CC BY
35
СЕМИНАР 5
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______
Л.А. Пучков, проф., Е.В. Кузьмин, проф., д.т.н., Д.М. Казикаев, проф., д.м.н., МГГУ МГГУ МГГУ
В.Т. Калитин, В.М. Зуев,
АК «АЛРОСА» АК «АЛРОСА»
проблемы перехода на подземную разработку алмазоносных месторождений Якутии
1. Существующее положение
Проблемы перехода с открытого на подземный способ разработки на осваиваемых кимбер-литовых месторождениях Якутской алмазоносной провинции находятся в поле зрения специалистов на протяжении многих последних лет. Многими научными и проектными организациями были выполнены работы по решению как отдельных задач, так и проблемы в целом. Однако эффективное решение до сих пор не найдено.
Интенсивная отработка ким-берлитовых месторождений открытым способом привела к тому, что карьеры достигли критической глубины: продолжение горных работ в них становится нецелесообразным и технически небезопасным.
Вместе с тем отсутствие решений по проблеме перехода на подземную отработку месторождений и, как следствие, отставание в строительстве подземных рудников поставило компанию «Алмазы России-Саха» в весьма сложное положение. Если в течение ближайших нескольких лет не удастся найти решение проблемы пополнения подготовленных сырьевых ресурсов, то объемы добычи алмазов начнут сокращаться.
Проявившиеся в настоящее время сложности перехода к подземным горным работам были в основном предопределены проектными решениями еще в начале освоения кимберлитовых месторождений Якутии.
Составленные проекты на открытую отработку месторождений совершенно игнорировали неизбежность на определенном этапе перехода на подземную разработку. Более того, некоторые проект-
ные решения существенно осложнили отработку залежей в переходной зоне.
Особенностью ситуации на отдельных месторождениях является наличие мощной зоны напорных подземных вод, насыщенных сероводородом, без осушения которой подземная добыча руд невозможна.
2. Основополагающие принципы решения проблемы
При решении проблемы перехода с открытой на подземную разработку на алмазоносных месторождениях Якутии необходимо исходить из некоторых основополагающих принципов и особенностей, важнейшие из которых состоят в следующем.
2.1. Рассматриваемые месторождения — уникальные природные явления, расположенные в специфическом регионе. Необычные условия залегания и форма рудных залежей, а именно: вертикальная, овальная в поперечном сечении интрузия кимберлитов в толще осадочных пород сложного состава с включением напорных водоносных пластов, требуют неординарного подхода к их отработке.
Уникально также само полезное ископаемое — кристаллы алмазов.
2.2. Важнейшим принципом освоения месторождения, в толще которого имеются напорные водоносные комплексы пород, является первоочередное решение задачи защиты подземного пространства от подземных вод и растворенных в них газов. От того, насколько полно будет решена эта задача зависят и безопасность подземных горных работ, и технико-экономическая эффективность всех звеньев последующей цепи техно-
логических процессов. Особенность дренажных работ заключается в том, что требуется практически полная изоляция подземных выработок от подземных вод ме-тегеро-ичерского водоносного комплекса с целью недопущения выделения в подземное рабочее пространство растворенного в них сероводорода.
Другая сложность - в утилизации дренируемых подземных вод. В связи с высокой степенью минерализации и агрессивности использование их в технических целях невозможно, а размещение в поверхностных водоемах недопустимо из экологических соображений.
Отмеченное потребует, возможно, создания многоступенчатой системы водозащитных сооружений и повторного строительства их через определенное количество времени.
Наконец, фактор времени. Дренажная система должна быть сооружена и включена в эксплуатацию через три-четыре года, т.е. значительно раньше, чем это можно сделать через основные шахтные стволы и вскрывающие горизонтальные горные выработки.
2.3. Хотя карьеры являются факторами, существенно осложняющими подземную разработку залежей, вскрытие, подготовку и отработку руд подземным способом целесообразно выполнять с максимальным использованием карьерного пространства и его коммуникаций.
