Роль рудничных геологов в решении вопросов проектирования горнорудного предприятия

Некоторые вопросы проектирования горнорудных предприятий и составление проектов

Основным документом, которым руководствуются при проектировании промышленных, в том числе и горных предприятий, является «Инструкция по составлению проектов и смет по промышленному строительству». В Советском Союзе проектирование промышленных предприятий принято осуществлять в три стадии: первая — разработка проектного задания, вторая — разработка технического проекта и третья — подготовка рабочих чертежей.

Перед разработкой проекта на строительство горнообогатительного или горнометаллургического комплекса или на реконструкцию предприятия в обязательном порядке составляется технико-экономический доклад (ТЭД).

Содержание ТЭДа определяется поставленной в каждом конкретном случае задачей. Составление ТЭДа имеет целью определить объем и направление проектных работ, дать предварительную оценку сырьевой базы и перспектив ее дальнейшего роста, научно обосновать необходимые масштабы производства, характер предприятия и размещение составных его частей (рудников и обогатительных фабрик), выбрать оптимальные условия снабжения предприятий энергией и водой, определить очередность и сроки ввода в действие отдельных объектов предприятия.

ТЭД разрабатывается проектным институтом по заданию министерства или отраслевого главного управления.

Проектное задание имеет целью выявить прежде всего технические возможности и экономическую целесообразность предполагаемого строительства. Задачами проектного задания являются:

• оценка запасов и качества руды с точки зрения целесообразного промышленного их использования;
• уточнение промышленных запасов, определение границ разработки, разбивка месторождения на отдельные шахтные поля или участки с определением очередности их разработки;
• установление производительности проектируемого рудника (шахты, карьера) и выявление технических возможностей для се обеспечения;
• принципиальное решение вопроса о вскрытии месторождения, выборе места заложения вскрывающих выработок, выбор способа и системы разработки;
• разработка (без детальных расчетов) производственного процесса, выбор типов и необходимого количества основного оборудования, определение потребностей в топливе, воде, энергии и выявление источников удовлетворения этих потребностей;
• решение вопроса о типе, о материале зданий, о площадке для промышленного и жилищного строительства, внутреннем и внешнем транспорте;
• разработка общего плана развития производства, сроков и очередности строительства, выявление ориентировочной его стоимости и эффективности капитальных затрат, а также технико-экономических показателей эксплуатационной деятельности проектируемого рудника или шахты.

При оценке запасов с целью промышленного их использования часто возникает вопрос о целесообразности валовой или досортной (селективной) добычи руд. Этот вопрос приобретает особенно важное значение при проектировании железных рудников, поскольку для плавки железных руд решающее значение имеет их химический состав, определяющий целесообразность и технологию их переработки. Результаты технологических исследований по обогащению бедных руд, окускованию рудной мелочи, удалению серы и т. п. в сочетании с предполагаемым и данными о характере добычных работ позволят уточнить кондиции, а также частично использовать забалансовые руды, что расширит сырьевую базу горнорудного предприятия.


При определении границ разработки месторождения необходимо стремиться к максимальному извлечению учтенных балансовых запасов и к минимальным потерям руды в недрах. Балансовые запасы, подлежащие извлечению из недр, называют промышленными запасами. Они определяются путем исключения из балансовых запасов потерь, предусмотренных проектом.

Одновременно с определением промышленных запасов при проектировании должны быть установлены в зависимости от характера месторождения и принимаемой системы разработки нормативы по разубоживания) руд и определены общее количество и вещественный состав руды, поступающей на обогатительную фабрику или рудный склад. С учетом выше отмеченных данных определяется производительность проектируемого рудника.

В зависимости от глубины и условий залегания рудных тел месторождения возможны три варианта разработки: открытый и подземный способы и комбинация открытой и подземной отработки. Разработка месторождения открытым способом имеет ряд преимуществ, поэтому при проектировании стремятся максимальную часть запасов отработать открытым способом. Главными преимуществами открытого способа разработки месторождения являются:

• благоприятные условия труда и большая безопасность работ:
• возможность широкого применения механизации при производстве добычных работ;
• сокращение сроков ввода в эксплуатацию месторождения;
• значительное уменьшение потерь руды.

Эти преимущества заставляют особенно тщательно подходить к анализу вопроса о предельной глубине открытых работ, которая в значительной степени определяется коэффициентом погашения вскрыши. Затраты на вскрышные работы относятся на стоимость руды. Поэтому чем больше объем вскрышных работ, том больше будет стоимость добычи 1 т руды. Исключением являются только те случаи, когда вскрышные породы используются как строительные материалы или имеют какое-либо иное значение в народном хозяйстве.

Отношение объема вскрышных пород к объему извлекаемой руды из карьера называется промышленным коэффициентом вскрыши. Этот коэффициент является одним из основных критериев экономической целесообразности открытых работ.


В общем случае для всех месторождений, выходящих на поверхность и постепенно, под тем или иным углом, погружающихся на глубину, коэффициент вскрыши будет тем больше, чем глубже будет расположена нижняя граница открытых работ. Предельная глубина открытых работ выбирается с таким расчетом, чтобы стоимость добычи 1 т руды открытым способом в сумме со стоимостью вскрышных работ, приходящихся па 1 т руды, была меньше или равна стоимости добычи 1 т руды подземным способом.

