CC BY
27
--© А.Д. Андросов, 2015
УДК 622.371:551.345 А.Д. Андросов
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ КАРЬЕРОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ
Приведены новые технологические решения по отработке малообъемных кимберлиговых трубок и доработке глубоких карьеров в условиях крио-литозоны. Созданы технические решения по восстановлению нарушенных глубокими карьерами земель и на восстановленных территориях предлагается строить объекты соцкультбыта для ведения здорового образа жизни проживающего там населения. Предлагаются научно-технические решения по экологически безопасному отвалообразованию для захоронения вредных отходов горных производств, в том числе агрессивных рассоло-насышенных пород в открытом пространстве природной среды. Ключевые слова: криолитозона, малообъемные кимберлитовые трубки, утилизация карьеров, подмерзлотные рассолы, вертикальная модульная схема, мелкие ценные минералы, объекты соцкультбыта.
Рудные кимберлитовые месторождения западной Якутии преимущественно представлены трубками-гигантами, малообъемными телами, жилами, дайками, силлами и штоками [1]. Разработка их ведется открытым способом, характеризующимся постоянным возрастанием объемов производства вскрышных работ, последствием которой является не только ухудшение экологической ситуации в регионе ведения работ, но и уничтожение среды обитания для флоры и фауны. Поэтому возникли актуальные задачи по обеспечению экологической безопасности, обусловленные интенсивным освоением месторождений криолитозоны в условиях легкоранимой природы Севера. К числу таких разработок, в первую очередь, следует отнести:
— утилизация отработанного пространства карьеров, т.е. восстановление нарушенных горными работами участков земной коры и создание в них объектов народнохозяйственного значения;
— экологически безопасное захоронение отходов горнодобывающих производств, в том числе откачиваемых из карьера агрессивных подмерзлотных рассолов и насыщенных рассолами горных пород в открытом пространстве природной среды;
— создание вертикальной модульной схемы подъема горной массы в сборно-разборном исполнении, преимущественно предназначенной при разработке малообъемных рудных тел, подлежащих освоению вахтовым методом.
По перечисленным направлениям созданы инновационные научно-технические разработки, запатентованные в России и предназначенные для освоения месторождений криолитозоны с экологически безопасными параметрами.
К таким разработкам следует отнести технологии восстановления нарушенных горными работами участков земной коры после завершения открытых горных работ. Предлагается, применительно к экстремальным условиям криолитозоны Севера, заполнить отработанное пространство карьера льдопородной толщей, создаваемой путем послойного намораживания воды в зимние периоды со дна карьера до дневной поверхности. Расчеты показывают, что за один зимний сезон возможно создание замороженного слоя льда толщиной 10^15 м.
На рис. 1 представлено размещение объектов соцкультбыта на восстановленной территории отработанного карьера: ледники для хранения продуктов питания, лечебницы на базе минерализованных вод, музей мамонта, научно-исследовательские лаборатории, оранжереи для выращивания овощей, грибов, ягод, цветов и др. Таким образом, «глубокие ямы», оставленные после доработки кимберлитовых карьеров, будут использованы как полезные площади для размещения, нужных для здоровья людей, объектов соц-культбыта. В конечном итоге, своевременно принятый комплекс организационных мероприятий обеспечит нормализацию экологической ситуации в регионе ведения горных работ [2].
• Другой наиболее перспективной разработкой является создание экологически безопасных отвалов для размещения отходов горно-обогатительных производств, в.т.ч. рассолонасыщенных
з
тов соцкультбыта: 1 — контур карьера; 2 — штольни-ледники для хранения продуктов питания; 3 — лечебника; 4 — музей мамонта; 5 — ходок галерея; 6, 7, 8 — соответственно, оранжереи для выращивания овощей, грибов, цветов; 9 — спиральный автомобильный съезд
пород, содержащих сероводород и другие вредные компоненты. Суть ее состоит в создании своеобразного «могильника» для захоронения вредных отходов, изолированного от природной среды. Для этого отвал формируют округлой формы, причем вначале сооружают дамбу обвалования по замкнутому конечному контуру отвала, а затем дальнейшую отсыпку агрессивных пород производят во внутреннем пространстве образовавшейся чаши. Причем внутренний откос дамбы обвалования покрывают глинистыми породами, создавая водоупорный экран против проскоков агрессивных рассолов, стекающих из рассолонасыщенных пород. Поверх водоупорного экрана наносят слой цеолитов с целью нейтрализации запаха вредных ядовитых газов (рис. 2). После формирования всех ярусов отвала его поверхность покрывают слоем сапропеля для лучшего выполнения рекультивационных работ. В окончательном виде отвалу в плане придают эллипсоидальную форму, как устойчивую против ветровой эрозии и ориентированную по розе ветров [3, 4].
