CC BY
41
© В.Г. Назаров, Б.Г. Назаров, 2007
УДК 622.271.6
В.Г. Назаров, Б.Г. Назаров
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ГИДРОВСКРЫШНЫХ РАБОТ ПРИ ОТРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Начиная с 2000 года, в России прослеживается вполне объективная тенденция снижения добычи золота из россыпных месторождений (1). Данные по объемам добычи представлены в таблице.
Темп падения объемов добычи золота из россыпей приближается к 10 % в год, и можно предположить, что через 8-10 лет промышленная отработка россыпных месторождений прекратится и не будет иметь какого-либо экономического значения для России.
Объективность складывающейся тенденции обуславливается в первую очередь тем, что крупные россыпные месторождения вырабатываются, кондиции падают, горно-технические условия усложняются. Все это происходит на фоне резкого удорожания энергоресурсов, особенно жидкого топлива, изнашивания технического парка и, в конечном итоге, значительном повышении себестоимости добычных работ.
Одновременно с этим нельзя утверждать, что ресурсы россыпного золота в России исчерпываются пол-
ностью. Например, ресурсы россыпного золота только Северо-Восточных районов республики Якутия оцениваются более чем в 500 т. Однако эти районы слабо энергообеспечены, труднодоступны, не имеют развитой промышленной инфраструктуры. Суровый арктический климат, работа в условиях вечной мерзлоты, короткий промывочный сезон (не более 100 дней) - все это делает добычу россыпного золота по традиционным технологическим схемам не эффективной и малорентабельной.
Классическая схема отработки русловой россыпи открытым раздельным способом будет предполагать осуществление механизированной вскрыши, с выкладкой торфов на некондиционных участках блока или его бортах, окучивание песков, строительство гидротехнических сооружений, с целью организации оборотного водоснабжения, строительство очистных сооружений. Именно первый этап в условиях вечномерзлотных грунтов является во всем процессе наиболее трудоемким и дорогостоящим и несет в себе до 60 % затрат
Год 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Добыча, кг 80428,3 79914,8 79691,5 76595,8 73216,8 68971 63435
Прирост,кг +10167,1 -513,5 -223,3 -3095,7 -4245,8 -4245,8 -5536
Прирост,% +14,5 -0,6 -0,3 -3,9 -5,8 -5,8 -6,9
1 - русло; 3 - террасы 1 порялка
2 - пойменные террасы; 4 - террасы высших порядков
добычных работ. Следует прямо сказать, что средняя техника, например бульдозеры Т-180, Т-10, Б-11, для вскрышных работ в условиях вечной мерзлоты просто непригодны. Конечно, эффективна тяжелая техника, как Сота1эи Э-355 или Т-35.01, но и их паспортная производительность падает как минимум в два раза, ввиду обязательного рыхления грунта. Часто используемые взрывные работы также обременительны и дорогостоящи. Ожидание естественной оттайки, скорость которой составляет в летний период для илов, не покрытых почвенно-растительным слоем или мхом, 5-6 см, а для аллювиальных отложений - 10-12 см, требует открытия больших площадей с большим количеством непроизводительного перемещения техники.
Характерный разрез долинной аллювиальной россыпи с геоморфологическими элементами показан на рис. 1 и включает русло, современные низкие и высокие пойменные террасы (1-3 м), террасы 1-го (10-15 м) и высших порядков (30-45; 75-90 м), соответствующие определенным эрозионным циклам (2). Каждый водоток имеет меандры, параметры которых указывают на разработанность водотока, степень боковой эрозии и
Рис. 1. Разрез долинной россыпи
зависят от характеристик секущихся пород, геотектонической обстановки и т.д. Меандры могут быть врезанными в коренные породы, а также поверхностными, разработанными в аллювии. Иногда кажется парадоксальным, что рыхлые отложения могут привести к врезанию меандр в коренные породы. Однако следует учитывать, что в условиях вечной мерзлоты рыхлый материал, особенно содержащий в себе значительное количество глин или суглинков, менее подвержены гидроразмыву, чем даже кристаллические породы, испытывающие значительные раскалывающие деформации от тех же низких температур. Ширина долины тесным образом зависит от размера меандров, описываемых рекою. Размер меандров и радиус их кривизны тем больше, чем многоводнее река и чем больше скорость ее течения. Считается, что ширина зрелой долины относится к ширине русла, примерно как 20:1 (2).
Практика показывает, что наиболее кондиционными в большинстве случаев являются нижние морфологические элементы долины, как наиболее аккумулирующие полезный компонент при его перемещении сверху вниз, поэтому россыпи террас высших порядков часто остаются за балансом. Именно на долинных россыпях была опробована технология естественной гидровскрыши и гидрообогащения песков, существо которой показано на рис. 2.
