Криворожский технический университет. Кривой Рог. Украина
Рассмотрены запасы железной руды на больших глубинах в Криворожском бассейне. Приведены схемы вскрытия месторождения с помощью слепых стволов. Проведено сравнение некоторых видов затрат на строительство глубоких горизонтов при помощи одно- и двухступенчатом вскрытия. Дан прогноз изменения себестоимости добычи руды с глубиной шахты.
Дефицит различных видов ресурсов становится ключевым фактором, сдерживающим развитие мировой экономики. В значительной степени это относится к железорудному сырью, активным экспортером которого традиционно является Украина.
Истощение существующих месторождений на сравнительно доступных тоннах заставляет искать способы решения проблемы развития сырьевой базы горной промышленности. К числу таких способов в Криворожском бассейне, в частности, могут быть отнесены: добыча магнетитовых кварцитов в полях действующих шахт, совершенствование системы разработки полезного ископаемого на карьерах, где возможно применение комбинированного открыто-подземного способа, обогащение ранее не использовавшихся окисленных руд, запасы которых весьма велики. Не вызывает сомнения, что в той или иной степени все направления будут рано или поздно задействованы, несмотря на необходимость привлечения в лом случае больших энергетических ресурсов.
Как представляется, в Криворожском бассейне, имеет перспективы развития и подземная добыча природно-богатой руды на больших глубинах при ступенчатом вскрыши месторождения.
В последние годы объемы добычи руды на шахтах бассейна остаются высокими. Поскольку имеющие место темпы добычи полезного ископаемого определяют интенсивное понижение горных работ, видимо не столь недалекой перспективе горизонты на глубине до полутора километров будут в основном отработаны.
В 80-е годы группой исследователей, которую, в частности, составляли академики П.П. Семененко и Я.И. Белевцев, проф. Г.В. Тохтуев и др. было проведено изучение структуры рудных полей и залежей богатых железных руд Кривого Рога (рис. 1) на глубоких горизонтах разработки.
Рис. 1 Прогнозные запасы богатой руды в этаже 1500-2500м
Можно предполагать наличие в Криворожском бассейне в диа¬пазоне глубин 1500-2501 м суммарных прогнозных запасов богатой руды порядка 730 млн. т. Указанная цифра может быть сопоставлена с величиной товарной руды, добытой подземным способом в бассейне за период, охватывающий практически всю историю существования (1880-2006 гг.). которая оценивается в 2100 млн.т [2,3].
Анализ множества данных по стоимости поддержания 1 м2 площади крепления (рис.2) горизонтальных горных выработок (пересчитанных в сопоставимых ценах), проведенных на различных глубинах показывает существование линейной зависимости затрат с тройной, что объясняется увеличением воздействия торною давления, необходимостью ремонта крепи выработок, большей толщиной бетонной крепи тип использованием других видов крепи с увеличенными параметрами.
Рис.2 Оценка стоимости поддержания крепи с глубиной шахты
Стоимость строительства глубоких горизонтов тестю связана со схемами вскрытия, применяемыми для добычи полезного ископаемого.
Для условий глубоких шахт Кривбасса можно рекомендовать вскрытие горизонтов второй ступени с применением слепых вертикальных стволов. Для различных условий развитие работ может осуществляться по следующим схемам (рис. 3).
При строительстве горизонта 2-й ступени вскрытия с использованием одной точки приложения работ (рис. 3. а) проходка выработок осуществляется следующим образом. Горизонт 2-й ступени вскрывается с помощью слепого ствола (3), находящегося вблизи главного квершлага (2) вышележащего горизонта, работы включают в себя также проходку околоствольного двора, камер подъемном машин и других выработок, необходимых для обеспечения строительства. Далее производится сооружение околоствольного двора на горизонте 2-й ступени вскрытия, проходка главного квершлага на этом горизонте (4). В дальнейшем осуществляется строительство штрека (5).
