автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Физико-технические способы и технологические методы повышения эффективности и экологической безопасности разработки золотоносных россыпей Забайкалья

1 о ^

На правах рукописи Л

Субботин Юрий Викторович

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы

горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чита - 1997

Работа выполнена на кафедре разработки месторождений по, ных ископаемых Читинского государственного технического униве] тета

Научный руководитель - член-корр.АТН РФ, докт. техн. наук, профе'

A.B. Рашкин

Официальные оппоненты: член-корр.РАЕН, докт. техн.наук, профе

Ведущее предприятие: АО "Забайкалзолото"

Защита диссертации состоится "25" марта 1997 г. в 1 часов на заседании специализированного Совета К 064. 80. 01 Читинском государственном техническом университете (г.Чита Горького 28,корпус ГЕО.ауд.9).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Читинс государственного технического университета.

Ваши отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные чатью, просим направлять по адресу: 672039, г.Чита, ул. Алекзаводс 30, ЧитГТУ ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан "_"_ 1997 г.

Ученый секретарь специализирован!

В.П.Мязин,

канд. техн. наук. Е. С. Волков

совета, докт,геол.-мин.наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В новых экономических условиях добыча золота из россыпных месторождений приобретает особо важное значение для развития горнодобывающей промышленности и стабилизации экономики народного хозяйства России.Объемы добычи золота из россыпей за последнее десятилетие значительно увеличились и в 1992-96 гг. составили 68-70% от обшего объема добычи. Тенденция роста интенсивности разработки россыпей и объемов добычи металла из них сохранится в ближайшие годы,так как вовлечение в разработку большого количества разведанных малых россыпей, находящихся в. районах с развитой инфраструктурой и небольшими объемами подготовительных работ, позволяет существенно повысить рентабельность золотодобычи за счет более оперативного и экономичного их освоения.

Забайкалье традиционно является одним из ведущих золотодобывающих регионов России-здесь добывается 8-10 % золота, преимущественно россыпного.доля которого в 1994-96 гг. составила 70-80 % от общей добычи в регионе. Более 40 золотодобывающих предприятий ведут разработку сотен россыпей гидромеханизированным и дражным способами.существенно различающихся по своим эколого- и технико-экономическим показателям.

Аналитический обзор добычи золота из россыпей показывает, что повышение эффективности и экологической безопасности технологии дражной разработки обеспечивается за счет снижения энергетических затрат на подготовку мерзлых пород к выемке, главным образом на оттайку и предохранение талых пород от промерзания,что особенно актуально в специфических природно-климатических и геокриологических условиях Забайкалья. В связи с ростом цен на топливо и энергию возрастает значение энергосберегающих технологий,ориентированных на максимальное использование экологически чистых солнечной энергии и природных энергоносителей.

Одной из актуальных проблем при добыче и промывке песков является водоснабжение и очистка сточных и оборотных вод от взвешенных веществ и примесей.Суммарные затраты, связанные с охраной окружающей природной среды и использованием природных ресурсов достигают 25% от общей суммы затрат на добычу золота.При этом в рабочих проектах на разработку месторождений расчетный ущерб от загрязнения окружающей природной среды, включая компенсационные

выплаты на его погашение,составляет всего 0,2-0,7 %,а доля уще от загрязнения водных источников-менее 0, 07%,что не соответстЕ истинному ущербу,наносимому природной среде.Обзор литературь рабочих проектов, обобщение производственного опыта выявили, из всего многообразия способов очистки воды от взвешенных веще и примесей наибольшее распространение получили механические и зико-химические способы с использованием отстойников, кoaгyля^ и флокулянтов.Однако,они не в полной мере отвечают требовав экологической безопасности, что приводит к существенному загряс нию водотоков- бассейнов Верхнего Амура,Лены и оз.Байкал. Поэт необходим дальнейший поиск и совершенствование технических ре ний по охране водотоков от загрязнения.

Особенностью разрабатываемых месторождений Забайкалья Я1 ется то, что они расположены в уникальных природно-географиче( условиях-на мировом водоразделе, в особой природоохранной : озера Байкал, в непосредственной близости от известных курор' Промышленное освоение каждого нового участка несет значител] экологические изменения в окружающей природной среде- разруша! плодородный почвенный слой, нарушается гидрологический режим.у: шаются условия среды обитания флоры и фауны. В связи с этим н ные исследования по совершенствованию технологий ведения го; подготовительных работ на основе энерго - и ресурсосбережени. изыскание новых экологически безопасных способов и устройст очистке сточных и оборотных вод при разработке россыпей обус лены необходимостью значительното повышения эффективности дра и гидромеханизированных разработок и возросшими требованиями охране окружающей природной среды.

Представленная работа выполнена в соответствии с Комплек программой Мин ВУЗа РФ "Экологическая технология. Человек и о жающая среда".

Основная идея работы заключается в том, что повышение эф тивности и экологической безопасности разработки россыпей до гается на основе применения энерго-и ресурсосберегающих техн гий с более полным использованием солнечной энергии для отта ния мерзлых пород, физико-химических и физико-технических ел бов, обеспечивающих надежное предохранение горных пород от прс зания и очистку сточных и оборотных вод.

Целью работы является физико- техническое обоснование эк

ически безопасных технологий дражных и гидромеханизированных азработок золотоносных россыпей на основе применения энерго - и есурсосберегающих технологических схем оттаивания мерзлых пород, ротивофильтрационной защиты дамб и плотин,рационального водос-абжения и очистки сточных и оборотных вод.

