О создании геотехнологии подземного освоения рудных месторождений с замкнутым циклом обращения твердого вещества Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.П. Галченко, В.Т. Кравченко, Г.В. Сабянин, 2003

УАК 622.272; 622.34

Ю.П. Галченко, В.Т. Кравченко, Г.В. Сабянин

О СОЗААНИИ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ПОАЗЕМНОГО ОСВОЕНИЯ РУАНЫХ МЕСТОРОЖАЕНИЙ С ЗАМКНУТЫМ НИКЛОМ ОБРАЩЕНИЯ ТВЕРАОГО ВЕЩЕСТВА

Характерной особенностью современного этапа развития геотехнологии подземного освоения недр является быстро нарастающее влияние идей экологического императива на характер принимаемых решений и экономическую оценку последствий их применения.

Процесс техногенного разрушения литосферы при получении необходимых полезных ископаемых порождает разветвленную систему разнообразных воздействий на абиоту и биоту экосистем природно-территориальных комплексов, в пределах которых располагаются добывающие

предприятия. Величина и качество этих воздействий определяются типом геотехнологии, применяемой при добыче полезного ископаемого, а экологические последствия - особенностями строения нарушаемой при этом экосистемы. Поэтому при изучении всего комплекса этих вопросов целесообразно дифференцирование рассматривать техногенные факторы, как свойство той или иной геотехнологии и воздействие этих факторов - как реакцию конкретной биологической системы [1].

По причинам своего возникновения все техногенные факторы горного производства достаточно четко разбиваются на две большие группы

• являющиеся прямым

следствием антропогенного разрушения литосферы и формирования в ней нового литосферного объекта - техногенно измененных недр;

• зависящие от характера применяемых при техногенном изменении недр геотехнологий.

Применительно к факторам

первой, из обозначенных выше, групп (деформацию земной поверхности, нарушение водоупорных оснований поверхностных и подземных вод, их загрязнение и дренирование на новом, более глубоком уровне), интенсивность воздействия определяется, в первую очередь, величиной деформации подрабатываемых толщ и может регулироваться изменением состояния выработанного пространства одним из четырех применяемых в геотехнологии способов [2]:

• покидаемыми целиками;

• покидаемыми целиками и закладкой;

• полной закладкой;

• обрушением вмещающих пород.

Наиболее щадящая окружающую среду выемка с покидаемыми целиками при правильном выборе параметров, исключает не только обрушение, но и осадку поверхности, позволяет сохранить все природные водоупоры в подрабатываемых толщах. Платой за эту стабильность являются, иногда рост удароопасности, чрезвычайно высокие потери полезного ископаемого, возрастающие по мере углубления горных работ. Многоэтапная выемка сопряжена с риском возникновения аварий, поэтому ее применяют при отработке отдельных, небольших по площади, рудных тел. Оставление надежных междуэтажных целиков ведет к значительному снижению и без того низкого извлечения запасов полезного ископаемого.

Ускоренное исчерпание запасов из-за высоких потерь имеет своим следствием расширение нарушения окружающей среды, в связи с необходимостью освое-

ния новых месторождений для возмещения преждевременно выбывающих мощностей работающих по этой технологии горных предприятий.

Данная схема построения геотехнологии имеет глубокое внутренне противоречие. С одной стороны, более 60 % балансовых запасов используются для абсолютного сохранения налегающих толщ и земной поверхности в границах горного отвода, а с другой - примерно такая же, а иногда и большая, площадь постоянно задалживается с известными экологическими и экономическими последствиями на сопредельной территории для хранения твердых отходов обогащения, с затратами, занимающими заметную долю в общей себестоимости конечной продукции и имеющими тенденцию к повышению.

Разрешение этого противоречия, как и любого противоречия между техносферой и природой, возможно на основе перехода к применению экотехнологий или их элементов. Применительно к рассматриваемому случаю, речь может идти о создании замкнутого цикла обращения твердого вещества, добываемого из литосферы в процессе освоения месторождения. Возможности

замкнутого цикла обращения вещества определяются характером его использования и принятой технологией разработкой месторождения. Твердое вещество, извлекаемое из литосферы в процессе разработки полезных ископаемых, делится на три параллельных потока:

• полезное ископаемое, поступающее на первичную переработку или на прямое использование;

• сопутствующие пустые породы, складируемые на земной поверхности;

• тонкодисперсная пыль, выдаваемая вентиляционной струей в атмосферу.

При добыче рудного сырья большая часть извлеченного полезного ископаемого обычно остается на месте добычи в виде хвостов обогащения. Баланс обращения твердого вещества для условий, например, рудника им.

Губкина приведен на рис. 1.

По степени воздействия на природную среду отвалы пород и хвостохранилища относятся к категории катастрофических нарушений, когда на площадях, занимаемых ими, происходит полное уничтожение первичной биоты. Поэтому возвращение этого вида отходов в литосферу даст максимальный экологический эффект, а высокие затраты на складирование хвостов дают ос-

нование считать возможным получение также и эффекта экономического. Редкий случай совпадения интересов функционально антагонистических систем техно- и биосферы.

Возможность организации замкнутого оборота вещества требует для своей реализации двух условий:

• наличие необходимых для размещения отходов обогащения

Рис. 1. Баланс вещества, добытого из литосферы рудником им. Губкина

Рис. 2. Баланс вещества при закладке одной камеры

объемов в подземном пространстве рудника;

• наличие технологии этого размещения.

