CC BY
44
Радиус нижнего основания усеченного конуса можно определить на основании следующего нера-венства, учитывая, что высота гребней после выпуска рудной массы не может быть больше, чем к началу разубоживания:
К^п ^ 2 +1 - .0 к 1п^2 +1 - ,0 ^. (17)
При условии равенства высоты гребней показатель крутизны второго откоса конуса можно опре -делить из выражения
(18)
где Г - радиус выпускного отверстия.
В случае, если значение К\ из выражения (16) после подстановки в него значения г\ будет больше, чем соответствующее значение из выражения (18), то радиус нижнего основания меньше радиуса выпускного отверстия. Для его определения необходимо решить совместно систему уравнений (16) и (18).
Подставляя значение к1 из (18) и (16), заменив значение г0 на г 1 получим радиус нижнего основа -ния воронки внедрения и по (18) определим показатель крутизны к\. Если же значение к\ из (16) после подстановки значения г = Г1 будет меньше соответствующего значения из (18), то радиус нижнего основания равен радиусу выпускного отверстия.
УДК 556.3 Кусова Ж.Г.
РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫХ ВОД КАК НАИБОЛЕЕ ЭКОЛОГИЧНЫЙ И ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДР
Сложно переоценить влияние, которое ока -зывает энергетическая сфера на жизнедеятельность населения и национальную безопасность. Энергетика - это основа промышленности всего мирового хозяйства. Поэтому последствия влияния энергетики на экологию Земли носит гло-бальный характер. Воздействие энергетики на окружающую среду разнообразно и определяется ввдом энергоресурсов и типом энергоустановок. Приблизительно % всех потребляемых энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики Остальные % приходятся на промышленное и бытовое тепло, транспорт, металлургические и химические процессы [1].
Все более нарастающий дефицит энергии и ограниченность ископаемых ресурсов, в т.ч. и топливных, привели к неизбежному переходу к нетрадиционным, альтернативным источникам сырья и энергии.
В подтверждение этого тезиса приведем только три следующих основных аспекта:
- экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую сре-ду добычи и переработки традиционных ресурсов;
- экономический: переход на альтернативные технологии в промышленности и энергетике по -зволит уменьшить в общем балансе потребления долю не воз обновляемых ресурсов. Кроме того, стоимость ресурсов и энергии, производимых с помощью многих альтернативных источников, особенно в ресурсо- и энергодефицитных районах уже сегодня ниже, как правило, стоимости ресурсов и энергии, получаемых из традиционных источников , да и сроки окупаемости альтернативных электростанций нередко существенно короче;
- политический: та страна, которая первой в полной мере освоит энергетику, использующую альтернативные источники, получит признание , повысится ее роль и значимость в мировом сообществе.
В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к нетрадицион-
ным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океанов, энергия биомассы, древесины, древесного угля, тяглового скота , энергия больших и малых водотоков и т.д.
Пригодность теплоэнергетических вод как источника энергии определяется, прежде всего, их энергетическим потенциалом, общими запа-сами и дебитом буровых скважин, химическим составом, минерализацией и агрессивностью вод, наличием потребителя и его отдаленностью, температурным и гидравлическим режимами бу-ровых скважин, фильтрационными способностями пород-коллекторов, глубинами залегания водонос ных пластов и их характеристиками, возможностью утилизации отработанных вод и т.д.
Сегодня геотермальные ресурсы как альтернативный источник для производства электроэнергии используют в более чем 50-ти странах мира.
Первая электростанция, работающая на гвдро-термальных ресурсах, была построена в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера, который еще в 1827 г. составил проект использования многочисленных в этом районе горячих ис-точников. В наши дни мощность станции достигла достаточно внушительной величины - 360 МВт.
Ведущее место в мире по количеству ГеоТЭС и мощности вырабатываемой на них электроэнергии занимают США (3,3 тыс. МВт, более 40% действующих мощностей в мире). В 120 км от г. Сан-Франциско находится геотермальная станция мощностью 500 МВт.
