Оценка техногенных россыпей и методов определения их запасов

- переход системы геодезического мониторинга к полной автоматизации работ в режиме реального времени под управлением соответствующего программного обеспечения;

- использование, совместно с традиционными геодезическими приборами, лазерных сканеров и различных датчиков, таких как датчики температуры и давления, тензометры, акселерометры, сейсмометры, пьезометры, экстенсометры.

Реализация этих задач позволит достичь существенных преимуществ по сравнению с традиционным инструментальным способом, а именно:

Библиографический список

- возможности получения результатов деформационных наблюдений на любой момент времени, т.е. оперативности;

- возможности анализа влияния тех или иных факторов природного или технологического характера на деформационный процесс в режиме реального времени;

- одновременного получения плановых и высотных деформаций объекта;

- минимума обслуживающего персонала для обеспечения процесса наблюдения.

1. Щеткин А. С., Голубко Б. П., Яковлев В. Н Анализ методов маркшейдерского контроля деформаций бортов карьера на примере ОАО «Сафьяновская медь» // Международная научно-практическая конференция «Уральская горная школа - регионам». Маркшейдерия, геомеханика и геотехнолонии. 11-12 апреля 2011 г. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. С.212-213.

2. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 02498-02). М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. 152 с.

3. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965. 378 с.

УДК 622.882

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ЗАПАСОВ

© Б.Л. Тальгамер1, |В.В. Чемезов

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Описаны состояние и перспективы разработки техногенных россыпей. Дана характеристика основных методов оценки запасов полезного ископаемого в техногенных отложениях. Предложено усовершенствовать косвенный метод оценки запасов. Библиогр. 11 назв.

Ключевые слова: техногенные россыпи; повторная разработка; методы оценки запасов.

ASSESSING TECHNOGENIC PLACERS AND METHODS TO DETERMINE THEIR RESOURCES

B.L. Talgamer, V.V. Chemezov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper describes the condition and development prospects of technogenic placers. The key methods to evaluate the mineral resources in the man-made deposits are characterized. It is proposed to improve the indirect method of resource evaluation. 11 sources.

Key words: technogenic placers; reworking; resource evaluation methods.

Доля россыпного золота как в мире, так и в России ежегодно уменьшается. Так, например, если в середине Х1Х века в мире (без России) добывалось около 90% золота из россыпей, то к концу того же века уже менее половины, в первой четверти ХХ века - 1520%, в последней - 10-15%, в настоящее время -всего несколько процентов. До революции в России из россыпей добывалось 85% золота, в 60-х годах - 7080 % (по объединению «Союз-золото»), в 90-х годах -72%, в начале 2000-х годов - менее 60%. Вместе с тем в ближайшее десятилетие доля добычи россыпного золота в стране еще будет преобладать, и в значи-

тельной степени это будет связано с вовлечением в эксплуатацию техногенных россыпей [1, 2, 3].

В последние десятилетия отмечается устойчивая тенденция к увеличению разрыва между количеством погашаемых запасов и количеством вновь разведанных. Динамика соотношения «прироста» запасов россыпного золота и «добычи», положительная в большинстве золотодобывающих регионов страны в 7080-х годах, с начала 90-х годов стала отрицательной, и в настоящее время это соотношение составляет в среднем менее 0,4-0,6, то есть темпы погашения запасов металла значительно обгоняют темпы их приро-

Чальгамер Борис Леонидович, директор института недропользования, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 405197, факс: (3952) 405104, е-mail: gor@istu.edu

Talgamer Boris, Director of the Institute of Subsoil Use, Doctor of technical sciences, Professor, tel.: (3952) 405197, fax: (3952) 405104, e-mail: gor@istu.edu

Чемезов Владимир Васильевич, доктор технических наук. Chemezov Vladimir, Doctor of technical sciences.

2

ста. В значительной степени пополнить запасы россыпных месторождений позволяет вовлечение в эксплуатацию техногенных отложений.

