Технико-экономическое обоснование целесообразности открытой разработки непромышленных залежей Северо-Уральских бокситов

Основу минерально-сырьевой базы алюминиевой промышленности составляют месторождения бокситов, из которых вырабатывают глинозём — исходное сырьё для получения металлического алюминия.

В 2000 г. мировая добыча бокситов (со странами СНГ) составила.

Рисунок 1. Структура мировой добычи бокситов.

Прочие 44,5%.

Alcoa 26,4%.

СУАЛ Bilfiton 3,6% 7,0%.

Alkan 9,0%.

Rio Tinto 9,5%.

Рисунок 2. Доли основных производителей глинозема.

Прочие 45.8%.

СУАЛ 3,3%.

Alcoa 33,3%.

Chinalco 8,5% около 125млн.т. В настоящее время доля России составляет 3,6% от мировой добычи бокситов. Доли наиболее крупных производителей бокситов (рис. 1), глинозема (рис. 2) и алюминия (рис. 3) представлены ниже [116]. Основные импортеры бокситов и глинозема: США (до 30% мирового импорта), Норвегия (13%), Канада (10%).

До 95% всех мировых ресурсов бокситов сосредоточено в Австралии, странах Африки, Карибского бассейна, Южной Америки, в Индии и Китае. Наиболее крупные месторождения бокситов находятся в Австралии, Гвинее, Бразилии, Ямайке (на эти страны приходится около 70% бокситов, добываемых в мире). Суммарные запасы бокситов в этих странах составляют 48 млрд. т., достоверно подтверждённые — 21 млрд. т.

В России не обнаружены месторождения бокситов с сопоставимыми запасами, как по объёму, так и по качественному составу руд. По мировым мер

Рисунок 3. Основные производите&tradeалюминия.

Прочие 64.8%.

СУАЛ 2,4% РУсАл 9,6%.

Alcoa 16,1% 5 кам РФ обладает крайне незначительными запасами промышленных бокситовоколо 400 млн. т., что составляет менее 0.7% от мировых запасов [114].

В настоящее время в России известны следующие основные бокситонос-ные районы: Северо-Уральский (Свердловская область), Южно-Уральский (Челябинская область), Северо-Онежский (Архангельская область), Тихвинский (Ленинградская область), Среднетиманский и Южно-Тиманский (Республика Коми). Месторождения бокситов имеются также в пределах Курской магнитной аномалии (Белгородская область) и в красноярском крае. Всего на балансе числится 48 месторождений бокситов, из них 11 — разрабатываемых, 4 — подготавливаемых к освоению, 33 — резервных (34% запасов от общероссийских) [17,28,111]. Наиболее крупными являются месторождения Северо-Уральского и Среднетиманского бокситоносных районов.

Из известных месторождений бокситов России разрабатываются североуральские (Северо-Уральским бокситовым рудником), южноуральские (ЮжноУральским бокситовым рудником), североонежские (Северо-Онежским бокситовым рудником), Тихвинское (Бокситогорским глинозёмным заводом), причём Тихвинское и Южно-Уральское месторождения в ближайшие несколько лет будут практически отработаны.

Месторождения бокситов Северного Урала обладают значительными запасами, но характеризуются исключительно тяжёлыми горнотехническими и гидрогеологическими условиями, что предопределяет необходимость крупных капиталовложений в горно-подготовительные работы. В мировой практике в подобных горно-геологических условиях бокситы не добываются.

Сырьем для производства глинозема в России являются бокситы и нефелины. Производство глинозема из нефелинов требует значительно большего расхода энергии и руды на тонну продукции, чем из бокситов. Производство глинозема из нефелина в настоящее время является неэкономичным, так как не могут быть реализованы все побочные продукты производства (цемент, поташ, сода, галий). 6.

В 2000 году в России было произведено 3 млн. тонн алюминия и 3,64 млн. тонн глинозема. Из недр Земли было добыто 4,53 млн. тонн боксита. В настоящее время добычу бокситов в России осуществляют 4 предприятия: ОАО «СУБР», ОАО «ЮУБР», ОАО «Бокситогорский глинозем и ОАО «СевероОнежский бокситовый рудник [116].

