DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10582

Анализ перспектив разработки угольных месторождений в Арктической зоне Чукотской автономной области

Analysis of prospects for development of coal deposits in the Arctic zone of the Chukotsky Autonomous Okrug

Петрунин Александр Михайлович, кафедра разработки месторождений полезных ископаемых, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», Санкт-Петербург, E-mail: ampetrunin@yandex.ru 

Семенов Александр Сергеевич, доцент, к.т.н., кафедра разработки месторождений полезных ископаемых, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», Санкт-Петербург, Россия, E-mail: Semenov_AS@pers.spmi.ru

Молодых Семен Сергеевич, аспирант, кафедра разработки месторождений полезных ископаемых, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», Санкт-Петербург, E-mail: Semeshka@ya.ru

Petrunin Aleksandr, of Mining Department, Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia, E-mail: ampetrunin@yandex.ru 

Semenov Aleksandr, associate professor of Mining Department, Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia, E-mail: Semenov_AS@pers.spmi.ru 

Molodykh Semen, Postgraduate student of Mining Department, Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia, E-mail: Semeshka@ya.ru

Аннотация. Целью исследования являлась оценка перспективности разработки угольных месторождений в Арктической зоне. В статье обобщены сведения о состоянии минерально-сырьевой базы углей Чукотского автономного округа. Рассмотрены факторы, влияющие на перспективность освоения запасов. Проанализированы данные по геологической информации, полученной при разведке и разработке месторождений, исследованы особенности разработки угольных месторождений открытым способом в условиях криолитозоны. Произведена оценка статистической информации по показателям добычи угля за период с 2013 года.

В связи с тем, что угольные месторождения Арктики могут рассматриваться как нетрадиционный и перспективный источник сырья цветных металлов, рассмотрены условия для формирования местных топливно-энергетических центров, которые могут стать катализатором повышения уровня добычи полезных ископаемых в регионе, а также развития сети промышленных объектов.

Summary. The purpose of the study was to assess the prospects for the development of coal deposits in the Arctic zone. The article summarizes information about the state of the mineral raw materials base of the coals of the Chukotka Autonomous Okrug. Factors influencing the future development of reserves are considered. Data on geological information obtained during exploration and development of deposits were analyzed, features of development of coal deposits by open method under conditions of cryolithic zone were investigated. Statistical information on coal production indicators has been evaluated since 2013.

Due to the fact that Arctic coal deposits can be considered as an unconventional and promising source of raw materials of non-ferrous metals, the conditions for the formation of local fuel and energy centers, which can become a catalyst for increasing the level of mining in the region, as well as the development of a network of industrial facilities, are considered.

Ключевые слова: угледобыча; угольный карьер; открытая разработка; криолитозона; Чукотский автономный округ; Арктическая зона Российской Федерации.

Keywords: coal mining; coal quarry; open development; cryolithic zone; Chukotka Autonomous Okrug; Arctic zone of the Russian Federation.

Введение

Задача, как добывающих компаний, так и государства минимизировать затраты на добычу минерального сырья настолько, чтоб месторождение было экономически выгодно разрабатывать, и его качество соответствовало всем запросам потребителей. Сегодня в освоение Арктики вкладываются колоссальные денежные средства, в связи с тем, что Арктическая зона — кладезь месторождений полезных ископаемых, в том числе редких ценных металлов, углеводородов, углей.

Одним из главных факторов, препятствующих освоению Арктики, является слаборазвитая транспортная инфраструктура, а также слабое социально-экономическое развитие региона, что увеличивает конечную стоимость полезного ископаемого в несколько раз.

Помимо прочего добыча полезных ископаемых отягощается неблагоприятными факторами среды, обширным распространением многолетнемерзлых пород. Проведение горных работ в местности, где распространены многолетнемерзлые породы характеризуется перечнем факторов, которые в свою очередь предполагают определенную технологию разработки. Такими факторами являются: сложные климатические условия, мерзлое состояние вмещающей породы и снижение ее прочности при оттаивании, местность с труднодоступным рельефом – оказывают существенное влияние на процесс проведения горных работ.

Литературный обзор

Целью «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.» является максимально
эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения страны. Приоритетными векторами перспективного развития отраслей ТЭК является переход на путь инновационного и энергоэффективного развития и изменение структуры и масштабов производства энергоресурсов, что может быть осуществлено за счет развития рыночной инфраструктуры энергетического комплекса каждого отдельно взятого округа. Закрытие показателей внутреннего спроса на энергоресурсы должно осуществляться:

• с учетом удовлетворения требований по выполнению Россией стандартов благосостояния, соответствующих развитым странам мира;
• достижения научного и технологического лидерства по приоритетным направлениям, которые обеспечивают энергетическую безопасность России и способствуют повышению конкурентных преимуществ России;
• повышения энергоэффективности экономики до уровня стран с аналогичными природно-климатическими условиями (Канада, страны Скандинавии) [10].

