Содержание к диссертации
Введение
Состояние минерально-сырьевой базы Якутии и перспективы ее освоения в современных условиях 16
1.1. Сравнительный анализ качества отдельных видов минерального сырья с ведущими странами мира 17
1.2. Характеристика минерально-сырьевой базы Республики Саха (Якутия) 20
1.3. Отражение развития горных наук в эффективности освоения недр 32
1.4. Состояние и перспективы развития горнодобывающей промышленности Якутии 41
Цель и задачи исследований 57
Исследование уровней геологической и горно-экономической кластеризации месторождений 59
2.1. Общие понятия и определения 59
2.2. Геологические предпосылки образования кластеров на россыпных и рудных месторождениях 62
2.3. Кластерная организация россыпных месторождений 63
2.4. Кластерная организация коренных месторождений 73
2.5. Факторы перехода геологических (природных) кластеров месторождений в категорию горно-экономических 80
Повышение надежности выявления уровней кластерной организации месторождений 90
3.1. Моделирование изменчивости затрат при разработке место рождений в зависимости от уровня их разведанности 91
3.1.1. Оптимальная плотность геологических наблюдений 93
3.1.2. Суммарные затраты и потери при оптимальной плотности разведочной сети
3.1.3. Степень влияния отклонений плотности разведочной сети от оптимальной плотности 100
3.2. Оценка систематических ошибок в подсчете запасов руд и песков и прогноза прибыли при освоении месторождений кластерного строения 104
3.3. Эффект пересортицы при опробовании и поблочной оценке запасов 113
3.4. Представительное опробование и статистическое обследование запасов месторождений кластерного строения 123
3.5. Совершенствование системы представительного эксплуатационного опробования рудных и россыпных месторождений
как важнейшего геотехнологического процесса их разработки 130
3.5.1. Экспериментально-аналитический метод определения объема геологической пробы заданной представительности 130
3.5.2. Примеры и интерпретация экспериментально-аналитического определения объема представительной пробы 134
4. Комплексная оценка геотехнологических мер повышения эффективности разработки месторождений 150
4.1. Общие положения 150
4.2. Причины, следствия и альтернативы минерально-сырьевой направленности экономики Якутии 153
4.3. Анализ важнейших стратегических резервов повышения производительности труда при разработке рудных месторождений 160
4.4. Оценка степени необходимого превышения производительности труда в условиях Якутии по сравнению с конкурентами в средних широтах 169
4.5. Выбор критерия эффективности горного производства 172
4.6. Оценка характера и степени влияния агрегированных факторов на эффективность разработки месторождений
4.6.1. Изменение цены продукта при прочих неизменных факторах 180
4.6.2. Рост затрат при прочих неизменных условиях 185
4.6.3. Одновременное изменение цены и затрат 186
4.6.4. Изменение среднего содержания полезного компонента
при прочих неизменных условиях 187
4.6.5. Повышение коэффициента извлечения полезных компонентов из добытых руд и песков 189
4.6.6. Уменьшение потерь и разубоживания полезного ископаемого при добыче 192
4.6.7. Влияние аварийных простоев 193
Обоснование и оценка основных геотехнологических мероприятий повышения эффективности разработки месторожде ний с кластерной организацией 198
5.1 Нетрадиционное понятие разубоживания руд и песков и основные технологические следствия его учета при разработке месторождений кластерного строения 198
5.2 Особенности разработки месторождений кластерного строения
5.2.1. О неоднозначности пространственного распределения качества запасов месторождения статистическому распределению и основные следствия этого явления 205
5.2.2. Классификация месторождений с кластерной организацией 216
5.2.3. Варианты разработки месторождений с кластерной организацией 221
5.3 Развитие комбинированных геотехнологий как основа эффек
тивной разработки месторождений кластерного строения 228
5.3.1. Сравнительный анализ развития комбинированных геотехнологий при освоении месторождений в мире и Якутии. 228
5.3.2. Синтез новых концепций и геотехнологий разработки рудных и россыпных месторождений. 234
5.4 Оценка эффективности возможных технологических решений в нестабильных условиях функционирования предприятия 239
Заключение 250
Список использованных источников
- Отражение развития горных наук в эффективности освоения недр
- Геологические предпосылки образования кластеров на россыпных и рудных месторождениях
- Суммарные затраты и потери при оптимальной плотности разведочной сети
- Анализ важнейших стратегических резервов повышения производительности труда при разработке рудных месторождений
Введение к работе
Актуальность. Экономика большинства субъектов Российской Федерации, особенно северных территорий, связана с развитием горнодобывающей промышленности.
