Владимир Калитин
Президент АК «АЛРОСА»

Геннадий Мельник
Главный инженер АК «АЛРОСА»


    На территории Западной Якутии более 45 лет ведется добыча алмазосодержащих руд из кимберлитовых трубок «Мир», «Айхал», «Удачная», «Интернациональная», «Сытыканская» и ряда других. На первоначальном этапе освоения коренных месторождений отработка велась открытым способом, что было обусловлено благоприятными горнотехническими условиями.
    Потребность страны в ценном минеральном сырье и наличие мощного горнотранспортного оборудования предопределили высокую интенсивность отработки. В течение многих лет поддерживалась добыча сырых алмазов на уровне до 25 % от общемировых показателей. Но в результате основные карьеры за относительно короткий срок достигли предельных глубин в 300 – 500 и более метров. Значительно ухудшились условия отработки, участились случаи простоев карьеров по метеоусловиям, а также из-за необходимости поддерживать уступы и транспортные бермы в рабочем состоянии.
    Перед акционерной компанией «АЛРОСА» остро встала проблема восполнения выбывающих мощностей. Были приняты решения о строительстве и вводе в эксплуатацию подземных рудников на месторождениях Мирнинского, Айхальского и Удачнинского ГОКов. По данным детальной разведки глубоких горизонтов трубок «Мир», «Интернациональная», «Айхал» и «Удачная», эти месторождения имеют запасы сырья достаточные, чтобы обеспечить добычу алмазов на достигнутом уровне в течение не менее 50 лет.
    Кимберлитовые месторождения Западной Якутии характеризуются не только высоким содержанием алмазов, но и особыми горно-геологическими, гидрогеологическими, газовыми, мерзлотными условиями, которые значительно осложняют их отработку. Мощная толща многолетнемерзлых пород предопределяет применение специальных методов поддержания фундаментов зданий и сооружений поверхностного комплекса. Кроме того, необходимо постоянно регулировать тепловой режим проветривания рудников для защиты крепи стволов от температурных деформаций и т.п. Мощные подмерзлотные водоносные комплексы требуют специальных способов проходки вскрывающих выработок, а также мероприятий по защите подземных горных работ от затопления. В условиях высокой минерализации подземных рассолов необходимы специальные экологические мероприятия, связанные с их утилизацией и захоронением. На отдельных месторождениях отмечается наличие в этих рассолах взрывоопасных и ядовитых газов, что требует соблюдения определенных регламентов в использовании стационарного и горношахтного оборудования и электроэнергии.
    При организации горных работ необходимо обеспечивать сохранность природного качества алмазов и минимальные потери руды в недрах.
    Решение сложных производственно-технических задач базируется на результатах комплексных научных исследований. Ведущей организацией выступает институт «Якутнипроалмаз», за которым закреплены функции генерального проектного и научно-исследовательского института. Кроме того, институт выполняет обширный объем работ, в том числе готовит обоснование стратегии развития алмазодобывающей промышленности на длительную перспективу – до 15 – 25 лет. Подземному способу добычи в этой стратегии отводится приоритетная роль. По заданиям института проводятся научно-исследовательские работы, необходимые для обоснования рекомендаций и регламентов проектирования. В числе смежников – «Гипроникель», ИПКОН РАН, ИГД СО РАН, МГГУ, НТЦ «НОВОТЭК», ЗАО «Геоэксперт», ОАО «Галургия» и др.
    Основным технологическим институтом является «Гипроникель», который для решения специальных разделов проекта привлекает ФГУП «Шахтспецстройпроект» (разработка проектов сооружения вертикальных стволов), НТЦ «НОВОТЭК» (технология защиты горных работ от затопления), ВНИМИ (геомеханические обоснования).
    Основные технологические регламенты и проекты в обязательном порядке проходят экспертизу на промышленную и экологическую безопасность, соблюдение требований федерального законодательства в сфере охраны недр, а затем направляются на согласование в надзорные органы.