Рис. 3 Строительство горизонтальной ступени
Cхема характеризуется простотой, невысокими темами строительства и соответственно тепло, сравнительно большой продолжительностью сооружения объекта. Вместе с тем при такой схеме не возникает необходимости в проведении значительного объема вспомогательных выработок, связанных с обеспечением строительства. Она может быть рекомендована в большинстве случаев, в особенности при сравнительно невысокой интенсивности отработки вышележащих этажей.
При строительстве горизонта 2-й ступени вскрытия с использованием двух точек приложении работ (рис. 3. б) проходка выработок осуществляется от слепого ствола, находящегося вблизи главного квершлага и одного из фланговых слепых стволов. В данном случае точка встречи А будет находиться на штреке. При этом продолжительность сооружения горизонта может быть определена из следующих соображений.
Если участки штрека ВС н BD сопоставимы по протяженности, то возможны такие варианты:
-на участке ВС используется менее производительное проходческое оборудование и продолжительность работ примерно соответствует участку BD, где используется более производительное оборудование.
-если оборудование сопоставимо по производительности, то продолжительность строительства горизонта будет определятся окончанием работ по сооружению участка BD:
-если участок штрека ВС значительно превышает участок BD, то продолжительность строительства горизонта будет определятся временем достижения точки встречи А. Данная схема позволяет применять множество вариантов сочетаний различного проходческого оборудования для достижения определенных сроков окончания работ.
Строительство горизонта второй ступени с помощью трех точек приложения работ (от главного ствола и обоих фланговых). В этом случае (рис. 3, в), в отличие от схем. рассмотренных ранее, необходимо наличие еще одного флангового слепого ствола
Продолжительность работ по строительству горизонта определится достижением точек встречи направлений работ А или Е. При проходческом оборудовании различной производительности возможен вариант, когда моменты достижения точек встречи будут близкими.
Схема позволяет осуществить строительство в сравнительно сжатые сроки и может быть рекомендована при высокой интенсивности отработки вышележащих этажей. К числу заметных недостатков схемы могут быть отнесены необходимость проходки значительных объемов вспомогательных выработок н более высокая стоимость работ.
Схемы (рис. 3. a,в) имеют место при сравнительно небольших размерах рудного тела но простиранию. Если же размеры рудного тела но простиранию весьма велики, то могут иметь моею следующие схемы (рис. 3. г. Д).
Строительство горизонта второй ступени с помощью трех точек приложения работ «от главною ствола, флатового и временного околоствольного (рис. 3. г). Если использовать проходческое оборудование различной производительности, то участки штрека ЛС, AF, НК BD могут быть пройдены за сопоставимые промежутки времени, при использовании же оборудования одинаковой производительности продолжительность строительства горизонта во многом будет зависеть от темпов сооружения участка штрека BD.
Строительство горизонта второй ступени с помощью пяти точек приложения работ (от главного ствола, двух фланговых и двух временных околоствольных (рис. 3. д). Схема отличается наличием 5 точек приложения работ и может быть рекомендована в условиях очень высоких интенсивности добычи полезного ископаемого и соответственно понижения очистных работ. В других случаях такую схему применять нецелесообразно ввиду наличия значительных объемов выработок обеспечивающих строительство и большой его стоимости.
Ведение добычи железных руд в Криворожском бассейне на большой глубине (свыше 1501) м) будет сопряжено с необходимостью использования нескольких ступеней вскрытия месторождения с помощью слепых стволов. Можно предположить, что по крайней мере, до глубины 2500 м вскрытие месторождения мажет быть ограничено применением только второй ступени. Даже в этом случае обеспечение добычи связано с необходимостью дополнительных затрат, обусловленных как глубиной веления работ, так и особенностями используемой схемы вскрытия, предусматривающей строительство дополнительных подземных объектов.
Использование второй ступени вскрытия, предопределяет в целом рост затрат на разработку полезного ископаемого, обусловленный различными факторами (табл. I).