Проблема подъема горной массы, особенно в условиях доработки карьеров и разработки малообъемных рудных тел, является весьма актуальной. Специфика расположения малых трубок состоит в том, что они находятся на значительном удалении от освоенных месторождений. Поэтому, трудоемкость создания технологической инфраструктуры предопределила применение нового комплекса горнотранспортного оборудования в мобильном исполнении. То есть, предлагается модульная технологическая схема с вертикальным подъемом горной массы, имеющей в своем составе: гидравлический экскаватор с повышенным усилием резания, контрейлер, вертикальный клетьевой подъемник и автосамосвал (рис. 3).
Контрейлер представляет собой контейнер на колесах, отличающийся удобством в эксплуатации на перегрузочных работах путем выката их из одного транспортного сосуда в другое [2]. В настоящее время контрейлеры успешно эксплуатируются на автомобильно-железнодорож-но-речном транспортах в условиях функционирования логистических систем, снижая простои перегрузочных работ [5].
пасного отвалообразования: 1 —
ярусы отвала; 2 — защитный экран из суглинков; 3 — слой цеолитов; 4 — берма безопасности; 5 — слой сапропеля; 6 — рассолонасыщенные породы
Перегрузочные площадки формируют на скальных грунтах и предназначены для размещения на них контрейле-ров, выкатываемых из клетье-вого подъемника и перегружаемых в кузова автосамосвалов. Они отличаются простотой в исполнении и оборудованы металлоконструкцией, состоящей из швеллеров, по которым контрейлеры перемещаются на колесах. В результате такого нововведения, включающем вертикальную схему подъема горной массы, модульную конструкцию с перегрузочной площадкой, будет достигнута высокая эффективность путем резкого сокращения объемов вскрыши, комплексного извлечения из кимберлитов мелких ценных минералов (МЦМ) и улучшения экологической ситуации в регионе ведения горных работ. Следует отметить, что наличие в рудах МЦМ и при комплексном их извлечении как из хвостов обогатительных фабрик, так и в процессе обогащения кимберлитов будет обеспечен дополнительный доход горнодобывающему предприятию. Так по данным геологов в кимберлитовых рудах содержится более 50 МЦМ, таких как, гранаты, пироп, золото, титаномагнентит, хромди-опсид и т.д., в которых нуждаются ювелирное, металлургическое и сварочное производства. Реализация рекомендаций для использования в технологических регламентах на проектирование позволит поднять на более высокий уровень технологии разработки кимберлитов и выемки их из глубоких горизонтов месторождений.
В таблице приведено ожидаемое улучшение технико-экономических показателей от внедрения нового технического решения.
Из данной таблицы следует: суммарный экономический эффект от реализации технического решения на одной малообъемной кимберлитовой трубке составит 71,7 млн долл., который будет достигнут за счет снижения затрат на разработку и дополнительного дохода от реализации МЦМ на рынке драгоценных камней.
2 3 7 5 7 9 4
Рис. 3. Технологическая схема отработки малообъемных кимберлитовых трубок с применением вертикальной схемы подъема горной массы: 1 —
кимберлитовая трубка; 2 — крутой борт карьера; 3 — берма безопасности; 4 — глубокая траншея внешнего заложения; 5 — перегрузочная площадка; 6 — клетьевой подъемник; 7 — контейнер; 8 — экскаватор нижнего черпания; 9 — автосамосвал; 10 — обогатительная фабрика; 11 — хво-стохранилище, 12 — мини-обогатительная фабрика для извлечения МЦМ
Ожидаемые улучшения технико-экономических показателей от внедрения рекомендуемого способа
№ п/п Перечень показателей Технологии
Традиции-онная Рекомендуемая
1 Глубина карьера беднотоварной кимберли-товой трубки, м 100,0 100,0
2 Угол откоса борта карьера, град. 45°- 55° 80°- 90°
3 Объем добычи руды, тыс. м1 785,0 785,0
4 Объем горной массы в контуре отработки карьера, млн м1 4,49 1,96
5 Объемы извлекаемых вкрышных пород из карьера, млн м1 3,71 1,17
6 Затраты на отработку беднотоварной кимбер-литовой трубки, млн долл. 15,3 6,41
7 Снижение затрат на разработку малообъемной кимберлитовой трубки, млн.долл. - 8,89
8 Продуктивность 1 т беднотоварной кимберлитовой трубки, соответственно без учета и с учетом извлечения МЦМ долл. 50,0 130,0
9 Ожидаемый доход от реализации мелких ценных минералов, млн долл. - 62,8
10 Суммарный экономический эффект от снижения затрат на разработку и доход от реализации МЦМ, на рынке драгоценных камней, млн долл. 71,7
Таким образом, рекомендуемое научно-техническое предложение позволит существенно повысить эффективность отработки бед-нотоварных кимберлитовых трубок благодаря комплексной переработке бедных алмазосодержащих руд, обеспечивая дополнительную прибыль акционерной компании и ее стабильное развитие в условиях угрозы мировых финансовых кризисов. Экологический эффект будет обеспечен благодаря снижению техногенной нагрузки на природную среду в результате сокращения объемов перерабатываемой горной массы в 2,3 раза. В конечном итоге внедрение комплекса технологических мероприятий, включающей утилизацию отработанного пространства карьеров, экологически безопасное захоронение отходов горных производств, модульную схему подъема горной массы позволит производить эксплуатацию месторождений в безопасном для природной среды режиме.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аргунов К.П. Алмазы Якутии: физические, морфологические, гомологические особенности. Новосибирск: изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2005. - 402 с.