    В соответствии с планом компании «АЛРОСА» до 2015 года должны быть построены и выведены на проектную мощность подземные рудники «Интернациональный», «Мир», «Айхал» и «Удачный». Вовлекаемые в подземную отработку кимберлитовые месторождения имеют ряд общих особенностей, но каждое из них несет индивидуальные отличия, которые необходимо учитывать при выборе методов отработки.
    Месторождение трубки «Интернациональная», открытое в 1969 году, имеет незначительные размеры горизонтального сечения. На глубинах 600 – 800 м его площадь составляет 4000 – 5000 м2. Верхняя часть трубки отработана открытым способом до глубины 286 м.
    Подготовительные работы к строительству подземного рудника начаты здесь в 1976 году. Проект разрабатывал институт «Гипроцветмет». Были рассмотрены возможности отработки запасов до глубины 960 м. Вскрытие предполагалось осуществить тремя стволами, проветривание рудника – по фланговой схеме, а очистная выемка – вариантами систем блокового обрушения. Затем «Гипроцветмет» пересмотрел основные решения. Был отменен третий (вспомогательный) ствол, принята слоевая система разработки с мелкошпуровой отбойкой и с твердеющей закладкой. Запасы руды в интервале глубин от дна карьера (286 м) до абсолютной отметки минус 200 м (600 м), расположенные в зоне влияния водоносного горизонта, оставлены во временном целике. В первую очередь предполагалось вскрыть и отработать запасы V горизонта.
    Строительство рудника, в силу различных обстоятельств, затянулось. Пуск первой очереди состоялся только в августе 1999 года.
    В настоящее время месторождение вскрыто двумя вертикальными стволами (скиповым и клетевым), пройденными на глубину 1025 и 1075 м. Проходка осуществлена по проекту ПК треста «Шахтспецстрой» с применением искусственного замораживания пород водоносного комплекса. Крепление стволов осуществлено чугунными тюбингами. В пределах водоносного горизонта применялся передовой бетон. Между бетоном и тюбингами уложен изолирующий экран из полимерной пленки толщиной 2 мм.
    Из-за длительного строительства стволов и связанными с этим нарушениями теплового режима произошло растепление грунтов, вмещающих устьевые части стволов и служащих основанием для свайных фундаментов копров. Так, на клетевом стволе радиус растепления составил более 10 – 12 м от центра. Плюсовые температуры зафиксированы на глубине более 70 м. Для обеспечения устойчивости устьевой части клетевого ствола и фундаментов башенного копра специалистами «Якутнипроалмаз» и Института горного дела Севера СО РАН разработана защищенная патентом технология поддержания грунтов в устойчивом состоянии. Приняты соответствующие решения и для скипового ствола.
    На период пуска первой очереди рудника на VI и V горизонтах были пройдены выработки и камеры околоствольных дворов, квершлаги, кольцевой откаточный, дренажный и вентиляционно-закладочный штреки.
    При проведении вскрывающих и подготовительных выработок использовались буровзрывной (по карбонатным породам) и комбайновый (по каменной соли) способы проходки. Погрузка породы осуществлялась машинами, а ее доставка к местам разгрузки – ковшевыми машинами или самоходными вагонами.
    В процессе строительства первой очереди рудника «Интернациональный» специалистами Мирнинского шахтостроительного управления проведены уникальные по сложности работы по поиску и ликвидации незатампонированных геологоразведочных скважин. Их стволы могли стать каналами для поступления рассолов водоносного комплекса в растворимые пласты каменной соли и в очистные выработки. По расчетам, приток рассолов через одну скважину мог составить до 200 – 300 м3/час, что способно привести к растворению солей, образованию карстовых пустот и, возможно, к затоплению рудника. В проекте, выполненном НТЦ «НОВОТЭК», было предусмотрено применение геофизических методов поиска стволов скважин. По заданию компании были изготовлены специальные георадары. Их применение позволило повысить качество работ и сократить сроки реализации проекта.