При выборе той шли иной системы добычных работ обязательным является требование безопасности принятой системы для конкретных условий разработки месторождения, а также экономическая эффективность этой системы разработки.

При решении вопроса о вскрытии месторождения, т. е. о проходке комплекса выработок, открывающих доступ к месторождению (стволов шахт, штолен, траншей в карьерах), намечаются возможные наиболее целесообразные варианты вскрытия, сравнение которых по экономическим и горнотехническим показателям позволяет выбрать оптимальный вариант.

Утверждение проектного задания дает право производить первоочередные под го то в в. тельные работы для строительства объекта: устройство подъездных путей, закладка карьера для строительных материалов, строительство временных жилых и хозяйственных помещений и т. п. Производство основных строительных работ по проектному заданию допускается лишь с разрешения Министерства.

В ходе составления проектного задания проектная организация выдает задание па дополнительные то по графо-геодезические изыскания, необходимые для дальнейших стадий проектирования.

Технический проект, представляющий собой вторую стадию проектирования, выполняется на основе утвержденного проектного задания. Для избранного в проектном задании варианта решения того или иного вопроса в техническом проекте дастся его конструктивное оформление и обосновывается соответствующими расчетами экономическая и техническая целесообразность рекомендуемого к исполнению варианта.

Технический проект должен содержать комплексное решение основных технико-экономических вопросом, касающихся технологической, строительной, энергетической, транспортной и других частой проекта,


К моменту составления технического проекта горного предприятия должна быть полностью закопчена детальная разведка месторождения, гидрогеологические, топографические, изыскательские и исследовательские работы.

На все объекты строительства в стадии технического проектирования составляются сметы, а для проектируемых объектов эскизно-сметно-финансовые расчеты. Сумма затрат на строительство определяется сводной или генеральной сметой.

Технический проект и сметы после их утверждения служат основными документами для производства строительных работ и их финансирования.

Рабочее проектирование выполняется после утверждения технического проекта, В процессе рабочего проектирования в горной части проекта дается окончательная увязка планов горноподготовительных работ, отметок эксплуатационных горизонтов, разбивка этажей на выемочные блоки и камеры. Стадия рабочего проектирования обеспечивает разработку конструктивных деталей различных сооружений и увязку строительных чертежей с чертежами оборудования, а также окончательную увязку генерального плана будущего промышленного комплекса.

При необходимости проектирования горного предприятия в сжатые сроки число стадий проектирования может быть сокращено до двух: проектного задания и рабочих чертежей. В этом случае разрабатывается так называемое расширенное проектное задание с большей детализацией основных объектов проектирования и с составлением спецификаций для заказа необходимого оборудования.

Планирование горных работ

Правильное планирование горных работ обеспечивает планомерность разработки месторождения, слаженность и ритмичность в работе всех звеньев технологического процесса и регулярное выполнение и перевыполнение государственного плана добычи и переработки руд.

В практике горных предприятий приняты следующие стадии планирования:

• перспективное, охватывающее пятилетний период работы горного предприятия, с разбивкой общего плана по годам;
• основное, охватывающее предстоящий операционный год работы горного предприятия, с разбивкой годового плана по отдельным кварталам и месяцам;
• текущее, охватывающее предстоящий месяц работы горного предприятия, с разбивкой месячного плана по неделям, суткам и сменам.

План горных работ предприятия является производственной программой, охватывающей все стороны деятельности предприятия, связанные с добычей и обработкой руды: буровые и взрывные работы, горноподготовительные и вскрышные работы, добычные (очистные) работы, путевые работы, отвальные работы, работу всех видов транспорта, обогатительных и агломерационных фабрик и т. п.


Планы горных работ должны содержать расчетный, табличный, текстовой и графический материалы. Все материалы должны быть краткими, четкими и ясными.

Недельно-суточный план (или, как его называют, график) составляют в виде таблицы удобного для пользования формата; квартальный и месячный планы могут состоять из небольшого числа таблиц, краткой пояснительной записки и небольшого объема графического материала.

Годовой план должен быть наиболее подробным и полным в отношении увязки всех работ горного предприятия. При составлении годового плана горных работ необходимо предусматривать выполнение горнокапитальных и горноподготовительных работ в объемах, обеспечивающих нормальную эксплуатацию месторождения не только в течение данного операционного года, но и в последующие периоды.

Перспективные планы горных работ увязываются с техническим проектом разработки месторождения и являются дальнейшим развитием этого проекта. Они учитывают все ранее допущенные отклонения от проекта, к числу которых может быть отнесено, например, отставание вскрышных или горноподготовительных работ и т. п. Перспективным планом предусматриваются пути своевременной ликвидации таких отклонений от проекта. В отдельных случаях допускаются соответствующие изменения проектных мощностей отдельных карьеров или шахт и устанавливается новая, чаще всего увеличенная производственная мощность горнодобывающего предприятия.

