CC BY
8
24. Khomenko O.E., Lyashenko V.I. Improving the geomechanical safety of underground mining of complex-structured deposits // Vestnik MGTU im. G.I. Nosova. 2018. No. 2. pp. 14-21.
25. Ustinov S.N. Modern deformations of the Earth's surface in the transition zone of the Tajik depression to the Southern Tien Shan by geodesic measurements on geodynamic polygons of Tajikistan // Collection of scientific tr. 1st International. seminar "Stresses in the lithosphere (global, regional)". Moscow: IGiRGI, 1994. pp. 195-196.
26. Shadrin M.A. Management of the impact-hazardous state of tectonically disturbed bauxite deposits: dis. ... candidate of Technical Sciences. TAKE A LOOK. - St. Petersburg, 1994.
27. Zoteev O.V. Modeling of cracks in the calculations of the stress-strain state of rock massifs // Izv. UGGGA. Ser. Mining. 2000. Issue 11. pp. 252-259.
УДК 622.51
ПУТИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОДООТЛИВНОГО ХОЗЯЙСТВА РУДНИКА «УДАЧНЫЙ»
Н.П. Овчинников, И.В. Зырянов
Рассмотрены закономерности образования взвешенной и выпавшей в осадок твердой фазы водопритока при подземной разработке кимберлитовой трубки с этажным обрушением кимберлитовой породы. Полученные результаты исследований будут полезны для разработки эффективного в плане практического применения технологических решений по осветлению шахтных вод и дальнейшему сгущению ило-шламовой пульпы.
Ключевые слова: кимберлитовый рудник, шахтная вода, твердая фаза воды, водосборные горные выработки, заиление, концентрация механических примесей в воде.
Введение. Подземный рудник «Удачный» является первым и на данный момент единственным отечественным рудником, где используется технология добычи кимберлитовой породы с этажным обрушением [1, 2]. В перспективе в АК «АЛРОСА» (ПАО) планируется использовать данную технологию при подземной отработке кимберлитовой трубки «Юбилейная».
Практика показывает, что рассматриваемая технология имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной (камерно-целиковой) технологией с закладкой выработанного пространства, где одним из основных является обеспечение высокой производительности рудника [3]. Рудник «Удачный» является наиболее производительным отечественным кимбер-литовым рудником. Его проектная мощность составляет 4 млн тонн/год.
На рассматриваемом руднике по сравнению с другими отечественными кимберлитовыми рудниками наблюдается более значительное содержание механических примесей в шахтных водах [4, 5]. Это негативно
сказывается на работоспособности горного оборудования, в первую очередь центробежных насосов водоотливных установок [6-9].
Для минимизации содержания твердых частиц в шахтных водах, откачиваемых из рудников АК «АЛРОСА» (ПАО), используется традиционная технология их осветления. Под такой технологией следует понимать аккумулирование и дальнейшее отстаивание шахтных вод в водосборных горных выработках, входящих в структуру водоотливных установок рудника, чья длительность ¿от (ч) прямо пропорциональна их емкости Квгв (м3):
' от = ^ . (1)
qн - нормальный общий или участковый водоприток, м3/ч.
Емкости водосборных горных выработок систем главного и участкового водоотлива (табл. 1) соответствуют требованиям «Единых правил безопасности» (ЕПБ), так как выполняются предъявляемые к ним требования касаемо показателя ¿от:
- для главного водоотлива
¿от ^ 4 ч, (2)
- для участкового водоотлива
¿от ^ 2 ч. (3)
Несмотря на соблюдение требований ЕПБ, для рассмотренных водосборных горных выработок характерна низкая осветляющая способность. Работа на загрязненной шахтной воде негативно сказывается на долговечности насосного оборудования, снижая тем самым, надежность функционирования водоотливной установки.
Таблица 1
Краткая информация о рабочих параметрах водосборных горных выработок главного и участкового водоотлива
Водосборная горная выработка Vвгв tот
Осветляющий резервуар № 3 + Водосборник № 1, главный водоотлив 1680 м3 4,8 ч
Осветляющий резервуар № 3 + Водосборник № 2, главный водоотлив 1880 м3 5,4 ч
Осветляющий резервуар № 4+ Водосборник № 1, главный водоотлив 1800 м3 5,1 ч
Осветляющий резервуар № 4+ Водосборник № 1, главный водоотлив 2000 м3 5,7 ч
Водосборник № 1, участковый водоотлив 200 м3 5 ч
Водосборник № 2, участковый водоотлив 200 м3 5 ч
В настоящее время средняя концентрация механических примесей в шахтных водах на выходе из водосборников главной и участковой водоотливных установок рудника составляет 17 и 24 г/л при предельно допустимом значении 2,4 г/л (при средней плотности шахтной воды, равной 1200 кг/м3).
