Снижение россыпной золотодобычи обуславливается в первую очередь тем, что крупные россыпные месторождения вырабатываются, содержание золота в песках падает, горнотехнические условия усложняются. Все это происходит на фоне удорожания техники, запчастей и энергоресурсов, особенно жидкого топлива. В нашем районе /Верхоянскийулус, Респ.Саха —ред./ стоимость 1 т солярки достигла 35 тысяч рублей. Короткий промывочный сезон (не более 100 дней) еще больше усложняет работы в нашем районе и делает добычу россыпного золота малорентабельной.
Классическая схема отработки россыпей открытым раздельным способом предполагает механизированную вскрышу торфов с выкладкой их на некондиционных участках россыпи, окучивание песков, строительство гидротехнических сооружений с целью организации оборотного водоснабжения, строительство очистных сооружений. В наших условиях вечномерзлотных грунтов первый этап — вскрыша торфов — является наиболее трудоемким и дорогостоящим и несет в себе до 60% затрат на добычные работы. Средняя техника (бульдозеры Т-180, Т-10, Б-11) для вскрышных работ в условиях вечной мерзлоты просто непригодны. Тяжелая техника (Komatsu D-355 или Т-35.01) более эффективна, но и ее производительность падает как минимум в два раза из-за необходимости обязательного рыхления грунта. Взрывные работы для рыхления торфов также обременительны и дорогостоящи. Ожидание естественной оттайки, скорость, которой в летний период составляет для илов, не покрытых почвенно-растительным слоем или мхом, 5-6 см/сут, а для аллювиальных отложений — 10-12 см/сут, требует открытия больших площадей и непроизводительного перемещения техники.
Компания «Золото Верхоянья» для снижения себестоимости и сроков вскрышных работ опробовала технологию «естественной гидровскрыши». Такая технология сама по себе не нова и использовалась еще в Древнем Риме, но в наших условиях не применялась. Работы проводили на месторождении руч.Соревнование (рис.1) и руч.Первый, которые находятся в Адычанском бассейне Верхоянского Улуса (Якутия).
Руч.Соревнование имеет продольный уклон 35 м/км, протяженность — 21 км, средний расход воды в межень — 21000 м3/ч; руч.Первый: продольный уклон — 48 м/км, длина — 8 км, расход воды — 3000 м3/ч.
Гидросеть дренирует алевролиты и аргиллиты с редкими пачками песчаников триаса. Долина р.Соревнование хорошо разработана. В ее пределах развиты современные низкие и высокие пойменные террасы высотой 1-3 м и более древние — высотой 10-15; 35-45; 75-90 м. Ширина долины достигает 200 м. Долина руч.Первый в большей степени представляет собой ущелье и не превышает по террасам 2-го порядка 50 м.
Рыхлые отложения представлены следующими литологическими разностями:
а)почвенно-растительный слой и илистые отложения; мощность — 0,5-1,5 м;
б)льдистые гравийно-галечные отложения с прослоями суглинков или глин; льдистость — до 30%, мощность — 1-3 м;
в)галечно-валунистые отложения; валуны — до 0,5 м, мощность — 1-2 м.
Русло реки имеет меандры, которые могут быть врезанными в коренные породы, а также поверхностными, разработанными в аллювии. Кондиционными в большинстве случаев являются нижние морфологические элементы долины, поэтому россыпи террас высших порядков часто остаются за балансом.
Технология естественной гидровскрыши и гидрообогащения песков была применена на долинных россыпях и использовала особенности строения русла реки. Первоначально блок зачищали от почвенно-растительного слоя с выкладкой илов на бортовые части. В головке меадры продуктивного блока в русловой его части строили дамбу (рис.2а), преграждающую путь естественному водотоку, и весь поток направлялся на не вскрытую часть полигона. На дневной поверхности полигона делали углубляющий «след», направление которого зависело от конкретной горнотехнической обстановки и параметров смежных меадр. Сечение углубляющего «следа» делали таким, чтобы оно полностью вмещало весь поток ручья. В противном случае возможно растекание потока по дневной поверхности полигона, падение его гидродинамических характеристик и снижение эффективности размыва.
Опыт показывает, что поток начинает вырабатывать себе новое русло, перенося рыхлые отложения вниз по течению.
После того, как «след» выработан до уровня современного русла и если требуется, еще один или несколько продольных разрезов полигона, то первую дамбу разрушают, ниже по течению ручья строят новую дамбу и прокладывают новый «след». При этом предыдущее русло поддамбливают для сохранения гидродинамических характеристик потока (рис.2б). Аналогичным образом ручей можно направлять не вдоль долины, но поперек нее (рис.2в). Операции повторяют, и весь полигон рассекают на условные мерзлые квадраты (рис.2г).
Строительство дамб осуществляли не только на одном полигоне или меандре, а на всех блоках, поставленных к отработке. Естественная гидровскрыша может покрывать всю площадь отрабатываемого месторождения (рис.3). Это даже предпочтительней, т.к. в зависимости от горной обстановки и при многочисленных паводковых воздействиях вечномерзлая вскрыша может быть разрушена по всей площади полигона.
При такой технологии интенсифицирующий эффект вскрышных работ обусловлен, в основном, двумя факторами: естественным гидроразмывом вскрываемых мощностей и увеличением дневной поверхности под оттайку. По последнему несложно посчитать, что, например, при площади полигона 20 тыс.м2, ширине русла 20 м, глубине врезания — 4 м и рассечению полигона на 8 квадратов, площадь естественной оттайки увеличивается на 15% за счет образующихся бортовых срезов. Для этих же параметров полигона объем механизированных вскрышных работ уменьшается на 40%. Если же полигон подвергается гидровскрыше по всей площади, то объем вскрышных работ уменьшается на 80-90%. Оставшиеся объемы включают в себя работы по строительству дамб и окончательной зачистке полигонов.
Строительство дамб можно осуществлять в летний, но более целесообразно в осенний период перед устойчивыми морозами. В этот момент вода «уходит» из водотоков, что технически облегчает их перекрытие. Но главное, за зимний период они хорошо промораживаются и показывают высокую устойчивость против паводковых весенних вод. Особенно это важно при строительстве высоких дамб (до 10-15 м).
На размывающую способность естественного водотока существенно влияет его продольный уклон. Первоначально гидровскрышу желательно осуществлять на наиболее крутых участках ручья, отрабатывать их и только после техногенного углубления переходить к вскрыше выположенных участков.
Нами установлено, что при среднем уклоне ручья не менее 2% (20 м/км) и стабильном дебете водотока (в межень) полная выработка смерзшихся аллювиальных отложений «следа» до дневной поверхности современного русла происходит за 6-7 суток, причем длина «следа» практически не имеет значения, что не совсем понятно. На практике нарезали «следы» по основаниям меандр до 200 м. С увеличением уклона ручья скорость размыва увеличивается. При сезонных или случайных дождевых паводках, когда мощность потока может возрастать более чем в 2 раза, скорость размыва мерзлых отложений увеличивается многократно и его время соответствует собственно времени паводка и может составлять 20-40 часов.
Следует отметить, что пренебрежение первым этапом подготовки, т.е. зачисткой полигона от почвенно-растительного слоя, может привести не только к экологическим спорам, но и может исключить достижение результата вообще. Специально был проведен опыт, и поток был направлен на 15-сантиметровую мшистую поверхность, произрастающую сразу на льдистом аллювии, даже без илистых отложений. Через пять суток на мху наблюдалось некоторое накопление мелкого аллювия, глубинного же вреза не произошло.
Серьезную трудность при вскрышных работах даже для тяжелой техники вызывают погребенные линзы льда. Направление на них естественного водяного потока в сочетании с солнечным воздействием позволяет справиться с такими льдами беззатратно. При этом образуются причудливые туннели и гроты.
Стремясь применить естественную гидровскрышу для сокращения механизированных работ и уменьшения затрат, обнаружили экономически важный эффект обогащения продуктивного пласта. Характерный разрез россыпи включает в себя «торфа», «рубашку», «пески», «плотик». Одной из самых сложных и ответственных операций при отработке россыпи является разделение «торфов» и «песков». Провести точную границу продуктивного пласта невозможно, поэтому на практике он либо вскрывается не полностью, что приводит к разубоживанию перерабатываемой горной массы, либо вскрывается излишне и золото теряется в отвалах вскрыши.
При естественной гидровскрыше слабое или случайное золото верхних горизонтов оседает, что увеличивает запас продуктивного пласта. Установлено, что при однократном размыве торфов до естественного уровня продуктивный пласт может обогатиться на 10-15% в сравнении с разведочными данными. При неоднократном воздействии потока продуктивный пласт как бы сжимается, его мощность уменьшается, но содержание увеличивается. В итоге все золото оказывается на плотике в спайной зоне, причем существенных изменений на глубину просадки в коренные породы в сравнении с геологическими данными не обнаружено. Рассмотренное явление «сжатия» продуктивного пласта опять-таки несет в себе экономический смысл, т.к. уменьшает объемы перерабатываемых горных масс.
Обнаруженное обогащение было использовано для включения в отработку забалансовых контуров более высоких террас. Правда это повлекло некоторое увеличение затрат в связи со строительством дамб высотой до 15 м. Однако результат превзошел все наши ожидания: последующая отработка балансовых блоков дала увеличение запаса от 50 до 100%. Следует отметить, что в периоды бурных паводков наблюдается некоторое смещение полезного компонента по продольному профилю. Но эту проблема технически решается не сложным строительством искусственных узлов разгрузки, а использованием особенности естественного рельефа. Ни одного случая неотхода золота при применении естественной гидровскрыши мы не получили.
Особенное место при организации естественной гидровскрыши торфов занимают вопросы экологии. Поток воды при гидровскрыше не меньше, чем при весеннем паводке. И хотя по длительности искусственный гидроразмыв несравненно короче, тем не менее он приводит к значительному повышению количества взвешенных наносов. В то же время естественная гидровскрыша требует многократно меньших механизированных бульдозерных работ, соответственно снижению загрязнения воды нефтепродуктами.
Для получения количественных оценок проведены специальные замеры. С этой целью осуществляли систематический забор проб воды ниже по течению полигонов, подвергаемых гидровскрыше, и полигонов, вскрываемых механизированным способом, со строительством водоотводных канав. Опыты проводили на месторождении руч.Соревнование и руч.Первый в Адычанском бассейне.
Руч.Соревнование имеет средний продольный уклон — 35 м/км, протяженность — 21 км, средний расход воды в межень — 21000 м3/ч, р.Первый — 4,8%, 8 км, 3000 м3/ч соответственно. Пробы анализировали на содержание нефтепродуктов и содержание взвешенных веществ (мутность). Пробы воды систематически отбирали один раз в неделю с начала июня и обязательно в паводковые воды.
Как показали замеры, содержание нефтепродуктов в воде (рис.4) при осуществлении механизированных вскрышных работ в целом оказывается выше, чем при естественной гидровскрыше. Имеющие место повышения концентраций для последней обычно были приурочены к моментам строительства дамб в летний период. Прослеживается почти пропорциональная зависимость содержания нефтепродуктов от количества задействованной в работе техники. Так как количество механизированных работ при естественной гидровскрыше уменьшается в 2 - 3 раза, то такая технология с точки зрения привнесения вредных примесей становится экологически безопасней.
Обратная картина при сравнении методов работ наблюдается для содержания взвешенных веществ (рис.5). Для естественной гидровскрыши характерна устойчивая повышенная мутность, которая в периоды паводков может превышать естественный паводковый фон в 1,5 раза и достигать содержания 300 мг/л. Устойчивая повышенная мутность наблюдается при работе на полигонах с плохо промывистыми грунтами, содержащими значительное количество глин. В хорошо промывистых рыхлых отложениях осветление воды наступает значительно быстрее и может произойти через 24 часа.
Установлено, что продолжительность повышенного содержания взвешенных веществ зависит от длины полигонов, подвергаемых гидроразмыву (рис.6). Так при длине размыва до 50 м осветление происходит через 30-40 часов с начала запуска потока на «след», и последующая проработка русла до глубины естественного несет незначительное завышение количества взвешенных веществ от естественного фона. С увеличением длины размываемого «следа» асимптотический характер изменения концентраций взвешенных частиц сохраняется, однако начальный период повышенных концентраций увеличивается.
За все время наших наблюдений по параметрам содержания взвешенных частиц в периоды стабильного водотока ни разу не обнаруживалось повышения концентраций выше естественных паводковых значений. Поэтому мы считаем возможным применение естественной гидровскрыши, как экологически допустимой.