Годовой план горпых работ или годовая производственная программа горного предприятия включает перечисленную ниже совокупность отдельных планов работ, различных расчетов и прочих взаимно увязанных материалов:

• календарные планы добычи рудной массы и вскрышных работ по отдельным карьерам, горизонтам и блокам, с разбивкой их по кварталам и месяцам;
• календарные планы для подземных горнокапитальных, подготовительных, нарезных и очистных работ;
• балансы погашения вскрышных работ в карьерах и горноподготовительных подземных выработок к шахтах;
• график буровых работ и расчеты объемов горной массы, подлежащей разбуриванию и взрыванию;
• график работы экскаваторов и показатели их производительности;
• показатели производительности основных механизмов на подземных работах и показатели механизации основных производственных процессов ;
• годовой баланс погашения выработанного пространства;
• расчеты объемов работ железнодорожного и автомобильного цехов и показатели производительности электровозов, паровозов, и автосамосвалов;
• календарный план снабжения сырьем обогатительных фабрик с отдельных карьеров и шахт с разбивкой его на кварталы и месяцы;
• расчеты качественного состава рудной массы для обогатительный фабрик и состава шихты для агломерационных фабрик;
• расчеты показателей работы обогатительных и агломерационных фабрик;
• расчеты расходных коэффициентов электроэнергии, воды, топлива и сырья на обогатительных и агломерационных фабриках;
• расчеты расходных коэффициентов взрывчатых и других материалов, сжатого воздуха, топлива и электроэнергии на единицу продукции;
• календарный план производства товарных руд и агломерата, план отгрузки и расчеты показателей их качества;
• годовой план эксплуатационной разведки.

Как видно из приведенного перечня, в составлении плана горных работ предприятия принимают участие большинство отделов управлений: технический, маркшейдерский, геологический, плановый, технический персонал рудников, шахт, карьеров, производственных участков и цехов,

Рудничная геологическая служба при составлении годового плана горных работ обеспечивает:

• составление и оформление всех необходимых при планировании графических материалов с элементами общего геологического строения месторождения и контурами рудных тел и отдельных типов и сортов руд. В частности, рудничные геологи представляют сводные геологические планы отдельных месторождений и эксплуатационных участков, проекции рудных тел на вертикальную или горизонтальную плоскости, погоризонтные или послойные геологические и качественные планы, геологические разрезы по месторождению в целом и отдельным эксплуатационным участкам, блокам, камерам и т. д. Графические геологические материалы должны составляться инструментально на маркшейдерской основе;
• составление необходимых расчетов запасов и вещественного состава рудной массы с указанием типов и сортов руд по всем эксплуатационным участкам, горизонтам, блокам и камерам в пределах контуров, намеченных к отработке в течение планируемого года;
• составление расчетов по разубоживанию руды для отдельных эксплуатационных участков и расчетов качественного состава разубоживания руды, поступающей на обогатительные фабрики;
• представление материалов по определению объемных весов руд и пород по отдельным эксплуатационным участкам, а также категорий пород и руд по их буримости и взрываемости;
• представление необходимых сведений о коэффициенте погашения вскрыши в карьерах, капитальных и подготовительных выработок в шахтах на базе ежегодных подсчетов остающихся запасов, а также рекомендаций о необходимости и целесообразности изменения принятых проектом коэффициентов погашения;
• уточнение гидрогеологических и горногеологических условий разработки отдельных участков и блоков месторождения {совместно с техническим отделом и горным цехом предприятия геологическая служба разрабатывает соответствующие профилактические мероприятия по предупреждению возможных осложнений при производстве горных работ);
• составление годового плана эксплуатационной разведки, предусматривающего своевременное выяснение всех необходимых для разработки геологических деталей на участках работ предстоящего года и на участках эксплуатационных работ в последующие два-три года.

Работники рудничной геологической службы совместно с работниками технического и маркшейдерского отделов участвуют также и размещении заданий государственного плана добычи рудной массы по отдельным производственным участкам, блоками эксплуатационным камерам. Совместно с работниками технического отдела и с руководящими техническими работниками обогатительных и агломерационных фабрик рудничные геологи участвуют в составлении плана обеспечения этих фабрик необходимым сырьем, а также в составлении плана выпуска ими готовой продукции и в определении качественного состава этой продукции.

Месячные планы горных работ предприятия составляют на основании уточненных производственных заданий, при учете имеющихся па начало месяца новых данных по всем эксплуатационным участкам.

Вследствие отклонений от годового плана, если они были в течение истекших месяцев операционного года (невыполнение плана и др.), или по другим причинам (увеличение задания на месяц, на год) месячные производственные задания могут но совпадать с первоначальными данными месячных планов, являющихся составной частью первоначального годового плана. Например, в практике Магнитогорского карьера в месячном плане устанавливается расстановка экскаваторов по отдельным забоям и горизонтам. На основе месячного плана ив соответствии с принятой расстановкой экскаваторов составляют недельные планы-график и, в которых цифрами и принятыми условными обозначениями показывают перечень работ для каждого экскаватора (погрузку, разборку или укладку пути, взрывание, плановый ремонт экскаватора и т. п.). В этих планах-графиках указывают плановые данные на каждый день недели и для каждой из трех смен и итоговые данные на неделю. Г1о мере выполнения работ в соответствующих графах этих планов отмечают фактические данные о их выполнении.

