НЕКОТОРЫЕ  ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ  АСПЕКТЫ  ЭКСПЛУАТАЦИИ  СИСТЕМЫ  ЗАГРАДИТЕЛЬНОГО  ДРЕНАЖА  НА  МЕСТОРОЖДЕНИИ  ИМ  В.П.ГРИБА

Сергутин  Максим  Владимирович

научный  сотрудник  лаборатория  гидрогеологии  и  экологии  Научного  центра  геомеханики  и  проблем  горного  производства,  Горный  университет,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E-mail:  sergutin.m@mail.ru

SOME  HYDROGEOECOLOGICAL  ASPECTS  OPERATION  OF  THE  BARRIER  DRAINAGE  AT  THE  FIELD  V.P.GRIBA

Maksim  Sergutin

scientist  of  hydrogeology  and  ecology  laboratory,  Scientific  center  geomechanics  and  problem  of  mining  production,  University  of  Mines,  Russia,  St.  Petersburg

АННОТАЦИЯ

Рассмотрено  гидрогеологическое  строение  месторождения  им.  В.П.  Гриба.  Описана  основная  проблема,  связанная  с  эксплуатацией  системы  заградительного  дренажа,  вынос  взвешенных  частиц.  Обозначены  методы  снижения  концентраций  взвешенных  частиц  в  дренажных  водах.

А BSTRACT

Considered  hydrogeological  structure  of  the  deposit  V.P.  Griba.  Described  the  main  problem  associated  with  the  operation  of  the  barrier  drainage,  removal  of  suspended  solids.  Marked  reduction  techniques  concentrations  of  suspended  particles  in  the  drainage  water.

Ключевые  слова :  взвешенные  частицы;  дренажные  скважины;  геоэкология;  дебит.

Keywords :  suspended  particles;  drainage  wells;  geo-ecology;  rate.

Месторождение  им.  В.П.  Гриба  расположено  в  Архангельской  области  в  130  км  на  северо-восток  от  областного  центра.  Вмещающие  кимберлитовую  трубку  отложения  венда  перекрыты  каменноугольными  и  четвертичными  отложениями.

Четвертичный  комплекс  на  водоразделах  маломощный  (не  более  10  м)  представлен  песчано-глинистыми  отложениями.  В  долинах  рек  комплекс  представлен  песчано-гравийными  образованиями,  его  мощность  достигает  30  м.

В  толще  каменноугольных  и  вендских  отложений  выделяют  ряд  водоносных  горизонтов  и  комплексов  [4;  5]:

·     олмуго-окуневский  (C₂ol-ok)  водоносный  горизонт,  приуроченный  к  пачке  доломитизированных  известняков  мощностью  около  20  м,  закарстованных  в  нижней  части,  а  в  верхней  —  выветрелых  до  состояния  доломитовой  муки;

·     урзуго-воереченский  водоносный  комплекс  (C₂  ur-vr),  который  подразделяется  на  воереченский  относительно  водоупорный  горизонт  (C₂  vr)  представленный  переслаиванием  песчаников  и  алевролитов  мощностью  5—10  м  и  урзугский  водоносный  горизонт  (C₂  ur)  слабосцементированных  песчаников  мощностью  30—40  м;

·     падунский  комплекс  (V₂  pd)  мощностью  около  160  м,  представленный  переслаиванием  песчаников,  алевролитов  и  аргиллитов;

·     комплекс  слабопроницаемых  мезенских  (V₂  mz)  и  усть-пинежских  (V₂  up)  отложений  представленных  переслаиванием  алевролитов,  аргиллитов  и  песчаников.

Месторождение  намечено  к  отработке  открытым  способом  до  глубины  450  м  в  течение  16  лет  [3].  Карьером  планируется  полное  вскрытие  отложений  четвертичного  комплекса,  карбона,  парунской  свиты  и  вскрытие  верхней  части  мезенской  свиты  мощностью  230  м.

Падунский  водоносный  комплекс  является  основным,  определяющим  более  70%  притока  подземных  вод  в  проектируемый  карьер.  Для  снижения  притоков  подземных  вод  в  карьер  эксплуатируются  два  контура  водопонижающих  скважин.  Основной  ряд  состоит  из  75  скважин  глубиной  около  230  м,  равномерно  расположенных  на  расстоянии  50  м  вокруг  проектного  (предельного)  контура  карьера. 

