Abstract: The article examines optimal parameters for overburden and ore mining operations at Magadan Oblast mines by 2025 amid permafrost degradation. It covers stripping ratio (3.5–7.8), energy efficiency, electrification (e-trucks), GPS and AI integration, and Atlas Copco/Sandvik equipment to reduce costs and CO emissions. Recommendations include shifting to underground mining and enhancing ESG compliance.
Keywords: stripping operations, mining operations, optimal parameters, Magadan Oblast, stripping ratio, drilling-and-blasting, mining cost, permafrost degradation, underground mining, energy efficiency, electrification, ESG.
Введение. Магаданская область остаётся ведущим золотодобывающим регионом России (25% добычи), но статья также анализирует сравнимые месторождения Дальнего Востока (Хаканджинское / Хабаровский край) и Урала (Берёзовое / Свердловская область) для обобщения оптимальных параметров [1]. Одновременно, развитие подземной добычи на глубокопогребённых россыпных месторождениях требует адаптации технологий к уникальным условиям криолитозоны.
Ключевой особенностью горнодобывающей деятельности в Магаданской области является необходимость оптимизации вскрышных работ — удаления вмещающих пород, чтобы обеспечить доступ к полезному ископаемому. Коэффициент вскрытия (В/П) на открытых карьерах варьирует от 3,5 м³/т (Нечаянное) до 7,8 м³/т (Наталка), что отражает различие в глубине залегания руды и конфигурации месторождений[1]. При этом вскрышные работы составляют 50–70% объёма всех горных операций и существенно влияют на себестоимость добычи.
Данные исследования проводились в контексте нарастающих вызовов: деградации многолетнемёрзлых пород (+0,3 м/год), роста глубины активного слоя, требований ESG и необходимости повышения энергоэффективности. Целью исследования является систематизация оптимальных параметров вскрышных и добычных работ на магаданских рудниках и карьерах, выявление резервов снижения издержек и повышения безопасности к горизонту 2025 года.
Методика . Исследование проведено на основе:
Промышленных данных 8 ведущих горнодобывающих предприятий Магаданской области (Полюс АК, Южуралзолото, Дальполиметалл и др.) за период 2022–2024 гг. Технической документации включая: проектные решения для карьеров Наталка, Павлик, Хаканджинское, Берёзовое [1-3]
Результаты.
В представленных таблицах (1-6) суммированы ключевые результаты моделирования оптимальных параметров добычи полезных ископаемых.
Они охватывают производственные показатели (объемы вскрыши, производительность), технические параметры оборудования (производительность буровзрывных работ, энергоэффективность), экономические расчеты (стоимость добычи, коэффициенты), экологические метрики (выбросы CO, ESG-факторы) и сценарии развития с учетом электрификации и деградации вечномерзлых грунтов.
Данные получены на основе анализа 2024 года с прогнозом на 2025 год, включая сравнение сценариев для карьеров разной глубины и внедрения технологий Atlas Copco, Sandvik, GPS и AI. [2-5]
Характеристика вскрышных работ по типам месторождений
Таблица 1
Параметры вскрышных работ на крупных карьерах Магаданской области (2024 г.)
| Месторождение | Тип руды | Глубина карьера, м | Коэффициент В/П, м³/т | Годовой объём вскрыши, млн м³ | Среднее расстояние вывоза вскрыши, км | Начальный угол откоса уступа, ° |
| Наталка | Золото (рудное) | 350 | 7.8 | 58.5 | 8–12 | 60–65 |
| Павлик | Золото–медь | 220 | 6.2 | 26.0 | 5–7 | 58–62 |
| Хаканджинское | Золото–серебро | 180 | 5.9 | 16.5 | 3–5 | 55–60 |
| Берёзовое | Золото | 150 | 4.8 | 9.1 | 2–4 | 52–58 |
| Нечаянное | Золото | 110 | 3.5 | 3.3 | 1–2 | 50–56 |
Примечание: Коэффициент В/П (вскрытие/полезное ископаемое) показывает, сколько кубометров пустой породы требуется удалить на один кубометр руды. Угол откоса уступа — первичный угол, принимаемый при проектировании блока; с учётом переслаивания и геомеханики может быть снижен на 5–10°. [6-9]
- Оптимальные параметры буровзрывных работ при вскрытии
Таблица 2
Параметры буровзрывной подготовки при вскрышных работах (2024 г.)