На огромной территории Северо-Востока России, в частности Якутии, при ее недостаточной изученности, разведана и прогнозируется уникальная по масштабам и разнообразию минерально-сырьевая база (МСБ). Качество запасов и прогнозных ресурсов многих полезных ископаемых сопоставимо со средним качеством запасов подобного сырья в мире, а в ряде случаев (сурьма, ниобий и др.) превосходят их. Однако, в 90-ые годы прошлого века, в условиях перехода к рыночной экономике, более 50% разведанных запасов основных видов полезных ископаемых оказались неконкурентоспособными к освоению. Оставшиеся рентабельные к разработке участки (блоки) оказались раздробленными, разобщенными, что влечет за собой не только снижение общих запасов месторождений, но и технологические трудности при их освоении.
В этих условиях большую актуальность приобретает проблема существенного (в 2-3 раза) повышения эффективности освоения минерально-сырьевых ресурсов. Помимо поиска новых, конкурентоспособных месторождений, весьма значительна роль горнодобывающей промышленности в расширении доли активных запасов уже разведанных месторождений за счет разработки и внедрения новых техники и технологий опробования и оценки запасов, добычи и переработки сырья.
Проблема повышения эффективности воспроизводства, использования и сохранения недр особенно актуальна для северо-восточных регионов РФ, в том числе Республики Саха (Якутия) (РС(Я)), вследствие слабой инфраструктурной подготовки территорий, удаленности перерабатывающих производств и потребителей продукции и многих других удорожающих факторов (суровые природно-климатические условия, наличие вечной мерзлоты и т.д.). Для этих регионов минерально-сырьевой комплекс (МСК) еще долгие годы будет определяющим в социально-экономическом развитии.
Основой диссертационной работы послужили результаты многолетних исследований, выполненных автором в качестве ответственного исполнителя и исполнителя плановых госбюджетных НИР ИГДС СО РАН № гос. рег. 01829004075; 01.960.009246; 01.960.009247; 01.200.115732; 0120.0408610; 01.2.00706516 (1985–2008 гг.); проектов РФФИ «Арктика», № 00-05-96210 (2001-2003 гг.) и «Дальний Восток», № 06-05-96120 (2006-2008 гг.); РНТП РС(Я) (1994-2006 гг.); хозяйственных договоров с Минцветмет, Главалмаззолото, ПГО «Якутскгеология» и др.
Целью работы является повышение эффективности, конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности разработки рудных и россыпных месторождений северных и северо-восточных регионов РФ за счет учета особенностей и закономерностей их кластерного строения.
Основная идея работы заключается в выявлении и обосновании геотехнологических резервов повышения эффективности освоения рудных и россыпных месторождений полезных ископаемых кластерного строения за счет повышения точности картирования запасов и горно-геологических условий разработки, обеспечивающих снижение объемов добычи и переработки некондиционных руд и песков на всех процессах и операциях горного производства при максимальном извлечении из недр полезных компонентов.
Задачи исследований:
-
Оценить современное состояние МСБ рудных и россыпных месторождений Северо-Востока РФ (на примере Якутии), условия их эффективного освоения с учетом современных тенденций развития горного дела и выявить основные предпосылки кратного повышения производительности труда (выработки продукции на одного занятого).
-
Выявить причины случайных и систематических ошибок в подсчете и размещении запасов руд и песков и разработать методы представительного эксплуатационного опробования рудных и россыпных месторождений, обеспечивающих оптимальный уровень достоверности их оценки при разведке и эксплуатационном опробовании.
-
Исследовать уровни геологической и горно-экономической кластеризации коренных и россыпных месторождений и степень ее влияния на геотехнологические и экономические аспекты добычи и переработки руд и песков.
-
Разработать методику оценки характера и степени влияния основных агрегированных (комплексных) факторов (производительности, среднего содержания, коэффициентов извлечения, потерь и разубоживания, цены конечного продукта, совокупных затрат на единицу конечного продукта, вероятности аварийных простоев) на эффективность горного производства.
-
Разработать классификацию месторождений кластерного строения на основе нетрадиционного понятия разубоживания руд и песков (геолого-экономического) и выявить основные технологические следствия его учета при разработке.
-
Обосновать основные геотехнологические мероприятия, направленные на минимизацию объемов добычи и переработки некондиционных кусков и порций руд и песков при максимальном извлечении из недр полезных компонентов.
-
Провести анализ современного состояния развития комбинированных геотехнологий в мировой горной промышленности, исследовать и спрогнозировать потенциальные эффективные комбинации известных и новых элементов в создании комбинированных геотехнологий, адекватных условиям освоения рудных и россыпных месторождений кластерного строения.