На неделю вперед в плане-графике намечают:

• объем добычи руд и пород в думпкарах но сменам для каждого экскаватора;
• количественную и качественную характеристику руд по железу, сере и кремнезему, отправляемых в каждую смену на рудообогатительные фабрики из забоев отдельных экскаваторов;
• количество бедных руд и пустых пород, направляемых от каждого экскаватора во временные отвалы бедных руд и в постоянные отвалы пустых пород;
• баланс добычи руд и пород в думпкарах за каждую смену, с распределением их количества по фабрикам и отвалам и с качественной характеристикой руд;
• общий баланс добычи руд в думпкарах со средненедельной качественной их характеристикой и баланс добычи пород за всю неделю;
• время и место производства массовых взрывов и место работы каждого экскаватора в течение недели по отношению к этим взрывам;
• время планово-предупредительных ремонтов тех экскаваторов, ремонт которых согласно годовому графику приходится на планируемую неделю, время, в течение которого тот или иной экскаватор находится в резерве и на горноподготовительных и хозяйственных работах;
• время, место и объемы работ по перекладке и ремонту железнодорожных путей, по ремонту контактной электросети и по прочим вспомогательным работам, влияющим на общий ход производства на планируемую неделю.

Кроме того, в плане-графике указывается среднесменный тоннаж добычи руды, пород и горной массы, что позволяет руководству карьером оперативно контролировать выполнение плана по добыче рудной массы.

В составлении первых пяти заданий, включаемых в недельно-суточный график, рудничные геологи принимают непосредственное участие. Для подсчета объемов добычи по каждому экскаватору рудничные геологи должны составить графические материалы с точными контурами рудных тел и отдельных сортов руд и постоянно пополнять их новыми данными по результатам документации и опробования взрывных скважин и систематической геологической документации забоев. Рудничные геологи определяют соотношение отдельных сортов руд по всем действующим в течение недели забоям, рассчитывают качественный состав руд и рудной массы в целом, определяют количество бедных руд и пустых пород, которые Должны быть отправлены в отвалы и т. п.

Составляя планы по количеству и качеству отдельных сортов руд для многочисленных забоев на такие короткие отрезки времени, как неделя, сутки, смена, рудничные геологи имеют возможность ежедневно проверять правильность расчетов, а следовательно, и достоверность всех видов геологической документации и опробования и надежность основанных на них геометрических построений контуров рудных тел и отдельных типов и сортов руд.

Годовой план горных работ утверждается для горных предприятий вышестоящими организациями — трестами или главными управлениями. Поэтому всякое отклонение от утвержденного плана и направления горных работ недопустимо без разрешения этих органов. На маркшейдерскую В частично геологическую службу горного предприятия или рудника возлагается также систематический контроль за правильным, соответствующим утвержденному плану направлением горных работ.

В карьерах этот контроль осуществляется путем постоянного наблюдения за продвижением экскаваторных забоев, сопоставления фактического местоположения взрывных скважин с календарным планом продвижения экскаваторных забоев и, наконец, путем ежемесячного или ежеквартального сопоставления погоризонтных геолого-маркшейдерских планов с нанесенными на них проектными и фактическими месячными и квартальными границами экскаваторных лент.

В условиях подземных работ осуществляется такой же постоянный контроль путем сопоставления проекций рудных тел с плановыми и фактическими контурами отработки. Кроме того, участковый маркшейдер определяет направление всех капитальных, подготовительных и нарезных горных выработок и следит за исполнением принятого направления в процессе их проходки.

Участковый или шахтный геолог, постоянно документируя и опробуя нарезные горные выработки, следит за полнотой выемки руды, не допускает подработку пустых пород или руд с низким содержанием полезного компонента.

Однако в процессе эксплуатационных работ и в результате эксплуатационной разведки, проводимой в течение операционного года, контуры отдельных рудных тел и общие границы рудной толщи могут в отдельных случаях существенно изменяться и не отвечать проектным решениям Отработки этих участков.

Рудничная геологическая служба должна в таких случаях делать новые геометрические построения контуров отдельных рудных тел или рудной толщи, совместно с маркшейдерской службой и техническим отделом устанавливать новые предельные границы карьерной отработки на определенных горизонтах, новые границы очистной подземной выемки, новые системы подземных работ или новые параметры для отдельных эксплуатационных блоков и камер.

Если новые геологические, горнотехнические или гидрогеологические данные отдельных эксплуатационных участков не соответствуют проектным данным годового плана горных работ, то в этом случае необходимо в проект плана вносить соответствующие коррективы, оформив эти изменения должным образом в вышестоящих организациях.

Изменение системы разработки месторождения и технологической схемы переработки руд

Рудные месторождения по структуре, форме и вещественному составу весьма разнообразны, что оказывает существенное влияние на выбор способа их разработки. Главными факторами, влияющими на выбор системы разработки месторождения, являются:

• форма и размеры рудных тел;
• углы падения рудных тел по отношению к горизонту;
• крепость руды и вмещающих пород;
• ценность руды;
• устойчивость руды и вмещающих пород против обрушения, наличие или отсутствие тектонических нарушений;
• наличие или отсутствие на руднике обогатительных фабрик и необходимость в связи с этим ведения селективной или массовой выемки руд;
• распределение ценных компонентов в рудных телах и др.

