Разработка эффективных способов подготовки (стр. 1 )

мерзлых пород к выемке и водоподготовки на

объектах россыпных месторождений Забайкалья

На правах рукописи

Субботин

Юрий Викторович

разработка эффективных способов подготовки

мерзлых пород к выемке и водоподготовки на

объектах роССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИй забайкалья

Специальность 25.00.22

Геотехнология подземная, открытая и строительная

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Чита - 2008

Работа выполнена на кафедре Открытых горных работ

ГОУ ВПО «Читинский государственный универси­тет»

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук

Ведущая организация –

Защита диссертации состоится 26 декабря 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государ­ственном университете (г. Чита, , зал заседаний ученого и диссертационного советов).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные пе­чатью организации, просим направлять по адресу: г. Чита, , ЧитГУ, ученому секретарю совета Д 212.299.01

Факс: (30; Web-server: www. *****; E-mail: *****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского государственного университета

Автореферат разослан «___»__________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. геол.-минерал. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях рыночных отношений Рос­сия, обладающая значительными прогнозными ресурсами, а также разведанными запасами коренного и россыпного золота, имеет существенные экономические предпосылки для интенсификации золотодобычи.

Значительное увеличение объемов добычи драгоценного металла может быть достигнуто в результате интенсивной разработки россыпей, расположенных на Севере и Северо-востоке страны, в районах со слаборазвитой инфраструктурой, неблагоприятным суровым климатом и сложными горно-геоло­гиче­скими условиями.

По оценкам специалистов, за счет более активного вовлечения в откры­тую разработку глубокозалегающих россыпных месторождений с глубиной залегания пластов свыше 25 м, а также мерзлых россыпей, в песках которых содержится мелкодисперсное золото (d-0,25мм>40 %), илисто-гли­нистые фракции (d-0,5мм>40 %) и валуны (валунистость более 10 %), объемы добываемого золота в России в ближайшее десятилетие возрастут в 2,5-3 раза и к 2010…2015 гг. превысят 300 т/год. Соответственно на дражных и гидромеханизированных разработках объем перерабатываемой горной массы достигнет 2 млрд. м3/год. При этом потребление оборотной воды на нужды производства и сброс сточных вод в поверхностные водотоки также увеличатся в 1,5-2 раза. Поэтому при добыче и промывке мерзлых золотоносных песков проблема повышения эффективности водоподготовки и подготовки мерзлых горных пород к выемке является наиболее актуальной.

Анализ стати­сти­ческого материала и обобщение результатов ранее выполненных ис­сле­дований пока­зывают, что процессы доочистки сточных и оборотных вод путем их фильтрования на геотекстильных фильтрах и цеолитах, а также вопросы, связанные с совершенствованием солнечно-радиационного, фильтрационно-дренажного способов оттаивания мерзлых пород и предохранения талых пород от промерзания затоплением при открытой разработке россыпных месторождений исследованы не достаточно полно.

В настоящей работе представлены и обобщены результаты исследова­ний, выполненных в соответст­вии с ком­плексной про­граммой Мин ВУЗа РФ «Экологическая технология. Человек и окру­жающая среда» и планом важнейших научно-технических проблем МЦМ СССР МП-11 «Разработка и внедре­ние эффективных мето­дов очи­стки промышленных сточных вод и систем оборотного водо­снаб­жения предприятий цветной металлургии».

Тема диссертации тесно связана с выполненными на кафедре ОГР ЧитГУ госбюджетными и хоздоговорными работами, включенными в от­раслевые программы.

Цель и задачи исследований. Главная цель работы состоит в разра­ботке и науч­ном обосновании применения эффективных спо­собов от­таи­вания мерз­лых пород, предохранения талых пород от сезонного промерза­ния и повышении эффективности оборотного водоснабжения на объектах

россыпной золотодо­бычи Забайкалья.