    При поиске и ликвидации скважин на горизонте минус 265 м были проведены гидрогеологические исследования. Они позволили получить фактические фильтрационные характеристики приконтактной зоны, пересчитать размеры предохранительного целика и перенести границы зоны безопасного ведения горных работ на абсолютную отметку минус 190 м. Это дало возможность перевести в разряд активных более 70 м рудного тела, что немаловажно при сложившейся ситуации с сырьевой базой.
    В соответствии с проектом «Гипроникеля» очистные горные работы при отработке запасов VI горизонта ведутся в опытно-экспериментальном режиме. На руднике «Интернациональный» впервые в мире при разработке рудных, в том числе и алмазоносных месторождений, применена комбайновая выемка руды. В настоящее время в работе находятся два комбайна типа АМ-75 фирмы «Тамрок Фест-Альпине» (Австрия). При этом второй комбайн изготовлен по техническим требованиям института «Якутнипроалмаз» и АК «АЛРОСА». У него изменены конструкция исполнительного органа, скорость вращения режущей головки, схема расстановки резцов, их количество и типоразмеры. Сравнительные испытания комбайного и мелкошпурового способов отбойки руды показали, что при комбайновой выемке обеспечивается более высокая степень сохранности природного качества алмазов и повышение стоимости извлекаемой продукции из 1 т кимберлита.
    Очистная выемка ведется в слоях высотой до 5 – 5,25 м. Ширина очистных заходок зависит от устойчивости рудной потолочины и составляет 5 – 7 м. В опытном блоке организованы регулярные геомеханические исследования деформационных процессов, протекающих в рудной толще. Этот мониторинг позволил вести очистные работы в опытном режиме без осложнений.
    В середине 2002 года завершатся строительно-монтажные работы на объектах второй очереди рудника. Вступят в эксплуатацию комплекс скипового ствола и постоянная установка главного проветривания, что позволит обеспечить добычу руды и выдачу ее на поверхность в проектных объемах. В текущем году предусмотрено приобрести два комбайновых комплекса. В то же время специалистам «Интернационального» совместно с институтом «Якутнипроалмаз» и ИГД СО РАН предстоит решить задачи по размещению трех комбайновых комплексов на весьма ограниченном участке рудного тела.
    Одним из сложнейших процессов в технологии добычи кимберлитовой руды является погашение выработанного пространства. Проектом предусмотрено использование твердеющей закладки, приготовленной из местных материалов. Однако из-за ошибок, допущенных на стадии проектирования, до сих пор не обеспечена подача в рудник смеси требуемого качества. Это ведет к срыву графиков отработки очистных забоев. Поэтому первостепенная задача сейчас – создать технологию приготовления твердеющей смеси, которая имела бы требуемые характеристики и обеспечивала снижение себестоимости закладочных работ.
    В 2003 году рудник «Интернациональный» выйдет на проектную мощность. Однако запасы уже вскрытых VI – IV горизонтов и вскрываемых в настоящее время VIII – VI горизонтов будут отработаны достаточно быстро – за 6 – 7 лет. В связи с этим проводятся работы по обоснованию дальнейшей отработки запасов месторождения.
    Один из вариантов предусматривает отработку запасов I-IV горизонтов. Здесь придется решать сложные инженерно-технические задачи. В частности, ожидаемые объемы откачки рассолов могут составить до 1000 м3/час. Другой вариант – отработка запасов ниже VIII горизонта, которые разведаны по категории С2. Требуется их доразведка, оценка и утверждение в установленном порядке. Дальнейшее развитие рудника будет определено после технико-экономического сравнения этих вариантов.
    Подземный рудник «Мир» будет создан на месторождении, которое отрабатывается открытым способом с 1956 года. В мае 2001 года при достижении карьером глубины 525 м открытые работы были завершены. Выработанное пространство имеет форму усеченного конуса с радиусом на поверхности более 500 м, на дне – 70 – 80 м. Генеральный угол наклона борта более 450, высота уступов – до 45 м. В процессе отработки месторождения на глубинах 300 – 450 м был вскрыт водоносный комплекс, который давал притоки 1100 – 1300 м3/час со значительным выделением сероводорода.
