CC BY
58
© В.И. Еремеев, А.Н. Земсков,
В.В. Забелин, Л.Н. Отнюкова, 2003
УАК 622.271
В.И. Еремеев, А.Н. Земсков, В.В. Забелин,
Л.Н. Отнюкова
АЕГАЗАЦИЯ СЕРОВОАОРОАА ПРИ СВОБОАНОМ ИЗЛИВЕ ПОАМЕРЗЛОТНОЙ ВОАЫ КАРЬЕРА «МИР» МИРНИНСКОГО ГОКа АК «АЛРОСА»
Трубка «Мир» находится вблизи столицы алмазного края России -г. Мирного. Трубка отрабатывается открытым способом с 1959 г., в настоящее время осуществляется переход на подземный способ добычи.
Карьер «Мир», отработавший верхнюю часть одноименной ким-берлитовой трубки, расположен в бассейне р. Вилюй с притоками Большая (Улахан) и Малая (Оччу-гуй) Ботуобуйа. Величина атмосферных осадков составляет в среднем 300 мм/год, максимальная
- 450 мм/год, минимальная - 150 мм/год. Вмещающие породы представлены осадочными и магматическими формациями. В осадочной формации ведущую роль играют отложения карбонатного и сульфатного типов - известняки, доломиты, гипсы. Магматические породы, в свою очередь включают вулканогенную и трапповую (до-лериты и габбро-долериты) формацию. |j==
Гидрогеологические условия отработки кимберли-товых трубок Мирнинского района определяет метеге-ро-ичерский водоносный комплекс, залегающий под толщей многолетнемерзлотных пород (достигающей 200 и более метров), которые служат ему верхним водоупором. Метегерская свита представлена переслаивающимися доломитами и известняками. В ичер-ской свите преобладают известняки. В отложениях ичерской свиты фильтрационные свойства определяются как кавернозной составляющей пористости, так и трещиноватостью пород.
Водоносный комплекс состоит из 9-ти коллекторов (основной по водопроводимости - 8-й), его мощность изменяется в пределах 150-200 м. В районе карьера «Мир» 8-й коллектор залегает на отметках - 75-130 м. абс. [1].
Пористость и кавернозность пород метегеро-ичерского водоносного комплекса довольно сильно изменяется по разрезу. Наибольшие значения имеют доломитовые известняки (до 7 %), минимальные - породы подошвы метегерской свиты (доломиты, гипс-ангидриты, мергели) и породы нижней части ичерской свиты (до 2,5 %). В среднем эффективная пористость всей обводненной толщи составляет 1-2 %.
Химический состав подземных вод представлен хлоридно-натриевыми рассолами с минерализацией от 35 до 300 г/л. По данным анализов дренажных вод, откачиваемых из карьера «Мир»,
ориентировочный состав рассолов следующий (мг/л): Иа - 3000, К - 100, Мд - 1000, Со - 1500, С1 -48000. Б04 - 5000, НС03 - 100, М
- 90000-120000, Вг - 30-50, Бг -15-60, Н2Б - 110-135, pH - 7-8 [2].
Рассолы метегеро-ичерского водоносного комплекса имеют отрицательную температуру - -2 °С., в них растворены природные газы. Основные газовые компоненты - углеродно-азотные. Среди углеродоводородных газов преобладает метан (70-75 % от всего количества растворенных газов) и его гомологи (до 3 - 5 %). Содержание азота - 20-25 %.
Метегеро-ичерский водоносный комплекс подстилается породами чарской и олекминской свит, включающие коллекторы с хлоридно-кальциевыми рассолами (минерализация до 400 г/л и выше), углеводородными газами, битумами и капельно-жидкой нефтью. Поэтому при разработке более глубоких горизонтов месторождения «Мир» опасность будут представлять выделения углеводородных газов и нефти (рис. 1) [3].
При освоении запасов под-карьерного участка трубки «Мир», расположенных в основном, в пределах подмерзлотного водоносного горизонта, главную опасность представляют выделения сероводорода.
Поступающие в карьер «Мир» сероводородосодержащие под-
мерзлотные воды по гидрогеологическим данным имеют хлорид-но-натриевый состав с минерализацией 100-120 г/л и являются слабощелочными (pH равно 7,07,5). Концентрация сероводорода в минерализованной воде достигает до 13б мг/л, из которой примерно 31,7-53,4 % [4] в среднем 44 % имеет свободную (молекулярную) форму. Причем обычно считается, что при свободном изливе воды в карьер в атмосферу будет выделяться только 4,15 % сероводорода молекулярной формы [5]. Следует заметить, что изменение концентрации сероводорода в процессе движения минерализованной воды, стекающей по откосам уступов и водосточным канавам в зумпф, до сих пор практически не изучалось.