В последние годы недропользователи усиливают присутствие в Арктике в направлении Чукотского автономного округа и Таймырского угольного бассейна, это те районы, которые в перспективе способны создать экспортно-ориентированные центры угледобычи.

Определенные стадии экономического развития страны связаны с повышенным интересом к изучению природных ресурсов, находящихся на территории арктической зоны.

В середине XX века активное исследование Северного морского пути способствовало созданию ряда крупных портов в Тикси, Нарьян-Маре, Диксоне. Образовались транспортные узлы, через которые вывозилось рудное сырье, уголь и готовая продукция металлургических заводов. Благодаря развитию инфраструктуры был разведан ряд угольных бассейнов различного возраста, содержащих угли различного марочного состава.

В ходе освоения новых районов были составлены карты угленосности с разбивкой по качеству, составлены ГОСТы по определению качества углей, методике аналитических исследований.

К концу XX века, в период нестабильности, разведочные работы практически не проводились, происходил отток населения из Арктических районов и запустение поселков. Однако, в последние годы отмечается новый виток в развитии региона благодаря развитию нефтегазовой отрасли и освоению новых регионов добычи углеводородов. Угольные объекты, расположенные в арктической зоне территориально и по возрастному признаку вмещающих осадочных пород, сочетаются с районами расположения углеводородных объектов. Параллельное освоение угольных месторождений, находящихся вблизи Северного морского пути, и развитие необходимой инфраструктуры позволит получить экономические преимущества при добыче углеводородов в арктической зоне, что в свою очередь согласуется с принципами единой стратегии развития ТЭК России [9].

В Чукотском АО запасы угля приурочены к Анадырскому и Беринговскому угольным бассейнам. Государственным балансом учитываются балансовые запасы угля кат. А+В+С1 8 угольных месторождений (20 объектов учета) в количестве 188,632 млн т, кат. С2 – 511,206 млн т; забалансовые – 56,240 млн т. Балансовые запасы бурого угля кат. А+В+С1 составляют 38,8 % от суммарных по округу, а каменного – 61,2 % [9,20]. В настоящее время разрабатывается проект освоения Амаамской и Верхне-Алькатваамской угольных площадей, который осуществляют совместно АО «Северо-Тихоокеанская угольная компания» и ООО «Берингпромуголь», входящие в австралийскую компанию Tigers Realm Coal Ltd. Помимо вышеперечисленных угольных объектов, в Чукотском автономном округе разведан или оценен ряд месторождений и углепроявлений в других районах с различной степенью детальности.

Известно, что твердые горючие ископаемые могут вмещать в себе большое количество химических элементов – примесей, многие из них являются ценными. Такие примеси можно обнаружить в углях месторождений Арктической зоны, кроме того, их объемы могут достигать рудных концентраций. Присутствие ценных примесей усиливает инвестиционную привлекательность угольных месторождений для добычи и увеличивает экспортную стоимость угля [4].

В углях ряда месторождений Арктической зоны России установлены аномальные концентрации целого ряда ценных элементов-примесей (Sc, Ti, V, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, РЗЭ и др.). Такие угли стоит рассматривать как нетрадиционный и перспективный сырьевой источник ценных металлов [4].

Авторами был произведен анализ статистических данных по разведанным запасам угля, объемам добычи, а также определена позиция угля в структуре потребления энергетических ресурсов в России.

Согласно проведенному исследованию на 2018 год в мировой структуре потребления энергетических ресурсов превалируют нефть (33,6%) и уголь (27,2%). Однако, несмотря на рост потребления нефти и угля, их совокупная доля в структуре энергопотребления устойчиво сокращается в пользу альтернативных энергоносителей (Рисунок 2).

В 2013–2016 гг. в мире наблюдалась тенденция к сокращению потребления угля. Это связано с падением спроса на уголь в Китае, на долю которого приходится более 50% мирового потребления. Однако в 2017 г. произошла стабилизация мирового потребления угля, а в 2018 г. его потребление выросло на 1,4%. Повышение уровня обусловлено возрастающим потреблением угля в Индии, Индонезии, Казахстане. В то же время в странах Северной Америки, Европе сохраняется устойчивая тенденция к снижению потребления этого энергоносителя.