Это могут быть, например, такие решения. Учитывая положение п. 2.2 и принимая во внимание отсутствие резерва времени на строительство подземного рудника на трубке «Мир», вскрытие и со-
оружение дренажного горизонта на отметке -190 м необходимо будет выполнить системой вертикальных шахтных стволов и штолен, проходимых с уступов действующего карьера. В этом случае есть реальная возможность построить дренажный комплекс за три-три с половиной года, т.е. за период доработки запасов карьера. Безусловно, одновременно с этим ускоренными темпами должны сооружаться основные вертикальные шахтные стволы и горизонтальные вскрывающие выработки.
Другие решения такого характера возможны и в области технологии добычных работ. Для горногеологических условий месторождений хорошо подходит вариант совместной разработки с единым открыто-подземным очистным пространством, особенно для отработки запасов, расположенных непосредственно под дном карьера. Однако эта схема, в отличие от южноафриканского опыта, осложнена более тяжелыми гидрогеологическими и геомеханическими условиями. Системы подземной и открыто-подземной разработки подкарьерных запасов руд без закладки выработанного пространства могут оказаться достойной и перспективной альтернативой принятым в настоящее время решениям.
Отмеченные возможности использования карьерного пространства и его коммуникаций для решения задач подземной разработки кимберлитовых трубок являются не единственными и перечень их значительно шире.
2.4. Известно положение о том, что схема вскрытия подземного рудника определяет его последующие возможности по транспорту полезного ископаемого, грузов и людей, по управлению технологическими процессами и, что особенно важно, по обеспечению безопасных и требуемых санитарно-гигиенических условий труда. Нет оснований считать, что контрастные условия залегания рудных тел или другие привходящие факторы (застроенность земной
5 Л 1999
поверхности, сокращение сроков строительства и др.) являются поводом для упрощения схем вскрытия за счет ухудшения их функциональных характеристик. Напротив, специфические климатические условия региона, наличие напорных водоносных комплексов пород значительной мощности, газопроявления в различных формах, возможность аэродинамической связи карьерного пространства с подземными горными выработками требуют разработки и принятия гарантированной системы жизнеобеспечения рудника.
Вместе с тем, не впадая в другую крайность, следует оценить реальную газовую опасность подземных горных работ и обосновать принятие адекватных решений технологического, технического и организационного характера.
2.5. Особенность полезного ископаемого, представленного кристаллами алмазов, предъявляет дополнительные требования к технологии отделения руды от массива при проведении добычных работ. При использовании буровзрывного способа в результате ударного воздействия взрывов разрушается значительное (до 30%) количество кристаллов алмазов.
Ведущими отечественными и зарубежными производителями горнодобывающей техники разработаны способы и установки для механического отделения руды от массива с рабочими органами скалывающего или отрывающего действия.
Использование подобных механизмов может существенно повлиять на технико-экономические результаты добычи алмазов и значительно изменить технологию очистных работ.
2.6. Непременным условием эффективного освоения любого месторождения полезных ископаемых является правильная интерпретация предшествующих и сопровождающих геомеханиче-ских процессов, их использование при выработке технологических решений.
Значимость этого положения в рассматриваемых условиях существенно повышается в связи с тем, что создана довольно сложная геомеханическая обстановка отработанными глубокими карьерами.
Получение неприемлемой картины деформирования массивов пород или, напротив, отсутствие уверенности в правильном решении геомеханических задач удерживало многочисленных предшествующих исследователей от рекомендаций по использованию эффективных технологических схем перехода на подземную разработку месторождений.
Иллюстрацией этому может быть проект подземной разработки трубки «Интернациональная», неудовлетворительный во всех отношениях.
Безусловно, при решении проблемы перехода на подземную разработку кимберлитовых месторождений Якутии возникает целый ряд сложнейших геомехани-ческих задач, особенно в зоне непосредственного примыкания подземных горных работ к карьеру. Задачи эти существенно усложняют присутствие напорного водоносного горизонта.
Однако это не означает, что на стадии проведения научных исследований следует априорно отказываться от возможного использования высокоэффективных технологических схем.
3. Очередность решения задач
Как было отмечено, компания «Алмазы России-Саха» оказалась в тяжелом положении по обеспеченности подготовленными для добычи запасами руд. Для решения этой проблемы у Компании резерва времени практически нет. Наряду с этим по ряду объективных и конъюнктурных причин в АК «АЛРОСА» сложилось довольно напряженное финансовое положение. Вместе с тем удовлетворительные научно-технические и проектные решения для выполнения работ по переходу на подземный способ добычи руд к настоящему времени отсутствуют. А их разработка, в свою очередь,
139
требует времени и средств. Вот ситуация, на фоне которой должна быть разработана и реализовываться Комплексная программа, с определением этапности и очередности работ.
