CC BY
13
© В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов, 2012
УДК 622.342:536.244
В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов
ЭКОГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ
Разработан эколого-сберегаюший способ повторной подземной разработки техногенных россыпных месторождений криолитозоны, предполагаюший возведение льдопо-родны1х целиков и закладочных массивов с использованием материалов, имеюшихся на земной поверхности отвалов, а также их укладку в выработанном пространстве россыпной шахты!. Приведены три схемы1 отработки, а также результат исследований по оптимизации параметров возведения льдопородных целиков и массивов на разработанных математических моделях, имеюших практическую значимость. Ключевыю слова: криолитозона, техногенныю россыпи, россыпные шахтыI, льдо-породный массив
Обшеизвестно, что Дальневосточный регион страны, включая Северо-Восток и Якутию, принадлежит к наиболее крупным золотоносным провинциям мира, где значительная часть добычи золота осу-шествляется из многолетнемерзлых россыпных месторождений, включая техногенные, с сушественным удельным весом подземного способа разработки. В соответствии с требованиями, разработанными Всемирным фондом охраны дикой природы, отходы производства не должны представлять опасности для биоты, а это возможно только при использовании геотехнологий с замкнутым циклом обрашения твердого веше-ства [1, 2] и тшательной очистке жидких стоков.
При подземной первичной отработке россыпных месторождений практически весь объем извлеченных из недр торфов и продуктов переработки песков (=98 %) остается в пределах земельных отводов, т.к. ввиду низкой освоенности районов, они используются вторично лишь в незначительных объемах для отсыпки различных насыпей, дамб,
эстакад, строительстве временных дорог и т.д.
Необходимо отметить, что, несмотря на то, что в некоторых регионах за пределами отработанных шахтных полей остались участки продуктивных пластов с довольно высоким содержанием металла (забалансовые запасы), а также целики, недоработанные в кровле и почве пески и незачишенные плошади очистного пространства, которые могут быть отнесены к техногенным россыпям, отработка которых может быть рентабельной в настояшее время в связи с пересмотром кондиций [4].
Ранее отработанные россыпные шахтные поля криолитозоны и соответственно россыпные шахты (РШ) можно условно разделить на три категории выработанное пространство которых: обрушено и заполнено льдом (1 категория); не обрушено, но заполнено льдом (2 категория); не обрушено и не заполнено льдом (3 категория) [4]. В соответствии с этим могут быть рекомендованы три схемы отработки таких техногенных россыпей, которые в определен-
ной степени могут быть отнесены к разряду «зеленых», обеспечивающих не только возврат торфов и материалов переработанных песков в вновь образованное выработанное пространство, но и частичную укладку «старых» (прошлых лет) отвалов по специальной технологии [5, 6], выполняющих роль закладки. Тем самым полностью или частично обеспечивается замкнутый цикл обращения твердого вещества; целостность земной поверхности, сокращение объемов отходов, складируемых на земной поверхности: уменьшение площадей земельного отвода, занятых старыми (прошлых лет) отвалами; защита биоты от токсичных веществ.
Необходимо отметить, что использование закладочных массивов для поддержания выработанного пространства в РШ предпочтительно, принимая во внимание обилие твердого материала (старых отвалов) и учитывая высокий дефицит крепежного леса, в особенности в тундровых регионах и необходимости его завоза из других областей, что сопряжено со значительными затратами.
Подземную отработку техногенных россыпей криолитозоны, основываясь на имеющемся опыте, предпочтительно вести сезонно в зимний период, продолжительность которого составляет 7-8 месяцев. На летний период подземные работы приостанавливаются и производится промывка добытых в зимний период песков и переработка полученного концентрата на шлихообогатительных фабриках.
В ряде случаев, при повторной подземной отработке техногенных россыпей, в качестве вскрывающих выработок можно использовать старые наклонные стволы, предварительно восстановив их. Если это невозможно, то стволы проходятся заново по традиционным технологиям [7]. В РШ необрушенных, но запол-
ненных льдом (2 категория), проходка вскрывающих и подготовительных выработок производится по льду желательно с использованием проходческих комбайнов и самоходной техники, обеспечивая тем самым высокую скорость проходки. Доработка контуров и целиков может производиться сплошной и столбовой системами [4]. Поддерживание вновь образуемого выработанного пространства может производиться как сыпучемерзлым материалом, так и искусственными льдопородными целиками, возводимыми по технологии ИГДС [6]. Не исключено применение сплошной льдо-породной закладки, для приготовления смеси используется галечный материал старых отвалов [5], не содержащих полезного компонента, а так же песчаная фракция торфов.
