Дражный способ добычи: современное состояние и векторы развития в России и в мире

 

М.И. Лесков - шеф-редактор журнала "Золото и технологии" (фото 1972 г.)

От автора

«Любите ли вы драги? Я хочу сказать, любите ли вы драги так, как люблю их я?» - именно с этих слов я давно хотел начать разговор об этих необычных устройствах. Кому-то они кажутся скрипучими древними железными монстрами, странным образом дожившими со времен первых паровых двигателей до наших дней. Кто-то, иногда ласково называя их «старушками», произносит это с тем трепетом и уважением, с каким относятся к заботливым бабушкам-кормилицам, в свою очередь отзывчивым на встречную заботу. Кто-то знает и о том, что драги – это вовсе не обязательно тот хорошо знакомый в России традиционный тип устройств на понтоне с многочерпаковой цепью в носовой части и с подъемными сваями в кормовой. За последние десятилетия было создано и получило развитие более дюжины принципиально разных типов устройств по способу извлечения сырья из-под воды. Самые крупные из них сопоставимы по размерам с авианосцем, а самые глубоководные   добывают сырье с морских глубин более 5 км (!). В этом многообразии присутствует и ряд других «самых-самых» решений.

Но я не только об этом.

Мечтой детства для меня был Флот. Я не просто мечтал - я готовился к этому, как мог. Однако после череды разных событий около полувека назад я стоял в грустной очереди не поступивших в МГУ за своими документами и растерянно думал, куда же теперь податься, после того как последний шанс реализовать мечту и связать свою жизнь с «плавсоставом» на факультете океанографии, казалось, испарился.

Вдруг ко мне подскочил невысокий очкарик (позже я узнал, что это был Саша Оболенский, комсорг курса – это было время комсоргов с такими фамилиями) и сказал: «Не вешай нос, давай к нам, в МИСиС! У нас можно реализовать любую мечту!».

Надо добавить, что это теперь МИСиС известен едва ли меньше, чем МГУ – а тогда конкурс туда был 0,3 человека на место, и в ответ на это название все переспрашивали: «МИСИ?» Понятно, что реализовать там мою мечту никак не выглядело реалистичным.

Но Саша был напорист. Мы поспорили, кто-то «разбил» и мы поехали в МИСиС, забежали в корпус на Крымском Валу. Саша радостно ткнул пальцем в стенд на стене: «Вот!». Я прочитал подпись под фото: «Студенты ОПР-73-2 на практике матросами драги №10 Иршинского ГОКа». На фото среди каких-то стальных балок и канатов действительно стояла группа в тельняшках, выглядывавших из-под темных роб. Слово есть слово – так я тогда и оказался в МИСиСе, еще недопонимая, как повернулась моя судьба.

И теперь, оглядываясь назад, как же я благодарен драге за этот поворот! Какую же полную, разную, долгую и счастливую жизнь я получил в результате, сколько всего повидал и где только ни побывал! Скорее всего, никакой морфлот (не в обиду ему) не дал бы такого!

Строятся новые драги, понемногу ржавеют старые.

Но старая любовь не ржавеет.

История дражного дела в мире

Истоки дражной добычи и ранние механизмы

История дражной добычи тесно связана с историей россыпной золотодобычи, уходящей корнями вглубь веков — «до Золотого Руна» и далее. Учитывая, что россыпи по определению находятся на берегах водных объектов и под их водной поверхностью, всегда существовал мотив добраться до менее доступной и более манящей подводной части их ресурсов.

Начальный этап дражной добычи иллюстрируется простейшими конструкциями. В одной из старейших версий, представленной на рисунке 1, продемонстрирован человек с бадьёй на длинном шесте — примерно так выглядели самые первые попытки «малой механизации» дражной добычи. Эта статуэтка - из коллекции голландской компании, которая производит дражное оборудование уже более пяти веков и чьи решения применяются в России более ста лет. Несмотря на современную политическую ситуацию, компания продолжает присутствовать в отрасли и взаимодействовать с российскими партнёрами.

Первоначальные задачи подобных устройств были связаны с черпанием грунта из-под воды для дноуглубительных и иных технических работ. Со временем, по мере развития способа и совершенствования инструментов, такие системы стали использоваться для добычи сырья из-под воды с целью последующей переработки и извлечения искомых материалов. Поначалу первые механические устройства работали на мускульной тяге и представляли собой аналоги «беличьего колеса» с приводными шкивами и примитивными зубчатыми передачами, где вместо зубьев использовались деревянные штыри (рис. 2). Эти конструкции отличались богатым разнообразием и являлись значительным инженерным прогрессом. Многие из них представлены в музеях по всему миру. Ряд механизмов был изобретён, в том числе, Леонардо да Винчи и использовался на практике, включая варианты с приводом от мускульной силы не только человека, но и животных.

         

Рис. 1 Ранний прообраз дражных работ                                                                     Рис. 2 Первичные конструкции драг на мускульной тяге

Переход к промышленной механизации

По мере появления сначала паровых, а затем электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания, стало возможным использовать значительно большую энергию для извлечения породы из недр, подъёма материала с больших глубин и повышения объёмов переработки. С началом активной фазы промышленной революции XIX века, в 1850–1860-х годах, начали появляться конструкции драг, узнаваемые и сегодня. На рисунке 3 показан один из таких образцов — драга, изготовленная на верфи «Конрад» в Голландии и поставленная в Амурскую область на рубеже XIX и XX вв.

