книги из ГПНТБ / Добыча и переработка серных руд Роздольского месторождения

где (?! — запасы первого типа руд в выработках, забое, товарной

руде, % ;

Q2 — запасы второго типа руд в выработках, забое, товарной

РУДе, %;

Qs — общие запасы руды в выработке, товарной руде, рав­ ные 100% ;

Сх — нормативное содержание общей серы в первом типе руд, %; Со — нормативное содержание общей серы во втором типе руд, %; С-J— общее содержание серы в выработке, забое, товарной

РУДе, % •

По этой методике решается один из самых сложных вопросов

впрактике руднично-геологической службы — определение коли­ чественного соотношения рыхлых окисленных руд и обломков из­ вестняковых неокисленных руд в общей рудной массе, заполняющей карсты. Обломки известняковых руд и глиноподобные окисленныеруды беспорядочно перемешаны в карстовых полостях, и определить их количественное соотношение визуальным путем или даже забой­ ным опробованием невозможно. Такие определения расчетным путем при различном общем (валовом) содержании серы и рудной смеси для Южного участка Роздольского месторождения приведены

втабл. 6.

Т а б л и ц а 6

Расчеты количественного соотношения обломков известняковой руды и окисленных руд в карстовых полостях Южного участка Роздольского месторождения

Планирование отработки и расчеты межзабойной шихтовки

Расчеты строятся на материалах по пространственному распре­ делению типов серных руд и их количественному соотношению в отдельных эксплуатационных блоках. С этой целью составляются карты пространственного распределения выделенных по классифи­ кации типов руд и агрегатных разновидностей серы в рудной залежи. Около каждой скважины на картах проставляют цифры, показы­ вающие соотношение запасов геологопромышленных типов руд и запасов агрегатных разновидностей серы. Это позволяет составить количественную оценку типов руд и агрегатных разновидностей серы по любой группе скважин, и следовательно, по любой выработке или эксплуатационному блоку, что служит достаточной и надежной основой для технологической оценки руд и составления межзабой­ ных шихт. Участки, где по данным скважин преобладает один и тот же тип руд (при наличии в подчиненном количестве и других типов) окрашивают в определенный цвет, что дает общую ориентировку при размещении очистных забоев и очередности их отработки.

Таким образом, материалы геологопромышленной классифика­ ции серных руд Роздольского месторождения, как и других место­ рождений серы Предкарпатья, с успехом могут быть использованы для решения многих прикладных задач рудничной геологии, для

горизонту приурочены напорные трещинно-карстовые воды суль­ фатно-кальциевого типа (2—3 г/л) и сероводородные (100 мг/л). Их напор достигает в среднем до 30 м над нижним водоупором.

С

Рис. 15. Схематический геологический разрез района Роздольского месторож­ дения:

1 — глины известковистые; 2 — известняки с серой; 3 — известняки; 4 — гипсы и ангидриты; 5 — известняки литотамниевые; 6 — песчаник известковистый и пески кварцево-глауконитовые; 7 — мергели

Рис. 16. Схема гидрогеологических усло­ вий (по П. В. Цюрупе):

1 — известняки трещиноватые, закар-

стованные (коэффициент фильтрации К ф = 400—600 м/сут); 2 — известняки

слабо-трещиноватые ( К ф = 50 м/сут);

3 — глины с обломками или прослой­

ками известняка, слабоводопроница­ емые; 4 — участки контакта известня­ ков с водоносным аллювием; 5 — об­

ласть подземного питания известняко­ вого водоносного горизонта; 6 — гра­

ница известнякового горизонта

В период естественного режима уровни воды устанавливаются близко к дневной поверхности. Разгрузка подземных вод известня­ кового горизонта происходит в р. Днестр и частично в аллюви­ альные отложения, которые тоже дренируются рекой. Статические

запасы этого горизонта определяются в 6 млн. м3 воды. Коэффи­ циент фильтрации известняков по месторождению изменяется в пре­

Гипсоангидритовые породы, подстилающие рудный известня­ ковый горизонт на большей части месторождения, имеют монолит­ ную структуру и не водоносны. Только в периферийных частях месторождения, где гипсоангидритный горизонт на границе выклини­ вания закарстован, наблюдается гидравлическая связь между водо­ носными горизонтами известняков, гипсов и песчаников нижнего тортона.

Четвертичные отложения на месторождении повсеместно обвод­ нены. К пойменным отложениям р. Днестр приурочены типичные аллювиальные воды, связанные с песчано-галечниковыми отложени­ ями, коэффициент фильтрации которых 10—20 м/сут. В пределах высоких надпойменных террас покрывающие суглинки и супеси насыщены водой и часто содержат верховодку. Коэффициент филь­ трации их 0,01—0,8 м/сут.