2. Андросов А.Д., Иванова Е.А. Инновационные технологии при отработке глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров в криолитозоне // 21 век: фундаментальная наука и технологии. Материал 5-й межд. науч. — практ. конф. 10—11 октября 2014. — С. 141-150.
3. Патент 2310076, МПК Е21С41/26. Способ экологически безопасного отвалообразования / Андросов А.Д., Ягнышев Б.С., Михайлов В.Е., Андросов А.А. и др. - Опубл. в БИ. - 2007. — № 31.
4. Андросов А.Д., Иванова Е.А. Проблемы экологические безопасного отвалообразования в условиях криолитозоны // Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований. Материалы 5-й межд. науч.-практ. конф. 22-23 декабря 2014. — С. 95-100.
5. Никифоров B.C. Мультимодальные перевозки и транспортная логистика. Учебное пособие. М.: ТрансЛит, 2007, 272 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Андросов Артур Дмитриевич - доктор технических наук, профессор, Горный институт СВФУ им. М.К. Аммосова, [email protected],
UDC 622.371:551.345
ENVIRONMENT SAFETY TECHNOLOGIES FOR OPEN-PIT MINING IN CRYO-LITHIC ZONE
Androsov A.D., professor, Dr.Sci. (Eng.), Mining Institute of the North-Eastern Federal University, Russia, [email protected].
The paper presents advanced technological solutions concerning mining in small-volume kimberlite pipes and after-mining of deep open-pits under cryolithic conditions. The technical solutions have been made on rehabilitating open mining-disturbed lands. The remediated territories are proposed to be used for constructing facilities for cultural, sport and everyday aspects of local population life. Scientific-technical solutions are offered concerning ecologically-safe mining industrial waste dumping in open environment, including aggressive brine-saturated rocks.
Key words: cryolithic zone, small-volume kimberlite pipes, open-pit recycling, sub-permafrost brines, vertical module scheme, fine valuable minerals, facilities for cultural, sport and everyday aspects of social life.
REFERENCES
1. Argunov K.P. Almazy Jakutii: fizicheskie, morfologicheskie, gomologicheskie osobennosti (Diamonds of Yakutia: physical, morphological, homologous features). Novosibirsk: izd-vo SO RAN, filial «Geo», 2005. 402 p.
2. Androsov A.D., Ivanova E.A. Innovacionnye tehnologii pri otrabotke glubokih gori-zontov kimberlitovyh kar'erov v kriolitozone (Innovative technologies for the mining of deep horizons of kimberlite open pits in the permafrost zone) // 21 vek: fundamental'naja nauka i tehnologii. Material 5-j mezhd. nauch.-prakt. konf. 10-11 oktjabrja 2014. pp. 141-150.
3. Patent 2310076, MPK E21S41/26. Sposob jekologicheski bezopasnogo otvaloobrazovanija / Androsov A.D., Jagnyshev B.S., Mihajlov V.E., Androsov A.A. i dr. -Opubl. v BI. - 2007. — № 31.
4. Androsov A.D., Ivanova E.A. Problemy jekologicheskie bezopasnogo otvaloobrazovanija v uslovijah kriolitozony (The problems of ecological safe dumping in permafrost) // Aktual'nye napravlenija fundamental'nyh i prikladnyh issledovanij. Materialy 5-j mezhd. nauch.-prakt. konf. 22-23 dekabrja 2014. pp. 95-100.
5. Nikiforov V.S. Mul'timodal'nye perevozki i transportnaja logistika (Multimodal transport and transport logistics). Uchebnoe posobie. Moscow: TransLit, 2007, 272 p.