А такая страна, как Иславдия полностью обеспечивает себя энергией, полученной из недр Земли. Других источников энергии в Иславдии практически нет. Мощность геотермальной отопительной системы составляет 350 МВт.
В Новой Зелавдии существует электростанция, работающая от энергии Земли, в районе Вайракеи, ее мощность - 160 МВт.
Как уже отмечалось [2, 3], на сегодняшний день реальной базой для развития в нашей стране геотермальной теплоэнергетики являются гидрогеотермальные ресурсы, масштабы которых определены по результатам региональной оценки экс -плуатационных запасов термальных вод. Указанная оценка дает представление о значимости этого ввда ресурсов в топливно-энергетическом балансе отдельных экономических районов и страны в целом , об основных укрупненных технико-экономических показателях их освоения, а также возникших при этом экологических проблемах.
Принципиально новые перспективы теплоэнер-гетического использования термальных вод откры-
ваются при внедрении геоциркуляционной техно -логии их извлечения, позволяющей одновременно решать вопросы безопасносного для природы сброса вод. При применении этой технологии эксплуатационные запасы термальных вод пластовых водонапорных систем, рассчитанные только для вод с минерализацией до 35 г/л и температурой более 50°С, на площади, где эти воды самоизлива-ются, и при плотном размещении водозаборов составляют по теплу до 298 млрд ГДж/год, что эквивалентно сжиганию 10 млрд т у.т./год [4, 5].
В России имеющиеся запасы геотермальной энергии представлены двумя разновидностями: па -рогидротермы вулканических районов и энергетические термальные воды с температурой 60-200°С в платформенных и предгорных районах.
В нашей стране первая Паужетская ГеоТЭС была создана в 1967 г. на южной оконечности Камчатки, мощностью 5 МВт, доведенная впоследствии до мощности 11 МВт. Пробуренные в Паужетской геотермальной системе десятки скважин в суммарном объеме производят пароводяную смесь в количестве, достаточном для расширения Паужетской ГеоТЭС до 25 МВт.
Экономический кризис 90-х годов прошлого века сказался и на сфере использования невозоб-ляемых источников энергии Несмотря на все трудности переходного периода, всё же удалось сохранить научно-технический потенциал и освоить выпуск новой продукции. Так, в ОАО «Калужский турбинный завод» производятся конденсационные блок-модульные ГеоТЭС мощностью 4 и 20 МВт. Три таких блока «Туман-4К» по 4 МВт смонтированы на Верхне-Мутновской ГеоТЭС на Камчатке. В качестве теплоносителя используется пар Мутновского месторождения давлением
0,8 МПа. Строительство Верхне-Мутновской ГеоТЭС было начато в 1995 г. и завершено в 1999 г. В настоящее время мощность введенной в эксплуатацию Г еоТЭС составляет 12 МВт.
На Мутновской ГеоТЭС, проектная мощность которой составляет 80 МВт, будут уста -нов лены ещё 4 энергомодуля «Камчатка-20» мощностью по 20 МВт. Строительство ГеоТЭС начато в 1992 г. на 2-х площадках, на каждой из которых располагается главный корпус с двумя энергоблоками.
В 1989 г. на Северном Кавказе была создана опытная Ставропольская ГеоТЭС с использованием двухконгурных энергоустановок. В качест-ве теплоносителя применяется термальная вода с температурой 165°С, добываемая с глубины 4,2 км. Технологическая схема ГеоТЭС была разработана в ЭНИН им. Кржижановского.
Кроме указанных геотермальных теплоэлек-
тростанций разработан проект и выполнено технико-экономическое обоснование Океанской ГеоТЭС на о. Итуруп в Сахалинской области суммарной мощности 1-й и 2- й очередей 30 МВт. Находится в эксплуатации Курильская ГеоТЭС мощностью 0,5 МВт.