Дополнительный  ряд,  состоящий  из  12  скважин  глубиной  порядка  75  м,  в  экстренном  порядке  был  построен  в  осушаемой  (северной)  части  озера  Черное  летом  2014  г.  для  снижения  притоков  в  карьер  со  стороны  восточного  борта,  где  расположена  перегубленная  долина  проточного  озера  Черное.  Дополнительный  ряд  скважин  оборудован  на  четвертичный  водоносный  комплекс  и  верхнюю  часть  падунского  водоносного  комплекса.  Суммарная  производительность  скважин  дополнительного  ряда  в  настоящий  момент  составляет  800  м³/час  и  постепенно  снижается  ввиду  тенденции  к  осушению  четвертичного  водоносного  комплекса.  Предполагается  что  в  2020  г.  к  моменту  полного  вскрытия  карьером  падунского  водоносного  комплекса  отпадет  необходимость  в  эксплуатации  дополнительного  ряда  скважин,  кроме  того  его  работа  будет  невозможна  поскольку  уровни  подземных  вод  в  районе  северной  части  озера  Черного  будут  ниже  забоев  скважин.  В  ближайшей  перспективе  проблемы,  связанные  с  эксплуатацией  дополнительного  ряда  скважин,  не  наблюдаются:  высокая  проницаемость  четвертичных  отложений  способствует  стабильной  эксплуатации  всех  12  скважин  с  относительно  большими  дебитами  (в  данный  момент  до  80  м³/час)  при  небольшой  обводненной  мощности  (менее  10  м);  качество  откачиваемых  вод  позволяет  их  сбрасывать  в  речную  сеть  без  дополнительной  очистки.

Скважины  основного  контура  предназначены  для  снижения  напоров  в  падунском  водоносном  комплексе.  Производительность  основного  дренажного  ряда  на  начало  2015  года  составляет  6300  м³/час.

На  основном  водопонижающем  контуре  постоянно  работают  70  из  75  скважин,  таким  образом  средний  дебит  скважин  основного  контура  составляет  90  м³/час.  На  дополнительном  контуре  постоянно  работают  все  12  скважин  со  средним  дебитом  67  м³/час.

Эксплуатация  основного  ряда  водопонижающих  скважин  осложнена  в  первую  очередь  высокими  содержаниями  взвешенных  частиц  в  откачиваемой  воде  до  1000  мг/дм³.  Содержание  взвешенных  частиц  в  поверхностных  водотоках  в  естественных  условиях  не  превышает  5—7  мг/дм³,  при  сбросе  дренажных  вод  рыбохозяйственные  нормативы  не  допускают  увеличение  концентрации  взвесей  по  сравнению  с  естественными  условиями  более  чем  на  0,25  мг/дм³  [6].  Кроме  того,  абразивные  свойства  откачиваемых  вместе  с  водой  песчаных  и  пылеватых  частиц  способствуют  быстрому  выходу  из  строя  водоподъемного  оборудования  вследствие  износа  подшипников  и  других  деталей  насосов.

Вынос  с  дренажными  водами  большого  количества  взвешенных  частиц  обусловлен  слабыми  цементационными  связями  в  падунских  песчаниках,  способствующих  образованию  каверн  в  первую  очередь  в  непосредственной  близости  от  водопонижающих  скважин,  где  скорость  движения  воды  максимальна.  При  эксплуатации  дополнительного  ряда  скважин  подобные  проблемы  не  наблюдаются  в  течение  первых  суток  откачки  из  четвертичного  водоносного  комплекса  вода  осветляется  и  вынос  взвесей  далее  не  наблюдается.  На  соседнем  месторождении  им.  М.В.  Ломоносова,  которое  расположено  в  30  км  на  юго-запад,  при  откачке  из  того  же  самого  падунского  водоносного  комплекса  содержание  взвешенных  частиц  редко  превышает  величины  5—10  мг/дм³  [7].  На  разных  месторождениях  нет  существенных  отличий  в  конструкциях  скважин  и  их  режимах  эксплуатации,  поэтому  большую  разницу  в  содержании  взвешенных  частиц  можно  объяснить  различием  в  качественных  характеристиках  дренируемых  пород.  Падунские  отложения  на  месторождении  им.  М.В.  Ломоносова  характеризуется  несколько  более  высокими  показателями  прочности  [2]  по  сравнению  с  месторождением  им.  В.П.  Гриба,  что  косвенно  свидетельствует  о  более  слабых  цементационных  связях  на  рассматриваемом  месторождении.