| Параметр | В мерзлых грунтах | В талых грунтах/скале | Оптимальное значение | Примечание |
| Диаметр скважин (БВУ-размер сверла) | 250–310 мм | 250–310 мм | 275–290 мм | Выбор зависит от типа буровой установки (Atlas Copco, Sandvik) |
| Глубина скважин | 15–22 м | 14–18 м | 16–19 м | В мерзлоте скважины углубляют из-за выветривания |
| Расстояние между скважинами | 5–7 м | 6–8 м | 6–7 м | Зависит от крупности блока и механических свойств |
| Удельный расход ВВ | 2.0–2.8 кг/м³ | 1.5–2.0 кг/м³ | 1.8–2.2 кг/м³ | Среднее по всему спектру параметров |
| Коэффициент крупности (фракция <0.5 м) | 80–88 % | 85–92 % | 85–90 % | Оптимум для максимизации производительности ДРО |
| Время замедления между строками (мс) | 42–67 | 25–42 | 42–50 | Для снижения сейсмического эффекта |
| Пиковое скоростное смещение (ПУВ) | 10–15 мм/с | 8–12 мм/с | ≤12 мм/с | Нормативный предел для безопасности бортов |
- Анализ себестоимости вскрышных операций
Таблица 3
Структура затрат вскрышных работ (руб./м³ вскрыши, 2024 г.)
| Статья затрат | Наталка | Павлик | Хаканджинское | Среднее по отрасли Севера | Примечание |
| Буровзрывные работы | 48–55 | 45–50 | 40–48 | 45–50 | Включает ВВ, буровое оборудование, персонал |
| Экскавация (погрузка) | 35–42 | 30–38 | 25–35 | 32–40 | Аренда/амортизация экскаватора, топливо, оплата труда |
| Транспортировка | 55–72 | 40–55 | 25–40 | 40–60 | Зависит от расстояния вывоза (прямо пропорционально км) |
| Дробление и грохочение | 18–25 | 15–22 | 10–18 | 15–22 | При необходимости подготовки крупной вскрыши |
| Отвалообразование | 12–18 | 10–15 | 8–12 | 10–15 | Укладка, планировка, противоэрозионные меры |
| ГСМ и электроэнергия | 22–30 | 18–28 | 15–25 | 18–28 | Волатильный показатель, зависит от сезона и конъюнктуры |
| Амортизация оборудования | 30–38 | 25–32 | 20–28 | 25–35 | Капитальные затраты на основные средства |
| Геотехнический контроль и мониторинг | 8–12 | 6–10 | 4–8 | 6–10 | Геодезия, инклинометрия, пьезометрия, микросейсмика |
| ИТОГО (среднее) | 230–285 | 180–250 | 145–205 | 190–260 | Диапазон отражает сезонные и технологические вариации |
Примечание: Самая дешёвая вскрыша на Хаканджинском (меньше глубина и В/П), самая дорогая на Наталке (большие расстояния вывоза и глубина). Оптимизационный потенциал: 8–15% за счёт оптимизации маршрутов автопарка, энергоэффективности буровых, минимизации простоев. [7-8]
Параметры добычных работ: карьеры
Таблица 4
Производительность и удельные показатели добычных операций
| Параметр | Наталка | Павлик | Хаканджинское | Оптимальный диапазон | Единица |
| Производительность по полезному ископаемому (плану на 2025) | 7500 | 4200 | 2800 | 4500–7000 | тыс. т/год |
| Удельная производительность труда | 450 | 420 | 380 | 400–450 | т/чел/год |
| Коэффициент готовности основного оборудования | 0.88–0.91 | 0.82–0.87 | 0.80–0.85 | ≥0.85 | доля |
| Среднегодовая производительность ДРО | 1200 | 800 | 450 | 800–1200 | т/ч |
| Расход дизеля на 1 тонну руды+вскрыша | 2.2 | 2.0 | 1.8 | 1.8–2.2 | л/т |
| Расход ГСМ (масла, смазки) | 0.35 | 0.32 | 0.28 | 0.28–0.35 | л/т |
| Удельные выбросы CO₂ | 5.8 | 5.2 | 4.6 | 4.5–5.5 | кг/т |
| Затраты труда при добыче | 1.8 | 2.1 | 2.4 | 1.8–2.2 | чел-дн/1000 т |
Параметры добычных работ: подземные рудники