Техногенные отложения, образованные в результате разработки россыпей и имеющие достаточно высокое содержание полезных компонентов, только в Сибири занимают площади в сотни тысяч гектар.

В техногенных россыпях сосредоточены огромные запасы золота, которые по основным регионам золотодобычи составляют от нескольких сотен тонн (Забайкальский, Красноярский, Хабаровский, Приморский края, Амурская и Иркутская области [4]) до тысячи тонн (Магаданская область). Общее количество золота в техногенных россыпях оценивается в 3,3 - 5,0 тыс. т [5], а его запасы составляют не менее 18% от общих запасов этого металла в россыпных месторождениях [6]. При разработке техногенных россыпей действующими предприятиями запасов, по разным оценкам, достаточно для работы в течение 15-70 лет [7].

Вместе с тем, учитывая более низкое содержание полезных компонентов в техногенных россыпях, а также меньшую крепость рыхлых отложений, для освоения таких запасов необходимо использовать высокопроизводительное, наименее энергоемкое горнообогатительное оборудование, которое позволит перерабатывать большие объемы горной массы при минимальных эксплуатационных расходах. В первую очередь, это, конечно, драги. Кроме того, для эффективного освоения техногенных россыпей предлагается использовать высокопроизводительные промприборы с конвейерной подачей песков (типа ПКБШ-200, ПКС-200), башенные экскаваторы, в т.ч. с их установкой на понтоне [7], гидромеханизированные комплексы с интенсификацией воздействия на массив горных пород потоков воды и гидротранспортом полезного ископаемого на обогатительные установки, земснаряды со всасывающим оборудованием [4].

Основные объемы техногенных отложений, образованные при разработке россыпей в РФ, представлены дражными отвалами. Во второй половине ХХ века драгами в стране перерабатывалось 60-75% песков. Поэтому основные техногенные запасы россыпей большей частью являются продуктом дражной разработки. По оценке специалистов [1, 2], в общем балансе техногенных россыпей основную долю (60-80%) составляют дражные полигоны.

По оценкам специалистов, при дражной разработке теряется около половины ценных минералов, в том числе 30-45% из них - эксплуатационные потери в массиве. По результатам повторной разработки россыпей вторично добывается в среднем около 30% ценных компонентов от первоначальной добычи.

После многолетней дражной разработки россыпей образовалось огромное количество техногенных месторождений, значение которых постоянно возрастает из-за сокращения сырьевой базы предприятий, разрабатывающих россыпи, ухудшения горнотехнических условий залегания оставшихся целиковых запасов, а также повышения требований природоохранительных органов.

К настоящему времени накоплен достаточно большой в целом положительный опыт повторной разработки дражных полигонов. Некоторые примеры повторной разработки россыпных месторождений показали, что экономическая эффективность работ на техногенных запасах сопоставима с разработкой це-ликовых объектов с лучшим качеством сырья. При этом результаты эксплуатации техногенных отложений довольно стабильны. При повторной дражной разработке алмазоносных россыпей в течение семи лет добывалось в среднем 40-50% от первоначально добытого количества полезных компонентов. При разработке дражных отвалов двумя драгами в Забайкалье добывалось 34-60% золота от первоначально добытого [3]. Среднее извлеченное содержание золота при отработке дражных отвалов в Ленском золотоносном районе составило 45% .

Из опыта эксплуатации техногенных россыпей горными предприятиями следует, что себестоимость добычи металла в этом случае значительно меньше (иногда в 5 раз [4]) по сравнению с освоением целико-вых запасов. Последнее связано с резким сокращением объемов горноподготовительных и гидротехнических работ, а также улучшением промывистости полезного ископаемого.

Кроме дополнительно добываемых полезных компонентов и соответственно рационального использования природных ресурсов конкурентоспособность разработки техногенных месторождений во многом обусловлена экологическими показателями. Поскольку работы будут проводиться на уже нарушенных ландшафтах, исключаются деградация плодородных почв, отвод новых сельскохозяйственных и лесных площадей.

