Жоғары қысымды су ағындарымен кен қазу техникасы

Кіріспе

Тау-кен өндірісі әдісі, минералдарды жоғары қысымды су ағындарымен қазу

Гидравликалық тау-кен өндірісі – тау-кен материалдарын немесе шөгінділерді жылжыту үшін жоғары қысымды су ағындары қолданылатын тау-кен өндірісінің бір түрі. Алтын немесе қалайының аллювиалды өндірісінде пайда болатын су-шөгінді қоспасы алтынды бөліп алу үшін шлюздік жәшіктер арқылы бағытталады. Ол сондай-ақ каолин мен көмір өндірісінде де қолданылады. Гидравликалық тау-кен өндірісінің бастауы ежелгі римдіктердің жұмсақ жер асты шөгінділерін қазу үшін суды пайдалану тәсілдеріне саяды. "Монитор" деп аталатын сопло арқылы қысыммен шығарылатын су ағындары қолданылатын оның қазіргі түрі 1850 жылдары АҚШ-та Калифорния алтын асыру кезінде пайда болды. Алтынға бай минералдарды өндіруде сәтті болғанымен, осы процестің кеңінен қолданылуы су тасқыны мен эрозияның күшеюі, су арналарын тоғыту және егістік жерлерді шөгіндімен жабу сияқты қоршаған ортаға кең ауқымды зиян келтірді. Осы мәселелер оны заңмен реттеуге алып келді. Гидравликалық тау-кен өндірісі әлемнің әртүрлі аймақтарында түрлі формаларда қолданылған.

Жер астындағы құлып

Гидравликалық тау-кен өндірісінің алғы күші – жер астындағы шұңқырларды құлыптау тәсілі болды, оның бір түрі «құрып алу» деп те аталады, онда судың беттік ағындары алтынға толы қиыршық тастарды ыдырататын. Бұл әдіс б.з.б. және б.з. бірінші ғасырларда римдік кеншілермен аллювиумды ериту үшін қолданылған. Римдіктер Испанияның Лас-Медулас және Ұлыбританияның Долаукоти жерлерінде жер асты суару арқылы артық жыныстарды және алтын бар қалдықтарды алып тастады. Бұл тәсіл сондай-ақ Елизавета дәуірінде Англия мен Уэльсте (сирек жағдайларда Шотландияда) қорғасын, қалайы және мыс кен орындарын игеру үшін қолданылды. Рим империясы Еуропаны қарқынды түрде кеңейтіп жатқан б.з.б. және б.з. бірінші ғасырларда римдік инженерлер суды кең ауқымда пайдаланды. Кейін «судың құйылуы» деп аталған тәсілді қолданып, римдіктер кен өндірілетін аймақтың үстіндегі су қоймасына үлкен көлемде су жинап, одан кейін жылдам босатып жіберді. Нәтижесінде пайда болған су толқыны артық жыныстарды алып тастап, тау жыныстарын ашыққа шығарды. Тау жыныстарындағы алтын кендері әртүрлі әдістермен өңделді, ал қалдықтарды жою үшін тағы да су қуаты қолданылды. Лас-Медулас және оның төңірегіндегі қалдықтар бай аллювиалды алтын кен орындарының гидравликалық өңделуінен туындаған алып ауқымды шөл далалық ландшафтыны көрсетеді. Лас-Медулас қазір ЮНЕСКО-ның Дүниежүзілік мұрасы тізіміне енген. Бұл жерде 48 шақырымға дейін жететін кем дегенде жеті үлкен су құбырының қалдықтары сақталған. Алтын өндіру операцияларын Плиний Ескісі біздің заманымыздың бірінші ғасырында жарық көрген «Табиғи тарих» атты еңбегінде егжей-тегжейлі сипаттаған. Плиний 70-ші жылдары Hispania Terraconensis-те прокуратор болып қызмет еткен және осы операциялардың куәсі болған. «Құрып алу» тәсілінің қолданылуы Ұлыбританиядағы жалғыз римдік алтын кені – Долаукотидегі археологиялық зерттеулермен расталған.