На глубокопогребённых объектах (россыпные месторождения, глубины 200–400 м) применяются иные технологии [7, 8-11]. Ключевые параметры:
Таблица 5
Оптимальные параметры подземной добычи в условиях вечной мерзлоты
| Параметр | Значение | Ограничение/критерий | Примечание |
| Температура вмещающих пород | –1,5 °C до –6 °C | Определяет прочность и стабильность выработок | На тёплых объектах (–1,5 °C) — критическая ситуация; требуется активное охлаждение |
| Максимально допустимая температура в забое | +12 °C | Предотвращение оттаивания вмещающих пород | Подогреваемый воздух вентиляции не должен нагревать забой выше этой температуры |
| Минимальная температура в подготовительных выработках | –6 °C | Безопасность от обрушений кровли | Достигается путём циклического замораживания воздуха |
| Мощность вынимаемого слоя россыпи | 2–5 м | За цикл замораживания-оттаивания | Требуется 10–14 суток на замораживание нового слоя |
| Глубина отработки | 80–530 м | Зависит от схемы развития | Максимум — системы глубокой разработки (ГГР) |
| Производительность (при 300 рабочих дн/год) | 20–40 тыс. т/год | На одну шахту | Складывается из геологических и климатических ограничений |
| Себестоимость подземной добычи | 15000–25000 | руб./т золота в самородном виде | В 2–3 раза выше, чем открытая добыча из-за затрат на вентиляцию и охлаждение |
| Энергоемкость (вентиляция, охлаждение) | 45–65 | кВтч/т полезного ископаемого | При отсутствии оптимизации вентиляционных систем |
Матрица оптимизационных потенциалов
Таблица 6
Выявленные резервы повышения эффективности вскрышных и добычных работ
| Направление оптимизации | Потенциал экономии/улучшения | Период реализации | Барьеры | Ожидаемый эффект к 2025 |
| Оптимизация маршрутов автопарка | 8–12% расходов на транспорт | 6–12 мес. | Требует GPS-систем диспетчеризации | Снижение на 1–2 млн руб./год |
| Повышение КГ оборудования (с 0.82 до 0.88) | 6–8% увеличение производительности | 3–6 мес. | Кадровые ресурсы, запасные части | +500 тыс. т/год добычи |
| Внедрение энергоэффективных буровых | 10–15% снижение расхода топлива | 12–18 мес. | Капитальные вложения 20–30 млн руб. | Экономия 3–4 млн руб./год |
| Электрификация автопарка (20% e-trucks) | 25–35% выбросов на электрифицированном потоке | 18–24 мес. | Высокие капвложения, импорт техники | Соответствие ESG к 2025 |
| Улучшение дренажа и управления водой | 3–5% прибыль (снижение простоев из-за обводнения) | 12 мес. | Доступ к площадкам, инженерные работы | Повышение надёжности операций |
| Пересмотр углов откосов с учётом деградации мерзлоты | 2–4% уменьшение В/П для новых блоков | 6–12 мес. | Требует новых геомеханических расчётов | Снижение вскрыши на 10–20% для новых фронтов |
| Рекультивация отвалов (параллельная) | 2–3% затрат на подготовку социального диалога | 24–36 мес. | Нормативное регулирование, финансирование | Соответствие ESG, бренд-лояльность |
Обсуждение. Анализ оптимальности параметров
Полученные данные свидетельствуют, что к 2025 году технологические параметры вскрышных и добычных работ на магаданских рудниках соответствуют мировым стандартам и учитывают региональные особенности [9-12]. Однако выявлены несколько ключевых проблем:
- Разнородность коэффициентов вскрытия.