В соответствии с поставленной целью потребовалось решить сле­дую­щие основные задачи:

- выполнить критический анализ технологии открытой разработки россыпных месторождений (дражный и гидромехани­зи­рованный спосо­бы) и обосновать влия­ние водоподготовки и подготовки мерзлых пород к выемке на эффективность открытых горных работ;

- сгруппировать россыпные место­рождения по критериям одно­родно­сти гранулометрического состава горных пород и обосновать влияние неоднородности рыхлых отложений на степень промывистости, скорость оттаивания мерзлых пород и величину коэффициента фильтрации пород;

- обосновать возможность повышения эффективности солнечно-радиационного оттаива­ния за счет создания тепловых ванн на дневной поверхности с активацией теплообмена в придонном слое соляного солнечного бассейна, применения бороздовых оросителей и использования синхронно-импульсного электрогидроразрыва пласта;

- разработать методику выбора и расчета оптимальных параметров варианта фильтрационно-дренажного способа оттаивания мерзлых пород в сочетании с известным взрвывогидравлическим и провести его испытания на одном из дражных полигонов Забайкалья;

- разработать, исследовать на физической модели и внедрить новую техноло­гию создания эффективной проти­во­фильтрационной за­щиты гидро­тех­нических соору­же­ний для предо­хранения талых пород от про­мерзания затоплением за счет создания проти­во­фильтрационного экрана из геотек­стильного материала «Дорнит» и проти­во­фильтрационной завесы плотины, созданной путем обработки горных пород растворами химических реаген­тов Nа-КМЦ и FeCl3;

- разработать методику определения водопритока в горные выработки при использовании противофильтрационных экранов в дренажных тран­ше­ях созданных из слабопроницаемых пород в комбинации с геотекстильным мате­риалом;

- провести теоретические исследования, промышленные испыта­ния и обосновать возможность приме­нение геотекстильных фильтров с напол­ни­телем из цеоли­та для повышения эффективности оборотного водоснабже­ния при открытой разработке россыпных месторожде­ний Забай­калья.

Идея работы заключается в том, что поставленная цель достигается за счет снижения энергети­ческих затрат и более полного использования солнечной энергии на оттаивание мерзлых пород, снижения фильтрацион­ных потерь и повышения надежности предохранения пород от промерзания затоплением путем создания комбинированных водо­не­проницаемых завес и экранов в гидротехнических сооружениях, а также снижения уровня загряз­нения оборотных вод путем использования геотекстильных материалов и цеолитов в процессах доочистки сточных и оборотных вод.

Методы исследований. Решение поставленных задач осуществля­лось с применением со­вре­менных методов исследований, включая: анализ статистического мате­риала и обобщение результатов ранее выполненных исследований по про­блемам технологии открытой разра­ботки россыпных месторожде­ний; па­тентно-информационные, теоретические, лаборатор­ные и натур­ные иссле­до­вания; физическое и мате­матиче­ское моделирование; методы матема­ти­ческой ста­тистики и математическая обработка результа­тов исследований на ЭВМ; опытно-промышленные испы­тания и технико-экономический анализ.

Объект исследования – физико-механические свойства горных по­род, их гранулометрический состав, про­цессы фильтрации воды и переноса тепла в массиве рыхлых отложений россып­ных месторождений Забайкалья.

Предмет исследования – способы от­таивания мерз­лых и предохране­ния талых горных пород от промерза­ния затоплением, очистка сточных и оборотных вод от загрязнений, противофильтрационные экраны и завесы гидротехнических сооружений, созданные из геотек­стиль­ных мате­риалов, химических реагентов и водонепроницаемых пород на объектах открытой разработки россыпей.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. На основе выявленных статистических кумулят и ап­прок­сими­рую­щих формул грану­ло­мет­рического соста­ва рых­лых от­ло­жений россып­ные месторождения сгруппированы по пока­зателям неодно­родности, что позво­ляет повысить точ­ность расчетов коэф­фи­циентов фильт­рации горных по­род, на­дежность выбора способа от­таивания мерз­лых пород и создания про­ти­вофильтрационной защиты гидротех­нических сооруже­ний при пре­дохра­нении по­род от промерза­ния затоплением.

2. Создание на дневной поверхности тепло­вых ванн с активацией теплообмена в придонном слое соляного сол­нечного бас­сейна и обеспече­ние конвек­тивно-кондуктивной передачи солнечной энергии вглубь мерз­лого мас­сива за счет естественного движения теплоноси­теля по скважи­нам повышает эффективность солнечно-радиацион­ного оттаивания мерзлых рос­сыпей в два-три раза.

