Файл: Павлов, А. В. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 47
Скачиваний: 0
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
С И Б И Р С К О Е О Т Д Е Л Е Н И Е
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ
А. В. ПАВЛОВ, Б. А. ОЛОВИН
ИСКУССТВЕННОЕ ОТТАИВАНИЕ
МЕРЗЛЫХ ПОРОД
ТЕПЛОМ
СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
ПРИ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПЕЙ
Ответственный редактор
член-корр. АН СССР П . И. Мельников
Контголызыл ЭДЗСРО»
И З Д А Т Е Л Ь С Т ВО « Н А У К А» СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Новосибирск, 1974
В работе дан анализ современного состояния теории и производственного опыта искусственно го оттаивания мерзлых пород и защиты талых пород от промерзания.
Основное содержание представляют резуль таты режимных экспериментальных исследова ний способов управления иромерзанием-прота-
иванием пород |
на двух опорных |
пунктах — |
в Центральной |
и Северной Якутии. |
Детально |
освещена методика наблюдений за процессами промерзания-протаивания. Рассмотрен годовой ход теплообмена пород с атмосферой на участ ках с различной подстилающей поверхностью. Изложены результаты изысканий по повышению эффективности методов искусственного оттаива ния сильнольдистых россыпей в районе Кулара. Оценена возможность применения растворов со лей для искусственного оттаивания и предохра нения пород от промерзания. Разработаны но вые методики прогноза глубины протаивания пород в естественных условиях, под пленоч ными покровами и при послойной разработке.
Книга рассчитана на широкий круг спе циалистов, занимающихся изучением теплооб мена пород с атмосферой и разработкой спосо бов управления их промерзанием-протаивани- ем,—мерзлотоведов, горняков, строителей.
©Издательство «Наука», 1974.
ВВЕДЕНИЕ
Россыпные месторождения Советского Союза являются основным источником многих ценных полезных ископаемых.
Это |
в |
первую |
очередь золото, алмазы, платина, касситерит. |
В СССР добыча золота производится почти полностью в об |
|||
ласти |
распространения многолетнемерзлых пород. Наиболее |
||
благоприятны |
в этом отношении россыпные месторождения, |
||
широко |
распространенные в Магаданской, Читинской и Амур |
||
ской |
областях, |
Якутской АССР и Хабаровском крае. Россыпи |
сложены галечными, гравелистыми и супесчаными породами, часто сцементированными льдом, встречаются валуны, про слойки мерзлых суглинков и глин. Мощность толщи рыхлых отложений, включая непродуктивные мелкодисперсные породы и продуктивные крупнодисперсные, изменяется на разрабаты ваемых месторождениях от 5 до 50 м. Из всех видов россыпной добычи полезных ископаемых добыча золота характеризуется переработкой огромных объемов горной массы.
Искусственное оттаивание — один из важнейших этапов технологического цикла при разработке россыпных месторож дений полезных ископаемых, расположенных в области рас пространения многолетнемерзлых пород. Мерзлые породы вы сокопрочны и почти не поддаются разработке землеройным оборудованием. Кроме того, применяемые в настоящее время способы извлечения полезных ископаемых из россыпей до статочно эффективны лишь при обогащении талых пород. В СССР ежегодно способом послойного оттаивания разрабаты
вают около 120—130 млн. м3 мерзлых |
пород |
и способом |
||||
оттаивания |
на |
заданную глубину для |
работы драг — 10 — |
|||
13 млн. м3. |
|
золотоносные |
пески, |
складируемые в зим |
||
Подземные |
||||||
ний период |
в |
виде отвалов, |
необходимо |
также |
оттаивать |
перед промывкой. Искусственное оттаивание пород проводится, кроме того, на алмазных и оловоносных (касситеритовых) россыпях и находит применение в строительстве.
3
Весьма важно предохранить породы от промерзания, что бы уже ранней весной промывочные приборы и драги смогли работать с высокой производительностью.