В соответствии с поставленной целью потребовалось решить ледующие основные задачи:

- исследовать геоэкологические и природно-климатические факто-ы, влияющие на технологию разработки россыпей Забайкалья и изме-яющиеся под ее воздействием;

- выполнить критический анализ проектных решений и фактическо-•о состояния технологии разработки золотоносных роисыпей на гор-[ых~предприятиях Забайкалья при дражном и гидромеханизированном :пособах;

- разработать и внедрить энерго-и ресурсосберегающие техноло-'ические схемы оттаивания мерзлых дражных полигонов в сложных 'орно-геологических условиях за счет использования солнечной ¡нергии;

- разработать и внедрить эффективную экологически безопасную :ехнологию противофильтрационной завесы гидротехнических сооруже-шй при дражной разработке для предохранения пород от промерза-шя;

- провести исследования и промышленные испытания экономичного I экологически безопасного способа очистки сточных и оборотных зод от взвешенных частиц и примесей при разработке россыпей.

Методы и объекты исследований.

Работа выполнялась с использованием комплексного метода исс-педований,включающего изучение литературы,проведение патентного юиска,анализ статистического материала,аналитические, лабораторные и натурные исследования, физическое моделирование, метод математического моделирования на электроинтеграторе БУСЭ-70 и опытно-промышленные испытания.Использовались методы математической статистики и программные средства расчетов на ЭВМ.Практическое внедрение разработок осуществлялось при непосредственном участии автора во время выполнения хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ. Объектами исследований являлись технологии дражных и гидромеханизированных разработок золотоносных россыпей Забайкалья и сопутствующие им физико-технические и технологичес-

кие процессы оттайки мерзлоты,предохранения пород от промер; ния. водоснабжения и очистки сточных вод.

Защищаемые научные положения.

1. Точность расчетов коэффициентов фильтрации пород и ко; фициента извлечения золота при промывке повышается с помощью 2 тановленных статистических кумулят гранулометрического состг рыхлых отложений и ситового состава золота для россыпей Забг калья,сгруппированных по показателям однородности и дисперсное

2. Повышение эффективности фильтрационно-дренажного спосс оттаивания мерзлых горных пород в сложных горно-геологических з ловиях достигается за счет создания внутри массива искусствен! зон фильтрации путем камуфлетного взрывания линейного ряда ске жинных зарядов ВВ.

3. Попеременная обработка пород растворами натрий-карбокс метилцеллюлозы Ша-КМЦ) и треххлористого железа (ГеС13) позволь повысить эффективность и надежность противофильтрационных хиь ческих завес в гидротехнических сооружениях.

4. Применение геотекстильных фильтров в режимах капилляр} и капиллярно-сифонной фильтрации повышает эффективность и эко: гическую безопасность технологических схем очистки сточных и ос ротных вод при разработке россыпных месторождений.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается: удовлетворительной сходимостью результатов электромоделироваш экспериментальных и аналитических исследований: большинство вые дов и рекомендаций проверены и подтверждены в производствен} условиях старательской артели "Саяны" и ПО "Забайкалзолото' "Приморзолото".

Научная новизна работы заключается в:

- установлении количественных зависимостей статистичесЕ кумулят гранулометрического состава рыхлых отложений и ситовс состава золота россыпей Забайкалья по критериям однородное^ дисперсности;

- установлении закономерностей изменения глубины оттаиваЕ мерзлого массива горных пород при взрывогидравлическом фильтра1 онно-дренажном способе оттаивания в зависимости от параметров С ровзрывных работ, размеров фильтрационных каналов и теплофизиче ких свойств горных пород:

- обосновании попеременной химической кольматации пород г

,дании противофильтрационных завес и установлении зависимости )екта режима попеременной обработки от концентрации реагентов;

- научном обосновании применения геотекстильных фильтров для [стки сточных и оборотных вод при разработке россыпей и устарении зависимостей изменения удельного расхода воды при ее ютке через геотекстильные фильтры от режима фильтрации и типа (текстильного материала.

Практическая ценность работы.

1. Обоснован и реализован на практике новый физико-механи-:кий способ очистки сточных и оборотных вод на основе использо-шя геотекстильных.фильтров, позволяющий повысить эффективность )ротного водоснабжения и снизить сброс загрязняющих веществ.

2. Разработан взрывогидравлический "филБтрационно-др енажный )соб оттаивания мерзлых пород,позволяющий в сложных горно-гео-■■ических условиях ускорить подготовку дражных полигонов.

3. Обоснован и внедрен способ создания противофильтрационной зесы в плотинах и дамбах на основе попеременной обработки пород зтворами На-КМЦ и ГеС13.повышающий эффективность предохранения :од затоплением.

Личный вклад заключается в организации и проведении экспери-1тальных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения тромышленное производство предложенных технологий взрывогидрав-■шского оттаивания, предохранения пород от промерзания затопле-зм с помощью создания противофильтрационных завес (ПФЗ) на ос-зе попеременной обработки пород гидротехнических сооружений ГС) химическими реагентами и физико-механической очистки заг-зненных вод путем фильтрования через геотекстильные фильтры, гор является исполнителем научно-исследовательских работ, вклю-таых в отраслевые комплексные программы и выполненных на кафед-РМПИ ЧитГТУ.

