Полезные ископаемые

Разработки коренных месторождений под морским дном ведут во многих странах мира, например на о-ве Кюсю в Японии, под дном Гудзонова залива и на о-ве Ньюфаундленд в Канаде, под дном Балтийского моря в Финляндии. У п-ова Корнуэлл в Англии добывают олово, на побережье Эгейского моря в Турции — ртутные РУДЫ.

В Японии разрабатывают все месторождения о благоприятными горно-геологическими условиями. Поэтому по мере истощения запасов под островами в эксплуатацию вовлекаются все больше пластов, уходящих под море. По прогнозам в недрах морского дна у берегов Японии находится более 3 млрд. т угля. Уровень механизации подземных горных работ и применяемая технология позволяют ежегодно извлекать из этих запасов по 400 тыс. т. Уголь под дном моря добывают на о-ве Хоккайдо (месторождение Кусиро), на юге о-ва Хонсю (месторождение Убе), на о-ве Кюсю (месторождение Кокура, Мики, Сакито, Мацусима, Такасима) и в ряде других районов.

Практика подводных работ в Японии показала, что разработка полезных ископаемых шахтным методом под дном моря невозможна без надежной системы контроля за проникающей в выработки морской водой. В наибольшей мере это касается месторождений, подобных Минке, где горные породы пересечены трещинами, сдвигами и другими нарушениями. В среднем на 1 т добываемого угля здесь приходится 9,3 м3 воды. Основные места просачивания подземных и морских вод в шахту приурочены к нарушениям сейсмического характера: после землетрясений проникновение морской воды в шахту увеличивалось с 5 до 15 м3/мин. Контроль за химическим составом шахтных вод позволяет прогнозировать притоки и принимать своевременные меры по обеспечению безопасных условий работы горняков.

По-новому стали решаться и вопросы дегазации. Оказалось, что вследствие слабой естественной дегазации месторождений, расположенных под морским дном, угольные шахты обладают повышенной природной газоносностью. В таких шахтах очень велико содержание метана и поэтому необходимо их усиленное проветривание. В Японии широко распространены активные методы снижения концентрации метана путем изолированного вывода рудничного газа на поверхность. В результате, помимо снижения содержания метана в выработках, получено дешевое сырье для газовой и металлургической промышленности. Рудничный газ используют также для шахтных тепловых электростанций и котельных.

Как уже говорилось, в Англии с XIX в. разрабатывались месторождения твердых полезных ископаемых на побережье и под дном моря, Горные работы под морским дном ведутся в крупных угольных районах — Нортумберленд, Дархем, а также в ряде мест Шотландии и др.

Более чем вековую историю имеют рудничные разработки в западной части п-ова Корнуэлл, где функционировало несколько рудников по добыче олова, меди, мышьяковистых руд. С течением времени в результате проникновения в выработки воды рудники были закрыты. Горные работы продолжались только на руднике Гивор. По мере развития разработки приближались к заброшенным и затопленным выработкам соседнего рудника Левант. Возникла необходимость установить и по возможности ликвидировать причину затопления рудника Левант, для чего нужно было обнаружить место проникновения в него морской воды. Инженерам пришлось обратиться к истории этого рудника.

Нижние горизонты рудника Левант, где были сосредоточены основные запасы руды, отработали еще в 1919 г., а на верхних горизонтах руду добывали до 1930 г. Некоторое время удавалось вести горные работы в непосредственной близости от морского дна, но затем морская вода проникла в выработки и затопила рудник, в связи с чем его закрыли. Забои отстояли от берега под дном моря на расстоянии полтора километра. Наиболее близко к границе с морским дном находился верхний горизонт. Работающих здесь людей отделял от моря всего тридцатиметровый слой горных пород. В погоне за богатой рудой было принято решение поднять забои еще на несколько метров. Шахтеры отчетливо слышали шум волн даже в обычную погоду. Через трещины и нарушения в горных породах в выработки все усиливался приток морской воды, причем к этому привыкли и перестали обращать внимание. Но, чем ближе приближались к морскому дну, тем более трещиноватыми оказывались породы. Положение усугублялось тем, что в то время крепление выработанного пространства осуществлялось с применением деревянной крепи. При этом выработанное пространство не закладывалось. Во время одного из наиболее сильных Штормов, когда шум волн стал особенно сильным, рабочие покинули забои. Произошло обрушение, водоприток увеличился, рудник затопило.

