CC BY
83
УДК 556.3.01:662.012
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ЗАКАЧКИ ДРЕНАЖНЫХ РАССОЛОВ КАРЬЕРА И РУДНИКА «УДАЧНЫЙ» В СРЕДНЕКЕМБРИЙСКИЙ ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС
© А.В. Дроздов1
Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», 678170, Россия, г. Мирный, ул. Ленина, 39.
Рассмотрены особенности гидрогеологических условий месторождения и развития гидродинамической ситуации при удалении дренажных рассолов карьера и рудника «Удачный» в водоносный комплекс среднекембрийских отложений с использованием численного моделирования. Оценены разные варианты закачки минерализованных стоков в благоприятные гидрогеологические структуры, которые необходимы при планировании мероприятий по сохранению благоприятной экологической обстановки в регионе и безопасному ведению подземных горных работ на месторождении. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: моделирование; водоносный комплекс; дренажные рассолы; обратная закачка; приемистость скважин.
ASSESSING POSSIBILITY TO PUMP OPEN PIT AND MINE "UDACHNY" DRAINAGE BRINES INTO MIDDLE CAMBRIAN AQUIFEROUS COMPLEX A.V. Drozdov
Institute «Yakutniproalmaz» JSC «ALROSA», 39 Lenin St., Mirny, 678170, Russia.
The article discusses the features of hydrogeological conditions of the deposit, as well as the development of hydrody-namic situation when removing drainage brines of the open pit and mine "Udachny" into the aquiferous complex of Mi d-dle-Cambrian deposits with the application of numerical simulation. It assesses different variants of mineralized drainage pumping into favorable hydrogeological structures, which are essential when planning measures on preserving auspicious environment in the region and safe underground mining at the deposit. 4 figures. 2 tables. 2 sources.
Key words: simulation; aquiferous complex; drainage brines; inverse pumping; intake capacity of wells.
Введение. Возможность использования глубоко-залегающих водоносных горизонтов в Западной Якутии для захоронения дренажных рассолов зависит от: региональных гидрогеологических условий, определяющих закрытость подземного резервуара; характера водообмена подземных и поверхностных вод; фильтрационно-емкостных свойств поглощающей водоносной толщи, а также мощности и проницаемости пород перекрывающего мерзлого экрана [1]. Следует отметить, что наиболее благоприятными структурами для утилизации жидких промышленных отходов на севере Якутской алмазоносной провинции являются участки многолетнемерзлых пород (ММП), приуроченные к зонам тектонических нарушений. К примеру, за 25-летний период отработки трубки «Удачная» в условиях обводнения уже использовано два полигона захоронения [2]. В настоящее время оборудуется третий участок для удаления дренажных рассолов в благоприятные криогенные структуры криолитозоны. В то же время существует необходимость оценки новых гидрогеологических объектов, в частности, подмерз-лотных водоносных комплексов, в которые можно закачивать минерализованные стоки горных предприятий.
Отработка глубоких горизонтов крупнейшего месторождения алмазов - трубки «Удачная» - связана с поступлением хлоридных кальциевых рассолов в карьер и подземные горные выработки. В настоящее время весь объем минерализованных стоков удаляется обратно в земные недра криолитозоны способом закачки в ММП. Применение данного варианта захоронения промстоков карьера и рудника резко снижает отрицательное воздействие разработки месторождения на окружающую обстановку региона. В ближайшее время предусматривается вскрытие подкарьерных запасов трубки в интервале водоносного комплекса подземным способом с опережающим осушением рудного тела и возможной последующей закачкой части поступающих рассолов в дренируемый комплекс. При защите подземных горных выработок прогнозируется формирование притока подземных вод интенсивностью 300 м3/ч с учётом возврата из-за барражирующего экрана в объеме до 20%.
Резервным вариантом утилизации этих рассолов является их закачка обратно в водоносные пласты на расстояниях, исключающих повторное попадание значительных объемов этих стоков к участкам подземной отработки месторождения.
