CC BY
32
УДК 622.271 А.Г. Михайлов
ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕСУРСА ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕСУРСА ДЕПРЕССИОННОЙ ВОРОНКИ
Семинар № 16
Относительно высокая экономичность открытой добычи (в сравнении с подземной) способствует ее широкому распространению. В то же время, сама добыча твердых полезных ископаемых открытым способом характеризуется высокими ресурсными издержками и вредным крупномасштабным преобразовательным воздействием на окружающую среду.
Для разработки горизонтальных, пологих и слабонаклонных месторождений имеются и применяются технологии, позволяющие вести добычу полезного ископаемого с низким потреблением ресурсов и, со смещением на некоторый лаг, восстановлением нарушенных земель до требуемого стандарта. В технологиях реализован принцип полного или технически возможного в процессе добычи размещения вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. Кроме того, что такие технологические решения ограниченно неприменимы для разработки крутопадающих месторождений, они еще и не в полной мере используют потенциальный ресурс выработанного пространства карьера.
На крутопадающих месторождениях открытую добычу полезных ископаемых осуществляют по технологи-
ям, реализующим принцип полного удаления из карьера горной массы с размещением их на поверхности, во внешних отвалах, которые являются мощными источниками загрязнения окружающей природной среды. По завершении извлечения оконтуренных запасов остаются огромные открытые пустоты в земной коре, значительные площади загрязненной поверхности ландшафта и нарушенный гидрогеологический режим в недрах. Перемещение породы из карьера средствами автомобильного транспорта сопровождается образованием большого количества загрязнителей в виде пыли и выхлопных газов. Издержки на извлечение породы и размещение ее во внешних отвалах достигают 70-80 % всех издержек производства добычи полезного ископаемого. Из них 5070 % приходится на процесс перемещения породы и некондиционной руды в специальные отвалы. В настоящее время и на обозримую перспективу открытый способ сохранит своё лидирующее положение. Однако его технико-технологическая основа не является адекватной современным требованиям в потреблении ресурсов и степени техногенного воздействия на окружающую среду. Удельная ре-сурсоёмкость добычи полезных ископаемых высокая, и как следствие -
недостаточная конкурентоспособность.
Поиск технологических решений, позволяющих снизить объемы затрат и негативное воздействие на окружающую среду, ведётся и в направлении использования выработанного пространства карьера в качестве производственного ресурса. Очевидным и основным направлением является размещение части извлекаемых пород и некондиционного полезного ископаемого.
Из числа наиболее важных результатов в области решений по размещению вскрышных пород и некондиционных руд во внутрикарьерном пространстве являются варианты для вытянутых крутопадающих месторождений. Сущность их заключается в том, что некоторое количество запасов (до 30-35 %), находящихся в нижней части карьерного поля, отрабатывают, а эту зону карьера подготавливают для складирования части вскрышной породы и некондиционного полезного ископаемого [1]. Основа подхода состоит в энергетическом анализе и выявлении зон карьера с целью формирования этапов разработки. На разных этапах отработки возможности по эффективному размещению пород и некондиционного полезного ископаемого, как на поверхности, так и в выработанном пространстве существенно различаются.
Не менее важным, а в иных случаях и более существенным направлением, может послужить решение по использованию гидрогеологического ресурса, особенно, если оно органично связано с внутрикарьерным от-валообразованием. Ведение горных работ нарушает естественный гидрогеологический режим массива. Разработка месторождения открытым способом сопровождается осушением массива с формированием депресси-
онной воронки вокруг горной выработки. В зависимости от проницаемости пород осушение может охватывать массив недр в диаметре до нескольких километров. Нарушение гидрогеологического режима, в целом, вредно сказывается на природной среде, нарушая равновесие в массиве и лишая привычных условий жизнедеятельности на земной поверхности, однако без водоотлива традиционная технология существовать не может. В массиве, в области интенсивных течений подземных вод, как правило, в зоне поверхности де-прессионной воронки, движение воды может послужить дополнительным ресурсом для осуществления более полного извлечения полезных компонентов из недр. Не все рудные тела на месторождении, как правило, попадают в контур карьера. За пределами экономического интереса могут оказаться и, практически, оказываются значительные объемы полезных ископаемых. В то же время, дополнительный ресурс фильтрации пород массива в зоне действия депрессион-ной воронки не используется даже для частичного извлечения полезных компонентов.
