ИЗ ИСТОРИИ РАЗРАБОТКИ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
Алмазы... Казалось бы, что эти сверкающие драгоценные камни, вокруг которых сложилось множество легенд, можно найти и добывать лишь в самых экзотических и малодоступных районах Земли (в Южной Африке, Индии, Якутии). А тут вдруг — рядом, в Архангельской области. Первые скупые сведения об открытии месторождений алмазов под Архангельском появились в печати в 1985 году. И вот новая сенсация: в апреле 1999 года газеты сообщили, что идет подготовка к освоению одного из крупнейших архангельских месторождений — Ломоносовского.
Надо сказать, что поиск алмазных месторождений начался здесь давно. Уже в середине 80-х годов близ Архангельска работало несколько геологоразведочных экспедиций из разных городов страны. Будучи специалистом в области геофизических исследований скважин, я несколько раз выезжал туда для проведения специальных измерений и многое видел своими глазами. Поэтому хотелось бы подробнее рассказать об особой «экзотике» этой северной территории, о чисто российских трудностях, которые мешают начать разработки по крайней мере уже десяток лет.
КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ
Впервые я попал на месторождение алмазов в середине 80-х годов; добраться от Архангельска до места работы можно было только вертолетом. Большая болотистая поляна среди вековых елей превращена в посадочную площадку. Много ли вертолету надо? Квадрат из бревен, засыпанный твердым грунтом. Неподалеку от поляны с десяток маленьких разнокалиберных деревянных домиков и несколько вездеходов.
С утра до вечера жужжат над поляной вертолеты. Они связывают главный поселок геологов — Поморье с Архангельском (до него около ста километров) и с отдаленными отрядами экспедиций. В Поморье десятка полтора двухэтажных деревянных домов и около тридцати одноэтажных. Второй поселок — в восьми километрах. К нему ведет хорошая грунтовая дорога среди никогда не рубленного соснового леса, стоящего на более высоких песчаных участках, или елового, прижимающегося к сырым заболоченным местам. Поселок Поморье — центр экспедиций — расположился на берегу таежной, с заболоченными берегами речки Золотица. В поселке трубы водопровода и отопления идут в утепленных коробах над землей. Грунтовая вода неглубоко, рядом. Возле некоторых домов застекленные парники с печным отоплением. Электричество свое — от дизельной. В поселке есть полная средняя школа. Нехитрая служба быта — пекарня, столовая, два магазина, баня, гостиница, общежитие, дизельная, котельная и насосная станции; здесь же небольшая обогатительная фабрика и управление двух экспедиций. Естественно, у каждой из них своя база техники. Хозяин второго поселка — ленинградская экспедиция. Здесь за дорогой следят лучше. Своя столовая (в ней кормят вкуснее, чем в Поморье), магазин, баня, база техники, геофизическая партия и центр управления. Связь по рации, как и в Поморье. Километрах в трех вдоль дороги вырублен лес для посадочной полосы будущего аэродрома. Немного далее у дороги стоит лесопилка. Между поселками и местами работы бригад регулярно курсируют вахтовые машины.
Леса в этих краях еще сохранили свое былое богатство. Едущие на вездеходе берут ружье: на дороге может попасться глухарь. Здесь много лосей; волки зимой могут увести из поселка собаку; в реке водится хариус. Лес изобилует грибами и ягодами. И алмазные трубки — в нескольких километрах от поселков. Таким я все это увидел в самый расцвет работы экспедиций — в середине восьмидесятых годов.
Последний мой приезд состоялся в середине девяностых годов. Теперь уже вертолеты не летают. От двухэтажной деревянной гостиницы в Архангельске по понедельникам утром отходит «вахтовка» в Поморье. Первые десять километров едем по асфальту, далее переправляемся по старому понтонному мосту через реку. А рядом на обоих берегах вот уже более восьми лет стоят опоры недостроенного моста. К ним подходит просека с начатой отсыпкой дороги. Здесь должно было пройти современное шоссе к новому городу алмазодобытчиков. «Вахтовка» — тяжелая трехосная машина с железным кузовом и автобусными сиденьями, типичный транспорт для плохих дорог, рессоры жесткие, поэтому по разбитой лесовозами дороге машина с людьми ползет медленно. Через два часа традиционный десятиминутный «перекур» на полпути у озера. И снова два часа изматывающей дороги. Половина пассажиров — женщины с сумками, возвращающиеся из Архангельска после закупок.