Реализация результатов исследований.

1. Результаты исследований внедрены в практику проектирования ажных разработок, в производство на горных предприятиях ПО "За-йкалзолото", "Приморзолото",с/а "Саяны" и в учебный процесс.

2. На основании проведенных исследований и промышленных испы-иий разработана по согласованию с Научно-техническим управлении ВО "Союззолото" МЦМ СССР рекомендация для внедрения на

едприятиях ПО "Забайкалзолото","Амурзолото", "Северовостокзоло-

то", "Уралзолото", "Енисейзолото", "Якутзолото". "Приморзолото" вз вогидравлического фильтрационно- дренажного способа оттаива мерзлых горных пород при подготовке дражных полигонов.

3.Внедрение по а.с.N836277 противофильтрационных завес на одном из дражных полигонов Ксеньевского прииска ПО "Забайк золото" позволило подготовить на начало промсезона более 213 т м3 песков, повысить сезонную производительность драги на 38,7 получить реальный экономический эффект 700 млн.руб/год.

Апробация работы. Основные положения, полученные в результ выполненных научно-исследовательских работ и вошедшие в диссер цию, докладывались на: научно - практической конференции глав специалистов горных предприятий Забайкалья,Амурской области,Ха ровского Края и Приморья (Солнечный.1979г.), XXII,XXIII науч технических конференциях профессорско-преподавательского сост сотрудников и студентов ЧитГТУ ¡(Чита, 1995,1996 гг.),Всероссийс научно- практической конференции "Горы и человек:в поисках пу устойчивого развития" (Барнаул.1996 г.), Международной научно-пр тической конференции "Хозяйственно-питьевая и сточные воды:пр лемы очистки и использования" (Пенза,1996 г.) и доведены до щественности путем опубликования о них в "Экологическом вестни N12,1995 г.и N5-6.1996 г. Читинского областного комитета по эко гии и природопользованию.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, по чены одно авторское свидетельство на изобретение и положитель решение о выдаче патента РФ по заявке на изобретение.

Структура диссертационной 'работы. Работа состоит из введен четырех глав, заключения, списка литературы наименовани включает 1-59 стр машинописного текста, табл., 38. рисунков, приложений.

Основное содержание работы

I

Во введении обоснована актуальность работы,изложены основ задачи исследований и защищаемые научные положения.

В первой главе приведен | краткий анализ геоэкологически природно-климатических факторов технологии разработки Забайка ских золотоносных россыпей. Определены статистические кумул гранулометрического состава рыхлых отложений и ситового сост золота,проведен сравнительный анализ изменения величины коэффи

ента фильтрации для россыпей Забайкалья, рассчитанного по формулам Слихтера и Крюгера с экспериментальными значениями, а также расчеты, полученные с учетом неоднородности и дисперсности на основании использования статистических кумулят.

Во второй главе приведен критический анализ проектных решений и фактического состояния дражной и гидромеханизированной разработки россыпей.

В третьей главе приведены результаты исследований по использованию солнечной энергии для ускорения оттаивания мерзлых горных пород. Определены параметры взрывогидравлического фильтрацион-но-дренажного—способа—оттаивания-и-обоснована-целесообразность его применения в сложных горно-геологических условиях. Получены зависимости повышения эффекта химической кольматации путем попеременной обработки пород растворами Иа-КЩ и РеС13. Исследованы физико-технические свойства геотекстильных материалов и показаны результаты лабораторных исследований по использованию их для очистки воды от загрязняющих веществ.

В четвертой главе приведены результаты промышленных испытаний и внедрения в производство взрывогидравлического фильтрацион-но-дренажного способа оттаивания мерзлых дражных полигонов.химического кольматирования горных пород гидротехнических сооружений при создании противофильтрационных завес, а также способа очистки сточных и оборотных вод с помощью геотекстильных фильтров при разработке россыпей.

Краткие сведения по изучаемому вопросу.

Россыпи Забайкалья разрабатываются в основном дражным и гидромеханизированным способом с раздельной добычей песков. 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.

Фундаментальный вклад в теорию и практику дражных разработок внесли профессора Е.Н.Барбот де Марни, А.П.Свиридов, С.М.Шорохов, Л.Е.Зубрилов, В.А.Кудряшов , В.Г.Лешков. Многие вопросы дражных и гидромеханизированных разработок, а также оборотного водоснабжения и водоподготовки достаточно полно исследованы в трудах В. Г. Авло-

ва, В. К. Багазеева. Ю. М. Ведяева, В. М. Волковой, Г. 3. Ворончихина, Э. Н. нина,В. Г. Гольдтмана, В.П. Дробаденко, А.А.Егупова, В.И.Емельяно В.А.Жученко,К.И.Карасева, М.В.Костромина, Е.И.Комарова, В.И.Ле В. Р. Личаева, Ю. А. Мамаева, А. А. Матвеева, В. М. Мореходова, В. П. Мязи Г.П.Никонова, Г.А.Нурока.Г.З.Перлыитейна,С.В.Потемкина. В.Г.Пя кова,А.В.Рашкина, В. В. Сборовского, Г.В.Секисова, П.Ф. Стафеева,Г Сулина.Б.Л.Тальгамера.В.Ф. Хныкина, В. В. Чемезова, И. М. Ялтанец и л В комплексе горно-подготовительных работ при дражной разр ботке оттаивание мерзлых пород и предохранение оттаянных пес от промерзания, а при гидромеханизированной разработке подгото пород к выемке, водоснабжение, очистка сточных и оборотных вод о зывают наибольшее влияние на технико- и эколого-экономические казатели работы горного предприятия.