1Дроздов Александр Викторович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, тел.: (41136) 92038,
89142517174, e-mail: [email protected]
Drozdov Alexander, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Head of the Laboratory, tel.: (41136) 92038, 89142517174, e-mail: [email protected]
Целью данной статьи является изложение основных результатов выполненных исследований с использованием многочисленного моделирования для оценки возможности сброса дренажных рассолов в водоносный комплекс среднекембрийских отложений (СВК). Для решения задач удаления стоков Амакин-ской (Айхальской) и Мирнинской ГРЭ с начала 80-х годов прошлого столетия выполнялся поиск структур для захоронения дренажных вод и специальные исследования по их закачке [2].
Наиболее перспективным по комплексу различных показателей был выбран СВК на участке Далдынской флексуры. В районе этой геологической структуры был сооружен полигон с сетью нагнетательных и наблюдательных скважин. Расположение скважин линейное - по простиранию высокообводненной зоны. В 1982-1989 гг. Мирнинская ГРЭ выполняла натурные исследования по обратной закачке рассолов в СВК. При экспериментах в нагнетательные скважины производится сброс дренажных стоков, а по наблюдательным скважинам осуществляется мониторинг изменения уровня в водоносных толщах. Проведенные в
то время натурные опыты показали невысокую эффективность обратной закачки по сравнению со сбросом дренажных рассолов в ММП.
С 1985 г. отработка месторождения трубки «Удачная» осуществляется под защитой внутрикарьерного водоотлива от подземных вод. За этот период сформировалась региональная воронка депрессии с радиусом в несколько десятков километров (рис. 1). Вблизи карьерного поля гидродинамический режим СВК сменился с напорного на безнапорный. Именно поэтому возникла необходимость оценки возможности обратной закачки дренажных рассолов в СВК с учетом экономической эффективности выбранного варианта удаления стоков. Для прогноза управляемого водопо-нижения и утилизации стоков на месторождении использовалась специальная гидродинамическая модель фильтрации подземных вод, учитывающая все элементы системы дренажа и закачки рассолов, в том числе при взаимодействии с осушением карьера (рудника) и участком удаления минерализованных вод на Далдынской флексуре.
Рис. 1. Схема пьезоизогипс подземных вод СВК в районе трубки «Удачная»
Гидрогеологические условия месторождения и участков закачки
Район трубки «Удачная» относится к северной геокриологической зоне со сплошным распространением ММП, для которой характерно наличие криолитозоны (до 1050 м), состоящей из мерзлых, морозных пород и обводненной зоны с отрицательными температурами. Гидрогеологические условия месторождения определяются его приуроченностью к рифовому барьеру юго-западной окраины Далдыно-Мархинского криогидрогеологического резервуара (карбонатной банки), имеющего юго-восточное простирание [1]. Эти обстоятельства обусловили различие фильтрационно-емкостных показателей водовмещающих пород, примыкающих к кимберлитовой трубке. С севера от месторождения расположена своеобразная гидрогеологическая структура низшего порядка - Далдынская флексура, обладающая повышенными фильтрационными свойствами на уровне СВК. С южного фланга вблизи от кимберлитовых трубок (по данным сейсморазведки) выделен Октябрьский разлом.
Согласно общеизвестной схеме, устанавливающей взаимоотношение водоносных толщ и ММП, в районе существуют все типы подземных вод: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Под ярусом ММП залегают талые отложения с отрицательной температурой и различной водообильно-стью, которые представлены четырьмя водоносными комплексами, выделенными в соответствии с принципами гидрогеологической стратификации: верхнекембрийским (ВВК), среднекембрийским (СВК), нижнекембрийским (НВК) и верхнепротерозойским. Кроме того, вблизи месторождения выделяются обводненные зоны кимберлитов и траппов, характеризующиеся локальным распространением. Магматические образования рассматриваются как «гидравлические окна». Для представления особенностей гидрогеологических условий месторождения остановимся только на характеристике СВК и НВК.