Современная эволюция и глобальное развитие дражных технологий

К середине XX века, особенно в 1960–1970-е годы, дражная добыча в мире достигла значительных масштабов. Появились установки нового уровня — морские драги с черпаками объёмом около тысячи литров и глубиной черпания до 50 метров. Они применялись для добычи оловянных песков у побережья Малайзии, а позже — Индонезии и в других районах акватории Индийского и Тихого океанов.

Параллельно развивались и другие типы черпающих устройств: фрезерные земснаряды, землечерпалки с роторным колесом прямого или обратного хвата, а также различные конструктивные варианты дражного оборудования, основанные на иных принципах работы. Постепенно происходила типизация оборудования и накапливался опыт его применения при добыче различных полезных ископаемых — от континентальных и прибрежных участков до глубоководных районов морского дна.

Сегодня дражные технологии используются, в частности, при промышленной подводной добыче алмазов в районе Lüderitz Bay у намибийского берега на глубинах более километра. Здесь применяются решения, не имеющие ничего общего с классическими черпаковыми драгами: добывающим органом является гусеничный агрегат, перемещающийся по дну и извлекающий алмазоносную породу с помощью эжекторно-всасывающей установки. Подъем добытого сырья на борт судна, где производится его первичная переработка, осуществляется по гибкому трубопроводу, снабженному несколькими станциями промежуточной перекачки.

В крупных объёмах во многих странах дражным способом добываются песчано-гравийные смеси. В Голландии, например, значительная часть территории страны была отвоевана у моря и намыта именно дражным способом. По аналогичной технологии создаются искусственные острова в ОАЭ, намываются площади под аэродромы и иные сооружения в Таиланде, Индонезии и Китае, реализуются сходные проекты в других частях мира.

Для таких задач применяются разные типы установок, включая крупные суда класса trailing suction hopper dredge — в российской практике их зачастую называют «бункерными драгами с волочащимся грунтозабором» (рис. 4). Несмотря на своеобразие перевода, принцип работы устройства понятен. 

В мировом масштабе дражные технологии к настоящему времени получили интенсивное развитие и широкое распространение. В России их разнообразие и опыт использования пока известны не в полном объёме, однако постепенно они становятся доступными и для отечественной отрасли, а возможности применения таких решений быстро расширяются. 

Опыт применения дражных технологий в мире

Международная практика дражной добычи демонстрирует впечатляющее разнообразие конструкций и инженерных подходов (рис. 5). Современные установки — от компактных переносных мини-драг до гигантских глубоководных комплексов — отражают широкий спектр технологических решений, часть из которых на стадии проектных моделей выглядит весьма футуристично. Однако при реальной эксплуатации эти системы подтверждают свою эффективность и высокий уровень технической зрелости.

Особый интерес представляет эволюция конструкций. Появляются принципиально новые типы установок, а также глубокие модификации драг традиционных конструкций. Одним из примеров таких решений является применение бульдозерной цепи вместо классической цепи из черпаков с «пальцами». В этой схеме черпаки не крепятся непосредственно друг к другу, образуя цепь, а навешиваются на унифицированные элементы цепи от бульдозерных гусениц, что повышает ремонтопригодность, снижает массу движущихся частей и существенно уменьшает нагрузку на привод при сохранении производительности. 

Совокупность подобных решений формирует значимую технологическую базу, которая становится основой для дальнейшего развития дражных технологий и внедрения новых инженерных подходов.

Становление дражной добычи в России

Первые установки и география развития

В России развитие дражной добычи началось примерно в тот же период, что и в мире, — в эпоху промышленной революции, когда появились первые классические конструкции драг. Вскоре такие установки начали поступать и в Россию. По сохранившимся источникам, первая драга (рис. 6) была поставлена в Амурскую область в 1894 году, предположительно в Зейский район. Она была изготовлена на верфи «Конрад». В 1903 году в страну поступили ещё четыре бывшие в эксплуатации драги. Одна из них была произведена голландцами в 1888 году для      французской компании, отработала на реке По в Италии, и до сих пор функционирует в Северо-Енисейском районе Красноярского края. На месторождении её называют «черепашкой-ниндзя»: эта более чем вековая установка, как отмечают на объекте, показывает результаты лучше, чем современные 80-литровые драги производства ИЗТМ. При этом в начале XX века 80-литровые драги относились к достаточно крупным, тогда как сегодня это минимальный действующий в России типоразмер.

В начале ХХ в. паровые драги стали регулярно производиться в России на нескольких промышленных площадках, включая Путиловский завод в Петербурге и Мотовилихинский завод в Перми, причем их конструкции постепенно стандартизировались, а типоразмерный ряд расширялся.

К началу Гражданской войны многочисленные драги уже работали на Урале, в Енисейской тайге, на Ленских приисках, в Зейском районе и на ряде приисков Среднего и Нижнего Амура.