Осушение рудного пласта

В период строительства Южного карьера и в начале эксплуата­ ции месторождения основным методом осушения рудного пласта являлась откачка воды из известнякового горизонта артскважинами, оборудованными насосами АТН-14 и АТН-10. Скважины располага­ лись более или менее равномерно по всей площади будущего карьера с учетом понижения почвы рудного пласта и его фильтра­ ционных свойств. Начальный диаметр скважин 529 мм, диаметр фильтровой колонки 377 мм, реже 273 мм. В первые месяцы работы по водопонижению скважины вводились в эксплуатацию последо­ вательно. Проектное понижение уровня подземных вод (24 м), обес­ печивающее проходку траншей по мягкой вскрыше, было достиг­ нуто к октябрю 1956 г., через 6 месяцев после начала осушительных работ. К концу 1956 г. понижение уровня вод составило 26 м. В это время работали в среднем 6 артскважин (из 9) с расходом воды 960 м3/ч.

Дальнейшее понижение уровня подземных вод потребовало уси­ ления водоотлива. Это было достигнуто (после дополнительного бурения) при 11 скважинах, работавших с расходом воды 2000 м3/ч; благодаря интенсивной откачке уровень поземных вод был понижен еще на 2 метра. Однако через 10 дней совместной работы всех сква­ жин производительность водоотлива понизилась до 1200 м3/ч и уровень подземных вод стабилизировался на достигнутой отметке.

Снижение производительности водоотлива было вызвано тем, что после пуска новых скважин часть ранее действующих прекра­ тила свою работу или снизила производительность под влиянием вновь введенных в эксплуатацию скважин. Остаточный столб воды

вскважинах составил в среднем 3—5 м над подошвой известняка

ине обеспечивал производительной работы мощных насосов АТН-14.

Часть скважин в связи с этим работала неполные сутки, чтобы не вывести насосы из строя.

С целью повышения эффективности работы все вновь буримые или реконструируемые скважины специально заглубляли в гипсо­ ангидриты или песчаники на 10—12 м ниже подошвы известняка, полагая, что имеется широкая гидравлическая связь с нижележа­ щими горизонтами. Однако заглубленные скважины, по сравне­ нию с пробуренными ранее, у которых забой был ниже подошвы известняка всего на 3—4 м, не увеличили дебита воды и не снизили ее уровня. Поэтому для более экономичной и целесообразной работы

неожиданные простои и аварии насосов из-за недостатка воды в сква­ жинах и стабилизировало суточные колебания уровня подзем­ ных вод.

Производительность водоотлива установилась на 28—30 тыс. м3 воды в сутки и сохранилась такой до настоящего времени. Динами­ ческий уровень воды к началу эксплуатации месторождения (1959 г.) понизился в среднем на 30 м (рис. 17). Создалась большая депрессионная воронка, уходящая за пределы месторождения. На фоне общего понижения уровня подземных вод эта воронка имеет вытя­ нутую в меридиональном направлении форму с небольшим уклоном фильтрационного потока с севера на юг (к центру воронки), равным 0,006. Уклон подземного потока воды западной и юго-западной сторон, т. е. со стороны р. Днестр, составляет 0,03, что объясняется низкими фильтрационными свойствами известняков по этим направ­ лениям.

Достигнутое снижение уровня подземных вод привело к осушению большей части рудного пласта и позволило без особых осложне­ ний вести добычные работы. Обводненными остались лишь погру­ женные участки пласта на флангах месторождения.

Два очень важных фактора, на которые указывалось при раз­ ведке месторождения (П. В. Цюрупа), подтвердились при его вскрытии

и определили дальнейшее развитие работ по осушению рудного пласта. Этими факторами оказались: очень неровная подошва руд­ ного пласта с амплитудой колебаний до 25 м, обусловливающая наличие локальных понижений в почве пласта; практически водо­ упорные породы почвы пласта (гипсы и ангидриты) и слабопроница­ емые нижележащие песчаники. В данных условиях дальнейшее снижение уровня подземных вод только за счет работы действовав­ ших артскважин не могло быть осуществлено. Многие из них к тому же находились в контуре карьера и ликвидировались горными работамхг. Новые скважины, пробуренные на бортах по контуру карьера, часто не давали желаемого эффекта, так как гипсометри­ ческое положение известнякового горизонта в них было нередко выше, чем в карьере, или этот горизонт совсем отсутствовал.