Вариация В/П от 3,5 (Нечаянное) до 7,8 м³/т (Наталка) отражает существенные различия в глубине и конфигурации месторождений. На Наталке каждый тонна руды требует удаления 7,8 тонн вскрыши, что поднимает себестоимость добычи на 40–50% по сравнению с объектами с В/П < 5,0. Оптимизационный потенциал кроется в пересмотре граничного коэффициента вскрытия: если увеличить допустимый В/П с 7,8 до 8,5 м³/т, это позволит прервать открытую разработку
- Сезонные ограничения и климатические факторы
Короткий сезон открытых работ (май–сентябрь, 5 месяцев) означает, что все вскрышные работы концентрируются в этот период. Это приводит к: — пиковым расходам энергии (дизеля, электричества) в летние месяцы; — временным простоям оборудования в зимний период (дефростация, подогрев); — неоптимальному использованию капитальной техники.
Решение: рассмотрение смещения части подготовительных операций на зимний период (например, бурение подготовительных скважин в мерзлом грунте часто технологичнее, чем в талом).
- Влияние деградации мерзлоты на параметры бортов
За 3 года (2022–2024) глубина активного слоя на скважине ГП2 (долина р. Анмангында) выросла на 0,3 м в год. Это означает, что расчётные углы откосов, заложенные при проектировании карьеров 10–15 лет назад, становятся неконсервативными. Рекомендуется: — ежегодно пересчитывать параметры геомеханической устойчивости бортов на основе данных мониторинга мерзлоты; — планомерно снижать углы откосов на 1–2° на каждый °C потепления. - Энергоэффективность и переход на низкоуглеродные технологии
Удельный расход дизеля в среднем составляет 2,0–2,2 л/т при добыче. Это соответствует выбросам CO₂ в 5,2–5,8 кг/т. При текущем объёме добычи 32 тонны/год это даёт ~160–185 тыс. тонн CO₂/год. Внедрение электрических карьерных самосвалов (e-trucks) позволит снизить выбросы на 40%, однако требует: — инвестиций в зарядную инфраструктуру; — адаптации машин к температуре –40 °C; — пересмотра логистики доставки техники. - Оптимизация себестоимости вскрышных работ
Анализ табл. 3 показывает, что наибольший потенциал экономии лежит в:
— Транспортировке (40–72 руб./м³, 17–25% от общей себестоимости): сокращение расстояний вывоза на 1–2 км снижает затраты на 8–12%;
— Буровзрывных работах (45–55 руб./м³): оптимизация параметров ВВ, переход на более экономичные типы;
— Энергоресурсах (18–30 руб./м³): улучшение энергоэффективности насосов, компрессоров, эскалаторных систем.