Экспериментально  установлено,  что  существует  нелинейная  связь  между  дебитом  скважины,  временем  от  начала  её  эксплуатации  с  постоянным  дебитом  и  содержанием  взвешенных  частиц  в  откачиваемой  воде  (рис.).  При  этом  интенсивность  выноса  частиц  из  горной  породы  не  зависит  от  конструкции  фильтров,  что  экспериментально  доказано  при  опробовании  ряда  скважин  с  пятью  различными  типовыми  конструкциями  среди  которых  щелевые  фильтры  отечественного  и  импортного  производства,  с  гравийной  обсыпкой  создаваемой  в  скважине  и  блочные,  фильтры  различных  диаметров  и  с  разными  размером  щели.

Рисунок.  График  изменений  дебита  откачки  (Q ,  кривая  1)  и  содержания  взвешенных  частиц  в  откачиваемой  воде  (С,  кривая  2)  при  опробовании  скважины  на  месторождении  им.  В.П.  Гриба

Отсутствие  строго  научного  описания  процесса  выноса  вместе  с  откачиваемой  водой  твердых  частиц  из  водоносных  горизонтов  не  позволяет  эффективно  решать  эту  проблему.  В  итоге,  на  производстве  единственным  надежным  решением  обозначенной  проблемы  является  строгое  соблюдение  регламента  эксплуатации  водопонижающих  скважин.  Регламент  предписывает  плавное  поэтапное  увеличение  производительности  вводимых  в  эксплуатацию  скважин,  при  регулярном  контроле  содержания  взвешенных  частиц  в  откачиваемых  водах.  Таким  образом,  значение  концентрации  взвешенных  частиц  является  основным  критерием  для  изменения  производительности  системы  заградительного  дренажа.  Поскольку  при  современной  производительности  скважин  проскок  в  карьер  составляет  около  900  м³/час,  что  существенно  выше  проектных  значений  в  400  м³/час,  следовало  бы  увеличить  производительность  водопонижающих  скважин  большинство  из  которых  работают  на  пределе  возможностей  по  содержанию  взвешенных  частиц.  Кроме  того,  регулярный  выход  из  строя  водоподъемного  оборудования  не  позволяет  одновременно  эксплуатировать  более  70  скважин  основного  контура,  практически  постоянно  5  скважин  находятся  в  ремонте  [1].

Список  литературы:

1.Заостровцев  В.Н.,  Бабадустов  О.И.,  Шапорев  М.Ю.,  Миняева  И.А.  Технология  и  оборудование  водоотлива  в  карьере  ГОКа  им.  В.  Гриба  //  Горный  журнал.  —  2014.  —  №  3.  —  С.  91—95.

2.Кольцова  Е.И.  Анализ  инженерно-геологических  и  гидрогеологических  условий  месторождения  имени  Ломоносова  с  позиций  оценки  устойчивости  карьерных  откосов  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Геология  и  разведка.  —  2003.  —  №  1.  —  С.  71—74.

3.Наливайко  В.А.,  Стахеев  А.Г.,  Опахин  А.А.  Проектирование  ГОКа  им.  В.  Гриба  на  месторождении  алмазов  //  Горный  журнал.  —  2014.  —  №  3.  —  С.  33—36.

4.Норватов  Ю.А.,  Петрова  И.Б.,  Котлов  С.Н.  Особенности  гидрогеоэкологических  условий  разработки  открытым  способом  алмазного  месторождения  им.  В.П.  Гриба  //  Геоэкология.  Инженерная  геология.  Гидрогеология.  Геокриология.  —  2011.  —  №  5.  —  С.  426—430.

5.Пенделяк  Р.Н.,  Веричев  Е.М.,  Головин  Н.Н.  Месторождение  им.  В.Гриба:  геологическое  строение  и  алмазоносность//  Горный  журнал.  —  2014.  —  №  3.  —  С.  18—23.

6.СанПиН  2.1.5.980-00.  Гигиенические  требования  к  охране  поверхностных  вод.  М.:  Федеральный  центр  Госсанэпиднадзора  Минздрава  России,  2000.

7.Шкиль  И.Э.  Опыт  эксплуатации  дренажного  контура  водопонижающих  скважин  на  карьере  трубки  Архангельской//Горный  журнал.  —  2009.  —  №  10.  —  С.  13—14.