CC BY
69
СЕМИНАР 10
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2000"
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 г.
© А.А. Бохан, 2001
УДК 551.44:622.371:622.848 % ^ ^
А.А. Бохан
ЗАЩИТА ГОРНЫХ РАБОТ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА РУДНИКАХ КОМПАНИИ «АЛРОСА»
О
тработка практически всех коренных месторождений Компании в той или иной мере осложняется вскрытием водоносных горизонтов, содержащих токсичные рассолы с водопритоками, минерализацией и концентрациями некоторых компонентов, делающих борьбу с ними одной из самых сложных проблем ведения горных работ и охраны окружающей среды. Для защиты горных выработок и окружающей среды разработан и применяется достаточно широкий спектр гидрогеологических методов. При этом сложные, во многом и уникальные мерзлотно-
гидрогеологические условия месторождений привели к созданию принципиально новых технологий защиты от подземных вод.
Для разрабатываемых в перспективе коренных алмазоносных месторождений гидроэкологическая ситуация с наиболее эффективными системами и технологиями защиты горных работ от подземных вод представляются следующим образом.
Карьер «Мир» и рудник «Мир». На карьере «Мир» Компанией осуществляется наиболее сложная в научном и технологическом плане система защиты горных выработок и окружающей среды от подземных рассолов. Отдельные ее элементы и обоснования нашли или найдут применение на других месторождениях и объектах Компании в качестве принципиальных технологических решений. В целом эта система является органической частью технологии отработки месторождения открытым способом в том смысле, что она не просто обслуживает горные работы, но и сами горные работы ведутся таким образом,
чтобы решить, как одну из главных, задачу снижения во-допритоков. Крупными элементами системы защиты карьера «Мир» и окружающей среды от дренажных вод является карьерный водоотлив, сооружаемая вокруг карьера противофильт-рационная инъекционная завеса (ПФЗ), постоянный накопитель дренажных вод, как регулирующая емкость, и система обратной закачки в недра рассолов.
Карьерный водоотлив до настоящего времени справлялся с функцией удаления рассолов с забоя карьера, обеспечивая необходимое понижение горных работ, однако с откачкой статических объемов дренажных вод после длительной остановки карьера эффективность его существенно снизилась. Определяется это трудностями с сооружением опережающего зумпфа в условиях ограниченного карьерного пространства, отсутствием специальной техники, а также отрицательным влиянием несдрениро-ванной глинистой пульпы на дне карьера.
Наиболее сложным и капиталоемким объектом, по эффективности которого имеются самые противоречивые точки зрения, является строящаяся ПФЗ. Острота оценок спровоцирована упрощенным подходом к оценке эффективности завесы в процессе ее строительства, согласно которому эффект завесы должен быть пропорционален объему выполненных работ. В настоящее время завеса находится на завершающем этапе строительства, и после сезона 1998 года ожидается полное оконтуривание месторождения. Согласно приведенным расчетам, опирающимся на реально зафиксированный перепад напоров на стенках завесы (южный фланг месторождения), и полученному на опытной стадии коэффициенту фильтрации 1-ой очереди ПФЗ, проскок через завесу не должен превысить 400-500 м3/час. Однако реальность опровергает первоначальные научные проработки, сегодня водопритоки рассолов в карьер составляют 1100-1300 м3 в час.
Дальнейшее снижение водопритоков к забоя карьера можно вести двумя путями: выявлением гидродинамических «окон» в теле завесы с тампонированием их или снижением уровня на внешней стенке завесы в районе «окон» (работой скважины водопонижения). Второй путь может
оказаться эффективнее и экономичнее, однако выбор должен быть в достаточной мере обоснован.
Необходимость использования постоянного накопителя минерализованных вод, как регулирующей емкости, почти всегда, особенно при больших объемах заскладированных рассолов, сопровождалась опасениями негативного влияния фильтрата на окружающую среду ниже плотины. Однако проведенными технологическими работами и гидрохимическими обследованиями опасения были в значительной мере сняты. Было показано, что причиной продолжения негативного влияния на бассейн реки М. Ботуобия является засоленность сбросного тракта после разрешенного десятилетнего регулируемого сброса дренажных вод карьера «Мир».
Отставание в строительстве завесы и низкая эффективность построенных участков привели к увеличенным водопритокам в карьер и необходимости существенного увеличения расходов обратной закачки, что поставило заложенное в проект реконструкции карьера «Мир» экологическое ограничение на уровень обратно закачиваемой в водоносный комплекс воды под угрозу неисполнения проекта. Оперативно проведенными исследованиями была доказана излишняя жесткость ограничения, не учитывавшего широкие проти-вофильтрационные свойства многолетнемерзлых пород. Сегодня предложен комплекс методов поиска новых структур и экологического контроля влияния обратной закачки с измененным уровнем, получено разрешение на спецводопользова-ние. Почти двухлетний период эксплуатации системы обратной закачки с измененным режимом показывает достаточную обоснованность принятого решения.