Методы исследований. При выполнении работы использовались методы планирования натурных и лабораторных экспериментов, статистической обработки результатов экспериментальных и опытно-методических работ, математического моделирования, обобщения и синтеза знаний в теории и практике освоения недр, теоретические и графоаналитические методы исследования.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
-
В условиях удаленности, слабой инфраструктурной подготовки территорий и других удорожающих факторов эффективное освоение минерально-сырьевых ресурсов рудных и россыпных месторождений северных и северо-восточных регионов России, в частности Якутии, не может быть достигнуто без коренных геотехнологических и организационно-технических мероприятий, обеспечивающих кратное (в 2-3 раза) увеличение производительности труда при существенном снижении удельных затрат по конечной продукции.
-
Кластерное строение, характерное для большинства рудных и россыпных месторождений, особенно северных и северо-восточных регионов РФ, предопределяет особые требования к их рациональной разработке, направленные на повышение точности прогноза изменчивости горно-геологических условий разработки и минимизацию объемов переработки некондиционных кусков и порций руд и песков на всех процессах и операциях горного производства.
-
Разработанные методы представительного эксплуатационного опробования рудных и россыпных месторождений, базирующиеся на расчете объемов геологических проб необходимой и достаточной представительности и с учетом характеристик текстуры среды опробования, позволяют существенно повысить точность информации о пространственном распределении количества и качества запасов, главнейших горно-геологических условий добычи и переработки руд и песков, снизить экономические риски горного производства.
-
Методика комплексной оценки характера и степени влияния основных горно-геологических и других агрегированных факторов на эффективность (прибыльность) горного производства является достаточно эффективным инструментом комплексной системы тактического и стратегического управления как на уровне отдельных действующих, реконструируемых, строящихся и проектируемых горных предприятий, так и на уровне отрасли в регионе, позволяющим принимать стратегические и оперативные решения в условиях изменчивой горно-геологической обстановки и внешней среды при освоении месторождений.
-
Реализация комплексных геотехнологических мероприятий, направленных на снижение негативного влияния геолого-экономического разубоживания на этапах добычи и подготовки сырья к обогащению, является одним из главных резервов повышения эффективности освоения рудных и россыпных месторождений кластерного строения.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием современных методов исследования, представительным объемом статистической информации и удовлетворительной сходимостью результатов исследований и расчетов с экспериментальными и производственными данными.
Научная новизна.
Дано обоснование степени необходимого (в 2-3 раза) уровня превышения производительности труда (выработки продукции на одного занятого) при освоении месторождений северных и северо-восточных регионов России по сравнению с аналогами средних широт.
Впервые, совместно с бывшим ПГО «Якутскгеология», выявлены причины и проведена системная оценка ошибочной геометризации содержаний, гранулометрического состава и запасов полезных компонентов; мощности продуктивных пластов и торфов; форм, размеров и размещения природных кластеров содержаний и запасов полезных компонентов на россыпных месторождениях алмазов, золота и олова.
Выявлены важнейшие факторы, определяющие переходы геологических (природных) кластеров в категорию горно-экономических, что является основой для принятия решений о валовой, либо селективной разработке участков месторождений.
Показано, что особенности кластерного строения абсолютного большинства россыпных и рудных месторождений, при котором участки кондиционных руд и песков (кластеры) в объеме занимают 10-30% и редко 60%, заключая в себе до 85% и более запасов металла (минералов), следует учитывать при разработке технологических схем, направленных на минимизацию добычи и переработки некондиционных кусков и порций руд и песков.
Разработаны и апробированы на месторождениях Якутии, аналитические и экспериментально-аналитические решения научно-практической задачи обоснования и расчета представительной геологической пробы и сети опробования при разведке и эксплуатационном опробовании россыпных и рудных месторождений.
Разработана аналитическая модель относительного изменения эффективности горного производства при изменении основных агрегированных (комплексных) внешних и внутренних факторов, являющаяся простым и доступным инструментом в выработке стратегических и тактических решений (правовых, экономических, организационно-технических, геотехнологических) при освоении месторождений как на уровне горнодобывающего предприятия, так и региона, и отрасли в целом.
Введено новое понятие геолого-экономического разубоживания, которое, в отличии от традиционного, учитывает наличие пустых пород и некондиционных руд и песков в балансовых запасах и на этой основе предложены классификация месторождений с кластерной организацией и потенциально возможные варианты их рациональной разработки.
Показано, что среди выявленных новых элементов перспективных комбинированных геотехнологий для разработки месторождений кластерного строения, значительное место по праву занимают развиваемые в диссертации следующие концепции: развития и эффективного использования минерально-сырьевой базы рудных и россыпных месторождений; кластерной организации месторождений; системного анализа неполноты, неопределенности, необходимой и достаточной представительности и точности важнейшей горно-геологической информации о георесурсе; эксплуатационных кондиций, динамических во времени и дифференцированных в пространстве месторождения; модернизации существующих и создания новых комбинированных процессов и технологий преобразования георесурса в продукты.
