книги из ГПНТБ / Иванов, В. А. Интенсификация производства на горнорудных предприятиях

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ — ВАЖНЕЙШИЙ ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Мировой опыт показывает, что добывать железные руды мож­ но с высокими интенсивностью производства и экономическими показателями как открытым, так и подземным способом.

Например, в США, Канаде и некоторых других странах ос­ новная часть запасов руд пригодна для высокопроизводитель­ ной разработки открытым способом. Естественно, что доля это­ го способа для этих стран является важнейшей характеристи­ кой технического уровня железорудной промышленности.

1 млн. т товарной железной руды из руды, добытой подземным способом, требуется 700—830 человек в год. Для производства 1 млн. т таконитовых окатышей из руды, добытой открытым способом, только 300 человек в год.

В СССР такого соотношения между трудоемкостью добычи товарной руды при подземном и открытом способах нет. Тру­ доемкость добычи товарной железной руды подземным спосо­ бом выше, чем открытым (концентрата) только в 1,5 раза.

Стоимость выемки горной массы на открытых работах США ниже, чем на подземных, в 4,9 раза. В СССР стоимость добычи сырой руды на железорудных карьерах ниже, чем на шахтах, только в 2,3 раза. Это сравнение показывает на значительно большую среднюю трудоемкость добычи руды на карьерах

СССР по сравнению с карьерами США.

Коэффициент вскрыши на железорудных карьерах США составляет всего лишь 0,8 т/т руды, текущий коэффициент вскрыши на железорудных карьерах СССР в 1972 г. находился в пределах от 0,56 т/т (Качканарский ГОК) до 14,3 т/т (Стой­ ленский карьер), а в среднем по всем карьерам 2,29 т/т.

При такой разнице коэффициентов вскрыши на карьерах

СССР труднее достигать одинакового уровня производительно­ сти труда на добыче руды при равном техническом оснащении горных работ по сравнению с карьерами США или Канады.

В Швеции, Франции и других странах нет крупных место­ рождений, пригодных для открытой разработки, поэтому и руду добывают подземным способом. Технический уровень подзем­ ных рудников весьма высок и их продукция конкурирует с ру­ дой, добытой открытым способом.

20

ляется сложной задачей. Сложность задачи увеличивается по мере уменьшения разницы в стоимости добычи руды на одном и том же месторождении открытым и подземным способами. Ответственность оценки состоит в том, что способ отработки месторождения определяет экономику предприятия на весь дли­ тельный срок его существования. За это время разница в стоимости добычи руды может измениться в пользу отвергну­ того в момент выбора способа разработки, если не были пра­ вильно учтены тенденции возможного технического прогресса.

Известно, что открытый способ разработки в благоприят­ ных условиях по сравнению с подземным дает огромные преи­ мущества, к которым относятся: более высокая производитель­ ность труда по горной массе; большая концентрация всех работ и несложное управление производством; иногда меньшие капи­ тальные затраты на 1 т годовой добычи; возможность разра­ ботки низкосортных руд при сравнительно большом перемеще­ нии вскрышных пород; более легкая эксплуатационная развед­ ка; меньшие ограничения в размерах и массе машин; более полное извлечение полезного ископаемого и меньшее разубоживание; большая безопасность ведения горных работ и др.

Однако открытый способ разработки имеет некоторые не­ достатки:

выемка месторождений связана с порчей дефицитных сель­ скохозяйственных угодий, которые при высокой интенсивности ведения сельского хозяйства в хорошо обжитых районах могут приносить не меньший экономический эффект, чем, например, добыча бедных железистых кварцитов. Это тем более верно, так как вряд ли возможна полная рекультивация земель при

ромный объем земляных и скальных работ, что дополнительна разрушает почвенно-климатические условия района, приводит к обезвоживанию района, запыленности;

происходит загрязнение воздушного бассейна пылью, шумообразование; кроме того, условия работ зависят от климати­ ческих условий и т. д.

В районе КМА отчуждение земельных площадей под горные работы уже составляет 19,4 тыс. га; в будущем оно достигнет 53 тыс. га. Кроме того, возникает ряд других факторов, спо­ собствующих разрушению окружающей среды.

Чтобы «компенсировать» или снизить убытки от разрушения: поверхности и окружающей среды, надо искать более совер­ шенные технологические способы разработки месторождений.. Например, в условиях КМА, да и в других бассейнах необхо­ димое наращивание производственных мощностей можно и це­

21!

лесообразно осуществлять в результате интенсивного развития действующих предприятий (например, параллельная разработ­ ка подземным способом высококачественных железистых квар­ цитов на большой глубине). При этом построенные карьеры будут создавать дополнительные благоприятные условия для вскрытия и разработки глубокозалегающих запасов кварцитов.

