Регулирование недропользованием при скважинной гидродобыче

СЕМИНАР 16

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© В.И. Колесников,

В.И. Стрельцов, С.Н. Журин, 2001

УДК 622.234.5:622.014.3:502.76

В.И. Колесников, В.И. Стрельцов, С.Н. Журин

РЕГУЛИРОВАНИЕ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧЕ

Н

едропользование определяется как система мероприятий, обеспечивающих предельно допустимый уровень воздействия недропользователей на природные ресурсы по техническим и экологическим факторам. Эти мероприятия обосновываются закономерностями взаимосвязи между объемом использования ресурсов и количественно-качественной характеристикой их текущего техногенного состояния. Система мероприятий разрабатывается на основе результатов натурных наблюдений за изменением состояния эксплуатируемых природных ресурсов. При разработке системы выделяются конкретные компоненты геологической среды, на которые воздействуют технологические процессы, и определяются методы оценки особенностей изменения этих компонентов.

Горная промышленность характеризуется высокой фондоемкостью, зависимостью экономических показателей от горногеологических факторов, длительностью и низким уровнем окупаемости инвестиций, высоким уровнем травматизма, необходимостью постоянной корректировки проектов в процессе развития горных работ, низкой конкурентоспособностью товарной руды и полной зависимостью объемов произ-

водства от уровня сбыта продукции на отечественных и зарубежных рынках. Эти черты горной промышленности, а также высокая интенсивность эксплуатации природных ресурсов и большая экологическая нагрузка на окружающую среду при разработке открытым и подземным способами [1] требуют совершенствования существующих традиционных технологических решений путем создания новых технологий добычи полезных ископаемых.

Важнейшим направлением создания новых технологий извлечения железных руд из недр является система разработки месторождений с использованием скважинной гидродобычи (СГД). Предприятие, основанное на технологии СГД, может обеспечить выпуск продукции, конкурентоспособной по качеству и стоимости, а также снизить вредное влияние на ресурсы окружающей природной среды. Исследования показывают, что экологическая нагрузка на компоненты геологической среды при СГД может быть снижена не менее чем в 10 раз. Прежде всего, сравнение предприятий, добывающих богатую железную руду в бассейне КМА, показывает, что применение СГД не требует сооружения открытых и подземных горных выработок. Объем таких выработок в бассейне достигает соответственно более 2,0 млрд м3 и 1,5 млн м3.

Далее, при СГД отсутствует необходимость сооружения

технически сложных

дорогостоящих дренажных

комплексов с ежегодной откачкой подземных вод в объемах 50,0 млн м3. Технология СГД практически не требует нарушения земельных ресурсов со снятием почвенного слоя, традиционные же технологии нарушают эти ресурсы на площадях более 20,0 км2. И, наконец, нетронутой остается структура ланНиафгарж системевидные преимущества новой технологии, регулирование недропользования до недавнего времени было затруднено из-за нерешенности задачи разработки методов наблюдений (мониторинга), контроля и прогноза техногенного состояния нарушаемых компонентов геологической среды [2]. Отсутствие людей в зоне добычи не позволяет применить известные методики оценки изменяющегося состояния эксплуатируемых природных компонентов на различных стадиях добычных работ, и делает актуальной разработку принципиально новых методик. Другой причиной нынешней недооценки преимуществ этой технологии является недостаточная изученность характера формирования подземных полостей (очистных выемок) и закономерностей динамики изменения напряженно-деформированного состояния подрабатываемой толщи горных пород на глубинах более 700 метров. Это и стало основными факторами, затрудняющими признание предложенной технологии не только широким кругом горняков, но и специалистами, которые осуществляют контролирующие и разрешительные функции уже на стадии опытно- промышленного внедрения.

Разработка специальных мероприятий в системе недропользования при СГД может изменить сложившуюся ситуацию. К таким мероприятиям относятся:

обеспечение технической и экологической безопасности содержания налегающих горных пород и земной поверхности (земельных ресурсов); обоснование рациональности селективного извлечения железных руд и повторной после СГД разработки месторождений; оценка техногенного состояния режима подземных вод.