Существенную роль при строительстве глубоких горизонтов могут играть следующие факторы:
-снижение производительности бурового оборудования с глубиной:
-увеличение параметров крепи выработок, ее стоимости:
-проявление горного давления:
-увеличение притока воды и расстояния откачки:
-усложнение вентиляции выработок;
-необходимость строительства большого объема выработок, не имеющих место при одноступенчатом вскрытии (камер подъемных машин, слепых стволов и Т.П.):
-существенное снижение длины главного и вентиляционных квершлагов на горизонтах, вскрытие с помощью второй (последующих) ступени вскрыши, что является начальным фактором экономии.
Но прогнозным оценкам, для весьма различных условий изменение себестоимости 1 т железной руды в зависимости от глубины добычи с учетом вскрытия месторождения на больших глубинах (более 1501) м) с помощью второй ступени вскрытия может быть описано экспоненциальным выражением (рис. 4).
Мировые цены на железорудное сырье в последние годы отличались крайне высокой изменчивостью, связанной в немалой степени с развитием промышленности крупнейших стран. Особенно заметным был бурный подъем экономики Китая с нарастающей потребностью в сырье.
Знаменательным стал 2005 г. с рекордным повышением цен на железную руду на 71.5% |4|. Рост в 2006 г. на 19% и в 2007 г. на 9.5% был более сдержанных!. Рост в 2008 г. на 65-71% стал новым подтверждением все той же тенденции. Цены на железную руду в 2009 г. сократились приблизительно на треть. Это произошло на фоне разразившегося мирового финансово-экономического кризиса. Далее цены снова начали расти.
Табл. 1 Сравнительная оценка некоторых видов затрат при различном способе горизонтов.
Рис. 4 Прогнозирование изменения себестоимости руды с глубиной шахты.
В апреле 2010 г. у компании ВНР Billiton (Австралия) цены поставок в Японию на железорудное сырье на рудную мелочь составили 120.08 долл./т (прирост 99,7% к предыдущему году), на крупнокусковую руду 135 долл/г (88% к предыдущему году).
Аналогичные поставки компании Vale (Бразилия) на рудную мелочь составили 100-110 долл./т (прирост 77-89%) |4|. Очевидно, что за последние 10 лет цены на железорудное сырье выросли многократно. Подобное следует, видимо, предполагать и в будущем. В таком случае даже сравнительно высокая, по отношению к исходной, имевшей место в прошлом, себестоимость добычи руды не будет препятствием для успешного функционирования шахт, которые будут рентабельными.
Таким образом, для условии глубоких шахт Кривбасса можно рекомендовав вскрытие горизонтов с применением слепых вертикальных стволов. Затраты на добычу руды будут расти с глубиной разработки месторождения. Наиболее высокая стоимость строительства глубоких горизонтов будет иметь место при схемах вскрытия, предусматривающих большое число слепых с толов н вспомогательных выработок.
Заметное увеличение затрат на добычу железной руды с глубиной может быть во многом компенсировано постоянным ростом мировых цен на сырье. В такой ситуации добыча руды мажет быть рентабельной даже с весьма больших глубин, что в прошедшие периоды было нецелесообразно.
Библиографический список:
1.Структура криворожских месторождений железных руд и закономерности их развития на больших глубинах. П.П. Семененко., Г.В. Тохтуев., В.М. Кравченко, Э.А. Корощук. Киек. Наук, думка. 1981. 188 с.
2.Кріворізький залізнорудний басейн. До 125-pічча з початку промислового видобудку залізних руд / Ю.Г. Biгкул., Л.В. Дояр., М.I. Дядечкін., О.С. Колодезнєв та iн. – Кривий Ріг, Видавничий центр КТУ.,- 2006. 583 с.
3.Плотников О.В., Економічні оцінки залізнорудних родовищ у фінансових та інвестиційних проектах. Кривий Ріг. Мінерал 2006., 274 с.