Возможны различные варианты ведения работ как по креплению, так и захоронению старых отвалов, например, в выработанном пространстве может быть установлено расчетное количество тумбовых ледопородных целиков, пространство между которыми может быть заполнено материалом старых галечных отвалов.
В обрушенных, заполненных льдом РШ (первая категория) отработка оставшихся песков и целиков производится по традиционным технологиям, применяемым при отработке много-летнемерзлых россыпей с использованием как самоходного, так и переносного оборудования [7]. Поддерживание и закладка выработанного пространства производятся вышеописанными способами.
В РШ, выработанное пространство которых не обрушено и не заполнено льдом (3 категория), отработка целиков сопряжена с большой опасностью, т.к. подработка даже одного из них может привести к инициированию сдвижения техногенно нарушенного породного
массива и обрушению кровли на больших площадях. Учитывая это могут быть применены только варианты ведения добычных работ с предварительным креплением выработанного пространства бутовыми полосами или возведением искусственных ледопородных целиков и закладочных массивов. Тем самым будет обеспечена безопасность ведения работ. После выемки песков вновь образованное пространство также закладывается каким-либо из вышеописанных способов.
В зависимости от размеров отработанных шахтных полей, имеющихся запасов и технологии выемки техногенных песков, а также объемов, подлежащих захоронению старых отвалов, могут быть рекомендованы различные схемы и технологии ведения как закладочных работ, так и работ по захоронению отвалов. Например, при значительных размерах шахтных полей и большом объеме техногенных песков и галечных отвалов могут быть использованы высокомеханизированные технологии и серийно выпускаемые закладочные комплексы, прошедшие опытные испытания на РШ [5]. При небольших размерах шахтных полей и объемов отрабатываемых техногенных песков может быть рациональным использование переносного оборудования [7] и возведение вместо сплошных закладочных массивов, бутовых полос или льдопородных целиков способами, разработанными ВНИИ-1 [7] или ИГДС [5].
Поскольку третья схема отработки техногенных россыпей предполагает опережающее возведение льдопород-ной закладки в отработанном пространстве РШ, очень важно обеспечивать высокую скорость промораживания возведенного льдопородного массива или целиков. Для этого могут быть рекомендованы следующие мероприятия: предварительная промо-розка закладываемого пространства, послойное возведение закладочного
массива с принудительным обдувом холодным воздухом, введение колотого льда в закладочную смесь, правильный выбор толщины единичного слоя и количества проливаемой воды. В этих целях были проведены специальные исследования на разработанной математической модели, которые позволили найти оптимальные соотношения вышеперечисленных параметров, соблюдение их обеспечит высокую скорость возведения и набора компрессионных свойств закладочным льдопородным массивом [9].
Проведенные исследования выявили (рис. 1), что для определенной толщины единичного слоя существует оптимальное время промораживания в зависимости от вышеперечисленных параметров; причем даже небольшое отклонение в сторону его уменьшения ведет к резкому увеличению общего времени полной проморозки возведенного льдопородного массива.
На рис. 2 приведены температурные изолинии в льдопородной закладке и окружающем массиве горных пород РШ при времени замораживания равном 3 часа (которое в два раза меньше его оптимального значения) и при оптимальном времени (6 часов). Как видно из графиков, при толщине слоя 0,2 м и его начальной температуре 0 0С закладочный массив в виде четырехугольной призмы сечением 3х3 м замерзает за 1062 часа, причем в последнюю очередь замерзает его центральная часть (рис. 2, а), а при оптимальном режиме время его замерзания сокращается в 10 раз (103 часа) и в данном случае в последнюю очередь промерзает его верхняя часть (рис. 2, б). Таким образом, оптимизация технологических параметров послойного намораживания льдопородных закладочных массивов в отработанном пространстве РШ позволяет обеспечивать им необходимые компрессионные свойства в короткий срок.