Практическое значение работы заключается в разработке научно-методических основ комплексной оценки потенциальных резервов повышения эффективности воспроизводства, использования и сохранения минерально-сырьевых ресурсов при освоении россыпных и рудных месторождений кластерного строения, которые могут быть использованы при выборе рациональной стратегии и тактики освоения рудных и россыпных месторождений на уровне региона, отрасли и отдельного горнодобывающего предприятия, определении приоритетных направлений исследований в области геотехнологий освоения месторождений, а также представляется необходимым учитывать при обновлении нормативно-методических документов («Требования к обоснованию достоверности опробования рудных месторождений», «Временные требования к сопоставлению данных разведки и разработки месторождений твердых полезных ископаемых», «Требования к комплексному изучению месторождений и подсчету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов», «Требования к комплексному изучению месторождений и подсчету полезных и вредных компонентов» и др., ряда стандартов).
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке и реализации: «Федеральной Программы социально-экономического развития Республики Саха (Якутия) на период 1995-2005 г.г.» по разделу «Комплексное использование природных ресурсов»; «Программы реконструкции действующих и строительства новых золотодобывающих предприятий РС(Я) на период до 2000 года»; «Федеральной целевой Программы производства золота и серебра в России на период до 2000 года»; «Основных направлений социально-экономического развития РС(Я) до 2010 года», решений ряда республиканских совещаний и научно-практических конференций, а также при подготовке ряда Постановлений Правительства РС(Я) по вопросам недропользования в регионе.
Личный вклад автора состоит: в постановке задач, разработке методик и программы исследований; в сборе, обработке, анализе, обобщении и интерпретации статистических данных; в первичной экспертной оценке на уровне сравнительного анализа минерально-сырьевой базы рудных и россыпных месторождений Якутии; в постановке опытно-методических работ по представительному опробованию запасов рудных и россыпных месторождений и интерпретации их результатов; в разработке и реализации результатов исследований.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались: на Международных конференциях, совещаниях, конгрессах «Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых» (г. Новочеркасск, 1995, 1997 гг.), «Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения)» (г. Екатеринбург, 1998 г.), «Минеральные ресурсы рудного и нерудного сырья Сибири в XXI веке» (г. Новосибирск, 1999 г.), «Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов» (г. Хабаровск, 2000 г.), «Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов» (г. Волгоград – Пермь, 2001 г.), «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (г. Новосибирск, 2001 г.), «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2004, 2006 гг.), «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (г. Якутск, 2005 г.), «Недропользование. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых» (Новосибирск, 2006 г.), «Проблемы комплексного освоения георесурсов» (г. Хабаровск, 2007 г.); выездной научной сессии Научного совета РАН по горным наукам (г. Пермь, 2007 г.); научных семинарах и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН, республиканских научно-практических конференциях (г. Якутск, 1986, 1987, 2003-2006 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 45 опубликованных работах, включая монографию, из них 14 – в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 291 наименования. Общий объем работы включает 280 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 40 таблиц и приложение.
Автор весьма признателен научному консультанту доктору технических наук, профессору С.А. Батугину за постоянную поддержку и помощь на всех этапах многолетних исследований; членам-корреспондентам РАН М.Д. Новопашину и В.Л. Яковлеву за проявленное внимание, творческие и организационные советы; своим коллегам Е.Д. Черному (АК «АЛРОСА»), Г.С. Иванову (Госкомитет по геологии и недропользованию РС(Я)), Е.Ф. Маликову, В.М. Федорову (Минпром РС(Я)), Н.С. Батугиной, И.Д. Джемакуловой и многим другим сотрудникам ИГДС СО РАН за помощь при проведении исследований.
Отражение развития горных наук в эффективности освоения недр
Из приведенных в таблицах 1.1 - 1.5 данных видно, что качественные характеристики различных типов минерального сырья в месторождениях Якутии не уступают, а по отдельным видам и превосходят мировые показатели.
Вместе с тем, в условиях Северо-Востока РФ, в частности Якутии, наличие минерально-сырьевой базы сопоставимой по качественным показателям с лучшими мировыми месторождениями не является достаточным условием для эффективной разработки месторождений в силу ряда специфических условий (природно-климатических, слабо развитой инфраструктуры, большой удаленности от центров потребления и переработки и т.д.).