Объемы сырьевой базы Российская Федерация обеспечивают государству четвертое место в мире после США, Австралии и Китая (рисунок 3). Запасы категорий А+В+С1 разрабатываемых и подготавливаемых к эксплуатации месторождений РФ, составляют около 113 млрд т.

Однако, по объемам добычи угля Россия уступает не только тройке лидеров по разведанным запасам, но и странам как сопоставимой сырьевой базой (например, Индии), так и странам, которые обладают значительно меньшим объемом ресурсов (например, Индонезии, занимающей четвертое место среди ведущих производителей).

 На уголь приходится 12,3% суммарного потребления энергоносителей. В соответствии с общемировыми тенденциями доля угля в структуре энергопотребления сокращается (рисунок 4).

За период 2000–2018 гг. объём потребления угля снизился на 17%, а его доля в структуре энергопотребления сократилась с 17,3 до 12,3%. Объемы добычи угля в России в 2018 г. оказались более чем на 25 процентов ниже, чем в Индонезии и значительно ниже, чем в Китае, который в свою очередь обеспечивает более 50 процентов добываемого в мире твердого топлива. При этом качество российского угля даже превосходит некоторых продуцентов. Такое различие в объемах угледобычи России размеру ее сырьевой базы связано, с территориальным расположением промышленных угольных центров. Индонезийские и австралийские недропользователи снижают транспортные издержки за счет того, что угольные бассейны находятся в непосредственной близости от морских портов, что повышает конкурентоспособность угля на внешнем рынке. В России угледобыча также в значительной мере ориентирована на экспорт, но ее центром являются бассейны Южной Сибири, удаленные как от тихоокеанских портов, так и от потребителей Европы.

Географически Чукотский автономный округ располагается в регионе распространения криолитозоны, что в свою очередь определяет некоторые особенности освоения месторождений с точки зрения инженерно-геологических условий. Мощность многолетнемерзлых пород зависит от ряда факторов, например, от широтной зональности и высотной поясности территории. На территории округа многолетняя мерзлота имеет преимущественно сплошное распространение, в среднем мощность толщи составляет 300-500 метров.

Большая часть добычи угля в России осуществляется недорогим и безопасным открытым способом; в 2009–2018 гг. доля открытых работ выросла с 68% до 79%. Одними из главных факторов, которые влияют на эффективность открытой разработки полезных ископаемых в сосложненных инженерно-геологических условиях, являются высокие водопритоки в горные выработки и связанные с этим явления, такие как суффозия, оползни в бортах карьеров, наледеобразование на транспортных путях, повышенная влажность горной массы и ее смерзаемость в зимнее время, деформации бортов, отвалов и транспортных путей при оттаивании многолетнемерзлых пород. [3,8,11]

Материалы и методы

Методика исследований включала анализ инженерно-геологической информации, полученной при разведке и разработке месторождений, изучение изменения физико-механических свойств пород угольных месторождения. Была произведена оценка статистической информации по показателям добычи угля за период с 2013 года, на основании которой сформулирован ряд выводов о перспективности разработки угольных объектов в Арктической зоне Чукотского АО.

Результаты

Увеличение добычи угля в регионе может стать катализатором развития сети промышленных объектов. Районы крайнего севера характеризуются очаговым способом освоения и наличие крупных населенных пунктов и промышленных объектов. Крупные объекты имеют свою энергетическую инфраструктуру. Средние и мелкие объекты вынуждены функционировать в зависимости от привозных топливно-энергетических ресурсов, главным образом от углеводородов, что определяет существенную транспортную составляющую в структуре цены. В тоже время в некоторых случаях потенциально возможна полная или частичная замена привозного топлива на возобновляемые источники энергии и/или местные топливно-энергетические ресурсы, такие как уголь.

По предварительному анализу данных можно сделать вывод, что в некоторых ситуациях возможна замена привозного топлива на МТТ с учетом территориальной близости мест добычи и потребления местных углей. Следует обратить внимание на структуру стоимости угля с учетом транспортировки и хранения (рисунок 5).

Из данных диаграммы следует, что на долю самого угля в структуре его стоимости на месте потребления в наиболее труднодоступных районах приходится от 20 до 50 процентов [2].