Первоначально блок зачищается от почвенно - растительного слоя с вы
кладкой илов на бортовые части. В головке меадры продуктивного блока в русловой его части строится дамба (рис. 2, а), преграждающая путь естественному водотоку, и весь поток направляется на невскрытую часть полигона. На дневной поверхности полигона делается углубляющий «след», направление которого зависит от конкретной горно-технической обстановки и параметров смежных ме-адр для строительства последующих дамб. Сечение углубляющего «следа» желательно исполнить таковым, чтобы полностью вмещало весь поток ручья. В противном случае произойдет растекание потока по дневной поверхности полигона, упадут его гидродина-
Рнс. 2. Схема последовательного дамбнровання для гидровскрыши
мические характеристики и эффект размыва будет крайне низким.
Поток начинает вырабатывать себе новое русло, перенося вниз по течению рыхлые отложения. После того, как «след» выработан до уровня современного русла, и если требуется еще один или несколько продольных разрезов полигона, то первая дамба разрушается, ниже по течению ручья строится новая дамба и прокладывается новый «след», при этом предыдущее русло под-дамбливается для сохранения гидродинамических характеристик потока (рис. 2, б). Аналогичным образом ручей может направляться не вдоль долины, но поперек ее (рис. 2, в). Операции повторяются и весь полигон рассекается на условные мерзлые квадраты (рис. 2, г).
Дамбирование осуществляется не только на одном полигоне или меандре, а на всех блоках планово поставленных к отработке и естественная
гидровскрыша может покрывать всю площадь отрабатываемого месторождения (рис. 2, л). Это даже предпочтительней, т.к. в зависимости от горной обстановки и при многочисленных паводковых воздействиях вечномерзлотная вскрыша может быть разрушена по всей площади полигона.
При такой технологии интенсифицирующий эффект вскрышных работ обусловлен в основном двумя факто-
рами: естественный гидроразмыв
вскрываемых мощностей и увеличение дневной поверхности под оттай-ку. По последнему несложно посчитать, что, например, при площади полигона 20000 кв. м, ширине русла -20 м, глубине врезания - 4 м и рассечению полигона на 8 квадратов, площадь естественной оттайки увеличивается на 15 % за счет образующихся бортовых срезов. Для этих же параметров объем механизированных вскрышных работ уменьшается на 40 %. Если же полигон подвергается гидровскрыше по всей площади, то объем вскрышных работ уменьшается на 8090 %. Оставшиеся объемы включают в себя работы по строительству дамб и окончательной зачистке полигонов.
Строительство дамб возможно осуществлять в летний период, но более целесообразно в осенний период перед устойчивыми морозами. В этот момент вода «уходит» из водотоков, что технически облегчает их перекрытие. Но главное - за зимний период они хорошо промораживаются и показывают высокую устойчивость против паводковых весенних вод. Особенно это важно при строительстве высоких дамб: до 10-15 м.
На размывающую способность естественного водотока существенно влияет его продольный уклон, характерный пример которого приведен на рис. 3. Первоначально гидровскрышу желательно осуществлять на наиболее
Рис. 3. Продольный уклон водотока
крутых (а) участках ручья, их отрабатывать, и только после техногенного углубления (в) переходить к вскрыше выположенных (б) участков.
Нами установлено, что при среднем уклоне ручья не менее 2 % и стабильном дебете водотока (в межень) полная выработка смершихся аллювиальных отложений «следа» до дневной поверхности современного русла происходит за 6 -7 суток, причем длина «следа» практически не имеет значения, что не совсем понятно. На практике нарезались «следы» по основаниям меандр до 200 м. С увеличением уклона ручья скорость размыва увеличивается. При сезонных или случайных паводках, когда мощность потока может возрастать более чем в 2 раза, скорость размыва мерзлых отложений увеличивается многократно и его время соответствует собственно времени паводка и может составлять 2040 часов. Накопленные практические данные по скорости глубинного вреза естественных потоков представлены на рис. 4.
Следует сказать, что пренебрежение первым этапом подготовки, т.е. зачисткой полигона от почвенно -растительного слоя, может привести не только к экологическим спорам, но и может исключить достижение результата вообще. Специально был проведен опыт и поток был направлен на 15-сантиметровую мшистую поверхность, произрастающую сразу на льдистом аллювии, даже без илистых отложений. Через пять суток на мху наблюдалось некоторое накопление мелкого аллювия, глубинного же вреза не произошло.
Рис. 4. Зависимости скорости врезания от параметров ручья и размываемых поверхностей
Серьезную трудность даже для тяжелой техники при осуществлении вскрышных работ представляют собой погребенные линзы льда. Направление на них естественного водяного потока в сочетании с солнечным воздействием справляется с этой задачей беззатратно, образуя при этом причудливые туннели и гроты Стремясь применить естественную гидровскрышу с целью сокращения механизированных работ и уменьшения затрат, был обнаружен экономически важный эффект дообогащения продуктивного пласта. Характерный разрез россыпи показан на рисунке 5а, и включает в себя «торфа», «рубашку», «пески», «плотик». Одной из самых сложных и ответственных операций при отработке россыпи является разделение «торфов» и «песков» по «рубашке», т.е. по горизонту, не несущему в себе промышленных концентраций золота, но содержащему его первые признаки или даже единичные знаки. Провести точную гра-
ницу продуктивного пласта невозможно, поэтому на практике он либо не довскрывается, что приводит к ра-зубоживанию по перерабатываемой горной массе, либо вскрывается излишне и золото теряется в отвалах вскрыши.
