Abstract: The article presents a technical and economic comparison of two competing geotechnologies for mining a thick steep-dipping ore body: the Sublevel Caving (SLC) system and the Cut-and-Fill (C&F) stoping system with cemented backfill. Based on Discounted Cash Flow (DCF) modeling, an assessment was made of the impact of recovery indicators (ore loss and dilution) on the final profitability of the project. It has been established that with a gold grade in the ore above 3.5 g/t, the transition to expensive backfilling is economically justified due to the reduction in losses of the valuable component.
Keywords: sublevel caving, cut-and-fill stoping, cemented backfill, ore dilution, ore loss, NPV, production cost.
Введение. Выбор системы разработки является ключевым стратегическим решением горного проекта, определяющим его экономическую эффективность на весь срок эксплуатации. Для мощных рудных тел (мощность >15–20 м) традиционно конкурируют два технологических уклада:
Массовое обрушение (SLC): характеризуется низкой себестоимостью добычи, высокой производительностью, но значительными потерями (15–20%) и разубоживанием руды (20–30%) [1-3].
Камерная выемка с закладкой (C&F): обеспечивает высокое извлечение недр (потери <5%, разубоживание <10%), но требует высоких капитальных и операционных затрат на закладочный комплекс (Backfill Plant).
В условиях волатильности цен на металлы и истощения богатых запасов, дилемма «дешевая добыча с большими потерями» против «дорогой добычи с высоким извлечением» требует переоценки.
Цель исследования — определить граничные условия (Cut-off grade), при которых применение системы с закладкой становится экономически эффективнее системы с обрушением.
Методы и материалы
Объект исследования
В качестве объекта принято условное золоторудное месторождение «Северное» со следующими параметрами:
Тип рудного тела: крутопадающая жильная зона.
Средняя мощность: 25 м.
Угол падения: 75–80°.
Плотность руды: 2,8 т/м³.
Годовая производительность: 1 000 000 тонн руды.
Цена золота (Au): 2 000 USD/oz (64,3 USD/г).
Методика расчета/
Сравнение производится методом дисконтированных денежных потоков (NPV) на горизонте планирования 5 лет. Ставка дисконтирования принята равной 12%.
Основные расчетные формулы:
Результаты
Технико-экономические показатели вариантов
На основе отраслевых нормативов и данных проектов-аналогов сформирована таблица исходных параметров для двух систем [4-6] (Таблица 1).
Таблица 1
Сравнительные параметры систем разработки
| Показатель | Ед. изм. | Вариант 1: Подэтажное обрушение (SLC) | Вариант 2: Камерная с закладкой (C&F) |
| Качественные показатели | |||
| Потери руды ( ) | % | 20% | 5% |
| Разубоживание ( ) | % | 25% | 8% |
| Экономические показатели | |||
| Себестоимость добычи | $/т | 25 | 45 |
| Затраты на закладку | $/т | 0 | 12 |
| Переработка (ЗИФ) | $/т | 15 | 15 |
| Итого OPEX на 1 т добычи | $/т | 40 | 72 |
| Удельные CAPEX | $/т | 10 | 18 (вкл. закладочный завод) |
Расчет товарной продукции и выручки
Рассчитаем выход товарной продукции для 1 млн тонн балансовых запасов при исходном содержании золота 4,0 г/т.
Вариант 1 (SLC):
Товарная масса: т.
Содержание в товарной руде: г/т.
Металл в товарной руде: кг.
Вариант 2 (C&F):
Товарная масса: т.
Содержание в товарной руде: г/т.
Металл в товарной руде: кг.
Разница в извлеченном металле: Система с закладкой позволяет добыть на 1 051 кг (41%) больше золота из того же объема недр.
Расчет экономической эффективности
В Таблице 2 представлен расчет годовой прибыли (EBITDA) для содержания 4,0 г/т.
Таблица 2
Расчет годовой экономики (для 1 млн т запасов)
| Статья | Вариант 1 (SLC) | Вариант 2 (C&F) | Эффект |
| Извлекаемый металл (с учетом ЗИФ 90%), кг | 2 304 | 3 250 | +946 |
| Выручка ($64.3/г), млн $ | 148,1 | 209,0 | +60,9 |
| Затраты: | |||
| Добыча и переработка, млн $ | 40,0 | 73,9 | -33,9 |
| (объем товарной руды OPEX) | ( ) | ( ) | |
| Операционная прибыль (EBITDA), млн $ | 108,1 | 135,1 | +27,0 |
Несмотря на рост операционных затрат на 33,9 млн $ (почти в 2 раза), прирост выручки за счет качества руды перекрывает издержки, давая дополнительно 27 млн $ прибыли в год.
Анализ чувствительности (NPV)
Для определения границы эффективности был произведен расчет NPV проекта за 5 лет при различных содержаниях золота в недрах (Таблица 3).