Следовательно, открытый способ разработки применим не без оговорок. Так, вряд ли есть необходимость широкого при­ менения открытого способа разработки марганцевой руды в Никополь-Марганцевом бассейне, залегающей на глубине до 100 м под ценными сельскохозяйственными угодьями. Здесь коэффициент вскрыши достигает 20 м3/т сырой руды. Себестои­ мость добычи руды открытым способом ниже, чем подземным, на 14—40%, годовая производительность труда рабочего по сырой руде при открытом способе не превышает 2671 т (обычно ее сравнивают с производительностью труда рабочего подзем­ ных марганцевых рудников, которая находится на уровне 210— 961 т и характерна для немеханизированных шахт). Применение выемочных комбайнов на марганцевых шахтах по опыту отдель­ ных рудных и угольных шахт, близких по горнотехническим условиям к марганцевым, позволит полностью отказаться от карьерной добычи марганцевой руды в этом бассейне и достичь более высокой производительности труда.

Для условий СССР, где разрабатываются (или намечены к разработке) месторождения, залегающие в сложных горно-гео­ логических условиях, вопрос о наивыгоднейшем соотношении открытого и подземного способов добычи железных руд являет­ ся важной проблемой. Для ее правильного решения необходи­

приятий обычно выявляется в проекте, который должен вы­ полняться с применением прогрессивных технологических прие­ мов вскрытия, подготовки и очистной выемки, а также высоко­ производительного оборудования. Как правило, проекты, напри­ мер железорудных предприятий, выполняются на должном технико-экономическом уровне и построенные по ним объекты сравнительно быстро достигают проектных показателей.

Вместе с тем в ряде случаев в проектах не учитывается предстоящий технический прогресс в области развития техни­ ки и технологии разработки полезных ископаемых хотя бы на ближайшие 10 лет, в течение которых может быть построено современное крупное горное предприятие. В результате горные предприятия, построенные по такому бесперспективному проек­ ту, окажутся малоэффективными.

Известно, что экономическая целесообразность применения открытого способа разработки до настоящего времени опреде­

22

ляется граничным коэффициентом вскрыши, расчету которого посвящено много научных работ. Например, «Нормы техноло­ гического проектирования для открытых работ», действующие в Министерстве черной металлургии, экономически целесооб­ разный коэффициент вскрыши определяют как частное от де­ ления разницы себестоимости добычи руды подземным и от­ крытым способами на средневзвешенную себестоимость удале­ ния единицы вскрышных пород. При этом учитывают выход концентрата из руды, добываемой подземным и открытым спо­ собами, соответственно себестоимость обогатительного передела, удельные капитальные вложения при добыче руды, обогащении, вскрыше. Как видим, такое определение не учитывает ущерба, наносимого открытыми работами окружающей среде, и включает отдельные составляющие, величина которых определяется часто конъюнктурными или субъективными соображениями.

В нормах сделана оговорка, что при расчете экономически целесообразного коэффициента вскрыши все стоимостные и технические показатели могут приниматься по аналогии с про­ грессивными действующими горно-обогатительными предприя­ тиями, что также связано с субъективными оценками.

Технико-экономическое сравнение открытого и подземного способов разработки, выполненное в НИИКМА на примере Коробковского месторождения железистых кварцитов с учетом затрат на рекультивацию земель, показало их равноценность по затратам на 1 т окатышей. Годовой экономический народнохо­ зяйственный эффект от разработки Коробковского месторожде­ ния подземным способом вместо принятого ранее открытого мо­ жет составить 22 млн. руб.

Для получения объективной оценки способа разработки не­ обходимо, чтобы проектирование рудника для подземного спо­ соба разработки велось по методологии, аналогичной в прин­ ципе с открытыми работами. Между тем «Нормы технологиче­ ского проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с подземным способом разработки» основной по­ казатель— максимальную годовую производственную мощность рудника — определяют по условиям развития очистных работ, темпы которого могут изменяться в широких пределах.

Нормы рекомендуют годовую производственную мощность подземного рудника дополнительно проверять по коэффициен­

эффициент 1,1—1,3). Нормы не содержат основных факторов показателей интенсивности разработки — понятия очистного забоя для каждой системы и нагрузки на него, которые факти­ чески определяют интенсивность работы рудника и уровень производительности труда. За основу принимается горизонталь­ ная площадь рудника, которая будто бы одна определяет его мощность. Между тем вертикальная мощность залежи, высота

23

этажа, в котором можно разместить по вертикали достаточно большое число забоев на одной и той же горизонтальной пло­ щади, определяют не в меньшей мере возможную мощность рудника.