В ходе эксплуатационных работ накапливается весьма ценная геологическая информация о месторождении, что может внести коренные изменения в первоначальные представления о факторах, влияющих на выбор системы разработки. Рудничный геолог для решения вопроса об изменении системы разработки месторождения представляет на рассмотрение специалистов технического отдела рудоуправления или проектной организации соответствующие геологические материалы, устанавливающие изменения главных геологических факторов, влияющих на выбор системы разработки месторождения. К числу таких факторов относятся новые данные о геологическом строении месторождения и характеристике тектонических нарушений в пределах рудного тела, о структурах и текстурах руд, характере направления слоистости, трещиноватости, от-дельности вмещающих пород. Существенное значение для изменения систем разработки месторождения имеют данные о размере, форме и условиях залегания рудного тела. Эти данные отмечаются на соответствующий геолого-маркшейдерских планах и в обязательном порядке должны быть учтены при решении вопроса об изменении системы разработки месторождения.

Существенное влияние на выбор и последующее изменение системы разработки месторождения оказывает распределение полезного компонента в месторождении, а также наличие безрудных прослоев и участков в рудном теле. При равномерном распределении оруденения обычно ведется валовая добыча. При неравномерном распределении оруденения и наличии безрудных участков в рудном теле рудничному геологу совместно с эксплуатационниками приходится решать вопрос о необходимости разработки месторождения или отдельных его участков селективным способом.

Существенную роль играет рудничный геолог в решении вопроса об изменении технологической схемы переработки руд. Занимаясь систематическим изучением месторождения, рудничный геолог может установить, что с глубиной или по простиранию вещественный состав руд, их структура и текстура, а также другие факторы, влияющие на выбор технологии переработки руд, по сравнению с первоначальными представлениями изменяются. Эти изменения могут оказать отрицательное влияние на качественные показатели работы обогатительной фабрики и привести к снижению процента извлечения полезных минералов в концентрат.

Геологическая служба рудника, располагая данными, характеризующими изменение вещественного состава, текстур и структур руд и содержания твердых примесей в руде, обязана заблаговременно предупреждать технологов о предстоящем изменении вещественного состава руд и совместно с ними решает вопрос о необходимости внесения соответствующих изменений в ранее принятую технологическую схему их переработки.

Вопросы комплексного использования руд

Научно-технический прогресс во всех областях производства, создание таких видов продукции, о существовании которых еще несколько десятилетий тому назад не подозревало человечество, заставило изменить представление о необходимости добычи многих элементов периодической системы Менделеева. Так, стремительные темны исследования космического пространства, широкое применение электронно-вычислительной техники, изготовляемой на полупроводниковой основе, требуют полых материалов, обладающих повышенной прочностью и надежностью в условиях высоких давлений, температур и скоростей. Изготовление материалов, соответствующих этим требованиям, вызвало необходимость, в частности, широкого Применения редких и рассеянных элементов, обладающих замечательными свойствами.

Как известно, многие из рассеянных элементов пе образуют в земной коре самостоятельных месторождений. Они чаще всего являются продуктами попутной комплексной переработки руд черных и цветных металлов или других видов минерального сырья. Технология извлечения редких и рассеянных элементов имеет ряд характерных,черт, отличающих ее от технологии извлечения черных и цветных металлов. Металлургия редких металлов не знает процессов непосредственного получения металла путем плавки руд в крупных печах. Например, извлечение гафния из цирконевых концентратов стало возможно только благодаря развитию вакуумной техники, а выделение элементов групп редких земель — в результате применения ионнообменных смол.

Немаловажную роль для процессов комплексной переработки руд, Содержащих редкие и рассеянные элементы, сыграла техника высоких Температур, а также современные физические и физико-химические методы анализа и контроля производства. В связи с малыми содержаниями попутных компонентов в комплексных рудах цветных и черных металлов большое значение для рациональной переработки имеют процессы обогащения руд и концентрирование попутных компонентов с процессе Переработки сырья. Полиметаллические руды, главной составной частью которых являются свинец и цинк, часто содержат, кроме висмута, сурьмы, золота и серебра, кадмий, талий, галлий и германий, которые концентрируются в отходах производства свинцовых и цинковых заводов. Эти отходы являются, таким образом, исходным сырьем для получения ряда цен пых элементов.

Пыли и возгоны металлургических печей и илы сернокислого производства нередко содержат селен, теллур, таллий. Шлаки черной металлургии могут служить источником получения ванадия и титана. Золы и возгоны некоторых углей и горючих сланцев содержат значительные концентрации германия, ванадия, иногда молибдена, галлия, а в их шлаках накапливаются цирконий, редкие земли и другие элементы. В калийных солях установлены рубидий и цезий, а в глиноземном сырье галлий, индий и др.

Большое значение для комплексной переработки руд имеет качественная и количественная оценка попутных компонентов в рудах отдельных типов месторождений, а также установление формы их нахождения в баланса распределения в рудообразующих минералах.

В настоящее время из минерального сырья извлекают более 74 элементов периодической системы Менделеева, в том число около 50 элементов получают преимущественно при комплексной переработке руд.