Вопрос о необходимости тепловой мелиорации мерзлых горных пород при добыче россыпного золота в области вечной мерзлоты еще в 1918 г. впервые поставил П. И. Колосков, отметив необходимость изучения теплообмена пород с атмо сферой. В начале 30-х годов были высказаны мнения о путях направленного изменения теплового режима пород на россып ных месторождениях (Колосков, 1930, 1932; Хитарян, 1930). Однако долгое время исследования развивались сравни тельно медленно, так как перерабатывались в основном лить участки с очень высоким содержанием металла. В послевоен ные годы горная промышленность Севера и Северо-Востока располагала высокопроизводительными механизмами, спо собными вести добычу и экономично перерабатывать породы со сравнительно низким содержанием золота. Встал вопрос о широком исследовании эффективности отдельных методов тепловой и водно-тепловой мелиорации. К этому времени уже были получены некоторые результаты по тепловому балансу пород в области вечной мерзлоты и намечены пути его искус ственного преобразования (Федоров, 1935; Александров, Куртенер, 1937; Бялыницкая, 1949; Бакакин, 1955; и др.).
На основе частичного обобщения богатейшего опыта, на копленного в горнодобывающей промышленности Северо-Во
стока, Алдана и других золотоносных районов, |
во ВНИИ-1 |
(г. Магадан) разработаны временные указания по |
применению |
послойного оттаивания, гидрооттаивания на всю глубину россыпи (дождевально-инфильтрационный, дренажно-фильтра ционный и фильтрационно-игловой способы), тепловой мелиора ции; даны рекомендации по применению парооттайки, электро прогрева, синтетических пленок, защите пород от промерзания (затопление на зиму, пенопластовые и ледовоздушные по крытия).
Вследствие высокой энергоемкости оттаивания мерзлых пород, разбросанности приисков на огромной слабо освоенной
территории для искусственного оттаивания мерзлых |
пород |
в основном используют естественные источники тепла |
— сол |
нечную энергию, тепло водоемов и нагретый атмосферный воздух.
В практике разработки мерзлых россыпей широкое приме нение нашел радиационный способ оттаивания, который поз воляет проводить работы одновременно на больших площадях с минимальными затратами труда и средств. За последние годы выявлены значительные резервы в повышении эффективности этого способа путем проведения мероприятий по повышению аккумуляции солнечного тепла при оттаивании пород и предот вращению теплопотерь. Рациональное использование этих
4
резервов дает возможность снизить себестоимость работ по ис кусственному оттаиванию и осваивать большое количество россыпных месторождений с невысоким содержанием металла (разработка которых ранее считалась нерентабельной), пере рабатывать все большие объемы пород для непрерывного уве личения добычи золота и других полезных ископаемых.
Оценка эффективности радиационного способа оттаивания и его совершенствование могут быть осуществлены в резуль тате комплексных теплобалансовых и геокриологических ис следований. Для проведения этих исследований в окрестностях г. Якутска Институтом мерзлотоведения СО АН СССР был оборудован теплобалансовый стационар, где с 1970 г. прово дятся режимные наблюдения за кругооборотом тепла и влаги в породах на площадках с естественным и искусственным по кровом. Работы на теплобалансовом стационаре организованы с таким расчетом, чтобы результаты их можно было исполь зовать не только в горнотехнической практике, но и при ре шении задач в других отраслях народного хозяйства —стро ительстве и сельском хозяйстве. Нолее целенаправленные ис следования но изучению интенсивности методов искусствен ного оттаивания пород проводились институтом в течение нескольких лет в Северной Якутии (прииск Кулар).
