ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД

Кондициями называется совокупность требований к качеству подземных вод и основным условиям их добычи, определяющим экономическую эффективность использования этих вод в качестве минерального сырья. Параметры кондиций выражаются предель­ными значениями натуральных показателей, характеризующих подземные воды и условия их добычи, при которых промышленное использование этих вод является технически возможным и экономи­чески целесообразным. Таким образом, кондиции определяют гра­ницу между балансовыми и забалансовыми запасами и служат основанием для подсчета балансовых запасов.

В качестве кондиций для подсчета запасов промышленных подземных вод подлежат обоснованию следующие параметры:

минимальное содержание полезных компонентов в водах оцени­ваемого месторождения (участка);

максимальное содержание вредных примесей;

максимальное понижение динамического уровня в эксплуатаци­онных скважинах;

минимальный дебит эксплуатационных скважин.

Если ликвидация сточных вод проектируется путем их подземного захоронения, то одновременно должны быть обоснованы пара­метры кондиций для полигона захоронения:

минимальная приемистость поглощающих скважин; максимальный напор на устье поглощающих скважин; максимальное содержание вредных примесей в сточных водах. Параметры кондиций для подсчета запасов подземных промыш­ленных вод могут определяться как экономическими соображениями, так и ограничениями, вытекающими из геологических условий месторождения или технических возможностей его отработки. Так, например, максимальное снижение динамического уровня может быть ограничено кровлей продуктивного горизонта. Обычно оно ограничивается техническими показателями существующих водо­подъемных средств. Аналогичным образом минимальный дебит эксплуатационных скважин при достаточном естественном притоке в скважину контролируется подачей насосного оборудования. Многолетняя практика эксплуатации месторождений промышлен­ных подземных вод в артезианских бассейнах показала, что хими­ческий состав этих вод остается практически неизменным в течение всего расчетного срока эксплуатации. Для таких месторождений минимальное содержание полезных компонентов и вредных приме­сей совпадает со средним их содержанием и подлежит экономи­ческому обоснованию только в части определения перечня извле­каемых компонентов. Однако на месторождениях, находящихся в более сложных гидрогеологических условиях, возможно постепенное снижение качества промышленных вод в процессе их эксплуатации, и минимальные промышленные содержания должны выводиться в этом случае из экономических соображений.

Кондиции должны устанавливаться применительно к оптималь­ной схеме отработки месторождения. Отыскание такой схемы сос­тавляет основную по сложности и трудоемкости задачу, решаемую в процессе обоснования кондиций. Критерием оптимизации для месторождений подземных промышленных вод, как и для других полезных ископаемых, является регламентированный типовюй мето­дикой [12] показатель денежной оценки R_p, вычисляемый по фор­муле (62).

Зависимости между параметрами кондиций и технико-экономи­ческими показателями добычи и переработки промышленных под­земных вод достаточно сложны и в общем случае аналитическому выражению не поддаются. Поэтому основной методический прием оптимизации — это анализ ряда вариантов отработки месторожде­ния. Чаще всего (хотя и не всегда) в качестве управляемого параметра при построении ряда вариантов выступает производи-тельность промысла. Выбор производительности промысла при геолого-экономической оценке месторождений промышленных вод играет ту же роль, что и оконтуривание балансовых запасов при оценке месторождений твердых полезных ископаемых. Продолжая эту аналогию, заметим, что снижение от варианта к варианту предельного динамического уровня подземных вод по смыслу рав­нозначно прирезке новых блоков на месторождениях твердых полезных ископаемых.

В существующей практике подлежащие сравнению варианты производительности промысла зачастую выбираются произвольно, а иногда даже регламентируются заранее в геологическом задании на разведку. В результате вместо задачи оптимизации решается задача выбора лучшего из нескольких вариантов неизвестного ка­чества. В то же время имеются объективные предпосылки для вполне обоснованного формирования сравниваемых вариантов. Эти предпосылки заключаются в следующем.

