Водоотлив в проекте сухой консервации карьера «мир»
Разработка кимберлитового месторождения трубки «МИР» велась открытым способом с 1957 по 2002 гг. и ко времени окончания работ глубина карьера достигла 535 метров (абс. отм. -190 м). При этом горными работами был вскрыт метегеро-ичерский водоносный горизонт, расположенный между гор. +25 м и гор. -155 м (абс. отм.), с притоком в карьер высокоминерализованных натрий-калиевых рассолов с концентрацией 180 г/л, при которой шуга образуется лишь по достижению температуры -17°C. Объем поступающих в карьер вод составлял 1200 м3/час.
Откачка осуществлялась карьерным двухступенчатым водоотливом. Нижняя насосная станция была оборудована тремя насосами ЦНСГ 850-240. На насосной станции второго подъема были установлены 6 насосов ЦНСК 300-540. Весьма жесткие условия откачки вынуждали демонтировать насосы после 270 моточасов для замены износившихся рабочих колес, а средняя наработка насосов не превышала 500-700 часов. При этом численность работников участка водоотлива составляла 40 человек при средней заработной плате около 15 тыс. руб. Кроме того, работы по поддержанию напорных трубопроводов в рабочем состоянии (4 нитки диаметром 273 мм) проводились подрядными организациями. Энергозатраты на перекачку воды составляли 4.2 кВт-час/м3 при стоимости электроэнергии 2 руб./кВт-час. В результате, общие затраты на водоотлив карьера и поддержание его бортов для обеспечения доступа в него обслуживающего персонала достигали внушительной цифры - 400 млн. руб. в год.
Дальнейшая отработка месторождения до глубины 1200 м будет проводиться подземным способом, для чего в настоящее время строится подземный рудник.
Рассматривалось два варианта отработки рудного тела подземным способом:
- первый вариант предусматривал прекращение откачки воды из карьера и его подтопление, в результате чего в карьере накопилось бы около 70 млн. м3 воды. В этом случае для предотвращения прорывов воды в подземные горные выработки пришлось бы оставлять ниже дна карьера рудный барьерный целик мощностью порядка 100 м. При этом варианте рудник становится нерентабель-
ным в связи с большой потерей ценной руды в целике; - второй вариант, принятый к исполнению (рис. 1), предусматривает так называемую «сухую» консервацию карьера. На дно карьера укладывается «обратная» засыпка [1] толщиной около 50 м. Выше обратной засыпки в борт карьера проходится штольня длиной около 700 метров с уклоном 8°, в конце которой формируются 4 водозаборные камеры. С уступа карьера на гор. +235 м в водозаборные камеры пробурены скважины диаметром 800 мм, обсаженные трубами диаметром 600 мм. Первоначально по проекту, разработанному ООО НТЦ «Новотэк», предусматривалась двухступенчатая откачка скважинными насосами одной из известных инофирм. Двухступенчатая схема была принята в связи с тем, что в типоразмерном ряду выпускаемой продукции этой фирмы агрегатов с подачей 400 м3/ч и требуемым напором 630 м не было.
Однако в 2002 г. специалисты АК «АЛРОСА», ознакомившись с образцами насосов фирмы Ritz на выставке «Экватэк' 2002», представленными на стенде ОАО «ЛЭП», усомнились в правильности решения водоотлива по двухступенчатой схеме. Оказалось, что, используя сква-жинные агрегаты Ritz, можно обеспечить откачку всего объема во-допритока в одну ступень.
Решение о возможном использовании одноступенчатой схемы водоотлива еще более укрепилось после ознакомления специалистов «Алросы» с системой водоотлива, принятой на самом обводненном карьере мира Rheinbraun (600 млн. м3 воды в год), расположенном в 30 км от г. Кельна [2].
Скважинное водопонижение на этом буроу-гольном разрезе глубиной 320 м осуществляется только в одну ступень с помощью 2500 насосов Ritz. Поверхностный водоотлив на этом предприятии производят около 800 погружных агрегатов Flygt, который изображен на обложке настоящего номера журнала.
Крупные скважинные насосы выполнены с двойным всасом. Техническая идея такой конструкции, которая принадлежит фирме Ritz, заключается в том, что агрегат (рис. 2) скомпано-ван из двух расположенных один над другим насосов, каждый из которых подает навстречу в осевом направлении по половине расхода воды с полным одинаковым напором. Тем самым вал, благодаря воздействию встречных потоков, находится как бы во взвешенном состоянии и снимает колоссальную осевую нагрузку на опорную пяту.
