Сопоставление прогнозных и фактических изменений гидрогеологических условий в результате разработки Покровского золоторудного месторождения
logo1-color


Сопоставление прогнозных и фактических изменений гидрогеологических условий в результате разработки Покровского золоторудного месторождения

В результате обобщения натурных гидрогеологических, геофизических и гидрологических исследований, а также данных численного математического моделирования, обоснованы основные изменения условий формирования подземных вод на территории Покровского золоторудного месторождения на разных этапах его освоения и выполнено сопоставление фактических результатов эксплуатации дренажных систем с ранее проведенными прогнозными расчетами.

Ключевые слова: подземные воды, ресурсы подземных вод, численное математическое моделирование, Покровское золоторудное месторождение.

 

В настоящее время проблемы достоверности гидрогеологического прогнозирования в условиях коренной перестройки баланса подземных вод на участках разработки месторождений твердых полезных ископаемых стоят достаточно остро при обосновании схем отработки карьеров. В результате работы мощных систем законтурного осушения карьеров и внутрикарьерного водоотлива на крупных месторождениях полезных ископаемых происходит региональное снижение уровней подземных вод, что приводит к изменениям условий питания и разгрузки подземных вод. Основным методом решения прогнозных задач в таких условиях в настоящее время является численное математическое моделирование [1]. Методика решения прогнозных задач разработана достаточно детально, основные трудности при выполнении гидродинамических прогнозов методом моделирования возникают обычно на этапе обоснования геофильтрационных схем (схематизация структуры потока и граничных условий, выбор расчетных параметров). Причины неоправдавшихся прогнозов чаще всего кроются в несоответствии принятой расчетной схемы природной обстановке.

Критерием достоверности гидрогеологического прогноза является соответствие прогнозных уровенных и балансовых величин, полученных до начала разработки месторождения тем фактическим депрессионным воронкам, которые формируются в процессе полной отработки месторождения. Для выполнения такого сопоставления необходимы данные мониторинга за изменением гидрогеологических условий на разных этапах отработки месторождения полезного ископаемого. В качестве примера решения такой задачи - определения достоверности гидродинамического прогноза, в статье приведены результаты исследования изменений условий формирования подземных вод на территории Покровского золоторудного месторождения на разных этапах его освоения и данные прогнозного моделирования, выполненного на этапе проектирования разработки карьеров.

Покровское золоторудное месторождение расположено у южной границы Амурской области и приурочено к бассейну руч.Сергеевский. Месторождение представляет собой фрагмент сложно-построенной Тыгда-Улунгинской вулкано-тектонической структуры, представленной комплексами позднеюрских песчаников с прослоями алевролитов аякской свиты (J3аk2) и кайнозойских слаболитифицированных разнозернистых песков с линзами песчаных глин и гравия сазанковской свиты (N12-3sz). Эти комплексы прорваны раннемеловыми и позднеюрскими интрузивными образованиями, соответственно, буриндинского (δπ4K1b), верхнеамурского (δ2K1v) и магдагачинского (ξγπ3J3m) комплексов (рис1).

statia-11-ris-1

Само Покровское месторождение локализовано в зоне регионального разрыва в узлах его пересечения внутриблоковыми нарушениями северо-западного направления и состоит из комплекса пяти больших, преимущественно горизонтально залегающих рудных тел. Различаются две ярко выраженные зоны: Покровка 1, которая является главной зоной действующего производства, и Покровка-3, расположенная в 400 метрах к северо-востоку от Покровки-1.

Особенности формирования естественных ресурсов подземных вод в долине ручья Сергеевский определяются двумя основными факторами: неравномерностью развития трещиноватости и прерывистым распространением многолетней мерзлоты. Схема формирования ресурсов подземных вод в долине ручья Сергеевский разработана Сидоркиным В.В. [2] по результатам работ, выполненных ЗАО «ГИДЭК» в 1996-1998 г.г. для обоснования условий освоения Покровского золоторудного месторождения.