Таблица 3
NPV проектов при разном содержании Au (млн $)
| Содержание Au, г/т | NPV (SLC — Обрушение) | NPV (C&F — Закладка) | Эффективный вариант |
| 2,0 | 155 | 85 | Обрушение |
| 3,0 | 320 | 295 | Обрушение |
| 3,5 | 405 | 408 | Паритет |
| 4,0 | 485 | 520 | Закладка |
| 5,0 | 650 | 745 | Закладка |
Обсуждение. Полученные результаты демонстрируют классическую зависимость «затраты — извлечение».
Зона эффективности обрушения (SLC): При содержании золота ниже 3,5 г/т высокая стоимость закладки (72 $/т) «съедает» всю маржу от дополнительно извлеченного металла. В этой зоне приоритетом является минимизация затрат, что обеспечивает система с обрушением [7-10].
Зона эффективности закладки (C&F): При содержании выше 3,5 г/т каждый процент потерь руды становится критически дорогим. Например, при содержании 5 г/т потеря 1 тонны руды в системе SLC эквивалентна потере ~300 $ выручки, что значительно превышает стоимость закладки (12–15 $).
Экологический и геомеханический аспекты: Помимо чисто экономических показателей, система с закладкой имеет косвенные преимущества: предотвращение проседания земной поверхности и возможность размещения хвостов обогащения в выработанном пространстве, что снижает экологические платежи (в данном расчете не учитывались) [6-8].
Ограничения исследования: Расчет выполнен для фиксированной цены золота. При падении цены металла граница эффективности (Cut-off grade) сместится в сторону более богатых руд, расширяя область применения дешевой системы с обрушением.
Заключение
Для месторождения «Северное» при текущих ценах на золото (2000 $/oz) граничным содержанием для смены технологии является 3,5 г/т.
При содержании 4,0 г/т система с твердеющей закладкой генерирует на 25% больше операционной прибыли, несмотря на рост себестоимости добычи на 80%.
Внедрение системы с закладкой позволяет увеличить ресурсную базу предприятия за счет вовлечения в отработку более ценных участков и продления срока службы рудника (Life of Mine) благодаря снижению потерь с 20% до 5% [8-10].
References
1. Каплунов, Д. Р. Принципы проектирования и выбора технологий освоения недр, обеспечивающих устойчивое развитие подземных рудников / Д. Р. Каплунов, Д. Н. Радченко. — Текст : электронный // Горный журнал. — 2017. - № 11. - С. 52–59.2. Еременко В. А., Галченко Ю. П., Липницкий Н. А., Умаров А. Р. «Каркасная горная конструкция при подземной разработке мощных рудных месторождений» // Горный журнал. - 2021. - №9. - С. 11–18.
3. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Шуклин А. С. «Высокоэффективная геотехнология комплексного освоения пологих и наклонных жильных месторождений» // Горный журнал. - 2018. - №2. - С. 73–74.
4. Лукичев С.В., Наговицын О.В. Цифровая трансформация и технологическая независимость горнодобывающей отрасли. Горная промышленность. - 2022. -№5. -С.74–78. doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-74-78
5. Арно В.В., Колесниченко Е.П., Гарифулина И.Ю., Ломакина Н.Е. Анализ устойчивости междуэтажных и междукамерных целиков при камерной системе разработки месторождения «Майское» // Горная промышленность. - 2025. - №4. - С.165-169. doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4-165-169
6. Арно В.В., Колесниченко Е.П., Гарифулина И.Ю., Ломакина Н.Е., Семыкин Е.С., Геолого-структурный анализ месторождения Арылах и адаптация технологий добычи на современном этапе // Маркшейдерия и недропользование. - 2025. - №5. - С. 49-54. DOI: 10.56195/20793332-2025-25-5-49-54
7. Бекбергенов Д. К., Зейнуллин А. А., Джангулова Г. К., Жанакова Р. К., Бектибаев У. А. Обоснование подземной геотехнологии отработки месторождений со сложной морфологией на примере рудника Акжал // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 12-2. – С. 33–70. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_122_0_33.
8. Li X., Li Q., Hu Y., Teng L. Evolution characteristics of mining fissures in overlying strata of stope after converting from open pit to underground // Arabian Journal of Geosciences. 2021, vol. 14, article 2795.
9. Guo Q., Li W., Zhang Z., Chen H. Sublevel stoping with cemented paste backfill in weak rock mass zones // Sustainability. 2022, vol. 14, no. 5, article 2794. DOI: 10.3390/su14052794.
10. Худыма М., Потвин Ю. Проектирование методов подземной добычи сложных рудных тел с учетом геомеханики // Механика горных пород и геотехническая инженерия. — 2021. — Т. 13(4). — С. 834—847. DOI: 10.1016/j.jrmge.2021.02.009.