Комплексность минерального сырья может быть обусловлена наличием пара генетических минеральных ассоциаций различных элементов; геохимическим сродством отдельных элементов, входящих в определенных соотношениях в одни и те же минеральные образования. В обоих случаях возможность комплексного использования минерального сырья определяется-тремя факторами:

• геологическим, т. е. наличием ценных минералов-спутников или попутных элементов в промышленных рудообразующих минералах;
• технологическим, выражающимся в возможности извлечения при данном уровне техники попутных минералов или элементов-спутник о в с достаточно высокими технологическими показателями;
• экономическим, требующим, чтобы стоимость дополнительно получаемой продукции не только покрывала все затраты, связанные с комплексном переработкой руд, но и обеспечивала в определенных размерах необходимую прибыль.

Примером комплексного минерального сырья первого типа являются широко распространенные медно-свинцово-цинковые и свинцово-цинковые руды, представленные сульфидами меди, свинца и цинка в различных соотношениях, сульфидные медно-никелевые руды и т. п. Применение классических методов селективной флотации при обогащении таких руд позволяет получать концентраты соответствующих минералов, в дальнейшем перерабатываемых раздельно. Способы переработки таких руд при различных, но, как правило, очень высоких технологических показателях широко освещены в отечественной и зарубежной литературе.

К этому типу комплексных руд относятся бранерит-уранинит-тухолит-золотоносные конгломераты Витватерсранда (ЮАР), Блайнд-Ривер (Канада) и Серра-де-Жакобина (Бразилия). В обобщенном виде схема использования конгломератов такого типа выглядит следующим образом: после соответствующего измельчения выделяют золото, выщелачивают ура но-редкоземельные минералы, осаждают и выделяют урановые соединения, производят переработку остаточных растворов гидрометаллургическим методом с выделением суммы редких земель.

В молибденовых рудах месторождения Клаймакс (США) спутниками молибденита являются вольфрамит, гюбнерит, касситерит, пирит, халькопирит и монацит. В течение многих лет эти минералы уходили в отвал, но потом для их улавливания были установлены спиральные сепараторы. Применение новой технологии обогащения руд оказалось экономически выгодным. Из хвостов основной молибденовой флотации, после удаления шламов, последовательно извлекают пирит, монацит, вольфрамит и касситерит.

В Нигерии комплексные руды месторождений района плато Джонс, представленные рыхлыми выветрелыми гранитами, содержащими в форме акцессорных включений касситерит, колумбит, магнетит, ильменит, циркон, оранжит, ксенотим, монацит и кварц, являются сырьем для получения концентратов названных минералов. Содержание этих минералов в первичных рудах сравнительно невысокое, но благодаря применению современной технологии обогащения руд на обогатительных фабриках получают кондиционные концентраты.

Для обогащения руд здесь применяют метод гравитации последовательно па отсадочных машинах, концентрационных столах и гидроциклорах. Первоначально руды подвергаются ручной сортировке. Полученные Гравитационные концентраты, содержащие колумбит, касситерит, магнетит, ильменит, циркон, оранжит, ксенотим, монацит и кварц, подвергаются электростатической сепарации при температуре 100—110° С, что розволяет получать два продукта. Одип из них содержит колумбит, касситерит, ильменит, магнетит, а другой — циркон, оранжит, ксенотим, монацит, кварц. Из первого концентрата методом гравитации и магнитной сепарации выделяют самостоятельные колумбитовые, касситеритовые, ильменитовые и магнетитовые концентраты; из второго методом флотации выделяют самостоятельные циркониевые, оранжитовые, ксенотим-монацитовые концентраты.

В Китае сурмяно-ртутно-шеелит-золотые руды подвергают многостадийной обработке; они являются сырьем для получения сурьмы, ртути, шеелитового концентрата и золота. Сурьма и ртуть извлекаются при обжиге руд в шахтных печах. Шлаки подвергают обогащению различными методами; они являются источником для получения кондиционных концентратов шеелита и золота.

Известное крупнейшее комплексное месторождение олова Гедзю (КНР) наряду с колоссальными запасами олова содержит в больших количествах железо, медь, свинец, цинк, бериллий, вольфрам, молибден и многие другие полезные компоненты. Благодаря внедрению новой технологии из руд этого месторождения получают, кроме оловянных концентратов, медные, свинцовые, цинковые, вольфрамовые, молибденовые и бериллиевые.

Американская компания «Серро-де-Паско» из полиметаллических руд месторождения одноименного названия (Перу) получает свинцовый, ципковый и медный концентраты. Свинцовый концентрат содержит повышенные концентрации сурьмы, висмута и серебра.

На полиметаллическом месторождении Брокен-Хилл (Австралия) кроме свинца и цинка добывают медь, серебро, ванадий, кадмий и ряд других элементов. Пегматитовое месторождение Моното-Китоло (Заир) даст обогатительной фабрике сырье для выпуска оловянного, тантал-ниобиевого и литиевого концентратов. Кроме того, из шлаков, вывозимых в ФРГ и США, дополнительно извлекаются окислы тантала и ниобия. В Бразилии при эксплуатации месторождений горючих сланцев как топлива для ТЭЦ в целях повышения рентабельности предприятия из золы производят кирпич, а из смеси железо рудной мелочи (отходов экспорта железных руд и пыли горючих сланцев) изготовляют окатыши, из которых после обжига получают крицу.

Приведенные примеры свидетельствуют о том значении, которое придается комплексному использованию минерального сырья за рубежом.