Согласно разработанной схеме в пределах рассматриваемой территории ресурсы подземных вод локализованы в трех основных типах коллекторов:

- Площади с относительно хорошо проницаемым разрезом, присущим непосредственно Покровскому рудному полю (отличающемуся наиболее интенсивной тектонической нарушенностью). Наиболее высокая обводненность трещиноватых гранитов характерна для участка Покровка-I, в пределах его промышленного контура. Этот локальный участок характеризуется высокими фильтрационными свойствами.

- Площади со слабопроницаемым разрезом. В локальных зонах трещиноватости безрудных гранитоидов водообильность низкая, что связано с кольматацией трещин и зон дробления глинистым материалом.

- Площади с хорошо проницаемым разрезом сазанковских отложений, развитых, в основном, на южном фланге рудного поля.

           Анализ изменения пористости коренных пород в пределах площади интенсивной трещиноватости по глубине показал, что верхняя часть разреза, для которой характерны минимальные значения пористости от 24-25%, по совокупности физико-механических показателей и водно-физических свойств, представлена корой выветривания (слабопроницаемые породы) мощность около 10 м. Далее в разрезе в зоне интенсивной трещиноватости могут быть выделены два условно самостоятельных горизонта:

- верхний интервал мощностью 40 м характеризуется значением водопроводимости около 80 м2/сутки (коэффициент фильтрации 2.0 м/сутки),

- нижний интервал мощностью 100 м) имеет значение коэффициента водопроводимости 100 м2/сутки (коэффициент фильтрации - 1 м/сутки).

         Выявленная закономерность ухудшения фильтрационных свойств с глубиной в зоне интенсивной трещиноватости подтверждается результатами пробных откачек из опытных водопонизительных скважин, выполненных в разных интервалах разреза Покровского месторождения - установлена достаточно четкая корреляционная зависимость между удельным дебитом (полученным при пробных откачках из скважин) и глубиной уровня подземных вод в период их опробования.

Наличие на месторождении тектонических разломов создало на его площади своеобразный гидродинамический режим подземных вод. По характеру снижения уровня подземных вод, которое наблюдалось при разведочном водопонижении, площади участков Покровка-3 и Покровка-1 можно объединить в единый гидрогеологический блок, в котором распространение депрессии при водопонижении ограничено тектоническими нарушениями (рис.2).

statia-11-ris-2

Питание подземных вод на всей территории месторождения осуществляется за счет атмосферных осадков, разгрузки подземных вод в долине ручья Сергеевский происходит в пойменных частях долины и надежно маркирована наледями и инъекционными льдами. В связи с промороженностью аллювиальных отложений (рис.1), непосредственная разгрузка подземных вод в русло реки происходит в локальных зонах, через талики.

Таким образом, площади с относительно хорошо проницаемым разрезом, отличающиеся наиболее интенсивной тектонической нарушенностью, по сравнению с окружающей их территорией, благоприятны для сосредоточения в них большей части ресурсов подземных вод Покровского месторождения [3]. По результатам гидрогеологических исследований для бассейна ручья Сергеевского характерны:

           - модуль подземного стока – 3.5 л/с· км2;

           - общая величина ресурсов подземных вод – 27.7 тыс.м3/сут;

        - величина ресурсов подземных вод в водосборе, замыкаемом южной (нижней по течению ручья Сергеевского) кромкой Покровского месторождения – 16.1 тыс.м3/сут.       

Гидрогеологическое обоснование возможностей разработки Покровского золоторудного месторождения было выполнено методом моделирования на специально разработанной геофильтрационной модели, основные элементы которой были обоснованы по результатам комплексных гидрогеологических исследований и приведены на рис.2.