Производительность промысла определяется предельным сниже­нием динамического уровня, который, в свою очередь, зависит от технологии добычи воды: при фонтанном способе эксплуатации максимально возможное снижение уровня не превышает избыточ­ного напора над устьем скважин; добыча воды с помощью эрлиф­тов ограничивается глубиной 400 — 450 м; существующие погруж­ные электронасосы имеют напор до 700 м; на больших глубинах возможно только применение штанговых насосов (станков-кача­лок). Каждый последующий (в порядке перечисления) способ добычи воды дороже предыдущего, но в пределах одного способа себестоимость кубометра воды остается практически постоянной. В то же время расширение масштабов производства при прочих равных условиях ведет к сокращению себестоимости единицы про­дукции и соответствующему росту прибыли. Поэтому среди вари­антов с одинаковой технологией добычи, переработки подземных вод и ликвидации стоков наиболее выгодным будет вариант с мак­симально возможной величиной балансовых запасов, т. е. с макси­мально возможным для данной технологии понижением динамичес­кого уровня в конце расчетного срока эксплуатации.

Из формулы (10) видно, что помимо снижения уровня S на производительность водозабора оказывают влияние также его геометрические параметры, входящие в формулу в виде приведен­ного радиуса г. Рассмотрим, как влияет на экономические пока­затели изменение г при фиксированном значении S (строго говоря, параметры г и S не являются независимыми, так как при опре­делении S учитываются срезки уровня от взаимного влияния скважин водозабора; однако для нашего чисто качественного ана­лиза этим обстоятельством можно пренебречь).

Рис. 34. Изменение себестоимости добычи и переработки 1 м³ промышленной воды С в зависимости от приведенного радиуса водоза­бора;

1 — 3 — себестоимость (1 — добычи, 2 — переработки, 3 — суммарная)

Параметр г входит в формулу (10) хотя и во второй степени, но под знаком логарифма. Это означает, что производительность промысла растет при увеличении приведенного радиуса водозабора не пропорционально ему, а гораздо медленнее. При реальных зна­чениях стоящего под знаком логарифма выражения (10³-М0⁴) увеличение радиуса водозабора вдвое дает прирост производитель­ности всего на 20%. В то же время затраты на сооружение и эксплуатацию всех коммуникаций промысла растут прямо пропорционально приведенному радиусу водозабора, вследствие чего удельные затраты на добычу 1 м³ также возрастают (рис. 34). Расчеты показывают, что сокращение затрат на переработку воды в связи с некоторым увеличением производительности промысла не полностью компенсирует такой рост затрат на добычу. Поэтому суммарные удельные затраты на добычу и переработку промыш­ленной воды оказываются минимальными при некотором значении r_опт (см. рис. 34). Отсюда следует важный вывод: при каждом заданном значении 5 может (и должна!) быть найдена оптимальная геометрия промыслового водозабора, обеспечивающая минимум удельных затрат на добычу и переработку промышленной воды.

С учетом сказанного можно сформулировать правило постро­ения ряда вариантов: для каждой технически возможной схемы добычи и переработки подземных вод рассматривается один ва­риант, предусматривающий максимальную для данной технологии добычи производительность промысла и оптимальную геометрию водозабора. Это правило существенно ограничивает число рассмат­риваемых вариантов. Однако надо иметь в виду следующее. Га­рантией оптимальности выбранного варианта является наличие худших вариантов как справа, так и слева от него (т. е. и с меньшей, и с большей производительностью). В любом случае оптимальность выбранного варианта должна быть обоснована с точки зрения геологической или технической невозможности или экономической нецелесообразности дальнейшего увеличения запасов с применением других технологических схем. Так, например, если лимитирующим параметром, как это чаще всего и бывает, оказыва­ется снижение динамического уровня, то следует проанализировать возможность и целесообразность таких мер, как поддержание плас­тового давления или использование мягкой характеристики погру­жных электронасосов, которые могут развивать и больший напор при сокращении производительности и т. п.