Пик советских технологий и последующий спад отрасли

Гражданская война существенно разрушила созданную к тому времени промышленную базу. Однако по мере укрепления Советской власти дражная добыча начала восстанавливаться и развиваться: было возобновлено промышленное производство драг, расширился спектр выпускаемых конструкций на деревянных и металлических понтонах, разрабатывались их новые варианты, появились электрические драги. Заметно расширились и масштабы их применения, а также география дражной добычи в стране.

Постепенно сложился стандартный типоряд производимых черпаковых драг, определяемый емкостью черпака – 50 л, 80 л, 150 л, 250 л и 380 л.

В годы Великой Отечественной войны и вскоре после неё по ленд-лизу в страну поступило большое число драг фирмы Yuba (США) с черпаками емкостью 210 л. Многие из них до сих пор успешно работают, большинство прошло модернизацию и переоборудование на черпак объемом 250 л.

В советский период в стране была создана и эксплуатировалась самая крупная в мире драга, работавшая на континентальных россыпях. Она была оснащена черпаком объёмом 600 литров и обеспечивала глубину черпания до 50 метров, что сопоставимо с наиболее крупными морскими агрегатами, применяемыми в мировой практике. С середины 1960-х годов эта драга работала на Мараканской россыпи в районе Бодайбо в Иркутской области (рис.7). Свою работу она завершила ещё в советское время, и сегодня на месте эксплуатации сохранились лишь её руины. 

В конце 1980-х — в течение 1990-х годов дражная отрасль в России прошла через сложный период. В то время данный способ добычи воспринимался как устаревающий, затратный и трудоёмкий в содержании. Многие установки пришли в упадок, и значительная их часть была выведена из эксплуатации. Если в лучшие советские годы в стране работало около 200 драг, то к настоящему времени в рабочем состоянии сохранилось порядка 80. Из них 74–76 работают ежегодно, тогда как часть драг периодически выводится из эксплуатации для ремонта, переноса или сезонного отстоя, из-за чего показатели по числу активных единиц незначительно меняются год от года.

По текущим данным в России насчитывается 186 дражных месторождений. Около 35 компаний владеют примерно сотней из них, однако активно дражный способ применяют порядка 20 недропользователей, добывая россыпное золото, платину, алмазы и гравийно-галечные смеси. 

Возрождение и модернизация: новые решения и опыт переоснащения

В последние годы отрасль постепенно обновляется. Драги переходят от фактически «доживающих» конструкций (рис. 8) к современным моделям (рис. 9). Обновление касается не только внешнего вида: модернизируются приводы, механика, системы управления и автоматика, что заметно повышает эффективность добычи.

Распространенные ранее в качестве приводов пятимашинные агрегаты все ещё встречаются, и некоторые из них продолжают функционировать. Однако очевидно, что это уходящий тип оборудования, который постепенно замещается тиристорными приводами и иными более эффективными решениями.

В постсоветское время в России появились новые направления, связанные с развитием дражных технологий. Одним из них стал практический опыт применения земснарядов на вскрышных и добычных работах. Формально такие машины чаще относятся к средствам гидромеханизации и традиционно используются как землеройная техника, однако на ряде объектов они продемонстрировали работоспособность и при добыче полезных ископаемых.

С начала 2000-х годов начал формироваться и опыт модернизации драг за счёт установки более крупных черпаков. На рисунке 10 показана драга, переделанная с 380-литрового на 400-литровый черпак, что обеспечило заметный прирост производительности.

В целом с конца 1990-х годов и по настоящее время в России прослеживается постепенное восстановление дражного флота. Он развивается не столь быстрыми темпами и пока не в больших масштабах, но последовательно и устойчиво, формируя основу для дальнейшего роста и развития данного сегмента добывающей отрасли.

Опыт применения дражных технологий в России

Опыт применения дражного способа в России преимущественно связан с разработкой континентальных россыпей. При этом страна обладает значительным потенциалом прибрежных и шельфовых участков — как в зоне литорали, так и за её пределами. Кроме того, Россия владеет правами на глубоководные участки недр в отдалённых районах Тихого и Атлантического океанов, где технология может быть востребована для добычи с морского дна конкреций, содержащих широкий спектр востребованных металлов.

На практике дражная добыча в России ориентирована в основном на золото: подавляющее большинство установок работает именно на золотых россыпях. В настоящее время лишь одна драга применяется для добычи платины, ещё одна готовится к запуску. Четыре установки работают на алмазных россыпях. Ранее таких объектов было больше — не только в Якутии, но и на Урале, однако после закрытия «Севералмаза» драги там были остановлены.

Российский опыт насчитывает более 130 лет непрерывного применения дражных технологий. За это время добыча велась и ведется в широком диапазоне географических, гидрологических, геокриологических и физико-механических условий. Наработан колоссальный потенциал эксплуатации различных устройств и их сочетаний, включая школу гидроигловой оттайки вечномерзлых россыпей, а также применение иных, в том числе весьма современных, устройств, таких как буровые агрегаты Sonic для разведки и подготовки дражных полигонов. Такой фундамент позволяет использовать накопленные знания для дальнейшего развития дражных технологий и расширения их применения в новых направлениях.