При комплексности минерального сырья, обусловленного геохимическим сродством отдельных элементов, входящих в определенных соотношениях в одни и те же минеральные образования, извлечение элементов основано на совершенно иных методах.

Анализ условий распределения рассеянных элементов в рудах и минералах, в частности, месторождений цветных металлов различных генетических и промышленных типов, характера их распределения по продуктам обогащения и металлургического передела заводов, а также условий непосредственного получения этих металлов из различных полупродуктов и отходов производства основной продукции показывает, что извлечение рассеянных элементов в промышленных масштабах экономически целесообразно только в тех случаях, когда их содержание в исходном сырье находится не ниже определенного уровня, установленного расчетами.

Благодаря комплексному использованию минерального сырья на ряде предприятий цветной металлургии организовано в промышленных масштабах производство селена, теллура, таллия, галлия, кадмия, рения, скандия и германия из концентратов цветных металлов. Скандий извлекается из вольфрамита, редкоземельных минералов, бокситов, фосфоритов, каустобиолитов, урано-ториевых концентратов. Перечисленные элементы добываются из недр попутно с основными полезными компонентами. Несмотря на это, в практике западных стран при комплексной оценке месторождений обязательно учитываются элементы-примеси, поскольку их концентрация в определенных минералах соответствующего месторождения повышает его практическую ценность. Кроме того, наличие в рудах элементов-примесей и организация промышленного их извлечения снижает стоимость производства других полезных компонентов, содержащихся в рудах месторождения. По этим причинам отдельные полезные компоненты, образующие в том или ином месторождении не промышленные концентрации, в комплексе с рассеянными элементами могут представлять промышленный интерес. Например, в Марокко разработка свинцово-цинкового месторождения Бумедин по свинцу и цинку оказалась нерентабельной. Оценка этого месторождения с учетом извлечения рассеянных элементов (кадмия, индия, германия и др.) показала, что его эксплуатация не только оправдана, но является выгодным мероприятием.

Реализация проблемы комплексного использования минерального сырья должна начинаться с тщательного и в се стороннего изучения попутных компонентов в руде для черной, цветной и горнохимической промышленности. Известно, что запасы индия, германия, таллия, рения в рудах месторождений цветных металлов, как правило, измеряются единицами, иногда десятками, реже сотнями тони. Запасы селена обычно более значительны и в некоторых месторождениях достигают нескольких тысяч тонн.

Следует иметь к виду, что баланс распределения попутных компонентов по отдельным минералам весьма сложный: обычно они рассредоточены по многим рудным и нерудным минералам. По этой причине в основных рудообразующих минералах (борните, халькопирите, халькозине, галените, сфалерите, пирите и др.) запасы рассеянных элементов меньше, чем в руде в целом. Такие элементы, как галлий, таллий и германий, концентрирующиеся и в силикатных, и рудных минералах, в последних дают концентрацию, пе превышающую по сумме 5—10% от общих запасов этих элементов в руде. Концентрация селена, теллура, индия и других элементов в извлекаемых рудных минералах колеблется от 20—30 до 50—80% от общих запасов в рудах.

Из практической деятельности американской компании «Серро-де-Паско» (Перу), эксплуатирующей крупнейшее одноименное комплексное полиметаллическое месторождение, известно, что при оценке запасов рассеянных элементов (и всех попутных элементов — висмута, олова, кобальта, никеля, золота, серебра и др.) компания учитывает только ту часть попутных компонентов, которая связана с извлекаемыми при обогащении руд минералами.

Анализ фактических материалов по медным, свинцовым и цинковым заводам в городах Ороя и Ило (Перу) показывает, что при переработке на этих заводах медных, свинцовых и ципнковых концентратов попутные, в том числе рассеянные элементы, распределяются по многим продуктам передела, что в основном определяется применяемыми на заводах технологическими схемами получения меди, свинца и цинка. Технологические схемы здесь предусматривают прежде всего максимальное извлечение основных компонентов, поскольку малейшее отклонение от установленного технического режима с целью повышения процента извлечения попутных компонентов приводит к ухудшению технико-экономических показателей работы заводок по основному их профилю. Следовательно, на этих заводах технология получения попутных компонентов полностью подчинена технологии получения основной продукции, и общую техно логическую схему работы завода не нарушает, а дополняет.

Несмотря на сложность технологии извлечения рассеянных элементов и ах рассредоточенность по многим продуктам передела, извлечение некоторых рассеянных элементов на этих заводах достигает 50—80%. В настоящее время из руд месторождений Серро-де-Паско, Морокоча и других извлекают в промышленных масштабах медь, свинец, цинк, олово (из дросов), сурьму, соединения мышьяка, кобальт, никель, висмут, серебро, золото, селен, теллур, таллий, индий, германий, серу и др. (всего 27 элементов).

Таким образом, за рубежом попутные компоненты извлекаются лишь из сравнительно ограниченного количества продуктов передела, образующихся в процессе переработки концентратов.

Большой интерес по комплексному использованию руд представляет работа Народного горнометаллургического предприятия ГДР, эксплуатирующего месторождение Мансфельд. Руды, поступающие на завод, содержат (в вес. %): Cu — 1,73; Ag — 0,009; Pb — 0,44; Zn — 0,9; Se — 0,00023. Плавка руд производится в ваторжакетных печах с получением штейиа и шлаков.