Концентрация механических примесей k (г/л) в шахтных водах имеет тесную взаимосвязь с производственной мощностью рудника А (млн т/год), что подтверждается линейными уравнениями регрессии k = 3,3232А + 4,54 и к = 4,2418А + 6,48 (рис. 1).
Рис. 1. Зависимости влияния производственной мощности рудника А на концентрацию механических примесей в шахтных водах на выходе из водосборников водоотливных установок к.: 1 - главный водоотлив;
2 - участковый водоотлив
Высокая корреляция между показателями А и к объясняется тем, что главным источником загрязнения шахтных вод является кимберлито-вая порода, просыпанная или смытая с лент магистральных конвейеров и питателей комплексов загрузки скипа в результате отказов их отдельных элементов, чей объем увеличивается с ростом производительности рудника.
На повышение показателя к с 7 г/л до 17 г/л (рис. 1) в условиях главного водоотлива повлиял не только выход рудника на проектную мощность.
Известно, что интенсивное заиление водосборных горных выработок способствует выносу большого количества взвешенных твердых частиц [6].
Установлено, что объем осевшей ило-шламовой пульпы в водосборных горных выработках главной водоотливной установки ¥ш (м3) с ростом производственной мощности рудника А (с 0,645 до 4 млн т/год) увеличился на 7 % (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость влияния производственной мощности рудника А на объем ило-шламовой пульпы Ут в условиях главного водоотлива
Такой рост объясняется повышением скорости движения шахтной воды на входе в осветляющие резервуары ирез - на ~ 27 % (рис. 3, а) и уменьшением длительности ее отстаивания в ветви ¿от - на ~ 20 % (рис. 3, б).
а б
Рис. 3. Динамика изменения скорости движения шахтной воды на входе в осветляющие резервуары ирез и длительности ее отстаивания в ветви ит в условиях главного водоотлива
Изменениям скорости и длительности отстаивания шахтных вод способствует рост участкового водопритока дуч (рис. 4), основным источником формирования которого является техническая вода, используемая при орошении кимберлитовой породы в процессе ее транспортирования до комплекса загрузки скипа. В настоящее время доля участкового водопритока составляет около 10 % в разрезе общего водопритока в рудник.
Рис. 4. Динамика изменения участкового водопритока qуч
К более существенному увеличению объема осевшей ило-шламовой пульпы в водосборных горных выработках главного водоотлива, а соответственно с этим - к еще большей концентрации взвешенных твердых частиц в шахтных водах может привести заметное повышение общего водопритока в рудник из-за дополнительного проскока карьерных вод с апреля по сентябрь.
Скорость шахтной воды «кан (м/с), воздействующей при движении по водоотливным канавкам с поперечным сечением 5* на осевшую кимбер-литовую породу в июле-месяце (в этом месяце обычно наблюдаются максимальные водопритоки) в среднем увеличивается приблизительно в 1,5 раза по сравнению с месяцами с отрицательными температурами (рис. 5, а - г):
_ Ч Укан 3600 5
(4)
где д - общий водоприток в рудник, м3/ч.
Такая повышенная скорость и кан способствует большему выносу твердых частиц в водосборные горные выработки. Как видно из результатов анализа проб шахтных вод, отобранных на входе в водосборники главной водоотливной установки рассматриваемого рудника в период с января 2019 г. по октябрь 2020 г., объемное содержание твердых частиц в шахтных водах Соб в период максимального водопритока может увеличиваться до 9 % (рис. 6).
