Экогеотехнологический способ подземной отработки техногенных россыпных месторождений криолитозоны

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© В. В. Киселев, Ю. А. Хохолов, 2012
УДК 622. 342:536. 244
В. В. Киселев, Ю.А. Хохолов
ЭКОГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ
Разработан эколого-сберегающий способ повторной подземной разработки техногенных россыпных месторождений криолитозоны, предполагающий возведение льдопородных целиков и закладочных массивов с использованием материалов, имеющихся на земной поверхности отвалов, а также их укладку в выработанном пространстве россыпной шахты. Приведены три схемы отработки, а также результаты исследований по оптимизации параметров возведения льдопородных целиков и массивов на разработанных математических моделях, имеющих практическую значимость.
Ключевые слова: криолитозона, техногенные россыпи, россыпные шахты, льдопород-ный массив
бщеизвестно, что Дальнево-
Я^г сточный регион страны, включая Северо-Восток и Якутию, принадлежит к наиболее крупным золотоносным провинциям мира, где значительная часть добычи золота осуществляется из многолетнемерзлых россыпных месторождений, включая техногенные, с существенным удельным весом подземного способа разработки. В соответствии с требованиями, разработанными Всемирным фондом охраны дикой природы, отходы производства не должны представлять опасности для биоты, а это возможно только при использовании геотехнологий с замкнутым циклом обращения твердого вещества [1, 2] и тщательной очистке жидких стоков.
При подземной первичной отработке россыпных месторождений практически весь объем извлеченных из недр торфов и продуктов переработки песков (=98%) остается в пределах земельных отводов, т.к. ввиду низкой освоенности районов, они используются вторично лишь в незначительных объемах для отсыпки различных насы-
пей, дамб, эстакад, строительстве временных дорог и т. д.
Необходимо отметить, что, несмотря на то, что в некоторых регионах за пределами отработанных шахтных полей остались участки продуктивных пластов с довольно высоким содержанием металла (забалансовые запасы), а также целики, недоработанные в кровле и почве пески и незачищенные площади очистного пространства, которые могут быть отнесены к техногенным россыпям, отработка которых может быть рентабельной в настоящее время в связи с пересмотром кондиций [4].
Ранее отработанные россыпные шахтные поля криолитозоны и соответственно россыпные шахты (РШ) можно условно разделить на три категории выработанное пространство которых: обрушено и заполнено льдом (1 категория) — не обрушено, но заполнено льдом (2 категория) — не обрушено и не заполнено льдом (3 категория) [4]. В соответствии с этим могут быть рекомендованы три схемы отработки таких техногенных россыпей, которые в определенной степени могут быть отнесе-
ны к разряду «зеленых», обеспечивающих не только возврат торфов и материалов переработанных песков в вновь образованное выработанное пространство, но и частичную укладку «старых» (прошлых лет) отвалов по специальной технологии [5, 6], выполняющих роль закладки. Тем самым полностью или частично обеспечивается замкнутый цикл обращения твердого вещества- целостность земной поверхности, сокращение объемов отходов, складируемых на земной поверхности: уменьшение площадей земельного отвода, занятых старыми (прошлых лет) отвалами- защита биоты от токсичных веществ.
Необходимо отметить, что использование закладочных массивов для поддержания выработанного пространства в РШ предпочтительно, принимая во внимание обилие твердого материала (старых отвалов) и учитывая высокий дефицит крепежного леса, в особенности в тундровых регионах и необходимости его завоза из других областей, что сопряжено со значительными затратами.
Подземную отработку техногенных россыпей криолитозоны, основываясь на имеющемся опыте, предпочтительно вести сезонно в зимний период, продолжительность которого составляет 7−8 месяцев. На летний период подземные работы приостанавливаются и производится промывка добытых в зимний период песков и переработка полученного концентрата на шлихообогатительных фабриках.