Шемраевский опытно-

промышленный рудник разрабатывает богатые железные руды способом СГД на глубине 650 м. Результаты натурных наблюдений и геомеханических расчетов [з], оценивающих техногенное состояние ресурсов геологической среды на руднике, были использованы для разработки перечисленных мероприятий. В ходе эксплуатации использовались методы геофизических наблюдений за смещением (оседанием) налегающей толщи горных пород. Наблюдения проводились с использованием естественных реперов, представленных прослойками пород с аномальной радиоактивностью. Оседания радиоактивных реперов по мере извлечения руды из недр увязывались с изменением положения поверхностных реперов наблюдательной станции. Последние были заложены в пределах горного отвода, и изменение их пространственных координат определялось GPS -аппаратурой. Моделирование подрабатываемого массива, вы-

полненное в ФГУП ВИОГЕМ, позволило соотнести состояние массива с объемами извлечения руды [4]. Установлена зависимость изменения напряженно-деформированного состояния налегающих пород от объема извлеченной руды. Выявлено, что при извлечении из одиночной скважины до 150 тыс. т оседания земной поверхности не происходит. При извлечении из скважины до 500 тыс. т происходит формирование мульды сдвижения без разрыва сплошности почвенного покрова с максимальным оседанием до 30 см.

Использование результатов исследований по оценке состояния подрабатываемых горных массивов позволило контролировать и управлять технологическим процессом гидроизвлечения руды, обеспечить безопасность горных работ, а также обеспечить рациональное использование земельных ресурсов в зоне влияния гидродобычных работ.

Предупреждение загрязнения пылью почвенного покрова при эксплуатации гидросклада (ру-дохранили-ща) осуществляется на основе анализа результатов отбора проб в различных пунктах земельного отвода и прилегающих территорий. Места отбора проб тщательно координировались. Снижение пыления руды достигалось путем корректировки технологии складирова-

ния и содержания пляжной зоны рудохранилища.

Мероприятия по стабилизации режима подземных вод содержатся в технологических регламентах водопользования и предусматривают поддержание баланса между закачкой и откачкой технологической воды, используемой при добыче.

Повторная отработка оставляемых при СГД в недрах запасов железных руды не является трудно решаемой задачей. Применение традиционных технологий в этом случае определяется только экономической и экологической целесообразностью, а также возможностью отработки руд на глубине свыше 600 метров. Технические трудности при ведении горных работ вблизи заполненной водой выемочных полостей отсутствуют, поскольку уже в настоящее время разработаны и внедряются соответствующие горные технологии и гидротехнические средства.

Таким образом, внедрение новой технологии разработки месторождений жестко связано с проблемой регулирования недропользования. Предлагаемый комплекс мероприятий по предупреждению нарушений природных компонентов геологической среды позволяет обеспечить конкурентоспособность технологии и ее успешное сосуществование с традиционными способами добычи полезных ископаемых.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колесников В.И. Сравнительная оценка нарушений природной среды и стратегия недропользования при скважинной гидродобыче. Материалы международного симпозиума «Освоение минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» - Белгород, 2001. С. 287-291.

2. Журин С.Н., Стрельцов В.И., Колесников В.И. Мониторинг компонентов окружающей среды при скважинной гидродобыче. - М.: Горный журнал, № 1112, 2000. С.86-89

3. Журин С.Н., Колесников В.И., Стрельцов В.И. Геомеханический мониторинг обводненных массивов. -М., НИИ-Природа, 1997. 188 с.

4. Стрельцов В.И., Колесников В.И. Маркшейдерское обеспечение природопользования при скважинной гидродобыче железных руд. Труды 11го Международного конгресса международного общества маркшейдеров. - Краков (Польша), 2000. С. 15-22.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