Рис. 1. Продолжительность формирования льдопородного закладочного массива при послойном замораживании слоями пород различной толщины и различной влажности (размеры массива 3x3 м, температура нагнетаемого воздуха для замораживания -30°С)
Необходимо отметить, что в РШ необрушенных, но заполненный льдом, для укладки старых отвалов могут быгть пройдены дополнительные выработки в выработанном пространстве, заполненном льдом вплоть до его полного освобождения. При использовании комбайнов проходческие работы можно вести с высокой скоростью при минимальном расходе средств. Получаемый колотый лед можно использовать при приготовлении закладочной смеси.
Рис. 2. Температурные изолинии в закладочных и породных массивах в конце формирования закладочного массива:
а — при времени замораживания, равному 3 ч; б — при оптимальном времени замораживания (6 ч)
При наличии высокотоксичных хвостов шлиходоводочных фабрик, зачастую содержащих естественные радионуклиды, учитывая их высокую опасность для биоты, может быть рекомендовано захоронение их в подземном пространстве отдельно, бесконтейнерным способом по технологии, разработанной ИГДС (патент РФ № 2263985) [10], с образованием подземного могильника.
Для ускорения возведения льдопо-родных конструкций (массивов, могиль-
1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. — М.: Научтехлитиздат, 2003. — 260 с.
2. Цыганков А. В. Безопасность освоения месторождений полезных ископаемых в криолитозоне. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. — 112 с.
3. Галченко Ю.П., Сабанин Г.В. Методология создания экогеотехнологии подземной разработки жильных месторождений в криолитозо-не // ГИАБ, 2009, выпуск 4. — С. 146—158.
4. Катвицкий В.В., Сыпник Ю.Н., Воз-митель Ю.А., Тарасов С.И., Шерстов B.A., Чугунов Ю.Д. Подземная повторная отработка самоходными машинами мерзлых техногенных россыпей // Колыма. — 1987. — № 7, с. 10—13.
5. Мамонов А.Ф. Взаимодействие вмещающих пород с закладочным массивом на россыпных шахтах Севера. — Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1999. — 154 с.
6. Марков B.C., Елшин В.К., Слепцов A.E., Шерстов В.А. О возможности использования льдопородных опор из гравийнога-лечных материалов для управления кровлей
ника) рядом специалистов предлагается, для ускорения их проморозки использовать хладагенты, в частности, керосин [11], хотя такие замораживающие схемы не прошли испытания на РШ, использование их не исключено.
Таким образом, при подземной отработке техногенных россыпей криоли-тозоны предлагаемым способом может быть пополнен золотовалютный запас страны, а так же обеспечено снижение уровня экологической напряженности в районе деятельности горнодобывающих предприятий.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7. на россыпных шахтах Севера // Проблемы использования льда и снега в народном хозяйстве. — Иркутск, 1986. — с. 52—56.
8. Шерстов В.А., Скуба В.Н., Лубий К.И., Костромитинов К.Н. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. — Якутск: Кн.изд-во, 1981. — 180 с.
9. Сальманов Р.Н., Красных С.Н. Разработка месторождений с применением замораживаемого закладочного материала // Колыма, 1987. — № 3. — с. 19—20.
10. Хохолов Ю.А. Физико-техническое обоснование теплового режима горных выработок криолитозоны. Автореф. дисс. ... докт. техн. наук. — М., 2006. — 34 с.
11. Патент РФ 32263985. В.В. Киселев, Ю.А.Хохолов, М.В.Каймонов. Подземный бесконтейнерный способ захоронения твердых источников радиоактивного излучения в отработанных подземных горных выработках криоли-тозоны. — Опубл. в БИ, 2005, № 31.
12. Михайлов Ю.В., Красников Ю.Д. Ценные руды: Технология и механизация подземной разработки месторождений. — М.: Академия, 2008. — 256 с. EZE
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Киселев В.В. — кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,
Хохолов Ю.А. — доктор технических наук, вед. научный сотрудник, [email protected]. Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН, г. Якутск.
