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 Rp, 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 rопт (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 + Ен * Кj — > min,
где Сj — себестоимость единицы продукции данного участка производства; Кj — удельные капиталовложения на единицу продукции данного участка производства; Ен — 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 Rp . 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 Сjt — 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); Кj — 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 Кj 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 Rp .
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.