Якутия располагает большим набором различных полезных ископаемых и в значительных объемах. Прогнозные запасы углей составляют четверть запасов РФ, вероятные запасы нефти — около 15%, достоверные запасы природного газа - 2%, а потенциальные - 3%, запасы торфа и сапропеля -около 10%, золота — 20%, олова - 40%, сурьмы — 75%, разведанных запасов вольфрама - 9% и прогнозных - 15%, установленных запасов ниобия - 8%, промышленных запасов каменной соли - 2% и фосфатов - 10%, разведанных запасов железной руды — около 15%. Имеются и прогнозируются существенные запасы серебра, цеолитов, редкоземельных металлов, марганца, драгоценных, полудрагоценных и поделочных камней, разнообразных строительных материалов и др. В настоящее время в Якутии сосредоточены основные балансовые запасы и прогнозные ресурсы алмазов.
Имеются разные оценки потенциальной ценности минерально-сырьевых ресурсов России. Так, в работе «Минеральные ресурсы...» [8] валовая ценность минерально-сырьевого потенциала России оценивается в 117 трлн. руб. (в ценах 1991 г.). На долю разведанных запасов при этом приходится всего 10,4%. Структура валовой ценности такова: топливно-энергетическая группа полезных ископаемых составляет 86,4% (в том числе уголь - 75,4%о), черные металлы - 3%, цветные металлы - 6,8%, нерудное сырье - 3,8%. Сибирь и Дальний Восток - основная кладовая всех полезных ископаемых России (86,7% их общей стоимости). Здесь находятся почти 100% запасов алмазов, 95%) - олова, 88% -сурьмы, 63% - ртути, 41% - плавикового шпата, 24% — вольфрама, 10% - апатитов, 9% - самородной серы, 8% - свинца, 9% - угля, 8% - железных руд, 4% - цинка, имеются запасы нефти, газа и других полезных ископаемых. На долю Дальневосточного района приходится 34% валовой ценности минерально-сырьевого потенциала России [8]. По другим оценкам, потенциальная ценность минерально-сырьевых ресурсов России в мировых ценах превышает 350 трлн. долл., в том числе извлекаемых - 225 трлн. долл. [9].
По данным бывшего Председателя Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр В.П. Орлова, валовая потенциальная ценность разведанных и оцененных балансовых запасов (категории А+В+С1+С2) основных видов полезных ископаемых России в ценах мирового рынка по состоянию на 01.01.92 г. составила 28,56 трлн. долл. США [10]. В этой структуре явно преобладает ценность запасов газа, угля, нефти. Ценность прогнозных ресурсов МСБ России составляет около 140 трлн. долл. США. Ежегодно из недр России добываются полезные ископаемые валовой ценностью 170-175 млрд. долл. США [11].
Валовая потенциальная ценность разведанных запасов Якутии по основным видам полезных ископаемых во внутрисоюзных ценах 1990 г. (по данным [12]) составила 583 млрд. руб., а разведанных запасов и прогнозных ресурсов, по нашим оценкам, в 1995 г. в мировых ценах - около 4000 млрд. долл. США. В структуре валовой потенциальной ценности минерально-сырьевых ресурсов РС(Я), как и России в целом, преобладает доля топливно-энергетических ресурсов.
Геологические предпосылки образования кластеров на россыпных и рудных месторождениях
В Якутии сейчас практически нет месторождений, пригодных для освоения традиционными технологиями разведки, добычи и переработки минерального сырья. Особенно остро встает проблема разработки новых, нетрадиционных технологий под имеющееся минеральное сырье [53, 54 и др.].
При оценке уровня комплексности переработки и использования полезных ископаемых в РС(Я) следует обратить внимание на тот факт, что извлекаемая ценность попутных компонентов, в основном, составляет 10-50% потенциальной ценности [19, 55, 56].
Большинство рудных полезных ископаемых проходят три стадии передела: горный, обогатительный и металлургический. Отметим, что в среднем общая сумма потерь основных и попутных металлов составляет около 50% подсчитанных в недрах. При этом на горный передел приходится 10-25%, обогатительный - 60-80% и металлургический — 5-10% общих потерь. Извлечение золота в концентраты даже на ведущих зарубежных предприятиях составляет в среднем (при традиционных технологиях) 34-92%. В ЮАР в 80-е годы прошлого столетия из руды извлекалось 75-85% золота, из хвостов - 25-55%, из текущих хвостов цианистых заводов - 20-35%. Извлечение золота из руд на основе передовых сорбционных технологий с использованием активированных углей составляет 70-96%, а при кучном выщелачивании -50-75% [2, 57-60]. Извлечение ниобия (Nb205) в концентрат 50-70% считается приемлемым, а 80% - весьма высоким. Извлечение ниобия из концентрата на дальнейших стадиях передела считается вполне приемлемым, если оно достигает 75-85% [61].
