Тепловая и водная подготовка горных пород при разработке мерзлых россыпей

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л.А. ПУЧКОВ 

Зан. председателя 

л.х гитис 

Члены редсовета 

И. В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В. КОРЧАК 

МВ. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

Э.М СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

президент МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГТУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик МАНВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик РАН 

А.В. PAIIIKИH 

П.Б. АВДЕЕВ 

Ю.В. СУББОТИН 

ТЕПЛОВАЯ 

И ВОДНАЯ ПОДГОТОВКА 

ГОРНЫХ ПОРОД 

ПРИ РАЗРАБОТКЕ 

МЕРЗЛЫХ 
РОССЫПЕЙ 

МОСКВА • 
ИЗДАТЕЛЬСТВО <<ГОРНАЯ КНИГА» • 
2007 

УДК 622.271:624.139 
Бьк 33.2 

р 28 

Книга соответствует «Гигие11ическим требованиям к издания.w 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным 

Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Са11итарно-эпидемиологическое 

заЮlючение ФедерШiьной службы по надзору в сфере защиты 

прав потребителей М 
77.99.60.953.Д.ОО8501.07.07 

Рецензенты: 
• 
д-р техн. наук, проф. В.П. Дробаденко (Москов::кий государственный геологоразведочный университет); 
• 
д-р техн. наук, проф. Б.Л. ТШiьгамер (Иркутский государственный технический университет) 

Рашкин А.В., Авдеев П.Б., Субботин Ю.В. 

Р 28 
Тепловая и водная подготовка горных пород при разработке 

мерзлых россыпей.- М.: Издательство «Горная книга», 2007.352 с.: ил. (ОСВОЕНИЕ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ) 
ISBN 978-5-98672-077-7 (в пер.) 

Рассмотрены основные направления водно-тепловой подготовки массива 

горных пород путем совершенствования способов оттаивания, предохранения от 

промерзания горных пород и очистки сточных вод при разработке мерзлых россыпных месторождений. В натурных условиях выявлены закономерности солнечно-радиационного оттаивания. Приведены методы расчета теплотехнических 

параметров технологий оттаивания пород: солнечно-радиационного, взрывогидравлического и фильтрационно-дренажного с механическим рыхлением. Описана технология предохранения дражных полигонов от промерзания посредством 

затопления водой с применением противофильтрационных средств на основе 

полимерных пленок и экологически чистой химической кольматации гидротехнических сооружений. Изложены эколого-экономические результаты внедрения 

технологии теnловой и водной подготовки горных пород на горно-добывающих 

предприятиях Восточной Сибири. Забайкалья и Дальнего Востока. 

Для мерзлотоведов научных работников и горных инженеров. Может 

быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам горных вузов и факультетов. 

Табл. 52, ил. 108, список лит.- 141 назв. 

Допечатка тира:жа 

ISBN 978-5-98672-077-7 

УДК 622.271:624.139 
ББК 33.2 

© А.В. Рашкин, П.Б. Авдеев, 

Ю.В. Субботин, 2007 

© Издательство «Горная книга>>, 
2007 

©Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2007 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Повышение эффективности горно-добывающей промышленности ориентировано на прогрессивные технологии, рациональное использование минерально-сырьевой базы, природных, 

материальных и трудовых ресурсов страны. 

В цветной металлургии - одной из важнейших базовых отраслей 

промышленности особое место занимает добыча из россыпных 

месторождений золота, платины, алмазов, олова, титана, редких 

металлов и других ценных компонентов, значение которых устойчиво возрастает в связи с широким использованием их в электротехнике, машиностроении, приборостроении, радиоэлектронике, 

авиационной, ракетной и космической технике. 

По количеству добываемого золота Россия входит в первую десятку стран мира. В струкrуре разведанных и прогнозных запасов в россыпных месторождениях золота и алмазов значительное место занимают запасы, разработка которых эффективна высокопроизводительным дражным способом. Россия обладает крупным дражным флотом, 

оснащенным электрическими драгами с глубиной черпания до 50 м и 

вместимостью черпаков 50 ... 600 л. По своим потенциальным возможностям и состоянию сырьевой базы дражный способ в ближайшие 

годы останется основным при разработке россыпей (Бакакин, 1958). 

