Перспективы использования вскрышных пород алмазоносных месторождений западной Якутии для развития комплексной сети дорог

П.И. Тарасов, к.т.н., ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН) Е.В. Фефелов, главный специалист АО «Синара - Транспортные Машины» (Екатеринбург) А.П. Тарасов, инженер ООО «Перспектива-М» (Екатеринбург) И.В. Зырянов, д.т.н., зам. директора по научной работе, Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО)

За историю алмазопоисковых работ в Якутии было выявлено и опробовано более 1500 коренных и россыпных кимберлитовых месторождений, которые сосредоточены на общей площади Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) около 900 тыс. км2 [1]. Климат района Западной Якутии, где расположены рассматриваемые месторождения, резко континентальный с продолжительным зимним периодом и коротким умеренно теплым, иногда жарким летом. Абсолютный максимум температур (+35°С) фиксируется в июле, абсолютный минимум (–65°С) – в январе. Среднегодовая температура –11°С. Среднегодовая сумма осадков составляет 234 мм [2]. В результате интенсивной промышленной деятельности на территории Республики Саха (Якутия), продолжающейся в течение более полувека, ее почвенные ресурсы в разной степени нарушены и деградированы, а значительные площади естественных природных почв полностью уничтожены.

Наибольшие площади нарушенных земель связаны с разработкой месторождений полезных ископаемых, их обогащением и проведением геологоразведочных работ и строительством промышленных объектов. Наибольшие площади нарушенных земель расположены в Мирнинском, Нерюнгринском и Алданском районах, где сконцентрированы предприятия алмазодобычи цветной металлургии, геологоразведки и угольной промышленности. На этой же территории разведаны промышленные запасы углеводородов. Как правило, добыча полезных ископаемых сопряжена с повсеместным сведением леса под инфраструктурные объекты геологоразведочной, добывающей, транспортной и обслуживающей отраслей промышленности.

В целом разработка месторождений сопровождается комплексом негативных воздействий на природные ландшафты криолитозоны. При этом значительные трансформации отмечаются в почвенно-растительном покрове, которые в дальнейшем отражаются и в других компонентах экосистем. Поэтому одновременно с добычей полезных ископаемых необходимо вести работы, направленные не только на общее уменьшение финансовых затрат, но и на сокращение масштабов техногенного повреждения окружающей среды.

Рис. 1 «Мертвый лес», сформированный вблизи Западного отвала Удачнинского ГОКа (линией показана граница «мертвого леса»)

Характер распространения многолетнемерзлых пород (ММП) – прерывистый, непосредственно они занимают от 20 до 50% площади и обычно приурочены к переувлажненным маревым участкам. Мощность многолетнемерзлой толщи горных пород обычно составляет 20–30 м (не превышая 70 м), при минимальных отрицательных температурах –1,5°С. Вне площади развития многолетнемерзлых пород температура горных пород на подошве слоя годовых колебаний значительно выше и достигает 2°С [4].

Согласно данным А.П. Пестерева [4], глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов для Западной Якутии близки и варьируют в пределах 2,5 – 3,0 м, что необходимо учитывать при строительстве дорожного полотна. Объемная льдистость в супесях – 35–50%, в песках 30–50%. Сезонное промерзание грунтов вне площади развития ММП составляет 2–3 м.

При техногенном изменении рельефа местности в результате ведения открытых горных работ нарушается гидрологический режим почв, и происходит интенсивное заболачивание прилегающих к отвалам территорий. Вместе с тем, наблюдается механическое перемещение илистой фракции субстрата, образовавшегося на поверхности отвала, водными и воздушными потоками. Имея в своем составе широкий спектр макро- и микроэлементов, высокие концентрации токсичных солей, субстраты отвалов негативно влияют на состояние природного почвенно-растительного покрова прилегающих к отвалам территорий, в частности, образуя широкие полосы «мертвого леса», окаймляющие отвалы пустых пород (рис. 1) [5].

На прилегающих к отвалам и насыпям автодорог территориях морфологические свойства почв изменяются. В почвенном профиле зафиксировано более сильное увлажнение почвенного материала, появляются признаки тиксотропности и заболачивания.

Таким образом, влияние отвалов на почвенный покров прилегающих территорий выражено не только в изменении мерзлотного и водного режимов, механическом нарушении и уплотнении почвенного профиля, но и в опосредованном химическом загрязнении. В результате чего не только деградируют почвы, но гибнет растительность и животный мир. По примерным расчетам, из запасов Гослесфонда ежегодно выходят из обращения сотни тысяч гектаров площадей естественных почвенно-растительных ресурсов, потери которых могут быть сокращены за счет «разборки» отвалов и использования содержащихся в них материалов при строительстве насыпей и оснований дорог.

Необходимо учитывать, что для строительства дорог необходимый материал придется добывать из слоя горных пород, находящегося под многолетнемерзлыми породами, то есть из глубины не менее 30 м, а на некоторых участках и более 70 м. Это потребует больших материальных и трудовых затрат на ведение горных работ. Данная проблема отсутствует при использовании горных пород, накопленных в отвалах. Вместе с тем на строительстве автомобильных и железнодорожных насыпей можно использовать горные породы, попутно добываемые в ходе ведения вскрышных работ при разработке алмазоносных месторождений.

Рис. 2 Схематичный геологический разрез трубки «Мир»

Рис. 2 Схематичный геологический разрез трубки «Мир»

Для примера, на рис. 2 изображен схематичный геологический разрез месторождения трубки «Мир», иллюстрирующий широкий вариационный состав кимберлитовых пород, который в конечном итоге приходится учитывать как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации объекта [3].