Рыхлые отложения россыпей характеризуются большой неоднор ностью- коэффициент неоднородности россыпей Забайкалья колебле от 3.5 до 75, а усредненный эффективный диаметр частиц-от 0,2 ^ (табл.1).Высокая неоднородность россыпей по гранулометрическ

I Табли1

Расчетный коэффициент фильтрации рыхлых отложений (по формулам Слихтера и Крюгера)

Название россыпи Диаметр шестидесяти, мм - <Vo Эффективный диаметр, мм ¿IU Коэффициент неоднородности, К„ = ЙБО^ю Коэффициент фильтрации, м/сут

по Слихтеру по Крюгеру

min max - min шх

Апрелково Оськина Кулинда Горохон Умудуиха Далаиха Волокатуй Куприха Акулиновка 0.7 6,0 ' 7.0 13.0 15.0 17.5 20.0 70.0 15,0 0.20 0.70 0,75 1.00 0,80 0,60 0,40 1,00 0,20 3.50 '8.60 19.33 13.00 18,75 29.60 51.00 70.00 75.00 0,24 2,88 3.31 5,88 3,77 2,12 0,94 5.88 0,24 0.38 4.64 5.31 9,45 6.05 3.40 1.51 9.45 0.38 0, 045 0,560 0,643 1,140 0,735 0.520 0,480 1,140 0,045 0,059 0,720 0,830 1,470 0,947 0,632 0,605 1,470 0,059

Итого: min max 0,7 70,0 0,20 1,00 '3,50 75,00 0,24 5,88 3,80 9,45 0,045 1,140 0,590 1,470

составу обуславливает значительные колебания водопроницаемс пород.В мерзлом состоянии породы имеют коэффициент фильтре близкий к нулю, а в талом-до сотен метров в сутки. Из-за высс нарушенности рыхлых отложений|старыми горными выработками boj

- и -

роницаемость пород может иметь еще более высокие значения.Поэтому в проектах из-за отсутствия исходных данных коэффициенты фильтрации рыхлых отложений рассчитывают по формулам Газена, Слихтера и Крюгера или чаще всего определяют их приближенно по диалогическому составу пород. Это приводит к ошибкам в расчетах, так как полученные значения коэффициентов фильтрации имеют весьма значительные колебания. Например, усредненный коэффициент фильтрации рыхлых отложений россыпных месторождений Забайкалья изменяется от 1.0 до 70,0 м/сут (табл.2),а по формулам- от 0,0450 до 9,45 м/сут

Таблица 2

Физико-механические свойства рыхлых отложений россыпей Забайкалья (по данным отчетов геологоразведочных .работ)

Название Плотность Коэффици- Коэффици- Валунис-

россыпи пород. т/м3 ент раз- ент филь- тость,%

рыхления трации,

м/сут

Апрелково 2,00 1,20 1,0-10,0 0,2-0,5

Акулиновка 1,90 1,30 1,0-10,0 10,00

Волокатуй 2,17 1,30 5. 0-20, 0 3,00

Оськина 2,17 1.20 5. 0-30, 0 2, 00

Челутай 1,90 1,40 10, 0-40. 0 5,0 -10,0

Кулинда 1.82 1,10 12.0-50,0 4,00

Далаиха 1.70 1.20 15. 0-40, 0 10,00

синяха 1,80 1,20 15.00 3.80

Куприха 1,47-2,19 1,10 15, 0-55, 0 10, 00

Бичектуй 2,00 1,37 18,00 1,00

Горохон 1,60-2,10 1,30 20,0-70, 0 5,40

Саибото 1.74 1,35 40,00 10,00

Лужанки 2.12 1,20 50.00 2,00

Петровка 1.70 1,30 70, 00 2, 00

Итого: min 1.47 1.10 1.00 0,20

шах 2.19 70, 00 10, 00

(см.табл.1). то есть расчетные значения коэффициента фильтрации занижены более чем в 50 раз по сравнению с данными по отчетам геологоразведочных работ.

Корреляционный анализ гранулометрического состава позволил выявить три группы россыпей,для каждой из которых установлены корреляционные связи и статистические нелинейные кумуляты гранулометрического состава рыхлых отложений (рис.1) и соответствующие формулы (рис.1,табл.3).

Рис.1.Статистические |кумуляты гранулометрического состава рыхлых' отложений россыпей Забайкалья:

,1

1-однородные; 2-неоднородные;3- весьма неоднородные.

Табли!