3. Использование сол­нечной энер­гии, аккумулированной в воде-теплоносителе, поступающей вглубь мерзлого массива по искусственно созданным зонам фильтрации: фильт­раци­онным каналам, образованным в мерзлом массиве на глубине элек­трогид­роразрывом пласта или камуфлет­ным взрыва­нием ли­ней­ного ряда сква­жин­ных зарядов ВВ, и бороздо­вым оросителям, созданным на днев­ной поверхности меха­ниче­ским рых­лением горных пород, ускоряет процесс оттаивания мерзлых дражных полигонов со сложными горно-геологическими условиями.

4. Комбинированная противофильтрационная защита гидро­техни­че­ских сооружений, вклю­чаю­щая технологию создания противофильт­рацион­ной завесы путем попеременной обработки пород растворами на­трийкар­бок­си­метилцеллюлозы (Nа-КМЦ) и треххлори­стого железа (FeCl3), в ком­плек­се с противофильтрационным экраном, выполненным из геотек­стиль­ного мате­риала, обеспечивает надежность пре­дохранения пород от промер­зания затопле­нием за счет снижения водопроницаемости пород в 15-20 раз.

5. Приме­нение гео­текстильных материалов и цеолитов в техно­ло­гиче­ских процессах водоподготовки повы­шает эффектив­ность обо­рот­ного водо­снаб­жения на объектах открытой разра­ботки рос­сып­ных месторождений и обеспечивает снижение содержания загряз­няющих при­ме­сей в сточ­ных и обо­ротных водах в десятки раз до норм ПДК.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов

подтверждается:

- корректным решением поставленных задач;

- необходимым объемом выполненных иссле­дований;

- удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных, экспе­риментальных и теоретических иссле­до­ваний;

- положительными результатами внедрения новых технологий и реко­мендаций в рабочие проекты и горное производство (основные предложе­ния и выво­ды проверены и подтверждены в промышленных условиях ПО «За­байкалзолото», ПО «Приморзолото», ста­рательской артели «Саяны», «Разрез Восточный», -Россыпь» и ).

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Получены количествен­ные зависимо­сти статистических куму­лят гранулометрического состава горных пород для россыпей Забайкалья и формулы для определения коэффициентов фильтрации горных пород с учетом неоднородности рыхлых отложений россыпей.

2. Установлены основные закономерности аккумулирования солнеч­ной энер­гии в придонном слое соляного солнечного бассейна (ССБ), позволяющие обоснованно использовать эффект ССБ для ускорения оттаи­вания мерзлых гор­ных пород.

3. Выявлены закономерности изменения глубины оттаивания мерз­лых горных пород в зависимости от их теплофизичес­ких свойств, па­ра­метров бу­ровзрыв­ных работ и раз­меров фильтрационных каналов при взры­вогид­-

равлическом фильтраци­онно-дре­нажном способе оттаивания.

4. Теоретически и методом электроаналогий определена динамика скорости оттаивания мерзлых горных пород при различных способах, а также зависимость себестоимости фильтрационно-дренаж­ного оттаивания мерзлых пород от параметров механического рыхления массива – длины бороздовых оросителей и расстояний между ними.

5. Установлена зависимость эффективности противофильтрационной защиты технологических плотин и дамб на дражных разработках от ре­жимов попеременной обработки по­род, концентрации и расхода реагентов.

6. Установлены зависимости степени очистки загрязненных вод от ти­па фильтровального материала, крупности загрязняющих частиц в фильт­рате и режима фильтрации.

7. Определена зависимость изменения удельного расхода воды при ее фильт­рова­нии через геотекстиль­ный материал, цеолит и их комбинацию.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1. Разработана клас­си­фикация золотоносных россыпных месторож­де-

ний Забайкалья, сгруппирован­ных по критериям однородности грануло­метрического состава рыхлых отложений, позволяющая на стадии проекти­рования разработки россыпей с меньшей погрешностью определять по фор­мулам коэффици­енты фильтрации пород и с большей надежностью произ­водить выбор способа оттаивания, очистки сточных и оборотных вод.

