы месторождений), обеспечивающий минимальное влияние горных работ на окружающую среду, безотходность и максимальную эффективность в течение всего периода отработки.
ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА – технологический комплекс открытых и подземных работ с последующим образованием между ними единого взаимосвязанного технологического пространства.
ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫЙ ЯРУС (ОПЯ) – открыто-подземная разработка полезных ископаемых между нижней границей карьера и подземным транспортным горизонтом с образованием между открытыми и подземными работами единого выработанного пространства.
Экономические расчеты, выполненные на основе фактических показателей, показывают, что последовательный переход на подземные работы после полного погашения карьера является не только нерациональным, но и наносит огромный ущерб окружающей среде. Это подтверждает и практика горных работ. Капитальные затраты на возобновление горных работ подземным способом при прекращении функционирования карьера (Учалинский, Сибайский и др.) возрастают на 28–36 % в сравнении с комплексной разработкой.
Тем ГОКам, которые достигли проектной мощности или находятся в стадии доработки, необходимо приостановить последующее изъятие плодородных земель, потому что те земли, которые заняты в настоящее время, достаточны для продолжения открытых работ до предельной глубины. Это невольно заставляет переходить на новые, более прогрессивные технологии комплексной разработки с внутренним отвалообразованием; в противном случае приведет к невозможности последующего углубления карьеров, полному прекращению горных работ и экономическому ущербу, исчисляемому в 40,7 млн USD.
Традиционная технология ведения открытых работ на глубоких горизонтах карьеров исчерпала свои возможности, поэтому необходимо внедрение более прогрессивных способов комплексной разработки, предусматривающих своевременную утилизацию максимальных объемов отходов горнорудного производства в выработанных пространствах, увеличение углов откосов нижних участков бортов карьеров с последующим их поддержанием в устойчивом состоянии пригрузкой вскрышными породами, подпорными целиками или соответствующим режимом открытых и подземных работ.
Улучшение экологической обстановки в регионах, поддержание мощностей по добыче руд и повышение эффективности горного производства возможны за счет комплексного способа разработки. Его применение позволяет втрое уменьшить площади нарушаемых земель, на 40 % – сброс загрязненных промышленных вод, в 5 раз – вредные выбросы в атмосферу, в 3 раза – экологический ущерб и только по Кривбассу получить экономический эффект в 112–113 млн USD. Для сравнения приведем экономические и экологические показатели комплексной разработки железорудных месторождений Курской магнитной аномалии (КМА). По данным Центрогипроруда (Россия), для условий действующего Южнолебединского карьера при равных годовых объемах добычи кварцитов площади изымаемых земель составили (открытая разработка / комплексная разработка), га: всего – 1015/466, в т. ч. под карьер – 157/106, под внешние отвалы – 858/360; объем разрабатываемой вскрыши – 323,5/155,1 млн м3. Экономический эффект составил 4,2 млн USD. На Приоскольском ГОКе проектные показатели следующие: себестоимость добычи, USD/т – 1,66/1,66; основные производственные фонды, млн USD – 138,9/233,4; рентабельность ГОКа – 8,4/9,8; срок окупаемости капитальных вложений, лет – 12,4/9,4; годовая прибыль, млн USD – 52,9/97,1.
Институтом геологических наук НАН Украины проведено экономико-экологическое сравнение открытой и комплексной разработки месторождений кварцитов действующих ГОКов Кривбасса и Полтавского ГОКа (открытая разработка/комплексная разработка): суммарный объем добычи кварцитов, млн т в год – 90/90; годовые объемы вскрыши, млн м3 – 64,2/16,5; площади изымаемых земель, тыс. га – 360,5/72,1; экологический ущерб, млн USD в год – 33,4/12,5; экономический эффект, млн USD в год – 0/37,4.
В
промышленно развитых странах – США,
Канаде, Австралии, Японии, Германии,
Франции и др. – законодательно закреплено,
что при освоении недр фотографии
ландшафтов до разработки месторождения
и после должны быть идентичны.
В
связи с этим горнодобывающие компании
отказываются от ведения открытых работ,
поскольку затраты на природовосстановительные
мероприятия составляют 10–15 % суммарной
прибыли от реализации готовой продукции.
Поэтому такие страны, как Япония, США,
Чехия, Канада при разработке небольших
месторождений цветных металлов
используют технологию разработки
колодцами с последующим формированием
выработанных пространств под нефте- и
газохранилища.
В 2002 г., по данным журнала World Mining, средняя достигнутая глубина карьеров при разработке полиметаллических месторождений составляла 160 м, затем осуществлялся переход на открыто-подземные работы с последующим использованием выработанных пространств карьеров для проходки подземных стволов, съездов, штолен и вентиляционных восстающих. Транспорт карьеров и их коммуникации также использовали для выдачи руды на поверхность. Кроме того, по мере развития открытых работ заблаговременно осуществляли подготовку к открыто-подземным работам, т. е. реализовывали на практике плавный переход, сохраняя годовые объемы добычи руды и непрерывную работу обогатительных комбинатов.
Технологические принципы, используемые для повышения эффективности комплексной разработки:
• ведение открытых и открыто-подземных работ с использованием карьерной техники и транспорта по контурам крутопадающих залежей с доведением коэффициента вскрыши до нуля и последующим управлением геомеханическим состоянием с помощью технологических приемов: формирование подпорных или распорных целиков или искусственных призм из твердеющей закладки, определенный порядок отсыпки внутреннего отвала, ведение БВР с минимальным уровнем сейсмичности, оптимизация времени нахождения обнаженного горного массива в предельном состоянии;
• разделение карьерного поля значительной протяженности на несколько зон: интенсивной отработки карьера, открыто-подземных работ, внутреннего отвалообразования и подземных работ. Это позволяет уменьшить транспортные расходы на 20–60 % и, соответственно, увеличить прибыль, поддерживать производственную мощность комбинатов на заданном уровне;
• своевременное формирование подземного и открыто-подземного выработанного пространства для доставки и его заполнения хвостами обогащения и вскрышными породами;
• формирование нерабочих бортов карьера и открыто-подземного яруса не по технологическому условию со схемой “уступ – берма”, а по условию предельной устойчивости с последующим управлением и поддержанием выработанного пространства технологическими приемами и созданием нетрадиционных способов обеспечения безопасности горных работ.
