Разведка техногенных месторождений

Техногенные объекты являются предметом специального изучения в силу потребительских свойств заключенного в них минерального сырья и из-за необходимости изучения их как источников загрязнения окружающей среды. Важнейшим условием освоения техногенных месторождений является наличие эффективных технологических схем переработки сырья.

На первом этапе освоения техногенных месторождений проводятся ревизионно-оценочные работы. Выполняется уточнение имеющейся информации о техногенном объекте и предварительная оценка пригодности и экономической целесообразности использования техногенного минерального сырья (извлечение металлов или других полезных компонентов, производство стройматериалов, закладка выработанного пространства в горных выработках и т. п.). В результате выбирается объект для проведения геологоразведочных работ.

В состав полевых ревизионно-оценочных работ входит маршрутное обследование отвалов и хвостохранилищ с проходкой и опробованием закопушек по редкой сети. На хвостохранилищах (отвалах) проходятся единичные разведочные выработки (шурфы, скважины), производится их геологическое и технологическое опробование в соответствии с общепринятыми методиками для определения содержаний полезных и вредных компонентов, степени измельчения минерального сырья, а также степени его окисления в хвостах (отвалах) различных периодов.

Разведка проводится на техногенных объектах, промышленное значение которых установлено ревизионно-оценочными работами, и выполняется в одну стадию.

Цель разведки — геолого-экономическая оценка объекта и получение исходных данных для проектирования нового предприятия по добыче или переработке техногенного сырья или организации использования горнопромышленных отходов на действующем предприятии.

В результате разведочных работ должны быть получены необходимые материалы о закономерностях пространственного размещения полезных компонентов, вещественного состава минерального сырья, проведено минералого-технологическое картирование (уточнены и оконтурены технологические сорта руд, разновидности хвостов), установлены закономерности изменения распределения гранулометрического состава сырья в плане и разрезе, а также выделены зоны различной концентрации полезного компонента.

Техногенные месторождения для целей разведки делятся на две группы. Первая группа — это отвалы, сложенные отходами добычи полезного ископаемого (отвалы вскрышных и вмещающих пород, спецотвалы забалансовых руд), отходы энергетического производства (золоотвалы) и металлургического (шлаки, кеки) передела. Морфологически это могут быть образования: плоские пластообразные; террасированные; конические (терриконники); гребневидные. Вторая группа — хвостохранилища, сложенные отходами обогащения, шламохранилища. Они имеют плоскую поверхность, а нижняя граница определяется формой вмещающего их элемента рельефа местности.

Геометрия сети разведочных выработок при разведке техногенных месторождений должна выбираться с учетом анизотропии свойств техногенного сырья. В начальный период разведки параметры разведочной сети могут устанавливаться по аналогии или рассчитываться на основе заданных и экономически целесообразных погрешностей оценки (ошибок аналогии) средних подсчетных параметров (содержаний), запасы полезных компонентов и др. При отсутствии данных по анизотропии свойств или в начальный период разведки форма сети принимается близкой к квадратной. Рекомендуются сеть 200×200— 400; 100×100—200; 50×50—100м.

Основным способом разведки техногенных образований является бурение скважин и проходка горных выработок (шурфов, канав, расчисток) .

Опробование производится для оценки химического состава техногенного сырья, средних содержаний полезных компонентов, их пространственной изменчивости, подсчета запасов, определения физикомеханических, технологических и других свойств.

Геологическое опробование включает ряд специфических методов. Это горстевой способ опробования поверхности. Пробы отбираются по квадратной сетке. Расстояния между ячейками сетки определяются экспериментально. В связи с тем, что техногенные отвалы представлены кусковатым материалом, глубокие шурфы и канавы следует опробовать прерывистой бороздой или точечным способом.

Мелкие шурфы, копуши и скважины опробуются путем сокращения извлекаемого при проходке материала. Способ опробования и масса пробы устанавливаются экспериментальным путем. Длина интервала опробования скважин зависит от мощности техногенных образований, неоднородности строения, характера распределения полезных компонентов, крупности кусков и длины рейса, длина интервала опробования не должна превышать 1—2 м.

Минералогическое опробование на техногенных месторождениях приобретает особую актуальность в силу особенностей их формирования и характера складирования отходов. Последние подвергаются интенсивному воздействию атмосферных агентов, поэтому в них развиваются окислительные процессы, которые приводят к весьма существенному изменению их технологических свойств.

