Основные принципы организации системы опережающего дренажа
Научно-производственная группа "Тектоника"
Консультация от:
Лукьянова Александра Евгеньевича
Ведущего специалиста-гидрогеолога
Научно-производственной группы "Тектоника",
кандидата геолого-минералогических наук.
Необходимость сооружения опережающего дренажа и осушения месторождения полезных ископаемых может быть вызвана следующими негативными факторами:
- избыточным поступлением подземных вод в горные выработки, препятствующим нормальному ведению добычи;
- снижением устойчивости бортов карьеров во влажном состоянии, опасность оползания и оплывания;
- снижение качества руды во влажном состоянии, увеличение затрат на транспортировку и обогащение;
- ускоренный износ тяжелой техники, работающей на увлажненных дорогах в карьере.
Организация опережающего дренажа при эксплуатации месторождений полезных ископаемых предполагает выполнение целого комплекса мероприятий, включающего изучение фильтрационной структуры горного массива, изучение распределения напоров в водоносном комплексе вокруг горных выработок, поиск наиболее благоприятных точек для заложения дренажных скважин и узлов, определение оптимальной конструкции и производительности скважин.
Начинать бурение дренажных скважин большого диаметра с установкой мощных погружных насосов без проведения предварительных гидрогеологических изысканий – бессмысленно. Это так же глупо, как начинать строительство карьера без проведения предварительных геологоразведочных работ, которые позволяют убедиться в наличии полезного ископаемого и подсчитать его количество. На сегодняшний день, каждый сотрудник горного предприятия понимает: сначала – разведка, потом – добыча.
Совершенно очевидно, что с водой мы должны поступать точно таким же образом. Сначала необходимо определить количество подземных вод, которое мы должны и можем откачать из горного массива, чтобы понизить уровень ниже отметки дна карьера. Затем мы должны определить технологию откачки – где и как размещать дренажные скважины? Это подразумевает проведение обычного комплекса поисковых и разведочных работ на подземные воды.
Казалось бы, все просто и понятно. Однако, почему-то добывающие предприятия в нашей стране практически никогда не проводят гидрогеологические исследования с целью организации системы водопонижения.
Как правило, события развиваются совсем по другому сценарию: рудник или ГОК заказывает сооружение системы водопонижения некой буровой организации. Буровики – люди простые, в геологии и гидрогеологии их интересует только одно – деньги, получаемые за метры бурения. Каков будет конечный результат – им, по большому счету, наплевать.
Не долго думая, специалисты буровой организации намечают на карте точки бурения дренажных скважин вокруг карьера. Скважины располагают равномерно по кругу. При этом, никто не задумывается, попадет ли скважина в проницаемую зону или она угодит в глухие водоупорные породы. Далее скважины бурятся, в них устанавливаются насосы, прокладывается водопровод, буровики получают деньги и уезжают.
А дальше начинается самое интересное.
Чаще всего, фильтрационные свойства скальных пород оказываются слишком низкими. Мощный погружной насос в течение двух минут выплёвывает из дренажной скважины всю воду и она превращается в сухой стакан. Сам насос благополучно сгорает.
В результате, мы имеем абсолютно сухую скважину и не осушенный породный массив, так как уровень подземных вод в трещинном водоносном комплексе после кратковременной откачки остается на прежнем месте. Таким образом, задача водопонижения остается не выполненной. А деньги, затраченные на сооружение дренажной системы, оказываются выброшенными на ветер.
Подобную картину специалисты НПГ «Тектоника» наблюдали на Султановском месторождении медноколчеданных руд. Здесь вокруг карьера было пробурено 7 дренажных скважин большого диаметра. В каждую скважину был установлен мощный погружной насос. Однако, система не работала. Часть насосов сгорела сразу же после запуска скважин вследствие их быстрого осушения. Остальные насосы отключили работники рудника. И больше никогда не включали.
Схожая картина наблюдалась и при организации дренажной системы станции метро «Ботаническая» в Екатеринбурге в 2007 году. Из 6 скважин, пробуренных вдоль будущего котлована станции, примерно половина оказалась непригодна для откачки воды и понижения уровня подземных вод. Это произошло из-за того, что скважины вскрыли слабопроницаемые породы, неспособные обеспечить достаточный приток воды. По большому счету, скважины были пробурены в глине и не достигли проницаемых трещиноватых пород. Дренажную систему пришлось дополнять еще четырьмя скважинами, которые закладывались при участии специалистов НПГ «Тектоника» специально на участках повышенной проницаемости скальных пород.