Почти все дражные запасы находятся в суровых климатических 

условиях Сибири и Дальнего Востока, сочетающихся с повсеместным распространением сезонно- и многолетнемерзлых пород. 

Характеристика прироста запасов за счет вторичной переработки техногеиных россыпей показывает, что объем мерзлых пород на 

дражных полигонах будет увеличиваться. Важнейшая особенность 

мерзлых пород высокая энергоемкость разупрочнения, достигающая 200 МДж/м
3
. Поэтому с увеличением объемов переработки 

мерзлых пород возрастает значение подготовительных работ и в 

первую очередь работ по оттаиванию и предохранению пород от 

промерзания, которые оказывают решающее влияние на техникоэкономические показатели: годовая производительность драги изменяется в 3-4 раза, потери металла в недрах и nри промывке пес
3 

ков, а также разубоживание в 2-3 раза, себестоимость добычи 

металла- в 2-3 раза. 

В зависимости от мощности мерзлых пород и их свойств, применяемой техники и технологии подготовки дражных полигонов 

затраты на подготовительные работы, включая вскрышу торфов, 

оттаивание и предохранение от промерзания, изменяются в десятки 

раз, достигая, а в некоторых случаях превосходя затраты на драгирование песков. При разработке мелких и неглубоких россыпей с 

глубиной залегания до 4 ... 8 м, содержащих без учета техногеиных 

россыпей 45 ... 50 % дражных запасов, особое значение имеет оптимальное соотношение объемов работ по вскрыше торфов, оттаиванию торфов и песков и предохранению от промерзания, которые 

должны быть четко увязаны во времени и пространстве. Практика 

показывает, что простого увеличения количества и единичной 

мощности вскрышной техники и объемов вскрыши торфов недостаточно для нормативного обеспечения драги готовыми к выемке 

запасами. Не удается также существенно повысить годовую производительность драги и снизить себестоимость добычи металла за 

счет ускорения оттаивания пород без применения экономичной и 

надежной технологии предохранения пород от промерзания. 

Высокая энергоемкость оттаивания и предохранения от промерзании пород практически полностью исключают возможность использования в ближайшие годы искусственных источников энергии или других способов разупрочнения пород. Поэтому дальнейшее повышение эффективности дражного флота зависит от решения проблемы совершенствования технологии оттаивания и предохранения от промерзания пород на основе использования природных энергетических ресурсов. 

Важное значение при разработке мерзлых россыпей имеет водоснабжение, водаотведение и очистка сточных и оборотных вод от 

загрязняющих веществ взвесей, нефтепродуктов и токсичных соединений тяжелых металлов. Суммарные затраты на охрану окружающей природной среды на дражных и гидрамеханизированных 

разработках россыпей значительны и в среднем достигают 25 % от 

общей суммы затрат на добычу и промывку. Несмотря на то, что расчетный ущерб от загрязнения окружающей природной среды, включая компенсационные выплаты на его погашение, составляет всего 

4 

0,3 ... О, 7 % от суммарных затрат на разработку месторождения, а доля 

ущерба от загрязнения поверхностных и подземных вод - 0,009 ... 
0,072 % (из анализа рабочих проектов), охрана поверхностных и 

подземных вод остается одной из наиболее актуальных проблем. 

Степень очистки промышленных стоков в целом не соответствует 

современным требованиям природаохранного законодательства. 

Из всего многообразия применяемых способов очистки сточных 

вод наибольшее распространение получили механические и физико-химические. Однако физико-химические способы, основанные 

на применении отечественных и зарубежных коагулянтов и флокулянтов не в полной мере отвечают требованиям экологической 

безопасности. Их применение приводит к определенному загрязнению водотоков химическими реагентами. 