Заслуживают внимания и оценки социальные показатели, связанные с занятостью населения приисков. Разведанные россыпные месторождения почти отработаны, обеспеченность запасами по многим полезным ископаемым составляет менее 10 лет. Производство продукции из техногенных ресурсов в созданной антропогенной среде, включающей освоенные горнопромышленные районы с жилищной сферой, транспортными и энергетическими коммуникациями, основными фондами, информационным обеспечением и постоянными жителями, позволяет сохранить созданную инфраструктуру, обеспечить население рабочими местами и повысить бюджетные доходы.

Вместе с тем, имеется и негативный опыт вовлечения в эксплуатацию техногенных россыпей, что вызвано в большинстве случаев слабой изученностью оставшихся запасов, отсутствием анализа первичного опыта разработки песков и использованием традиционной технологии добычи и промывки полезного ископаемого.

Наиболее эффективной оказалась повторная разработка глинистых россыпей на Урале и в Якутии. Основной причиной этого в первую очередь явилась низкая промывистость продуктивных отложений, из-за которой значительная доля (иногда до 50%) неразмытых глинистых песков попадала в галечные отвалы. После многолетней вылежки неразмытые глинистые

куски (окатыши) под воздействием современного выветривания разрушались, ценные компоненты высвобождались и в последующем извлекались при повторном драгировании с использованием того же обогатительного оборудования.

Повторная дражная разработка россыпей на про-мывистых отложениях не дает должного эффекта, так как при том же обогатительном оборудовании из хвостов извлекается 5-10% золота от первоначального уровня добычи (на глинистых россыпях извлечение достигает до 30% [4]). Поэтому при отсутствии на таких россыпях значительных эксплуатационных потерь песков, в первую очередь в недоработанном плотике и оставленных целиках, повторное драгирование малоэффективно. Целесообразность переработки гале-эфельных отвалов может иметь место при значительном содержании в песках минералов тяжелых фракций, самородков, а также при наличии большого количества в россыпи мелкого и тонкого золота, которое может быть извлечено при совершенствовании обогатительного оборудования, внедрении технологии кучного выщелачивания.

Таким образом, эффективность вовлечения в эксплуатацию техногенных россыпей в первую очередь обусловлена точностью подсчета оставшихся в недрах запасов и наличием информации о распределении полезных компонентов во вновь сформированных отложениях.

Проблема оценки запасов техногенных россыпей в стране возникла более 50 лет назад. К настоящему времени можно выделить пять методов оценки этих запасов:

- метод повторной разведки россыпи;

- метод, использующий результаты наблюдений за потерями полезного компонента при промывке песков с учетом разного рода оставляемых целиков;

- метод аналогии;

- метод, использующий результаты повторной разработки россыпи драгой;

- косвенный метод.

Оценка запасов техногенных россыпей по результатам разведочных работ широко применялась на приисках Колымы. Она была долговременной и требовала больших материальных и трудовых затрат. Наложение техногенных факторов (наличие сыпучего материала, притока воды в разведочные выработки, резкие формы рельефа, мозаичное распределение глинистых отложений и участков с различной полнотой выемки песков по их мощности) на природные усиливают сомнения в достоверности результатов разведки техногенных россыпей по сравнению с цели-ковыми. Полученные дорогостоящие результаты повторной разведки россыпи при их низкой достоверности не могли способствовать распространению рассматриваемого метода оценки запасов техногенных россыпей.

Оценка запасов золота и платины в техногенных россыпях по результатам наблюдений за потерями полезного компонента при промывке песков драгами с учетом разного рода оставляемых целиков была осуществлена в 50-х годах прошлого столетия на Урале.

В подсчет запасов техногенной россыпи включали следующие потери: в дражных отвалах, установленные исходя из эффективности извлечения полезного компонента при промывке песков; в межходовых и прибортовых целиках; в шахтных целиках, оставленных при подземной разработке россыпи за пределами дражной отработки; в приплотиковой части пласта песков; в бортах россыпи.