а
б
0,6 0,5 0.4 0,3 0,2 ОД 0
^ ,
Л-
Л л\
1,2
0,8 0,6 0,4 0,2 О
л" „с?' л
^ V V ^ V ^ V if <у-
^ ¿SS .¿s: jß &
сО>
V V V
0#
cC^ cC^ cO^ ^ cC>
f T Г T n>
v С)4 ^ „\
# # #
-p
Дата
Дата
в г
Рис. 5. Динамика изменения скорости шахтной воды и кан при ее движении по водоотливным канавкам: а - январь; б - февраль;
в - март; г - июль
Рис. 6. Динамика изменения объемного содержания твердых частиц в шахтных водах Соб и суточного общего водопритока qcym в рудник: 1 - объемное содержание твердых частиц в пробе; 2 - общий суточный
водоприток в рудник
Одним из путей снижения концентрации механических примесей в шахтных водах, откачиваемых насосным оборудованием главного водоотлива, является снижение объема осевшей ило-шламовой пульпы в водосборниках участковой водоотливной установки Ууч (м3), величина которого связана с производственной мощностью рудника A (млн т/год) зависимостью Куч = 1106,8,4 + 4479,8 (рис. 7).
¡5
о
С2
0
2 2
™ д
1 ё
s |
гв С"
I.O
О
4000 -1-1-1-1-1
0 1 2 3 4 5
Производственная мощность рудника А, млн т/год
Рис. 7. Зависимость влияния производственной мощности рудника A на объем ило-шламовой пульпы Ууч в условиях участкового
водоотлива
Для снижения объема осевшей пульпы Ууч на рудник в свое время была приобретена самоходная вакуумная установка «TransVers Vac» фирмы «Hencon». Практика свидетельствует об частых отказах установки в период опытно-промышленных испытаний в связи с чем в настоящее данное оборудование не используется.
Для решения поставленной задачи авторами предложено следующее техническое решение (рис. 8). Погружной насос 1, установленный в начальной части водосборника 2, которая огорожена от всей остальной его части естественной насыпью 3, откачивает поступающие из водоотливной канавки 4 шахтные воды и подает ее в напорный гидроциклон 5. Осветленная в гидроциклоне шахтная вода поступает в основную часть водосборника и затем откачивается насосным оборудованием 6 участковой водоотливной установки на горизонт «- 580» (водосборные горные выработки главного водоотлива). Наиболее крупные механические примеси, выходящие вместе с шахтной водой из песковой насадки гидроциклона, поступают на вибросито 7, в котором происходит процесс их обезвоживания. После обезвоживания твердых частиц оставшаяся осветленная шахтная вода самотеком поступает в водоотливную канавку. Сам обезвоженный твердый продукт в дальнейшем вывозится самоходной техникой в комплекс загрузки скипа.
Рис. 8. Схема работы предлагаемого технического решения: 1 - погружной насос; 2 - водосборник; 3 - насыпь; 4 - водоотливная
канавка; 5 - напорный гидроциклон; 6 - секционный насос;
7 - вибросито
Хочется отметить, что минимизация объема осевшей ило-шламовой пульпы Ууч, которая в дальнейшем удаляется ПДМ, а затем транспортируется вместе с кимберлитовой породой через скиповой ствол на дневную поверхность, также будет способствовать повышению производственной мощности рудника, а соответственно с этим - уменьшению недополученной прибыли в связи с разубоживанием породы.
Заключение
1. Фактическая концентрация механических примесей в шахтных водах, откачиваемых насосным оборудованием водоотливного хозяйства рудника «Удачный», превышает допустимое значение в 7 - 10 раз, несмотря на соблюдение требований ЕПБ, предъявляемых к вместимости водосборных горных выработок.
2. На руднике «Удачный» количество взвешенной и выпавшей в осадок твердый фазы шахтных вод зависит от производственной мощности предприятия и величины водопритока в водосборные горные выработки, что подтверждается результатами регрессионной статистики.
3. Для снижения объема осевшей ило-шламовой пульпы в условиях участкового водоотлива рудника «Удачный» предложено техническое решение по удалению крупных механических примесей из шахтных вод.
Список литературы
1. Анисимов К.А. Геомеханические проблемы при разработке под-карьерных запасов алмазосодержащих месторождений в условиях рудника «Удачный» // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С.29-36.
2. Коваленко А.А., Тишков М.В. Оценка подземного способа отработки месторождения трубки «Удачная» с применением системы с само-
обрушением // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 12. C. 134-145.
3. Зельберг А.С., Зырянов И.В., Бондаренко И.Ф. Современные и перспективные технологии при разработке месторождений алмазов // Горная промышленность. 2019. № 3(45). C. 26-31.
4. Овчинников Н.П., Смыслов А.Г. Повышение ресурса секционных насосов главного водоотлива подземного кимберлитового рудника «Удачный» // Вестник машиностроения. 2018. №. 9. С. 48-52.