В ряде случаев, при повторной подземной отработке техногенных россыпей, в качестве вскрывающих выработок можно использовать старые наклонные стволы, предварительно восстановив их. Если это невозможно, то стволы проходятся заново по традиционным технологиям [7]. В РШ необрушенных, но заполненных льдом (2 категория), проход-
ка вскрывающих и подготовительных выработок производится по льду желательно с использованием проходческих комбайнов и самоходной техники, обеспечивая тем самым высокую скорость проходки. Доработка контуров и целиков может производиться сплошной и столбовой системами [4]. Поддерживание вновь образуемого выработанного пространства может производиться как сыпучемерзлым материалом, так и искусственными льдопородными целиками, возводимыми по технологии ИГДС [6]. Не исключено применение сплошной льдопородной закладки, для приготовления смеси используется галечный материал старых отвалов [5], не содержащих полезного компонента, а так же песчаная фракция торфов.
Возможны различные варианты ведения работ как по креплению, так и захоронению старых отвалов, например, в выработанном пространстве может быть установлено расчетное количество тумбовых ледопородных целиков, пространство между которыми может быть заполнено материалом старых галечных отвалов.
В обрушенных, заполненных льдом РШ (первая категория) отработка оставшихся песков и целиков производится по традиционным технологиям, применяемым при отработке многолетне-мерзлых россыпей с использованием как самоходного, так и переносного оборудования [7]. Поддерживание и закладка выработанного пространства производятся вышеописанными способами.
В РШ, выработанное пространство которых не обрушено и не заполнено льдом (3 категория), отработка целиков сопряжена с большой опасностью, т.к. подработка даже одного из них может привести к инициированию сдвижения техногенно нарушенного породного массива и обрушению кровли на больших площадях.
Учитывая это могут быть применены только варианты ведения добычных работ с предварительным креплением выработанного пространства бутовыми полосами или возведением искусственных ледопородных целиков и закладочных массивов. Тем самым будет обеспечена безопасность ведения работ. После выемки песков вновь образованное пространство также закладывается каким-либо из вышеописанных способов.
В зависимости от размеров отработанных шахтных полей, имеющихся запасов и технологии выемки техногенных песков, а также объемов, подлежащих захоронению старых отвалов, могут быть рекомендованы различные схемы и технологии ведения как закладочных работ, так и работ по захоронению отвалов. Например, при значительных размерах шахтных полей и большом объеме техногенных песков и галечных отвалов могут быть использованы высокомеханизированные технологии и серийно выпускаемые закладочные комплексы, прошедшие опытные испытания на РШ [5]. При небольших размерах шахтных полей и объемов отрабатываемых техногенных песков может быть рациональным использование переносного оборудования [7] и возведение вместо сплошных закладочных массивов, бутовых полос или льдопо-родных целиков способами, разработанными ВНИИ-1 [7] или ИГДС [5].
Поскольку третья схема отработки техногенных россыпей предполагает опережающее возведение льдопородной закладки в отработанном пространстве РШ, очень важно обеспечивать высокую скорость промораживания возведенного льдопородного массива или целиков. Для этого могут быть рекомендованы следующие мероприятия: предварительная проморозка закладываемого пространства, послойное возведение закладочного массива с принудительным обдувом холодным воздухом, введение
колотого льда в закладочную смесь, правильный выбор толщины единичного слоя и количества проливаемой воды. В этих целях были проведены специальные исследования на разработанной математической модели, которые позволили найти оптимальные соотношения вышеперечисленных параметров, соблюдение их обеспечит высокую скорость возведения и набора компрессионных свойств закладочным льдопород-ным массивом [9].
Проведенные исследования выявили (рис. 1), что для определенной толщины единичного слоя существует оптимальное время промораживания в зависимости от вышеперечисленных параметров- причем даже небольшое отклонение в сторону его уменьшения ведет к резкому увеличению общего времени полной проморозки возведенного льдопородно-го массива.
На рис. 2 приведены температурные изолинии в льдопородной закладке и окружающем массиве горных пород РШ при времени замораживания равном 3 часа (которое в два раза меньше его оптимального значения) и при оптимальном времени (6 часов). Как видно из графиков, при толщине слоя 0,2 м и его начальной температуре 0 0С закладочный массив в виде четырехугольной призмы сечением 3×3 м замерзает за 1062 часа, причем в последнюю очередь замерзает его центральная часть (рис. 2, а), а при оптимальном режиме время его замерзания сокращается в 10 раз (103 часа) и в данном случае в последнюю очередь промерзает его верхняя часть (рис. 2, б). Таким образом, оптимизация технологических параметров послойного намораживания льдопородных закладочных массивов в отработанном пространстве РШ позволяет обеспечивать им необходимые компрессионные свойства в короткий срок.
