Гидрогеологические исследования при подготовке золотоносных россыпей к отработке методом подземного (скважинного) выщелачивания Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 622.349.5

Е.Т. Воронов Ю.Н. Резник С.Н. Тимащенков

E. Voronov Yu. Reznik S. Timaschenkov

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ К ОТРАБОТКЕ МЕТОДОМ ПОДЗЕМНОГО (СКВАЖИННОГО) ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

HYDROGEOLOGICAL RESEARCH DURING PREPARATION OF AURIFEROUS GRAVELS TO DEVELOPMENT USING THE METHOD OF UNDERGROUND (BOREHOLE) LEACHING

В статье на примере золотоносной россыпи «Данду-Хангарук» приведен комплекс специальных гидрогеологических исследований, необходимый для оптимизации и управления процессами подземного (скважинного) выщелачивания золота из погребенных россыпных месторождений

This article considers complex of special hydrogeological research, which is necessary for optimization and operating processes of gold underground (borehole) leaching from buried gravel deposits on an example of auriferous gravel «Dandu-Khangaruk»

Ключевые слова: гидродинамические испытания, ко- Key words: hydrodynamic assays, filtration coefficient, эффициент фильтрации, скважина закачная, откач- pumping well, exhaust hole, observation hole (explorartory ная, наблюдательная, дебит скважин, продуктивные hole), well production, producing solutions растворы

При подземном скважинном выщелачивании (ПВ) золота из золотоносных россыпей, характеризующихся, как правило, значительной обводненностью, большое значение как с экологической, так и с технологической точек зрения приобретают гидрогео-

логические условия месторождения.

Условия питания и разгрузки подземных вод, фильтрационные свойства продуктивных песков и подстилающих пород во многом определяют размеры утечек рабочих и продуктивных растворов, степень загрязнения водо-

носных горизонтов реагентами, эффективность и скорость активного выщелачивания золота.

Перед проведением производственных технологических испытаний ПВ золота из погребенной россыпи «Данду-Хангарук» (с/а «Бальджа») был проведен комплекс гидродинамических исследований по определению коэффициента фильтрации продуктивной зоны

и вмещающих пород. В него входили:

а) пробные откачки из одиночной скважины;

б) опытные наливы в одиночную скважину;

в) индикаторные исследования;

г) кустовая откачка.

Схема расположения технологических и наблюдательных скважин приведена на рисунке.

Схема расположения скважин на опытном полигоне

■ - откачная;

• - закачные; о - наблюдательные

В районе проведения опытно-промышленных испытаний в четвертных отложениях развиты слабо-напорные воды грунтового типа.

Статический уровень колеблется 0,1...8,0 м. На опытном полигоне уровень подземных вод находится на абсолютных отметках 1012,9.1013,4 м. Дебит откачных скважин колебался в пределах 0,038.0,117 л/с, приемистость скважин при наливе - 0,016.0,118 л/с.

В ходе гидрогеологических исследований было проведено 17 откачек, 17 наливов, кустовая откачка и индикаторные исследова-

ния в естественном потоке и рабочем режиме.

Пробные откачки из одиночных скважин проводились для определения коэффициента фильтрации пород, дебита скважин, положения динамического уровня воды в скважинах. Коэффициент фильтрации (Кф) рассчитывался по уравнению Дюпюи [1]

і к

К = 0,733 • О-------г-------------------------, (1)

(2Н - Б) • £

где О - дебит скважины, м3/сут;

Н - мощность водоносного пласта, м;

Б - понижение уровня воды в скважине, м;

Р - радиус влияния при откачке из одиночной скважины, м;

г - радиус скважины, м.

Также расчет Кф выполнялся по формуле Бабушкина, Гиринского [1]

К = 0,366-^- 1§

1 • с *0 30

(2)

где ¡0 - длина фильтра, м;

а - поправочный коэффициент, равен 0,66.

Опытные наливы проводились с целью определения водопроницаемости пород, приемистости скважин и расчета коэффициента фильтрации. Величина Кф определялась по двум формулам: по формуле Дюпюи [1]

О

0,733 • 0 • 1в-

К

(3)

по формуле Добровольского

и

0,366 • 2 • 1§—

7'

К =

К0 • 80

(4)

где Ы - столб воды в скважине, м.