Сферы применения дражного метода в России

Россыпное золото и техногенно-целиковая база

Основной сферой применения дражного способа остаётся добыча россыпного золота. По мере истощения традиционных россыпей, особенно участков, пригодных для открытого раздельного способа, усиливается роль техногенно-целиковых образований. Они формируют значительные территории, преимущественно связанные с техногенными отложениями, при этом их эфеля зачастую являются более высокосортным сырьем, чем многие вновь вовлекаемые в добычу россыпи, благодаря первоначально существенно более высокому качеству отработанных к этому времени объектов.

Обширные поля старых дражных отработок имеются на Чукотке, на Колыме, в Северной и Южной Якутии, в Хабаровском крае и Амурской области, в Забайкалье, в Иркутской области и в Красноярском крае. Эти территории постепенно вовлекаются в повторное освоение, и дражный способ может сыграть в этом особую роль.

На ряде объектов, в том числе в «Сусуманзолото», на Соловьёвском прииске и других профильных производствах, имеется опыт объединения разрозненных техногенно-целиковых участков в единый объект для масштабной отработки дражным способом. Такой подход оказывается технически и экономически эффективным, хотя требует значительных стартовых капитальных вложений. Ранее предпринимались попытки подобной переквалификации, в частности на реке Солондо в Амурской области, где ряд разноразмерных россыпей, часть из которых была затронута предшествующей отработкой, был переоконтурен и пересчитан в запасы единого объекта. Проект не был реализован из-за отсутствия в то время (конец 1990-х годов) достаточного финансирования.

В современных условиях подобные решения могут получить «второе дыхание» и развитие, в том числе с использованием новых инструментов финансирования. Это особенно актуально, поскольку существенная часть фактически вовлекаемых в добычу запасов формируется не за счёт геологоразведки новых объектов, а в результате переактировки, эксплуатационной разведки ранее отрабатывавшихся объектов и включения в их контур объемов, первоначально не являвшихся балансовыми запасами. Соотношение изначально разведанных и параллельно вовлекаемых запасов составляет примерно 40:60, доходя порой и до 20:80. Такой объём сырья требует соответствующего масштаба отработки, который наиболее эффективно обеспечивается дражным способом.

Крупные и уникальные россыпи: текущие возможности вовлечения

Россия остаётся мировым лидером по добыче россыпного золота. В то время как в мире на россыпи приходится лишь 5–6% от общей добычи, в России этот показатель практически в пять раз   выше и превышает 25%. При этом, несмотря на постепенное сокращение доли россыпного золота в общих объемах добычи по стране, его абсолютные объёмы в целом сохраняются и в отдельные годы демонстрируют рост, достигнув в настоящее время уровня лучших постсоветских времен — свыше 80 тонн россыпного золота в год.

В стране имеются уникальные по масштабам россыпи, среди которых Нагима, Большой Куранах и ряд других, содержащие многие десятки тонн металла в пределах одного объекта. В ряде случаев такие россыпи были частично затронуты прежней отработкой, что создаёт впечатление исчерпанности потенциала. Однако при корректной оценке и перепланировании возможных схем разработки такие участки могут сохранять значительную перспективность.

Платиновые и алмазные россыпи

Схожий потенциал повторного вовлечения техногенно-целиковых объектов существуют и в отношении платиновых россыпей. В частности, на колоссальной россыпи Кондёр в Хабаровском крае драга уже начала повторную переработку техногенной части россыпи.

Аналогичные возможности существуют и в отношении россыпных алмазов. Следует отметить, что по качеству именно россыпные алмазы являются наиболее ценными: если средняя стоимость карата коренных алмазов составляет порядка 30–40 долларов, то для россыпных она может достигать 200-400 долларов за карат, а в отдельных случаях - и 700 долларов. При примерно одинаковом содержании карат в кубометре породы разница в стоимости добытого сырья становится принципиальной. По этой причине россыпная добыча алмазов в России сохраняется и рассматривается как перспективное направление, особенно с учётом естественного сноса алмазов из коренных источников и возможностей их добычи в руслах водотоков и прибрежной зоне. Несмотря на суровые условия и сложный климат большинства территорий, где выявлены россыпи алмазов, потенциал этого направления существенно высок.

Россыпное олово и техногенные объекты прежних ГОКов

Отдельного внимания заслуживает и потенциал россыпного олова. В Якутии к этому направлению постепенно возвращаются: компания «Янолово» предпринимает попытки возобновить работы на россыпях ручья Тиррехтях, пока в формате открытого раздельного способа. Значительные объёмы техногенного сырья имеются также на участках, расположенных вдоль побережья Ледовитого океана и на Чукотке — в районах Валькумея и Иультина, где ранее функционировали крупные оловянные ГОКи. Эти территории также рассматриваются как потенциальные объекты для возобновления добычи, и в случае её восстановления на базе техногенно-целиковых запасов наиболее вероятным вариантом станет применение дражного способа.

Титан-циркониевые россыпи

Схожая ситуация наблюдается и в отношении титан-циркониевого сырья, дефицит которого в стране остаётся существенным. Титаномагнетитовые руды, добыча которых была развернута в России в последние 10-15 лет, плохо сочетаются с последующей переработкой и с существующими производствами губчатого титана. Россыпное титан-циркониевое сырьё, особенно рутиловое, технологически подходит значительно лучше, однако его добыча требует работы в руслах водотоков или в непосредственной близости от них. В этих условиях закономерно возникает вопрос о применимости дражного способа.