Коэффициенты функций парной корреляции гранулометрического состава россыпей Забайкалья

Группа россыпей, формула грансостава | I Коэффициент корреляции Погрешность аппроксимации Коэффициент регрессии

А В

1- относительно однородные, К„= Збо/йю<5' (¿аа<1мм,(110<0,2мм:, У= А + В/й + Са2. 2- неоднородные, 5<К„<30, (1«а60<30 мм,0,2<с11О<1 мм), V- а/(А + ю + са2) 3- весьма неоднородные,К„>30, ((360 >30 мм. <310>1 мм), V- А + В1в((1) + С[1е(с1)З2 0,996 0,959 0,993 2,5624 7,4948 3,3618 98,2 0,05 10,2 -31,0 0,01 0,6 2, 0, 1{

Полученные зависимости позволяют более точно определять эффициенты фильтрации по формулам Слихтера и Крюгера на ст< предпроектных работ с учетом неоднородности и дисперсности рьи отложений. Например, россыпи Апрелково и Акулиновка (cм.тaбJ имеют одинаковый эффективный диаметр й10=0,2 мм и, соответстве! одинаковый расчетный коэффициент фильтрации горных пород - О,

3.38 м/сут по Слихтеру и 0.0454- 0.059 м/сут-по Крюгеру.Статистические кумуляты позволяют скорректировать коэффициенты фильтрации рыхлых отложений россыпи Акулиновка до значений 3,77-6,1 м/сут по Злихтеру и 0,74-0,95 м/сут по Крюгеру, что значительно ближе к истинным значениям (см.табл.2).

Золото в россыпях Забайкалья преимущественно мелкое:россыпи з золотом средней крупности,содержащие более 50% фракции сЗ_1 2мм> -ю менее 20% фракции <3_0-5мм. практически единичны.В зависимости эт крупности и однородности золотин можно выделить три группы эоссыпей (табл.4).

Проведенный корреляционный анализ позволил установить статистические кумуляты ситового состава золота (рис.2).Высокие ко-

Рис. 2. Статистические кумуляты ситового состава золота россыпей Забайкалья: 1- золото весьма мелкое; 2- очень мелкое; 3-мелкое.

эффициенты корреляции и незначительная погрешность аппроксимации (табл.4) позволяют рекомендовать полученные формулы для практических расчетов при определении коэффициента извлечения золота на зтадии проектирования и выбора технологии промывки песков.

В работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования взрывогидравлического фильтрационно- дренажного способа эттаивания (ВГФДО) мерзлых пород в сложных горно-геологических условиях.Для повышения эффекта оттайки в известном способе филь-грационно-дренажного оттаивания (ФДО) в массиве горных пород ис-

Коэффициенты функвд: ситового состава золо

Таблица

:й парной корреляции та россыпей Забайкалья

Группа россыпей, формула ситового состава золота |

Коэффициент корре ляции

Погрешность аппроксимации

Коэффициенты регрессии

А

В

с

1- однородные,с весьма мелким золотом Кн<2, «1.0 с1|1|>9055, I Й-о 25и«<50%)Л=А'+ Ш: !

2- Неоднородные,с очень мелким золотом, К^ >3,-(5055«1.о-5мг<90%-и

20Ш_п г5ии<50%).

•У=А ■+. " С*й?. . 1, .

3-неоднородные.с мелким золото; К„>30,(20%<Й.0.5ин<50% И ;

(1. о 2 Ч и и {50%) ,

У=екр (5) *ехр (В/с1); !

-0.981 -0.965

9.6251 .. .9.6331 10,0312

130,1

-5.9

4.9

-11.7

84,5

-0,3

кусственно создавались фильтрационные каналы и зоны проницаемое путем одновременного камуфлетного взрывания зарядов ВВ линейно ряда скважин (рис.3). ¡'

Расстояние между рядами скважин Ь зависит от размеров зо оттаивания вокруг фильтрационного канала, определяемой уравнени теплового баланса )

Ь = 2*Иг, |

й2 - * У{Кф*1в*Сд*Т*1^сп

(

/С1к*(0ф + 1П»СП)1 + 1} .

где И! - радиус фильтрационного канала, м: Н2 - радиус зоны ог ивания, м: Кф- коэффициент фильтрации пород в канале, м/сут; 1 температура воды,°С; Св- теплоёмкость воды, Дж/(м3*°С); т - вре оттаивания пород в зоне (Иг - сут; Кисп=(1вх-1вых)/(1ПУ-1, коэффициент теплоотдачи фильтрационного потока: 1ВХ, 1внхтемпьра' ра воды, соответственно на входе и выходе фильтрационного пото! °С; ^-температура фазового перехода,0С; 1к- длина фильтрационн канала.м;0ф-теплота фазового перехода, Дж/(м3*°С). Время оттай ния пород т0 в фильтрационном канале в основном зависит от про цаемости пород, температуры воды и определяется из уравнения т лового баланса \

= (V Ц*Св)/(К#*1в*й|*Кя-сп).

Рис.3. Схема взрывогидравлического оттаивания мерзлых горных пород

1-питающая канава, 1=0,008; 2-подогретая солнечной энергией вода; 3-взрывные скважины; 4- дренажная канава; 5- оросительные канавы: 6- заряд ВВ, q=(7-11) кг; 7- профильтрованная и охлажденная вода; 8 - питающая скважина; 9 - зона фильтоации; 10 - коренные породы; "" 1Г=кануфлетннб полости*

Радиус фильтрационного канала Rt зависит от параметров ка-муфлетного взрывания и находится из геометрических соотношений

Rt =/Rn2 -(а/2)2 . (4)

где а- расстояние между скважинами в ряду, м; Rn-радиус зоны проницаемости, м.

Размеры зоны проницаемости ограничены границей зоны трещино-образования и радиусом камуфлетной полости при камуфлетном взрыве в скважине:

(Мтах= Кк* / 1/[20Х* (10Х + 1,33) + 10Х]

(5)

где Ек- радиус камуфлетной полости, м; х = тк/Е; Е - модуль упр: гости; тк- максимальные касательные напряжения.