Особое место в комплексной разработке месторождений занимает проблема комплексной переработки минерального сырья, относящаяся к завершающей стадии эксплуатации месторождений – переработке добытого полезного ископаемого, а также разработке техногенных месторождений (отвалов, хвостохранилищ и т. п.). Непрерывно увеличивается количество извлекаемых из минерального сырья попутных ценных компонентов и редких элементов. Если в 1970 г. из руд черных и цветных металлов извлекалось около 35 полезных компонентов, то к 2003 г. их число достигло 82. Капиталовложения на комплексную переработку действующими предприятиями окупаются вдвое-втрое быстрее, чем на вновь строящихся. За счет извлечения попутных компонентов экономическая эффективность возрастает в 2–3 раза.
Мировой опыт по переработке железных руд показал, что наиболее часто извлекаемыми попутными металлами являются титан, ванадий, кобальт, фосфор, платина [ванадий – Качканарский ГОК (Россия), Отонмяки (Финляндия); кобальт – Грейс (США); медь – Тексада (Канада), Уиксон (Марокко)].
Обзор научных и промышленных исследований показал, что реальные возможности для извлечения редких и цветных металлов из отходов горно-металлургического производства существуют. Из хвостохранилищ общим объемом 2,6 млрд м3 можно извлечь железо, висмут, скандий, гранаты. Промышленные воды металлургического производства с годовым объемом сброса 1,5 млн м3 содержат, мг/кг: железо, алюминий – 30; цинк – 100; никель – 50; хром – 75; медь – 40; кобальт, золото – 10. В пылегазовых отходах металлургического производства также содержатся железо, алюминий, цинк, хром, серебро, золото.
Учитывая отсутствие отечественных технологий и соответствующего оборудования по извлечению ценных компонентов при огромных запасах отходов для переработки, актуальным является использование известных технологий ведущих зарубежных фирм и организация совместных предприятий.
В свете изложенного для горнодобывающих предприятий, разрабатывающих крутопадающие месторождения, простирающиеся на глубину свыше 400 м, целесообразно:
1. Рассмотреть в технических проектах действующих ГОКов схемы вскрытия и системы открыто-подземной и подземной разработки руд, залегающих за границами действующих карьеров на экономически рациональную глубину и по всей площади их залегания.
2. Изучить возможность на уровне технических проектов экономически эффективной подземной доработки руд в нерабочих бортах и за контурами действующих карьеров на небольших глубинах (60…350 м) с максимальным использованием транспортных коммуникаций карьеров и их оборудования, а также использованием выработанных пространств для проходки вскрывающих штолен и наклонных съездов.
3. Определить технологическую возможность формирования в нерабочих торцах карьеров внутренних отвалов и последующую отработку запасов руд под отвалами системами с обрушением, апробированными в промышленных условиях.
4. Рассмотреть технологическую возможность открыто-подземных работ или формирования открыто-подземного яруса на затухающих и отработанных карьерах с использованием их выработанных пространств, транспортных коммуникаций, бурового и транспортно-погрузочного оборудования.
5. Скорректировать технические проекты на разработку месторождений, предусматривающие только открытый способ разработки и не предусматривающие отработку месторождений на полную глубину и по всей площади с использованием открыто-подземных и подземных работ.
В заключение отметим, что комплексная разработка месторождений позволит сохранить не только окружающую среду за счет своевременного размещения максимальных объемов отходов горно-металлургического комплекса в выработанных пространствах, сокращения площадей изымаемых земель и полного извлечения ценных компонентов из разрабатываемых пород и руд, но и снизить на 26–38 % в среднем по одному ГОКу (на 60–80 млн USD) капитальные затраты на организацию: единой схемы вскрытия, осушения, проветривания, электроснабжения; общей для открытых и подземных работ базы ремонта карьерного и шахтного оборудования; общего управленческого аппарата; единого диспетчерского пункта. Данный способ исключает демонтаж и снос промышленных и жилых объектов, повторную разработку внешних отвалов, а также консервацию балансовых запасов руд на длительные сроки.
Технология комплексной разработки месторождений соответствует мировому уровню экологичности, безотходности и эффективности, находя все большее распространение на горнодобывающих предприятиях мира.
* * *
В написании отдельных параграфов основных глав книги приняли участие:
3.1, 3.2 – Гушко П. И., 3.3 – Корнев В. Ю., 3.4. – Гордин Д. В.,
главы
4 – Сазонов
А. В.,
главы
7 – Архипов
А. В.,
Аминов
В. Н.,
главы
8 – Авилова
Т. Н.,
8.5
– Котельников
В. М.,
Щавинский
Г. В.,
9.1
– Колодезнев
А. С.,
9.2
– Прилипенко
Е. Д.,
главы
11
–
Бент
О. И.,
Макогон
В. Ф.,
Польской
Р. Ф.,
главы
12 – Дмитриенко
А. И.,
Дудниченко
Л. И.,
Козырь
Н. И.,
Бондаренко Л. П., Комянский Н. П., Сазонов А. В., Харитонов Э. В.