Преимуществом использования ГеоТЭС является и их экологичность. Отработанные термальные воды закачиваются назад в подземные горизонты, что обеспечивает экологическую безопасность региона и стабильность технологического цикла. ГеоТЭС имеют значительно меньшие количества вредных выбросов в атмосферу - типичная геотермическая станция производит выброс С02 на 1 МВт-ч выработанной энергии в объёме 0,45 кг, тогда как теплоэлектростанция, работающая на природном газе, -464 кг, на мазуте - 720 кг, на угле - 819 кг. Для установки ГеоТЭС необходимы сравнительно меньшие, чем для строительства традиционных ТЭС, участки земли, их можно проектировать и размещать на любых землях.
В недрах Северного Кавказа содержатся огромные запасы тепловой энергии, заключенной в подземных водах. Малочисленные примеры практического использования этой энергии огра-ничиваются не более чем пятью, максимум десятью, пунктами на всю территорию. При этом в подавляющем большинстве пунктов термальные воды используются в бальнеологических целях. Значительно реже эти воды применяются для удовлетворения технических и народнохозяйственных нужд предприятий, а также для питья. Совсем редко термальные воды Предкавказья используются для теплофикации отдельных зданий. Ни один достаточно крупный населенный пункт не теплофицирован горячими или перегре-тыми подземными водами полностью. Тепловая энергия этих вод практически не используется для выборки электроэнергии.
Необходимо, правда, отметить, что широкое распространение в Предкавказье нефтяных и газовых залежей, приуроченных к породам раз -личного возраста, создает определенные трудности при выборе районов и горизонтов для практического использования термальных вод. Многие из них гидравлически связаны с нефтяными или газовыми залежами. Во избежание снижения пластовых давлений в залежах большие отборы таких термальных вод проводить нецелесообраз-но до полного извлечения из пласта жвдких и газообразных полезных ископаемых, но это становится возможным в дальнейшем после отработки основного полезного ископаемого.
Проблемы энергетической сферы и её обеспе-
ченности, в т.ч. и ресурсной, в Республике Северная Осетия-Алания (РСО-Алания) столь же актуальны, как и во многих других регионах страны.
Годовая потребность энергии РСО-Алания, сучетом численности населения и современного состояния экономики, составляет порядка 5 млрд кВт-ч [6].
Очевидно, что нельзя решить задачу полного энергообеспечения республики в ближайшие го -ды только за счет гвдроэнергетических ресурсов собственной территории, потенциал которого сопоставим с потребностью. В связи с этим необходимо изыскивать и другие имеющиеся на территории ресурсы для решения проблемы энергообеспечения РСО-Алания, в том числе и геотермические ресурсы.
На территории республики известно два основных типа геотермальных ресурсов - гидротермальные (термальные воды, пароводяные смеси и перегретый пар) и петрогеотермальные (тепло сухих горных пород с температурой свыше 350° С).
Что касается петрогеотермальных ресурсов, то в первую очередь речь вдет об использовании энергии сухих горячих город, расположенных на небольших глубинах (до 2-3 км) на площадях развития молодых интрузий (неоингрузий) гра-нодиоригового состава с абсолютным возрастом в 2-2,5 млн лет.
Скорость остывания неоингрузий, по расчетным данным, составляет от 180 до 200° С в тече -ние 1 млн лет, что, в свою очередь, во многом зависит от параметров неоингрузий и степени их эр од ированности.
Зная, что начало кристаллизации расплава в неоингрузиях такого состава происходит при температуре 820°С и учитывая их возраст, вполне реально вскрытие «сухих пород» с температурой до 250-300°С на глубинах 2-2,5 км.
На территории РСО-Алания в её горной части известен ряд неоингрузий, выходящих в том числе и на дневную поверхность: Мвдаграбин-ский, Теплинский, Сонгутидонский и не выходящий на дневную поверхность, Танадонский.
Заложение буровых скважин на них вполне возможно в непосредственной близости от экс -плуатируемых дорожных магистралей и ЛЭП на экономически наиболее освоенных территориях.
Работы, проведенные в этой области, как в нашей стране, так и за рубежом показывают возможность создания эффективных геотермальных станций для получения тепловой и электриче-ской энергии при использовании теплоты горных пород, расположенных на глубинах 2-4 км.