Радиус камуфлетной полости

RK = 0,55*Ro (2i/z*t*pBB/E)

определяется по формуле

/з

* f(x).

«

где рвв-начальная плотность ВВ в пересчете на объем 1 пог.м скв< жины. кг/м3; t-масссовая плотность энергии заряда (для аммонита 63 е-4.187*Ю6Дж/кг);Е0-радиус скважины.м;f(x)={x+ 1.83*[1 - 1,35х

О.гбх3"]* х3'*-}^'*.- ' ■}:- ....... • •

... Расчеты погаздаают, чтов пределах вероятных колебаний ^пр: гих и прочностных свойств мерзлых пород россыпных месторождею Rj~(20-40)*RK,a RK<(3,7-5.6)*R0.¡Взрывогидравлическим способом массиве возможно создание неоднородных фильтрационных каналов размерами R,- (74-224) *R0. Так. при R0= 100 мм.R,=7-22 м. Однако, э< фективный радиус зоны трещинообразования (радиус зоны проница< мости Rn). в пределах которой возможна фильтрация воды по образ< вавшимся трещинам, весьма незначителен Rn=(0,05-0,38)*RT и не пр< вышает 5*RK. |

Относительный радиус оттаивания R2/R! зависит от времени гидравлической проводимости Кф/1к фильтрационного канала. Рассто: ние между рядами скважин при продолжительности оттаивания в 1( суток не превышает 16*R!.npn среднем расстоянии между скважина! в ряду а=3,5 м. обеспечивающим Rt=l м. допустимое расстоян] 2*R2<(12-16 м),при льдистости пород 250 кг/м3.Применение взрыв! гидравлического способа оттаивания мерзлого массива в сложи горно-геологических условиях; позволяет увеличить глубину оттаив; ния за сезон в 2-3 раза по Ьравнению с естественной оттайкой и 1.5-2 раза эффективнее фильтрационно-дренажного способа.

Исследования эффективности применения противофильтрационга устройств (ПФУ) на основе химической кольматации пород выполне: с помощью метода ЭГДА на моделях из электропроводной бумаги блоков электроинтегратора БУСЭ-р и на физической модели земля» плотины масштаба 1:50. Защита' гидротехнических сооружений (ГТ< производилась с применением противофильтрационных завес (ПФЗ) ] пород, обработанных порошком ljTa-КМЦ и растворами Na-КМЦ и FeC при попеременной обработке горных пород. При этом определяли зав!

симость фильтрационного расхода реагентов от длины понура, глубины зуба, удельного расхода Иа-КМЦ.Реагент наносили на мокрый откос плотины и приплотинную часть перед затоплением в виде водного раствора концентрацией 0,1;0.25;0,5;0,75;1,0% и путем поверхностной обработки грунта порошком №-КМЦ.Опыты позволили установить зависимость коэффициента фильтрации от концентрации реагентов, среднего диаметра частиц грунта и времени фильтрации. При обработке горных пород раствором Иа-КМЦ их водопроницаемость снижается в 3-10 раз и более. Наибольший эффект снижения водопроницаемости грунта, обработанного раствором Ма-КМЦ,наблюдается при концентрации 0,5-1,0% и максимальном диаметре частиц 1,5-2,0 мм при удельном расходе 1,5-2,0 мл/см2 и стабилизации процесса кольматации в течение 5-15 суток. Использование порошка Ма-КМЦ дает более значительный эффект кольматации-в 3-5 раз выше, чем при обработке пород растворами Иа-КМЦ с одинаковым расходом реагента (рис.4).Получен-

0 0,1 0,2 0,3 0,4 qKMU,Kr/m2

Рис.4.Влияние попеременной обработки пород реагентами на эффективность химической кольматации (Кп=47.7 м/сут)

l-Na-КМЦ (по А. В. Рашкину); 2-Fe(N03)3+Na-KMU; 3- ПЭИ+Иа-КМЦ (по К.И.Карасеву и A.B.Рашкину-а.с.N1102853);4-Na-KMU+FeCl3 (по а.с.N836277); 5- порошок Na-КМЦ (по М.В.Костромину)

ше данные подтверждаются исследованиями,выполненными в Иргиред-1ете и ЧитГТУ (А. В. Рашкин-1969 г,М.В.Костромин-1976г. К. И. Карасев-

1984 г.).Химическая кольматация н

эффективна.если исходный коэф-

фициент фильтрации пород плотины !зыше следующих значений: Иа-КМЦ -40. ..50 м/сут;К-4 - 10...15 м/|сут ПЭИ - 2. ..5 м/сут.С увеличение), водопроницаемости пород эффективность химической кольматации снижается. Например, при уменьшении исходного коэффициента фильтрации горных пород в 3 раза относительная водопроницаемость снижается е

1,5-2,0 раза при расходе раствора

Ыа-КМЦ до 0,3 кг/м2.

