Добыча полезных ископаемых считается не самой наукоемкой отраслью, но и она, конечно же, нуждается в совершенствовании технологий. Причин этому несколько. При таких работах важно не только получить необходимое сырье с максимальной выгодой, но и нанести окружающей среде как можно меньший урон. Директор Института горного дела и транспорта, доктор технических наук Иван ПЫТАЛЕВ из Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова работает над обоснованием параметров карьеров и отвалов, формируемых в качестве техногенных емкостей. Какие проблемы помогут решить его исследования? Об этом «Поиск» спросил молодого ученого, получившего на свою работу грант Президента РФ.
— При добыче твердых полезных ископаемых в недрах, как известно, формируется техногенная емкость, которая называется карьером, — начинает рассказ Иван. — Полезные ископаемые находятся под землей, редко с выходом на поверхность. Поэтому их добыча требует удаления горных пород, которые располагаются над запасами и вокруг них. Такие породы называются вскрышными, так как они не имеют ценности и не используются в промышленности. Они вывозятся из карьера и складируются на специально отведенных земельных участках в насыпях, которые называются отвалами, их высота по мере разработки месторождений увеличивается и может достигать 100 и более метров. Отвалы стараются расположить как можно ближе к карьеру, чтобы снизить затраты.
Разработка месторождений проводится только сверху вниз: от поверхности земли в недра, причем слоями, которые называются горизонтами. В пределах каждого из них находятся как полезные ископаемые, так и вскрышные породы. На рудных месторождениях объем вскрышных пород может более чем в 10 раз превышать объем добытого полезного ископаемого, которое, впрочем, также обычно невозможно сразу использовать для получения готовой продукции.
Содержание полезных компонентов в извлекаемой из недр руде крайне низкое. При добыче золота эта величина составляет от 0,3 грамма на тонну, цветных металлов — от 1%, черных металлов — от 20%. Поэтому на специальных фабриках добытое из недр подвергают обогащению: полезные компоненты отделяются от пород.
Современные горно-обогатительные предприятия добывают и перерабатывают до десятков миллионов тонн руды в год. Когда она поступает на фабрику, ее разделяют на концентрат и хвосты — остатки пород, которые считаются отходами производства и складируются в техногенных емкостях, так называемых хвостохранилищах.
Глубина современных карьеров превышает 350 метров и постоянно увеличивается. В таких условиях из них все время приходится откачивать подземные воды. При этом для создания на поверхности техногенных емкостей, в которых складируются вскрышные породы и хвосты, требуются земельные участки, размеры которых превышают площадь разрабатываемого карьера в несколько раз. Кроме того, эти емкости не только «изымают» из хозяйственного оборота сотни гектаров земель, они оказывают негативное воздействие на атмосферу, так как создают пыль.
После завершения добычи и прекращения водоотлива в карьерах снова накапливаются подземные воды и атмосферые осадки. Они оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду: изменяют гидрогеологический режим подземных вод, миграцию в них различных элементов, в том числе солей тяжелых металлов.
— Но какие-то меры для смягчения негативных последствий наверняка предпринимаются?
— После отработки всех запасов карьер и отвалы проходят рекультивацию, то есть проводится восстановление земель, нарушенных горными работами. Затраты на это могут достигать 40% от стоимости добытых полезных ископаемых, поэтому часто все ограничивается мероприятиями по предотвращению деградации земель. Это нанесение изоляции из глины на участки с рудой, не имеющей промышленного интереса, а также на поверхность отвалов. На изоляционный слой кладут почвенно-растительный грунт.
— Как помогает в этой ситуации обоснование параметров карьеров и отвалов?
— Добыча и переработка полезных ископаемых на определенном участке недр ведется от десятка до сотен лет. А проводить мероприятия по рекультивации земель можно только после полного прекращения добычи. Поэтому формирование карьера должно обосновываться заблаговременно. Важно не только правильно определить его глубину, углы откоса бортов, но и очередность выемки руды и вскрышных пород.
Например, угол борта карьера к горизонтальной плоскости не может быть равен 90 градусам, так как в таком случае он неустойчив и вскоре начинает осыпаться. В зависимости от пород, в которых залегают полезные ископаемые, результирующий угол борта карьера (при различной глубине) в среднем варьируется от 18 до 55 градусов. Мы должны это обязательно учитывать при расчетах. Неверное определение параметров техногенной емкости приводит к увеличению объема изымаемых земель, повышению себестоимости добычи.
При обосновании параметров карьера следует рассматривать его не только как источник полезных ископаемых, но и как техногенную емкость для дальнейшего размещения продуктов обогащения и переработки, а также отходов производств, не связанных с горными работами, например, металлургического производства.
— Где вы берете данные для работы?
— Мы опираемся на отечественный и зарубежный опыт использования карьеров, отвалов и полигонов для размещения отходов. Исходные данные — это результаты инженерных изысканий и геологических отчетов о месторождениях полезных ископаемых. При их обработке, а также создании моделей карьеров и отвалов используем отечественные IT-решения для горного производства «Горно-геологическая информационная система ГИС ГЕОМИКС».
Нужную информацию собираем также в ходе полевых и инженерных исследований. Работали на месторождениях Кольского полуострова, Южного Урала, Дальнего Востока, Забайкалья, в Армении и Казахстане.
— Каков эффект от расчетов, которыми вы занимаетесь?
— Обоснование параметров карьеров и отвалов на этапе проектирования позволяет совмещать добычу полезных ископаемых, формирование техногенные емкостей и их использование. В результате оптимизируются затраты на складирование вскрышных пород и хвостов обогатительных фабрик при минимальном воздействии на природу — этого удается добиться за счет сокращения отчуждаемых земель и срока перехода на этап их рекультивации, не дожидаясь окончания добычных работ.
Все это нужно для достижения стратегических целей: более эффективного использования природных ресурсов и устойчивого развития горных предприятий при одновременном снижении экологической нагрузки на окружающую среду.
Василий Янчилин
Нет комментариев