Количество полезного компонента в дражных отвалах устанавливалось с использованием данных опытных определений технологических потерь, выполненных в начале 20-х годов прошлого столетия на некоторых драгах Урала. По результатам этих определений находился коэффициент К2, равный

К =1 - К

к.

где Ки - коэффициент извлечения полезного компонента при промывке песков, значение которого по результатам технологического опробования для 150-литровых драг принималось 0,75, для 210-литровых -0,70.

С использованием коэффициента К2 находили извлекаемое содержание полезного компонента в отвалах С2 по формуле

С2 = К2  С1,

где С1 - извлеченное содержание полезного компонента из целиковой россыпи, г/м3.

Количество полезного компонента в межходовых и прибортовых целиках устанавливалось с использованием планов горных работ, на которых по результатам маркшейдерской съемки были зафиксированы верхние их границы. Нижние границы этих целиков устанавливались с учетом заложения откосов выработки по результатам замеров углов.

В шахтных целиках, зафиксированных на планах горных работ, количество полезного компонента находилось с учетом их объемов и содержания полезного компонента, вычисленного с использованием коэффициента намыва, полученного на смежном участке дражной разработки.

Количество полезного компонента, оставленного из-за неполноты выемки пласта песков по глубине, определялось с учетом разницы высотных отметок почвы выработанного пространства, установленных маркшейдерскими замерами, и отметок плотика, полученных по результатам разведки в створе разведочных линий.

Количество полезного компонента в прибортовых целиках россыпи оценивалось по содержанию полезного компонента, установленному путем умножения имеющегося его содержания по результатам разведки по контурам полигона на коэффициент намыва.

К недостаткам рассматриваемого метода следует отнести:

- определение потерь полезного компонента с хвостами при малообъемном опробовании приводит зачастую к заниженным результатам оценки дражных отвалов;

- учет только видимых целиков без учета скрытых по водой и дражными отвалами также характеризует-

ся неполным выявлением запасов песков, оставляемых в дражном разрезе.

Метод аналогий применяют, как правило, при укрупненных прогнозных оценках запасов техногенных россыпей, скопившихся в районе [8], в то время как для эксплуатации требуется более уточненная их оценка с учетом горно-геологических и горнотехнических условий разработки конкретной россыпи и использованной ранее техники и технологии ее разработки.

Метод, использующий результаты повторной разработки россыпи драгой, был предложен Э.А. Васильевой и Н.И. Пацевым [9]. Согласно этому методу содержание полезного компонента в дражном отвале на рассматриваемом участке устанавливается косвенно по формуле

С = 0,5 (С + С2) • Ки, где С1 и С2 - средние извлекаемые содержания полезного компонента, полученные при разработке це-ликовой россыпи соответственно на намеченном к

отработке и ранее отработанном участке отвалов; К'и

- коэффициент повторного извлечения, определяемый по формуле:

с

у! вт

С ,

пер

где Свт, Спер - извлеченные содержания полезного компонента, полученные соответственно при вторичной и первичной разработке россыпи в соответствующих контурах выемки.

Использование коэффициента К'и при определении содержания полезного компонента в дражных отвалах учитывает лишь извлекаемую часть технологических потерь. Эксплуатационные потери песков в недрах рассматриваемый метод не учитывает.

Начало применения косвенного метода оценки запасов было положено профессором Свердловского горного института Г.И. Вилесовым [10]. Он предложил оценку запасов техногенных россыпей 00 осуществлять по разности между вероятными Ов и извлеченными Ои запасами полезного компонента целиковой россыпи, т.е.