После завершения работы карьера система водоотлива и обратной закачки, видимо, будут остановлены, поскольку пуск рудника (если он будет реализован) предполагается лишь практически через 10 лет после завершения открытых горных работ. Подземные горные работы начнутся или существенно ниже подошвы первого водоносного комплекса (с оставлением ниже дна карьера водозащитной подушки мощностью 80100 м), или непосредственно со дна карьера под защитой сооружаемой сегодня ПФЗ. Окончательное решение будет принято по результатам завершения и эффективности ее функционирования.
Рудник «Интернациональный» и карьер «Интернациональн ый» (реконструкция).
Сложнейшие гидрогеологические условия залегания нижних горизонтов трубки «Интернациональная» предопределили принятие проектных решений о целесообразности начала подземных добычных работ на месторождении ниже подошвы первого водоносного горизонта (в отм. -265^ 560 м). И в этом случае основной проблемой, которая способна существенно осложнить ведение горных работ на пусковом комплексе, является наличие неликвидированных геологических скважин. Пересекая интервал метегерского водоносного комплекса, эти необсаженные скважины явятся при вскрытии каналом, соединяющим водоносный комплекс с подземными выработками. В выпущенном проекте ликвидационного тампонажа прогнозируется водоприток через одну не-затампонированную скважину не менее 300 - 350 м3/час, а с учетом растворения солей под водоносным комплексом - до 600 м3/час. Отсутствие наработанной методики вскрытия и тампонажа геологических скважин, а также опасность попадания таких расходов рассолов в рудник предопределили разработку сегодняшней тяжеловесной системы защитных мероприятий (водонепроницаемые перемычки, сложная схема вскрытия, сложная опытная апробация методов локации и ликвидации скважин и т.д.).
Рекомендуемая в настоящее время реконструкция погашенного карьера до отметки +5 метров связана с частичным вскрытием верхнего водоносного комплекса. С учетом того, что карьер будет несовершенной дреной и проектируется оставление рудных целиков, являющихся противо-фильтрационным барьером, рассчитанный водо-приток в карьер, не превысит величину 70-80 м3/час.
Предполагается увязать реконструкцию карьера с доработкой месторождения в пределах водоносного комплекса (откры-тым или подземным способом). Для этого, учитывая размеры месторождения, его горно-геологические условия и приуроченность к водоносному бассейну Ирелях-ского питьевого водохранилища, рациональным представляется сооружение противофильтраци-онной завесы, параметры которой (коэффициент фильтрации, количество скважин и расстояние между ними, количество тампонажного раствора и т.д.) могут быть, при допустимом притоке, более щадящими, чем у ПФЗ карьера «Мир». Так,
при размещении контура завесы на берме с отметкой +170 метров потребуется не более 50 скважин и при коэффициенте фильтрации, принятом для 1-ой очереди ПФЗ карьера «Мир» (расстоя-ние между скважинами 20 метров), остаточный проскок не превысит 100 м3/час. Сооружение завесы с такими параметрами займет не более 2 лет.
К настоящему времени Ботуобинской ГРЭ проведены опытные гидрогеологические исследования, определяющие возможность обратной закачки вод рудника в зону Западного разлома. Получены достаточно хорошие результаты, которые с учетом упомянутого выше разрешения на изменение экологического ограничения, позволяют рассчитывать на эффективное решение проблемы утилизации ожидаемых расходов дренажных вод при отработке трубки «Интернациональная».
Карьер «Юбилейный». На ближайшую перспективу развитие карьера «Юбилей-ный» в значительной мере определяется эффективностью решения проблемы дренирования подозерных таликов, находящихся в пределах карьерной зоны.
Технологический аспект проблемы заключается в том, что повышение устойчивости обводненного слабоцементированного песчано-глинистого массива талика требует, особенно летом, организации стабильного во времени водопонижения при резком сокращении подпитки за счет поверхностных под. В настоящее время рассматривается два варианта решения вопроса водопони-жения с помощью скважин, оборудованных погружными насосами и с помощью сооружения горизонтальных самоизливающихся скважин, либо дренажной щели.
Снижение подпитки таликовой зоны за счет создания противофильтрационной преграды на пути фильтра через плотину на реке Марха может быть осуществлено отсыпкой ниже плотины отвала вскрышных пород. Известно, что в пределах отвалов, ввиду отрицательного баланса среднегодовых температур, происходит подъем отметки глубины деятельного слоя вплоть до выхода ее в тело отвала. Иными словами, под отвалом создается породно-ледяная преграда, которая и может при определенных условиях ее создания стать противофильтрационным барьером.
Рудник «Айхал». Выше было отмечено, что трубка «Айхал» имеет наиболее благоприятные гидрогеологические и газовые условия залегания.