Одна из важнейших особенностей освоения месторождений Якутии состоит в том, что здесь в районах разработки на промышленных приборах и обогатительных фабриках получают пока металлсодержащие концентраты, металлургическая переработка которых велась и ведется далеко за пределами республики. Например, депутатские оловоконцентраты перерабатывались на заводе в Новосибирске и находились в пути от станции отправления до места глубокой переработки в среднем год. Часть концентратов перевозилась самолетами. Качество концентрата было низким (содержание олова - до 40%), извлечение олова в концентрат из руд составляло 62-85%, а из песков - до 95%.
Сегодня перевозки на дальние расстояния стали весьма дорогими. Они будут значительно дешевле, если содержание олова в перевозимом концентрате повысить в 1,5-2,0 раза. Но, к сожалению, это всегда достигается ценой уменьшения коэффициента извлечения полезного компонента в концентрат.
Сурьмяные концентраты на переработку доставлялись на Кадамжай-ский завод (бывшая Киргизская ССР). И здесь ситуация подобная.
Дальнейшее освоение месторождений олова, сурьмы, планируемое и прогнозируемое освоение многих других рудных месторождений требует решения сложнейших вопросов - обоснования рационального местоположения центров глубокой переработки металлосодержащих концентратов и выбора оптимальных показателей добычи, обогащения и металлургической переработки руд (потери, разубоживание, извлечение металла в концентрат, выход и качество концентрата, глубина переработки и др.).
До последних лет прошедшего века в республике добывалось ограниченное число разных видов полезных ископаемых. Это, в основном, золото, алмазы, олово, сурьма, слюда и уголь. В последние годы начали добывать газ и нефть.
Освоение недр ведется выборочно как по видам полезного ископаемого, так и по месторождениям одноименного полезного ископаемого. Переход к рыночной экономике без должного государственного регулирования еще в большей степени увеличит избирательность, и будут осваиваться редкие достаточно рентабельные участки месторождений. Эти месторождения, будучи выведенными (отрабатываемыми, отработанными) из природного минерального комплекса, существенно его обедняют, так как наиболее эффективным было бы не последовательное, а комплексное, параллельное освоение группы месторождений разноименного минерального сырья.
Для иллюстрации подобной ситуации можно привести следующие примеры. В Якутии, как и во многих других регионах современной России, еще с 50-60 годов прошлого столетия известны россыпные месторождения циркона, монацита, ксенотима, куларита и других полезных компонентов, расположенных, в том числе, и в районах интенсивной, в недавнем прошлом, золотодобычи. Куларит и другие полезные компоненты часто являются попутными компонентами при разработке золотоносных россыпей. Многие отработанные и разрабатываемые россыпные месторождения при их разведке не были оценены в должной мере на редкие и другие металлы. В многотоннажных эффелях (отходах горного производства при разработке россыпных месторождений золота) до настоящего времени в большинстве случаев не оценены содержания золота и попутных ценных компонентов. В то же время потенциальная ценность, например, куларита, в нескольких отработанных россыпях золота в Куларском золотоносном районе Якутии была сравнима с ценностью извлекаемого золота (а в ряде случаев и выше).
Для отработанных и отрабатываемых россыпных месторождений золота характерна следующая ситуация. Мелкое (от 0,25 до 0,1 мм) и тонкое (мельче 0,1 мм) золото в россыпных месторождениях часто составляет весьма большой процент: 50-60% и более (до 95-100%) [62]. Извлечение тонкодисперсного золота в большинстве случаев и до настоящего времени затруднительно из-за несовершенства и недостаточной эффективности технологии.
Суммарные затраты и потери при оптимальной плотности разведочной сети
Для оценки возможности эффективной разработки того или иного месторождения необходимо учесть многие другие как горно-геологические, так и, особенно, технологические факторы. Разведка месторождения, добыча и переработка руд - процессы многооперационные и каждый процесс, каждая операция даже в одних горно-геологических условиях обладают определенным разнообразием в методах, технике, организации и эффективности. К тому же именно здесь имеют место непрерывная модернизация и существенные качественные изменения. Таким образом, различных условий разведки, добычи и переработки полезных ископаемых практически необозримое множество даже без учета месторождений топливно-энергетического сырья, россыпных месторождений и перспектив освоения техногенных и природных нетрадиционного типа месторождений, а также георесурсов морских и океанских глубин.
Ежегодное возрастание глубин горных работ, устойчивая тенденция снижения содержаний полезных компонентов в отрабатываемых запасах, возрастающие потребности измельчения тонковкрапленных руд до 50 мкм и тоньше, растущие требования к охране окружающей среды и комплексному освоению и сохранению недр создают качественно новые условия, влияющие на все процессы горного производства, кратно увеличивая количество задач, требующих неотложного решения. Первым из важных следствий необозримого разнообразия, постоянно возникающих технических задач во всех технологических процессах и операциях горного производства стала такая дислокация научных сил научно-исследовательских институтов горного профиля, при которой усилия научных сотрудников на 90% и более оказались направленными на решение задач текущего момента из этого необозримого множества.