Инженеры высказали предположение, что именно в этом месте морская вода проникла в рудник. Вместе с тем было замечено, что уровень воды в стволе постоянно повышался и понижался в соответствии с приливами и отливами. Это навело на мысль о применении флюоресцирующих веществ для установления характера связи между затопленными выработками и морем. Опыты провели в выработке, соединенной с основным стволом, но расположенной ниже наивысшей отметки уровня прилива. Воду в этой выработке подкрасили флюоресцирующим веществом ярко-зеленого цвета. Через два дня во время отлива на одном из участков моря возникла ясно видимая зеленая окраска. Появление окрашенной воды наблюдали и на следующий день. Место было зафиксировано теодолитной съемкой и нанесено на план горных работ. Уточнить полученные данные помогли водолазы. Для контроля была растворена еще одна порция флюоресцирующего вещества. Затем на участке морского дна были проведены промерные работы и съемки рельефа. В 180 м от берега водолазы обнаружили трещину, заполненную крупным морским песком, сквозь которую проступала окрашенная вода.

На основании данных обследования района нарушения была изготовлена модель рельефа дна и разработан проект ликвидации прорыва воды в рудник. Водолазы установили над трещиной стальной короб с заглублением его на 3 м в донные отложения. Для создания постоянной изолирующей перемычки и надежного закрепления кровли в районе трещины было принято решение применить железобетонный настил толщиной 1,2 м. На дне уложили каркас из рельсов, затем произвели отсыпку каменного материала общим весом до 150 т и при помощи плавучего крана, оборудованного скипом и бетономешалкой, организовали подачу к созданному каркасу цементного раствора. В результате сооружения искусственной кровли приток воды в подземные выработки прекратился. Воду из выработок откачали и на руднике Левант возобновили горные работы, разумеется на тех участках месторождения, где еще оставалась руда. Теперь морская вода не угрожала и соседнему руднику Гивор. Там тоже продолжили горные работы, в том числе в направлении ранее затопленных участков.

Одним из крупнейших горных предприятий под дном моря и в то же время высокомеханизированным рудником мира является канадский рудник Вабана. По подсчетам геологов, шахтное поле рудника хранит более 2 млрд. т руды, содержащей в среднем 52% железа. Рудник расположен на небольшом о-ве Белл Айленд (длиной 7 км, шириной 3 км). В отложениях обрывистого берега острова отчетливо видны чередующиеся напластования сланцевых полос серо-зеленого, красноватого и палевого цветов. Цвет пластов зависит от содержания в них гематитовых или графитовых примесей.

По мнению геологов, железистые руды месторождения образовались в результате отложений на мелководье морских осадков, обогащенных железистыми примесями. В этом мощном «пакете» пластов железистые руды представлены оолитовым гематитом, шамозитом и сидеритом. Мощность рудных пластов месторождения различна. Из 12 разведанных пластов месторождения разрабатывают три: нижний (мощность 10 м), средний (5 м) и верхний (10—15 м). Все разрабатываемые пласты простираются под дно океана и имеют выход на остров.

Еще 200 лет назад рыбаки находили в этих местах тяжелые куски руды, которые они применяли в качестве балласта и якорей. Однако история Вабаны как железорудного месторождения началась с 1893 г., когда здесь были начаты эксплуатационные работы. В 1897 г. первая руда из рудника поступила на европейские заводы.