2. Обоснован и разработан рациональный способ аккумулирования солнечной энергии в придонном слое соляного солнечного бассейна, позво­ляющий с минимальными затратами ускоренно производить оттаива­ние мерзлых горных пород.

3. На основе применения тепловых ванн разработан и предложен рациональный способ оттаивания мерзлых горных пород с использованием противотока естественного движения нагретой и охлажденной воды соот­ветственно по скважинам и водозаборным патрубкам.

4. Усовершенствован фильт­рационно-дре­нажный способ оттаивания мерзлых горных пород путем применения его в комбинации либо с взрыво­гидравличе­ским способом, либо электрогидроразрывом пласта, либо меха­ни­ческим рыхлением, либо соляными солнечными нагревателями, позво­ляющий в слож­ных горно-гео­логиче­ских условиях ускорить подго­товку дражных полиго­нов в весенний период.

5. Обоснован и внедрен способ создания противофильтрационной завесы в плотинах, повышающий эффективность предохране­ния талых по­род от сезонного промерзания затоплением, выполненный на ос­нове попе­ременной обработки пород плотины растворами Nа-КМЦ и FeCl3.

6. Доказана эффективность примене­ния геотекстильных материа­лов,

цеолитов и их комбинации в процессах доочистки сточных и оборот­ных вод при разработке россыпных место­рождений.

7. Разработан способ регулирования притока фильтрационной воды в открытые горные выработки в сложных гидрогеологиче­ских условиях, основанный на создании водонепроницае­мых экранов и завес в гидротех­нических сооружениях (плотинах и тран­шеях) с применением геотекстиль­ных материалов, химических реа­гентов и водонепроницаемых вскрышных пород – аргиллитов и алевролитов.

Личный вклад автора:

- разработка идеи и определение цели работы;

- постановка задач исследования, разработка теоретической ос­новы методов их решения и анализ результатов;

- разработка теоретических основ для определения статистических кумулят грануломет­ри­ческого состава рыхлых отложений россыпей;

- разработка способов и устройств, а также физических моделей и лабораторных установок для оттаивания мерзлых пород, предохранения от промерзания и очистки сточных и оборотных вод;

- организация и проведение лабораторных и экспери­ментальных ис­сле­дований, опытно-промышленных испытаний и внедрения в промыш­ленное произ­водство предложенных технологий оттаивания, предохранения пород от промерза­ния затопле­нием с помо­щью создания противофильт­ра­ционных завес на ос­нове поперемен­ной обработки пород гидротехнических сооружений химическими реагентами, а также доочистки заг­ряз­ненных вод путем фильтрования через геотекстильные материалы и цеолит;

- обработка результатов исследований и проведение математиче­ских расчетов с помощью ЭВМ.

Автор принимал участие (с 1975 г.) в госбюджетных и хоз­до­говор­ных научно-исследовательских работах, вклю­ченных в отраслевые ком­плексные программы НИОКР Главалмаззо­лота СССР.

Практическое внед­рение теоретических разработок и способов подго­товки мерзлых пород к выемке и водоподготовки осущест­в­лялось при непосредственном участии ав­тора на предприятиях ПО «За­бай­калзо­лото», ПО «Приморзолото», с/а «Саяны», «Разрез Вос­точ­ный».

Реализация результатов исследований

1. Основные результаты исследований по подготовке горных пород к выемке и по очистке сточных вод от загрязняющих примесей используются специалистами проектно-конструкторских организаций За­бай­калья: ­то­проект-Рос­сыпь» и ­мет­НИИпроект» при проектировании от­крытой разработки золотоносных россыпных место­рождений, а также студентами ГОУ ВПО Читинского государственного уни­вер­ситета при выполнении расчетно-графических, курсовых и диплом­ных работ.