Успешное развитие технологий обогащения полезных ископаемых, техническое перевооружение с внедрением мощной горной техники и повышением уровня механизации основных технологических процессов позволило в целом справиться с возрастающими объемами горной массы и добычи руд на, крупных горнодобывающих предприятиях СССР в 70-е - 80-е годы. Однако, следом усилилось противоречие между подсистемами георесурс, добыча руды, ее переработка в продукт: качество подсистемы «георесурс» (разведка, оценка запасов) не могло обеспечить растущие требования к объему и достоверности информации для должного развития системы в целом [108]. Надежды на подстройку в виде дополнительной подсистемы опережающего и сопровождающего эксплуатационного опробования и введение эксплуатационных кондиций (дополнительно к кондициям разведочным) в полной мере до сих пор в России не оправдались, что сдерживает не только оценку георесурса (особенно комплексного), но и разработку рациональных геотехнологий и, тем более, современных комбинированных технологических схем обогащения комплексных руд и металлургического передела продуктов обогащения.
Заметим, что из 18 определяющих горно-геологические условия факторов приведенных в таблице 2.5, четырнадцать в определенной степени оказывают влияние на интегральную характеристику качества георесурса, его потенциальную привлекательность с точки зрения эффективности разработки. При этом, из теории и практики добычи и переработки руд известно, что практически при любом прекрасном среднем содержании полезного компонента всегда найдется такая комбинация ряда факторов из отмеченных выше 14-ти, которая сводит на нет преимущество даже уникального содержания. Более того, не редко такой же эффект может дать всего один из отмеченных 14-ти факторов под порядковыми номерами 3-11, 13-15, 17,18 в таблице 2.5.
Естественно, разнообразие горно-геологических условий подземной разработки на каком-либо отдельном месторождении в определенный год его эксплуатации на порядки ниже нашей оценки общего разнообразия NH по (1), так как число определяющих факторов может быть меньше десяти. Например, не редко достаточно учесть всего пять факторов: среднее содержание (или ценность) полезного компонента (С), мощность (т), угол падения рудного тела (а), коэффициент сквозного извлечения полезного компонента (J), коэффициент рудоносности (Кр) (или природное разубоживание запасов (R) по [108]). Опытные инженерно-технические работники, проработавшие на данном объекте несколько лет, достаточно точно дадут словесное описание совокупности природных условий, "приводящих" к резким изменениям технико-экономических показателей вплоть до аварийных ситуаций. Например, на крупных подземных рудниках Сибири, Урала, Норильского региона, Дальнего Востока и многих рудниках ближнего и дальнего зарубежья определяющими факторами являются 6, 7 (таблица 2.5) и не отмеченные факторы удароопасности рудных тел и вмещающих пород, что и отмечается в теории и практике и в настоящее время многими исследователями [109 и др.].
Поэтому природные кластеры содержаний полезных компонентов (как и их ценности) пространственно далеко не совпадают с кластерами горноэкономическими. Кластеры горно-экономической категории из-за ценовых перемен на используемые ресурсы и выпускаемый продукт, технологических изменений разного рода и др. изменяют свои формы и размеры во времени. Горно-геологические факторы, определяющие условия ведения всех горных работ, постоянно меняются по мере отработки любого участка месторождения. Масштабы и темпы отработки месторождений возрастают, что ведет к ускорению перемен в условиях разработки на каждом месторождении из-за изменений множества геологических факторов на каждом добычном участке. Локальное разнообразие (ІУЛ0К) неблагоприятных сочетаний даже из ограниченного числа (к) горно-геологических и технологических определяющих факторов можно оценить суммой сочетаний из к факторов при / от 1 до z NM = ±С:, где С; = К (2)
Для каждого месторождения в целом, на разных глубинах, в каждом подсчетном блоке и на каждом выемочном участке NAOKi KHZ могут существенно различаться и среди этого множества встречаются уникальные сочетания всего из одного, двух-четырех фактов, которые являются катастрофически опасными или крайне нежелательны по экономическим соображениям. А таких сочетаний, как показывает практика, на крупном месторождении сотни. Исследованием сочетаний разных определяющих факторов, приводящих к экономическим рискам на локальных участках месторождений, до настоящего времени уделялось явно недостаточное внимание. Эти локальные участки не выявляются на стадии разведки месторождений (в соответствии с це 85 левыми установками и нормативными документами [110-113]). Эти нормативные документы предусматривают, что в процессе отработки месторождения, при необходимости уточнения требований к качеству извлекаемого полезного ископаемого и условиям его залегания применительно к конкретным частям месторождения: этажам, подэтажам, эксплуатационным блокам, панелям, выемочным участкам и др., существенно отличающимся по геологическим, горнотехническим, технико-экономическим, технологическим и иным условием отработки от средних показателей, принятых при обосновании разведочных кондиций, а также обеспечения безубыточной отработки вышеперечисленных частей месторождения в период резкого изменения рыночной конъюнктуры на минеральное сырье, продукты его переработки, а также цен на энергоресурсы, материалы, транспорт и т.д., составляются эксплуатационные кондиции [113, с. 3; 8, с. 83].
