CC BY
27
© М.В. Тарасова, 2002
УДК 622.371
М.В. Тарасова
ОСОБЕННОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД В ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ НА АЙХАЛЬСКОМ АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕМ ПРЕДПРИЯТИИ
Г
орнодобывающая промышленность является основой развития экономики Якутии, имеет высокоразвитые алмазо- и золотодобывающую отрасли, интенсивно развивается добыча угля, велики перспективы добычи железной руды, апатитов, олова и других полезных ископаемых.
Кимберлитовые месторождения - основной источник добычи природных алмазов. Природные алмазы - это ценнейшее полезное ископаемое, которое применяется в различных отраслях промышленности и в ювелирном деле.
При освоении кимберлитовых месторождений Якутии возникли сложные технические проблемы, некоторые из которых не решены до сих пор, становясь еще более острыми. Важнейшей проблемой является нейтрализация экологического воздействия горного производства на природу Якутии. Привлечение внимания специалистов к актуальным проблемам алмазодобычи будет способствовать их скорейшему решению, а значит, и общему прогрессу горного дела.
Нами был рассмотрен карьер «Юбилейный» на алмазном месторождении, который входит в состав Айхальского горнообогатительного комбината. В настоящее время кимберлитовая трубка «Юбилейная» является крупнейшим осваиваемым месторождением алмазов на территории России.
Увеличение объемов добычи руды, расширение масштабов предприятия сопровождается условием негативного воздействия на окружающую среду. Одним из
факторов является вредное воздействие на окружающую природную среду высокоминерализованных вод. Решение данной проблемы осуществляется системой подземного размещения рассолов в геологические структуры многолетнемерзлых пород.
Это решение, на наш взгляд, является единственно верным в данных условиях и при существующих технологиях.
Коренное месторождение алмазов трубки «Юбилейная» было открыто в 1975 г. в 15 км к северо-западу от п. Айхал. Рассматриваемый район месторождения находится на крайнем северо-западе Якутии (примерно 65.5° с. ш. и 111° в. д. ) вблизи Полярного круга, в зоне многолетней мерзлоты. Кимберлитовая трубка "Юбилейная" расположена в северовосточной части СреднеСибирского плоскогорья в верховьях реки Марха левого притока реки Вилюй и принадлежит Ала-кит-Мархинс-кому кимберлитовому полю. В плане трубка имеет грушевидную форму, суженой частью обращенной к северу-востоку. Месторождение состоит из трех рудных столбов: центрального,
имеющего типичную трубочную форму, восточного и западного -дайкообразных. Трубка находится в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород, мощность которых в пределах участка составляет 600-630 м. Мощность слоя годовых тепло-оборотов составляет порядка 3 м.
Межмерзлотные воды на месторождении не отмечены, исключение составляют зоны талых грунтов под озерами Безымянное и Травянистое. Мощность подо-зерных таликов составляет: Безы-
мянное - 115 м, Травянистое -110 м, эти талики отнесены к «подвешенным», т.е. несквозным, не имеющим связи с подмерзлот-ными рассолоносными горизонтами.
Подземные воды приурочены к верхнекембрийским отложениям и являются крепкими хлоридно-кальциевыми рассолами с минерализацией 350-500 г/л, газонасыщенными (газовый фактор 0,3) преимущественно углеводородными газами (метан 90%). В рассолах в промышленных концентрациях установлен ряд ценных компонентов, таких как Вг, Sr, Li, Rb, Cs и др.
Обводнение карьера, при его отработке, возможно за счет атмосферных осадков и оттайки в летний период. С 1996 г. в талико-вой зоне оз. Безымянное проводятся водопонизительные работы. Целевое назначение откачек -удаление свободной воды из переувлажненных массивов талико-вых зон. С углублением горных работ ожидаются притоки высокоминерализованных вод, сброс которых в речную и озерную сеть невозможен по экологическим соображениям.
Оценив складывающуюся ситуацию считаем что единственным путем нейтрализации вредного влияния высокоминерализованных вод является создание бессточных накопителей и обратная закачка вод в геологические структуры, которые обладают достаточной приемистостью. В основе данного способа лежат геологоструктурные особенности района. Зона принятия сбрасываемых вод не является источником питания водоносных подмерзлотных горизонтов.