Результаты опытных откачек и наливов показали, что продуктивная зона по коэффициентам фильтрации (0,15.0,20 м/сут) относится к тонкозернистым глинистым пескам.

Для определения реальной скорости фильтрации подземных вод были проведены индикаторные исследования с использованием раствора флуоресцина с концентрацией 3 г/л. Наблюдения за продвижением индикатора в скважине № 4, расположенной на расстоянии 2 м ниже по потоку, показали, что основной фронт индикатора прошел через 54 ч, а действительная скорость движения подземных вод составила 0,86 м/сут.

Для расчета технологических параметров опытной ячейки необходимо знать скорость движения растворов в рабочем режиме. Для этого был поставлен комплекс опытномиграционных работ. Перед подачей индикаторов технологические скважины были выве-

дены на рабочий стационарный режим. После установления постоянного режима движения подземных вод в наблюдательные скважины подали индикаторы: в скважину № 1Н, расположенную вверх по потоку, подали пакетно флуоресцин, в скважину № 2Н, расположенную в крест направления потока, подали раствор поваренной соли ЫаО!. Откачку растворов и отбор проб вели в центральной откачной скважине № 6-З. Раствор поваренной соли в откачной скважине появился через 2,5 ч, а раствор флуоресцина - через 4 ч. Таким образом, скорость движения растворов в рабочем режиме составила: по направлению потока - 20,8 м/сут, в крест простирания потока - 33,3 м/сут.

Кустовая откачка проводилась из откачной скважины 4-3, в остальных скважинах велось наблюдение за уровнем подземных вод. Продолжительность откачки составила 57,6 смен, продолжительность восстановления уровня подземных вод - 17,6 смен. По результатам кустовой откачки были рассчитаны коэффициенты водопроводимости, коэффициенты пьезопроводности, водоотдача водовмещающих пород.

Гидрогеологические параметры определялись методом Джейкоба с использованием для расчета формулы [1]

„ 0,183 • 2 2,25 • а • Ї

(5)

КМ г

где 5 - понижение напора на расстоянии г от скважины, из которой проводится откачка, через время после начала откачки;

О - дебит скважины, м3/сут;

КМ - водопроводимость водоносного горизонта, м2/сут;

а - коэффициент пьезопроводности, м2/сут.

Для определения параметров коэффициента пьезопроводности и водопроводимости методом Джейкоба использовались три способа обработки данных опытно-фильтрационных

г

0

г

0

работ.

1. Способ временного прослеживания понижения уровня с построением графика зависимости 5 = (¡д)

2. Способ площадного прослеживания с построением графика зависимости 5 = (¡дг).

3. Способ комбинированного прослеживания с построением графика зависимости 5 =

тт

Коэффициент водоотдачи рассчитывал ся по формуле

КМ

т

(6)

а

Результаты исследований приведены в таблице.

Гидрогеологические параметры водоносного горизонта по данным кустовой откачки

График зависимости Номер скважины Коэффициент водопроводи-мости КМ, м2/сут Коэффициент пьезопроводности а, м2/сут Водоотдача, m

S = f(lgt) 1Н 1,9 8,913 -103 2,1- 10-4

2Н 3,1 1,778 104 0

4Н 2,1 4,467-103 0

5Н 2,1 2,239 103 9,4 - 10-4

4-3 2,8 7,079-103 4,0 - 10-4

6-2 3,7 2,818-104 -4 0 СО

8-3 2,4 8,913-103 2,7 - 10-4

8-4 7,4 1,122-104 6,6 - 10-4

Среднее 3,1875 1,1099-104 4,06 - 10-4

S = f(lgr) 0,5 2,82-102 1,8 - 10-3

S = f[lg(t/r2)] 1,4 5,62-102 2,5 - 10-3

Среднее по откачке 2,74 8,96-103 7,55 - 10-4

С учетом результатов гидрогеологических исследований проведено моделирование гидродинамики процесса фильтрации растворов в контуре рабочей ячейки с использованием программы гидродинамического моделирования Р!ош-3й. На основании метода суперпозиции рассчитано фильтрационное поле взаимодействия четырех закачных и одной откач-ной скважины с учетом влияния естественного потока, при обязательном соблюдении условного нулевого баланса.

