книги из ГПНТБ / Стафеев, П. Ф. Драгирование забайкальских россыпей опыт подготовки и разработки дражных полигонов в комбинате Балейзолото

тировали по траншее породу в отвал, а один — два бульдозера производили вскрышу породы послойно и перемещали ее в канаву, при этом расстояние достав­ ки породы не превышало 45—50 м. Когда бульдозеры сделали 35—50 рейсов, в канаве скапливалось около 75 м3 породы; два бульдозера, двигаясь спаренно по канаве, транспортировали переувлажненную породу в отвал. За смену они делали 5—6 таких репсов. Произ­ водительность одного бульдозера в смену доходила до 125—145 м3 породы в плотной массе. Затраты на вскры­ шу I м3 породы таким способом по сравнению со вскрышей на всей площади с расстоянием бульдознрования 100—120 м составляли на 8 копеек меньше.

Недостатком этого способа является то, что егоможно применять на участках, где имеются естествен­ ные понижения местности, в которые можно транспор­ тировать переувлажненные породы. Однако он имеет существенные преимущества. К ним относятся: воз­ можность послойно вскрывать мерзлые пустые породы при любой их влажности и любом уклоне долины; не­ зависимость работы бульдозеров от атмосферных осад­ ков: более высокая производительность бульдозпроваиия по сравнению с транспортировкой породы в сухой отвал.

На экспериментальном участке № 1 был удален почвенно-растительный слой, активно влияющий на радиационный баланс из-за интенсивного испарения и турбулентного теплообмена. За границы промышлен­ ного контура выбросили 120 тыс. м3 пустой породы. С мая по август была произведена вскрыша па глубину 1,2 м, на всей площади были обнажены песчано-галсч- нпковые золотоносные отложения. Скорость оттаивания

горной массы драгой составляли примерно 28—30 копе­ ек. Таким образом, на выемке пустой породы земле­ ройно-транспортной техникой на каждом кубометре экономилось -10—12 копеек государственных средств.

Участок, на котором была произведена вскрыша, на зиму затопляли водой в среднем на глубину 2,0 м. Первоначально намечали затопить участок в начале

30

октября, но в срок не уложились и воду пустили толь­ ко 4 ноября, т. е. в период, когда уже происходило се­ зонное промерзание поверхностного слоя. Однако пос­ ле затопления полигона водой его смерзшийся верхний слой вскоре оттаял. По естественным таликам и по се­ зонно-талому слою наблюдалась фильтрация грунто­ вых вод круглый год. Водоподъемные дамбы строили на фильтрующем основании, поэтому утечки были ве­ лики. Сооружение же дамбы с устройством противофильтрациониых завес до коренных пород требовало больших средств. Кроме того, мы не стремились оста­

породах при перемещении грунтовых вод способство­ вал продолжению процесса оттаивания под ледяным покровом.

Ледяной покров сильно увеличивался в ноябре —де­ кабре. 10—15 февраля он соединился с породой и про­ изошло промерзание последней на глубину 0,3—0,4 м. Однако установлено, что после схода ледяного покро­ ва этот промерзший слой породы оттаивал за 5—7 дней.

покров. После затопления на данном участке россыпи был обнаружен илисто-растительный осадок, закольматировавший поверхность на глубину 1—2 см. Для устранения этого слоя, препятствующего теплообме­ ну, а также в целях увеличения общей глубины вскры­ ши в мае-июне второго года подготовки еще провели вскрышные работы на глубину 0,8 м. После каждого затопления на зиму водой разрушали илисто-расти­ тельный осадок тракторными рыхлителями Д-162А. Затопление повторялось ежегодно до полного протаиванпя многолетней мерзлоты.

Обнаженные песчано-галечннковые отложения рос­ сыпи интенсивно прогреваются в летнее время и акку­ мулируют в талом слое тепло солнечных лучей. Одна­ ко этот слой с наступлением отрицательных темпера­ тур воздуха отдает тепло в атмосферу. На тех участ­ ках, где в летний период был удален почвенно-расти­ тельный слой и песчано-галечннковые отложения на зиму не затапливались водой, мощность здесь сезон-

31

Таблица 6

Температурный режим пород в зависимости от вида поверхности на 15 октября 1966 года

ды на обнаженных песчано-галечпиковых отложениях показана в табл. 6.