Калифорниядағы алтынға шабу

Гидравликалық тау-кен жұмыстарының қазіргі заманғы түрі – суды өте жоғары қысыммен шлангтар мен сораптар арқылы алтынға бай жоғарыдағы палеогравелдерге бағыттап, су ағынымен жуу. Алғаш рет Эдвард Маттесон 1853 жылы Калифорния алтын асыру кезінде Калифорнияның Невада қаласының жанында осы әдісті қолданған. Мэттесон бастапқыда кенептен жасалған шлангтарды пайдаланған, бірақ 1860 жылдары олар кринолин шлангісімен алмастырылды. Калифорнияда гидравликалық тау-кен жұмыстары үшін су көбінесе биік жерлерден алынып, ұзақ қашықтықтарға жеткізіліп, кен өндірілетін аймақтан бірнеше жүз метр биіктікте орналасқан жинақтағыш тоғандарға құйылды. Калифорниядағы гидравликалық тау-кен өндірісі шағыл кен орындарын игерді, бұл оны плацерлік тау-кен өндірісінің бір түріне айналдырды. Калифорниядағы алғашқы кеншілер қанша көп шағыл өңделсе, сонша көп алтын табылуы мүмкін екенін анықтады. Қазандықтар, шлюздер, ұзын томдар мен рокерлермен жұмыс істеудің орнына, кеншілер үлкен көлемдегі шағылды жылдам өңдеудің жолдарын іздестірді. Гидравликалық тау-кен өндірісі плацерлік тау-кен өндірісінің ең ірі және ең зиянды түріне айналды. Су үлкен кенеп шлангі арқылы тарылатын арнаға бағытталды, содан кейін алып темір сораптан, "монитор" деп аталатын құбырдан шығарылды. Өте жоғары қысыммен шағылған су ағыны бүкіл төбелерді үлкен шлюздер арқылы жуу үшін қолданылды. 1860 жылдардың басында гидравликалық тау-кен өндірісінің өркендеу кезеңінде, шағын плацерлік тау-кен өндірісі бай беткі плацерлерді көптеп таусып, тау-кен өнеркәсібі қатты тасқа (Калифорнияда кварц тау-кен өндірісі деп аталды) немесе гидравликалық тау-кен өндірісіне көшті, бұл үшін ірі ұйымдар мен көп капитал қажет болды. 1880 жылдардың ортасына қарай гидравликалық тау-кен өндірісі арқылы 11 миллион унция алтын (2006 жылдың ортасындағы баға бойынша шамамен 7,5 миллиард АҚШ доллары) өндірілген деп есептеледі.

Қоршаған ортаға әсері

Мемлекетке миллиондаған доллар салық түсімдерін әкеліп, тау-кеншілердің үлкен тобын жұмыспен қамтамасыз еткенімен, гидравликалық кен өндіріс Калифорниядағы су жағалауының табиғи ортасына және ауыл шаруашылығы жүйелеріне қатты зиян келтірді. Миллиондаған тонна жер мен су Сакраменто аңғарына құятын өзендерді қоректендіретін тау өзендеріне жеткізілді. Өзендер салыстырмалы түрде жазық аңғарға жеткен соң, судың жылдамдығы баяулады, өзендер кеңейді және шөгінділер су тасқыны мен өзен төсектеріне жиналды, олардың көтерілуіне, жаңа арналарға бұрылуына және жағалауларды толуына себеп болды, әсіресе көктемде қар еріген кезде үлкен су тасқыны туды. Сакраменто аңғарындағы қалалар мен елді мекендердегі су тасқыны жиіледі, ал өзендердің көтерілуі кеме жүруді қиындатты. Мүмкін, Мэрисвилл сияқты ешбір қала алтын өндірудің пайдасын да, зиянын да соншалықты сезінген жоқ. Юба және Федер өзендерінің қосылатын жерінде орналасқан Мэрисвилл, солтүстік төбелерге бақыт іздеуге бет алған кеншілер үшін соңғы "аттап басу" орны болды. Сан-Францискодан кеншілер мен жабдықтарды тасымалдаған бу кемелері Сакраменто өзенімен, содан кейін Федер өзенімен Мэрисвиллге дейін жүзіп, жолаушыларын және жүктерін түсірді. Мэрисвилл қаланы су тасқыны мен шөгінділерден қорғау үшін күрделі бөгеттер жүйесін салды. Гидравликалық кен өндіріс Мэрисвиллдегі су тасқыны мәселесін ушықтырды және Федер өзенінің суын соншалықты лайландырды, тіпті бірнеше бу кемелері ғана Сакраментодан Мэрисвилл портына жүзе алды. Осы жұмыстардың нәтижесінде қалған шөгінділер Мэрисвилл маңында орналасқан Юба алтын кен орындарындағы кен өндірушілердің су сорғыштарымен қайта өңделді. Гидравликалық кен өндіріс салдарынан пайда болған керемет эрозияланған ландшафты Калифорния штатының Невада округіндегі Малакофф Диггинс мемлекеттік тарихи паркінде көруге болады. Сан-Франциско шығанағы алтын іздеу кезеңінде ластанушы қосалқы өнімдерді шығару орталығына айналды. Гидравликалық кен өндіріс "сликендер" деп аталатын улы қалдықтарды қалдырды, олар Сиерра тауларынан Сакраменто өзені арқылы Сан-Франциско шығанағына ағып кірді. Сликендерлердің құрамында сынап сияқты зиянды металдар бар болды. Осы кезеңде өнеркәсіптік кен өндірісі Сакраменто өзеніне 1,5 миллиард куб метр улы сликендерді жіберді. Калифорнияның су артериялары арқылы таралған сликендер жергілікті экожүйелер мен су жолдарына улану әкелді. Жақын жердегі егістік жерлер ластанды, бұл гидравликалық кен өндіріске қарсы саяси наразылықтарға себеп болды. Сликендер Сакраменто өзені арқылы ағып, Сан-Франциско шығанағына жетті. Қазіргі уақытта Сан-Франциско шығанағы сынаппен қауіпті түрде ластанған күйде қалып отыр. Сарапшылардың пікірінше, шығанақтың өзінен сынапты табиғи жолмен шығаруға тағы бір ғасыр уақыт қажет болады.

