проблемы освоения урановых месторождений

Проблемы и перспективы освоения урановых месторождений Восточной Сибири - Журнал Горная промышленность

Главная Статьи Новые технологии Проблемы и перспективы освоения урановых месторождений Восточной Сибири

Проблемы и перспективы освоения урановых месторождений Восточной Сибири

Е.Н. Камнев, д.г.-м.н., зам. директора ВНИПИпромтехнологии Ю.В. Михайлов, д.т.н., проф., зав. кафедрой, декан горно-нефтяного факультета МГОУ В.Н. Морозов, д.т.н., проф., Геофизический Центр РАН Наиболее значительные резервные запасы урана России расположены в Эльконском урановорудном районе Восточной Сибири на Алданском щите (Республика Саха). Утвержденные запасы урана по 15 основным рудным зонам здесь составляют около 350 тыс. т при среднем содержании урана 0.147%, прогнозные запасы района оцениваются в 650 тыс. т. Урановые месторождения характеризуются наличием попутных полезных ископаемых: золота с запасами по месторождениям зоны Южной более 140 т при среднем его содержании 0.8 г/т; серебра — около 1800 т при среднем содержании 10 г/т; молибдена с суммарными запасами на месторождениях Дружном и Минеевском 97 тыс. т при среднем содержании 0.12%. Исследования по изысканию технологии подземной разработки урановых месторождений в этом районе начаты в 2007 г [ 1-4]. При этом было установлено, что эффективная стратегия отработки месторождений урана Эльконского рудного поля должна быть основана на решении новых, нетрадиционных задач при проектировании и реализации всех технологических процессов подземной добычи урана, что определяется, в первую очередь, следующими факторами: - резко континентальным климатом с высоким перепадом температур, оказывающим значительное влияние на формирование криолитозоны и управление тепловым режимом шахт в зоне пониженных температур горного массива (от -5...7°C и до +8... + 10°C). По данным ИМЗ СО РАН глубина распространения пониженных температур в этом регионе превышает 600 м от поверхности и достигает отметки 800-1000 м. В связи с этим возникает проблема пы-леподавления и обеспечения безопасности радоновыделе-ния в условиях пониженных температур, необходимость обеспечения экологической безопасности поверхностных и подземных водных ресурсов; - высоким уровнем сейсмичности (более 7 баллов), что указывает на высокий уровень концентрации тектонических напряжений, определяющих напряженно-деформированное состояние (НДС) массива, изменения которого необходимо учитывать при проходке шахтных стволов, под- готовительных и очистных выработок и на весь период эксплуатации горного предприятия; - приуроченностью оруднения к тектоническим разломам, что затрудняет обеспечение безопасности и эффективности ведения горных работ.

Особенности, определяющие выбор технологии разработки урановых месторождений Эльконского района

