Вскрытие кимберлитовых месторождений Якутии: опыт и проблемы

ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

УДК 622.22

,f Вскрытие кимберлитовых месторождений Якутии: опыт и проблемы

М.М. Иудин

Приведен анализ вскрытия кимберлитовых месторождений. Выявлены трудности и проблемы в понимании стратегии вскрытия месторождений, предложены рекомендации по комплексной оценке их вскрытия.

In an article made review of opening kimberlit deposits. Difficulties and problems in understanding of strat-egy of opening of deposits are revealed, recommendations for a complex estimation of opening deposit are offered.

Эксплуатация кимберлитовых месторождений в Якутии продолжается более 50 лет, отработано и разрабатывается около 20 кимберлитовых трубок. В Западной Якутии разведано и выделено 24 кимберлитовых района: Мало-Ботуобинское,

Накынское, Алакитское, Далдынское и др. [1]. Будущая производственная деятельность алмазодобывающей отрасли по разведанным запасам существующих месторождений просматривается на многие десятки лет. Перспектива открытия новых кимберлитовых месторождений и их промышленное освоение обуславливают необходимость изучения и обобщения накопленного опыта эксплуатации ведения горных работ на кимберлитовых рудниках АК «АЛРОСА».

Разработка первых кимберлитовых месторождений Якутии выполнялась в основном открытым способом, что вызывалось необходимостью быстрого ввода кимберлитовых трубок в эксплуатацию. В настоящее время граница открытых работ достигла на карьерах предельной величины и вектор будущего направления отработки трубок связан с применением подземной геотехнологии добычи алмазов [2].

Анализ опыта вскрытия кимберлитовых месторождений при подземной разработке трубок «Интернациональная», «Айхал», «Удачная» и «Мир» показывает, что на современном этапе решение технических задач подземной разработки подкарьерных запасов рудных тел находится не всегда рационально, а достигнутые техноло-

-----------------------------Д -

ИУДИН Михаил Михайлович - к.т.н., проф. ГГИ ЯГУ.

гические параметры по некоторым вопросам не отвечают требованию оптимальности и экономичности.

1. Вскрытие трубки «Интернациональная».

Строительство подземного рудника началось в 1976 г., а пуск первой очереди состоялся только в 1999 г. [2]. В настоящее время рудник «Интернациональный» отрабатывается подземным способом. Проблемы вскрытия месторождения решались в 70-80-х годах прошлого столетия.

Первый пусковой комплекс отработки месторождения рассчитан на вскрытие двумя вертикальными центрально-расположенными стволами (клетевым и скиповым), пройденными на глубину 1075 и 1025 м. Проведение вертикальных стволов осуществлено с применением искусственного замораживания пород водоносного горизонта. Крепление стволов производилось чугунными тюбингами. В пределах водоносного горизонта устанавливалась передовая бетонная крепь с гидроизоляцией их полимерной пленки [2]. Второй пусковой комплекс предполагает для вскрытия подкарьерных запасов трубки строительство третьего вертикального ствола до глубины метегеро-ичерского водоносного горизонта.

Отсутствие единой стратегии вскрытия трубки «Интернациональная» еще на заре начала открытой разработки месторождения вызвало необходимость разновременной поэтапной проработки вопросов вскрытия трубки, что значительно увеличило затраты по вскрытию нижней части месторождения. Вскрытие подкарьерных запасов для 2-й очереди третьим верти-

кальным стволом с позиций единой стратегии вскрытия всего месторождения является не совсем рациональным. Такое решение обусловлено сложностью геокриологических условий месторождения.

2. Вскрытие трубки «Айхал».

Отработка трубки «Айхал» открытым способом завершена в 1997 г. на глубине 320 м. Вскрытие нижней части месторождения для подземной разработки осуществляется двумя наклонными стволами (грузовой и вспомогательный) и одним вертикальным стволом [2]. Оба наклонных ствола имеют поперечное сечение в свету 13,3 м2 и протяженность соответственно 1358 и 1383 м. Вертикальный клетевой ствол имеет диаметр в свету 7 м и глубину 610м.

Вопросы дальнейшего вскрытия и отработки месторождения пока не рассматриваются в связи с отсутствием общей стратегии разработки данного месторождения.

3. Вскрытие трубки «Удачная».

Месторождение Удачное ниже отметки открытой разработки представляет собой два конусообразных рудных тела эллипсообразной формы: Западное и Восточное. Они прослеживаются до глубины 1400 м с постепенным уменьшением диаметра в плане. Открытую разработку месторождения алмазов трубки «Удачная» планируется закончить в 2010 г., когда карьер достигнет проектной отметки 600 м. В 2002 г. началось строительство подземного рудника. Вскрытие месторождения осуществляется тремя вертикальными стволами с расположением на одной промышленной площадке. Глубина вертикальных стволов определяется проектом первого этапа вскрытия и составит 1000 м, что должно обеспечить рудник вскрытыми запасами полезного ископаемого на 20 лет и считается достаточной для строительства 2-й очереди подземной отработки трубки [2].

