ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 622.583.2
ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ОБРАТНОЙ ЗАКАЧКИ ДРЕНАЖНЫХ ВОД КАРЬЕРА И РУДНИКА МИР
© 2015 г. А. В. Дроздов*, Г. Н. Гензель**
* Институт "Якутнипроалмаз" АК "АЛРОСА", ул. Ленина, д. 39, г. Мирный, 678170 Россия.
E-mail: DrozdovAV@alrosa.ru **ООО НТЦ "НОВОТЭК", просп. Б. Хмельницкого, д. 131, г. Белгород, 308002 Россия.
E-mail: Sekretar@novotek15.ru
Поступила в редакцию 10.07.2014 г. После исправления 12.11.2014 г.
Рассмотрены криогидрогеологические условия трубки Мир и участка закачки дренажных рассолов, а также особенности защиты подземных горных работ от обводнения. Выполнен прогноз эксплуатации системы обратной закачки стоков карьера и рудника с использованием численного моделирования для обеспечения дальнейшей отработки месторождения на краткосрочную и среднесрочную перспективы без значительного ущерба окружающей среде.
Ключевые слова: алмазное месторождение, дренажные рассолы, подмерзлотный водоносный комплекс, обратная закачка, гидродинамическая модель.
ВВЕДЕНИЕ
Добыча алмазов на глубоких горизонтах коренных месторождений Якутии производится АК "АЛРОСА" в сложных горно-геологических условиях при поступлении в открытые и подземные горные выработки взрывоопасных газов, нефти и высокоминерализованных подземных вод. Крио-гидрогеологические условия алмазоносных районов имеют ряд существенных отличительных черт, связанных с водообильностью и строением водовмещающих пород, составом и свойствами подземных флюидов, которые определяют затраты на утилизацию промстоков и в целом на эффективность освоения месторождений [12]. Общая особенность глубоких горизонтов кимбер-литовых трубок - их обводненность хлоридными натриевыми и кальциевыми рассолами, прямой сброс которых в водотоки или водоемы негативно сказывается на экологической ситуации региона.
По интенсивности притоков подземных вод и объемам закачки минерализованных стоков коренные алмазные месторождения Якутии можно разделить на 2 группы: со значительными водо-притоками - 300-1200 м3/ч (трубки Мир, Интернациональная, Удачная) и низкими - 10-30 м3/ч (трубки Айхал, Юбилейная, Нюрбинская и др.). Основные месторождения с высокими притоками
дренажных вод (трубки Мир и Интернациональная) расположены на юге Западной Якутии в Ма-ло-Ботуобинском алмазоносном районе, где развит региональный надсолевой метегеро-ичерский водоносный комплекс (МИВК), высокие емкостные и гидродинамические параметры которого связаны с зонами региональных разломов (рис. 1). На горных предприятиях, осваивающих эти алмазоносные трубки, опробованы разные технологии по ограничению водопритоков, что позволило осуществлять открытые горные работы в относительно благоприятных условиях. Месторождения с низкими притоками дренажных вод находятся на севере Якутии в Далдыно-Алакитском, Сред-немархинском и Верхнемунском алмазоносных районах. Разработка кимберлитовых трубок на этих территориях осуществляется в основном открытым способом с осушением горных выработок за счет внутрикарьерного водоотлива.
В настоящее время основная часть поступающих дренажных рассолов на горнодобывающие предприятия (ГОКи) удаляется обратно в подземные недра криолитосферы двумя способами: захоронение в толщи многолетнемерзлых пород (ММП) [9, 10] и закачка в водоносные горизонты, последний наиболее широко распространен в стране и мире [4-8]. Для каждого ГОКа
Рис. 1. Гидрогеологическая схематизация подмерзлотного метегеро-ичерского водоносного комплекса в Мало-Ботуо-бинском районе. 1 - блоки пород в пределах водоносного комплекса, обладающие близкими по значениям фильтрационными свойствами, цифры - коэффициенты водопроводимости, м2/сут; 2 - фильтрационные показатели центральной части разломных зон: в числителе - коэффициент водопроводимости, м2/сут, в знаменателе - мощность зоны, м; 3 - субмеридиональные разломные зоны; 4 - скважина; 5 - кимберлитовая трубка.
АК "АЛРОСА" разработан определенный метод ликвидации сточных минерализованных вод с учетом конкретных криогидрогеологических условий. На месторождениях трубок Мир, Интернациональная применяется обратная закачка дренажных вод в благоприятные гидрогеологические структуры подмерзлотного МИВК, приуроченные к зонам тектонических дислокаций [1-3, 11].
Вопрос удаления дренажных вод карьера Мир рассматривался еще в 70-х годах прошлого столетия на межведомственном уровне союзных ми-
нистерств. Профессором В.А. Бабушкиным была предложена идея обратной закачки природных рассолов в благоприятные гидрогеологические структуры подмерзлотного водоносного горизонта. Начались изыскания на прилегающей к месторождению территории с проведением необходимых исследований по схематизации гидродинамических условий, изучением физико-химических и газовых показателей. Оценивалась совместимость дренажных стоков и природных рассолов в разных гидрохимических и геотермических условиях. Для решения этих вопросов
были привлечены ведущие ученые "ВСЕГИН-ГЕО" и других научных учреждений.
