Опытные работы и проблемы освоения технологии и технических средств скважинной гидродобычи алмазосодержащих кимберлитов Архангельской области

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______

Н.И. Бабичев, проф., д.т.н., П.А. Фролов, к.т.н., Научно-производственный центр «Геотехнология»

ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ И ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КИМБЕРЛИТОВ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Интенсивные геологоразведочные работы привели к открытию значительного количества алмазоносных кимберлитовых трубок в Архангельской области.

Особенностью этих потенциальных месторождений является то, что глубина залегания кровли кимберлитовых трубок прогрессивно увеличивается с севера на юг с 50 до 300 м. поэтому выбор способа разработки этих месторождений представляет собой проблему, требующую нетрадиционного подхода к ее реализации.

Добыча и переработка полезных ископаемых относится к одной из самых вредных сфер деятельности человека. Влияние традиционных открытых, и подземных горных работ на окружающую среду по сравнению с другими отраслями материального производства характеризуется воздействием сразу на все ее элементы Под разработку месторождений открытым способом отводятся большие территории, значительно превышающие непосредственно площади самих месторождений Разрушая земную поверхность и горный массив, открытые горные работы в наибольшей степени изменяют природный ландшафт.

Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, требуя существенно меньших территорий под горный отвод, не вызывает значительных нарушений и изменений ландшафтов, но существенно может изменить земную поверхность благодаря сдвижению массивов налегающих горных пород. Деформация земной поверхности ведет к повреждению и разрушению наземных объектов и подземных коммуникаций. Также как и от-

2 і 1999

крытые, подземные горные работы оказывают большое влияние на гидрогеологию прилегающих территорий.

Одним из путей рационального использования природных ресурсов и обеспечения приемлемого для человека состояния среды обитания в районах с развитой промышленной может служить применение технологии скважинной гидродобычи (СГД), находящая все большее признание как в России так и за рубежом. Скважинная гидродобыча, основанная на гидродинамическом процессе переведения и руд и пород на месте их залегания в состояние гидросмеси, относится к геотехнологи-ческим способам

Для осуществления отработки месторождений способом скважинной гидродобычи разработано несколько комплексов оборудования, состоящих из скважинного гидродобычного снаряда (СГС) и наземно-управляющей установки (НУУ). В качестве НУУ используются специальные самоходные и несамоходные устройства - манипуляторы с гидравлическим или электромеханическим приводом,

Подъем с глубин свыше 300 м и проходка специальных подземных выработок на глубинах до 1500 м дополнительно осуществляются подача сжатого воздуха в загерметизированные скважины.

Разработка месторождений связных руд, прочностью на сжатие 3-6 МПа, на глубинах до 300 м может производиться гидродобычным агрегатом ГДА-6, с диаметром наружной колонны 273 мм, оборудованный гидроэлеватором. При глубине работ до 100 м комплекс оборудуется гидроэлеватором, до 300 м с дополнительным

эрлифтом и выводным гидромонитором с улучшенными гидродинамическими характеристиками. Опытно-промышленные работы показали, что при отработке глинистых руд, с прочностью на сжатие 4 МПа, на глубинах 90-100 м, этот снаряд обеспечивает производительность 15-20 т/час.

Для добычи глубокозалегаю-щих богатых железных руд КМА разработан скважинный снаряд РСГ-4 (на базе хвостового эрлифта и многовариантного нижнего оголовка). Этот скважинный снаряд показал высокую надежность и его основные узлы вошли в конструкции снарядов СГС модификаций 6-7, использованных в опытно-методических работах на добыче руд КМА, и модификаций 8-9 при добыче алмазов (Архангельская обл.).

Предварительное изучение показало, что материал, слагающий различные трубки различен по составу и прочности, поэтому планируется выполнение работ по отбору большой технологической пробы с исследованиями алмазосодержащего сырья месторождений Севера России в условиях СГД.

По своему вещественному составу материал трубок представляет собой смесь разных видов кимберлитовых пород.

Поэтому в процессе разведки предусматривается определение границ между отдельными разновидностями кимберлитов и выбор адекватных способов воздействия.