4. Вскрытие трубки «Мир».

Месторождение отрабатывалось открытым способом с 1957 по 2001 г. и при достижении 525 м было завершено [2]. Выработанное пространство карьера имеет форму конуса с радиусами на поверхности более 600 м, на дне - около 80 м.

Основные технические решения по вскрытию подземным способом сводятся к следующему;

- вскрытие трубки производится двумя вертикальными стволами на глубину 1050 м (1-я очередь);

- проведение стволов в пределах водоносного горизонта осуществляется методом замораживания пород;

- крепление стволов осуществляется чугунными тюбингами по аналогии с креплением вертикальных стволов на руднике «Интернациональный»;

- порядок отработки месторождения - нисходящий, начиная с первого от дна карьера этажа.

Таким образом, основные тенденции, которые наблюдаются в технической политике компании АК «АЛРОСА» в вопросах вскрытия кимберлитовых месторождений, можно сформулировать следующим образом. Каждая крупная кимберлитовая трубка отрабатывается сначала открытым способом, потом по мере потребностей компании в подготовленных запасах руды принимается решение по подземной разработке оставшейся части трубки. Основным типом вскрывающей выработки при подземном способе является вертикальный ствол, количество которого на конкретном руднике определяется производительностью предприятия и горнотехническими параметрами. Отработка под-карьерных запасов подземным способом, как правило, проектируется в две стадии. Причем технологические решения по 2-й очереди отработки трубки принимаются самостоятельно с учетом технологической ситуации после практической реализации 1-й очереди. Решение возникающих технических задач требует внесения изменений в проектные решения. При этом вопросы вскрытия трубки также решаются и проектируются в две стадии. Это обусловлено сложными горно-геологическими и геокриологическими условиями месторождения и отсутствием практического опыта подземной разработки в таких условиях. В целом сложившая ситуация не способствует разработке рациональных решений и, следовательно, обеспечение достижения эффективности подземного способа при отработке кимберлитовых трубок вызывает большие проблемы.

Какие же проблемы возникают по существующей технологии отработки кимберлитовой трубки? Главная проблема, которая трудно решается - переход от открытых к подземным горным работам и при этом обеспечение выбывающих мощностей с сохранением достигнутых параметров эффективности освоения месторождений по производительности и во времени [3]. При таком подходе затруднительно обеспечить выработку рационального варианта стратегии разработки месторождения и тем более оптимизировать параметры вскрытия в процессе открытой и подземной отработок кимберлитовой трубки.

ВСКРЫТИЕ КИМБЕРЛИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЯКУТИИ

Опыт проектирования и разработки кимбер-литовых месторождений Якутии показывает, что вопросы подземной отработки подкарьер-ных запасов трубок решаются после образования карьера для конкретной трубки самостоятельно и не всегда рационально. Например, предлагаются технические решения по ускоренному вскрытию подкарьерных запасов трубки «Мир» [4]. Особенностью месторождения являются глубокий карьер (глубина 525 м), наличие водоносного горизонта и его газовая характеристика, которые в значительной степени определяют ведение горных работ при строительстве и эксплуатации подземного рудника. Основная проблема, которую считают авторы актуальной, заключается в оптимизации временного разрыва между окончанием открытых работ и началом подземной разработки месторождения. Для этого они предлагают максимально использовать карьерное пространство для проходки из него вскрывающих выработок, что позволит максимально сократить срок начала подземной добычи кимберлитов. Из этого примера видно, как зачастую решаются частные задачи, обусловленные текущими проблемами и выходящие за рамки комплексного подхода к отработке кимберлитовой трубки. Поэтому, как считает Д.Р. Каплунов [3], только разработка методических принципов геотехнологической стратегии освоения месторождений на основе комплексирования различных способов добычи и их структурных технологических элементов в единой технологической схеме поможет решить все вопросы открытой и подземной отработок кимберлитовой трубки.

Стратегия развития единой схемы вскрытия месторождений при комбинированной разработке должна основываться на учете особенностей технологии открытых и подземных работ [3, 5]. Преимущества данной стратегии комплексного вскрытия месторождения заключаются в:

- образовании единой транспортной схемы для движения горной массы;

- создании комплексного плана промплощад-ки с оптимальным размещением породных и рудных отвалов и т.д.;

- разработке геомеханических мероприятий по обеспечению устойчивости породного массива при комбинированной отработке месторождения;

- использовании карьерного пространства на стадии строительства и эксплуатации подземного рудника.

Разработка и принятие единой концепции вскрытия месторождения, а может быть и группы месторождений в рудном поле, обеспечат наибольшую экономическую эффективность отработки месторождения, и в целом ритмично спланируют производительность предприятия на весь период отработки кимберлитовой трубки.