Водоносный комплекс в среднекембрийских породах является основным источником обводнения ме-сторожденияи приурочен к переслаиванию карбонатным отложениям известняково-доломитовой толщи (62id) и карбонатным отложениям верхней пачки удачнинской свиты (G1-2ud2). Кровлей СВК служат кар-бонатно-глинистые отложения первой пачки мархин-ской свиты, подошвой - плотные карбонатные породы нижней части удачнинской свиты, залегающие на глубинах от -1050 до -1120 абс. м. Общая мощность во-довмещающих пород вблизи месторождения составляет около 1000 м. Пьезометрический уровень подземных вод устанавливается на отметках от +108 до +180 абс. м с напором над кровлей около 400 м. В разрезе СВК условно выделены два водоносных горизонта, обладающих повышенными фильтрационными свойствами.
Первый водоносный горизонт (СВК1) приурочен к карбонатным отложениям известняково-доломитовой толщи с максимальной мощностью около 450 м. Кровлей водоносного горизонта служат глинистые пачки карбонатных пород, залегающие на отметках -260 абс.
м. В гребневой части рифового барьера верхняя часть пачки удачнинской свиты связана с первым водоносным горизонтом. Подошвой горизонта служат плотные, практически водоупорные эпифитоновые и орга-ногенно-обломочные известняки удачнинской пачки (750 абс. м). Подземные воды находятся в коллекторах кавернозно-порового типа в известняках и доломитах с высокой пористостью (до 18%) и проницаемостью. Суммарная эффективная мощность коллекторов достигает 250 м, мощность отдельных пластов-коллекторов изменяется от 0,1 до 8-10 м. Водоприто-ки при фильтрационных опробованиях изменялись от 0,1 до 4,17 л/с. Водоносный горизонт характеризуется пластовым давлением от 4,5 до 11,8 МПа и отличается невыдержанным распространением пластов-коллекторов в плане и разрезе, а также существенной неоднородностью фильтрационных параметров. Значения коэффициента водопроводимости изменяются от 0,02 до 87 м /сут, а пьезопроводности - от 0,1х103 до 1х105 м2/сут.
Второй водоносный горизонт (СВК2) выделен в рифогенных кавернозно-трещиноватых известняках и доломитах верхней части удачнинской свиты, мощность которой составляет 450-500 м. Кровлей водоносного горизонта служат плотные эпифитоновые и органогенно-обломочные известняки удачнинской пачки, залегающие на отметках -750...-1000 абс. м. Максимальная мощность водоупорной пачки, разделяющей первый и второй горизонты, составляет около 300 м. Суммарная эффективная мощность пластов-коллекторов изменяется от первых метров до 12-15 м, что не превышает 15% от общей мощности свиты. По данным поинтервального опробования водопритоки из коллекторов составляют от 0,02 до 1,2 л/с, а коэффициент водопроводимости - от 0,024 до 0,59 м /сут. Значения пластовых давлений увеличиваются с глубиной до 15,6 МПа. С 1985 г. гидродинамический режим СВК формируется под влиянием разгрузки подземных рассолов в забой карьера и подземные горные выработки рудника.
Водоносный комплекс нижнекембрийских отложениях (НВК) вскрыт в районе скважинами ниже глубин 1350-1450 м и приурочен преимущественно к трещин-но-кавернозным коллекторам в доломитах нижней пачки удачнинской свиты (е1-2и^) и окремненным пористо-кавернозным доломитам кумахской свиты (е1кт). Кровлей водоносного горизонта являются ор-ганогенно-обломочные известняки удачнинской свиты (от -1100 абс. м), а подошвой - водорослевые известняки эмяксинской свиты (от -1330 до -1420 абс. м). Пьезометрический уровень в скважинах установился на глубинах 200-227 м. В нижней части разреза до глубины 1500 м пластовые давления достигают 15,5 МПа. Суммарная эффективная мощность пластов-коллекторов составляет около 90 м.