Ро = Рв - Ри-

Для определения вероятных запасов полезного компонента Ов осуществлялись следующие работы:

- по результатам разведки выполнялись горногеометрические графики целиковой россыпи;

- по графикам подсчитывались объем горной массы Ур и количество полезного компонента Ор в контурах отработки;

- по данным эксплуатации в этих же контурах устанавливалось извлеченное количество полезного компонента Оэ и объем горной массы Уэ;

- по полученным данным определяли поправочные коэффициенты к мощности россыпи

К - V

Км - V

и к запасам полезного компонента

Кэ = Р/Рр • Км;

- в пределах участков повторной разработки россыпи подсчитывались запасы полезного компонента

по данным разведки О и устанавливалось его количество, извлеченное при повторной разработке О;

- вычислялся поправочный коэффициент потерь полезного компонента при первой разработке

Кз= о: / ор,

где О - количество золота, извлеченное на участках повторной разработки; о! - запасы по результатам

разведки в пределах участков повторной разработки;

- на основе запасов полезного компонента по данным разведки и поправочных коэффициентов определялись вероятные его запасы в целиковой россыпи по формуле

Рв = Рр • (Кэ + К).

Предложенный метод оценки «остаточных» запасов полезного компонента в техногенной россыпи путем вычитания извлеченных запасов Ои из вероятных его запасов в целиковой россыпи Ов позволяет без осуществления повторной разведки россыпи найти искомые запасы 00, равные сумме всех допущенных потерь полезного компонента. Однако для этого требуется достоверное определение вероятных запасов в целиковой россыпи путем умножения запасов по результатам разведки Ор на поправочный коэффициент Кп, учитывающий систематическую их погрешность. Этот коэффициент, как уже указывалось, должен устанавливаться путем деления суммы извлеченного количества полезного компонента Ои и допущенных его потерь на запасы по результатам разведки Ор.

При анализе косвенного метода, предложенного профессором Г.И. Вилесовым, выявляются следующие недостатки:

1. Коэффициент Км, определяемый по формуле (1), имеет завышенное значение из-за того, что объемы Уэ по маркшейдерским замерам на дражных разработках определяются с существенной систематической погрешностью в сторону их увеличения.

2. Учет допущенных потерь полезного компонента в запасах Ов через коэффициент, определяемый по формуле (2), является неполным, так как учитывает лишь извлекаемые запасы полезного компонента при повторной разработке целиковой россыпи.

3. Поправочные коэффициенты Км, Кэ и Кз устанавливаются независимо от полноты выемки песков из недр.

Согласно опубликованной в середине 90х годов прошлого столетия методике экспертной оценки по косвенным признакам [8] запасы полезного компонента в техногенной россыпи представляются как сумма его запасов в перемещенном (отвальном) и в остаточ-но-целиковом комплексах. Запасы в остаточно-целиковом комплексе Ос представляют собой запасы в прибортовых и охранных целиках, на верхнем и нижнем флангах россыпи, а также в недоработках плотика, связанных с некачественной оттайкой многолетней мерзлоты. Запасы в прибортовых и охранных

целиках, а также на флангах россыпи устанавливаются с использованием известных методов подсчета запасов в целиковой россыпи с учетом поправочного коэффициента. Запасы в недоработках плотика определяются по произведению Кмз, где Ой, Кмз - соответственно количество извлеченного полезного компонента и, так называемый, коэффициент мерзлотно-сти.

Запасы полезного компонента в отвальном комплексе представлены технологическими потерями, которые разделены на составные части Ой : Е, Ой  Ко, Ой  Кг, где Е, Ко, Кг - коэффициенты соответственно теоретического извлечения золота, учитывающего наличие минералов Ой, а вместе с ним и количество тяжелых фракций шлихов, глинистость песков.

В упомянутой методике не указаны количественные критерии, по которым устанавливаются значения приведенных коэффициентов. Это создает неопределенность в оценке запасов техногенных россыпей. Авторы методики упоминают о зависимости указанных коэффициентов от многих факторов, которые невозможно полностью учесть, поэтому предлагаемый расчетный метод не может быть применен для оценки запасов конкретной техногенной россыпи, так как здесь существенную роль играют сверхнормативные потери золота, допущенные при нарушении правил технической эксплуатации.

