CC BY
37
--------------------------------- © А.С. Курилко, Ю.А. Хохолов,
В.В. Киселев, М.В. Каймонов,
2011
А. С. Курилко, Ю.А. Хохолов, В.В. Киселев,
М.В. Каймонов
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОДРУСЛОВОЙ РОССЫПИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА
Разработан способ разработки небольших россыпей, применение которого возможно в зимний пер-иод с использованием серийно изготавливаемых высокопроизводительных механизмов, установок и транспортных средств, Клюяевые слова: россыпные месторождения, ледяная плотина, подрусловые россыпи, вскрышные работы.
1ГЛ ак известно, разработка небольших месторождений по--»\ лезных ископаемых в неблагоприятных, специфических условиях азиатского Севера крайне затратна и экономически рентабельна только при добыче уникального по ценности сырья с высоким содержанием полезного компонента. Это в полной мере относится к отработке подрусловых алмазоносных россыпей криоли-тозоны, расположенных в каньонообразных долинах рек, где применение традиционных технологий невозможно или нерентабельно по целому ряду причин.
В частности, разработка подрусловых россыпных месторождений в летний период невозможна исходя из экологических и рыбоохранных требований, т.к. наличие в русле реки движущихся снарядов приводит к взмучиванию воды.
Учитывая вышеперечисленные факторы, для разработки таких россыпей ИГДС разработан оригинальный способ, применение которого возможно в зимний период с использованием серийно изготавливаемых высокопроизводительных механизмов, установок и транспортных средств, основными преимуществами которого являются обеспечение: высоких объемов годовой добычи горной массы за счет применения высокопроизводительных технологий и удлинения сезона ведения работ, круглогодичной занятости горнорабочих; чистоты вод реки и долины; возможности беспрепятственного прохода рыбы на места нерестилищ.
При реализации способа в целях повышения эффективности и ускорения ведения технологических процессов предполагается
максимально использовать особенности климата, речного стока и естественные (природные) ресурсы криолитозоны: низкие температуры воздуха в период продолжительной зимы; наличие сплошной многолетней мерзлоты; резкое сокращение стока большинства малых рек в зимний период.
Разработку подрусловой россыпи (рис. 1) предполагается осуществлять сверху вниз по течению реки, как уже говорилось, в зимнее время при резком сокращении речного стока с разбивкой её на участки, отрабатываемые поочередно в течение одного сезона (года) каждый, начиная с самого верхнего. Предварительно в верхней части отрабатываемого участка в зимний период с образованием ледового покрытия требуемой толщины методом послойного намораживания [3] возводится ледовая плотина, которая, проседая под собственным весом ложится на дно и перекрывает сток воды. При этом возможно использование так же способа капельного на-брызгивания с использованием установок типа «Роса».
Возводится вторая плотина на нижней границе отрабатываемого участка, которая перекрывает поступление воды с нижнего участка.
По окончанию строительства ледяной плотины и откачки воды ниже её сооружается зумпф для сбора фильтрующихся грунтовых вод, которые периодически откачиваются насосом и отводятся по теплоизолированному трубопроводу.
Затем производится распиловка и уборка льда, после чего обнаженные подрусловые отложения промораживаются естественным холодом, разрыхляются и срезаются послойно по мере промерзания бульдозерами с применением технологий горного дела [2]. Срезанные вскрышные породы (торфа) доставляются в приемный бункер и с помощью крутонаклонного конвейера (или скипа) поднимаются на борт долины, где выкладываются в отвалы.
После проведения вскрышных работ, срезаемые тем же способом пески доставляются в другой приемный бункер и поднимаются конвейерами (или скипами) на другой борт долины, где выкладываются во временные отвалы с последующей транспортировкой их к сезонной стационарной промывочной установке.
Для оптимизации процесса послойного промораживания аллювиальных отложений обеспечивающего высокие скорости
подрусловая россыпь; 2 - ледовая дамба; 3 - зумпф для сбора воды; 4 - насос для откачки воды; 5 - бульдозеры; 6 - торфа (пустые породы); 7 - бункер для погрузки торфов; 8 - крутонаклонный конвейер для подъема торфов; 9 - борт каньонообразной долины; 10 - отвалы торфов; 11 - пески, содержащие ценный компонент; 12 -бункер для погрузки песков; 13 - крутонаклонный конвейер для подъема песков; 14 - борт речной долины; 15 - временный отвал песков
промерзания были проведены численные исследования на специально разработанных математических моделях и в соответствии с полученными результатами рекомендуется в их толще, по мере промерзания, параллельно друг другу бульдозерами нарезать сеть
траншей с вертикальными стенками, ширина которых определяется габаритами применяемой техники, глубина должна составлять не менее полуметра, а расстояние между ними равно удвоенной глубине. Тем самым обеспечивается значительное увеличение поверхности контакта подрусловых отложений с атмосферным воздухом и, как следствие этого, их интенсивное промерзание до требуемых температур за более короткий промежуток времени. Промороженные междутраншейные целики срезаются, а затем вновь углубляются траншеи и т.д. до полной отработки участка россыпи на всю мощность.