Разработка гидродинамической модели системы «откачка-обратная закачка» дренажных вод
С целью построения расчетной геофильтрационной модели выполнена схематизация гидрогеологических условий района, в процессе которой устанавливаются: строение области фильтрации; значения
фильтрационных параметров; пространственная структура потока; характер протекания процессов во времени; вид и значения граничных условий. Исходя из этого, были определены размеры области фильтрации, реализуемые на модели и позволяющие учитывать в процессе моделирования все режимообра-зующие факторы. Площадь исследований составила 215 км2 и определена размерами зоны влияния системы дренажа карьера и рудника «Удачный». В процессе схематизации, исследуемая область аппроксимировалась неравномерной прямоугольной сеткой с переменным шагом от 10 до 100 м. Минимальный шаг разбивки приурочен к карьеру «Удачный» с увеличением к периферии до 100 м и коэффициентом 1,1.
Схематизация гидрогеологического разреза для построения расчетной модели выполнена с учетом фактического материала по району, роли отдельных водоносных комплексов в формировании водоприто-ков к системе дренажа. В плане область фильтрации представляет собой неограниченный пласт. За Октябрьским разломом, расположенным примерно в 2 км юго-западнее месторождения, залегают слабопроницаемые отложения раннепалеозойской формации. Непосредственно к разлому с северо-восточной стороны примыкает полоса слабопроницаемых отложений СВК и НВК шириной около 2 км. В пределах данной полосы располагается Западное рудное тело. К слабопроницаемым отложениям примыкает полоса шириной 2,5 км (зона Далдынской флексуры), где развиты проницаемые породы, вмещающие Восточное рудное тело. Граница разных по проницаемости отложений проходит между Западным и Восточным телами. На остальной площади СВК и НВК имеют однородную водообильность.
Анализ гидрогеологических условий района и опыта водозащиты карьера «Удачный» позволяет сделать вывод о том, что при подземной отработке месторождения в обводнении горных выработок будут участвовать СВК и НВК, гидравлически связанные между собой, в основном, через рудные тела. В соответствии с природными условиями и применительно к существующей гидрогеологической стратификации, водонасы-щенная толща пород реализована в расчетной модели как состоящая из трех слоев, отличающихся различными фильтрационными свойствами. Верхний слой представлен СВК. Ко второму слою отнесен слабопроницаемый разделяющий слой. За третий слой принят НВК. По проницаемости слои моделировались как кусочно-однородные.
Расчетные блоки в пределах области распространения задавались «полями» фильтрационных и емкостных параметров. Режим фильтрации подземных вод в верхнем слое принят напорно-безнапорным, в слоях 2 и 3 - напорным. Таким образом, для решения задач в детальной постановке методом численного моделирования принята определенная схематизация области фильтрации. Значения расчетных параметров взяты из обобщенных данных о гидрогеологических условиях района и результатов опытно-фильтрационных работ.
Исходные параметры были уточнены в процессе
калибровки модели. Строение области фильтрации и характер решаемых задач по прогнозу водопритоков в условиях углубления фронта подземных горных работ и обратной закачки дренажных рассолов в СВК требуют рассмотрения пространственной нестационарной напорно-безнапорной фильтрации подземных вод. При этом принимаем водоносные комплексы как однородные в разрезе. Такой подход является вполне приемлемым при прогнозе водопритоков и для проведения более подробной схематизации.
При решении планово-пространственной фильтрации подземных вод задавались начальные и граничные условия (ГУ) на модели. В качестве начальных условий принималось распределение уровней подземных вод в начальный момент времени t0, задаваемых во всех точках исследуемой области фильтрации в виде известной функции координат. За начальные условия рассматриваемой задачи взяты статические пьезометрические уровни для СВК и НВК, соответствующие +180...+220 абс. м. Граничные условия задавались для всех точек (внешних и внутренних) области исследований в виде ГУ I, II и III рода. На контурах прямой гидравлической связи потока подземных вод с источниками питания и элементами дренажа реализовывались ГУ I рода:
h(x, y, z, t) = h1(t), (1)
где h1(t) - значение уровня на границе модели.
Известная величина питания или разгрузки потока подземных вод задается в виде ГУ II рода:
дк
Q( t)= - к F —, (2)
дп
где n - нормаль к границе; F - площадь поперечного сечения потока подземных вод; к - коэффициент фильтрации пород.