Такие станции уже действуют в США (Фен-
тон-Хилл, вблизи Лос-Аламоса) и Франции (Эльзас). На юге Чили подобная станция строится на базе скважины глубиной 2,5 км с температурой на забое в 280°С.
Российский опыт проведения исследований в этом направлении, к сожалению, единичен - это скважина в г. Тырны-Аузе (Кабардино-Балкарская Республика) глубиной 4002 м. Там залегают гра-нигоиды Эльджуртинского неотрузивного ком -плекса, возраст которого определен 2,4 млн лет. Температура сухих пород на забое составляла 232°С. Был осуществлен гвдроразрыв горного массива с образованием обширной трещины («сухого котла»). Горячая вода из скважины использовалась для отопления жилых и производственных помещений. Опытные работы были остановлены из-за отсутствия ассигнований [6].
Проведённый предварительный технико-экономический анализ использования тепловой энер-гии сухих горячих пород в районе г. Тырны-Ауз с помощью геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) показывает возможность сравнительно быстрой окупаемости капитальных вложений.
Анализ информации по изученности геотермального потенциала Республики Северная Осе-тия-Алания позволяет сделать следующий вывод - значительная часть территории располагает ресурсами термальных вод, изучению которых до настоящего времени не уделялось должного внимания.
Единственная практическая попытка по изучению геотермальных вод на территории РСО-Алания, как уже указывалось автором [2], была предпринята в 1979 г. Тогда были приняты «Перспективный план и Программа поисково-разведочных работ на термальные воды на территории Северная-Осетинской АССР на 1981-1985 гг.». В соответствии с этой «Программой...», планировалось использование термальных вод с температурами от 40 до 90°С и объемами добычи до 10 тыс. м3/сут. для восьми крупных потребителей. Среди них - санаторный комплекс, теплицы, МТФ, СТФ, птицефабрики и др. с общим объемом потребления тепла 600 тыс. Гкал/год.
В настоящее время часть потребителей по разным причинам уже не нуждается в энергии, но спрос на неё остаётся и становится с каждым годом всё большим. Круг потенциальных потре-бигелей расширяется и увеличивается, причём процесс этот «не плановый», т.е. не поддаётся прогнозу, и сказать точно, какова потребность и её география пока трудно, но определённая тенденция этого роста нами выявлена. Есть надежда, что будет выявлена и определённая закономерность размещения потенциальных потреби-
телей Особенно это актуально для горных и предгорных территорий, где планируют и пытаются строить небезопасные для очень уязвимой здесь экологии гвдроэнергетические комплексы. И в то же время решать проблемы энергообеспечения этих территорий необходимо в связи с планируемым их освоением (горный туризм, рекреационные зоны и др.).
В связи с этим автором проводится широкий круг исследований для научного обоснования продолжения работ в области использования геотермального потенциала Республики Северная Осетия-Алания [2, 3, 7]. С этой целью пере -работана информация о геологическом и гвдро-геологическом строении территории с учётом фактического размещения известных и возможного размещения потенциальных источников термоминеральных ресурсов. Это дало возможность выделить два типа месторождений термальных вод - месторождения пластово-поровых, пластово-трещинных и трещинножильных вод малых артезианских бассейнов и трещинные и пластово-трещинные воды в осадочных и осадочно-вулканогенных породах районов недавнего и современного вулканизма - на площадях трёх структурно-геологических зон территории РСО-Алания: Терско-Каспийском
передовом прогибе, ангиклинория Большого Кавказа и Чиаурского синклинория. Анализ более детальной информации по проявлениям и потенциальным месторождениям - особенности и общие характерные черты геологического и гидрогеологического строения, химический состав и термические свойства вмещающих пород, гвдрохимические и термические особенности вод - вот далеко не полный перечень исследований, которые проводятся в настоящее время. Предварительные результаты этих работ под -тверждают перспективность территории на возможность практического использования этих ре -сурсов. Помимо термальных вод на территории известны и выявлены и их высокоминерализованные разноввдности, т.е. термоминера ль ные воды. Эксплуатация месторождений последних может дать ещё больший экономический эффект при их грамотном научно обоснованном и ком -плексном использовании. При температурах воды в отдельных известных (ранее пробуре иных на нефть) скважинах 80°С и более выявлены промышленные содержания йода, брома, бора и других элементов. Уже есть определённые закономерности, такие как, например, повышенное содержание йода и борного ангидрита приуроче-но к верхнеюрским образованиям, а брома - к верхнемеловым.