Анализ важнейших стратегических резервов повышения производительности труда при разработке рудных месторождений
В работе С.А. Ватутина и Е.Д. Черного [70] показано, что параметры закона распределения содержаний являются функциями, кроме всего прочего, объема пробы. При этом дисперсия содержания уменьшается с увеличением объема пробы. Следовательно, чем больше объем пробы (чем выше уровень представительности пробы), тем уже интервал возможных колебаний и изменений содержаний при опробовании. Кроме того, существенно непредставительное опробование и занижает, в большинстве случаев, содержание.
Это занижение в единичной пробе, четко выявляемое на россыпных и рудных месторождениях алмазов и золота из-за непопадания крупных кристаллов алмаза и золотин в пробу, достигает десятков раз. И если для россыпных месторождений золота и всех разрабатываемых месторождений алмазов это известно давно [152-156 и др.], то для золоторудных уникальная информация об этом появилась только в последнее время [157 и др.].
В результате опробования запасов существенно непредставительными пробами до 80% из сотен и тысяч единичных проб показывают существенное занижение содержания. Заверяя эти пробы вполне представительными по за-верочному опробованию, мы получаем более достоверные данные и с меньшей случайной ошибкой. А по принятому правилу определения поправочного коэффициента относим их, как сопряженные, в разряд с малым содержанием вслед за заверенной пробой основного непредставительного опробования. Отсюда поправочный коэффициент в первых классах (с малым содержанием полезных компонентов) всегда оказывается значительно больше единицы.
В последнем классе содержаний основного опробования остается ничтожная доля самых высоких и «ураганных» значений. Их среднее значение закономерно выше среднего по соответствующим сопряженным пробам за-верочного опробования, а поправочный коэффициент, следовательно, оказывается меньше единицы (см. рисунок 3.7, кривая 1).
Ситуация 2. Основное и заверочное опробование проведено представительными пробами. В этом случае КПІ=КП & const &1, (3.21) что можно изобразить линией 2 (см. рисунок 3.7). Ситуация 3. Основное и заверочное опробование проведено непредставительными объемами проб, но заверочное - более точное (более представительное). Эта ситуация аналогична первой, только менее выражена (см. рисунок 3.7, кривая 3). Обратим внимание только на некоторые известные и достаточно ин 116 формативные обобщения по данному вопросу различных авторов. В работе [152] приводятся значения поправочных коэффициентов на вертикальный запас, среднее содержание и мощность золотоносных песков, по данным заве-рочных работ результатов основного опробования скважинами ударно-канатного бурения по россыпям Северо-Востока (таблица 3.2). Общее количество скважин при этом весьма представительно (2376). Опробование при ударно-канатном бурении, преимущественно УКБ-8", как показала практика разведки, оценки и разработки россыпей с крупным и средней крупности золотом, является недостаточно представительным.
Доля заверенных скважин в последних классах содержаний по основному опробованию ничтожна (по 1-3% общего числа скважин). Часть из них отражает фактические содержания в зоне высоких содержаний природного поля, а основная доля - это аномально высокие случайные значения, следствие непредставительного опробования. В этих последних интервалах осталось всего 5% высоких значений вертикального запаса (более 20 усл. ед., см. таблицу 3.2) по заверочному опробованию. Создается впечатление, что на всех месторождениях, где были заверены указанные скважины, ничтожно мало скважин с высоким фактическим запасом, а следовательно, и запасов, участков с такими вертикальными запасами. Но это не так, ведь львиная доля высоких значений вертикальных запасов по заверочному опробованию при «сортировке» перешла в самые низкие классы по содержанию и вертикальному запасу. Основное опробование не выявило участки, площади с большими вертикальными запасами, а поправочный коэффициент в классах высоких запасов (именно на этих, невыявленных участках!) оказался меньше единицы. Почти половина скважин основного опробования (существенно непредставительного) показали самый низкий вертикальный запас. Поправочный коэффициент здесь оказался равным 2,94. Поправочный коэффициент на россыпных месторождениях золота рекомендовалось применять к месторождению в целом [158], что не уточняет истинной картины распределения запасов в подсчетных блоках.