Каждый из рассматриваемых вариантов должен быть оптими­зирован с точки зрения применения наиболее экономичных тех­нических и организационных решений отдельных элементов про­изводственного процесса. Выбор таких решений обычно осущест­вляется путем сопоставления технически возможных вариантов по критерию минимума приведенных затрат:

Сj + Е_н * Кj — > min,

где С_j — себестоимость единицы продукции данного участка про­изводства; К_j — удельные капиталовложения на единицу продукции данного участка производства; Е_н — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, равный 0,15. Единицей продукции по всем элементам сырьевой базы (добыча, сбор, транспортировка воды) является 1 м³ промышленной воды франко-приемные ем­кости завода; по перерабатывающему предприятию — 1 т товар­ной продукции, по системе ликвидации сточных вод — 1 м³ сточ­ных вод.

Приведенный критерий оптимизации является общепризнанным при выборе технических решений, он регламентирован методикой, утвержденной Госпланом СССР и Госстроем СССР [32]. Следует, однако, заметить, что этот критерий не вполне совпадает с кри­терием оценки месторождений полезных ископаемых R_p . Такое расхождение между общим и частным критериями оптимизации с ме­тодической точки зрения является недопустимым, хотя в практи­ческих расчетах различия результатов оценки вариантов по этим критериям оказываются незначительными. Тем не менее представ­ляется необходимым согласовать критерий оценки частных техни­ческих решений с общим критерием оценки месторождения. Такой критерий можно записать в виде:

(64)

где С_jt — годовые эксплуатационные запасы по j-у варианту в t-м году (если эти затраты в течение срока эксплуатации не ме­няются, то удобнее вынести их за знак суммы); К_j — первона­чальные капиталовложения в j-м варианте.

В зависимости от наличия в конкретных условиях оценивае­мого месторождения альтернативных вариантов технических ре­шений экономическому обоснованию подлежат:

по сырьевой базе — размещение и конструкция промысловых скважин, выбор водоподъемных средств, водосборные сети (кон­фигурация, диаметр, источники энергии перекачки), трасса и кон­струкция магистрального водопровода с насосными станциями;

по перерабатывающему заводу — технология водоподготовки (в том числе возможность концентрирования путем естественного испарения), выбор технологии извлечения полезных компонентов, повторное использование отходов производства;

по системе ликвидации сточных вод — способы их нейтрализа­ции и очистки, расположение и конструкция поглощающих сква­жин, методы искусственного повышения их приемистости, кон­струкция водопроводных сетей, выбор насосного оборудования.

В расчетах в целях обоснования технических решений себестои­мость С, и удельные капиталовложения К_j могут учитываться не целиком, а только по тем статьям и элементам затрат, которые отличаются в сопоставляемых вариантах.

Обязательным условием сопоставления вариантов по критерию (64) является качественная и количественная идентичность ре­зультатов, получаемых с помощью сравниваемых технических и организационных решений. В противном случае (например, если сравниваются технологические схемы переработки промышленных вод с различными коэффициентами извлечения) сопоставление ва­риантов необходимо делать по критерию R_p .

Таким образом, вышеописанная процедура обоснования кон­диционных требований показывает, что существующий в настоящее время порядок геолого-экономической оценки месторождений и утверждения запасов полезных ископаемых не вполне логичен. Единый, по сути дела, процесс разбит на два этапа: сначала рассматриваются и утверждаются кондиции, затем — подсчет за­пасов. Однако ясно, что кондиционные требования жестко связа­ны с величиной балансовых запасов, которые на стадии разра­ботки кондиций определяются на основании так называемого оперативного подсчета. Выбирая параметры кондиций по одному из вариантов, мы тем самым фиксируем заложенные в этом ва­рианте запасы подземных вод. Далее возможны два случая: либо результаты основного подсчета запасов будут отличаться от ре­зультатов оперативного подсчета, и тогда технико-экономические показатели и кондиционные требования, рассчитанные по данным оперативного подсчета, окажутся неверными; либо результаты основного подсчета запасов совпадут с результатами оперативно­го подсчета, и тогда рассмотрение и утверждение результатов основного подсчета запасов будут чисто формальной процедурой. С этих- позиций наиболее целесообразно объединить геолого-эко­номическую оценку и обоснование кондиций с подсчетом запасов, что могло бы в значительной мере упростить и сократить по вре­мени процесс рассмотрения и утверждения запасов подземных вод.