Перспективы увеличения потребления первичного алюминия внутри страны могут быть связаны с общим оживлением отечественной экономики и реструктуризацией производства конечной продукции (что должно расширить сферу его потребления). Прежняя структура потребления первичного алюминия в России сформировалась исходя из потребностей военно-промышленного комплекса. Так если в США и Европе большая часть алюминия (45−50%) идет на производство строительных деталей, тары и упаковки, то в России на эти цели расходовалось всего 8% металла. Потребление алюминия на душу населения в 1989 году составляло 18,6 кг, а в 1999 году упало до 2,7 кг. В то время как в США и Японии потребление устойчиво сохраняется на уровне 31,6 кг и 30,3 кг соответственно. По оценкам экспертов [116] только для восстановления потребления алюминия в России потребуется 10−15 лет. Последнее будет происходить, в основном, за счет постепенного наращивания внутренних мощностей при сохранении существующих объемов экспорта алюминия.

Производство первичного алюминия в России сосредоточено на сибирских и уральских алюминиевых заводах при этом доля последних (БАЗ и УАЗ) составляет около 10% [117].

Уральские алюминиевые заводы обеспечиваются сырьем Североуральского месторождения на 80 — 90%. От состояния сырьевой базы ОАО «СУБР» оказываются в зависимости Кандалакшский, Красноярский и частично Иркутский и Новокузнецкий алюминиевые заводы [116].

В последнее время обостряется конкуренция североуральским бокситам со стороны зарубежных производителей. По своему качеству североуральские бокситы уступают бокситам Гвинеи, Бразилии и несколько лучше бокситов 7.

США и Австралии. В то же время в этих странах бокситы добываются в основном открытым способом, что обусловливает их низкую себестоимость, а некоторых из них — возможность импорта в Россию. В настоящее время доля импортного глинозема составляет 70% общероссийского потребления.

Проектные работы, выполненные институтом «Гипроникель», а также расчеты ВАМИ доказывают необходимость сохранения до 2010 года производственной мощности СУБРа на уровне 3 млн.т. бокситов в год, а также потенциальную возможность ее увеличения с целью покрытия ожидаемого дефицита алюминиевого сырья на Урале и сокращения импорта глинозема в Россию [64].

Основной вид добычи боксита на СУБРе — подземная разработка месторождений (около 93% добываемого боксита). Остальные 7% добываются открытым способом. Как видно объемы, добываемые открытым способом, достаточно незначительны по сравнению с бокситами, добываемыми из шахт. Однако существует, по крайней мере, три причины, по которым открытые горные работы на СУБРе приобретают все большую и большую значимость:

1. В связи с ростом производства на алюминиевых и глиноземных заводах наблюдается нехватка сырья. Ввод новых мощностей на шахтах в короткие сроки, с учетом требований рынка, довольно сложен и требует достаточно больших капитальных вложений.

2. Себестоимость добычи боксита открытым способом при более безопасных условиях труда в три раза ниже себестоимости бокситов, добытых подземным способом.

3. Но самой важной причиной является качество продукции. Боксит добываемый подземным способом достаточно высококарбонатен (содержание С02 — более 5%) в то время как глиноземные заводы требуют содержание карбонатов не более 4%. Повышенное содержание карбонатов ведет к существенному увеличению (квадратичная зависимость) расхода каустической соды при переделе бокситов в глинозем методом спекания, чего не могут позволить себе глиноземные заводы в нынешней экономической си8 туации. Обеспечить необходимое содержание СО2 в бокситах можно путем усреднения с низкокарбонатным бокситом (содержание С02 — (до 2%) добываемым открытым способом.

Именно по этим причинам на СУБРе, в настоящее время, идет активное исследование всех прилегающих территорий (в радиусе 70 км) на предмет возможной разработки мелких залежей боксита открытым способом. Характерной геологической особенностью северо-уральского региона является совместное залегание угля и боксита на известняковой подошве. Более того, существует ряд угольных разрезов (отработанных или эксплуатируемых), где под угольными пластами имеются залежи бокситов не представляющих интерес для угольщиков [28]:

— Горностайское (390тыс.т.).

— Краснооктябрьское (375тыс.т.).

— Богословское (6857тыс.т.).

— Талицкое (200тыс.т.).

— Восточно-Шегультанское (805тыс.т.).

— Тотинское (9170тыс.т.).

— Южно-Веселовское (500тыс.т.).

— Тошемская группа месторождений (2128тыс.т.).

Большинство из находящихся под угольными пластами бокситовых залежей относится к непромышленным и самостоятельная разработка их экономически нецелесообразна [64]. Эффективной она может быть только тогда, когда в одном карьерном поле будут добывать, а затем и реализовывать два вида полезных ископаемых — уголь и бокситы.

Таким образом, технико-экономическое обоснование целесообразности открытой разработки непромышленных залежей северо-уральских бокситов является актуальной научной задачей. 9.