В процессе наблюдений в районах с различными гидрокли матическими н мерзлотно-геологическими условиями была усовершенствована методика и аппаратура для изучения теп лообмена в нромерзающих-протанвающих породах. В пред лагаемой монографии рассматриваются основные результаты
экспериментальных работ, выполненных |
в Северной и Цент |
||||
ральной Якутии по изучению методов |
искусственного оттаи |
||||
вания |
горных пород. |
2), II, |
IV (раздел 1, 2) |
- |
|
Главы |
написаны: I (раздел |
||||
А. В. Павловым; I (раздел 1), III, |
IV (раздел 3, 4) — Б. А. Оло- |
||||
виным. V |
— Л. В. Чпстотиновым и Л. Г. Роговской. Введение, |
||||
заключение и раздел 3 главы I |
написаны А. В. Павловым |
и |
|||
Б. А. |
Оловиным совместно. |
|
|
|
Г л а в а I
СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ МЕТОДОВ ОТТАИВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
1.Влияние климатических
имерзлотно-геологических условий
на технологию разработки россыпных месторождений
Районы россыпной золотодобычи характеризуются суровы ми климатическими условиями. Положительная средняя го довая температура воздуха наблюдается только в районе про изводственной деятельности комбината «Уралзолото» в Сверд ловской области. В остальных районах температура изменя ется от —1,4° в южной части Красноярского края до —15,2°
вСеверной Якутии (табл. 1).
Вбольшинстве районов климат резко континентальный. Сумма отрицательных температур в 2,5—7 раз превышает сумму положительных температур. Средняя месячная темпе ратура января на приисках Северной Якутии достигает ми нус 45 —47°. Годовое количество осадков сравнительно неве лико: от 200 до 500 мм/год. В результате усиленной циклони ческой деятельности в летний период выпадает до 70% осадков.
Высота снежного покрова |
на многих приисках изменяется |
от 70 до 150 см (табл. 2), |
в районе Забайкалья снижается до |
10 -25 см. |
сезонного |
промерзания |
пород значительна |
не |
||
Глубина |
||||||
только в северных, |
но и в |
южных |
районах (1,5 — 3,0 |
м). |
||
В условиях Северной |
Якутии |
она достигает 3—5 м. Глубокое |
||||
промерзание |
пород на |
месторождениях Читинской и Амур |
ской областей (2,5—4,0 м) обусловлено малой высотой снежно го покрова. В малоснежные зимы во всех районах золотодо бычи наблюдаются аномально большие глубины промерзания.
Глубина сезонного протаивания россыпей изменяется в ши роких пределах: от 3 —4 м в крупноскелетных (южные районы) до 0,2 —0,5 м в тонкодисперсных илистых и глинистых породах с моховым покровом (северные районы). Такой глубины часто бывает недостаточно для разовой отработки россыпей драгами. При ведении горноподготовительных работ, предшествующих добыче, нарушается поверхностый покров в пределах про мышленного контура, а следовательно, увеличивается глубина сезонного протаивания и промерзания.
6
Почти все россыпные месторождения располо жены в области распро
странения |
многолетнемер |
||
злых пород. |
Более |
чем |
|
на половине дражных |
по |
||
лигонов |
п |
практически |
|
полностью |
на полигонах, |
разрабатываемых бульдо зерным способом, много летнемерзлые породы со ставляют значительную часть балансовых запасов горной массы.
На всех крупных рос сыпных месторождениях удельный вес мерзлых по род в балансовых запасах горной массы практически не зависит от широты ме стности (табл. 3). Напри
мер, |
месторождения |
рек |
|
Ныгри, Хомолхо, |
Вача |
||
(«Лензолото») |
находятся |
||
на |
расстоянии |
одно от |
другого в несколько десят ков километров, объемы же мерзлых пород на месторождениях изменяют ся от 17 до 100%. Зна чительное количество та лых пород встречается на некоторых месторождени ях Центральной и Север ной Якутии, где многолет немерзлые породы разви ты практически повсе местно.'