В настоящее время защита подземных горных выработок рудника Мир от дренажных вод выполняется в рамках реализованной системы "сухой" консервации карьера с использованием заглубленного карьерного водоотлива [12]. Фактические среднегодовые водопритоки в карьер Мир с 2005 г. (начало работы системы "сухой" консервации) по настоящее время изменялись от 1150 до 1360 м3/ч. Дренажные воды из карьера перекачиваются в накопитель, находящийся в верховье руч. Тымтайдаах. Из накопителя рассолы через поглощающие скважины системы обратной закачки (СОЗ) удаляются в МИВК с расходом, равным сумме дебита откачки дренажных рассолов из карьера, объемов атмосферных осадков и вод оттайки, аккумулируемых в накопителе. Среднегодовые объемы закачки стоков варьируют от 1230 до 1510 м3/ч.
Таким образом, на протяжении ряда лет наблюдается дисбаланс между объемами воды в накопителе, соотношением объемов откачиваемых дренажных рассолов и объемами обратной закачки, т.е. ежегодно сбрасывается на 5-15% больше стоков, чем откачивается на месторождении, что приводит к дополнительному повышению уровней подземных вод в МИВК. Поэтому предложены и оценены разные варианты улучшения гидрогеологической ситуации на участке СОЗ. Для управляемого водопонижения и развития системы СОЗ дренажных рассолов откорректирована ранее разработанная постоянно действующая гидродинамическая модель, учитывающая все технологические элементы системы дренажа и обратной закачки дренажных рассолов рудника и карьера Мир, и выполнен прогноз с целью обеспечения экологически безопасной отработки месторождения на краткосрочную и среднесрочную перспективы.
В целом к решению вопроса защиты крупнейшего алмазного месторождения Мир от агрессивных рассолов и их дальнейшей утилизации в водоносный комплекс привлекались различные научные и производственные организации: ПГО "Якутскгеология", ФГУП "ВСЕГИНГЕО", СПбГУ, ИМЗ и ИЗК СО РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова, МГРИ-РГГРУ, Институт "Якутнипроалмаз" и многие другие. Следует отметить участие в решении данной проблематики ведущих ученых страны: Л.С. Язвина, В.А. Мироненко, Б.В. Боревского, В.Г. Румынина, Л.И. Сердюкова, И.С. Ломоносова, П.И. Мельникова, А.И. Кравцова, О.Н. Толстихина и многих других.
КРИОГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И УЧАСТКА ОБРАТНОЙ ЗАКАЧКИ
Коренное месторождение алмазов - трубка Мир, находится в сложных, не имеющих аналогов в мировой и отечественной практике, геолого-гидрогеологических и горнотехнических условиях. Наиболее важные осложняющие факторы при его разработке:
- наличие криолитозоны мощностью до 700 м, ярус ММП достигает 350 м;
- развитие подмерзлотного надсолевого высоконапорного МИВК, подземные воды которого представлены агрессивными хлоридными натриевыми рассолами со средней минерализацией 100-130 г/дм3;
- наличие в природных рассолах газов углеводородного состава с содержанием до 0.2 м3/м3 и концентрацией сероводорода до 130 мг/дм3, а также присутствие нефтебитумопроявлений во вмещающих породах и кимберлитах;
- приуроченность кимберлитовой трубки к Параллельному разлому, входящему в Вилюйско-Мархинскую группу региональных тектонических нарушений, который является зоной повышенной трещиноватости и водопроводимости пород (см. рис. 1);
- присутствие на глубоких горизонтах галогенных отложений значительной мощности (до 300 м), обладающих высокой растворимостью и способностью к карстообразованию;
- наличие базитовых тел на месторождении (долеритовые силл и дайка) и трубки Спутник (рис. 2), приуроченных к разным этапам магматической активизации, которые формировали зоны значительной трещинной нарушенности пород осадочного чехла.
Последовательность образования разрывных структур для трубки Мир и связанных с ними различных нарушений в осадочном чехле при внедрении интрузивных тел хорошо отслежена в карьере [11]. Геологическая структура осадочных образований околорудного пространства трубки определяется контрастно проявленной асимметричной антиклинальной складкой субмеридионального простирания, выраженной клиновидным грабеном с амплитудой 15-20 м в центральной части. Данные структуры занимают до 40-50% карьерного пространства. В осевой плоскости этих гетерогенных и асинхронных структур расположена мощная субвертикальная зона дробления, трасси-
берлитовых тел представляется таким образом: 1 - внедрение пластообразных тел долеритов; 2 -внедрение дайки долеритов в центральную часть субмеридионального (Параллельного) глубинного разлома; 3 - инъекции кимберлитовых жил по оперяющим трещинам северо-западного простирания; 4 - одноактное образование трубки-сателлита Спутник; 5 - многоактное формирование основной трубки Мир.
По мнению некоторых исследователей, Параллельный разлом - достаточно простая тектоническая структура, прорывающая комплекс осадочных отложений без существенных преобразований. Это подтверждается строением его осевой части: мощная зона дробления постепенно сужается сверху вниз. К проявлениям разлома можно отнести трассирующие базитовые образования среднепалеозойского возраста, картируемые на поверхности в некотором удал
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.