На участках с гидравлическим несовершенством границ задавались ГУ III рода:
Q(t) = -[h - h(md, (3)
где Q(t) - расход на границе; h(t) - известное значение напора (уровня) подземных вод на границе; h -значение напора (уровня) подземных вод в области фильтрации; Фд - величина дополнительного фильтрационного сопротивления, характеризующего гидродинамическое несовершенство источника (стока) на границе.
На границе зон неоднородностей выполняются ГУ IV рода, отражающие неразрывность функции напора и потока. Внешние граничные условия реализованы на модели ГУ III рода (H=180-220 абс. м), позволяющие учитывать расширение области фильтрации в процессе осушения водоносных горизонтов путем введения дополнительного фильтрационного сопротивления, что практически исключает погрешность, вносимую искусственным ограничением напоров по контуру внешней границы изучаемой площади. При
этом дополнительное фильтрационное сопротивление Фд определялось по формуле
Фд = А1/ВТ, (4)
где йL - расстояние, на которое «удалена» граница
параметры СВК. В процессе моделирования получен водоприток к системе дренажа карьера и рудника «Удачный» в объеме 4100 м3/сут или 171 м3/ч. Достигнутое соответствие между фактическим и модельным водопритоками характеризуется данными, приведенными в табл. 1.
Таблица 1
Соответствие между фактическим и модельным водопритоками в систему дренажа рудника «Удачный» на конец расчетного периода (2012 г.)
Водоприток в системе дренажа Дебит источника (стока), м /сут Ошибка идентификации
абсолютная, м3/сут относительная, %
Фактический 4000 100 2,5
Модельный 4100
области фильтрации, т.е. расстояние от границы области фильтрации до контура с известным напором Н(х, y, t); B - средняя ширина ленты тока в пределах реализуемого участка «дополнительной» области фильтрации; Т - средняя водопроводимость пласта в пределах участка.
Внутренними граничными условиями для рассматриваемой гидродинамической задачи служат условия на контурах дренажа, реализованные на модели ГУ I рода с поддержанием уровня -320 абс. м, соответствующей отметке дна карьера. Решение геофильтрационной задачи осуществлялось с использованием лицензионной программы «MODFLOW» системы GMS, реализующей пространственную фильтрацию подземных вод методом конечных разностей в многослойной толще для областей произвольной конфигурации с изменяющимися по закону ГУ I, II и III рода при наличии фильтрационных неоднородностей в плане, разрезе и инфильтрации. Геофильтрационный поток исследуемой области моделировался неравномерной прямоугольной сеткой, состоящей из 63206 (286x221) ячеек, каждая из которых представляет собой прямоугольную призму (параллелепипед), включающую три слоя. Центром ячейки является узловая точка. Площади ячеек изменяются от 100 до 10 000 м2.
На первом этапе моделирования выполнялась калибровка модели методом решения обратной задачи (идентификации), основной целью которой является достижение максимально возможного соответствия построенной фильтрационной модели исследуемому объекту, т.е. установление соответствия гидрогеологических процессов, протекающих на изучаемом объекте, их модельным реализациям. Идентификация модели исследуемому гидрогеологическому объекту проводилась на основе фактических данных о режиме подземных вод района за 2008-2012 гг., связанном с осушением карьера и рудника «Удачный». Соответствие получаемого на модели распределения уровней подземных вод натурному положению контролировалось по опорным точкам, в качестве которых принимались скважины режимной сети, имеющие данные о положении уровней в СВК. В ходе решения задач по воспроизведению процесса фильтрации фактической обстановке были уточнены геофильтрационные
Результаты калибровки модели фильтрации при решении обратной задачи указывают на вполне допустимую сходимость фактического положения уровней подземных вод СВК с их распределением на модели: относительная невязка модельных и фактических показателей в среднем составляет 4,5%. Относительная погрешность идентификации в определении водопри-токов к руднику не превышает 2,5%.