Современный рудник Вабана — крупное предприятие с производительностью 3 млн. т руды в год. Основная система разработки — камерно-столбовая выемка. Для соблюдения безопасных условий работы в прибрежной части оставлен целик мощностью 70 м. Накопленный опыт ведения работ показал, что при камерной системе выемки руды безопасные условия могут быть созданы при оставлении надежных междукамерных целиков, поддерживающих кровлю от обрушения. При этом устойчивая ширина камер практически принята равной 8—10 м. Равномерное чередование камер и целиков позволяет извлекать лишь 50% полезного ископаемого. В подземных камерах с устойчивой кровлей нашли применение мощные современные самоходные машины и оборудование, в том числе: средства бурения в виде многоперфораторных установок, средства транспорта в виде самоходных на пневмоходу вагонеток для откатки отбитой взрывными работами руды и быстродействующие погрузочные машины. Использование систем разработки с оставлением прочных междукамерных целиков позволяет полностью обходиться без крепления выработанного пространства. Это существенно снижает себестоимость руды и приравнивает ее к себестоимости руды, добываемой открытым способом. Применение на руднике мощного оборудования — самоходных буровых кареток, погрузочных машин, самоходных вагонеток, скреперных установок и экскаваторов — позволяет достичь в условиях подземного рудника высокой производительности труда рабочих. За смену на одного забойщика приходится до 100 т руды.

Несмотря на систему разработки без крепления выработанного пространства и значительную протяженность горных выработок, в руднике водоприток сравнительно невелик. Это связано с выполнением комплекса мер безопасности. В частности, здесь налажен постоянный контроль химического состава поступающей " в забои воды. Систематические наблюдения за местами проникновения соленой воды в выработанное пространство позволяют своевременно выявлять и ликвидировать источники увеличенного водопритока, связанные с нарушениями массива горных пород.

Добытую руду перед погрузкой на магистральные конвейеры, выдающие ее на поверхность, дробят в подземных дробилках. На поверхность руда с конвейеров поступает в бункеры-накопители, также имеющие дробильное отделение. После этого руда попадает па рудничную обогатительную фабрику, где производится отделение пустых пород. Обогащенная руда загружается на конвейер, расположенный в крытой галерее. Конвейерная магистраль двухкилометровой гигантской гусеницей протянулась через весь остров к пирсу. Сухопутный путь железной реки заканчивается у пирса, где конец погрузочного конвейера направляет поток руды в трюмы судов-рудовозов.

С наступлением холодов море, окружающее остров, замерзает и суда не заходят в порт. Поэтому руда, поступающая с фабрики, складируется в виде терриконов вблизи пирса. Работа оживляется в мае после начала навигации. Экскаваторы и бульдозеры постепенно срывают образовавшиеся за зиму искусственные горы руды, и она исчезает в трюмах судов. Такое положение может быть изменено, если удастся продлить навигацию за счет зимнего периода. При этом поток руды, направляемой на металлургические заводы, станет бесперебойным.

Одним из возможных путей решения проблемы могло бы явиться применение мощных атомных ледоколов, способных разрушать прочные арктические льды. Такие ледоколы созданы в нашей стране. Это ледоколы «Ленин», «Арктика», «Сибирь» и др. Всем памятен знаменитый поход ледокола «Арктика» к Северному полюсу. Известны также переходы караванов судов, сопровождаемых подобными ледоколами, в одну навигацию вдоль берегов нашей страны по Северному морскому пути. Эти достижения отечественного ледоколостроения показывают техническую возможность решения проблемы.

Эта цель может быть достигнута принципиально иным путем. В частности, одним из проектов, предложенных английской фирмой «Митчел энджиниринг», предусмотрено создание «ныряющего» судна типа «Моби Дик». По расчетам инженеров определены следующие параметры подводного судна-рудовоза: длина 185 м, ширина 22 м, водоизмещение 50 тыс. т, полезная грузоподъемность 28 тыс. т. В качестве энергоисточника на рудовозе предусмотрена установка атомного реактора. Мощные турбины способны обеспечить скорость хода до 25 узлов в подводном положении. В обязанности работников порта войдет поддержание майны у мест погрузки.

Как видно, в недрах морского дна функционируют рудники и шахты, оборудованные по последнему слову техники. Накоплен опыт ведения горных работ, включая безопасные приемы проведения выработок, способы надежной изоляции выработанного пространства от проникновения морской воды, эффективные системы контроля, выявлены перспективные системы разработки — с креплением и закладкой выработанного пространства и оставлением устойчивых, в том числе искусственных, междукамерных целиков, применены высокопроизводительные установки водоотлива и транспорта.


You have no rights to post comments

Контактная информация

О сайте

Наш сайт посвящен любым полезным ископаемым, а также описанию различной техники. Копирование материалов разрешено при указании обратной ссылки на сайт www.x-mineral.ru