Для повышения эффективности и экологической безопасности 

дражных и гидрамеханизированных разработок россыпей необходимы научные исследования по совершенствованию существующих технологий ведения горно-подготовительных работ на основе 

использования природных энергетических ресурсов, а также технологических решений по охране водотоков от загрязнения путем 

внедрения новых экологически безопасных способов и устройств 

по очистке сточных и оборотных вод. 

Настоящая работа посвящается решению этих важных научнопрактических проблем. 

Большой объем экспериментальных исследований и их практическая реализация и внедрение в промышленности, естественно, не 

могли быть выполнены без участия в производетое работ и обсуждении полученных результатов коллективов сотрудников лабораторий разработки россыпей и горной теплофизики института Иргиредмета и кафедр Открытых горных работ Читинского государственного университета, Разработки россыпных месторождений Московского геологоразведочного института. Авторы плодотворно работали в течение ряда лет с Е. Т. Жученко, Ю.М. Ведяевым, Н. Г. Шуваловым, Н.В. Петровичем, В.Г. Пятаковым, О.П. Домеником, 

Л.А. Липиной, И.И. Белоусовым, М.В. Костроминым, В.С. Абалковым, К.И. Карасевым, Е.И. Комаровым, Ю.М. Овешниковым, С.Г. Позлутко, И.И. Железняком, В.М. Герасимовым и выражают им глубокую благодарность за критические замечания при работе над рукописью этой книги. 

5 

ОПЫТ ПОДГОТОВКИ МЕРЗЛЫХ 

ПОРОД К РАЗРАБОТКЕ 

Глава 1 

1.1. РАЗРАБОТКА МЕРЗЛЫХ РОССЫПЕЙ 

ДРАЖНЫМ СПОСОБОМ 

Россыпные месторождения разрабатываются открытым 

и подземным способами. Большое разнообразие горно-геологических условий и применяемого оборудования предопределило целесообразность выделения в открытом способе дражной, экскаваторной, скреперно-бульдозерной и гидравлической технологий разработки, что получило отражение в классификации проф. С.М. Шорохова (1973). Подземный способ применялея на мерзлых россыпях 

глубиной свыше 1 О ... 15 м и на талых глубиной более 15 .. .40 м (в 

объединениях <<Я кутзол ото» и «Северовостокзолото» ). Однако у дельный вес его в 1980-е годы был незначителен и составлял 3 ... 5 %. 

Наиболее распространенным и экономичным в эти годы был дражныйспособ(табл. 1.1). 

Сравнительные показателн способов разработки россыпей 

(по В. Г. Лешкову, 1964 г.) 

Открытый способ 

Показатели 
\ 
скреперногидравлидражньlй 
бульдоческий 
зерный 

Объемы добычи и nромывки 
70,0 ... 75,0 
12,0 ... 16,0 
8,0 ... 11,0 

продуктивных nород, % 

Среднее содеiJжание ценного ком1,0 
5,0 ... 8,0 
1,0 ... 2,0 

nоне11та в 1 мJ nродуктивных по
род, единицы по массе 

Себестоимость добычи и nромыв1,0 
6,5 ... 8,0 
1,5 ... 2,0 

ки nродуктивных nород, услоu
fiЬie СТОИМОСТfiЫС едИНИЦЫ 

6 

Таблица 1.1 

Подзем
ный 

способ 

3,0 ... 5,0 

15,0 ... 20,0 

20,0 ... 30,0 

Драгами добываются такие важнейшие для промышленности 

полезные ископаемые, как золото, алмазы, платина, янтарь, титановые и оловянные минералы, а также строительные материалы. Современные континентальные драги применяются практически во 

всех климатических зонах территории России. 