При оценке техногенных россыпей золота и платиноидов проводится валовое опробование путем последовательного посекционного отбора проб из траншей на всю мощность пласта.

Техническое опробование осуществляется для изучения физико-механических свойств техногенных образований. Это основной вид опробования на объектах, которые предполагается использовать в качестве нерудного сырья. При этом определяются минеральный состав, насыпная и минералогическая плотность, гранулярный состав, влажность, прочность, упругость, водопроницаемость (влажность), коэффициент фильтрации, пористость, водоотдача и другие свойства.

Технологические исследования. Из-за низких содержаний полезных компонентов техногенные объекты, как правило, требуют для своей рентабельной переработки применения новых прогрессивных технологий с использованием высокопроизводительного оборудования, обеспечивающих наиболее полную утилизацию техногенных образований с минимальным ущербом для окружающей среды. На начальной стадии технологического изучения производятся отбор и исследование минералого-технологических проб. Пробы отбираются с поверхности объекта горстьевым способом с помощью единичных шурфов и скважин.

Для установления целесообразности извлечения полезных компонентов из техногенных образований отбираются сначала малообъемные технологические пробы массой от нескольких до 50 кг. В период разведки отбираются представительные лабораторные и укрупненные технологические пробы. Основными физическими свойствами, влияющими на представительность пробы, являются объемная масса, влажность, гранулярный состав, агрегатное состояние (для шлаков — гранулированные или литые).

Полупромышленные пробы отбираются для проверки и уточнения технологических схем и показателей переработки хвостов (отвалов) с целью разработки практических решений их использования. Масса проб колеблется от нескольких тонн и зависит от производительности используемого оборудования.

В процессе технологических исследований необходимо также оценить возможность и целесообразность применения предварительного обогащения в тяжелых суспензиях, отсадкой и другими методами, а также возможность применения гидрометаллургических способов передела (чанового, автоклавного и кучного химического и бактериального выщелачивания).

При технологическом опробовании шлакоотвалов задачи и представительность его аналогичны задачам и представительности опробования руд любого другого вида техногенного сырья. Шлакоотвалы делятся на две разновидности — отвалы литых и гранулированных шлаков. По агрегатному состоянию гранулированные шлаки сопоставимы с отходами обогащения, и задача их технологического опробования аналогична задаче опробования хвостов обогащения. Для литых шлаков характерны монолитные образования со специфическими структурно-текстурными особенностями, которые должны быть установлены по результатам опробования.

Подсчет запасов техногенных залежей проводится на основании их оконтуривания по содержанию полезных компонентов на планах и разрезах с использованием данных опробования. Составляются планы распределения содержаний полезных компонентов, усредненных на всю мощность и по отдельным горизонтам (слоям). Мощность слоев при валовой отработке месторождения целесообразно принимать кратной предполагаемой высоте уступа разработки. Планы и разрезы с нанесенными на них изолиниями содержаний используются для планирования технологического опробования и предварительного определения границ участков, перспективных для отработки залежи и извлечения (доизвлечения) полезных компонентов.

Оконтуривание техногенных залежей и разновидностей (сортов) сырья выполняется по вариантам бортового содержания. Внутри оконтуренных по бортовому содержанию залежей полезных ископаемых выделяются технологические типы и сорта техногенного сырья. На месторождениях техногенного сырья для стройиндустрии технологические типы и сорта выделяются и оконтуриваются по физико-механическим, петрофизическим и другим свойствам.

Запасы подсчитываются раздельно по выделенным типам и технологическим сортам минерального сырья с использованием традиционных методов.

В тех случаях, когда невозможна селективная отработка обогащенных участков месторождения, подсчет запасов производится на всю массу техногенных образований, исходя из минимального среднего содержания полезного компонента. В связи с тем, что разработка техногенных месторождений ведется открытым способом, целесообразно применять метод горизонтальных сечений с расстояниями между ними, равными высоте уступа.

Для техногенных месторождений признаками для выделения подсчетных блоков являются плотность разведочной сети и годовая производительность будущего предприятия.

По степени изученности запасы техногенных месторождений целесообразно разделить на разведанные и предварительно оцененные. Категоризация запасов техногенных полезных ископаемых устанавливается в зависимости от степени изученности качественных свойств (в том числе технологических), определяющих внутреннее строение месторождения.