Агрегаты двойного всасывания признаны лучшими среди многоступенчатых насосов больших напоров и подач, и к тому времени они уже эксплу-
атировались на горных предприятиях Кузбасса, Кентау, Рудного. Да и самые мощные в мире «скважинники» мощностью 3600 кВт поставлены в КНР в 1980-х гг. именно фирмой Ritz.
Следует отметить, что у этой фирмы удачные технические решения относятся не только к уникальным машинам, но и к насосам более широкого спроса. Последняя разработка Ritz -модульная конструкция MS-T для скважинных агрегатов 8 и 14 дюймов (рис. 3). MS-T насос состоит из унифицированных модулей, включающих рабочее колесо, подшипник, щелевое уплотнение, собранных на элементе составного вала, концы которого спрофилированы с одной стороны под внешний, с другой - под внутренний шестигранники. Благодаря такой конструкции пользователь может непосредственно у скважины убавлять ненужные (если насос развивает излишний напор) или менять износившиеся ступени без применения специ-
ального инструмента. Если эксплуатируется группа агрегатов, то необходимо иметь в резерве лишь ступени насосов, т.к. они обычно изнашиваются быстрее и неравномерно, в зависимости от расположения к потоку перекачиваемой воды. Тем самым заменяется не агрегат, а только износившаяся ступень. Причем осуществляется это непосредственно у скважины. Никаких фиктивных ступеней и, соответственно, нерациональных потерь мощности.
Учитывая мировой опыт и новые технологии, было решено скорректировать проект водоотлива карьера «Мир» по одноступенчатой схеме.
В декабре 2002 г. был проведен конкурс на поставку соответствующих насосов. Предложение по агрегатам Ritz было признано превосходящим два других по технико-экономическим показателям. Испытания на заводе Ritz четырех заказанных насосов (Q = 400 м3/ч, Н = 630 м, Р = 1000 кВт, 2950 об/мин) в присутствии представителей АК «АЛРОСА» показали их к.п.д. 84% (вместо заявленного 82%), что явилось приятным сюрпризом. Агрегаты, в связи с агрессивными условиями эксплуатации, выполнены из дуплексной нержавеющей стали 1.4517.
Насосы Ritz в апреле 2004 года были смонтированы в скважинах. Выход из штольни в карьер засыпали фильтрующей отсыпкой из крупнокускового диабаза. После окончания монтажных работ были остановлены насосные станции карьерного водоотлива, подтоплены устья штольни и, по наполнению ее водой, включены в работу сква-жинные гиганты Ritz. После подъема воды на гор. +235 м до устья скважин, она поступает на узел регулирования, после чего по пластиковым трубам 0800 мм поднимается на поверхность карьера (+345 м) и далее подается на расстояние 5 км в озеро-накопитель, из которого через систему обратной закачки - в глубинные разломы.
Со дня запуска «сухой консервации» агрегаты отработали более 8000 часов. Подача насосов (фактически она составила 470 м3/час) и напор не уменьшились ни на один процент, что говорит об отсутствии износа рабочих частей и высоком качестве их изготовления. Энергозатраты составляют 2.9 кВт-ч/м3. Количество обслуживающего персонала - 5 человек. В таблице приведено сравнение технико-экономических показателей эксплуатации водоотливов по прежней и новой схемам.
Поддержание карьера в «сухом» состоянии позволит отработать верхнюю часть рудного тела с минимальным предохранительным целиком
мощностью 12 м. После выемки руды из блока - 210 м - 310 м (первый рабочий горизонт подземного рудника) и закладки выработанного пространства цементно-песчаной закладкой, система водоотлива будет остановлена и карьер затоплен. Это случится примерно через 10-15 лет. Дальнейшее ведение подземных горных работ будет проходить под защитой искусственного це-ментно-песчанного целика мощностью более 100 м.
Таким образом построено уникальное гидротехническое сооружение, позволяющее безопасно осуществлять выемку подкарьерных запасов трубки «Мир» и экономично производить водоотлив.
Насосы Ritz будут представлены на выставке «Экватэк 2006» (30.05.2006 г. - 02.06.2006 г.), МВЦ «Крокус-экспо» (г.Москва), стенд В 4.1.
ЛИТЕРАТУРА:
1. В.В. Лобанов, АС.Зельберг, М.Б. Слободянюк Реализация проекта сухой консервации карьера «Мир», Горный журнал, J№7-2005.
2. С.Е.Березин, В.ЕЛабутин, А.В.Григорьев, СА.Колумбетов Водоотлив на предприятиях Rhein-braun и Ruhrhohle, Горная промышленность, №2 • 2003