Низкотемпературное состояние вмещающих пород и рудных массивов в сочетании с крайне неблагоприятными географическими условиями и слабо развитой инфраструктурой предъявляют целый ряд специфических требований к экотех-нологии освоения минерального сырья Восточной Сибири. Из производственного опыта известно, что низкотемпературный режим горных пород и подземных вод в вечной мерзлоте, как и весь комплекс ее природных условий, оказывают весьма неблагоприятное влияние на все процессы горного производства. Это связано с высокой плотностью и вязкостью мерзлых пород, предопределяющих повышенную энергоемкость их разрушения и высокую степень пылеобра-зования при бурении и взрывных работах. Кроме того, для месторождений, залегающих в вечной мерзлоте, характерны слабая устойчивость мерзлых и талых пород в зоне перехода в подмерзлотные зоны на границе нулевой изотермы и значительное ухудшение горнотехнических условий на нижних горизонтах рудника. При этом специфические гидрогеологические условия с разрывами сплошности мерзлых пород требуют учета проявления горного давления наряду с гидростатическим напором подземных вод. Запыленность рудничного воздуха в шахтах и рудниках в области вечной мерзлоты нередко в сотни раз превышает санитарные нормы. Изыскание эффективных средств борьбы с пылью осложняется недостаточной изученностью особенностей и условий пылеобразования, естественного пылео-саждения, а также связи этих процессов с тепловым режимом выработок, пройденных по многолетнемерзлым породам. Характерной особенностью пылевого режима рассматриваемых шахт и рудников является его зависимость от времени года: результаты исследований, полученные ВНИИ-1 при изучении пылевого режима одной из шахт, показали, что при одинаковых условиях транспорта и проветривания концентрация пыли в рудничном воздухе зимой оказалась в 6-9 раз выше, чем летом [1]. При этом зависимость содержания пыли в водухе от времени года сохраняется и на шахтах, оборудованных калориферными установками. Данные И.А. Арнольди по одной из угольных шахт Норильска показывают, что при неизменной скорости и относительной влажности воздуха и сравнительно небольших изменениях его температуры (зимой осуществляется подогрев до +2°C) запыленность атмосферы в различных выработках зимой увеличивается примерно в два раза по сравнению с летним периодом. Наряду с проблемами борьбы с пылеобразованием разработка урановых месторождений связана с проблемой обеспечения радиационной безопасности. Радиационная составляющая отработки урановых месторождений Эльконского урановорудного поля заключается в оценке радонового дебита будущих рудников, а затем на его основе в расчете количества воздуха, необходимого для их оптимального проветривания. В дальнейшем производится также расчет рационального воздухораспределения по горным выработкам в зависимости от их радиационных характеристик [3]. Предпроектными проработками определены пять самостоятельных участков в пределах Эльконского рудного поля для строительства на них главных и вентиляционных стволов: Элькон, Эльконское плато, Курунг, Непроходимый и Дружный. Каждый из этих участков характеризуется своим радоновым дебитом, на величину которого влияют следующие факторы: среднее содержание урана в руде, коэффициент эманирования руд, коэффициент радиоактивного равновесия урана и радия в них, общие запасы урана, объемный вес пород в естественном залегании, трещиноватость массива и некоторые другие. Основной вклад в общерудничный дебит радона вносят: очистные блоки (целики рудного массива, отбитая и замага-зинированная руда); подготовительные выработки в зоне очистных работ (рудные и полевые); подготовительные выработки вне зоны очистных работ (квершлаги и штреки, стволы); потерянная руда (в том числе, в зоне обрушения и в закладке); участки, потерявшие производственное значение, и зона обрушения; шахтная вода. Ориентировочную потребность в воздухе Q Tp для рудников Эльконского горно-металлургического комбината по основным технологическим показателям можно рассчитать по эмпирической формуле:

Проведенные расчеты количества воздуха, необходимого для соблюдения нормальных санитарно-гигиенических условий труда шахтеров, показали, что при выходе их на максимальную производительность по руде необходимое количество подаваемого по вентиляционным стволам свежего воздуха должно составлять от 400 м3/с (участок Непроходимый) до 1000 м3/с (Эльконское плато и Дружный). Снижение столь большой воздухопотребности рудников может быть обеспечено за счет выбора оптимальной системы разработки, исключающей продолжительное нахождение отбитой горной массы в блоках, создания вентиляционных концентрационных горизонтов, где будет собираться отработанный воздух, выбора оптимальных вариантов буровзрывных работ, исключения рабочих мест на исходящей вентиляционной струе и т.д. В любом случае, обеспечение радиационной безопасности в горных выработках ЭГМК, как и исключение горных ударов в них, требует постоянного уточнения исходных данных для расчетов, совершенствования методической базы, поиска оптимальных технических и технологических решений. Наряду с этим, большое значение приобретают методы борьбы с пылеобразованием.