В зависимости от физикомеханических свойств полезного ископаемого, глубин ведения добычи, водопритоков и других факторов, производительность и объемы добычи СГД могут существенно изменяться, что способно

129

заметно ухудшить экономику добычных работ. Поэтому целесообразно применять различные способы воздействий на рудный массив:

♦ пассивные (выщелачивание, пневмоимпульсные, ультразвуковые), когда массив теряет внутреннее сцепление без сдвижений;

♦ активные - с подвиганием массива к забою скважины.

Для этих целей планируется использовать горное давление, особенно при благоприятной структуре массива, направленные взрывы и т.д.

Как и при других известных способах разработки месторождений, при СГД могут иметь место потери полезного ископаемого, его обогащение или разубоживание. Потери при оставлении в недрах части подрабатываемого пласта (рудного тела) приведут к обогащению промпродукта (на карте намыва). Они целесообразны в случае особой значимости низкого уровня разубоживания на добыче. Потери могут быть связаны и с оставлением части руд в целиках.

Расчеты показывают, что потери и разубоживание руды при отработке способом СГД не отличаются от значений, аналогичных подземному способу разработки. Тем не менее при дальнейшем совершенствовании технологии добычи, показатели потерь и разу-боживания могут быть снижены.

Регулируя способ воздействия, давление и производительность насоса и компрессора, можно создать обстановку самоизмельчения в очистной камере. Это приведет не только к дезинтеграции рудного массива под землей и снизит расходы на обогащение руды на поверхности, но и позволит отделить нерудную часть от рудной, т.е. создать "цех обогащения" под землей.

Важнейшей для СГД является проблема управления состоянием горного массива при его подработке, т.к. неправильно выбранные параметры подработки могут привести к непредсказуемому катастрофическому сдвижению пород кровли. На стадии исследования и проектирования работ должны быть выполнены расчеты по определению параметров допустимых объемов добычи и обнажений.

Вспомогательные скважины, буримые для разведки блока должны использоваться также для наблюдения за сдвижением пород кровли, что может быть выполнено путем установки в них глубинных реперов, геофизических приборов и т.п.

В период опытных работ должны быть проведены эксперименты по управлению сдвижением подработанного массива плавной посадкой кровли для чего добычные скважины должны располагаться с учетом структуры участка СГД; по закладке выработанного пространства путем закачка отходов обогатительного производства или специально приготовленной твердеющей смеси поддержание кровли путем оставления целиков с последующей закладкой. Один из способов управления кровлей заключается в ее предварительном укреплении связующими материалами. Во всех случаях выполняются экономические расчеты, определяющие предпочтительные способы. С позиции охраны окружающей среды сохранение пород кровли в их естественном положении почти во всех случаях предпочтительнее обрушения или плавной посадки. В последнем варианте необходимо предусматривать мероприятия по рекультива-

ции почвы или использованию образовавшихся озер.

Рассмотренные выше особенности применения СГД показывают преимущество перед традиционными горными работами в использовании и нарушении земной поверхности, которая ограничивается площадью месторождения в плане, при этом полностью отсутствуют вскрышные работы и связанные с ними отчуждение земель за пределами месторождения. Так расчеты показывают, что отработка алмазоносных трубок способам СГД позволяет сократить площадь отчуждаемых земель по сравнению о открытыми горными работами о учетом размещения о учетом размещениям вскрышных пород в 30 раз. Отводимая под горный отвод земля благодаря незначительным нарушениям и мобильности технологии СГД может быстро возвращена для использования в народном хозяйстве, чем также достигается экономический эффект.

Установка небольших передвижных обогатительных модулей непосредственно вблизи добычных скважин позволяет осуществить первичное обогащение, после чего хвосты обогащения сбрасываются в отработанное пространство камер, что существенно уменьшает площади под хвосто-хранилищем.

Преимущества СГД по экологическим последствиям особенно важны для природы Архангельской области, которая характеризуется многочисленными водотоками, являющихся местами нереста лососевых рыб, ограниченными ресурсами самопроизводства и восстановления из-за суровости климата, длительных сроках вегетации растительности.

© Н.И. Бабичев, П.А. Фролов