Действующая скважина водопонижения, пробуренная по указанию специалистов НПГ "Тектоника".
Если добавить сюда десятки и сотни случаев бурения сухих скважин, предназначенных для водоснабжения, то становиться понятным, почему руководство и инженерный состав добывающих предприятий весьма скептически относится к гидрогеологическим работам вообще и к проектированию опережающего дренажа в частности. Подобными работами в России, действительно, занимаются очень редко, несмотря на все очевидные плюсы опережающего водопонижения.
Отсюда возникает закономерный вопрос: как правильно организовать опережающее водопонижение? Каким образом можно осуществить осушение месторождения и избежать неоправданных затрат на бурение «сухих» скважин.
Всё очень просто. При бурении дренажных скважин большого диаметра нельзя полагаться на случай. Как правило, проницаемость трещиноватого массива скальных пород чрезвычайно неоднородна. Фильтрационные свойства трещинного водоносного комплекса могут изменяться в десятки раз в пределах локальных участков. Одна скважина может давать ураганный расход подземных вод, а в 10 метрах от нее может располагаться точно такая же, но абсолютно сухая.
Зоны повышенной проницаемости в пределах массивов скальных пород связаны с трещиноватыми зонами активных тектонических нарушений. Тектонические разломы служат основными каналами фильтрации подземных вод. По разломам происходит основной водоприток в карьеры и шахты. Нередко 80–90 % водопритка в карьер поступает по одной тектонической зоне.
Соответственно, основной задачей при проведении гидрогеологических изысканий под опережающий дренаж является выделение тектонических зон повышенной проницаемости, по которым происходит разгрузка подземных вод в горные выработки. При сооружении дренажных скважин в пределах проницаемых зон мы можем перехватить основной поток подземных вод за контуром карьера и обеспечить максимально эффективное осушение месторождения.
При этом, большая часть дренажных скважин может быть расположена в пределах локальной линейной проницаемой зоны на одном борту карьера, а не по всему периметру, как это происходит, когда скважины водопонижения бурятся наугад.
В этом отношении, сотрудники Научно-производственной группы «Тектоника», наоборот, обладают высокой квалификацией и значительным опытом гидрогеологических работ, направленных на поиск проницаемых зон тектонических нарушений, изучения фильтрационной структуры трещинных коллекторов, применения методов гидрогеомеханического анализа при изучении распределения водоносных зон в скальных массивах.
Значительный опыт гидрогеомеханических исследований получен нами при работе на территории Петропавловского рудного поля, на участке месторождения «Юбилейное». В частности, на базе результатов научно-исследовательских работ на месторождении «Юбилейное» была защищена диссертационная работа «Формирование гидрогеодинамической структуры Петропавловского рудного поля». Основное внимание в работе уделяется проблеме формирования современной фильтрационной структуры скальных массивов.
Разумеется, для выполнения полноценных гидрогеологических исследований в руках специалиста должен находиться целый ряд инструментов:
1. Геофизические исследования, направленные на выявление высокопроницаемых тектонических зон.
2. Бурение поисковых скважин.
3. Проведение опытно-фильтрационных работ.
4. Количественные наблюдения за расходом подземных вод, поступающим в карьер.
5. Режимные наблюдения за уровнем подземных вод на площади месторождения.
Таким образом, для оптимального проведения работ и достижения высокой эффективности дренажной системы на месторождении должна быть организована режимная сеть наблюдательных скважин, по которым выполняются регулярные замеры уровней подземных вод. На водоподъемном оборудовании, расположенном в карьере, должна быть установлена исправная замерная аппаратура (счетчики расхода). Также необходимо вести строгий учет любых дополнительных источников воды в пределах месторождения: количество воды, подаваемой на обогатительную фабрику и сбрасываемой с нее; потери с водопроводов в пределах предприятия; объем добываемой воды в целях водоснабжения на территории месторождения и в близлежащих населенных пунктах.
Тщательные наблюдения за текущей гидрогеологической ситуацией на месторождении, грамотное проведение гидрогеологических изысканий и целенаправленное заложение дренажных скважин в оптимальных точках позволит избежать финансовых потерь на сооружение мертвой, нерабочей дренажной системы.
При копировании материалов, представленных на сайте, ссылка на первоисточник обязательна.