3.1. Первым этапом программы должна быть разработка технико-экономического обоснования и бизнес-плана для ускоренного решения вопроса инвестирования проектов перехода на подземную разработку кимбер-литовых месторождений Якутии.
В этой работе должна быть обоснована очередность перевода на подземный способ разработки среди эксплуатируемых месторождений. По первоочередным объектам должны быть определены принципиальные схемы вскрытия, методы управления геомеханическими процессами, защиты подземных горных выработок от подземных вод и растворенных в них газов, системы разработки и другие, требующиеся для бизнес-плана проработки производственных и финансовых вопросов.
Работа должна быть выполнена в течение ближайших шести месяцев и, учитывая ее особую важность, финансироваться по отдельному договору.
3.2. Принимая во внимание качество и объемы запасов руд и состояние открытых горных работ на месторождениях «Мир» и «Айхал», целесообразно вторым разделом программы поставить решение проблемы перехода на подземную разработку указанных месторождений. Это, по существу, основной раздел Комплексной программы. Здесь должны быть выполнены глубокие научные исследования и, на их основе, - проектные проработки всего комплекса вопросов
по решению проблемы перехода на подземную разработку руд указанных месторождений.
Получив решения поставленных задач для условий месторождений «Мир» и «Айхал», будет несложно трансформировать их для условий других месторождений региона.
Следует предостеречь тех, кто полагает, что результатов, полученных после выполнения работ, обозначенных в п. 3.1, будет достаточно для проектирования и проведения горных работ. В ТЭО для бизнес-плана выполняется фрагментарная, не очень глубокая проработка вопросов, достаточная лишь для принятия финансовых решений принципиального характера. Для проектирования этот материал не пригоден. При детальной проработке вопросов во втором разделе (п. 3.2) решения и рекомендации могут существенно отличаться от первоначальных. Если почему-либо выполнение работ по второму разделу будет заморожено или ограничено, то акционерная компания окажется в таком же положении, как и в настоящее время, т.е. исследования есть, а решений нет.
При выполнении работ по второму разделу программы появляется одна особенность, относящаяся к месторождению «Мир». Было отмечено, что без надежной защиты от подземных вод метегеро-ичерского водоносного комплекса проводить подземные горные работы на месторождении «Мир» нельзя.
Расчеты показывают, что по самым оптимистическим прогнозам подойти к дренажному горизонту через основные шахтные стволы и вскрывающие горизонтальные выработки можно
будет лишь через 7-8 лет. Следует учесть также время, необходимое для сооружения самого дренажного комплекса.
В то же время согласно производственной программе АК «АЛРОСА» запасы карьера «Мир» дорабатываются за 3-3,5 года. Следовательно, образуется разрыв во времени в 5-6 лет, в течение которого, чтобы не затопить карьер и тем самым окончательно не «похоронить» большие запасы руд под дном карьера, необходимо эксплуатировать водоотлив и транспортные коммуникации. А это большие дополнительные неоправданные расходы.
Решение может быть найдено в направлении автономного вскрытия дренажного горизонта системой коротких (по 250-350 м) вертикальных шахтных стволов и штолен, сооружаемых с уступов действующего карьера. За период доработки карьера (до 4 лет) по этой схеме дренажный комплекс может быть сооружен и примет на себя водозащиту и подземных выработок, и карьера.
Таким образом, приоритетной частью второго раздела программы должна быть работа: научное обоснование и проектная проработка сооружения дренажного комплекса на месторождении «Мир» с уступов карьера.
Эта работа при надлежащем финансировании и организации может быть выполнена в течение трех-четырех месяцев, что позволит начать подготовительные работы по строительству уже в текущем году.
Кстати, это решение может оказать влияние на ускорение начала добычных работ на подземном руднике.
© Л.А. Пучков, Е.В. Кузьмин, Д.М. Казикаев, В.Т. Калитин, В.М. Зуев