Таким образом, рас смотрев общие геолого географические факторы, нет возможности объяс нить, в мерзлом или та лом состоянии находятся породы на россыпных ме сторождениях. Формиро вание мерзлых пород на тех или иных участках рос-
ев
t=r
и
о
ев
X
>>
»
О
ев
ев
о- >*
Е-
евft
О
с
£
ев
ев
с
ес
о
с- ев
5
Й
ft
З а г о д
1Й
« С
Wg
Я
QO
Сен тябрь
b 0
fcя-
<
A
к
2 s
Июнь
s
A
0
a
<
C l 00 Oi CM s f |
|
|
|
|
CM CO 0 |
0 |
|
||||||||
Ю |
|
со CD t>- CO |
|
n L O s p J ' f i |
|||||||||||
7 7 7 1 II |
|
|
I I I |
|
1 |
||||||||||
^ |
|
СО СЗ С О Ю 0 |
|
|
© t — cm © |
««3* |
|||||||||
O C s f -П С О Ю С О |
|
CO 00 -H CO CD |
|||||||||||||
CM v r sJ1 CM CM CM |
|
M П 7 J T-( T - |
|||||||||||||
. |
1 1 II |
II |
|
|
1 1 1 1 1 |
||||||||||
Ю СМ © X v jt © |
|
|
СМ СО Г— © © |
||||||||||||
С5 Ю ^ О ОО h - |
|
СО СО Ю С'-Г© |
|||||||||||||
СМ ГО СО |
|
|
|
|
|
|
^-1 «-н |
I |
|
||||||
OODsP’HOC |
|
ОЛт-пЮ |
|||||||||||||
7 7 7 |
|
1 и |
|
|
|
1 1 |
1 |
||||||||
со 00 О Sf |
|
0 |
|
О со СОО05 |
|||||||||||
0 n COlO СОЮ © 00 LO05 CO |
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vfЮCOCM00 0 |
|
© CMx> 00 © |
|||||||||||||
00 |
•er-t |
^ COCiCM |
Г-LOCMsf CO |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ч-Ц |
HT-1тт"( |
|
||||||
|
|
Ci D00 00 О |
|
vf© CMCO© |
|||||||||||
CM |
|
|
©CM© |
© t>*© !>■© |
|||||||||||
—HT-l -«-l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
со ^ sf© spo |
|
CO© © CM© |
|||||||||||||
“ t-(О СООCM |
© COCMUOV? |
||||||||||||||
|
|
■»тНttI-rl -чгЧ |
ЧГ-1чгН Ч-Ц«—H |
||||||||||||
О CDiO COCOlO |
x t—смсо © |
||||||||||||||
vy T—r-t СО«НCM |
X © CO© Ю |
||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V* [—© 4- чг4 |
||||
CMГООО СОО |
|||||||||||||||
COCMCMCOt"- c— © CM-4- CM |
|||||||||||||||
7 7 7 m |
|
|
|
|
|
1 1 |
1 |
||||||||
05|>. CD со t— © |
|
00 О Ю sP Ю |
|||||||||||||
|
СМ СО СМ 1>* о |
||||||||||||||
CM СМ СМ чП |
|
-"г* |
|
|
м |
|
i |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
|
|
о м о оос |
сооо^еас- |
||||||||||||
X © © |
|
СО |
|
|
|
C J ^ C 5 C O iO |
|||||||||
со со со см см см |
СМ СМ |
I |
I I |
||||||||||||
|
М И М |
|
|
|
I |
I |
|||||||||
о ^ а с: а а го -«^ © © см |
|||||||||||||||
05 |
|
О |
|
■“•Ф С— © |
t"* |
СМ СО тм ■'Н тИ |
|||||||||
СО *<И |
|
I |
5М СМ СМ |
I |
I |
I |
II |
||||||||
|
I |
|
I |
|
|
! |
I |
|
I |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л ъ |
9 § |
|
||
|
|
|
О |
О |
|
|
н |
|
|
* |
я |
|
|||
|
|
. н Ч А о |
|
|
фVOо |
|
|||||||||
|
|
|
о |
|
О |
О и |
|
|
« чЛS со . |
||||||
|
|
|
Ц |
со |
Н |
о |
|
Aog |
3 g |
|
|||||
|
А |
О f t О « |
|
g о § |
« f t |
|
|||||||||
|
н |
& а |
|
с |
й |
§ оО |
|
« |
|
||||||
|
о |
В |
|
2 . й |
и |
|
g § |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q » |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s s |
|
|
|
S в й |
|
|
|
|
|
|
£ ft |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ftty- ► |
||||||||
|
а;йн<;и |
|
|
|
K hMI" |
7