Результаты моделирования показывают, что при равной производительности закачных скважин 100 л/ч (соотношение 1:1) контур выщелачивающих растворов смещается на 4 м

вниз по потоку и на 2,3 м по нормали к потоку. Таким образом, площадь растекания составляет 44 м2. Такой режим подачи растворов недопустим, поскольку контур выщелачивания будет находиться за технологическим контуром наблюдательных скважин № 8-2, 8-3 и 8-4 и потому невозможно будет контролировать границу «раствор-вода».

При увеличении (соотношение 3:1) подачи закачных растворов вверх по потоку в скважины № 5-3 и 5-4 до 150 л/ч, а в скважины № 7-3 и 7-4 по 50 л/ч граница контуров выщелачивающих растворов смещается вверх по потоку на 1,4 м и по нормали к потоку на 1,3 м. Площадь растекания составляет 25 м2. Недос-

татком соотношения 3:1 является, во-первых, растекание за рабочий контур и, во-вторых, недостаточный контур выщелачивания у скважин № 7-3 и 7-4.

При уменьшении (соотношение 2:1) подачи растворов в верхние скважины № 5-3 и 54 до 135 л/ч контур растекания в направлении вверх по потоку существенно снижается, но при этом сохраняется вынос растворов по трещиноватости за контур ячейки на 0,9 м. Контур выщелачивания составляет 73 % от общего контура ячейки.

Наиболее оптимальные параметры работы опытной ячейки были достигнуты при соотношении 1,25:1. При производительности закачных скважин № 5-3 и 5-4 - 112 л/ч, а скважин № 7-3 и 7-4 - 88 л/ч обеспечивается полная локализация фильтрационного потока

Коротко об авторах__________________________________

Воронов Евгений Тимофеевич, Заслуженный деятель науки, д-р техн. н., профессор, зав. кафедрой БЖД, Читинский государственный университет (ЧитГУ), bondar@chitgu.ru

Научные интересы: повышение уровня промышленной и экологической безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых

Резник Юрий Николаевич, Заслуженный деятель науки, д-р техн. н., профессор, ректор Читинского государственного университета (ЧитГУ), bondar@chitgu.ru

Научные интересы: минеральная подготовка при горнопромышленном освоении месторождений полезных ископаемых

Тимащенков Сергей Николаевич, главный инженер с/а «Бальджа», Timoos@yandex.ru

Научные интересы: изучение геологических условий залегания и разработка золотоносных россыпей в условиях южного Забайкалья

в рабочем контуре опытной ячейки, соответственно достигается оптимальная площадь выщелачивания 88 %.

Выполненный комплекс гидродинамических испытаний показал удовлетворительные гидрогеологические условия для проведения опытно-промышленных испытаний технологии ПВ золота из погребной россыпи Данду-Хангарук.

ЛИТЕРАТУРА

1. Веригин Н.Н. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород / Н.Н. Веригин. - М.: Недра, 1977. - 121 с.

2. Аренс В.Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых / В.Ж. Аренс. - М.: Недра, 1975. - 303 с.

___________________________________Briefly about authors

Voronov Eugeny Timopheyevich, Honoured scientific worker, Doctor of Technical Science, professor, Head of Accident Prevention Department of ChitSU, bondar@chitgu.ru

Scientific interests: increasing of industrial and ecological safety during mineral deposits extraction

Reznik Yury Nikolayevich, Honoured scientific worker, Doctor of Technical Science, professor, Head of Chita State university, bondar@chitgu.ru

Scientific interests: mineral preparation during industrial and mining exploration of mineral deposits

Timashchenkov Sergey Nikolayevich, chief engineer of prospecting cooperative «Baldja», Timoos@yandex.ru

Scientific interests: studying of geological terms of bedding and mining of gold placers in conditions of south Zabaykalye