Цель диссертационной работы — теоретическое обоснование и создание методики определения основных параметров карьеров, разрабатывающих комплексные месторождения угля и бокситов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи исследования.

1. Определение круга месторождений с однотипным характерным геологическим строением удовлетворяющим дальнейшим задачам исследования и выявление степени влияния качества непромышленных залежей боксита на создаваемую в последствии шихту;

2. Разработка метода определения конечных контуров карьера с учетом комплексности месторождения;

3. Разработка метода определения производительности карьера по горной массе и попутным полезным ископаемым с последующей их стабилизацией;

4. Экономическое обоснование целесообразности вовлечения в разработку залежей попутных полезных ископаемых на основе метода распределения общекарьерных затрат на основное и попутные полезные ископаемые;

5. Иллюстрация разработанного метода для оценки эффективности вовлечения в разработку некондиционных руд боксита на Ольховском буроугольном месторождении.

Идея работы. Разработка непромышленных залежей бокситов может быть экономически целесообразной при проектировании совместной добычи угля и боксита в одном карьерном поле.

Основные научные положения, представленные к защите:

1. Проектирование открытой разработки некондиционных бокситов непромышленных залежей должно предусматривать использование в шихте с бокситом из подземных рудников, вследствие чего уменьшается содержание основного компонента в товарной руде, увеличивается ее фактический объем, снижается карбонатная составляющая «подземного» боксита, упрощая тем самым технологию передела и сокращая расход дорогостоящего каустика на 3,64 кг.

10 при уменьшении содержания СО2 на 0,1% при переработке каждой тонны боксита.

2. Возможность разработки бокситов в качестве попутного полезного ископаемого в угольных разрезах позволяет существенно увеличить их проектируемую глубину и балансовые запасы (на 60 м и 1,2 млн. т соответственно — для Ольховского карьера).

3. Распределение общекарьерных затрат на основное (уголь) и попутное (боксит) полезные ископаемые с учетом объема их добычи и ценности позволяет на 30−35% снизить себестоимость добычи угля.

Научная новизна работы: ^ установлено, что при определении границ карьера, разрабатывающего уголь и бокситы, критерию обеспечения минимальных затрат при комбинированной разработке всех запасов месторождения отвечает принцип, при котором граничный коэффициент добычи полезных ископаемых, приведенных к углю как основному из них, не превышает контурного. ^ установленные с помощью графиков P=f (Q) зависимости нарастающих объемов основного и попутного полезных ископаемых от объемов горной массы для различных углов рабочего борта карьера позволили разработать метод определения производительности угольного карьера по бокситам. Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы послужили труды ученых и практиков в области рационального использования природных ресурсов и открытых горных работ. Для рассмотрения поставленных задач использовались методы научного анализа и обобщения теоретических исследований, производственной и проектной практики, аналитические методы решения задач с помощью компьютерных прикладных программ.

Достоверность научных положений обосновывается представительным объемом проанализированной исходной информации по карьерам Северного Урала, подтверждается доведением их до инженерных методик, получением.

11 удовлетворительной сходимости результатов расчета с практикой проектирования и эксплуатации карьеров, принятием результатов исследования для использования при освоении комплексных месторождений угля и боксита на Северном Урале.

Практическая значимость работы заключается в создании методики определения границ и производительности карьера, а также обосновании целесообразности извлечения бокситов из угольных разрезов как попутного полезного ископаемого, позволяющем вовлечь в разработку непромышленные запасы бокситов на Богословском, Ольховском, Веселовском и Волчанском угольных разрезах.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы получили положительный отзыв и внедрены на карьерах ОАО «Севуралбокситруда» для расчета и проектирования основных параметров эксплуатации комплексных месторождений. Получены дипломы по итогам всероссийского конкурса молодых ученых в 1999, 2000 годах.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 1999;2001г.г.), на конференции по итогам Всероссийского конкурса на лучшую научную работу студентов вузов горного профиля (г. Екатеринбург, 1999 г.), на VI международной конференции «Экология и развитие северо-запада России» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.), на кафедре разработки месторождений открытым способом и разрушения горных пород СПбГГИ (ТУ), в проектных институтах ОАО «Гипроникель» и СПИ «СУБР-проект».

Общей теоретической базой работы послужили труды ведущих ученых в области открытых горных работ, рационального использования природных ресурсов карьерного поля, современных технологий горного производства академиков АН СССР и РАН М. И. Агошкова [1,2], Н. В. Мельникова [61,75], Н. Н. Мельникова [62], В. В. Ржевского [70,84], К. Н. Трубецкого [93,94], чл.-корр.