Мощность водопоглощающего комплекса, в который будет производиться закачка минерализованных вод, составляет от 150 до 500 м. Водоупорами являются: в кровле - зона многолетнемерзлых пород, в подошве - глинистокарбонатные отложения. Водовмещающие породы представлены доломитизированными известняками, доломитами и по своему типу являются трещинно-порово-пластовыми коллекторами. В разрезе выделяется до 10 пластов-
коллекторов, гидравлически связанных между собой. Водопрово-димость коллекторов 8-10 м2/сут. Подземные воды комплекса обладают напором 50 м, увеличивающимся с глубиной. Пьезометрический уровень устанавливается на абс. отм. +172...+207 м.
По химическому составу воды комплекса относятся к сероводородным хлоридно-кальциевым с минерализацией от 350-500 г/л. Рассолы токсичны из-за наличия в них сероводорода, содержание которого достигает 450 мг/л. В воде зафиксированы растворенные газы, которые по своему составу относятся к азотно-метановому ряду. Температура рассолов от -2 до -3 0С.
Закачку промышленных вод планируем вести через три нагнетательные скважины. При этом, в работе постоянно будут находиться две скважины (конечный диаметр до 350 мм), а одна в резерве на случай ремонта или работ по восстановлению приемистости основных скважин. Конструкция скважин двухколонная. Кондуктор устанавливается на глубину 30-40 м с целью перекрытия интервала выветрелых неустойчивых пород. Техническая обсадная колонна - на глубину 390-410 м с целью перекрытия зоны многолетнемерзлых пород. Глубина бурения скважин определяется глубиной залегания галогенных пород чарской свиты и достигает до 570 м. Скважины бесфильтровые, с открытым стволом.
Насыщение трещиноватопористого массива сопровождается быстрым таянием трещинного льда, процесс заполнения начальной свободной пористости за счет капиллярной пропитки происходит быстро. Еще быстрее происходит заполнение высвободившейся в результате таяния дополнительной пористости. Таким образом, можно считать, что нарас-
тающая во времени суммарная пористость заполняется рассолом практически мгновенно. Это дает возможность считать, что происходит диффузионный отток соли из рассола, текущего по трещинам, в пористые блоки.
При средней концентрации закачиваемых рассолов 0,270, продолжительности процесса захоронения, отсутствуют признаки образования зоны полного солена-сыщения, что указывает на частичное сохранение порового льда в массиве даже в непосредственной близости от эксплуатационных скважин.
Для определения радиуса распространения закачиваемой высокоминерализованной воды в пласте-коллекторе использована схема поршневого вытеснения. Используя широко известную формулу для гидрогеологических расчетов, определяем радиус действия скважины:
R = ^Уп /тпэфп ,
где V,! - объем закачиваемого рассола, м3; тэф - эффективная мощность водоносного горизонта, м; п - активная пористость, доли единицы.
R = д/453600 / 3,14 • 200 • 0,001 =
•^722292,99 = 849,88 м
Следовательно, расчетный радиус зоны сплошного вытеснения пластовых вод рассолом составляет для одиночной скважины 849,88 м. Расстояние между крайними нагнетательными скважинами составляет примерно 1000 м.
Так как рассол и природные пластовые воды имеют разницу в плотности, в процессе закачки будет происходить деформация границы раздела рассол - пластовые воды.
Суть деформации границы раздела заключается в том, что по мере движения в пласте она отклоняется от вертикального положения, то есть становится наклон-
ной, причем угол наклона по отношению к вертикали во времени увеличивается (граница раздела становится все более пологой и длина ее от кровли до подошвы пласта увеличивается). При этом выше границы (у кровли пласта) располагается жидкость с меньшей плотностью, ниже - с большей. Таким образом, если закачиваемая жидкость имеет плотность больше, чем пластовые воды, она опережает «средний» фронт их распространения по подошве пласта и отстает от него по его кровле. Иными словами, более легкая жидкость как бы ''всплывает'' над более тяжелой.
Временный накопитель минерализованных вод предусматривается на земной поверхности. Он является бессточным, т.к. не допускает фильтрацию агрессивной жидкости за счет изолирующих свойств толщи многолетнемерзлых пород.
Забор воды из водосборника предусматривается осуществлять насосной станцией, оборудованной двумя насосами типа 350Д90 производительностью 1260 м3/ч и напором 90 м. Контроль за производительностью закачки производится в расходомерной. Наблюдения за развитием репрессионной и депрессионной воронок, формирующихся в процессе обратной закачки и осушения карьера, предусматривается осуществлять по сети наблюдательных скважин. Также осуществляется контроль за возможными перетоками дренажных вод из водоносного комплекса в зону многолетнемерзлых пород с целью недопущения их выхода на поверхность.
Использование предлагаемых технических решений позволит устранить вредное влияние на природную среду откачиваемых высокоминерализованных карьерных вод.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Тарасова М.В. — Московский государственный горный университет.