G развитием добычи руды большую роль стал играть внутрикарь­ ерный водоотлив, приуроченный к пониженным участкам рудного пласта. Для осушения таких участков применяются передвижные и стационарные насосные станции, устанавливаемые вблизи забоев. Для обеспечения бесперебойной их работы экскаваторами прохо­ дятся небольшие водосборники размерами 5 x 3 x 2 , реже 20x10x5 м. В зависимости от притока воды к водосборникам применяются различные насосы производительностью от 50 до 500 м:уч (КСМ-50,

ЗГМ-2М производительностью 1900 м3/ч.

Водопонижение с помощью открытого водоотлива требует про­ изводить проходку водосборников в обводненных условиях, что не всегда можно осуществить на желаемую глубину экскаваторами ЭКГ-4,6. При выемке из обводненного участка рудного пласта мощ­ ностью 5 м иногда приходится делать 3—4 перестановки насосов, последовательно углубляя водосборник. Это очень трудоемкая ра­ бота, особенно в условиях действующего забоя.

Сложность отработки погруженных участков рудного пласта потребовала совершенствования и внедрения новых схем осушения. Одна из них — осушение при помощи серии водопонизительных скважин, оборудуемых на рудных подступах или по дну карьера. Это скважины небольшой глубины (10—20 м). По мере приближения забоев к наиболее погруженным участкам пласта передвигаются и скважины. Они оборудуются насосами АТН-10 или АТН-14 в зави­ симости от притока воды. Диаметр фильтровой колонны обычно 377 мм.

На участках наибольшего понижения рудного пласта (фланги месторождения) известняковые руды часто заглинизированы. В целом они имеют низкую водопроницаемость, однако по отдельным кана­ лам наблюдаются интенсивные притоки в пласт подземных вод. В этих случаях для осушения пласта в почве его устраиваются боль­ шие водосборники, оборудованные стационарными насосными уста­ новками. Такие водосборники проходят шагающими экскаваторами

ЭШ-14/75, вынимающими предварительно взорванную руду или подстилающие гипсоангидриты. К водосборникам также стекает вода из соседних участков по дренажным канавам или перекачи­ вается насосами из местных локальных понижений. Например, водо­ сборник, пройденный в западной части Центрального карьера, позволил осушить площадт» карьера в радиусе 400 м, а сооруженный позднее водосборник с насосной станцией на восточном фланге карьера дал возможность полностью осушить Центральный и час­ тично Северный карьеры.

Устройство водосборников с помощью шагающих экскаваторов позволяет значительно ускорить их сооружение и эффективно вести осушение рудного пласта. К началу 1972 года на карьерах было соору­ жено 3 водосборника, оборудованных стационарными насоснымхт станциями. Кроме того, имеется пять водопонизительных скважин, оборудованных насосами АТН-10 и АТН-8. Мощность внутрикарьерных насосных станций составляет 3500 м3/ч; половина этой мощ­ ности резервная. Из общего водоотлива 1300—1400 м3/ч откачива­ ется насосами открытого водоотлива 1100 м3/ч. С локализацией обводненных участков и притоков воды к ним по узким каналам (депрессиям в почве пласта) роль водопонизительных скважин уменьшается.

Следует отметить, что все оборудование насосных установок, а также металлические трубопроводы из-за наличия в воде серо­ водорода служат гораздо меньший срок, чем это установлено норма­ тивами. Так, насосы открытого водоотлива служат 2,5—3 года, глубинные насосы — 1,5—2 года; такой же срок службы и стальных трубопроводов.

Применение в артскважинах погружных насосов типа 8АГ1В, 12СП, очень удобных при монтаже и эксплуатации в обычных усло­ виях, не оправдало надежд эффективно использовать их для откачки сероводородных вод, так как через 1—2 месяца работы в скважине они выходят из строя вследствие коррозии обмоток электродвига­ теля и нарушения изоляции.

Осушение карьера имеет значение не только для максимального извлечения руды из недр, но и для устойчивости внутренних отвалов. При погашении карьерного поля в пониженных местах, после того как убираются насосы местного водоотлива, начинает скапливаться вода. Чтобы предупредить подмачивание внутренних отвалов, по дну карьера в гипсоангидритах взрывным способом делаются дре­ нажные канавы глубиной 2—5 м и шириной 5—6 м с уклоном в сто­ рону водосборника с насосной станцией. В последние годы, чтобы

Специальные мероприятия по осушению четвертичных отложений проектом строительства Южного карьера не предусматривались. Аллювиальные песчано-галечниковые отложения Южного участка, как и ожидалось, были осушены за счет фильтрации грунтовых вод через «окна» в тортонских глинах в осушаемый рудный пласт, а также за счет дренирующего влияния разрезных траншей, оконтуривающих участок.

Считалось, что суглинки и супеси высоких террас (Центральный и Северный участки) не требуют осушения и не будут препятство­ вать нормальной разработке месторождения. Однако уже первые месяцы строительства карьера показали большую сложность раз­ работки пород четвертичной толщи. Вскрышные экскаваторы ЭШ-14/75 «тонули» на слабом переувлажненном грунте, наблю­ далась суффозия пород и происходили крупные оползни бортов траншей.