Наконец основная лесовозная дорога ушла в сторону, и машина побежала быстрее. Вскоре показался молодой соснячок — заросшая полоса так и не построенного аэродрома. Сюда в сентябре ездят за грибами. Здесь растут крепчайшие крупные сосновые рыжики, а рядом в распадке — подосиновики. Еще через три километра полуразвалившиеся сараи лесопилки. А тут вскоре уже и въезд в Поморье.
Поселок сильно одряхлел за прошедшие восемь лет. Общежитие заколочено, пустует и часть одноэтажных домов, почти не видно школьников, баня давно сгорела, новую строить некому да и не для кого. «Вахтовка» возит в баню в соседний поселок, но и там также чувствуется запустение. Только недалеко от бани поставлена большая ярко-желтая буровая установка немецкой фирмы «Вирт» для бурения скважин большого диаметра.
Я ехал, чтобы провести измерения результатов бурения, а попал на ЧП — обвал части ствола. Особо грустное впечатление производила бывшая база техники недалеко от старой вертолетной площадки, превратившаяся в большое кладбище ржавых конструкций. Не стало и стоявшего рядом поселка механиков со своей пекарней, маленьким магазином и уютной душевой, куда ходили в первый приезд. Весь этот упадок связан не только с начавшимся в девяностых годах экономическим кризисом и отсутствием новых инвестиций, но и с неоправдавшими себя способами добычи алмазов, которые пытались использовать первые разработчики. Об этом хочу рассказать подробнее.
ОСОБЕННОСТИ АРХАНГЕЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Вначале немного общей информации. Алмазы образуются в так называемых кимберлитовых трубках — местах прорыва магматического вещества через осадочную толщу земной коры (см. «Наука и жизнь» № 10, 1999 г.). Кимберли — название алмазоносной провинции в Южной Африке, где впервые были обнаружены подобные трубки. Отсюда пошло название породы, слагающей эти трубки, — кимберлит.
Районы, где чаще всего встречаются кимберлитовые трубки, расположены на древних вулканических щитах. Архангельское месторождение находится на краю Балтийского щита. Возраст кимберлитовых трубок 400—700 миллионов лет. За это время лик земли значительно изменился. Часть трубок со временем была разрушена эрозией, и алмазы переотложились в россыпи. Некоторые разрушены только частично, и их содержимое можно встретить в речных осадках. Часть трубок оказалась погребенной под слоем последующих наносов или затоплена морем. Окружающая порода и руда четко различаются по магнитным свойствам и плотности.
Кимберлит не обязательно бывает алмазоносным. Содержание алмазов считается «богатым», если оно превышает 0,5 грамма (3 карата) на тонну. Часто у алмазов есть спутник — это пиропы, разновидность граната. В Якутии, где трубки частично разрушены, первую из них нашли, прослеживая пиропы в русле реки и ее притоках.
В Архангельской области природа запрятала трубки основательнее: они не тронуты эрозией и покрыты толстым слоем наносов. Рассказывают, что небольшие магнитные аномалии в этих местах первыми заметили летчики. Бурение на месте аномалии, отбор керна — извлеченного столбика пробуренной породы — и последующие исследования его показали, что обнаружена кимберлитовая трубка. Хотя первые трубки были не алмазоносные, начались интенсивные геофизические исследования в Архангельской области.
Сейчас хорошо видно, как лес над каждой трубкой исполосован просеками и дорогами. При разведке здесь через каждые 50 метров пробурены скважины, во всех скважинах проведен полный комплекс геофизических исследований. Отобраны так называемые представительные пробы — десятки тонн для определения среднего содержания алмазов.
В результате всех этих работ выявлена богатейшая алмазоносная провинция. Обнаружено более 50 кимберлитовых трубок, из них примерно треть — алмазоносные. Шесть таких трубок расположены совсем близко одна от другой и образуют как бы единое крупное месторождение, общие запасы которого оцениваются в 12 миллиардов долларов США. Месторождению присвоено имя Ломоносова.