Выполненные исследования позволили предложить способ (а. с. N836277) создания ПФЗ с использованием попеременного режима обработки. Попеременная обработка порол растворами ГеС13 и Иа-КМЦ при соотношении реагентов 1:1 и их концентрации 1-2% при удельном расходе 5-10 л/м2 уменьшает водопроницаемость пород в десятки, раз за счет образования более мощного противофильтрационного слоя защиты, что позволяет повысить эффект кольматации и снизить расходы N3-10411 в 1,5-2.0 раза(см.рис.4). |

В работе выполнены лабораторные исследования, промышленные испытания и внедрение эколоЬиески безопасного способа очистки сточных и оборотных вод при дражной и гидромеханизированной разработке золотоносных россыпей, основанного на механической очистке их от загрязнений с помощью геотекстильных нетканых материалов. Пригодность и эффективность применения геотекстильных материалов определяется их физико-техническими свойствами-водопроницаемостью по отношению к дисперсионнойсреде и задерживающей способностью по отношению к дисперсной фазе! Геотекстильные материалы на основе синтетических материалов- полиамида, полиэфиров и полипропилена имеют высокую прочность на растяжение-от 70 до 600 н/см2 и высокий коэффициент фильтрации-от 40 до 50 м/сут. незначительный удельный вес и толщину. По структуре порового пространства они относятся к гетеропористым. Пористость определяет их водопроницаемость и способность задерживать загрязняющие вещества при фильтрации воды.

Лабораторные исследования и промышленные исцытания очистки загрязненной воды от взвешенных ве!ществ и примесей проводились на россыпи р. Спорный в условиях продольной и поперечной фильтрации: при трех режимах работы фильтров- напорный, безнапорный и капиллярно-сифонный; с использованием трех типов геотекстильного материала- Дорнит, Нетканный и поролон (рис.5).Установлено,что наибольшая степень очистки загрязненной воды происходит при капил-

Рис.5. Промышленные испытания очистки сточных вод с помощью геотекстильных фильтров (россыпь р. Спорный. 1995 г.)

-отстойник с технологической водой;2-водоподпорная плотина;з-ге-текстильный материал;4-трубчатый фильтр: 5-шлюз для продольной ильтрации;6-сита для поперечной фильтрации; 7-цеолит:8-желоб с цеолитовыми Фильтрами

ярно-сифонном режиме работы геотекстильного фильтра.При увеличе-ии высоты капиллярного подъема воды степень очистки ее возраста-т. однако.производительность фильтра при этом снижается.Чем выше одержание взвешенных веществ и примесей в воде, тем ниже произво-ительность фильтра. Максимальная производительность фильтров не-ависимо от вида геотекстильного материала наблюдается в началь-ый момент при напорном режиме фильтрации и максимальной площади оперечного сечения фильтра.затем не линейно снижается и в зави-

симости от дисперсности и количества взвешенных веществ в вод стабилизируется в течение 5-72 часа. Наибольшей водопроницаемость обладает поролон.а наибольшей эффективностью очистки сточных во от взвешенных веществ и примесей- Дорнит (в 2-3 раза выше, чем по ролон). Для Дорнита получены эмпирические зависимости производи тельности фильтра й(м3/с*м2) от высоты подъема Нпод(м) и перепад давления Нпер(м) фильтрующейся жидкости:

lgd- - 0,012/Нпер- 0,91 + 3.72*Нпер +

+ (0,7/Нпер- 13,1 - 19,6*Нпер)*Нпод + + (-130.4 + 1512*Няер- 3665*Н2пер)*Н2под. П

Для повышения тонкости очистки при" поперечной филвтращ через геотекстильный материал применили порошок цеолитсодержащр туфов с диаметром зерен более 50 мкм с.расходом 1-4 кг/мг фит трующей поверхности. При этом скорость фильтрации изменялась от : до 40 м/сут,а производительность фильтра составила (0.7-3.0)*Ю" м3/(с*м2). Продолжительность фильтрации зависит от типа фильтр! вального материала, площади поперечного сечения фильтра, концентр; ции взвесей в воде и перепада уровней воды.При использован] фракции цеолита размером до 150 мкм эффект очистки воды от взв шенных частиц при одинаковой толщине слоя цеолита в два раза в: ше.чем при фракции более 150 мкм.При малых концентрациях загря нений (5-50 мг/л) достаточно создать слой до 5-8 мм с расход 0,5-2,0 кг/м2.При больших концентрациях (500- 5000 мг/л) необх дим слой мощностью 50-100 мм.Расход цеолита при этом возраста до 1-4 кг/м2.Эффективность очистки сточных и оборотных вод п создании искусственного осадочного слоя на фильтроткани из поро ка цеолита повышается в 2-3 р^за.Мутность фильтрата в начальн момент возрастает,а затем снижается в результате постепенной э купорки пор фильтроткани.При фильтрации образуется осадок на г верхности или внутри фильтроткани. Геотекстильный материал и с; цеолита в процессе фильтрации приобретают отрицательный заряд,г этому происходит не только механическая задержка твердых часта но и сорбирование ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов. Г этом тонкость фильтрации возрастает с увеличением степени H3Mej чения порошка цеолита, но вместе с тем снижается производите.) ность фильтра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены научно обоснованные физико-технические способы и технологические разработки.обеспечивающие решение важных прикладных задач повышения эффективности и экологической безопасности разработки россыпных месторождений. В результате выполненных экспериментальных.лабораторных и аналитических исследований решены актуальные научно-технические задачи повышения эффективности оттаивания мерзлых пород и создания противофильтраци-онных завес в гидротехнических сооружениях при предохранении горных пород от промерзания путем химической кольматации их попеременной обработкой реагентами,а также очистки сточных и оборотных вод при разработке золотоносных россыпей Забайкалья.

