книги из ГПНТБ / Павлов, А. В. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей

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-

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.

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

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

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

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

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.

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

7

Объем мерзлых пород на некоторых россыпных месторождениях

сыпи существенно зависит и от ряда локальных факторов, в первую очередь от поверхностных условий (мощности мохоторфяного покрова, положения участка в рельефе), физических свойств пород (участки с хорошо фильтрующимися крупно­ дисперсными породами нередко являются таликами), гидрогео­ логических условий (водные источники оказывают значитель­ ное отепляющее воздействие).

Горные работы, проводимые на месторождениях, способ­ ствуют пространственному перераспределению участков с мно­ голетнемерзлыми породами. Повсеместно отмечаются случаи образования устойчивых мерзлых пород под отвалами промы­ тых пород и деградации их в пониженных участках. Содержа­ ние ледяных включений в породах может изменяться в широких пределах — от 10—12 до 70% по объему. Распространение многолетнемерзлых пород на россыпных месторождениях, как правило приуроченных к бортам долин, чаще всего бывает островным. Большое влияние на технологию горных работ может оказывать наличие в рыхлых отложениях россыпи раз­ личных криогенных образований, особенно полигональножильных льдов, оттаивание которых сопровождается осадкой поверхности вокруг грунтовых ядер (байджерахи). Разработка их сопряжена со значительными трудностями. С особенностями криогенного строения пород связано развитие в процессе оттаивания провальных образований (термокарст) и интенсив­ ного оползания пород со склонов (солифлюкция). Нарушение естественных условий разгрузки солифлюкционных потоков

ипроцессе разработки пород, залегающих у подошвы склона,

вудаление растительно-мохового покрова, сопровождающееся увеличением скорости и глубины сезонного протаивания, приводит иногда к нежелательным результатам. Так, в 1966 г. маркшейдерская служба прииска Кулар учла 120 тыс. м3

дополнительной! переработки пород, сползших со склонов в пределы промышленного контура.

Применяемое в настоящее время землеройное оборудование не приспособлено к разработке мерзлых пород без предвари­ тельного их оттаивания. Таким оборудованием технически возможно разрабатывать слой промерзших пород, залегающих на талом основании, следующей мощности (м):

Производительность драг при разработке мерзлых пород сни­ жается по сравнению с разработкой талых пород с 1500—2500 до 50—300 м3/смену. Поэтому переработка даже небольших

о