Наличие в районе залегания ее запасов межмерз-лотных и подмерзлотных подземных вод со слабыми напорами и маломощными горизонтами практически не влияло отрицательно на ведение открытых горных работ, не будет затруднять и работу подземного рудника. Борьба с возможными водопритоками (до 30 м3 в сутки) будет осуществляться обычным шахтным водоотливом с захоронением рассолов в межмерзлотные горизонты.
Карьер «Удачный». С 1985 года ведение горных работ на месторождении осложнено вскрытием верхнекембрийского водоносного горизонта, а затем и подтоком по проницаемому восточному рудному телу рассолов среднекембрийского горизонта. Хлоркальциевые рассолы трубки «Удачная» по минерализации (до 250 - 400 г/л) и содержанию некоторых микрокомпонентов ^, В, Вг и др.) практически не допускают никакого контакта с поверхностными водами. Водоприто-ки в карьер сравнительно невелики и на его предельной глубине (600 метров), по прогнозам, не превысят 200-220 м3/час. До некоторого времени, когда забой карьера в западном и восточном рудном телах находился в примерно одинаковых отметках, ситуация для горно-транспортного оборудования выглядела относительно благоприятной. Работа карьерного водоотлива поддерживала дно карьера в практически сухом состоянии. В настоящее время более глубокий забой западного тела постоянно обводняется рассолами со стороны восточного рудного тела, которое из-за резкого различия фильтрационных параметров зон, разделивших месторождение, не успевает дренироваться параллельно забою западной части месторождения. При поступлении в карьер минерализованных вод повышается влажность руды, а следовательно, и происходит ускоренное засоление оборотных вод, что негативно влияет на процессы обогащения.
Ситуацию на карьере возможно и необходимо улучшить за счет организации опережающего во-допонижения в восточном рудном теле. Предлагались разные варианты, но наиболее эффективным, отвечающим гидрогеологическим условиям месторождения и сложившейся горной ситуации, представляется использование технологии лучевых колодцев.
Как указывалось выше рассолы трубки «Удачная» крайне опасны для окружающей среды, но проблема их утилизации решена Компа-
нией в принципиальном плане достаточно эффективно. Использование многолетнемерзлых пород района Октябрьского разлома для захоронения рассолов позволяет утилизовать все притоки дренажных вод. Однако сомнения в достаточности емкости зоны Октябрьского разлома на весь период открытой отработки месторождения, предполагают проектирование и строительство нового участка захоронения в районе ручья Правый Киенг. В настоящее время идет реализация данного предложения.
Карьеры «Архангельский» и «Карпинский». Гидрогеологическая обстановка в районе месторождений ОАО «Севералмаз» оценивается как весьма сложная.
Месторождения приурочены к долине р. Золо-тицы и ее притоков - р. Светлой и руч. Светлый. Руч. Светлый пересекает контур карьера трубки «Архангельская», а р. Золотица - контур карьера трубки «Карпинского». Большая часть рудного поля заболочена. При ведении горных работ вода из руч. Светлого и р. Золотица будет поступать в выработанное пространство, затрудняя отработку карьеров. Для предотвращения поступления воды в карьеры (отвода поверхностного стока) предусмотрено строительство гидроизоляционного руслоотводного канала.
Руслоотводный канал проложен вдоль границы зоны сдвижения бортов карьеров трубок «Архангельская» и «Карпинского». Длина канала составляет 8300 м.
Гидрогеологические условия залегания месторождения на глубину оценивается также как очень сложные. Это обусловливается наличием в разрезе горных пород нескольких водоносных горизонтов, взаимосвязанных между собой и с поверхностными водотоками, значительной плано-
вой и вертикальной фильтрационной неоднородностью водовмещающей толщи, низкими прочностными характеристиками пород разреза при общей высокой их водообильности.
Для обеспечения нормальных условий вскрытия и последующей разработки месторождения обязательным является предварительный дренаж или гидроизоляция массива горных пород.
В результате эколого-экономической оценки вариантов, выполненной специализированными экологическими организациями и институтом Якутнипроалмаз, в ТЭО обоснован в качестве оптимального и рекомендован к реализации вариант защиты карьеров при помощи карьерного водоотлива и системы водопонижения.
Система водопонижения включает строительство:
• водопонижающих и поглощающих скважин в покровных и падунских отложениях (верхние горизонты мощностью до 80 м) в пределах промежуточного контура карьера в период выполнения горно-капитальных работ;
• водопонижающих скважин в падунских отложениях (мощностью до 180 м) за предельным контуром карьера для глубокого дренажа бортов карьера в период эксплуатации;
• водопонижающих скважин в мезенских отложениях (мощностью до 240 м) за предельным контуром карьера для предварительного снятия напоров в мезенском водоносном комплексе и исключения перетекания соленых вод в падун-ские отложения.
Проектируемая система защиты горных работ от поверхностных и подземных вод достаточно сложная и капиталоемкая, требующая экспериментальной проверки на надежность.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