    Специалистами института «Якутнипроалмаз» и НТЦ «НОВОТЭК» была предложена технология так называемой «сухой» консервации карьера «Мир». В случае отключения системы карьерного водоотлива неизбежно произойдет его затопление. Через 7 – 8 лет уровень воды в карьере может достичь гидростатического (глубина водоема более 350 м, объем около 70 млн. м3). В такой ситуации требуется создание безопасных условий при отработке нижерасположенных запасов и охранного рудного целика мощностью не менее 100 м, в котором сосредоточено 25 % разведанных запасов. Даже частичная их выемка будет возможна только после удаления воды из карьера. В связи с этим технология «сухой» консервации, в первую очередь, направлена на создание условий, обеспечивающих безопасную отработку запасов подкарьерного целика.
    В настоящее время началась реализации этого проекта. Проведена частичная отсыпка грунтовой насыпи на дне карьера высотой более 20 м. Ведется проходка водоотводящей штольни, начато бурение водоподъемных скважин с бермы. Проектом предусмотрено соорудить в нижней части карьера противофильтрационный экран, который позволит направить поступающие в карьер воды в отводящую штольню, а затем откачать их погружными насосами, размещенными в водоподъемных скважинах. «Сухую» консервацию карьера «Мир» предусматривается завершить в 2003 году.
    Институтом «Гипроникель» разработан проект вскрытия и подземной отработки запасов этого месторождения, получивший положительную оценку специалистов компании. Основные технические решения сводятся к следующему. Вскрытие производится двумя вертикальными стволами на глубину 1-й очереди. Проходку стволов планируется вести с применением замораживания пород, при этом, в отличие от рудника «Интернациональный», режимы замораживания будут более жесткими. Соответственно, увеличится продолжительность работ. Крепление стволов до подошвы водоносного горизонта будет производиться чугунными тюбингами. Предусмотрена система разработки горизонтальными слоями с комбайновой выемкой и твердеющей закладкой.
    В оставшееся до пуска рудника время предстоит решить ряд сложных в техническом отношении задач, среди которых наиболее ответственная – создание эффективной технологии закладочных работ.
    Кимберлитовая трубка «Айхал» представляет собой сплюснуто-трубчатое тело. До начала отработки месторождения его протяженность на поверхности составляла: по длинной оси 510 м, по короткой – от 50 м до 120 м. На глубине 126 м единое рудное тело разделяется на два самостоятельных – юго-западное и северо-восточное. Последнее на глубине около 600 м также разделяется на два рудных столба.
    Отработка месторождения открытым способом завершена в конце 1997 года на глубине 320 м. Отметки дна карьера на юго-западном участке составили +235 м, на северо-восточном +195 м. При этом часть балансовых запасов была оставлена в северо-восточном борту карьера.
    В 1998 году создан опытно-промышленный подземный участок, преобразованный затем в подземный рудник «Айхал». Ставилась цель – провести опытно-промышленную проверку проектной технологии очистной выемки и создать работоспособный коллектив горняков. В настоящее время на руднике пройдена сеть вскрывающих выработок, обеспечивающих отработку запасов, расположенных в северо-восточном борту карьера. Ведется вскрытие подкарьерных запасов.
    В 2002 году запасы северо-восточного борта будут отработаны до отметки +200 м. В ходе работ выявлены отклонения от принятых в проекте горнотехнических условий разработки, которые повлияли на безопасность работ, а также значительно осложнили процесс выпуска руды из очистного пространства. При этом наблюдались случаи смерзания руды после взрыва, прорывы пульпообразной массы в буродоставочные выработки.
    В настоящее время ведутся работы по проходке двух наклонных стволов и вертикального вспомогательного ствола.
    Вскрытие рудного тела до отметки +100 м (по проекту «Гипроникеля») предполагается в 2003 году. С 2004 года подземный рудник «Айхал» должен выйти на проектную мощность.