РАН А. А. Пешкова [68], В. Л. Яковлева [112,113], профессоров Ю. И. Анистратова [3], А. И. Арсентьева [4−6,71,72], Ж. В. Бунина [15,16], В. А. Галкина [19], Э. Л. Галустьяна [20], А. В. Гальянова [21−23], В. Б. Добрецова [32], Ю. Г. Карасева [46], В. С. Коваленко [91], В. Ф. Колесникова [47], А. И. Косолапова [49], Н. Я. Лобанова [56−58], В. А, Падукова [66], С. П. Решетняка [82], П. И. Томакова [91,92], Г. А. Холоднякова [98−102], B.C. Хохрякова [78,103], О. В. Шпанского [108,109], кандидатов наук А. Л. Грицая [30,31], В. П. Линева [55], С. И. Фомина [97] и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 133 страницы, содержит 21 таблицу, 23 рисунка, а также список литературы из 117 наименований.

4.4. Выводы.

1. При стремлении к максимальному использованию всех горных пород комплексного месторождения затраты предприятия безусловно возрастут, но удельные затраты на добычу каждого полезного ископаемого уменьшаться. Это обусловливает рентный эффект для каждого полезного ископаемого карьера и должно стимулировать предприятие к комплексному освоению месторождения.

2. Действующие, в настоящее время, методы определения себестоимости ввиду их некорректности не могут служить для целей научного ценообразования, что приводит, в свою очередь, к нарушению важнейших пропорций и неправильному распределению затрат на разные виды полезных ископаемых, вы.

122 даваемых из карьера, и концентратов на выходе с обогатительной фабрики. Существенной особенностью, дополнительно осложняющей методы калькулирования, является попутное получение значительного количества высокоценной руды (ценность попутного полезного ископаемого часто бывает в несколько раз выше основного).

3. Распределение общекарьерных затрат, по предложенной в настоящей главе методике (с учетом объемов и ценности полезных ископаемых), позволяет не только сделать добычу угля рентабельной, но и существенно увеличить глубину работ. Это позволяет дополнительно извлечь из недр 1,2 млн. т. угля и 2,89 млн. т. боксита. Кроме того, себестоимость боксита при предложенном методе расчета затрат осталась ниже оптовой цены на данный вид сырья, что доказывает рентабельность попутной добычи бокситов на рассматриваемом угольном месторождении.

5.

Заключение

.

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи — проектирования открытой разработки непромышленных залежей бокситов как попутных полезных ископаемых на угольных разрезах, обеспечивающей рациональное использование недр и малоотходную разработку месторождений полезных ископаемых.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Установлено, что бокситы, расположенные под пластами угля, могут являться объектом промышленной отработки только как попутное полезное ископаемое в карьерном поле, сформированном при разработке угля.

2. Подтверждено, что при рассмотрении любого комплексного месторождения полезных ископаемых наиболее объективным и информативным показателем является коэффициент выемки того или иного полезного компонента, а не коэффициент вскрыши, как это принято считать в настоящее время.

3. Обосновано, что глубину проектируемого карьера целесообразно определять на поперечных разрезах месторождения графически, по принципу приравнивания граничному коэффициенту добычи отношения линейных участков бортов карьера, находящихся в залежи основного полезного ископаемого со стороны висячего и лежачего боков рудного тела. Оконтуривание по предложенной методике с учетом комплексности месторождения позволяет дополнительно привлечь к разработке на Ольховском карьере 1,2 млн. т. угля и 2,89 млн. т. боксита.

4. Установлена зависимость изменения глубины карьера от мощности покрывающих пород для Ольховского комплексного месторождения и на ее основе разработан метод определения границ открытых работ, применение которого позволяет достаточно просто и оперативно корректировать глубину карьера в зависимости от горно-геологических условий месторождения и экономической ситуации на рынке сырья на разных этапах его эксплуатации.

5. Впервые, разработанный для комплексных месторождений угля, метод определения производительности карьера по попутным полезным ископаемым, позволяет также устанавливать значение угла рабочего борта и ширины рабочих площадок для любого периода деятельности карьера.

6. Применение предложенного метода распределения общекарьерных затрат, с учетом объемов и ценности разрабатываемых полезных ископаемых позволило обеспечить чистый дисконтированный доход на Ольховском карьере при одновременной добыче угля и боксита в размере 28,75 млн. рублей.