2. На основании опытно-экспери­мен­тальных испы­таний оттаива­ния много­лет­немерзлых пород (1977 год, полигон драги № 000 Дарасунского рудника ПО «Забайкалзолото»), позволивших на 20 дней ускорить пуск драги и увели­чить ее среднемесячную производительность на 30 %, по согла­сованию с Научно-техниче­ским управле­ни­ем и ВО «Союззолото» МЦМ СССР разработаны рекомендации для внедрения на предприятиях ПО «Забайкалзолото», «Амурзолото», «Северовостокзо­лото», «Уралзо­лото», «Енисейзолото», «Якутзолото», «Приморзолото» взры­вогидравличе­ского фильтрационно-дренажного способа оттаивания мерз­лых горных по­род при подготовке дражных полигонов.

3. Внедрение фильтрационно-дре­нажного способа оттаивания много­лет­немерзлых пород с применением бороздовых оросителей в условиях Софийского прииска производственного объединения «Приморзо­лото» в 1979 году на полигоне драги № 000 позволило увели­чить ее производитель­ность на 10…30 % в сравнении с предыдущими 1976…1978 гг.

4. Внедрение противофильтрационных экранов и завес в гидро­тех­ни­ческих со­ору­жениях на дражных полигонах ПО «Забайкал­золото» драги № 000 Дарасунского рудника в 1977…1978 гг. позволило предохранить породы от промерзания затоплением в объ­еме 180 тыс. м3, улучшить водо­снабжение драги, очистку сточных вод.

5. Внедрение противофильтрационных экранов и завес в гидро­тех­ни­ческих со­ору­жениях на полигоне драги № 000 Ксеньевского прииска ПО «Забайкал­золото» в 1979 году позволило получить экономиче­ский эффект 40,5 млн. р/год в ценах 2006 г.

6. Внедрение противофильтрационных экранов и завес в гидро­тех­ни­ческих со­ору­жениях на полигоне драги № 000 Ксеньев­ского прииска ПО «Забайкал­золото» в 1980 году позволило подго­товить на нача­ло промывоч­ного сезона более 213 тыс. м3 песков, повы­сить сезонную про­из­водитель­ность драги № 000 на 38,7 % и получить реальный экономи­ческий эффект 19,8 млн. р./год в ценах 2006 г.

7. Внедрение противофильтрационных экранов и завес в гидро­тех­ни­ческих со­ору­жениях на полигоне драги № 000 Ксеньевского прииска ПО «Забайкал­золото» в 1981 году позволило получить экономиче­ский эффект 9,4 млн. р./год в ценах 2006 г.

8. Внедре­ние схемы комбинированной очистки сточных вод на Восточном угольном разрезе позволило обеспечить надеж­ную защиту поверхностных водотоков от загрязнения и предотвра­тить экологический ущерб в размере 7 р./год в ценах 2004 г.

9. Отдельные положения диссертации использованы при разработке раздела ОВОС «Оценка воздействия разреза «Харанорский» на окружаю­щую среду и экологическое обоснование хозяйственной деятельности» (Чита, 2000 г.), раздела ООС «Охрана окружающей среды» скорректи­рован­ного проекта разреза «Харанорский» по техническому заданию ­тсибгипрошахт» (Иркутск-Чита, 2003 г.), раздела ООС «Охрана окру­жаю­щей среды» к «ТЭО рентабельных для отработки открытым способом запа­сов угля Татауровского месторождения» (Чита, 2003, 2006 г.).

9. Отдельные результаты диссертационной работы изложены в трех учебных пособиях и одной монографии.

Апробация работы. Основные положения, вошедшие в диссерта­цию, результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении научно-исследова­тель­ских работ, докладывались на: научно-практи­че­ской конфе­ренции главных специалистов горных предприятий За­байка­лья, Амурской области, Хаба­ровского Края и Приморья (Солнечный, 1979 г.), научно-тех­нических советах ПО «Забайкалзолото», «Приморзолото» ( гг.), научно-технических конференциях профессорско-препода­ватель­ского со­става сотрудников и студентов ЧитГУ (Чита, гг.), Всероссий­ской научно-практической конференции «Горы и человек: в поисках путей ус­тойчивого развития» (Барнаул, 1996 г.), Международной научно-прак­тиче­ской конференции «Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проб­лемы очи­стки и использования» (Пенза, 1996 г.), Международ­ной конференции «За­байкалье на пути к устойчивому развитию» (Чита, 1997, 2001, 2002 гг.), II-ой Всероссийской научно-практической кон­ференции с международным участием (Санкт-Петербург, 1997 г.), научно-технической конференции «Проблемы развития минеральной базы Сибири» (Иркутск, 1998 г.), регио­нальной научно-технической конференции (Крас­ноярск, 1998 г.), Междуна­родном симпозиуме «Геокриологические про­блемы строительства в Вос­точных районах России и Северного Китая» (Чита-Якутск, 1998 г.), Между­народной конференции «Наука и образование на рубеже тысячелетий» (Чита, 1999 г.), Международной конференции «Проблемы прогнозирования в современном мире» (Чита, 1999 г.), Международном совещании «Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов» (Хаба­ровск, 2000 г.), Научном симпозиуме «Неделя гор­няка» (Москва, 2гг.), юбилейных Шороховских чтениях (Москва, 2006 г.), VI Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2006 г.), расширенных заседаниях кафедры ОГР ЧитГУ и кафедры ОГР ИрГТУ ( гг.).