Однако решение проблемы осложняется из-за ряда факторов, наиболее существенные из которых:

• недостаток геологической информации, вызванный низким уровнем разведанности арктических районов;
• отсутствие современной оценки МТТ для целей использования их для сжигания и переработки современными технологиями;
• нехватка небольших по производительности техники и технологий добычи, обогащения, переработки и использования МТТ или несоответствия их реальным условиям, в том числе горно-геологическим;
• неразвитость методологии, теории и практики создания и экономически эффективного функционирования малых добычных и создаваемых на их основе энергетических комплексов.

Заключение

Применение местного твердого топлива является перспективным способом обеспечения энергобезопасности и надежности работы ТЭК в арктической зоне Чукотского автономного округа.

Однако для экономически выгодного освоения угольных месторождений в местах потенциального потребления необходимо осуществить работы по повышению актуальности геологической информации и данных по качеству угля. Необходимость проведения дополнительных исследований связана с тем, что сырьевая база угля арктических районов была создана в условиях плановой экономики с более мягкими требованиями к потребительским свойствам угля, другим уровнем цен, другими технологиями освоения. На ранее изученных угольных месторождениях часто не присутствуют данные по новым показателям качества угля, что затрудняет объективную оценку исследуемого твердого топлива с точки зрения его соответствия современным технологиям, делает невозможным сравнение его с другими марками угля, маркировки по действующим ГОСТам.

 В таблицах 1 и 2 представлены данные о запасах и прогнозных ресурсах угля, а также действующих месторождениях, однако доля действительно балансовых запасов (т.е. рентабельных, отвечающих современным требованиям) для угольных месторождений Арктики значительно ниже числящихся на Госбалансе [2,5,7]. На рисунке 6 представлена карта перспективных геологических участков и площадей с прогнозными ресурсами категорий Р1, Р2, Р3 (уголь каменный и бурый), но в то же время перспективы масштабного освоения этих запасов недостаточно ясны.

С целью определения реального промышленного и экономического потенциала сырьевой базы Чукотского автономного округа выявления промышленно перспективных для освоения запасов нераспределенного фонда необходимо осуществить геолого-экономическую переоценку [2]. Это позволит оценить реальный угольный потенциал арктической зоны Северо-Востока России, определить порядок, очередность и условия его освоения.

Список литературы

1. Актуализированные ГИС-пакеты оперативной геологической информации (ГИС – Атлас «Недра России»): [сайт]. – URL: http://atlaspacket.vsegei.ru (дата обращения: 28.06.2020). –Текст. Изображение: электронные.
2. Батугина Н.С., Гаврилов В.Л., Хоютанов Е.А., Федоров В.И. Угольные месторождения арктической зоны Якутии и Чукотки: состояние сырьевой базы и возможности ее освоения // Наука и образование. –2014. – №4. – С. 5-11.
3. Верхотуров А.Г., Размахнина И.Б. Инженерно-геологические проблемы освоения угольных месторождений Забайкальского края // Вестник ЗабГУ. – 2015. – №8. – (123). – С. 4-11.
4. Вялов В.И., Богомолов А.Х., Наставкин Е.П., Чернышев А.А. Ценные металлы в углях Арктической зоны России // Георесурсы. – 2019. – Т.21. – №2. – С. 53-62.
5. Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году / главный редактор Е.А. Киселев– Москва. – 2019. – 426 с.
6. Ежегодный доклад о состоянии и проблемах законодательного обеспечения реализации стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. О состоянии и проблемах законодательного обеспечения научной деятельности Российской Федерации в Антарктике / редакторы Е.В. Денисенко, О.В. Ломакина. – Москва. – 2019. – 523 с.
7. Новоселова Е.Ю., Петров И.В., Новоселов А.Л. Арктический уголь: методические вопросы комплексной оценки рисков // Уголь. – 2020. – №8. – С.88-91.
8. Павлович А.А., Коршунов В.А., Бажуков А.А., Мельников Н.Я. Оценка прочности массива горных пород при разработке месторождений открытым способом // Записки Горного Института. – 2019. – 1. – (239). – C. 502.
9. Пронина Н.В., Макарова Е.Ю., Богомолов А.Х., Митронов Д.В., Кузеванова Е.В. Геология и угленосность Российской Арктики в связи с перспективами развития региона // Георесурсы. – 2019. – Т. 21. – № 2. – С. 42-52.
10. Ткач С.М., Гаврилов В.Л. Проблемы использования местных углей для энергообеспечения арктических районов Якутии // Современная наука: сборник научных статей. – 2012. – №3 (11). – С. 73-79.
11. Чемезов Е.Н. Принципы обеспечения безопасности горных работ при добыче угля // Записки Горного Института. – 2019. – 1. – (240). – C. 649.