Таблица 1
BOAOPOAHbІЙ ПOKAЗATEЛЬ
МИHEPAЛИЗOBAHHЫX BOA
Номер точки отбора проб Водородный показатель (pH)
max min среднее
1 7.б1 7.25 7.35
2 B.03 7.7B 7.95
3 B.14 7.53 B.03
Для оценки степени дегазации рассолов по пути их движения к зумпфу нами были проведены соответствующие исследования. Замеры проводились на трех уровнях (точках), первый из которых был выбран на гор. - 112 м, где вода выходит под давлением из трещины откоса уступа в виде струи. Пробы отбирались из самой трещины, что обеспечивало минимальные потери исходной концентрации сероводорода при выходе в карьер. Вторая точка выбрана на гор. - 122 м на расстоянии 120 м от первой. На этом участке поток воды в водосточной канаве постоянно подпитывается стекающей с уступов минерализованной водой (рис. 2).
Третья точка находилась на гор. -127 м на расстоянии 95 м от второй. Пробы воды в точках два и три отбирались из водосточной канавы. Во время отбора проб температура воздуха составляла +4 - +6°С, температура воды - от -1 до +1°С, а атмосферное давление находилось в пределах от 768 до 778 мм. рт. ст. (0,102-0,104 МПа).
В первой точке отобрано 20 проб сероводородсодержащей минерализованной воды, в остальных - по 23 пробы. Отобранные пробы воды анализировались в химической лаборатории на определение pH и концентраций сероводорода по общепринятым методикам. Результаты исследований суммарной концентрации сероводорода в воде карьера «Мир», величины его различных форм и ее водородный показатель приведены в табл. 1 и 2.
Анализ полученных данных показывает, что при движении минерализованной воды по водосточным канавам с верхних отметок по нижние водородный показатель увеличивается. Причем рост водородного
показателя на первом участке (между точками 1 и 2) идет более интенсивно, чем на втором участке между точками 2 и 3. Отсюда можно предположить, что при дальнейшем перемещении воды по канаве, ее водородный показатель будет стремиться к своему динамическому равновесию.
Полученная суммарная концентрация сероводорода существенно ниже ранее установленной гидрогеологами величины. Возможно, это произошло за счет снятия внутрипластового давления системой водопонижающих скважин в предыдущие годы и влияния противофильтрационной завесы, а также вскрытия откосами уступов всей толщи метеге-ро-ичерского водоносного комплекса и связанного с этим раскрытием природных и возникающих техногенных трещин, по которым выделившийся молекулярно-растворенный сероводород мог мигрировать в атмосферу.
Установлено, что при движении минерализованной воды по водосточной канаве на исследуемом участке суммарная концентрация сероводорода уменьшилась в ней до 44,42 мг/л. Другими словами, при движении воды по канаве на расстоянии всего 215 м суммарная концентрация сероводорода сократилась на 44 %. При этом в первую очередь происходит уменьшение его свободной (молекулярно-растворенной) формы. Об этом свидетельствует снижение концентрации этой формы сероводорода между точками один и три в 5,3 раза. В меньшей степени уменьшение концентрации сероводорода происходит за счет снижения концентрации гидросульфид-иона (НБ-). Так на этом же участке концентрация НБ- снижается на 18,8 %. По нашему мнению, такое снижение концентраций обеих форм нахождения сероводорода в минерализованной воде объясняется высокой турбулентностью потока при ее движении по канаве,
Таблица 2
KOHUEHTPAUИИ CBOБOAHOЙ (МOЛEKУЛЯPHOЙ) И CBЯЗAHHOЙ (ИOHHOЙ) ФOPM CEPOBOAOPOAA
Номер точки отбора проб Е H2S, мг/л H2S своб., мг/л H2S-, мг/л
Макс. Миним. Средн. Макс. Миним. Средн. Макс. Миним. Средн.
1 B6.9B 72.B 79.41 33.BB 30.54 32.24 4B.B7 45.53 47.17
2 б2.б 43.0 51.04 10.7 7.09 7.77 43.95 42.49 43.27
3 5B.1 31.5 44.42 7.55 4.9б б.11 39.47 36.B3 3B.31
где создается возможность интенсивного контакта сероводородсодержащей воды с воздухом. В результате происходит естественная дегазация сероводородсодержащих вод.