9.2.8. Геолого-экономическая оценка месторождений полезных

ископаемых

В условиях рыночной экономики ведущее значение приобретает геолого-экономическая оценка МПИ. Начальным этапом такой оценки является подсчет запасов минерального сырья и получение всех других сведений о месторождении, что было рассмотрено в предыдущих разделах.

Минеральное сырье, как подчеркивает М. В. Шумилин, является товарным продуктом, который получен при добыче из недр полезных ископаемых. Привлекательность минерального сырья как объекта бизнеса, определяется относительно высоким уровнем прибыли, устойчивостью спроса и стабильностью рынка. Каждое месторождение полезного ископаемого содержит определенное количество данного минерального сырья, обладающего определенным качеством. Понятно, что количественные и качественные характеристики месторождения на основании разведочных работ могут быть установлены лишь приближенно. Степень этого приближения зависит от детальности (объема) проведенных геологоразведочных работ, а, следовательно, от вложенных средств в разведку.

Как было показано выше, обоснование планируемых в рудном районе или на месторождении работ каждой из рассмотренных стадий требует экономических расчетов. Документами, содержащими такие расчеты, являются технико-экономические соображения (ТЭС), технико-экономические расчеты (ТЭР), технико-экономические доклады (ТЭД) или технико-экономические обоснования (ТЭО). Схема техникоэкономических расчетов включает ряд разделов, которые показаны на рис. 9.8.

Что же касается финансирования на разработку месторождения, то оно может быть получено лишь после тщательного технического и финансово-экономического анализа, который должен быть сделан на основе собранных при разведке данных. Таким образом, компетенцией геологов является составление обоснованной модели месторождения, которая базируется на фундаментальных технических сведениях, а именно данных о запасах полезного ископаемого и среднем содержании полезных компонентов.

При эксплуатации месторождения годовой доход зависит от содержания полезного компонента в руде, а продолжительность работы предприятия — от запасов. Получив эти основные показатели, можно дать оценку и упрощенные финансовые расчеты, обосновывающие необходимость дальнейшего проектирования горного предприятия, что является задачей геологов. Важными оценочными показателями являются факторы, определяющие эффективность эксплуатации: сумма капиталовложений в разведку, строительство промышленного комплекса, сроки окупаемости капиталовложений. Эксплуатационные затраты оценивается по показателю «приведенных затрат» на производство единицы товарной продукции.

Основа оценки проектов в горнодобывающей отрасли проста: вычисление суммы всех расходов из суммы всех доходов будущего предприятия. Для этой операции нужно иметь следующие сведения [30]:

• — запасы полезных компонентов (основных и попутных);
• — содержания основных и попутных полезных компонентов;

• — извлечение полезного ископаемого в концентрат;
• — возможное разубоживание и содержания полезного ископаемого в добытой руде;
• — оптимальная производительность предприятия;
• — предполагаемые сроки отработки запасов;
• — затраты на добычу и переработку;
• — капитальные затраты и производственные расходы;
• — цены на полезные компоненты и другие данные.

Рис. 9.8. Последовательность и состав работ по геолого-экономической оценке МПИ, по М. В. Шумилину

Запасы полезного компонента, учитываемые при финансово-экономической оценке, должны принадлежать к категориям А, В, С_г и С₂. В условиях рыночной экономики и возможного привлечения иностранного капитала в горно-добывающую отрасль необходимо учитывать, что рассмотренная выше категорийность запасов Государственной Комиссии Запасов России (ГКЗ) отличается от зарубежных классификаций. Однако при необходимости для сопоставления можно использовать сравнение классификаций ГКЗ и Горного бюро США (табл. 9.3).

Содержания полезных компонентов определяются, как правило, с погрешностью. Связано это с тем, что установленные в отдельных сечениях значения содержаний распространяются на прилегающие объемы недр. Кроме того, погрешности возникают в результате несоответствия содержаний в объемах отдельных проб средним содержаниям в объемах оцениваемых блоков. Для получения более точных данных средние содержания должны рассчитываться как средневзвешенные по мощностям. Важное значение при оценке рентабельности месторождения имеет выявление содержания и запасов ценных попутных компонентов. Например, общий доход предприятия, разрабатывающего медные руды, существенно повышается при попутном извлечении серебра, которое может содержаться в этих рудах в значительных концентрациях (до 500 и более г/т).