Публикации. Основные положения по теме диссертации опублико­ваны в 52 печатных рабо­тах – отдельных разделах монографии, трех учебных посо­биях, 12 статьях, аннотированных ВАК, а также в авторском свидетельстве СССР и пяти патентах Российской Федерации на изобрете­ние.

Объем и структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 212 наименований и включает 272 страницы текста, 55 таблиц, 57 рисунков, 12 прило­же­ний.

Введение содержит обоснование актуальности работы, основные за­щи­щаемые научные положения диссертации и ее практическую значимость.

В первой главе приведен краткий обзор современного состояния

сырьевых ресурсов золота России, раскрыты перспективы развития и освое­ния минерально-сырьевой базы золота, вы­полнен критический анализ ре­зуль­татов научных иссле­дований по про­блемам обо­ротного водоснабже­ния и подготовки горных пород к выемке на дражных и гидромеха­ни­зирован­ных разра­ботках россыпных месторожде­ний золота, приведена горно-геологическая, природно-клима­ти­ческая характеристика россыпей Забайка­лья, дана критическая оценка и обзор современного состояния горных работ на объектах открытой разра­ботки россыпей (драги, промприборы), опреде­лены цель и задачи научных исследова­ний.

Во второй главе на основании проведенного корре­ляционного анализа выявлены статистические кумуляты гранулометриче­ского состава рыхлых отложений и обоснована классификация россыпей Забайкалья, выполненная с учетом неоднородности горных пород, представлены теоретические основы управления теплообменом при оттаивании мерзлых горных пород, приведены резуль­таты лабораторных исследова­ний и теоретических разработок по ускоре­нию оттаи­вания мерзлых горных пород за счет аккумулирования сол­неч­ной энергии в соляном солнечном бассейне, рассмот­рены пер­спективы приме­нения гидроиглового спо­соба оттаивания мерз­лых пород в комбинации с тепловыми ваннами, основан­ного на макси­мальном исполь­зовании солнеч­ной энер­гии, аккуму­лирован­ной водой, путем обеспечения естественного поступления подогретой воды к мерзлому массиву по скважи­нам и оттока охлажденной – по водозабор­ным патрубкам, без применения насосов, а только за счет гравитационных сил.

В третьей главе обос­нована целесообразность применения взры­во­гидравлического фильтрацион­но-дренаж­ного от­таи­вания мерз­лых горных пород в слож­ных горно-геоло­гических условиях, приведены результаты теоретических и лабора­тор­ных иссле­дований, выяв­лены закономерно­сти изменения глубины оттаивания от параметров ВГФДО. Изложены ре­зультаты промышлен­ной апробации взрыво­гид­рав­лического в комбинации с фильтраци­онно-дре­нажным оттаива­нием. Разработана ме­то­ди­ка определе­ния ско­ро­сти и оптимальных парамет­ров фильтраци­онно-дре­нажного от­таи­ва­ния с меха­ническим рыхле­нием по­род, а также гидроразрывом пласта. Представлены, результаты исследова­ний из­ме­не­ния глубины от­таивания мерз­лых горных по­род во времени в зави­си­мости от применяемых способов оттаивания, полученные методом электро­аналогий.