While generating millions of dollars in tax revenues for the state and supporting a large population of miners in the mountains, hydraulic mining had a devastating effect on riparian natural environment and agricultural systems in California. Millions of tons of earth and water were delivered to mountain streams that fed rivers flowing into the Sacramento Valley. Once the rivers reached the relatively flat valley, the water slowed, the rivers widened, and the sediment was deposited in the floodplains and river beds causing them to rise, shift to new channels, and overflow their banks, causing major flooding, especially during the spring melt. Cities and towns in the Sacramento Valley experienced an increasing number of devastating floods, while the rising riverbeds made navigation on the rivers increasingly difficult. Perhaps no other city experienced the boon and the bane of gold mining as much as Marysville. Situated at the confluence of the Yuba and Feather rivers, Marysville was the final "jumping off" point for miners heading to the northern foothills to seek their fortune. Steamboats from San Francisco, carrying miners and supplies, navigated up the Sacramento River, then the Feather River to Marysville where they would unload their passengers and cargo. Marysville eventually constructed a complex levee system to protect the city from floods and sediment. Hydraulic mining greatly exacerbated the problem of flooding in Marysville and shoaled the waters of the Feather River so severely that few steamboats could navigate from Sacramento to the Marysville docks. The sediment left by such efforts were reprocessed by mining dredges at the Yuba Goldfields, located near Marysville. The spectacular eroded landscape left at the site of hydraulic mining can be viewed at Malakoff Diggins State Historic Park in Nevada County, California. The San Francisco Bay became an outlet for polluting byproducts during the Gold Rush. Hydraulic mining left a trail of toxic waste, called "slickens," that flowed from mine sites in the Sierras through the Sacramento River and into the San Francisco Bay. The slickens would contain harmful metals such as mercury. During this period, the industrial mining industry released 1.5 billion yards of toxic slickens into the Sacramento River. As the slickens traveled through California's water arteries, it deposited its toxins into local ecosystems and waterways. Nearby farmland became contaminated, which led to political pushback against the use of hydraulic mining. The slickens flowed through the Sacramento River before depositing itself into the San Francisco Bay. Currently, the San Francisco Bay remains dangerously contaminated with mercury. Estimates suggest that it will be another century before the Bay naturally removes the mercury from its system.

Сот ісінің маңызды ісі

Сакраменто аңғарындағы егістік жерлердің кең аумақтары кен шөгінділерімен тереңге көмілді. Су тасқынынан жиі зардап шеккен шаруалар гидравликалық кен қазуды тоқтатуды талап етті. Шахташылар мен фермерлердің ең белгілі заңдық дауы кезінде фермерлер гидравликалық кен өндіру операцияларын сотқа берді, және Вудраффқа қарсы Норт Блумфилд кен және құм компаниясы жөніндегі маңызды іс Сан-Францискодағы АҚШ округтік сотына жетті, онда судья Лоренцо Сойер 1884 жылдың 7 қаңтарында фермерлердің пайдасына шешім шығарды және гидравликалық кен қазуды шектеді, оны "қоғамдық және жеке зиянды" деп жариялады және оның жүзуге жарамды ағын суларға құятын өзендер мен салалардағы жұмысын тоқтатуға бұйырды. 1893 жылдан кейін, АҚШ Конгресі Каминетти заңын қабылдағаннан кейін, гидравликалық кен қазу қайта басталды, бұл лицензияланған кен операцияларын тұнбаларды ұстап тұратын құрылымдар салынған жағдайда рұқсат етті. Бұл шөп және бұталардан жасалған бөгеттердің үстіндегі операцияларға әкелді. 1891 жылғы су тасқыны су жеткізуге арналған гидравликалық кен өндіру инфрақұрылымының көп бөлігін қиратты, сондықтан кен өндірудің бұл кезеңі Калифорнияда әлдеқайда кішкентай масштабта жүргізілді.