В нормах для проектирования рудников с подземным спо­

ных выработок, на транспорте и шахтном подъеме определяется в зависимости от годовой производственной мощности рудника. Например, при годовой производственной мощности рудника 15 млн. т общая списочная численность работающих на очист­ ной выемке в среднем должна составлять 1200 человек, на шахтном транспорте и подъеме 600 человек, а всего подземных 1800 человек. Следовательно, годовая производительность тру­ да подземного работающего составит 8350 т сырой руды. Уже давно достигнута годовая выработка подземного рабочего более 13 000 т на шведском руднике «Кируна» (и на других). Таким образом, нормы допускают проектирование подземных рудни­ ков с показателями худшими, чем уже достигнуты. Такие рас­ четные показатели проектов при обосновании выбора способа разработки в сложных случаях приводят к необоснованным вы­ водам. Примером этого может служить оценка способа разра­ ботки Канарского железорудного месторождения. В процессе проектирования варианта разработки подземным способом это­ го крупнейшего в мире магнетитового месторождения с запа­ сами более 1,2 млрд, т руды со средним содержанием железа 39%, серы 0,7%, фосфора 0,23% и годовой мощностью 21 млн. т руды институт Кривбасспроект определил выработку работаю­ щего на горных работах 4728 т/год сырой руды или в два раза меньшую, чем предусмотрено нормами технологического про­ ектирования, и в 3,5 раза меньшую, чем достигнута в мировой практике на железных рудниках такой мощности. Отсюда себе­ стоимость добычи 1 т руды равна 2,75 руб. (для варианта от­ крытых работ 2,5 руб.). Несмотря на меньшие удельные капи­ тальные затраты по руднику на 1 т годовой мощности (12,72 руб. вместо 20,29 руб. при открытом способе), вопрос о способах разработки этого месторождения вызвал дискуссии, которые можно объяснить недостатками варианта проекта под­ земного рудника, так как в нем полностью не учтены современ­ ные достижения. В варианте проекта открытого рудника зало­ жены новейшие техника и технология. Ясно, что сравнение спо­ собов разработки в таких условиях окажется несопоставимым и ошибочным.

Уникальные запасы магнетитовой руды, обводненность по­ дрывающих пород мощностью до 200 м, сосредоточенность за­ пасов различного качества в двух рудных телах, протяженность которых прослеживается на глубину более 1200 м, делают осо­ бенно перспективным подземный способ разработки.

24

Однако проектировать подземный рудник на Канарском ме­ сторождении обычными типовыми приемами с использованием,- только решений, допущенных действующими нормами проекти­ рования, нельзя. Можно, например, предполагать, что выполнение

добыче сырой руды, не менее 45—50 т при себестоимости руды

экспертизы приведены в табл. 3. Они подтверждают целесооб­ разность разработки месторождения подземным способом.

Оптимальному выбору способа разработки за рубежом также уделяют большое внимание. Приведем один пример '. Профессор университета в шта­ те Миннесота (США) Пфляйдер (специалист в области разработки полезных, ископаемых) для определения по какому-то условному массивному рудному телу сравнительной эффективности открытого и подземного способов разра­

54 т/чел-смену. С учетом коэффициента вскрыши 0,8 и 3,1 по горной массе

25;

достигнутую производительность труда рабочего подземных рудников ■(включая работающих на поверхности) при системах разработки, т/чел-смеиу:

Как было сказано, одним из общих недостатков подземного ■способа разработки является необходимость оставления в нед­ рах значительной доли запасов, вызванная принятой техноло­ гией разработки, или потеря их в результате нарушения техно­ логии. На наш взгляд, оставление некоторого количества запа-'

•сов в недрах по технологическим причинам не является поте­ рей запасов в обычном смысле.

Является ли предусмотренное технологией (например, при разработке неограниченных запасов железистых кварцитов под­ земным способом) оставление в недрах 40—50% малоценных руд в виде целиков, поддерживающих от обрушения очистные забои (камеры и поверхность), потерей общественного богат­ ства при разработке руды наиболее эффективной системой? Безусловно нет. Разработка таким способом железистых квар-

.цитов обеспечивает достижение высокой производительности труда, минимальных текущих потерь руды и ее разубоживания, высокой безопасности работ, наименьшей себестоимости руды по сравнению с другими системами, полную ликвидацию по­ вреждения поверхности, охрану окружающей среды.

Целики кварцитов, оставляемые под землей для поддержа­ ния камер и поверхности, позволяют без нанесения ущерба природе и земле использовать большую часть запасов полезно­ го ископаемого. Следовательно, они представляют собою свое-

26

образные строительные конструкции, которые обладают не меньшей потребительной стоимостью, чем оставшееся в целиках

железо.

Целики, поддерживающие поверхность и отработанные ка­ меры, образуют огромные и превосходнейшие хранилища, на­ пример, природного газа, нефти, питьевой воды, на сооружение которых обычно требуются затраты. Экономичность использо­ вания подземных хранилищ нефти и газа в народном хозяйст­ ве общеизвестна.