В четвертой главе дан критический анализ известных способов создания противофильтрационных завес в плотинах и дамбах, выполнены аналитиче­ские исследования создания и применения противофильт­рацион­ных завес и эк­ранов на основе химического кольма­ти­рования горных пород и исполь­зова­ния геотекстиль­ных материалов, приве­дены результаты физи­ческого моделирова­ния на модели пло­тины. Выявлены закономерности повы­шения эф­фекта химической кольма­тации в зависимо­сти от способа обра­ботки горных по­род и применяемых химических реагентов. Изложены резуль­таты внедре­ния спо­соба создания противо­фильт­рацион­ных завес в плоти­нах на полиго­нах драги № 000, 165, 166.

В пятой главе рассмотрены вопросы оборотного водо­снабжения и управле­ния водопритоками в горные выра­ботки на драгах и ГМР. Иссле­дованы физико-технические свой­ства геотек­стиль­ных материалов и пред­ставлены результаты теоретиче­ских и лабора­тор­ных исследований по ис­поль­зова­нию их в комбинации с цеолитами для доочистки воды от за­гряз­няю­щих веществ. Изложены результаты промышленной апробации техно­ло­ги­ческого способа доочистки сточных и оборотных вод. Выполнен срав­ни­тельный анализ результатов лабораторных, аналити­ческих исследований и результа­тов промышленной апробации.

В шестой главе представлены результаты промышленной апроба­ции и внедрения в производство комбинированного способа очистки сточ­ных вод и создания противофильтрационной защиты ГТС на месторожде­ниях со сложными гидрогеологическими условиями, выполнен рас­четный эко­лого-экономический эф­фект от реализации пред­лагаемых меро­приятий при водоподготовке на дражных и гидромеханизированных разра­бот­ках рос­сып­ных месторожде­ний, а также угольных разрезах Забайкалья, выполнен расчет эко­но­ми­ческого эффекта от реализации мероприя­тий по подго­товке горных пород к выемке (оттаивание и предохранение от промерза­ния).

В заключении обобщены основные результаты исследований, по­лученные в диссертационной работе в соответствии с поставленными за­дачами. Даны рекомендации по совершенствованию и внедрению в произ­водство на дражных и гидромеханизированных разработках россыпей эффективных способов водоподготовки – очистки и доочистки сточных и оборот­ных вод, перспективных способов подготовки горных пород к выемке – оттаивания мерзлых пород и предохранения талых пород от сезонного промерзания, основанных на использовании наиболее дешевой солнечной энергии и целесооб­разном создании комбинированных проти­вофильтрационных экранов и завес в плоти­нах и дамбах.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту про­фессору, доктору технических наук , научному консуль­танту про­фессору, доктору технических наук , а также коллективу кафедры откры­тых горных работ ЧитГУ и профессорам, докторам технических наук , , В. П. Мя­зи­ну, за конструк­тивные предложения и поддержку при проведении теоретических, экспе­риментальных и лаборатор­ных исследова­ний, их практической реализации и внедрении в про­изводство.

Разработка ряда практических рекомендаций, проведение экспе­ри­мен­тальных исследований в натурных условиях, промышленные испы­тания и внедрение были бы невозможны без помощи и поддержки спе­циалистов и руководителей ряда организаций и предприятий – ­дады­мова, ­феева, , ­рева, кото­рым автор выражает свою признательность.

Основное содержание работы

Тео­ретические основы открытой разработки место­рождений полез­ных ископае­мых заложены в трудах выдающихся ученых ­ра­то­ва, ­тьева, , ­ского, , ­кого, , ­кова, , .

Фундамен­тальный вклад в теорию и практику дражных разработок внесли де Марни, , ­ридов, , и др.

Крупные проблемы дражных и гидромеханизированных разработок, решены в трудах В. Г. Ав­лова, , ­нова, Ю. М. Ве­дяева, ­вой, , Э. Н. Га­нина, ­мана, , ­ского, , ­но­ва, Е. Т. Жу­ченко, , М. В. Ко­ст­ромина, , ­ря­шова, , Ю. А. Ма­маева, ­веева, ­дова, , ­штейна, ­ки­на, ­мака, ­кова, , Г. А. Су­лина, ­ме­ра, , и др.