В ходе проведения исследований по возможностям использования гидрогеологического ресурса недр для вариантов с традиционными методами освоения месторождений были разработаны технологические решения, основанные на чисто инфильт-рационных методах извлечения полезных компонентов из недр [2, 3]. Наиболее рационально, на наш взгляд, эти методы использовать для процесса выщелачивания металла из рудных зон в борах карьера. В этом случае, объектом воздействия являются забалансовые руды, размещенные непосредственно в массиве. Технологические решения могут быть кратко
Рис. 1 Схема извлечения забалансовых запасов из бортов карьера методом выщелачивания в зоне деперессионной воронки: 1 - карьерное пространство, 2 - контур карьера, 3 - рудное тело, 4 - локализация забалансовых зон оруденения, 5 - депресси-онная воронка, 6 - выработка для водоотлива, 7 - геохимический барьер
охарактеризованы следующим образом. По мере понижения уровня горных работ в карьере уровень депрес-сионной воронки понижается и ее поверхностная зона (зона с более интенсивным течением подземных вод). Полезный компонент из рудных концентраций забалансовых запасов в бортах карьера может быть извлечен выщелачиванием, т.е. посредством реагентов переведен в раствор и в виде жидкой фазы выведен из массива внутрь карьерного пространства вместе с подземными водами. В месте организации водоотлива формируют геохимический барьер. Он представляет собой материал (например карбонатные породы для извлечения растворов меди), слоем уложенный вокруг приемного водоотливного зумпфа. Подземные воды, проходя сквозь материал геохимического барьера, полезный компонент извлекается, а вода удаляется водоотливом. Для повышения проницаемости пород массива с целью увеличения скорости фильтрации подземных вод область массива с концентрацией полезных
компонентов подвергают рыхлению, например взрывному. В зону рудной концентрации в массиве через скважины подают выщелачивающие реагенты, если сами не обладают выщелачивающими свойствами. На геохимическом барьере формируется новое рудное тело, которое после его насыщения полезным компонентом извлекают и подают на переработку. В таком варианте, по существу, параллельно с разработкой кондиционных руд в карьере осуществляется инфильтрационное формирование нового компактного рудного тела.
Некоторым продолжением вышеописанного варианта может служить технологическая схема, в которой после завершения в карьере уровень водоотлива опускают, например, через скважину, ниже дна карьера в оставленное рудное тело и продолжают водоотлив подземных вод. Объем удаляемой воды подают на поверхности на геохимический барьер. На барьере формируют новое рудное тело, которое затем отргужают и направляют на переработку.
Рис. 2. Схема выщелачивания полезного компонента из некондиционных руд при складировании их во внутрикарьерном пространстве: 1 - карьерное пространство, 2 - контур карьера, 3 - рудное тело, 4 - поверхность депрессионной воронки, внутрикарьер-
Рис. 2. Схема выщелачивания полезного компонента из некондиционных руд при складировании их во внутрикарьерном пространстве: 1 - контур карьера карьерное пространство, 2 - внутрикарьерный отвал некондиционных руд, 3 - вскрышные породы, 4 -уровень поверхности депрессионной воронки 5 - водоотливная выработка, 6 - геохимиче-
ский барьер
Наряду с вариантом параллельного формирования инфильтрационно-го рудного тела из полезного компонента, вщелачиваемого из бортов карьера, возможны варианты совмещения выщелачивания и внутреннего отвалообразования для карьера, имеющего вытянутую форму (рис. 2).
На первом основном этапе разработки месторождения направление уг-лубки сосредоточено на участке с наибольшей проектной глубиной. По достижении дна карьера начинается следующий этап разработки, на котором направление выемочных работ разворачивают вдоль простирания
рудного тела, причем выемку проводят одновременно на нескольких горизонтах. Вскрышные породы на этом этапе складируют во внешний отвал, а некондиционную руду - во внутренний отвал. Точку забора подземных вод в системе водоотлива оставляют на второй этап разработки на уровне дна карьера. Систему водоотлива выводят опережающими темпами по уровню относительно уровня внутреннего отвала и огораживают для защиты от нарушения складируемыми внутри карьера некондиционными рудами. По мере отработки карьера, если позволяет уровень рабочей зоны, уровень водоотлива поднимают для того, чтобы совместить процесс выщелачивания компонентов на этапе формирования внутреннего отвала. При этом, подземные воды, удаляемые из карьера водоотливом, направляют на геохимический барьер. После того, как полезные компоненты будут извлечены из подземных вод, остальную воду выводят на утилизацию.
Полномасштабное выщелачивание осуществляют на заключительном этапе. Этот этап начинается после за-
1. Медведев М.Л. Васильева В.Г., Акишев А.Н., Колдырев Ю.В. Научно-методические вопросы определения границ карьера при поэтапной разработке крутопадающего месторождения //Горный информационно-аналитический бюллетень 2004 № 10. - М.: Изд. МГГУ. - С. 189-197.
2. Пешков А.А., Мацко Н.А., Михайлов А.Г., Брагин В.И. Экономические и экологические аспекты концепции активной гео-
вершения разработки месторождения открытым способом. К этому моменту полностью сформирован внутренний отвал из некондиционных руд, размещаемых от дна карьера и выше. Сверху, непосредственно на материале некондиционной руды могут быть размещены вскрышные породы. На этом этапе, практически отсутствует добыча руды традиционными методами. Полезный компонент из некондиционной руды выщелачивают посредством потока подземных вод, за счет регулируемого уровня поверхности депрессионной воронки. Регулировку уровнем осуществляют изменением точки водозабора.
Таким образом, вышеописанные технологические схемы разработки месторождений с извлечением забалансовых запасов из бортов карьера для глубоких карьеров с крутопадающим падением рудных тел и схемы с выщелачиванием из некондиционных руд, размещенных во внутреннем отвале для вытянутых месторождений позволяют повысить эффективность разработки за счет использования гидрогеологического ресурса недр.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
логии.// Экология антропогена и современности: природа и человек. Сборник научных докладов международной конференции (Волгоград - Астрахань - Волгоград, 24-27 сентября 2004 г.), СПб.: Гуманисти-ка, 2004. - С 366-371.
3. Михайлов А. Г. Техногенное инициирование процессов активной геологии. // Там же - С. 377 - 380. ШИН
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------
Михайлов Александр Геннадьевич - доктор технических наук, зав. лабораторией, ИХХТ СО РАН, Красноярск.