Из данных, приведенных в табл. 6 , видно, что па 15 октября температура обнаженных речников значи­ тельно выше, чем тех же пород, находящихся в ес­ тественном состоянии. Повышение температуры ниже­ лежащих пород может быть достигнуто путем затоп­ ления таликов слоем воды, превышающим глубину зимнего промерзания.

Котлованы, где произведена вскрыша, заполняли водой следующим образом. В плотине пли целпковой нетронутой бульдозерами части россыпи устраивали

го потока. Русло реки полностью перекрыли, и вода по водоотводящей канаве поступала на затапливаемый участок. Котлован полностью затопляли в течение 4 — 5 дней. Мощный слой воды надежно закрыл вскрытую до речников россыпь не только от проникновения в нее холодного воздуха, но и задерживал на определенный период тепло, накопленное этим слоем за теплые дни, которое затем расходовалосьна дальнейший процесс от­ таивания многолетней мерзлоты. Это было установлено контрольным бурением льда на оттаиваемых участках. Так, в первом году в зимний период оттаяло 70 см, во втором— 105 см и в третьем — 90 см (рис. 4). Срав-

32

Стафеен

Ч

Рис. 4. График оттаивания многолетней мерзлоты на участке № 1.

со

w

ннтелыю небольшая глубина оттаивания в первый год объясняется поздним затоплением. Увеличение глуби­ ны оттаивания во втором подготовительном году про­ изошло за счет наращивания мощности водоносного слоя и своевременно проведенного затопления, т. е. до наступления отрицательных температур воздуха (в период, когда радиационный баланс оставался еще по­ ложительным) .

Управление термовлажностным режимом путем об­ нажения россыпи до песчано-галечнпковых отложений показало, что удаление теплоизоляционного слоя, т. с. почвенно-растительного покрова, увеличивает скорость протаивания мерзлых пород. Этой определило дальней­ шее совершенствование подготовки дражных полигонов, надо было широко внедрять искусственное утепление поверхностного слоя россыпи, так как это снижает глу­ бину зимнего промерзания пород. Трудно переоценить значение этого способа подготовки дражных полигонов в условиях суровой малоснежной зимы Забайкалья. С увеличением календарного периода добычных работ значительно возросла потребность в обеспечении драг незамерзающими па зиму породами для ранневесенне­ го периода драгирования.

Опыт Уидинского прииска комбината «Балейзолото» п других золотодобывающих предприятий, а также на­ учно-исследовательские данные (Старков, 1959) пока­ зали, что на дражных разработках наиболее эффек­ тивным способом сохранения талых пород является затопление котлованов слоем воды, превышающим глу­ бину сезонного промерзания пород.

Кроме того, на Ундпнских дражных участках по ини­ циативе начальника драги С. Ф. Цветкова и при учас­ тии автора с 1961 года стали применять глубокое рых­ ление поверхностного слоя. -Сущность данного способа заключается в том, что на полигоне создается тепло­ изолирующий пористый покрыв непосредственно из по­ род, слагающих сезонно-талый слой россыпи. Верхний слой породы рыхлится осенью перед наступлением за­ морозков тракторными рыхлителями Д-162А па глуби­ ну 50—60 см. Перед рыхлением поверхность полигона подравнивают, срезают неровности и засыпают уг­ лубления п проводят дренаж, осушают на большую величину, чем глубина рыхления. Движение рыхлите­

34

лей, имеющих максимум три зуба, расположенных под углом 70°, осуществляется по продольно-поперечной схеме. Плотность и влажность в 20 смелое уменьшают­ ся в процессе рыхления в среднем на 20—25%, а в сухой период на разрыхленной поверхности испарение идет менее интенсивно, чем на ровной. Воздухоемкость раз­ рыхленного слоя также увеличивается и служит теп­ лоизоляцией в период отрицательных температур воз­ духа. Основные показатели по рыхлению пород приве­ дены в табл. 7.

Т а б л и ц а 7

Результаты рыхления

ния

Осеннее рыхление не только защищает сезонно-та­ лый слой от промерзания, но и сокращает непроизво­ дительные простои драги, связанные с остановкой ее для удаления мерзлых негабаритных блоков из черпа­ ков. Часовая производительность драг при отработке разрыхленных участков в ранневесенний период состав­

ляет 80— 90% среднегодовой. С этой точки зрения рыхление целесообразно производить па всех предва­ рительно осуш енных полигонах, подлеж ащ их отработке в весенний и осенний периоды.