    По заключению специалистов институтов «Гипроникель», «Якутнипроалмаз» и др., отработка подкарьерных запасов трубки «Айхал» должна проводиться системами с закладкой выработанного пространства. В отсутствие необходимой проектной документации на строительство комплекса, на руднике «Айхал» в течение 2003 – 2004 годов будут продолжены опытно-промышленные работы по отработке северо-восточного рудного тела системой подэтажного обрушения под обрушенными породами. Для этого необходимо определить способы и объемы принудительного обрушения вмещающих пород и разработать технологию удаления со дна карьера накопленных шламов, смываемых с бортов.
    На юго-западном рудном теле предусматривается произвести опытную проверку технологии отработки под вмещающими породами по техническим решениям МГГУ.
    Опыт отработки подкарьерных запасов трубки «Айхал» вариантами систем разработки с обрушением будет использован при выборе технологии очистных работ на подземном руднике «Удачный».
    Кимберлитовая трубка «Удачная» по объему разведанных запасов является одной из крупнейших на территории Западной Якутии. В карьере за годы эксплуатации добыто десятки миллионов тонн ценной руды. В настоящее время открытые горные работы ведутся на глубине, превышающей 500 м. Завершить их планируется в 2008 – 2010 годах при достижении карьером проектной глубины 600 м. Запасы, расположенные ниже дна карьера, разведаны до глубины 1400 м. В соответствии с ТЭО, разведанных запасов хватит для добычи подземным способом в течение 50 – 60 лет.
    В 2002 году по решению руководства компании «АЛРОСА» начата подготовка к строительству подземного рудника. Определены основные положения, которые будут рассмотрены в ТЭО инвестиций.
    Вскрытие месторождения предполагается осуществлять вертикальными стволами с двух площадок. На основной площадке будут расположены два ствола диаметром по 8 м, их глубина составит 1000 м. Один из стволов оснащается клетевым подъемом для доставки к месту работы людей, оборудования, материалов. Другой ствол – вентиляционный, кроме того, здесь будут проложены основные коммуникации. Через него будет осуществляться и подъем породы от проходки. На второй площадке расположится скиповой ствол для выдачи на поверхность всей рудной массы, а также отработанного воздуха.
    Первый шаг вскрытия ограничивается тремя этажами в пределах отметок минус 290 – минус 580 м. Отработка этих запасов займет не менее 20 лет, что вполне достаточно для строительства объектов второго шага вскрытия. Рудные тела Западное и Восточное вскрываются от стволов на горизонтах минус 380 м, минус 480 м и минус 580 м вентиляционными и транспортными квершлагами.
    Защита рудника от затопления, согласно проектным решениям НТЦ «НОВОТЭК», будет осуществляться путем сооружения на эксплуатационных горизонтах дренажных контуров.
    Весьма остро стоит вопрос водоподавления при проходке вертикальных стволов. В связи с тем, что рассолы имеют минерализацию 300 – 400 г/л, применение апробированного на руднике «Интернациональный» метода замораживания пород в условиях строительства «Удачного» эффекта не принесет. В качестве одного из вариантов рассматривается сочетание предварительного водопонижения и тампонажа материалами, способными противостоять агрессивному воздействию рассолов.
    Горно-геологические и природно-климатические условия месторождения трубки «Удачная» достаточного сложные. В мировой практике горного дела отсутствуют случаи, когда в подобных условиях пользовались системами разработки с массовым обрушением. Есть серьезные опасения, и это подтверждает опыт рудника «Айхал», что из-за смерзаемости и слеживаемости руды будет нарушен процесс выпуска, чем ухудшатся технико-экономические показатели рудника. А работы по ликвидации зависаний повысят их опасность.
    Для обеспечения эффективной и безопасной отработки месторождения трубки «Удачная» подземным способом необходимо в ближайшие 2 – 3 года решить ряд технических проблем. Наиболее важная из них – обоснование параметров технологии очистной выемки.