На руднике накоплено огромное количество незаложенных пустот (более 40 млн м3), которых вполне достаточно для выполнения первого условия.

Общие требования к технологии:

• она должна быть непрерывной, что обусловлено режимом работы обогатительных фабрик;

• затраты на размещение хвостов в подземном пространстве не должны превышать реальных затрат на хранение хвостов на поверхности.

Горнотехнические особенности реализации идеи замкнутого цикла обращения твердых отходов зависят от принятого статута искусственного массива, сформированного из возвращенных в подземное пространство твердых отходов. Здесь возможны три основных варианта:

• использование отработанных камер для складирования твердой части хвостов обогащения, как возможного в будущем техногенного месторождения;

• создание в выработанном пространстве подземного хвостохранилища с замкнутым технологическим циклом;

• использование хвостов обогащения для закладки выработанного пространства с перспективой последующей отработки части запасов в покидаемых целиках.

В первом случае, принятая технология размещения хвостов в камерах должна обеспечивать возможность доступа к сформированному искусственному массиву при его повторной разработке. То есть, систему гидроизоляции днища камер целесообразно создавать с сохранением основных этажных выработок. Массив должен иметь свойства, обеспечивающие безопасность

горных работ при ведении в нем очистной выемки. Конструктивное оформление участков повторной разработки массивов из хвостов обогащения должно гарантировать геомеханическую устойчивость системы как во время, так и после окончания выемки техногенного рудного массива. Практически это означает, что принятие варианта с формированием техногенного месторождения несовместимо с возможностью извлечения части балансовых запасов из междука-мерных целиков, за счет использования известного явления их упрочнения при наличии бокового распора, так как после выемки искусственного массива это явление исчезает.

Учитывая реальную консистенцию текущих хвостов обогащения технология складирования твердой части этих хвостов на основе их прямой подачи в камеры с последующим гравитационным разделением фаз, несмотря на свою первоначальную простоту оказывается наиболее не экономичной, так как потребует создания системы сбора и откачки из подземных выработок воды в количестве 70-75 % от общей массы поданного в камеры материала.

Вполне очевидно, что рациональная технология подачи и складирования в выработанном пространстве твердых отходов обогащения должна включать в себя одну или несколько ступеней предварительного обезвоживания текущих хвостов с приме-

нением известных технических решений, например, гидроциклонов.

Возможные варианты такой технологии для условий комбината "КМАруда" приведены в таблице 1, а баланс обращения твердого и жидкого вещества при использовании этих вариантов приведен в таблице 2. Как видно из таблиц применение гидроциклонов дает широкие возможности управления потоками твердой и жидкой фаз. Выбор окончательного варианта всегда будет сделан на основе техникоэкономического сравнения.

Во втором случае, отработанные камеры функционально используются для разделения фаз в режиме обычных прудов осаждения наземных хвостохранилищ. Так как емкость каждой камеры лимитирована, то создаваемая технология размещения отходов в этих камерах должна обеспечивать возможность поступательного переноса по закладываемому участку активной зоны и возможность либо ее возврата в ранее использованные камеры для их дозакладки после консолидации твердой фазы, либо проточного перемещения подаваемой закладочной смеси через заполненные камеры. Принцип же гидроизоляции днищ блоков зависит от решения по доработке запасов междукамерных целиков. Если таковая предусматривается, то главные выработки откаточного горизонта необходимо сохранять, в противном случае возможно их перекрытие перемычками с по-

следующим заполнением твердыми отходами вместе с выработанным пространством камер.

Как видно из рисунка, данная технологическая схема позволяет полностью решить все экологические проблемы, связанные с отходами обогащения, и отказаться от гидротранспорта твердого вещества к месту хранения, за счет создания замкнутого цикла обращения этого вещества в рамках горно-обогатительного комплекса. Неизбежной платой за эти преимущества является технологически обусловленная необходимость пропуска через подземные выработки и выдачи на поверхность практически всего (96,7 %) объема

технологической воды обогатительного передела. Экономическая целесообразность применения этого варианта определяется соотношением затрат по каждому структурному элементу технологии с реальными затратами на транспорт и размещение отходов обогащения в хвостохра-нилище Лебединского ГОКа.

В третьем, из перечисленных выше, варианте технология закладки должна обеспечивать возможность дискретного заполнения каждом единичной камеры при непрерывности общего процесса закладки. После консолидации и обезвоживания закладочного массива, вполне возможна доработка части запасов междукамерных целиков, что потребует ведения закладочных работ с сохранением выработок откаточного горизонта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трубецкой К.Н, Галченко Ю.П, Бурцев Л.И. Охрана окружающей среды при освоении земных недр/Вестник РАН, т. 68, № 11, 1998. С. 995-998.

2. Агошков М. И, Борисов С. С., Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. М., Недра, 1970, 455 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------

Галченко Ю.П, Кравченко В. Т., Сабянин Г.В. - ИПКОН РАН.

«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКЛ-2003» СЕМИНАР № 11

Файл: ГАЛЧ_11

Каталог: G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB11~03

Шаблон:

C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Norma

l.dotm

Заголовок: О СОЗДАНИИ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ ОБРАЩЕНИЯ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА Содержание:

Автор: Georg

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 14.08.2003 11:54:00

Число сохранений: 4

Дата сохранения: 27.08.2003 18:45:00

Сохранил: Гитис Л. Х.

Полное время правки: 10 мин.

Дата печати: 09.11.2008 18:02:00

При последней печати страниц: 4

слов: 1 633 (прибл.)

знаков: 9 310 (прибл.)