CC BY
69
А.В. Рашкин, Ю.В. Субботин, П.Б. Авдеев
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПЕЙ
Семинар № 3
~П комплексе горно-подготовитель-ных
.О работ при разработке россыпных месторождений золота, в особенности дражным способом, оттаивание мерзлых пород и предохранение от глубокого зимнего промерзания занимают особое положение. Это обусловлено тем, что свыше 60 % дражных полигонов на мелких, неглубоких и средней мощности россыпях содержат многолетнемерзлые породы в объеме свыше 35 % от объемов горной массы, а с учетом сезонно-промерзающих пород - свыше 50 % на россыпях средней мощности, около 80 % - неглубоких и около 100 % - на мелких россыпях. Технико-экономические показатели применяемых способов оттаивания колеблются в очень широком диапазоне. Интенсивные способы оттаивания мерзлых пород -фильтрационно-игловой, фильтрационно-
дренажный, дождевально-дренажный - имеют более высокую себестоимость (2-10 раз) и энергоемкость (10-40 раз) в сравнении с солнечно-радиационным способом без ежесуточного удаления оттаявшего слоя, но значительно превосходят его по скорости оттаивания - в 5-10 раз и более [1].
В Читинском государственном университете ведутся исследования по совершенствованию способов оттаивания, основанных на более полном использовании естественного
источника тепла - солнечной энергии. Предлагаемый способ оттаивания мерзлых горных по-
Рис. 1. Способ оттаивания мерзлых пород солнечно-солевым нагревом: 1 -
оттаиваемый участок мерзлых горных пород; 2 - водоподпорная плотина; 3 -слои водных растворов технической соли хлористого магния; 4 - масляная пленка; 5 - перфорированная селективно прозрачная пленка
род и грунтов основан на том, что затопление оттаиваемого участка водой, обладающей селективной прозрачностью для коротковолнового и длинноволнового излучений, с последующим нанесением масляной пленки, позволяет повысить температуру воды и ускорить оттаивание пород. Этот теплотехнический прием обладает тем недостатком, что из-за конвективного теплообмена и диффузии воды в водоеме, возникающей в результате разности температуры воды по глубине водоема - нагретые за счет солнечной радиации теплые нижние слои воды пониженной плотности естественным образом поднимаются к поверхности, а более охлажденные верхние слои опускаются вниз, в результате чего поглощенная солнечная радиация расходуется преимущественно на длинноволновое излучение в атмосферу и конвективный теплообмен с наружным воздухом, а не нагрев придонного слоя жидкости и оттаивание мерзлых пород.
Для того, чтобы исключить температурную конвекцию, оттаиваемый участок заливают слоями, а в качестве селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений жидкости используют водный раствор технической соли магния 6Н2О . МgCl2 с понижением концентрации её от нижних слоёв к верхним слоям. Между слоями водных растворов технической соли магния размещают слои перфорированной пленки, селективно прозрач-
Рис. 2. Способ гидравлического оттаивания пород: 1 - водоподпорная дамба; 2 - мерзлый массив; 3 - скважина; 4 -камуфлетная полость; 5 - фильтрационный канал и сеть горизонтальных, вертикальных и наклонных трещин; 6 - трубопровод; 7 - задвижка (вентиль); 8 -водосбросный патрубок; 9 - водозаборный патрубок; 10 - вода-теплоноситель; 11 - направление движения воды, подогретой за счет солнечной энергии; 12 -направление движения охлажденной воды
ной для коротковолнового и длинноволнового излучений (рис. 1).
Селективно прозрачные для
коротковолнового и длинноволнового излучений водные растворы технической соли магния 6Н2О . МgCl2 практически полностью пропускают поглощаемую поверхностью оттаиваемых горных пород коротковолновую солнечную радиацию и в тоже время задерживают длинноволновое излучение от поверхности оттаиваемых горных пород.
Размещение между слоями водных растворов технической соли магния 6Н2О . МgCl2 слоёв перфорированной селективно прозрачной пленки позволяет предотвратить перемешивание слоёв с различной концентрацией технической соли магния 6Н2О . МgCl2 и усилить теплотехнический эффект водоема за счет селективной прозрачности -повышенной пропускаемости коротковолновой солнечной радиации и пониженной прозрачности для длинноволнового излучения.
В результате предотвращения конвективного переноса энергии от более плотных нижних слоев к верхним малоплотным слоям и селективной прозрачности водных растворов технической соли магния 6Н2О . МgCl2 и пленки между слоями температура нижнего придонного слоя повышается до 80-90 0С. Такое повышение температуры приводит к увеличению скорости оттаивания по сравнению с известным способом более чем в два раза.