Таблица 9.3

Сравнение классификаций запасов и ресурсов.

Степень извлечения полезного ископаемого из недр связана с системой отработки месторождения. Обычно этот показатель колеблется в интервале 85—90%. Практически всегда происходит разубоживание, т. е. содержание полезного компонента обычно меньше, чем подсчитанное содержание в недрах. Связано это с извлечением вместе с рудой пустых пород или с добавлением бедных руд к рядовым и богатым. Например, если среднее содержание золота в недрах определено как 10 г/т, а разубоживание составляет 10%, то содержание металла в добытой руде будет 9 г/т. Обычно величина разубоживания составляет 5—30%. Для расчетов принимаются цифры, полученные для аналогичных месторождений.

При обогащении полезные компоненты частично уходят в хвосты обогатительных фабрик. Величина таких потерь устанавливается по данным полупромышленных или промышленных испытаний технологических проб. Если такие испытания еще не проведены, можно использовать величину извлечения, полученную для аналогичных руд на других месторождениях. Эта величина имеет большое значение для предприятия. Например, для золотодобывающего предприятия увеличение коэффициента извлечения на 0,5% при производительности 1 млн т в год и содержании золота в руде 15 г/т дает дополнительно около 1 млн дол. валового дохода [30].

Сроки отработки месторождения и оптимальная производительность предприятия тесно связаны. Производительность определяется делением запасов на предполагаемый срок отработки объекта. Последний не может быть менее пяти лет; в противном случае доходы будут недостаточны для оправдания капитальных вложений. На концептуальном уровне можно принять продолжительность эксплуатации месторождения в среднем 10 лет. При таком сроке производительность будет равна количеству запасов, деленному на десять. Для очень крупных месторождений срок работы предприятия составляет 20—25 лет и более.

Эксплуатационные и капитальные затраты (затраты на добычу, переработку, в том числе оборудование, машины, необходимые механизмы и прочее) включают затраты на строительство горного предприятия со всеми вспомогательными производствами. К промышленным фондам относятся карьер, шахта с комплексом наземных сооружений, обогатительная фабрика, сооружения энерго-, теплои водоснабжения, а также сооружения жилищного и культурно-бытового назначения. В эти же затраты входят расходы на доразведку месторождений, различные изыскательские работы, стоимость расходных материалов.

Существуют различные способы расчета рассматриваемых затрат. В России наиболее распространен способ, основанный на укрупненных нормативах удельных затрат. Эти нормативы установлены еще в 90-е годы из расчета капитальных затрат на 1 т годовой производительности предприятия. Для получения величины рассматриваемых затрат нормативная удельная величина умножается на фактическую (планируемую) производительность рудника или фабрики. Кроме того, капитальные затраты и производственные расходы могут определяться прямым расчетом и сравнением с аналогичными проектами.

При финансово-экономической оценке проекта разработки месторождения, кроме рассмотренных показателей, учитываются многие другие исходные данные экономического характера. К ним относятся состояние рынка и его динамика с учетом инфляции, физико-географические условия района, налоги на стоимость реализованной продукции, расходы на природо-восстановление, ежегодная плата за право использования недр, отчисления на восполнение минерально-сырьевой базы, отчисления в жилищный фонд, дорожный налог, налог на имущество, налог на прибыль и другие расходы. Методика финансово-экономической оценки МПИ на конкретных примерах рассмотрена А. Л. Дергачевым и Дж. Хилом [4], М. В. Шумилиным с соавторами [30] и другими авторами.

На основании мировой статистики доход добывающего предприятия ориентировочно может быть подсчитан без установления рассмотренных выше показателей. Это так называемый быстрый подсчет доходов. Например, известно из мировой практики, что стоимость товарной продукции, полученной при разработке месторождения меди, в процентах от стоимости заключенного в ней металла составляет 70—80%, в среднем 75%. Тогда стоимость товарной продукции некоего медного месторождения составит:

(количество меди в 1 т концентрата) х (цена металла) х 0,75.

Как правило, экономическая эффективность эксплуатации месторождения оценивается на основе нескольких вариантов расчетов и их сравнения. Переменными величинами могут быть планируемая производительность, сроки эксплуатации, способы отработки и другие исходные данные. При таких расчетах ведущими являются горно-геологические факторы, рассмотренные выше. Особое значение имеет потребность в данном сырье в масштабах страны или конкретного региона.