Отдельно следует остановиться на степени обоснованности разработанной геофильтрационной модели. Калибровка модели была выполнена в процессе решения обратной стационарной задачи, в которой воспроизводились естественные условия и самое важное - при решении обратной нестационарной задачи, в которой воспроизводилось опытное водопонижение, продолжительностью 3.5 года, проведенное на Покровском месторождении из 11 скважин, каптировавших водоносную зону интенсивной трещиноватости кристаллических пород. В процессе водопонижения сформировалась достаточно обширная и глубокая воронка депрессии, понижение в центре которой к концу осушения достигло 58.6 м (скв. 869). Такое длительное и мощное возмущение по сути аналогично водопонижению, проектируемому для I очереди проведения горных работ на Покровском месторождениию. На численной модели, таким образом, воспроизводились условия нарушенного режима на первых этапах разработки и дренирования месторождения, когда все гидродинамические особенности водоносных комплексов проявляются наиболее контрастно.

Решение обратной задачи осуществлялось подбором соответствия натурных и расчетных графиков s-t для блоков, в которых располагаются наблюдательные скважины с достаточно полным циклом наблюдений. Кроме того, анализировалась уровенная поверхность на различных этапах водопонижения. Геофильтрационные параметры первого пласта были откалиброваны по начальным участкам кривых s-t, а второго пласта - по реакции 2-х скважин при t > 900 сут, когда депрессионная воронка в центральной части месторождения находилась уже во втором пласте.

            Кроме калибровки расчетной схемы по уровням подземных вод была выполнена калибровка по балансовым величинам. Соотношение площади наледных тел в бассейне ручья Сергеевский отражает соотношение натурных величин разгрузки подземных вод в пределах выделенных балансовых участков (наледь1- 35%, наледь 3- 45%, наледь 4- 20%). В результате решения обратной стационарной задачи было получено удовлетворительное расчетное соотношение Qр для трех балансовых участков, которое не противоречит соотношению площадей наледных тел 1, 3 и 4.

      Разработанная на основании общих характеристик мерзлотно-гидрогеологических условий территории Покровского золоторудного месторождения и откалиброванная в процессе решения серии обратных задач численная геофильтрационная модель бассейна ручья Сергеевского была использована для решения серии прогнозных задач при разработке проектной схемы водопонизительной системы на месторождении, применительно к производству горных работ в две очереди (ЗАО «ГИДЭК», 1998 г.).

Согласно ТЭО первая очередь включала строительство в течение 4 лет двух самостоятельных карьеров: Покровка-1 на рудном теле “Главном” и Покровка-3 на рудном теле “Молодежном” (рис.3). Эти карьеры намечено было пройти до горизонта 290 м. В последующие 4 года предусмотрено углубление этих карьеров до горизонта 270 м, а также проходка карьера Покровка-2 на рудном теле “Озерном” до горизонта 280 м. Вторая очередь ведения горных работ планировалась в пределах рудного тела “Главное”, максимальная глубина проектной отработки - около 130 м.

statia-11-ris-3

Результаты численного моделирования изменения гидрогеологических условий в пределах Покровского месторождения под воздействием водопонизительной системы при строительстве карьеров показали, что условия и схема дренажного водоотбора при отработке месторождения будут существенно меняться во времени по мере развития карьеров по площади и на глубину. При этом, вследствие уменьшения с глубиной степени трещиноватости пород и извлечения из карьеров наиболее интенсивно дезинтегрированных пород, эффективное осушение карьеров дренажными скважинами достижимо только в течение первых 5 лет строительства карьеров. Затем, при распространении депрессионной воронки в районе действия дренажных скважин на глубину более 50 м, в зону с низкими фильтрационными свойствами, такая водопонизительная система малоэффективна и целесообразно переходить к комбинированному водопонижению, с использованием законтурных дренажных скважин и внутрикарьерного водоотлива. При решении прогнозных задач было получено, что производительность комбинированного дренажа составит:

-          6,5 тыс.м3/сут при проходке «пионерных» карьеров,

-          5,0-5,5 тыс.м3/сут при отработке карьеров I-ой очереди,

-          4,1-4,8 тыс.м3/сут при отработке карьеров II-ой очереди.

Таким образом, отбор подземных вод в процессе отработки карьеров будет постепенно сокращаться от 6,5 до 4,1-4,8 тыс.м3/сут. При этом суммарный дебит дренажных скважин, как показывает прогнозное моделирование уменьшится с 6,5 тыс.м3/сут до 2,6 тыс.м3/сут.