Способ осуществляется следующим образом. На оттаиваемом участке удаляют почвенно-растительный слой и производят затопление его с помощью водоподпорной плотины слоями водных растворов технической соли хлористого магния 6Н2О . МgCl2 с по-
нижением концентрации от нижнего слоя к верхнему слою. В нижнем слое толщиной 0,1-0,2 м создают наибольшую концентрацию реагента - 20 %, в вышерасположенном слое такой же толщины концентрацию понижают на 2,5-5,0 %. Общее число слоев от 5 до 10 слоёв. Верхний слой заполняется чистой водой с нулевой концентрацией реагента. Глубина водоема на оттаиваемом участке составляет 0,8-1,0 м. На поверхность верхнего слоя наносят масляную пленку для предотвращения расходов поглощенной солнечной энергии на испарение.
В направлении совершенствования фильтрационно-иглового и фильтрационнодренажного способов предложены технические решения с созданием в массиве фильтрационных каналов и камуфлетных полостей путем взрывания зарядов ВВ линейного ряда, с использованием гидроразрыва пласта и созданием в массиве многоуровневых потоков воды-теплоносителя за счет взрывания зарядов ВВ либо гидроимпульсов от гидровибрато-ра[2]. Для снижения энергозатрат и повышения эффективности технологии гидравлического оттаивания целесообразно после бурения нагнетательных скважин и сооружения в них водозаборных труб и патрубков, подключаемых к поверхностной трубопроводной системе с выходом за пределы водоподпорной дамбы, заливать участок водой на глубину 5-10 м (рис.2).
Предлагаемый гидравлический способ оттаивания мерзлых пород осуществляется следующим образом. После удаления почвенно-растительного слоя и сооружения водоподпорной дамбы в мерзлом массиве горных пород бурят скважины, в которых взрывают камуфлетные заряды ВВ. В результате
взрывания в мерзлом массиве горных пород создаются камуфлетные полости, фильтрационные каналы и сеть горизонтальных, вертикальных и наклонных трещин. На поверхности оттаиваемого участка между рядами скважин монтируют трубопровод, который с одной стороны закрыт заглушкой, а на другом конце его устанавливается задвижка или вентиль и водосбросный патрубок. В скважины устанавливают водозаборные патрубки с перфорированными на отрезке длиной 0,51,0 м со стороны забоя скважин отверстиями диаметром 0,01-0,02 м и с помощью соединительных муфт присоединяют их к трубопроводу. Устья скважин перекрывают ограждающей металлической сеткой с квадратными ячейками 0,03 х 0,03 м. После затопления водой обеспечивается самотечное
1. Рашкин А.В., Авдеев П.Б., Субботин
Ю.В.Тепловая и водная подготовка горных пород при разработке мерзлых россыпей. - М.: Издательство «Горная книга», 2004.-352 с.
движение воды-теплоносителя за счет перепада уровней воды на подтопляемом участке и на выходе охлажденной воды из водосбросного патрубка. Воду можно нагревать в солнечно-солевом водоёме (см. рис. 1). Процесс оттаивания мерзлых горных пород вокруг скважин и камуфлетных полостей происходит путем кондуктивно-конвектив-ного теплообмена между водой-теплоно-сителем и мерзлыми горными породами.
Предлагаемые способы оттаивания не требуют дополнительных материальных затрат на электроэнергию, на приобретение, обслуживание насосов и позволяют существенно увеличить скорость и глубину оттаивания мерзлых пород и в конечном счете повысить эффективность разработки многолетнемерзлых глубоких россыпей.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Рашкин А.В., Субботин Ю.В., Позлутко С.Г. Совершенствование способов оттаивания мерзлых пород //Горный журнал. - N9-10. - 1996.- С. 9-11).
— Коротко об авторах ---------------------------------------
Рашкин Анатолий Васильевич — профессор, доктор технических наук, Субботин Ю.В., Авдеев П.Б. - Читинский государственный университет.
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
ДИССЕРТАЦИИ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ПРО ЇБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ Н ¡4 ¡3 1 _
БУРЫКИН
Сергей
Иванович
Разработка и внедрение инновационных решений для открытой геотехнологии при освоении рудных и угольных месторождений
25.00.22
05.02.22
д.т.н.
© А. С. Кузьменко, 2005
УДК 622.831.32 А. С. Кузьменко