Калифорниядан тыс

Көбінесе Калифорниямен байланысты болғанымен, технология Орегонға (Джексонвилл, 1856 ж.), Колорадоға (Клеар Крик, Централ Сити және Брекенридж, 1860 ж.), Монтанаға (Баннак, 1865 ж.), Аризонаға (Линкс Крик, 1868 ж.), Айдахоға (Айдахо Сити, 1863 ж.), Оңтүстік Дакотаға (Дедвуд, 1876 ж.), Аляскаға (Фейрбанкс, 1920 ж.), Британдық Колумбияға (Канада) және шетелдерге кеңінен экспортталды. Ол Дахлонегада, Грузия штатында кеңінен қолданылды және дамып келе жатқан елдерде осы күнгі күнге дейін қолданылып келеді, көбінесе қоршаған ортаға қатты зиян келтіреді. Осы тау-кен өндірісі әдісінің салдарынан Эдвин Картер, "Жылқы шатырынан қараған натуралист" деп аталған, 1875-1900 жылдар аралығында АҚШ-тың Колорадо штатындағы Брекенридж қаласында тау-кен өндірісінен жабайы табиғат үлгілерін жинауға көшкен. Гидравликалық тау-кен өндірісі Австралиядағы алтын ашу кезінде қолданылған, онда ол гидравликалық шлюз деп аталған. Виктория штатындағы Омео маңындағы Ориенталдық учаскелері осы әдіс қолданылған ерекше орындардың бірі болды, ол 1850-жылдардан 1900-жылдардың басына дейін қолданылды және оның зиянды әсерлерінің көптеген дәлелдері бүгінге дейін көрініп тұр. Гидравликалық тау-кен өндірісі 1860 жылдары Жаңа Зеландияның Оңтүстік аралында болған Орталық Отаго алтын ашу кезінде кеңінен қолданылды, онда ол шлюз ретінде де белгілі болды. 1870-жылдардан бастап гидравликалық тау-кен өндірісі Малай түбегіндегі аллювиалды қалайы өндірісінің маңызды бөлігіне айналды. Бұрын Флорида штатының Полк округінде фосфатты тау жыныстарын өндіру үшін гидравликалық әдіс қолданылған.

Қазіргі қолданысы

Гидравликалық тау-кен өндірісіне қоса, гидравликалық қазба әдісі көбінесе төбелерді бұзу үшін қолданылады. Мысалы, Сиэтлдегі Денни Реграде жобасының көп бөлігі гидравликалық қазба арқылы іске асырылды. Гидравликалық тау-кен өндірісі – Англияның оңтүстік-батысындағы Корнуолл және Девон аймақтарында каолинит сазды өндірудің басты жолы. Египет Суэц каналындағы Бар-Лев сызығының құмды қабырғасын бұзу үшін гидравликалық қазба әдістерін қолданды, Бадр операциясы (1973) Йом-Киппур соғысын басталды.

Рэнд алтын кен орындары

Оңтүстік Африканың алтын кен орындарында 1977 жылдан бері "East Rand Gold and Uranium Company" (ERGO) деп аталатын алтын қалдықтарын қайта өңдеу орналысы жұмыс істеп келеді. Орналыста гидравликалық мониторлар қолданылып, ескі (соның салдарынан бай) қалдық алаптарынан шлам жасалады және ол концентрация зауытына қашыққа айдалып жіберіледі. Орналыс ай сайын шамамен 2 миллион тонна қалдық өңдейді, өңдеу құны 3 АҚШ долларынан төмен (2013 ж.). Алтын тек 0,20 г/т мөлшерінде алынады, бірақ төмен өнім өңдеудің өте төмен құнымен толық өтеледі, алтын алу үшін қауіпті немесе қымбат кен өндіру немесе ұнтақтау қажет емес. Нәтижедегі шламдар құрылыс аймақтарынан алысқа соғылып, бұрын қалдықтармен жабылған, коммерциялық құнды аймақтарға жақын жерлерді экономикалық дамытуға мүмкіндік береді. Йоханнесбург маңындағы сары түсті тарихи кен орындары қазір сирек кездеседі, оларды тек ескі суреттерде ғана көруге болады. Уран мен пирит (көк күкірт қышқылы өндірісі үшін) да тиімді экономикалық жағдайларда процестік ағыннан қосымша өнім ретінде алуға болады.

Жер асты гидравликалық кен өндіру

Жоғары қысымды су ағындары көмірді жер астынан қазу кезінде де қолданылады, көмір қабатын қирату және пайда болған көмір суспензиясын жинау орнына дейін жуу үшін.