Для повышения устойчивости бортов Центральной разрезной траншеи в 1958 году началось осушение толщи супесей и суглинков. С этой целью на Центральном участке пройдена экскаватором ЭШ-4/40 дренажная траншея, пересекшая участок с запада на восток. Однако

пород показали весьма слабый эффект дренажной траншеи. В на­ блюдательных скважинах, расположенных в 5 м от борта траншеи, вода отмечалась на 4—5 м выше ее дна. Как показали замеры по скважинам, депрессионная кривая круто падала к дренажной и цен­ тральной траншеям. Снижение уровня грунтовых вод между тран­ шеями на пространстве шириной 200 м за шесть месяцев составило в среднем 1,5 м при мощности водоносного горизонта 12 м.

Затруднения в проходке дренажной траншеи, небольшой радиус влияния ее потребовали поисков новых способов осушения сугли­ нистых и супесчаных грунтов. Трест Союзшахтоосушение пробурил два ряда скважин: северный, состоящий из 26 водопоглощающих

и4 наблюдательных скважин с расстоянием между скважинами 50 м,

июжный, состоящий из 30 водопоглощающих скважин с расстоя­ нием между ними 25 м. Из 56 водопоглощающих скважин 14 были сданы без водопоглощения либо с незначительным поглощением.

Через год работы, в августе 1959 г., действовала только половина скважин, а в августе 1960 г. только 15. Таким образом за два года работы большинство скважин вышло из строя преимущественно из-за заиления фильтров. В наблюдательных скважинах, располо­ женных в 25 м от поглощающих, отмечено снижение уровня воды на 1,5—2,0 м в год, однако во время обильного выпадения осадков и таяния снега уровень четвертичного водоносного горизонта за не­ сколько дней поднимался до первоначального. Испытания возмож­ ности осушения четвертичных отложений проводились также при

помощи эжекторной иглофильтровой установки ЭИ-2,5. К коллек­ тору длиной 63 м были подсоединены 22 иглофильтра с расстоянием между ними 2,5 м. Последние также оказались неэффективными вследствие низкой водопроницаемости пород.

Испытание различных способов дренажа четвертичных отложе­ ний на Центральном участке показало экономическую нецелесо­ образность их применения. Учитывая полученные отрицательные результаты, научно-исследовательскими и проектными институтами (ГИГХС, Госгорхимпроект, УкрНИИпроект) совместно с комбина­ том было принято решение отказаться от осушения четвертичных отложений Центрального и Северного участков и производить их разработку способом гидромеханизации. Это решение было осу­ ществлено и подтвердило правильность и своевременность гидро­

Очистка дренажных вод

Вдренажных водах известнякового горизонта содержание серо­ водорода в начале эксплуатации месторождения составляло 100— 120 мг/л. В настоящее время, более чем через 10 лет после начала откачки воды, содержание сероводорода в подземных водах умень­ шилось до 40—50 мг/л. Откачиваемые за пределы карьера дренаж­ ные воды отводятся по системе закрытых напорных или самотечных коллекторов. За контуром карьера дренажные воды проходят через очистные сооружения, после чего сбрасываются в магистральный водоотводной канал. По каналу протяженностью 6 км очищенная вода отводится в р. Днестр.

Впервые годы эксплуатации Южного карьера специальных очист­ ных сооружений не было. Проект строительства карьера предусмат­ ривал, что вода, проходя по каналу на пути к Днестру, полностью освободится от сероводорода и при сбросе в реку станет чистой. Практически сбрасываемые воды содержали 1,5—3,0 мг/л сероводо­ рода, что потребовало строительства дополнительных очистных со­ оружений, которые были сданы в эксплуатацию в 1964 г. Очистные сооружения сравнительно просты и рассчитаны на осветление воды от взвешенных частиц в отстойниках и аэрацию сероводорода в окру­ жающую среду (рис. 18).

Технологический процесс очистки дренажных вод состоит в сле­ дующем: вода, откачиваемая из открытых водосборников и водо­ понизительных скважин, расположенных в карьере, по стальному напорному трубопроводу диаметром 426 мм в количестве 500 м3/ч подается в отстойники очистных сооружений. Вода, откачиваемая скважинами, расположенными за контуром карьера, в количестве

300—400 м3/ч по самотечному асбоцементному трубопроводу подается непосредственно в резервуар насосной станции, так как она не содер­ жит взвешенных частиц. Отстойник представляет собой земляную емкость площадью 2700 м2 и глубиной 2 м. При работе одного