Прогноз развития гидродинамической ситуации на участках закачки с использованием численного моделирования
Решение задачи об условиях обводнения рудника в процессе ведении горных работ при совместной закачке дренажных рассолов в осушаемый СВК представляет собой одну из сложнейших проблем при отработке месторождения подземным способом. Разработанная в процессе калибровки гидродинамическая модель была использована для прогнозных расчетов управляемого водопонижения и утилизации дренажных рассолов. Расчетный период прогнозного моделирования охватывал отработку месторождения в пределах СВК до отметки -580 абс. м со скоростью опускания фронта горных работ 20 м/год.
Моделирование выполнялось при следующих условиях:
- условия разгрузки подземного потока дренажной системой рудника при отработке запасов первой очереди реализованы на модели ГУ I рода в виде Н = Щ т.е. постепенное снижение пьезометрического уровня подземных вод с -320 до -580 абс. м;
- обратная закачка дренажных рассолов задавалась на модели ГУ II рода (О = согБ^;
- время моделирования принималось равным 13 годам;
- шаг моделирования на весь расчетный период (Д^ задавался равным 0,1 года (36,5 сут.).
На первом этапе прогнозные расчеты выполнялись по оценке водопритоков к руднику без обратной закачки рассолов. Методика численного моделирования заключалась в воспроизведении на модели проектного графика подземной отработки. Прогноз водо-притоков к подземному руднику выполнен с учетом необходимости минимизации объемов дренажных рассолов в увязке с графиком подземной отработки месторождения. В приведенных расчетах не учитыва-
лись водопритоки за счет поверхностных вод и подземных вод ВВК, которые по фактическим данным составляют в среднем 100 м3/ч. На рис. 2 приведена схема прогнозного распределения уровней подземных вод СВК при отработке запасов первой очереди рудника в абсолютных отметках -320...-580 м (без обратной закачки дренажных рассолов в СВК).
На втором этапе решения прогнозных задач осуществлялись исследования, заключающиеся в установлении объемов закачиваемых рассолов в СВК при отработке запасов первой очереди рудника при условии, что уровни подземных вод в центре репрессивного купола на полигоне захоронения будут ниже поверхности земли. В качестве структуры для обратной закачки дренажных вод выбрана зона Далдынской флексуры, характеризующаяся повышенными фильтрационными свойствами. Захоронение дренажных вод осуществлялось в систему закачных скважин. Количество скважин, расстояние между ними, их местоположение уточнялись в процессе многовариантного моделирования на построенной численной модели. При этом лимитирующими показателями закачки являются не только приемистость скважин, но и рациональный выбор участка, при котором, с одной стороны, обеспечивалась бы техническая возможность сброса, а с другой - влияние репрессии на депресси-онную поверхность было бы минимальным, чтобы
водопритоки к горным выработкам возрастали незначительно.
Вначале решения прогнозных задач определялось оптимальное расстояние от карьера «Удачный» до полигона обратной закачки. Как показали результаты моделирования, наиболее эффективно закачные скважины размещать на расстоянии около 3 км. Увеличение расстояния приводит к уменьшению объема закачки, и, наоборот, его уменьшение способствует увеличению объема возврата удаляемых вод к системе дренажа. Затем в процессе решения прогнозных задач определялась наиболее оптимальная схема расположения скважин. Моделирование проводилось по двум вариантам: с расположением скважин в линейный ряд и 2-х контурная система скважин. Возможность утилизации объёмов стоков в одну скважину зависит не только от упругоемкости пласта и коллек-торских свойств пород, но и от физико-механических процессов, которые будут происходить в процессе закачки и влиять на приёмистость скважины. Исходя из анализа ранее полученных результатов исследований, приемистость закачных скважин задавалась 10 и 25 м3/ч. Для расчетов расстояние между скважинами соответствовало 250 м. При приемистости скважин в 10 м3/ч исследовались 2 варианта расположения скважин: в один и два линейных ряда.