Весной с наступлением положительных температур воздуха на разрыхленной комковатой поверхности на­ блюдается интенсивное таяние снежного покрова, мощ­ ность которого не перекрывает даже гребней. Обычно на участках, где осенью предыдущего года проводилось глубокое рыхление, уже 10—15 марта снежный покров сходит, в то время как по всей долине снег сохраняет­ ся дольше. Здесь происходит интенсивное оттаивание разрыхленного слоя пород, что дает возможность в на­ чале апреля приступить к послойной вскрыше торфов бульдозерами. Однако следует отметить, что при рабо­ те бульдозеров установлено, что па отдельных участ­ ках разрыхленной площади, где почвенно-растительный слой превышал глубины рыхления, наблюдалось устой­ чивое смерзание разрушенных кусков породы. Это не­ сколько снижало эффективность глубокого рыхления. Поэтому при значительной толщине почвенно-расти­ тельного слоя перед рыхлением необходимо торф уда­ лять с полигона полностью или частично.

Как показывают экспериментальные данные, полу­ ченные нами в производственных условиях, рыхление как способ защиты талых пород от промерзания зимой дает лучшие результаты при соблюдении следующих

максимально дренированы; толщина почвенно-расти­ тельного слоя не должна превышать 20 см\ свободная поверхность грунтовых вод должна находиться на 2 0 — 25% ниже подошвы рыхления.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА

ВПРОТАИВАЮЩИХ (ПРОМЕРЗАЮЩИХ) ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Впочвах п горных породах существует несколько видов теплопередачи:

а) теплопроводность, при которой перенос тепловой энергии не сопровождается переносом вещества;

б) конвекция, при которой перенос тепла обуслов­ лен движением воды и воздуха в порах породы;

3 6

в) излучение — перенос тепла в порах с помощью излучения.

Основным видом из приведенных процессов тепло­ передачи в породах является теплопроводность. Излу­ чение имеет ничтожное значение. В основе теории теплопроводности лежит закон Фурье, связывающий количество переносимой внутри тела теплоты с суще­ ствующим температурным полем. Фурье установил, что количество тепла (Q), проходящего через какое-либо сечение твердого тела, пропорционально градиенту

и многокомпонентными системами, состоящими из ми­ нерального скелета, газа и воды. В мерзлых породах вся вода пли ее часть присутствует в виде льда. Наи­ меньшей теплопроводностью обладает газ — воздух, наибольшей—минеральный скелет. Поэтому чем плот­ нее порода, тем ее теплопроводность больше. Если по­ ры породы заполнены водой, то теплопроводность ее увеличивается. По этой причине для одной и той же горной породы рост влажности приводит к увеличению теплопроводности Лед (твердая фаза) обладает теп­ лопроводностью в 4 раза большей, чем вода (пример­ но 1,9 —2 ,0 ), в результате мерзлые породы имеют теп­ лопроводность большую, чем тал'ые.

На свойства мерзлых пород большое влияние ока­ зывают не только количественные соотношения льда и минерального скелета, по и их взаимное расположе­ ние. В мерзлых породах количество жидкой фазы за­ висит от природы минерального скелета, от темпера­ туры и давления. Количество свободных газов опре­

37

деляется газовой пористостью и зависит от величины- и состава скелета породы и резко увеличивается при наличии в породе органических веществ.

Температура является параметром состояния тела и характеризует степень его нагретости. Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек пространства называется температурным полем, которое может быть установившимся и неустановившпмся. При стационарном (установившемся) температурном поле температура (Т) является функ­ цией одних только пространственных координат (х, у, z). Если же в общем случае температура меня­

математической физики. Решению этого уравнения по­ священо много исследований. Уравнение Фурье имеет огромное значение в теплотехнике, исследованиях хи­ мической кинетики п т. д. Разработан ряд методов его решения аналитическим путем.

Значительно большие трудности представляют со­ бой исследования температурного поля с фазовыми переходами. Впервые подобная задача была решена выдающимся французским ученым Лямэ и Клапейро­ ном (1831). Значительно позднее такую же задачу, занимаясь вопросом дрейфа льдов, решил австрийский

С тех пор указанное условие называют условием Сте­ фана, а самую задачу — задачей Стефана. Современ­ ные математические методы не позволяют решать та­ кие задачи аналитическим путем.

Упомянутые выше решения Лямэ, Клапейрона п самого Стефана относятся к одному простейшему ча-

38