Эксплуатация месторождения началась в 2000 году, на начальных этапах отработки карьеров Покровка-1 и Покровка-3 водопонизительная система состояла из скважин, которые использовались при проведении опытного водопонижения, затем часть скважин была ликвидирована ( 853, 869, 870, 876, 877) и пробурены новые в южной части карьера Покровка-1. Схема дренажа в процессе отработки карьеров менялась: в 2002 году она состояла из 5 дренажных скважин (7, 3, 852, 110, 111), в 2003 из 7 скважин (7, 851,110, 112, 115, 116, 117), в 2008 – тоже 7 скважин (7, 115, 116, 117,118, 119, 120).

В течение 10 лет эксплуатации комбинированной системы водопонижения на карьерах Покровском месторождении гидрогеологической службой ОАО «Покровский рудник» велись наблюдения за уровнями подземных вод в скважинах наблюдательной сети мониторинга и велся учет суммарного водоотбора дренажной системы карьеров 1 и 3. Результаты мониторинга позволяют, таким образом, провести сопоставление прогнозных и натурных условий эксплуатации водопонизительной системы на Покровском месторождении.

Суммарный водоотбор из дренажных скважин в процессе отработки карьера в течение 10 лет изменялось от 1,4 до 7,4 тыс. м3/сут (рис.4), причем в первые пять лет (первый этап отработки карьеров) он соответствовал прогнозной величине 5,5 тыс. м3/сут, а затем, по мере углубления карьеров и осушения коры выветривания, водопритоки сократились до 2,8 тыс. м3/сут. При этом средняя величина дренажного водоотлива за период 2001 - 2007 г.г., в течение которого глубина карьеров была доведена до 45 м, составила 3,3 тыс. м3/сут (рис.4.). Таким образом, сделанные на численной модели прогнозы водопритоков, нашли подтверждение при эксплуатации дренажной установки.      

На всех этапах отработки карьеров уровни подземных вод располагались ниже дна карьера (рис. 4.) (поскольку скважина 109 расположена за контуром карьера 3 уровень в ней выше, чем в остальных скважинах).

statia-11-ris-4

Обоснованная по результатам моделирования схема водопонижения на Покровском месторождении оправдала себя и, следовательно, использованные при её разработке принципы и приемы могут быть применены для обоснования водопонизительной системы на других золоторудных месторождениях Амурской области.                  

Кроме того, полученные при анализе опыта эксплуатации дренажной системы на Покровском месторожденн данные позволят оценить водопритоки в карьеры других месторождений методом гидрогеологической аналогии.

Анализ опыта эксплуатации водопонизительной системы на Покровском золоторудном месторождении показал, что геофильтрационная схема, на базе которой было выполнено прогнозное моделирование работы дренажа, достаточно полно соответствует природной обстановке территории золоторудного месторождения. Это объясняется тем, что удалось выполнить калибровку модели по данным мониторинга под­земных вод, проведенного на первых стадиях освоения месторождения, когда геофильтрационные параметры чувствительны к резкому изменению уровней подземных вод [1]. Кроме того, детальное изучение естественных ресурсов подземных вод (условий питания и разгрузки подземных вод) было проведено не только в пределах собственно рудного поля, но и по всей области формирования дренажных вод, что позволило повысить степень обоснованности геофильтрационной схемы и выполненных на ней прогнозных расчетов.

 

Литература:

  1. Мироненко В.А., Румынин В.Г., Учаев В.К. Охрана подземных вод в горнодобывающих районах//Недра, 1980.
  2. Сидоркин В.В. Особенности формирования эксплуатационных ресурсов подземных вод и методики их разведки в пределах Станового криогенного гидрогеологического массива (на примере района г.Тынды)// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. – Москва, 1992.
  3. Язвин Л.С., Сидоркин В.В., Олиферова О.А., Сорокина А.Т. Оценка обеспеченности населения Амурской области ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения// Разведка и охрана недр. №10, М. 2003.