При естественной гидровскрыше слабое или случайное золото верхних горизонтов оседает, увеличивая запас продуктивного пласта (рис. 5, б).
Установлено, что при однократном размыве торфов до естественного уровня продуктивный пласт может обогатиться на 10-15% в сравнении с разведочными данными. При неоднократном воздействии потока продуктивный пласт как бы сжимается, его мощность уменьшается, но содержание увеличивается. В конечном итоге, все золото оказывается на плотике в спайной зоне, причем существенных изменений на глубину просадки в коренные породы в сравнении с геологическими данными нами не обнаружено (рис. 6). Рассмотренное явление
«сжатия» продуктивного пласта опять - таки несет в себе экономический смысл, т.к. уменьшает объемы перерабатываемых горных масс.
Обнаруженное дообогащение было использовано нами для включения в отработку забалансных контуров более высоких террас. Правда это повлекло некоторое увеличение затрат в связи со строительством дамб высотой до 15 м. Однако результат превзошел все наши ожидания: последующая отработка балансовых блоков дала увеличение запаса от 50 до 100 %. Следует отметить, что, особенно в периоды бурных паводков, наблюдается некоторое смещение полезного компонента по продольному профи-
Рис. 5. Разрез россыпи
лю. Но эта проблема технически решается не сложным строительством искусственных узлов разгрузки или используются особенности естественного рельефа. Ни одного случая не-доотхода при применении естественной гидровскрыши мы не получили.
Особенное место при организации рассматриваемой технологии занимают вопросы экологии. С этой целью осуществлялся систематический забор проб воды ниже по течению полигонов, подвергаемых гидровскрыше и полигонов, вскрываемых механизированным способом со строительством водоотводных канав. Опыты проводились на месторождении р. Соревнование и р. Первый в Адычанском бассейне.
р. Соревнование имеет средний продольный уклон 3,5 %, протяженность 21 км, средний расход воды в межень 21000 куб. м/час, р.Первый - 4,8 %, 8 км, 3000 куб. м/час соответственно. Пробы анализировались на содержание нефтепродуктов и содержание взвешенных веществ (мутность). Пробы воды систематически отбирались один раз в неделю с начала июня и обязательно в паводковые воды. Данные анализов представлены на рис. 7.
Содержание нефтепродуктов в воде (рис. 7, а) при осуществлении механизированных вскрышных работ в целом оказывается выше, чем при естественной гидровскрыше. Имеющие место повышения концентраций
а) разведочные данные
б) эксплуатационные данные
для последней обычно были приурочены к моментам строительства дамб в летний период и прослеживается почти пропорциональная зависимость содержания нефтепродуктов от количества задействованной в работе техники. Так как количество механизированных работ при естественной гидровскрыше уменьшается в 2 -3 раза, то такая технология с точки зрения привнесения вредных примесей становится даже экологически безопасней.
Обратная картина при сравнении методов работ наблюдается для содержания взвешенных веществ (рис. 7, б). Для естественной гидровскрыши характерно устойчивая повышенная мутность, а в периоды паводков может
Рис. 6. Геологические и разведочные данные при неоднократном гидроразмыве
превышать естественный паводковый фон в 1,5 раза и достигать содержания 300 мг/л. Устойчивая повышенная мутность наблюдается при работе на полигонах с плохо промывистыми грунтами, содержащих значительное количество глин. В хорошо промывистых рыхлых отложениях осветление воды наступает значительно быстрее и может произойти через 24 часа.
Установлено, что продолжительность повышенного содержания взве-шенных веществ зависит от длины полигонов, подвергаемых гидроразмыву (рис. 7, в). Так при длине размыва до 50 м осветление происходит через 30-40 часов с начала запуска потока на «след» и последующая проработка русла до глубины естественного несет незначительное завышение количества взвешенных веществ от естественного фона. С увеличением длины размываемого «следа» асимптотический характер изменения концентраций взвешенных частиц сохраняется, однако начальный период повышенных концентраций увеличивается.
За все время наших наблюдений по параметрам содержания взвешенных частиц в периоды стабильного водотока ни разу не обнаруживалось повышения концентраций выше естественных паводковых значений.
Поэтому мы считаем возможным применение естественной гидровскрыши как экологически допустимой.
Рис. 7. Анализ проб воды
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брайко В.Н., Иванов В.Н. Российская 2. Билибин Ю.А. Основы геологии рос-
промышленность драгоценных металлов: со- сыпей. - Изд. АН СССР, 1963. стояние, итоги и проблемы. - Золотодобыча № 93, Иргередмет, 2006.
— Коротко об авторах-----------------------------
Назаров В.Г, Назаров Б.Г. - ЗПК «Золото Верхоянья».