Создание подземных хранилищ для газа и нефти вблизи крупных промышленных центров является важным хозяйствен­ ным мероприятием. Ведь только годовая потребность в при­ родном газе Старооскольского района для обжига окатышей до­ стигнет 611 млн. м3, Железногорского 434 млн. м3. При соору­ жении металлургического завода в районе КМА потребности в газе возрастут. Даже по этим соображениям в районе КМА целесообразно вести разработку магнетитовых железистых кварцитов на отдельных месторождениях подземным способом.

ширения Первомайского рудника и доказали выгодность широ­ кого вовлечения в разработку подземным способом легкообогащаемых магнетитовых кварцитов, запасы которых в шахтном поле этого рудника превышают 1 млрд. т. Расчеты показали полную рентабельность работы горно-обогатительного комплек­

(магнетитовых) кварцитов в Криворожском бассейне, залега­ ющих в полях действующих шахт и между ними, а также на участках, примыкающих к горным отводам горно-обогатитель­ ных комбинатов до глубины 1500 м, оцениваются в 24,6 млрд. т.

Возможность строительства подземных кварцитных рудни­ ков особенно велика в районе Курской магнитной аномалии

(КМА).

По современным геологическим данным, КМА простирается от Смоленска до Ростова-на-Дону полосою 850 км на 250 км. Здесь залегают триллионы тонн железистых кварцитов и 60— 70 млрд, т железных руд с содержанием железа 58—62%. Одновременная разработка железистых кварцитов и богатых руд, залегающих на значительной глубине, подземным способом создает идеальный вариант замкнутой технологической схемы отработки железорудного месторождения. Выемка железистых кварцитов высокоэффективными системами с открытым очист­ ным выработанным пространством, обогащение кварцитов маг­ нитным способом с получением сверхбогатых концентратов и использование отходов фабрик для гидравлической закладки

27

выработанного пространства при добыче богатых руд создают все условия для сохранения поверхности и подземных запасов

Итак, сооружение рудников для одновременной разработки подземным способом железистых кварцитов и природиобогатых руд на одном месторождении, по мнению автора, является од­ ним из перспективных направлений дальнейшего развития К.МА, причем при таком способе отработки месторождения мо­ жет быть достигнута высокая производительность труда,, особенно при строительстве крупных подземных предприятий,, свободных от недостатков открытых работ, ведущихся в районе

добываемой открытым и подземным способами на предприяти­

28

Интерес к разработке таконитов подземным способом в США проявляют потому, что на глубоких горизонтах (как и в

СССР) залегают полностью неокисленные магнетитовые такониты, содержащие 27% магнетитового железа, в результате че­ го их расход на 1 т окатышей снижается с 3 до 2,6 т. Арендная плата за разработку недр подземным способом по сравнению с открытым уменьшается в восемь раз. Расчеты показывают, что и удельные капитальные затраты на строительство подзем­ ного кварцитного рудника будут не больше, чем на сооруже­ нии карьеров.

В США на основе расчетов установлено, что стоимость вы­ пуска окатышей из таконитов подземного способа добычи по всем показателям будет находиться на уровне предприятий с ■открытым способом добычи кварцитов (см. табл. 5).

На Лебединском месторождении железистых кварцитов, так же как и на других, выявлена следующая закономерность содержания магнетитового железа в кварцитах.

В карьере, конечная глубина которого (считая от поверхно­ сти) достигнет 400 м, содержание магнетитового железа в руде возрастает по мере увеличения глубины. Через три года эксплу­ атации карьера в руде будет содержаться 24,4% магнетитового

номерность в улучшении качества руды указывает на возмож­ ность первоочередной разработки глубокозалегающих лучших кварцитов подземным способом, возможно, как указывалось ра­ нее, параллельно с открытым. Такое решение позволит улуч­ шить экономику переработки кварцитов теперь, когда остро стоит вопрос о повышении интенсификации производства. Кро­ ме того, ликвидируется неизбежная при открытом способе до­ быча плохо обогащаемых окисленных кварцитов, которые обычно прикрывают магнетитовые слоем различной мощности. Этот слой можно оставлять в качестве прикрытия рудника от проникновения воды при подземном способе добычи кварцитов; правильность такого приема подтверждена опытом работы руд­ ника им. Губкина комбината КМАруда. На этом руднике до

.настоящего времени добывают более дешевую руду, чем на ■карьерах комбината КМАруда и Михайловского железорудного комбината.

На многих железорудных карьерах СССР, отрабатываю­ щих железистые кварциты, целесообразно проверить сроки пе­ рехода на комбинированную систему разработки, которая поз­ волит значительно удешевить транспорт руды и снизить объе­ мы вскрышных работ в результате ликвидации откаточных путей на уступах (и за счет этого увеличить угол откоса борта карьера) и работы самосвалов на коротких расстояниях откат­

29