Недостаточная осведомленность отечественных специалистов – проектировщиков и производственников - о международной практике применения различных вариантов «мокрого» способа добычи в настоящее время препятствует внедрению таких решений в российскую практику. По этой причине, несмотря на рост дефицита данного вида сырья в стране, ряд объектов с низкими содержаниями, но большими объемами сырья, по-прежнему не вовлечен в разработку, хотя их освоение могло бы быть начато с применением существенно менее капиталоемких и более прибыльных технологий.

Мелководная добыча янтаря

Пример с янтарём демонстрирует сопоставимую перспективу для применения дражного метода. Единственный в стране производитель — Калининградский янтарный комбинат, который обеспечивает около 90% мировой добычи этого сырья. Пласт «голубой глины», в котором сосредоточены запасы янтаря, залегает как под морским дном, так и под прибрежными дюнами, имея уклон от моря в сторону берега. В результате отрабатываемая в настоящее время континентальная часть месторождения погружается в дюны на значительные глубины от дневной поверхности, требуя всё большего коэффициента вскрыши при добыче песков и приближаясь к порогу экономической рентабельности. В то же время морская часть, расположенная в мелководной зоне Балтийского моря, залегает относительно близко к поверхности дна и потенциально пригодна для дражной отработки. Небольшие глубины в районе залегания позволяют использовать традиционные конструкции драг, что формирует значительный потенциал применения дражного способа.

Прибрежно-морские россыпи

Существенным потенциалом для применения различных методов и инструментов дражной добычи обладают и прибрежно-морские россыпи различного природного сырья – от монацитовых и титан-циркониевых песков до россыпей олова, вольфрама, золота, платины и алмазов.

В зарубежной практике добычи титан-циркониевого сырья широко используется технологическая схема, включающая один или два земснаряда (обычно один – роторно-ковшового, а второй – фрезерного типа) и плавучую обогатительную установку с комплексом винтовых сепараторов на борту (рис.11). 

Добываемые пески по плавучему пульповоду подаются на обогатительную установку, концентрат с которой по другому пульповоду поступает на берег для обезвоживания и отгрузки на дальнейшую переработку. Хвосты складируются в отработанном пространстве за обогатительной установкой, что существенно упрощает дальнейшую рекультивацию полигона. При выходе отработки из прибрежной зоны в прибойную часть литорали хвосты обогащения вместе с материалом вскрыши используются для устройства волноотбойных дамб.

Для отработки пляжевой части прибрежно-морских россыпей могут использоваться черпаковые драги стандартной конструкции, которые также применяются при добыче в море на глубинах до 30-50 м.

Для разработки заглубленных участков таких россыпей используются и иные технические решения, такие как грейферные и эжекционно-эрлифтные драги, как правило, работающие в паре с обогатительной установкой на отдельном понтоне.

Колоссальное богатство береговой линии нашей страны при отсутствии опыта масштабных работ с применением подобной техники формирует существенный потенциал для развития этого перспективного направления добычи различных полезных ископаемых.

Добыча поваренной соли и иных сходных полезных ископаемых

Дражный метод успешно применяется для добычи поваренной соли и иных сходных видов полезных ископаемых. В этих случаях, как правило, используются роторно-ковшовые земснаряды с вращением рабочего колеса «обратным хватом» (аналогично «обратной лопате» экскаватора). Такая схема обеспечивает большее усилие внедрения и более эффективную выемку материала из залегания. Учитывая специфические условия эксплуатации, характеризующиеся сочетанием коррозионного воздействия и высокого абразивного износа, в конструкциях таких машин широко применяются композитные материалы.

Гидровскрыша на рудных объектах

Нередко верхняя часть рудных объектов не только интенсивно выветрена и окислена, но и обводнена, а порой и заболочена. Проходка обводненной части в рамках горно-капитальных работ для создания депрессионной воронки и для последующего обеспечения условий работы стандартного комплекса горной техники обычно требует устройства дополнительных выработок для дренажа, а также добычи, дробления и завоза существенных объемов скального грунта для подсыпки карьерных дорог.

Указанные затраты и ограничения в существенной степени могут быть компенсированы применением земснарядов, чаще всего роторно-ковшового типа. Компактный монтажный котлован земснаряда – единственное, что для начала потребуется обустроить экскаватором. Далее земснаряд самостоятельно разбирает перемычку этого котлована и последовательно отрабатывает контур будущего карьера на глубину своего черпания. После откачки большей части воды из отработанного контура он переходит к отработке очередного яруса. При этом добываемая вскрыша может использоваться для намыва дамбы будущего хвостохранилища, а откачиваемая вода – для его частичного заполнения с целью накопления первоначального запаса будущей оборотной воды для фабрики.

Зарубежный опыт показывает, что даже достаточно крупные включения каменистой фракции в отрабатываемой вскрыше не являются препятствием для выемки и перекачки по пульповоду, а современные крупные земснаряды подобного типа способны успешно работать на породах крепостью до 6-8 по шкале Протодьяконова.