Помимо этого собирается и анализируется информация о наиболее передовых современных и экологически чистых технологиях добычи, пе-реработки и дальнейшего использования в качестве теплоносителя термоминеральных ресурсов,
апробация и внедрение которых в условиях горных и предгорных территорий благоприятно повлияет на их дальнейшее экономическое и социальное развитие.
Библиографический список
1. Богородицкий К.Ф. Высокотермальныеводы СССР. МНаука, 1968.
2. КусоваЖ.Г. Комплексное использование термоминеральных вод для устойчивого развития РСО-Алании // М оделирование устойчивого регионального развития: Материалы вгоройМ©кдународной конференции. Нальчик, 14-18 мая 2007 г. Нальчик, 2007. Т. II. С. 84-87.
3. Кусова Ж.Г. Термальные воды Северной Осетии-Алании как альтернативный источник энергии // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий: Материалы IV Международной конференции. Владикавказ, 2830 мая 2007 г. Владикавказ, 2007. С. 678-679.
4. ШпакАА., Мелькановицкий И.М., СережниковА.И. Методы изучения иоценки геотермальных ресурсов. М.: Недра, 1992.
5. ШпакАА., ЕфремочкинН.В., БоревскийЛ.В. Поиски, разведка иоценкапротозных ресурсов и эксплуатационных запасов теплоэнергетических вод / Мин-во геологии СССР, Всесоюз. науч.-исслед. ин-т гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1989.
6. Хузмиев И.К. Концепция развития электроэнергии Республики Северная Осетия-Алания. Владикавказ, 2007.
7. Кусова Ж.Г. Вопросы рационального использования термальных вод Северной Осетии // Интеллектуальные системы в производстве. Ижевск. 2007. № 2.
УДК 622.672 Зубков А.А.
К ВОПРОСУ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАМЕРНОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
В процессе освоения медноколчеданных месторождений наблюдается ухудшение горногеологических , горнотехнических условий, сокращение рудных площадей. Это приводит к уменьшению производственной мощности подземных рудников, отрицательно сказывается на технико-экономических показателях. Горнодобывающие предприятия, несмотря на ухудшение условий разработки, заинтересованы в обеспечении постоянных объемов добычи полезного ископаемого и даже их наращивании. Выполнение данных задач осложняется требованиями к качеству извлекаемого полезного ископаемого по содержанию, номенклатуре компонентов, сорт -ности руд, удовлетворение которых обусловливает необходимость проведения мероприятий по усреднению руд, вовлечению в отработку дополнительных рудных площадей Усреднение качества рудной массы и вывод части рудных площадей, вследствие твердения закладочного массива, приводит к снижению интенсивности отработки рудных залежей и деконценграции работ. Низкая интенсивность ведения горных работ является причиной функционирования большого количест-ва одновременно отрабатываемых залежей, что, в
свою, очередь, приводит к усложнению схемы подъемно-транспортного комплекса предприятий, росту основных фондов и увеличению се -бестоимостидобычи.
Нейтрализовать действие негативных горногеологических факторов на выполнение программы рудника возможно на путях ингенсифи-кации горных работ, которую принято оценивать показателем интенсивности отработки месторождений, отображающим уровень изменения физического объёма добычи руды за один произ-водственный цикл или за определенное время при существующей технологии добычи.
Показатель интенсивности эксплуатации напрямую связан с коэффициентом концентрации горных работ, который отражает влияние совокупности горнотехнических, технологических и организационно-экономических факторов на степень сосредоточения горных работ в условиях конкретного подземного рудника. На него в большой степени влияет уровень интенсивности отработки месторождения, особенно это проявляется при системах разработки с закладкой выработанного пространства вследствие большого количества технологических процессов.