Отечественный дражный флот оснащен электрическими канатно-свайными и канатно-якорными многочерпаковыми драгами с 

глубиной выемки до 50 м и вместимостью черпака до 600 л: малолитражные- до 100 л, среднелитражные- от 100 до 250 л, крупнолитражные более 250 л. В зависимости от глубины разработки 

выделяют драги малой глубины выемки -до 6 м, средней глубины 
от 6 до 15 м, глубокой выемки от 15 до 50 м и весьма глубокой 

выемки более 50 м. Драги с глубиной выемки до 15 м составляют 95 % дражного флота. В то же время более 80 % дражных запасов на золотых и 100 % на алмазных россыпях залегают на глубине 

до 15 м. При этом более 52 % запасов сосредоточено на мелких, 

глубиной до 4 м, и неглубоких, глубиной 4 ... 8 м, россыпях. Большая часть дражных запасов находится в области многолетнемерзлых пород или в суровых климатических условиях юга Сибири с 

глубоким зимним промерзанием - 97 %. 

Существенным недостатком дражного способа является высокая 

капиталаемкость у дельные капитальные затраты на строительство 250-литровой драги с 1963 по 1976 гг. возросли в 4,6 раза. 

Ухудшение технико-экономических показателей дражного флота 

явилось причиной прекращения строительства новых драг в период 

с 1976 по 1980 гг. и привело к снижению удельного объема разработки россыпей драгами к концу 1980-х годов примерно до уровня 
55 %. В начале 1980-х годов было развернуто строительство новых 

драг, в том числе в северном исполнении. В конце 1980-х годов на 

добыче золота работали 160 ... 165 драг, из которых 56% составляли 250-литровые. Драги с глубиной выемки до 15 м составляли 95 %. 

При среднем сроке эксплуатации 23 года более 50 % драг работали 

более 20 лет, что оказывало существенное влияние на продолжительность дражного сезона и время чистой работы драг. В целом 

использование драг в году не превышает 50 %, внутрисменные 

простон составляют 20 %. 

В период с 1970 по 1985 гг. показатели работы драг ухудшились 

(данные института Иргиредмет) производительность 250-литро
7 

вых драг в среднем уменьшилась с 833 до 732 тыс. м
3/год, или на 

12 % (в Забайкалье на 267 ты 
с. м
3 /год, в Красноярском крае на 

349 тыс. м
3/год, Ленском золотоносном районе на 118 тыс. м
3/год). 

Около 50% драг работали с производительностью ниже проектной. 

В результате уменьшения объемов переработки на 20 % и снижения среднего содержания на 25 % добыча золота драгами к 1985 г. 

составила примерно 56 % от уровня 1970 г. Себестоимость промывки песков возросла за этот период в 2, 1 раза и себестоимость 

добычи металла в 3 раза. 

Основными причинами снижения эффективности работы дра_r 

являются ухудшение горно-геологических условий и не соответствие объемов и качества горно-подготовительных работ этим условиям. К концу 1980-х годов количество дражных полигонов со 

сложными и весьма сложными горно-геологическими условиями 

(многолетняя мерзлота, нарушеннесть старыми горными работами, 

повышенная валунистость и глинистость) составляло 85 %, а число 

дражных полигонов с легкими условиями разработки составляло 

всего 3 %. Снижение содержания металла было обусловлено увеличением в драгируемой горной массе долИ забалансовых запасов 30% и техногеиных запасов- 24%. 

В период с 1990 по 1996 гг. число работающих драг в России 

сократилось со 164 до 138: из них 16 драг с вместимостью черпака 
380 л; 89 драг- 250 л; 9 драг- 150 л и 23 драги- 80 л (Колмогоров и 

др., 1998). Объем переработки горной массы составил в 1996 г. 
67,6 млн м
3 при среднем содержании полезного ископаемого 146 мг/м
3
, 

добыча золота составила 9894 кг, или 65 % к уровню 1990 г. 

Несмотря на то, что дражн~IЙ флот России морально и физически устарел (средний возраст Драг к 2004 г. превысил 35 лет), экономическая эффективность дражного способа разработки россыпей 

в сравнении с другими способами в современных экономических 

условиях остается высокой. Так, например, дражным способом в 

Забайкалье рентабельно разрабатываются россыпи со средним содержанием менее 200 мг/м
3
, в то время как минимально-промышленное содержание золота на гидрамеханизированных разработках 

превышает 250 ... 300 мг/м
3
. 

Современная технология дражной разработки россыпей включает предварительные работы, вскрытие месторождения, подгото
8