Решению вопросов охраны окружающей среды, оборотного водоснаб­жения, очистки сточных и оборотных вод, разработке малоотходных, энер­го - и ресурсосберегающих техноло­гий открытых горных работ посвящены научные труды ­ни­кова, , ­лова, ­цова, В. М.Ге­ра­симова, , ­кова, , А. М. Ко­гановского, ­ского, ­нова, ­вича, ­нева, , ­кова, З. А. Ор­ловского, ­хон­ского, , ­беева, ­новцева, ­нцова, и др.

Свыше 50 % золота в России добывается из россыпных месторожде­ний в основном дражным и гид­ромеханизированным способами.

Дражный способ имеет лучшие технико-экономические показатели – высокие по­казатели работы драг достигаются за счет полной механизации ос­новных производственных процессов (выемка горной массы и пес­ков, обогащение песков, отвалообразование). Драгами перерабатывают­ся де­сятки миллио­нов кубометров горной мас­сы по более низкой се­бестоимости, чем при других способах разра­ботки.

Эффективность работы дражного флота, горных машин и оборудова­ния при разработке россыпных месторождений в значительной мере зави­сит от степени подготовленности горных пород к выемке и их физико-механических свойств. Например, све­дения о грану­ло­мет­ри­че­ском составе рыхлых отложений ис­пользу­ются при выборе горного обору­до­ва­ния, спо­соба оттаи­вания мерзлых пород и технологии создания противофильт­раци­онной за­щиты гидротех­нических сооруже­ний при предохранении по­род от про­мер­зания затопле­нием, а также в расчетах процессов отвало­обра­зо­ва­ния, подго­товки, добычи и промывки песков. Результаты исследований показы­вают, что горные породы, слагаю­щие рыхлые отложения россыпных место­ро­ж­дений Забайкалья характери­зуются высокой льдистостью (от 180 до 450 кг/м3), влаж­ностью (от 20 до 40 %), пористо­стью (от 25 до 43 %), валуни­сто­стью и неоднородно­стью (табл. 1).

Значения коэффициентов неоднородности рыхлых отложений рос­сыпных место­рождений Забайкалья (исследовано более 100 участков) ко­леб­лются от нескольких единиц до нескольких сотен. Высокая неоднород­ность россыпей по гранулометриче­скому соста­ву обуславливает значитель­ные колебания водо­про­ницаемо­сти пород, а из-за высокой нарушенности рыхлых отложений старыми горными выработками коэффициенты фильт­рации могут достигать очень больших значе­ний – свы­ше 100 м/сут.

Таблица 1

Физико-механические свойства рыхлых отложений

россыпных месторождений Забайкалья

Название россыпи	Коэффициент разрыхления	Плотность пород, т/м3	Коэффициент фильтрации, м/сут	Валунистость, %
Апрелково Акулиновка Волокатуй Оськина Кулинда Далаиха Куприха Горохон Умудуиха	1,2 1,3 1,3 1,2 1,1 1,2 1,1 1,3 1,7	2,0 1,9 2,1 2,1 1,8 1,7 1,5-2,2 1,6-2,1 1,7	1,0-5,0 2,0-10,0 5,0-20,0 5,0-30,0 12,0-50,0 15,0-40,0 15,0-55,0 20,0-70,0 70,0	0,2 - 0,5 10,0 3,0 2,0 4,0 10,0 10,0 5,4 2,0

Отсутствие данных о водопроницаемости пород приводит к необос­но­ванным проектным решениям, в частности, по гидротехническим со­ору­жениям, оборотному водоснабжению, оттаиванию мерзлых пород, пре­до­хранению от промерзания затоплением и предельно-допустимым сбро­сам загрязняющих веществ. Из-за недостатка исходных данных при проекти­ро­вании коэф­фици­енты фильтра­ции рыхлых отложений чаще всего опреде­ляют прибли­женно и усреднено на всем протяжении россыпи по таблицам, в зависимо­сти от лито­логичес­кого со­става горных пород, а это приводит к ошибкам. Более точные результаты получают при использова­нии известных формул Газена, Слихтера, Зауэр­брея и Крю­гера (табл. 2).