Рис. 1. Продолжительность формирования льдопородного закладочного массива при послойном замораживании слоями пород различной толщины и различной влажности (размеры массива 3×3 м, температура нагнетаемого воздуха для замораживания -30ВС)
Необходимо отметить, что в РШ необрушенных, но заполненных льдом, для укладки старых отвалов могут быть пройдены дополнительные выработки в выработанном пространстве, заполненном льдом вплоть до его полного освобождения. При использовании комбайнов проходческие работы можно вести с высокой скоростью при минимальном расходе средств. Получаемый колотый лед можно использовать при приготовлении закладочной смеси.
При наличии высокотоксичных хвостов
Рис. 2. Температурные изолинии в закладочных и породных шлиходоводочных фаб-массивах в конце формирования закладочного массива:
а — при времени замораживания, равному 3 ч- б — при оптимальном времени замораживания (6 ч)
рик, зачастую содержащих естественные ра-
дионуклиды, учитывая их высокую опасность для биоты, может быть рекомендовано захоронение их в подземном пространстве отдельно, бесконтейнерным способом по технологии, разработанной ИГДС (патент РФ № 2 263 985) [10], с образованием подземного могильника.
Для ускорения возведения льдопород-ных конструкций (массивов, могиль-
1. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П., Бурцев Л. И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. — М.: Научтехлитиздат, 2003. — 260 с.
2. Цыганков А. В. Безопасность освоения месторождений полезных ископаемых в крио-литозоне. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. — 112 с.
3. Галченко Ю. П., Сабанин Г. В. Методология создания экогеотехнологии подземной разработки жильных месторождений в криолитозоне // ГИАБ, 2009, выпуск 4. — С. 146−158.
4. Катвицкий В. В., Сытник Ю. Н., Возми-тель Ю.А., Тарасов С. И., Шерстов В. А., Чугу-нов Ю. Д. Подземная повторная отработка самоходными машинами мерзлых техногенных россыпей // Колыма. — 1987. — № 7, с. 10−13.
5. Мамонов А. Ф. Взаимодействие вмещающих пород с закладочным массивом на россыпных шахтах Севера. — Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1999. — 154 с.
6. Марков В. С., Елшин В. К., Слепцов А. Е., Шерстов В. А. О возможности использования льдопородных опор из гравийнога-лечных материалов для управления кровлей
ника) рядом специалистов предлагается, для ускорения их проморозки использовать хладагенты, в частности, керосин [11], хотя такие замораживающие схемы не прошли испытания на РШ, использование их не исключено.
Таким образом, при подземной отработке техногенных россыпей криолитозо-ны предлагаемым способом может быть пополнен золотовалютный запас страны, а так же обеспечено снижение уровня экологической напряженности в районе деятельности горнодобывающих предприятий. — СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7. на россыпных шахтах Севера // Проблемы использования льда и снега в народном хозяйстве. — Иркутск, 1986. — с. 52−56.
8. Шерстов В. А., Скуба В. Н., Лубий К. И., Костромитинов К. Н. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. — Якутск: Кн. изд-во, 1981. — 180 с.
9. Сальманов Р. Н., Красных С. Н. Разработка месторождений с применением замораживаемого закладочного материала // Колыма, 1987. — № 3. — с. 19−20.
10. Хохолов Ю. А. Физико-техническое обоснование теплового режима горных выработок криолитозоны. Автореф. дисс. … докт. техн. наук. — М., 2006. — 34 с.
11. Патент Р Ф 32 263 985. В. В. Киселев, Ю. А. Хохолов, М. В. Каймонов. Подземный бесконтейнерный способ захоронения твердых источников радиоактивного излучения в отработанных подземных горных выработках криолитозоны. — Опубл. в БИ, 2005, № 31.
12. Михайлов Ю. В., Красников Ю. Д. Ценные руды: Технология и механизация подземной разработки месторождений. — М.: Академия, 2008. -256 с. ПГСга
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ —
Киселев В. В. — кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,
Хохолов Ю. А. — доктор технических наук, вед. научный сотрудник, khokholov@igds. ysn. ru. Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, г. Якутск.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой