Инженер Н.В.Морозова, К.т.н. Е.Л.Морозова, К.т.н. В.Н.Морозов

Сибирский федеральный университет, Россия

К теории подготовки искусственных сушенцов при разработке

россыпных месторождений

Технология подготовки искусственных сушенцев при разработке россыпных месторождений состоит из двух основных операций: оттаивания мерзлых торфов (песков) обычно фильтрационно-дренажными способами и уменьшения влажности торфов до критического значения, используя дренирование оттаянного массива.

Фильтрационно-дренажными способами оттаивания мерзлых песков называют способы при которых подача воды происходит без напора и приращение талика производится сверху вниз. Для обеспечения фильтрационно-дренажным оттаиванием участков россыпи источником водоснабжения могут служить реки, ручьи или озера. Расход воды для оттаивания 1 м^з мерзлых песков составляют от 5 до 15 м^з. При фильтрационно-дренажном оттаивании многолетнемерзлых песков применяют дренажную систему из линейных вытянутых открытых канав.

Поперечный профиль дренажных канав трапецеидальный с уклоном 1:1 при глубине до 2,5 м и 1:1,25 при глубине свыше 2,5 м. Ширина канавы и расстояния от оросителя являются расчетными величинами и задаются проектом. Питание фильтрационно-дренажной оттайки может осуществляться через специальные инфильтрационные канавы или скважины, а также дождевальным орошением. При использовании скважин сетка скважин и их глубина устанавливаются только по опыту практики, что связано с большими затратами на бурение.

При определении расстояния между канавами и их глубины (при оттайке с использованием инфильтрационных канав) научно обоснованные рекомендации также отсутствуют. Кроме того, отсутствуют методы расчета необходимой продолжительности фильтрационно-дренажного оттаивания. Все это значительно снижает эффективность подготовительных работ.

Очевидно, что сетка скважин, их глубина, а также расстояние между канавами будут определяться физическими свойствами песков режимом и скоростью фильтрации, проницаемостью песков и содержанием глины в россыпи.

Для определения параметров технологии фильтрационного дренажного оттаивания, в первую очередь необходимо знать, как влияет содержание глины в россыпи на скорость фильтрации песков.

Эффективность фильтрационно-дренажной оттайки зависит от водопроницаемости песков (коэффициента фильтрации) и уклона фильтрационного потока. Лимитирующими факторами, ограничивающими область применения фильтрационно-дренажного способа являются: коэффициент фильтрации не менее 40 м/сут.; минимальный коэффициент фильтрации отдельного слоя – 10 м/сут.; минимальная температура воды, поступающей для оттайки +3^оС; максимальное содержание глины в песках не должно превышать 5 %.

Таким образом при подготовке искусственных сушенцев исключительно важное значение имеет предварительная оценка участка. Для обоснованного решения вопросов возможности применения данного метода необходимо определить влагопроводность пород, капиллярное давление как функцию их влажности и провести расчеты режима дренирования.

Сложность поставленной задачи при разработке россыпных месторождений заключается в том, что наиболее подходящие под данные условия россыпи, в основном, отработаны. В эксплуатацию вовлекаются россыпи, залегающие в сложных горно-геологических условиях, в частности с содержанием глинистых минералов 10-15% и более.. К примеру, на предприятиях Красноярского края разведанные запасы таких месторождений составляют – 50 %. Это обуславливает актуальность научных исследований, направленных на совершенствование технологии фильтрационно-дренажного оттаивания с целью подготовки искусственных сушенцев при разработке россыпей с повышенным содержанием глинистых минералов.

На вскрыше торфов подготовка сушенцевых зон позволяет вести круглогодичную разработку торфов выемочно-погрузочными машинами всех типов. Этот способ по сравнению с буровзрывным рыхлением обеспечивает наибольший экономический эффект и максимальную производительность землеройной техники.

Повышение эффективности фильтрационно-дренажного способа оттаивания связано в первую очередь с увеличением водопроницаемости грунтов их коэффицента фильтрации до необходимых значений.