Выполнен критический эколого-технологический анализ проектных решений дражной и гидромеханизированной разработки россыпных месторождений. На основе анализа геоэкологических и природно-климатических факторов для россыпей Забайкалья определены статистические кумуляты гранулометрического состава рыхлых отложений и ситового состава золота.Методами математической статистики получены формулы,позволяющие более точно определять коэффициенты фильтрации и показатели извлечения золота при промывке песков. Дана классификация россыпей по критериям неоднородности и дисперсности рыхлых отложений и крупности золота.

Разработана и внедрена на предприятиях ПО "Забайкалзолото" и "Приморзолото" энергосберегающая технология оттаивания мерзлых горных пород путем создания в массиве зон фильтрации Применение взрывогидравлического фильтрационно-дренажного способа оттаивания мерзлых пород позволяет в сложных горно-геологических условиях в более сжатые сроки проводить подготовку дражных полигонов, повысить производительность драг, сократить срок пуска драг на 20-30 дней и уменьшить эксплуатационные потери металла.Технология рекомендована МЦМ СССР для внедрения на предприятиях золотодобывающей промышленности.

Разработаны способы создания ПФЗ на основе попеременной обработки пород химическими реагентами,позволяющие повысить эффективность кольматации путем усиления адсорбционной связи и межмолекулярного взаимодействия. Предложенные конструктивные параметры и способы создания ПФУ внедрены на дражных полигонах ПО "Забай-

калзолото".Производительность драги N161 Ксеньевского прииска результате упешного предохранения горных пород от промерзания з> мой 1978-1979 гг. возросла в два раза с 183 тыс.м3 до 341 тыс.м3 Экономический эффект от внедрения составил 700 млн р/год.

Проведенные лабораторные и аналитические исследования выяв> ли целесообразность применения для очистки сточных и оборота вод геотекстильных фильтров на основе полиамида и полипропилен Натурные исследования и опытно- промышленные испытания показал1 что по физико-техническим характеристикам наиболее приемлемым м< териалом для изготовления фильтров является иглопробивная тка! Дорнит с объемной плотностью 100-150 кг/м3.Максимальный эффе! очистки загрязненной воды происходит при капиллярном режиме фил! трования.Установлены зависимости производительности геотекстш ного фильтра от напора, высоты капиллярного подъема воды и ее за] рязненности.а также от режима работы и параметров фильтра. Прим< нение геотекстильных материалов в сочетании с цеолитсодержащш туфами позволяет уменьшить содержание загрязняющих веществ(взв( шенных веществ, железа, алюминия, меди, аммиака, сульфатов) в десят] и сотни раз.Выявлен эффект очистки сточных вод от ртути,фтора нефтепродуктов.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах

1. Рашкин А. В., Субботин Ю. В., Абалаков В. С. Исследование взрыв' гидравлического способа оттаивания мерзлых дражных полигонов // кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых Сибири и Сев ро-Востока.- Иркутск:ИПИ.-1980.- с.91-99.

2. A.c. 836277 (СССР).Способ создания противофильтрационных з вес/А. В. Рашкин, Е. И. Комаров, В. С. Абалаков. Ю.В.Субботин. -Опуб 1981. Бюл. N23.

3. Рашкин A.B., Субботин Ю.В. Экологическая экспертиза проект разработки малых россыпей Забайкалья // Вестник ЧГТУ.- М.: МГГУ 1995,- Юбилейный выпуск. - с. 16-24.

4. Рашкин А. В., Субботин ¡0. В., Малихов С.А. Применение геотек тильных фильтров для очистки промышленных стоков //Экологическ вестник СОС.-Чита:Читинский областной комитет по экологии и пр родопользованию, 1995. -N12.

5. Субботин Ю.В.Применение геотекстильных материалов для очистки сточных и оборотных вод при гидромеханизированной разработке золотоносных россыпей.- Инф.лист N29-95,- Чита: ЦНТИ.1Э95 г.

6. Рашкин А. В.. Герасимов В. М., Субботин Ю.В. Методы преодоления техногенных изменений в горных экосистемах Забайкалья // Тезисы докладов научно-практической конференции "Горы и Человек:в поисках путей устойчивого развития"- Барнаул: НИИ ГП,1996,- с.114-116.

7. Рашкин А.В.,Субботин Ю. В.,Павленко В.К.Повышение экологической безопасности технологии разработки Забайкальских золотоносных россыпей // Экологический вестник СОС.- Чита: Читинский областной комитет по экологии и природопользованию. 1996.- N5-6.

8. Рашкин A.B. .Субботин Ю.В. .Позлутко С.Г. Совершенствование способов оттаивания мерзлых пород//Горный журнал.-1996. -N10-11.

9. Рашкин А.В..Субботин Ю.В..Герасимов В.М.,Павленко В. К. Повышение экологической безопасности разработки россыпей Забайкалья // Горный журнал,- 1996,- N10-11.

10. Рашкин A.B..Субботин Ю.В..Герасимов В.М..Овешников Ю.М.Исследование и разработка способа очистки промышленной воды с использованием геотекстильных фильтров/Материалы Международной на-учнопрактической конференции "Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования".Пенза.-1996 г.

11. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке на изобретение N 96115045 "Устройство для очистки сточных вод" /Субботин Ю. В.. Рашкин А.В., Герасимов В.М. и др.от 18.11.1996г.

Подписано в печать 07.02.97г. Формат 60x90x1/16 Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ N2 Печать офсетная

РИК ЧитГТУ г. Чита. ул. Александро-Заводская 30