Повторная переработка лежалых хвостов рудных производств

Одной из наиболее простых задач для применения дражного способа является вовлечение в повторную переработку лежалых рудных хвостов.

Такие хвостохранилища нередко представляют собой экологическую проблему из-за пыления и выноса в окружающую среду остатков сульфидов и иных вредных компонентов, тогда как водная переработка позволяет существенно снизить эти риски.

При этом по сравнению с «сухим» способом выемки и транспортировки таких хвостов водная технология обеспечивает не только радикально меньшие проблемы с пылением при добыче и перевозке, но и фундаментально более низкие капитальные затраты и операционные расходы по всему циклу добычи и транспортировки до участка переработки.

Сравнение эффективности «мокрого» и «сухого» методов добычи

Повышенное внимание к дражному («мокрому») способу объясняется существенными различиями между «мокрыми» и «сухими» методами добычи. В профессиональной среде под «wet mining» понимается добыча из-под воды, тогда как «dry mining» относится к разработке стандартной землеройной техникой на суше.

Сравнение производительности показывает принципиальные отличия: один земснаряд, стоимость которого обычно сопоставима или ниже стоимости пары «экскаватор + бульдозер» при той же производительности, способен при участии единственного оператора обеспечивать до 4000 т/ч с транспортировкой материала по пульповоду на расстояние около 200 м. При необходимости возможны и значительно бОльшие дистанции перекачки с использованием дополнительных бустеров).

Для достижения сопоставимого результата при сухом способе требуется порядка 20 самосвалов грузоподъёмностью 50 т, а также соответствующее количество водителей и вспомогательной техники. Кроме того, сухой способ обычно предполагает более протяжённые маршруты транспортировки для той же линейной дистанции откатки, включая подъем по спиральным выездам карьера, доставку до складов и иные логистические элементы (рис. 12).

Дополнительное отличие связано с дезинтеграцией материала: при дражной добыче эту функцию в немалой степени, а зачастую и полностью, выполняет сама трубопроводная транспортировка, что снижает нагрузку на затраты последующих стадий и улучшает показатели обогащения и извлечения. При сухом способе дезинтеграция на фабрике чаще всего обязательна и, как правило, включает развернутые схемы дезинтеграции и переработки с промежуточной классификацией и перекачками.

Следует принимать во внимание, что за время вылеживания хвостов в хвостохранилищах продолжается интенсивное новообразование минералов. Чаще всего оно проявляется в образовании различных пленок на поверхности минеральных зерен, которые могут цементировать минералы между собой, нередко пассивировать их поверхность и всегда изменять показатели обогатимости. Дезинтеграция в пульповодах обеспечивает интенсивную оттирку измененной поверхности и разрушение сцементированных разностей, тем самым радикально улучшая последующую обогатимость такого сырья.

Помимо этого, преимущество дражного («мокрого») способа заключается в непрерывности работы: после запуска установка функционирует без цикличных остановок, характерных для «сухого» способа, который включает обязательные этапы загрузки, выемки, разгрузки и связанные с ними технологические паузы.

Как уже отмечалось, обводнённое сырьё удобнее в добыче и последующей переработке: его легче транспортировать, дезинтегрировать и подготавливать к дальнейшим операциям.

Применение сочетаний отдельных элементов «мокрой» технологии — например, схемы, при которой земснаряд выполняет вскрышные работы перед черпаковой драгой, а сама драга разрабатывает только продуктивный пласт, — обеспечивает дополнительный рост эффективности (рис. 13). Такая комбинация снижает объём избыточных работ и способствует дальнейшему уменьшению затрат при одновременном повышении экономических результатов.

Перспективные направления применения дражного (мокрого) способа добычи в России

Выветрелые и ослабленные рудные массивы

Потенциал «мокрого» способа в первую очередь связан с повышением эффективности и масштабов разработки россыпного сырья. Вместе с тем он позволяет отрабатывать и выветрелые либо эродированные участки рудных объектов. Речь идёт не только о делювиальных образованиях, но и о корах выветривания и иных породах с невысокой крепостью. Такой подход применим не только в золотодобыче, но и при отработке ряда иных рудных объектов.

Дражные решения при вскрышных и подготовительных работах

При предпроектной проработке вариантов вскрышных работ на железорудном месторождении Сутара (Кимкано-Сутарский ГОК, ЕАО) был выполнен расчёт, показывающий эффективность применения дражного подхода. Для начала «сухой» добычи требовалось значительное количество земляных работ: проходка дренажных канав, осушение участка и формирование первичной депрессионной воронки. Кроме того, необходимы были крупные объёмы поставок инертных материалов — щебня и песка — для устройства дорог первого яруса и последующего развития карьера.

По расчётам депрессионную воронку можно было сформировать земснарядом, а основные объёмы выполнить затем сухим способом. Однако данный подход не был реализован из-за отсутствия практического опыта таких решений в России. Инвесторы предпочли традиционную схему, несмотря на то, что расчётные данные указывали на альтернативную, более эффективную конфигурацию. Добыча сейчас ведётся по принятому варианту, хотя возможности для иной технологической стратегии действительно существовали.