Рис. 2. Прогнозное распределение уровня СВК при отработке месторождения до -580 абс. м
В процессе моделирования по первому варианту определено, что оптимальный линейный ряд состоит из 12 скважин, располагаемых на расстоянии 250 м друг от друга, длина линейного ряда - 2750 м. В за-качные скважины утилизируется 120 м3/ч дренажных рассолов, при этом водоприток к руднику возрастет на 20 м3/ч. Увеличение количества скважин (более 12) практически влияет на общий дебит закачки. В центре репрессивного купола уровень подземных вод достигнет 295 абс. м, максимальные уровни в закачных скважинах составят 315 абс. м, что выше земной поверхности. Поэтому удаление стоков производится в режиме нагнетания. При исследовании по второму варианту скважины располагались в 2 линейных ряда с длиной 1250 м по 6 скважин в каждом. Оптимальное расстояние между рядами определено в процессе моделирования и составило 500 м. В закачные скважины утилизируется 120 м3/ч дренажных рассолов, при этом водоприток к руднику увеличится на 20 м3/ч. В центре репрессивного купола уровень подземных вод достигнет 300 абс. м, максимальные уровни в эксплуатационных скважинах нижнего ряда будут 320 м, что выше земной поверхности. Поэтому удаление рассолов производится в режиме нагнетания. Для дальнейших исследований принимается расстояние между рядами закачных скважин равное 500 м.
При приемистости скважин 25 м3/ч закачка осуществлялась в 6 скважин, расположенных в 2 ряда, с расстоянием между скважинами до 500 м. В скважины закачивается 150 м3/ч дренажных рассолов, водоприток к руднику увеличивается на 25 м3/ч, что составляет 17% от объема удаляемых рассолов. По результатам моделирования в центре репрессивного купола уровень подземных вод поднимется до 300 абс. м, максимальные уровни в закачных скважинах составят 320 м, что выше земной поверхности, поэтому сброс рассолов производится в режиме нагнетания. Дальнейшие исследования выполнялись только для системы закачки, состоящей из 6 скважин. Полигоны захоронения располагали по обе стороны от карьера «Удачный» в зоне Далдынской флексуры (Восточный
<}м3/ч 400
300
200
и Северо-Западный полигоны). Как показали результаты моделирования, интенсивность закачки дренажных рассолов на весь период отработки запасов первой очереди рудника «Удачный» составит порядка 150 м3/ч с приемистостью скважин 25 м3/ч, при этом водоприток к руднику на конец отработки увеличится на 30 м3/ч, что составляет 20% от объема закачки.
Кроме этого, на численной модели был исследован вариант одновременной эксплуатации двух полигонов захоронения дренажных рассолов карьера и рудника «Удачный» в СВК. Результаты моделирования показали, что объем закачки дренажных рассолов в свободном режиме сброса на весь период отработки запасов первой очереди рудника «Удачный» составит около 300 м3/ч при приемистости скважин - 25 м3/ч. Одновременно водоприток к руднику на конец отработки увеличится на 60 м3/ч, что составляет 20% от объема закачки (рис. 3). Таким образом, оценена возможность одновременной эксплуатации полигонов захоронения дренажных вод в СВК. На рис. 4 показано прогнозное распределение уровня подземных вод СВК при отработке запасов рудника «Удачный» первой очереди (до отметки -580 абс. м) и одновременной закачке дренажных рассолов сразу на двух полигонах захоронения (Восточном и Северо-Западном).
Результаты разных вариантов экспериментов с использованием моделтрования показали, что обратная закачка рассолов в СВК осуществима, однако захоронение дренажных стоков сопровождается рядом трудностей, решение которых приводит к невысокой ее эффективности (табл. 2). К отрицательным сторонам данного способа удаления жидких отходов, прежде всего, следует отнести: малую водоприемистость скважин, которую можно компенсировать только поддержанием избыточных устьев давлений; частичный (до 20%) возврат сброшенных вод в карьерное поле через водоносные пласты; высокую стоимость сооружения нагнетательных скважин; необходимость одновременного использования большого количества во-допоглащающих скважин и другие факторы.