Исследования, проведенные по подготовке искусственных сушенцевых зон, на основе применения химических реагентов-диспергаторов показали эффективность использования хлорного железа

Сравнительный анализ эффективности применяемых реагентов, проведенный на основании однофакторного, полностью рондомизированного эксперимента, позволил установить, что раствор хлорного железа в настоящее время является наиболее эффективным реагентом-диспергатором.

Кроме того были исследованы в качестве диспергатора высокомолекулярные полимеры типа КОДТ. /продукт конденсации кубовых остатков гексаметилейдиамида, таллового масла и дихлорэтана/ и др. Вероятно, эти реагенты найдут применение при подготовке искусственных сушенцев в будущем, после исследования их эффективности, влияния на окружающую среду, возможности использования при разработке россыпей.

Лабораторные эксперименты по определению коэффициента фильтрации исследуемых пород проводились по методике Л.И.Кульчицкого /1/ при содержании глины от 5 % до 15 %. По минералогическому составу глины были представлены монтмориллонитами – 60 % и гидрослюдой – 40 %. По мере понижения уровня воды по формуле Л.И.Кульчицкого [1] определялся коэффициент фильтрации

		Kф=[f(S/n)/t]*fT*L*364
		с реагентом
без реагента

В ходе экспериментов фиксировалось значение pH воды на приборе pH-121. Концентрация протонов водорода определялась с целью установления влияния реагента на коррозионный износ оборудования в процессе его гидролиза. Результаты исследований представлены в табл.1 и на рис. 1.

4 8 12 16 20

С_гл, %

Рис. 1. Повышение водопроницаемости (К_ф) глинистых грунтов при обработке их реагентом.

Таблица 1 - Результаты исследований изменения коэффициента фильтрации в зависимости от содержания глины

Содержание глины, %	Площадь сечения, см^2	Диаметр трубки, см	Понижение уровня в сосуде, см			РН		Коэффициент фильтрации, м/сут
			С реагентом	Без реагента		Без реагента	С реагентом	С реагентом	Без реагнта
5	11,335	3,8	3,5	3,7		7,75	8,05	17	10
10	10,749	3,7	1,7	1,7		7,75	7,50	9.5	5
15	11,94	3,9	1,3	1,4		8,15	7,70	7	3
20	11,94	3,9	1,1		1,6	8,25	7,85	5.7	2

Обработка результатов эксперимента производилась по программе парной корреляции 2-го порядка. В результате получено следующее уравнение регрессии

(1)

где Сгл – содержание глинистых минералов крупностью мельче 0,005 мм,

%.

Совокупный коэффициент корреляции составил 0,9. Стандартное отклонение 0,03 м/сут. Уравнение действительно при значениях .

При размещении реагента непосредственно на поверхности полигона с последующим затоплением, обработка части торфов, расположенных выше уровня грунтовых вод, происходит за счет инфильтрации раствора реагента в массив россыпи. Количественно инфильтрацию можно определить, воспользовавшись уравнением В.Н.Аравина для расчета глубины потока, выразив ее через величину инфильтрации (в м/сут):

, (2)

где Нр – мощность грунтового потока, м;

e – скорость инфильтрации, м/сут;

l – длина участка, подтопленного водой, м;

Т- продолжительность фильтрации, сут.

Результаты измерений электрокинетического потенциала показали, что минимальная величина – потенциала соответствует оптимальному расходу реагента как диспергатора 50, 70 и 100 г/т при содержании глины в песках 5, 10 и 15 % соответственно. Дальнейшее увеличение или уменьшение дозировки реагента приводит к утолщению диффузной части электрического слоя, в результате чего уменьшается эффективность процесса водопроницаемости.

Выполненные исследования по подготовке искусственных сушенцевых зон на основе повышения эффективности фильтрационно-дренажного способа оттаивания позволили увеличить водопроницаемость торфов в среднем на 45%. и значительно расширить область их применения, вовлекая в разработку торфа с содержанием глинистых минералов до 15%.

Литература

1.Кульчицкий А.И., Усьяров О.Г. Физико-механические основы формирования свойств глинистых пород. – М.: Стройиздат, 1975.- 35 с.