Это не единственный случай, когда подобные расчёты выполнялись и показывали однозначный и существенный положительный эффект. Аналогичная ситуация отмечалась на месторождении компании «Севералмаз» (трубка имени Ломоносова): близость Белого моря и влияние уровня воды на обводнённость карьера также позволяли рассматривать применение земснарядов. Тем не менее был выбран иной подход, хотя при последующем развитии проекта ничто не препятствовало бы переходу к более эффективному решению.

Вторичное вовлечение: хвосты и техногенные месторождения

Интерес к  повторной переработке хвостов рудного производства заметно усиливается. Речь идёт не только о материалах, которые изначально добывались и были складированы в хвостохранилищах, но и о компонентах, которые ранее не считались полезными или экономически целесообразными к извлечению. Например, в Хабаровском крае компания «Геопроминвест» работает с хвостами Солнечного ГОКа: изначально предполагалось, что это потенциальное оловосодержащее сырьё, однако на текущем этапе предприятие успешно извлекает из них остаточные концентрации меди. Олово временно не подлежит извлечению по технологическим причинам.

Подобные проекты ориентированы на извлечение компонентов не только из хвостов цветных или драгоценных металлов, но также редкометальных элементов и других перспективных видов сырья. Эффективность таких инициатив напрямую зависит от себестоимости добычи: чем ниже стоимость первичной выемки, тем бОльшая доля общей себестоимости остаётся доступной для переработки, а значит — шире возможности её дальнейшего развития.

Существенное снижение затрат возможно в тех случаях, когда основной объём материала не перевозится, а перекачивается гидротранспортом.

Освоение шельфа и прибрежных зон

Отдельное направление связано с добычей твёрдых полезных ископаемых на шельфе. В России его развитие осложнено юридическими особенностями: морская зона относится к пограничной территории, что требует соблюдения строгих федеральных процедур и получения специальных разрешений. Тем не менее потенциал прибрежных районов остаётся значительным. Реальное вовлечение этих ресурсов станет возможным, когда экономическая целесообразность и технологическая реализуемость будут доказаны в полной мере. При использовании корректных методов оценки проекты такого типа могут получить более благоприятные перспективы для запуска.

Технические преимущества «мокрого» способа добычи

Работа на низких содержаниях и влияние транспортной схемы

Принципиальные преимущества «мокрого» способа связаны прежде всего с возможностью эффективно работать на рекордно низких содержаниях полезного компонента в исходном сырье. Это объясняется характером технологии: от первого касания породы черпаком до хвостового сброса расстояния измеряются десятками или первыми сотнями метров. При традиционной сухой добыче логистические плечи многократно увеличиваются — спиральные съезды, транспортные маршруты, складирование. Каждая лишняя единица расстояния напрямую увеличивает себестоимость. Гидротранспорт, напротив, минимизирует затраты за счёт перекачки, а не перевозки материала. В результате «мокрый» способ позволяет экономически оправданно вовлекать сырьё с более низкими содержаниями, тем самым расширяя потенциальную сырьевую базу.

Продление промывочного сезона в холодных регионах

Понижение бортового содержания при защите кондиций традиционно рассматривается как способ увеличения объёма и запасов. Для многих компаний это может стать ответом на вопрос о расширении сырьевой базы.

Дополнительным преимуществом «мокрого» способа является возможность существенного увеличения продолжительности промывочного сезона. Как отмечают специалисты предприятий «Сусуманзолото», Соловьёвского прииска и ряда других дражных компаний, разница между длительностью сезона при открытом раздельном способе и дражном способе особенно велика в холодных регионах.

В условиях России, где большинство территорий относится к холодным климатическим зонам, эта разница может составлять месяц, полтора или даже два в год. При этом наблюдается устойчивая зависимость: чем холоднее климат, тем больше эта разница. В отдельных случаях дражный сезон увеличивается по сравнению с обычным способом отработки на 80-100 дней, что сопоставимо с почти полутора-двукратным удлинением продуктивного периода — при базовой длительности промывочного сезона для «открытого раздельного способа» в 150–180 дней (в целом ряде примеров - и того меньше). Такое существенное расширение временного окна является одним из ключевых преимуществ дражного метода.

Стабильность производственных показателей и предсказуемость себестоимости

«Мокрый» способ, благодаря большей продолжительности сезона, стабильности и устойчивости технологического процесса, обеспечивает более стабильные производственные показатели. Он позволяет поддерживать равномерную производительность по объёму и формировать менее волатильную себестоимость переработки, без выраженных колебаний по периодам. Такая предсказуемость облегчает планирование производственной деятельности, а также упрощает обеспечение проекта необходимыми ресурсами — от финансов до материально-технического снабжения на весь сезон.

Снижение капитальных и операционных затрат

Как уже отмечалось, «мокрый» способ требует значительно меньших первоначальных вложений по сравнению с сухой добычей. В этом проявляется определённая особенность — в большинстве технологий снижение капитальных затрат сопровождается ростом операционных расходов, однако в данном случае наблюдается обратное: и САРЕХ, и ОРЕХ оказываются ниже по ряду технологических причин. В результате дражная добыча обеспечивает стабильные, традиционно низкие уровни себестоимости при минимальных объёмах первоначальных вложений. Это создаёт благоприятные условия для запуска проектов, основанных на дражном способе.