Одним из основных факторов, определяющих возможность раннего начала ведения добычных работ, является обеспечение высокой скорости послойного намораживания ледовой плотины в короткие сроки.
В этих целях, для определения рациональных режимов ведения работ, разработана специальная математическая модель послойного намораживания плотины, которая учитывает: толщину замораживающего слоя, фазовые переходы вода-лед, нестационарный теплообмен поверхности слоя с атмосферным воздухом, динамику температуры наружного воздуха в течение зимнего периода. Для решения одномерной задачи промерзания использованы численные методы сквозного счета со сглаживанием коэффициентов.
На рис. 2 приведены результаты расчетов сроков окончания сооружения ледяной плотины высотой 2, 3 и 4 м в климатических условиях заполярных регионов РС(Я) при различных значениях толщины заливаемого слоя. Как видно из графика, по мере возрастания его мощности, увеличиваются сроки, необходимые для возведения плотины заданной высоты.
Работы по сооружению плотины должны начинаться, как уже говорилось, при достижении льда требуемой толщины, обеспечивающей безопасную работу техники (ориентировочно I декада ноября). Каждый налитый водяной слой промораживается на полную мощность и после этого наливается следующий и так далее до достижения плотины требуемой высоты. В расчетах принято, что сооружение плотины начинается 5 ноября. В этом случае при толщине заливаемого слоя d = 0,1 м плотина достигнет высоты Н = 2 м к 12-му декабря; при d = 0,2 м - к 18-му декабря; при d = 0,3 м - к 24му декабря; при 0,4 м - к 30-му декабря.
<и
о.
ш
01 .фев
27.янв
22.янв
17.янв
12.янв
07.янв
02.янв
28.дек
23.дек
18.дек
13.дек
08.дек
- - *2 м
-------3 м
--------4 м
0,1 0,2 0,3
Толщина слоя, м
0,4
0,5
0
Рис. 2. Зависимость сроков окончания сооружения ледяной плотины от толщины заливаемых слоев при разных значениях высоты плотины
Из этого же графика (рис. 2) видно, что возведение плотины в кратчайшие сроки обеспечивается при минимальной толщине слоя. В связи с этим уменьшение толщины намораживаемого слоя с 0,4 до 0,1 м приведёт к сокращению сроков строительства ледовой плотины высотой 2 м на две недели. Таким образом, нужно стремиться заливать одиночный слой меньшей высоты, насколько это технически возможно.
С наступлением весны и окончанием добычных работ, ледовая плотина разрушается любым способом, а лед растаивает и уносится вешними водами.
В летний период ведутся работы по обогащению добытых песков, а с началом зимнего периода приступают к отработке тем же способом следующего участка.
Основные преимущества предлагаемого способа:
- длительность сезона ведения работ;
- относительная дешевизна и простота монтажа вновь приобретаемого оборудования;
- отсутствие загрязнения и взмучивания воды;
- возможность прохода рыбы на нерест в весенне-летний период;
- использование естественного природного материала (льда) и ресурса криолитозоны - атмосферного холода для сооружения плотины и промораживания подрусловых отложений;
- круглогодичная занятость рабочих приисков;
- легкость возведения и последующего разрушения (в весенний период) ледовой плотины;
- простота технологических операций и высокая механизация всех видов работ.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент на изобретение №2212538 Устройство для разработки русловой алмазосодержащей россыпи//Тарасов Ю.Д., Диогу Де Соуза Филине Сезар. МКИ 7Е21С41/30. Заявл. 29.04.2002. Опубл. 20.09.2003. Бюлл. №26 (III ч.).
2. Лешков В.Г. Разработка россыпных месторождений. - М.: Недра, 1985. - 568 с.
3. Шаталина И.Н. Теплообмен в процессах намораживания и таяния льда. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 120 с. Н5Н=Д
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------
Курилко А. С. - доктор технических наук, заведующий лаборатории горной теплофизики,
Хохолов Ю.А. - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник,
Киселев В.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
Каймонов М.В. - научный сотрудник,
Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН, г. Якутск.