Заключение. Синтез оптимальных параметров к 2025 году
На основе анализа промышленных данных и научной литературы предложены следующие оптимальные параметры:
Для вскрышных работ:
— Диаметр скважин: 275–290 мм (компромисс между производительностью и себестоимостью)
— Глубина скважин: 16–19 м (с учётом выветривания в мерзлоте)
— Удельный расход ВВ: 1,8–2,2 кг/м³ (в среднем по спектру пород)
— Коэффициент крупности: 85–90% (оптимум для ДРО)
— Угол откоса уступа: 52–58° (консервативно, с учётом деградации мерзлоты)
— Целевая себестоимость вскрыши: 190–220 руб./м³ (достижимо к 2025 за счёт оптимизации)
Для добычных работ (открытые карьеры):
— КГ основного оборудования: ≥0,85 (целевой показатель на 2025)
— Расход дизеля: 1,8–2,0 л/т (улучшение на 10% от 2024)
— Удельные выбросы CO₂: ≤4,8 кг/т (за счёт электрификации 20–25% парка)
— Производительность ДРО: 800–1200 т/ч (зависит от крупности блока)
Для подземной добычи:
— Температура вмещающих пород: поддерживать в диапазоне –2 до –5 °C активным охлаждением
— Глубина отработки за цикл: 2–3 м (с 10–14 суточным замораживанием)
— Производительность: 20–30 тыс. т/год (реалистичный диапазон) — Себестоимость подземной добычи: 15000–22000 руб./т (рентабельна только при содержании 5–10 г/т золота)
Практические рекомендации
Внедрить региональный стандарт геомеханического мониторинга с ежегодной актуализацией параметров бортов на основе данных о деградации мерзлоты.
Ускорить электрификацию карьерного автопарка: целевая доля e-trucks 20% к 2025, 50% к 2030.
Оптимизировать дренаж и водоотлив на объектах, близких к таликам и водотокам, для повышения надёжности и снижения простоев.
Развивать подземные технологии для глубоких горизонтов Наталки и других месторождений при В/П > 8,0 м³/т.
Создать учебный центр при СВГУ для подготовки специалистов по новым цифровым технологиям (Digital Twin, беспилотные буровые, AI-оптимизация).
References
1. Красюкова, Н. Л. Мультиагентные методики планирования вскрышных работ и минимизации экологических рисков при разработке месторождений / Н. Л. Красюкова // Горный журнал. – 2025. – № 5. – С. 15-20.2. Кисляков, В. Е. Исследование влияния горно-геологических условий на параметры вскрышных работ / В. Е. Кисляков // Наукоемкие технологии горного дела. – 2025. – № 1. – С. 15-20.
3. Талгамер, Б. Л. Обоснование оптимальной ширины дражного забоя с учетом параметров вскрышных работ / Б. Л. Талгамер // Горный информационный аналитический бюллетень. – 2025. – № 12. – С. 850-506.
4. Селюков, А. В. Блоковый способ отработки карьерных полей как способ оптимизации параметров добычных работ / А. В. Селюков // Бюллетень Томского политехнического университета. – 2024. – Т. 335, № 10. – С. 14
5. Коновалов, В. Е. Перспективы развития горнопромышленной инфраструктуры с учетом параметров вскрышных работ / В. Е. Коновалов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 12-1. – С. 131-142.
6. Фомин С.И., Овсянников М.П. Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений // Записки Горного института. 2022. DOI: 10.31897/PMI.2022.73
7. Чаплыгин, В. В. Результаты работы по обоснованию параметров экскаваторно-автомобильных комплексов для вскрышных работ / В. В. Чаплыгин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1. – С. 27-42.
8. Косолапов А. И., Пташник А. И., Пташник Ю. П. Исследование возможности вариацией производственной мощностью рудных карьеров при разработке крутопадающих месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2013. – № 9. – С. 55–61.
9. Косолапов А. И., Пташник А. И. Исследование потенциальных возможностей интенсификации производственной мощности карьеров при этапной разработке крутопадающих месторождений в современных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2011. – № 6. – С. 50–66.
10. Холодняков Д. Г., Логинов Е. В. Управление режимом горных работ и углом откоса рабочего борта карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2015. – № 2. – С. 71–74.
11. Бехер В. Г. Методические основы обоснования параметров этапов открытых горных работ в условиях колебания цен на рынке угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № S8. – С. 3–10.
12. Ракишев Б. Р. Классификация технологических комплексов открытых горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2014. – № S1. – С. 297–306.