с одновременной закачкой на двух полигонах
без закачки
100
о
Горизонт отработки, м абс.
-320 -380 -480 -580
Рис. 3. График изменения водопритоков к руднику «Удачный» при отработке запасов 1 очереди
Рис. 4. Прогнозное распределение уровня подземных вод СВК при отработке запасов рудника«Удачный» до отметки -580 абс. м и закачке дренажных рассолов на Восточном и Северо-Западном полигонах захоронения
Основные показатели способов удаления дренажных рассолов трубки «Удачная»
Таблица 2
Технологические показатели Захоронение в мерзлых породах Закачка в водоносный комплекс
Используемая среда в породах гравитационная деформационная
Режим закачки на устье скважин безнапорный напорный
Глубина скважин, м 100-300 600-1000
Приемистость скважин при безнапорном режиме, м3/ч 50-250 5-10
Гидрогеологический мониторинг на полигонах по: скважинам гидродинамический
прилегающей речной сети гидрохимический
Себестоимость м3 рассолов, удаленного в недра, усл. ед 1 30-50
Это является основанием дальнейшего продолжения работ по захоронению дренажных рассолов в ММП для Удачнинского ГОКа. При выполнении основного условия использования коллекторов в ММП -безнапорный режим сброса стоков с поддержанием их уровней в формирующемся резервуаре на опреде-
ленных экологически безопасных отметках, исключающих разгрузку рассолов в эрозионные врезы, то этот метод наиболее приемлем, что и показывает опыт эксплуатации полигонов захоронения в Удачнинском ГОКе на протяжении многих лет. В то же время закачка минерализованных вод в глубокие горизонты крио-
литозоны с экологических позиций оценивается несколько безопаснее, и может, в дальнейшем, быть востребованной с учетом заполнения имеющихся вблизи месторождения подземных резервуаров в ММП.
Заключение
В своей деятельности на территории Западной Якутии АК «АЛРОСА» постоянно разрабатывает и осуществляет одно из стратегических направлений -создание малоотходных технологий при отработке алмазных месторождений, учитывающих экологические аспекты. При принятии решения о месте захоронения дренажных рассолов необходимо сделать обоснованный выбор из множества альтернативных вариантов, а также учесть особенности криогидрогео-логических условий, в которых осуществляется процесс утилизации. За 28-летний период осушения месторождения вблизи карьера сформировалась многокилометровая депрессионная воронка с изменившимся гидродинамическим режимом в подземной гидросфере. Поэтому была отстроена гидродинамическая модель и проведены многовариантные эксперименты с использованием численного моделирования. Выполненные прогнозные расчеты по программе «MODFLOW» показали, что закачка стоков карьера и
рудника «Удачный» в СВК на участках Далдынской флексуры возможна, однако ее реализация увеличит водопритоки к дренажной системе рудника за счет возврата закачиваемых вод к подземному дренажному контуру на 20%.
Гидрогеологическая изученность Далдынской флексуры в настоящее время позволяет оценить возможность закачки всех объемов сточных вод карьера и рудника. Считается, при условии удаления дренажных вод в СВК целесообразным на первом этапе осушения рудника, часть рассолов утилизировать на одном из построенных полигонов. В данный период будут конкретизированы приемистость скважин, режим осушения и обратной закачки стоков. Существующий в настоящее время прогноз позволяет считать, что структура СВК на Далдынской флексуре обеспечит отработку запасов блока № 1. Если приемистость за-качных скважин окажется значительно меньше, то возникнет необходимость утилизировать избыток стоков на другом участке (например, на полигоне захоронения в ММП). Поэтому водоприемистость эксплуатационных скважин и режим обратной закачки на полигонах Далдынской флексуры будут оптимизированы на первом этапе осушения рудника «Удачный».
Библиографический список
1. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология промышленных стоков в криолитозоне (на примере Якутской алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во части Сибирской платформы). Якутск: Изд-во СВФУ, 2011. ИГТУ, 2008. 507 с. 416 с.
2. Дроздов А.В. Природные и техноприродные резервуары