Сотрудник института горного дела ДВО РАН А.П. Ван-Ван-Е предлагает прогнозные ресурсы техногенных россыпей От оценивать по методу, предложенному в свое время проф. Г.И. Вилесовым [11], т.е. по разнице между вероятными Ов и извлеченными запасами полезного компонента целиковых россыпей Од. Определение вероятных запасов Ов он осуществляет по произведению разведанных запасов Оп на поправочный коэффициент Кп, представляющий сумму трех коэффициентов: намыва Кн, потерь золота из-за несовершенства метода и способов разведки Кр и учитывающего содержание в россыпях мелкой фракции золота (-0,1мм), теряемого при использовании малоэффективной технологии извлечения, Кмф, т.е.

Ов = Оп  Кп = Qп  (Кн + Кр + Кмф).

В предложенной формуле совершенно не учитываются потери в недрах при выемке песков через коэффициент КН и вместо коэффициента Кмф следовало рассматривать коэффициент извлечения Ки. При учете их вместо указанного определения поправочного коэффициента Кп получена корректная формула из условия полного баланса запасов:

КЦ

К =

п кн • к • к

Кц

или К = пн

Кд • К.

"в 1 д

где КН - коэффициент выемки песков; Кд - коэффициент доставки песков; Ки - коэффициент извлечения полезных компонентов из песков; К^ - коэффициент намыва полезного компонента по участкам с полной выемкой песков из недр.

На россыпях, разрабатываемых раздельным открытым способом, значение поправочного коэффициента к результатам разведки находится по формуле

Кц П

Кп =-н-+ П,

п кн • Кд • к. др

где Пв - потери полезного компонента с торфами, кг.

По значению коэффициента Кп судят о величине систематической погрешности в результатах разведки, если это значение установлено при среднем содержании полезного компонента в целом по россыпи или отдельному участку.

Описанный косвенный (аналитический) способ определения запасов техногенных россыпей по результатам их разведки и эксплуатации, как показала практика, не уступает по точности способам, основанным на данных полевых геологических работ, более трудоемких и продолжительных, и рекомендуется к применению даже при наличии возможности и условий для валового опробования техногенных отложений дражным способом.

1. Ван-Ван-Е А.П. Ресурсная база природно-техногенных золотороссыпных месторождений. М.: Изд-во МГГУ, 2010. 272 с.

2. Мамаев Ю.А., Литвинцев В.С., Пономарчук Г.П. Техногенные россыпи благородных металлов Дальневосточного региона России и их рациональное освоение. М.: Изд-во МГГУ, 2010. 309 с.

3. Овешников Ю.М., Большаков А.И. Некоторые результаты исследований по полноте отработки россыпных месторождений драгами // Разработка россыпных месторождений. М.: Изд-во МГРИ, 1987. С.67-71.

4. Проблемы рационального освоения золотороссыпных месторождений Дальнего Востока (геология, добыча, переработка) / Ю.А.Мамаев [и др.]. Владивосток: Дальнаука, 2002. 200 с.

5. Белов С.В. Техногенные месторождения золота: состояние и перспективы освоения // Золотодобывающая промышленность. 2011. №4. С. 14-21.

6. Ковлеков И.И. Техногенное золото Якутии. М.: Изд.

Библиографический список

МГГУ, 2002. 303 с.

7. Ярошенко О.Н. Возможные направления развития техники и технологии добычи золота из техногенных россыпей // Колыма. 2003. №3. С.21-28.

8. Васильева Э.А., Пацев И.И. Проектирование добычи золота из дражных отвалов // Исследования по проблемам геодезии и картографии. Иркутск: ИГУ и ИП, 1973. С.79-87.

9. Методика экспертной оценки запасов техногенных россыпей по косвенным признакам / Ю.А.Мамаев [и др.] // Колыма. 1995. №11-12. С.16-19.

10. Вилесов Г.И., Медовщикова Н.А. Геометризация и подсчет запасов золота в дражных отвалах // Горный журнал. 1958. №1. С.81-94.

11. Ван-Ван-Е А.П. Методика аналитической оценки ресурсной базы техногенных золотоносных месторождений Дальнего Востока // Проблемы освоения техногенного комплекса месторождений золота: мат. конференции. Магадан, 2010. С.118-120.