Особенность залегания кимберлитовых трубок данного района в том, что они сверху перекрыты толстым слоем (до 100 метров) рыхлых отложений — песка, глины. Глубина трубок порядка 600 метров — это уровень залегания коренных пород. Размеры примерно такие: внизу, у основания, 100 метров, наверху 300 метров — словом, «морковка» или конус высотой более 500 метров. Здешний кимберлит — рыжевато-красная порода. При высыхании частично крошится. В ней около 70 процентов глины. На небольшой обогатительной фабрике уже хранятся первые добытые здесь алмазы. Они различны по размерам, есть среди них и пригодные для ювелирной обработки. Качество алмазов не уступает якутским.
Итак, к началу девяностых годов геологоразведчики свои работы завершили. Настал черед составления проекта на разработку. А это означает, что из каждой трубки на поверхность должно быть извлечено чуть ли не 98 процентов кимберлита.
СПОРЫ О МЕТОДАХ ДОБЫЧИ
Условия разработки благоприятные. Рядом расположены крупные с налаженными транспортными связями города Архангельск и Северодвинск. Дорога к месторождению идет по твердому грунту. Здесь нет вечной мерзлоты, как в Якутии.
Какой же метод добычи использовать? Есть традиционные — шахтный, как в Южной Африке, и открытый со строительством карьера, как в Якутии. Открытый можно реализовать быстрее и с меньшими затратами, но он позволяет отработать только верхнюю, более широкую часть трубки. К тому же открытая разработка неизбежно приводит к большим экологическим потерям. К примеру, диаметр одного из первых якутских карьеров вверху 1200 метров, глубина 450 метров, диаметр внизу — около 200 метров. Следовательно, рядом вырастает огромная гора пустой породы. А таких карьеров в Якутии пять. Разработка двух трубок завершена. И сейчас на одной из них уже закончено строительство подземного рудника.
Конкурентом двум традиционным способам добычи алмазов выступил сравнительно молодой метод скважинной гидродобычи — СГД. Он заключается в том, что в теле трубки бурится скважина. В нее опускают колонну из труб, которая оканчивается гидромонитором, в него под большим давлением подается вода. Вырываясь из сопла монитора, струя воды разрушает породу, которая вместе с жидкостью поднимается на поверхность по стволу скважины. Подобная схема работ хороша при извлечении рыхлых, слабосвязанных пород (идеально, если это песок). Главное преимущество метода в том, что на создание скважинной гидродобычи требуется значительно меньше времени и затрат, чем на строительство карьера и тем более шахты. Руда сразу обогащается в несколько раз, хотя бы потому, что вымывается глина. Словом, у этой технологии много хорошего: она не требует спуска людей под землю, она экологична.
На Курской магнитной аномалии в Белгородской области ведется гидроразмыв железной руды, она сравнительно рыхлая и обводненная. СГД обеспечивает там добычу примерно 30 тонн руды в час с глубины 600 метров. Расход воды трехкратный по отношению к весу руды. Вот бы такое получить и на кимберлитах под Архангельском!
Словом, при выборе проекта на разработку приоритет был отдан СГД. (Может быть, здесь сказался и интерес инвестора.) Для отработки технологии СГД взяли кимберлитовую трубку «Снегурочка» с бедным содержанием алмазов. Разработку решили вести путем поочередного размыва подземных камер диаметром и высотой по 20 метров. На рисунке (см. стр. 43 вверху) показана первая из таких камер, она связана с поверхностью центральной скважиной и вспомогательными, необходимыми для завершения размыва. Все скважины пробурены до дна предполагаемой камеры и обсажены стальными трубами. Естественно, что на первом этапе главным было научиться размывать тело трубки и формировать камеру нужной конфигурации. Затем — засыпать ее окатышами из обожженной глины, полученной из камеры, и зацементировать дно, стенки и свод. Камера должна быть устойчивой и не поддаваться размыву снаружи. На создание первой камеры отвели 6 месяцев. Контроль за формой камеры на стадии размыва обеспечивал ультразвуковой гидролокатор.