5. Овчинников Н.П., Смыслов А.Г. Некоторые проблемы эксплуатации насосов главного водоотлива подземного рудника «Удачный» // Горный информационно-аналитический бюллетень. Специальный выпуск. Геомеханические и геотехнологические проблемы освоения недр Севера. 2017. № 24. C. 83-92.
6. Корпачев В.В., Харьков А.В., Березин С.Е. Технологии очистки шламоотстойников с использованием погружных насосов // Горная промышленность. 2013. № 1(107). C. 58-59.
7. Долганов А.В. Гидроабразивный износ и экономичность водоотливных установок шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 5 (спец. вып. 9). С. 3-8.
8. Erosion wear in impeller of double-suction centrifugal pump due to sediment flow / Z. Shen, R. Li, W. Han, H. Quan // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. № 13(4). Р. 1131-1142.
9. Case study: Effects of sediment concentration on the wear of fluvial water pump impellers on Brazil's Acre River / R. Serrano, L. Santos, E. Viana, C.B. Martinez // Wear. 2018. № 408. Р. 131-137.
10. Ovchinnikov N.P. Removal of fine suspended solids from mine waters of the udachy underground kimberlite mine by sedimentation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. 808(1). 012122.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доц., директор, ovchinnlar1986@,mail.ru, Россия, Якутск, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
Зырянов Игорь Владимирович, д-р техн. наук, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Мирный, Мирнинский политехнический институт (филиал), СевероВосточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
STUDY OF ONE OF THE PROBLEMS OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT
OF THE UDACHNYMINE
N.P. Ovchinnikov, I.V. Zyryanov
The regularities of the formation of a suspended and precipitated solid phase of water inflow during underground mining of a kimberlite pipe with a storey collapse of kimberlite rock are considered in article. The research results will be useful for the development of ef-
fective in terms ofpractical application of technological solutions for the clarification of mine waters and further thickening of slurry and mud.
Key words: kimberlite mine, mine water, solid phase of water, catchment mine workings, siltation, concentration of mechanical impurities in water.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, associate professor, director, ovchinnlar1986@,mailru, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov,
Zyryanov Igor Vladimirovich, doctor of technical sciences, head of chair, [email protected], Russia, Mirny, Mirninsky Polytechnic Institute (branch) of the Northeastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Anisimov K.A. Geomechanical problems in the development of quarry reserves of diamond-bearing deposits in the conditions of the Udachny mine // Successes of modern natural science. 2020. No. 5. pp.29-36.
2. Kovalenko A.A., Tishkov M.V. Evaluation of the underground method of mining the Udachnaya tube deposit using a system with self-destruction // Mining information and Analytical Bulletin. 2016. No. 12. pp. 134-145.
3. Zelberg A.S., Zyryanov I.V., and Bondarenko.F. Modern and promising technologies in the development of diamond deposits // Mining industry. 2019. No. 3(45). pp. 26-31.
4. Ovchinnikov N.P., Smyslov A.G. Increasing the resource of sectional pumps of the main drainage of the underground kimberlite mine "Udachny" // Bulletin of Mechanical Engineering. 2018. No. 9. pp. 48-52.
5. Ovchinnikov N.P., Smyslov A.G. Some problems of operation of pumps of the main drainage of the Udachny underground mine // Mining information and analytical bulletin. Special issue. Geomechanical and geotechnological problems of the development of the subsoil of the North. 2017. No. 24. pp. 83-92.
6. In Korpachev.V., And Kharkov.V., Berezin S.E. Technologies for cleaning sludge tanks using submersible pumps // Mining industry. 2013. No. 1(107). pp. 58-59.
7. Dolganov A.V. Hydroabrasive wear and efficiency of drainage installations of mines and mines // Mining information and analytical bulletin. 2019. No. 5 (special issue 9). pp. 3-8.
8. Erosive wear of the impeller of a centrifugal pump with double suction due to sediment flow / Z. Shen, R. Li, U. Han, H. Kuan // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. No. 13(4). pp. 1131-1142.
9. Case study: The influence of sediment concentration on the wear of impellers of river water pumps on the Acre River in Brazil / R. Serrano, L. Santos, E. Viana, K.B. Martinez // Wear. 2018. No. 408. pp. 131-137.
10. Ovchinnikov N.P. Removal of fine suspended solids from the mine waters of the underground kimberlite mine "Udachny" by deposition // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. 808(1). 012122.