Формирование сырьевой базы и природосберегающий характер технологии

Формирование сырьевой базы имеет принципиальное значение. Объединение разрозненных участков, которые формально могут оставаться отдельными лицензиями, в единый крупный полигон позволяет организовать отработку значительно более эффективно с точки зрения затрат. Такой подход формирует иной масштаб развития добычи. Дражный способ при этом является более природосберегающим: он не создаёт пылевыноса и не предполагает частых перемещений полигона, как при открытом раздельном способе. Это обеспечивает длительное и стабильное обслуживание гидротехнических сооружений на одном месте. Хотя данный метод не исключает полностью возможность инцидентов, в целом он существенно снижает вероятность таких ситуаций. За счёт перечисленных особенностей дражная добыча может быть более привлекательной для инвесторов и кредиторов, которые понимают её технологические преимущества.

Специфической особенностью дражных галечных отвалов в северных условиях является также их повышенная способность к самозарастанию, при этом на таких участках формируется более высокая плотность биомассы по сравнению с соседними территориями, не затронутыми антропогенным воздействием. Это наглядно прослеживается по всей Колыме: редкая поросль низкорослой лиственницы у подножий сопок летом резко контрастирует с густыми зарослями «краснокнижного»   белого тополя, березы и других лиственных пород на старых дражных «гребенках».

Расширяющиеся возможности применения дражных технологий

Совершенствование добычи на дражных и недражных россыпях

Применение «мокрого» способа открывает возможности для повышения эффективности добычи прежде всего на дражных запасах россыпного сырья, однако его использование не ограничивается только ими. Этот подход может быть актуален и для участков, которые ранее рассчитывались под открытый раздельный способ, особенно при наличии возможности объединения нескольких таких участков в единый полигон.

Развитие технологий переработки и схем обогащения

Технология обеспечивает развитие не только горной части добычи, но и переработки. Понтон служит стабильной платформой для размещения более сложных и производительных промышленных приборов, позволяя увеличивать число переделов и использовать более технологичное оборудование.

Размещение черпающих и перерабатывающих узлов на одном понтоне неизбежно накладывает технологические ограничения. Однако оборудование можно разделить по понтонам: земснаряд работает на одном, тогда как перерабатывающий модуль устанавливается на отдельной платформе, изолированной от качки и вибрационных нагрузок, возникающих при работе черпающего механизма. При корректной конфигурации это позволяет существенно расширить схемы извлечения, повышая объём и эффективность переработки сырья.

Переход от россыпной к рудной добыче через переработку хвостов

Такой подход облегчает компаниям плавный переход от россыпной к рудной добыче — через работу на хвостах рудообогащения. Для россыпных предприятий именно переход к рудным объектам представляет наибольшую сложность: рудные тела часто имеют высокую категорию сложности, разветвлённую морфологию и требуют горных компетенций, которые у россыпников могут отсутствовать. При этом переработка лежалых хвостов является более доступной задачей, поскольку такие объекты обычно имеют плоскую форму и более низкую категорию сложности.

Применение при вскрыше и добыче отдельных видов рудного сырья

Дражные технологии могут применяться и в рудной добыче — как на стадиях вскрыши, так и, в отдельных случаях, при разработке руд, существенно меняющих свои физико-механические свойства при намокании, например, сланцев или кимберлитов. Аналогичным образом технология подходит для разработки золотоносных кор выветривания, которые по характеристикам близки к глинистым россыпям.

Добыча ТПИ на шельфе и в глубоководных зонах

Кроме того, методика применима не только на континентальных объектах, но и при добыче в прибрежной зоне, на шельфе или в глубоководных районах морей как в пределах страны, так и за её пределами.

Вместо заключения: о чём важно помнить при выборе и внедрении дражных технологий

При планировании дражных работ важно учитывать, что внешняя схожесть установок не гарантирует одинаковых эксплуатационных возможностей. Две внешне одинаковые драги с черпаковой цепью могут радикально отличаться по усилию вырыва — параметру, который зависит не только от размера черпаков, но и от конструкции цепи, кинематики привода и множества других инженерных нюансов.

В то же время внешне нетипичные для дражной добычи установки могут эффективно использоваться для вспомогательных операций. Даже если они не предназначены непосредственно для добычи, такие системы способны работать на вскрыше или выполнять другие технологические задачи, органично интегрируясь в общий цикл «мокрого» способа или его комбинации с «сухим».

При выборе технического решения необходимо опираться на расчёты, а не на субъективные предпочтения. Дражная добыча относится к числу наиболее технологически сложных и требующих высокой квалификации методов разработки россыпей. Она предполагает профессиональный подход, тщательность в планировании и понимание технологических ограничений.

При этом любой проект начинается с первого шага. Его инициирование неизбежно связано с определёнными рисками, однако они являются неотъемлемой частью развития новых решений и раскрытия ранее недоступных перспектив.

Автор благодарит Хенка ван Мёэна и Светлану Конину, Royal IHC, за предоставленные материалы и фотографии.