Методы борьбы с рудничной пылью при отрицательных температурах

До последнего времени на большинстве шахт и рудников в области вечной мерзлоты борьба с пылью осуществлялась только методами «сухого» пылеулавливания. Различные способы пылеподавления при бурении, аспирация и отсос пыли с последующей ее коагуляцией или улавливанием в фильтрах при погрузочно-разгрузочных работах получили на рудниках Северо-Востока наибольшее распространение. Эффективность сухого пылеулавливания практически не зависит от уровня температур. Этим и объясняется его широкое использование на шахтах и рудниках с естественным тепловым режимом выработок. Однако рассматриваемый метод не является универсальным. При работе комбайнов и погрузочных машин, а также при взрывных работах улавливание пыли является трудноосуществимой задачей. К тому же пылеулавливающие установки загромождают выработки, а их сооружение и эксплуатация требуют значительных затрат. В большинстве случаев эти установки не обеспечивают снижения запыленности рудничного воздуха до санитарных норм. Исследованиями С-ПбГУ, ИГД им. А.А. Скочинского и ВНИИ-1 доказана возможность и целесообразность мокрого пылеподавления при умеренных отрицательных температурах рудничного воздуха. При температурах, близких к 0°C, для этих целей может быть использована подогретая вода, а при низких значениях - незамерзающие растворы солей — эвтектические растворы. Внедрение мокрого пылеподавления обеспечивает резкое снижение запыленности рудничного воздуха при его температуре не ниже -2.. .-3°C. Например, на шахте «Восточная» содержание пыли в воздухе уменьшалось до 20 мг/м3, а на некоторых погрузочных пунктах — до 5 мг/м3. На шахтах Норильска при испытаниях систем орошения водным раствором поваренной соли обеспечивалось снижение запыленности воздуха на 69-92%. Исследованиями на шахте «Центральная» при взрывных работах в забое откаточного штрека с t= -3°C установлено: средняя эффективность гидрозабойки обеспечивает снижение запыленности воздуха на 74-92%, опрыскивания при-забойного пространства - на 69% (А.Н. Курочкин и др.). К другим способам борьбы с пылью в условиях отрицательных температур могут быть отнесены: отключение калориферных установок; изменение схем проветривания; опрокидывание вентиляционной струи в нерабочие дни и перерывы между сменами. Одним из способов предотвращения поступления пылевидных твердых отходов горного производства в окружающую среду является локализация технологической пыли в подземном пространстве. С другой стороны экологическая проблема устранения источников пыли, загрязняющей природную среду, тесно увязана с проблемой уменьшения количества пыли во внутришахтных воздушных потоках исходя из требований обеспечения безопасности труда человека в подземных условиях [6]. Пылеосаждение в очистном пространстве отработанных блоков возможно при использовании систем, обеспечивающих выемку руды монорельсовыми комплексами из восстающих или самоходными машинами из подэтажных штреков. Принципиальная схема выемки жил с пылеосаждением в очистном пространстве отработанных блоков разработана в ИПКОНе РАН (К.Н.Трубецкой, Ю.П. Галченко и др.). Выполненные расчеты показывают, что, например, при принятых (в условиях отработки рудных тел малой и средней мощности) геометрических параметрах очистных блоков частицы пыли размером свыше 5 мкм выпадут из вентиляционной струи в пределах длины одного-двух очистных блоков при любых углах падения жил. Вывод всех пылевых потоков в нерабочие пустоты открывает принципиальную возможность использования известных физических методов воздействия для коагуляции наиболее мелких фракций (ультразвук, периодические ударные волны, электростатическое воздействие и т.д.) и позволяет резко интенсифицировать процесс осаждения наиболее опасных для здоровья людей фракций пыли. Кроме того, это позволяет реализовать основное требование экотехнологии по созданию замкнутого обращения пылевидной компоненты, получаемой при разрушении материала литосферы.

Исследование влияния напряженно-деформированного состояния (НДС) Эльконского урановорудного поля на технологию добычи полезного ископаемого

source