Из руд месторождения Мансфельд извлекают в промышленных масштабах 24 элемента, в том числе медь, селен, никель, свинец, мышьяк, сурьму, цинк, серу, серебро, золото, никель, глинозем и др., а остающиеся силикатные шла мы и шлаки — используют в строительстве.

Обобщая отечественный и зарубежный опыт по комплексному использованию минерального сырья, можно сделать следующие основные выводы.

Комплексному использованию минерального сырья должна предшествовать всесторонняя качественная,количественная,технологическая и экономическая оценка попутных компонентов ужо в процессе разведки месторождения. При этом с достаточной полнотой должны быть изучены форма нахождения попутных компонентов, включая рассеянные элементы, баланс их распределения по отдельным минералам, а также по продуктам обогащения руд и металлургического передела. На разведываемых и эксплуатируемых месторождениях в процессе их разведки должна производиться оценка в денежном выражении запасов рассеянных элементов наравне с основными компонентами руд, т. е. попутные и рассеянные элементы должны учитывать в расчетах, обосновывающих кондиций.

Попутное извлечение сопутствующих компонентов считается экономически целесообразным в том случае, если оно будет укладываться в соответствующие лимиты, установленные расчетами.

Опыт зарубежной и отечественной практики показывает, что в настоящее время рассеянные элементы в производственных масштабах могут извлекаться не из всех минералов, в которых они содержатся, а только из некоторых — главных рудообразующих минералов. В связи с этим запасы рассеянных и попутных компонентов необходимо подсчитывать по основным рудным минералам, и эти запасы должны получить обоснованную промышленную оценку. Оценка запасов попутных и рассеянных элементов должна являться соответствующей частью оценки месторождения по всему комплексу полезных компонентов, содержащихся в руде.

Для обоснованной комплексной оценки месторождения необходимо получение представительных данных о запасах попутных компонентов в рудах, минералах и различных продуктах передела заводов. С этой целью требуется организация систематического опробования на попутные и рассеянные элементы различных сырьевых источников и продуктов их переработки на обогатительных фабриках и заводах. Необходима также организация более строгого учета извлечения и потерь попутных компонентов на различных этапах переработки руд.

При проектировании горнорудных и металлургических предприятий или реконструкции уже существующих предприятий в соответствующих ТЭДах наряду с основными необходимо учитывать также и попутные компоненты. Разумеется, что положительное решение вопроса о комплексной переработке руд может базироваться только на экономически целесообразной основе.

Таким образом, геологическая служба предприятия заблаговременно выполняет работу по всестороннему изучению руд месторождения, выявляет все факторы, определявшую правильное решение вопроса о комплексной переработке руд. Рудничный геолог должен всегда помнить, что не комплексное использование минерального сырья приводит к большим потерям металлов, к расточительному использованию природных богатств страны.

Выбор места для отвалов пустых пород и для различных сооружений

Застройка участков в пределах рудных площадей осуществляется в соответствии с «Временной инструкцией о порядке застройки участков в пределах площадей залегания полезных ископаемых» Главного управления государственного горнотехнического надзора (1950 г.). В соответствии с § 3 этой инструкции застройка капитальными сооружениями участков на площадях, свободных от выявленных запасов полезных ископаемых, допускается без разрешения органов Государственного горного надзора, но при наличии справки, выданной геологическим органом территориального геологического управления Министерства геологии СССР, подтверждающей отсутствие выявленных запасов полезных ископаемых на участке намеченного строительства. Если на участке намеченного строительства разведка полезных ископаемых не производилась и в материалах местного геологического фонда нет данных, позволяющих предполагать наличие полезных ископаемых, об этом должно быть указано в справке.

В том случае, когда территориальные геологические фонды не могут дать такую справку, для решения вопросов, связанных с выбором места для отвалов и сооружений, необходимо проводить специальные работы, связанные иногда с крупными материальными затратами. Рудничный геолог предприятия, имея в своем распоряжении все материалы по геологическому строению района и отдельным его месторождениям, может оказать существенную помощь проектным и строительным организациям в правильном размещении строительных площадок и площадок под отвалы.

Принимая соответствующие решения о безрудности и гидрогеологических и инженерно-геологических условиях площадок, рудничный геолог должен быть совершенно уверен в достоверности имеющихся геологических материалов, положенных в основу его выводов. Для решения вопроса о безрудности площадки рудничный геолог должен использовать имеющиеся крупномасштабные геологические карты, геологические разрезы и прочие материалы.

Но не всегда эти материалы бывают достаточными для решения поставленной задачи. Поскольку возможно нахождение слепых рудных тел на различной глубине от поверхности, рекомендуется даже при наличии кондиционных крупномасштабных геологических карт и геологических разрезов пробурить на площадках, предназначаемых для застройки или для отвалов, несколько структурных колонковых скважин. При отсутствии достоверных данных по площадкам застройки и отвалам для оценки рудоносности и инженерно-геологических условий этих площадок следует пробурить серию разведочных колонковых скважин по редкой разведочной сети.

Фактические данные по геологическому, гидрогеологическому и инженерно-геологическому характеру строительных площадок представляют в проектную организацию в виде геологических планов и профилей, с краткой пояснительной запиской, выводами и заключениями по оценке этих площадок.