При расчетах проветривания подземных выработок рудника «Мир», в которых также будет выделяться сероводород из минерализованной воды, количество выделившегося сероводорода, как отмечено выше, обычно принимается на уровне 4,15 % его свободной (молекулярной) формы. Однако с учетом проведенных исследований и допуска подобия условий протекания сероводородсодержащей воды по водосточным канавам подземных выработок и карьера, эту величину следует принимать увеличенной в несколько раз.
Рассмотрим степень влияния коэффициента дегазации газонасыщенных вод на величину потребного для проветривания выработок количества воздуха. В работе [1] приведен расчет необходимого количества воздуха для проветривания самой водообильной выработки подкарьерного участка - кольцевого штрека подземного дренажного комплекса с прогнозируемым водопритоком 50 м3/час (по данным НТЦ «Новотэк», г. Белгород). Для разбавления сероводорода в атмосфере выработки до ПДК-10 мг/м3 необходимо подавать 207 м3/мин свежего воздуха. Эти данные вызывают серьезные сомнения, так как уже при проветривании водоотливной штольни рудника «Мир», характеризующейся гораздо меньшей величиной водопритоков, зафикси-
рованы случаи превышения ПДК при подаче значительно большего по сравнению с вышеприведенным (расчетным) количества воздуха. Так по данным замеров, выполненных бойцами Мирнин-ского взвода 23-го Якутского ВГСО 18 июля 2002 г, содержание сероводорода на исходящей струе штольни составило 0,00230,0026 об. % (32,9-37,1 мг/м3) при количестве воздуха, проходящего в пункте замера 387,45 м3/мин (6,46 м3/сек).
Учитывая очень высокую значимость коэффициента дегазации для последующих вентиляционных, геохимических и других расчетов, его определению следует посвятить отдельный цикл исследований, включающих как натурные (шахтные), так и лабораторные эксперименты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гидрогеологическое обоснование системы защиты подземных горных выработок от затопления при разработке подкарьерных запасов трубки «Интернациональная» подземным способом с учетом обратной закачки рассолов с использованием откорректированной гидродинамической модели, разработанной НОВОТЭК //Отчет по НИР, рук-ль -Гензель Г.Н., Белгород, 2000 г.
2. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеологии. - М.: изд-во МГГУ, 1999.
3. Заключение о составе, количестве и характере выделения природных газов на месторождении «Мир» при его отработке подземным способом /Матвиенко Н.Г., Зимаков Б.М., Ерыгин А.Т. //ИПКОН РАН, - М., 15. 11. 1999.
4. Бахман В.И., Крапивина С.С., Флоренский К.П. Анализ минеральных вод. - М., 1960. - 223 с.
5. Исследовать газопроявления на месторождениях алмазов Якутской АССР для уточнения мероприятий по газоборьбе при их отработке /Пихлак А.А. и др. // Заключительный отчет по НИР, том 1. - Мирный: Якутнипроалмаз, 1980.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Еремеев В.И. - инженер, институт «Якутнипроалмаз».
Земсков А.Н. - доктор технических наук, Пермский ПКИ Горнефтемаш. Забелин В.В. - инженер, институт «Якутнипроалмаз».
Отнюкова Л.Н. - инженер, Мирнинский ГОК.
/ ДИССЕРТАЦИИ \
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ
ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВОСТНИИ (НЦ ВОСТНИИ)
СОБОЛЕВ Виктор Васильевич Установление закономерностей процессов пылеобразования при работе высокопроизводительной угледобывающей техники 05.26.03 25.00.20 д.т.н.
КИСЕЛЕВ Виктор Васильевич Разработка метода определения области применения предварительного увлажнения угольных пластов для предупреждения пылеобразования 05.26.03 к.т.н.
«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКЛ-2ЦЦ3» СЕМИНАР № 4
Файл:
Каталог:
Шаблон:
1т
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
ЕРЕМЕЕВ
0:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ7_03 С:\и8ег8\Таня\ЛррВа1а\Коатіп§\Місго80й\Шаблоньі\Когта1.до УДК 622
04.06.2003 10:51:00 9
08.11.2008 23:08:00 Таня
Полное время правки: 14 мин.
Дата печати: 08.11.2008 23:57:00
При последней печати страниц: 4
слов: 1 733 (прибл.)
знаков: 9 880 (прибл.)
1