В отвале же нет четко выраженной границы между различными слоями, но общий состав накопленных пород характеризует их как пригодные для возведения фундаментов автомобильных дорог и других объектов, в соответствии с требованиями СНиП 2.05.07-91 «Промышленный транспорт» и ВСН 84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты». Технология использования пород старых отвалов для строительства дорог позволит значительно уменьшить их объем, либо, в будущем, полностью исключить их создание. Предполагается, что вскрышные породы, вывозимые из карьера, в условиях Арктики и прилегающих северных территорий, будут доставляться непосредственно к строящимся участкам дорог. Это безусловно не только уменьшит трудовые, временные и финансовые затраты на разработку месторождения, но и уменьшит промышленную нагрузку на экологическую обстановку региона.

Для реального воплощения технологии возведения дорог из щебня, полученного при «разборке» старых отвалов, предстоит дополнительно освоить производством ряд специальных машин: автономных экскаваторов в северном исполнении, высокопроизводительных и мобильных дробильносортировочных комплексов и буровзрывных устройств.

Предполагается их участие в «разборке» старых отвалов и последующей погрузки щебня на другие виды транспорта. Кроме этого, необходимо развить серийное производство судов на воздушной подушке, снегоболотоходов и других видов техники, обладающих амфибийными характеристиками, которые будут использоваться на ранних стадиях освоения месторождений, для перевозки людей и оборудования, когда еще отсутствуют дороги. На следующем этапе, по завершению вскрытия и подготовки месторождения, в карьере можно повсеместно применять многозвенные автопоезда с активными осями. Уже после этого, для объединения всех карьеров в единую дорожную сеть в условиях Арктики и северных территорий Западной Якутии станет актуальной задача строительства и использования облегченной железной дороги. В настоящее время эти виды транспорта не имеют аналогов в мировой практике.

Используя данные В.Ф. Колганова и А.Н. Акишева [3] о средних площадях сечений месторождений трубки «Мир» и «Удачная» на различных глубинах, ориентировочно подсчитаны объемы вскрышных пород с учетом их свойств, которые могут использоваться для строительства оснований и насыпей автомобильных и железных дорог и других инфраструктурных объектов для горнодобывающей отрасли. Согласно этим расчетам, из отвалов трубки «Мир» могут быть использованы более 40 млн м3. Даже если учесть, что не весь объём вскрышных пород, извлекаемых при добыче алмазов, будет использован для строительства дорог, то например, материала отвалов трубки «Мир» хватит более чем на 1000 км автодороги средней шириной 12 м и высотой насыпи, в среднем, 2–3 м.

Из отвалов трубки «Удачная» может быть использовано примерно в два раза больше материала (свыше 80 млн м3) и при тех же параметрах насыпи его хватит как минимум на 2000 км автомобильных и железнодорожных полотен, включающих вспомогательные разветвления.

К настоящему времени уже только по рудным карьерам в АК «АЛРОСА» заскладированно во внешних отвалах более 1,1 млрд м3 вскрышных пород (табл. 1).

Табл. 1 Объемы вскрыши, заскладировнной во внешних отвалах отработанных и разрабатываемых месторождений

По действующим и проектируемым карьерам необходимо разместить еще порядка 1 млрд м3 вскрышных пород во внешних отвалах (табл. 2).

Породы вскрыши, размещенные во внешних отвалах, представлены в основном известняками и доломитами. Представленные в таблицах данные лишь приблизительны и выполнены с целью определения ориентировочных объемов материала, который может быть использован при строительстве автомобильных дорог и железнодорожных путей, в т.ч. и ряда социальных объектов. С учетом предварительных расчетов экономический и экологический эффекты от технологии строительства дорог с использованием вскрышных пород «старых» отвалов – очевидны и требуют тщательной проработки.

Информационные источники: 1. Тарасов П.И. Обоснование путей развития транспортных средств для освоения северных терри, торий России // Проблемы карьерного транспорта: материалы XII Международной научно, практической конференции, 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 2013. 2. Тарасов П.И., Журавлев А.Г., Черепанов В.А. и др. Проблемы магистрального транспортиро, вания руды от удаленных кимберлитовых месторождений // Проблемы карьерного транспорта: материалы XII Международной научно,практической конференции, 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 2013. 3. Колганов В.Ф. Коренные месторождения алмазов Западной Якутии: Справочное пособие / В.Ф. Колганов, А.Н. Акишев; АК «АЛРОСА»; Институт «Якутнипроалмаз». Новосибирск: Ака, демическое изд,во «Гео», 2011. 215 с. ISBN 978,5,904,682,38,5 пер.). 4. Пестерев А.П. Почвенный покров Западной Якутии // Вестник Северо,Восточного федераль, ного университета им. М.К. Аммосова. ,2013. Выпуск №3 , Том 10. 5. Данилов П.П., Легостаева Я.Б., Саввинов Т.Н. Техногенные ландшафты и их влияние на есте, ственный почвенный покров Западной Якутии // Вестник Северо,Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. ,2005. , Выпуск №3. Том 2. 6. Аржанов М.М., Демченко П.Ф., Елисеев А.В. и др. Моделирование динамики глубин протаива, ния промерзания и осадки оттаивания многолетнемерзлых грунтов северного полушария в ХХI веке. / Криосфера Земли, 2010, т. XIV, №3, Институт физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН. 7. Соломонов Н.Г., Ремигайло П.А., Десяткин Р.В., Охлопков И.М., Исаев А.П. Биоэкологические проблемы крупного города на севере (на примере г. Якутска) // Вестник Северо,Восточного фе, дерального университета им. М.К. Аммосова. ,2011., Выпуск №4. , Том 8.
Ключевые слова: Западная Якутия, строительство дорог, многолетнемерзлые породы, кимберлитовые месторождения, разборка отвалов

Журнал "Горная Промышленность"№1 (125) 2016, стр.50