Накынское кимберлитовое поле включает две трубки «Ботуобинская» и «Нюрбинская», россыпные месторождения. Кроме того, выявлены аномалии, перспективные на наличие кимберли-товых трубок с промышленными запасами. Поэтому Накынское рудное поле является перспективным районом, на котором можно исследовать и отработать методологию и методические принципы комплексного вскрытия и добычи полезного ископаемого комбинированным способом.

Оценка освоения трубки «Ботуобинская» открытым или подземным способом произведена в работе [6]. Основные результаты исследований: с позиции максимизации доходов за весь период отработка трубки должна начинаться с открытого способа и заканчиваться подземным способом разработки, а с позиции максимальной полноты освоения запасов - с подземного способа разработки. В работе [7] при оценке эффективности инвестиций в освоение Накынского поля рассматривались три варианта: 1) разработка залежей открытым способом; 2) одновременная эксплуатация месторождений открытым и подземным способами (трубка «Ботуобинская» -только подземным способом); 3) последовательная отработка трубок «Ботуобинская» и «Нюрбинская» открытым и подземным способами. Основной вывод: подземный способ разработки является нерентабельным и окупается только за счет больших доходов от открытой добычи. При неизбежности подземной добычи минимальные убытки достигаются при реализации второго варианта. С другой стороны, экономическая оценка эффективности подземного способа разработки существенно меняется в последнее время. Например, Д.М. Казикаев [8] считает, что месторождения особо ценных руд (алмазы, коренное золото и т.п.) экономически целесообразнее отрабатывать подземным способом, чем открытым. А комбинированная открытоподземная разработка является переходным этапом к широкому применению подземного способа разработки месторождений.

Данные работы только подчеркивают сложность проблемы оценки отработки кимберлито-вых месторождений Накынского поля. Чтобы повысить рентабельность подземного способа

разработки кимберлитовых месторождений целесообразно вскрытие месторождения осуществлять на всю глубину сразу и проводить горные работы в восходящем порядке в пределах простирания трубки [9]. При таком подходе стратегия отработки всего месторождения решается комплексно разными геотехнологиями, а экономическая оценка отработки месторождения выполняется на все месторождение в целом, что является разумным и рациональным решением. В этом случае экономическую эффективность отработки всего месторождения целесообразно оценивать по чистому дисконтированному доходу или интегральному эффекту (Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования, 1994. М.: Госстрой, Минэкономразвития и Минфин РФ).

Сравнение технических вариантов вскрытия месторождения, определение оптимальных параметров вскрытия на разных стадиях проектирования и применяемых геотехнологий можно выполнять по экономико-математической модели, основанной на критерии приведенных затрат [9]. Эта модель дает возможность оптимизировать экономические затраты на вскрытие месторождения. На Накынском рудном поле есть предпосылки реализации комплексного вскрытия нескольких кимберлитовых трубок. Поэтому целесообразно подойти к разработке Накынско-го поля комплексно и проектировать отработку нескольких трубок одновременно несколькими геотехнологиями. Это позволит сконцентрировать все средства и обеспечить максимум использования финансовых и материальных ресурсов. Основная задача заключается в разработке единой стратегии вскрытия Накынско-го поля с учетом открытой, подземной или комбинированных геотехнологий при отработке отдельных кимберлитовых трубок с макси-

мальной полнотой освоения запасов полезного ископаемого.

Литература

1. Кириллин АД. Алмазодобывающий комплекс России. - М.: МГГУ, 1996. - 287 с.

2. Ганченко М.В., Филатов А.П., Киселев М.В. Состояние и направления развития подземной добычи алмазов в Западной Якутии // Горный журнал. - 2005. -№7. -С. 87-91.

3. Каплунов Д. Р. Стратегия перехода от открытых горных работ на подземный способ освоения месторождений /I Актуальные проблемы кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения. Материалы Международной науч.-практ. конференции «Мирный-2001», 1-9 июля 2001. - М.: Руда и металлы, 2002. - С. 139-146.

4. Замесов Н.Ф., Звеков В А., Айнбиндер И.И. и др. Технические решения по ускоренному вскрытию и подготовке к эксплуатации подкарьерных запасов трубки «Мир» // Горный журнал. - 2000. - № 10. - С. 25-30.

5. Рылъникова М.В.. Калмыков В.Н., Ивашов НА. Вскрытие при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений // Горная промышленность. - 2003. - №2. - С. 38-42.

6. Ведин Ю.А. Методические подходы к оценке эффективности инвестиций в освоение выявленных прогнозных ресурсов Накынского рудного поля // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2006. -№12. -С. 219-224.

7. Иванова В.В. Оценка эффективности освоения Накынского кимберлитового поля // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №1._— С. 175-182.

8. Казикаев ДМ. Предпосылки комбинированной разработки рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №1. -С. 281-285.

9. Богуславский Э.И., Минаев Ю.Л., Минаев Д.Ю. Оптимизация параметров вскрытия при восходящем порядке отработки крутопадающих рудных тел // Записки Горного института. - 2007. - Т. 170, часть 1. — С. 84-90.