Чтобы задействовать всю схему размыва с расчетом на проектную добычу руды, был построен (с соблюдением всех экологических требований) отстойник для пульпы, вынесенный за тело трубки. Это потребовало вырубки леса, обваловывания отстойника, протяжки нескольких сотен метров труб для подачи пульпы в отстойник и возврата отстоявшейся жидкости к насосу гидромонитора.
Основные сюрпризы начались при размыве. Кимберлит не пожелал размываться! Все ухищрения: смена конструкции гидромонитора, увеличение давления и прочее — не помогли. Порода на поверхность почти не поступала. Нечего было посылать на обогатительную фабрику. Эксперименты с собственно размывом заняли два летних сезона.
Такой же примерно результат со скважинной гидродобычей получила соседняя экспедиция на трубке «Ломоносовская».
Всего было поднято на поверхность менее 10 тонн.
После неудач с гидродобычей тогда же, в начале девяностых годов, опробовали иную безлюдную технологию добычи — бурение скважин большого диаметра и создание цилиндрических камер на полную глубину трубки с последующим укреплением стенок. Бурение скважин диаметром до метра — дело не очень сложное. Оно уже использовалось на трубках этих месторождений для отбора проб. Процесс бурения стволов диаметром 6 метров — тоже достаточно хорошо освоенная технология. Ее использовали в Донбассе при бурении
шахтных стволов для подъемников. Требуется лишь специальня буровая установка. Несколько таких установок было в Донецком управлении бурения шахт. Но Союз распался, с Украиной возникли трения, и переправить установку через границу оказалось невозможным. Помог лишь случай: одна из установок использовалась в Ростовской области, ее-то и удалось перевезти, минуя Украину, в Архангельск, потом на месторождение и там смонтировать.
Начало разработки выглядело так. Буровую установку поставили, как показано на рисунке (см. стр. 43 внизу), над трубкой. Потом пробурили скважину глубиной 8 метров и обсадили ее стальной трубой диаметром 6 метров. Далее надо было бурить скважину несколько меньшего диаметра до глубины 60 метров — на всю толщу рыхлых пород, перекрывающих месторождение, — и также обсаживать стальной трубой. После этого можно было начинать добычу: выбуривание кимберлита, выделение из пульпы твердой фракции и складирование ее в одно из двух хранилищ, которые по виду напоминают огромные корыта длиной метров 20 с очень ровными дном и стенками, без впадин и трещин, куда мог бы завалиться алмаз. Эти хранилища были построены заранее в расчете на проектную добычу. Из хранилища твердая фракция должна была направляться на обогатительную фабрику. Рядом находился отстойник, из которого жидкость пульпы, пройдя очистку, снова нагнеталась бы в скважину.
Перевозка буровой и ее установка заняли более года. Далее вроде бы все было предусмотрено. Неприятности встретились в неожиданном месте — не удалось добуриться до кимберлита. В пробуренной части ствола, проходящей через песок, гальку, глину, начали вываливаться куски стенки. Создавалась аварийная ситуация. Бурение пришлось прекратить.
Естественно, что после каждого подобного опробования новой технологии добычи кто-то из инвесторов, надеявшихся на быструю и сравнительно недорогую разработку богатого месторождения, уходил, так и не увидев вожделенных алмазов. А годы шли.
ЧТО В ИТОГЕ?
Все это я описываю столь подробно, чтобы ответить на вопрос: почему спустя 20 лет после открытия Архангельского месторождения и почти 10 лет работы по его освоению, сопряженной с огромными затратами, добыча так и не началась? Казалось бы, под ногами лежит огромное богатство, но его не берут! Рассказанная здесь история с опробованием более «экономичных» методов добычи показала, как трудно подобраться к этому богатству. В итоге стало ясно, что месторождение придется осваивать традиционным — открытым методом. И при этом обойтись без участия иностранного капитала мы не сможем.
Сейчас, кажется, окончательно определился стратегический инвестор — всемирно известная компания «Де Бирс». Это самый мощный добытчик и монополист на мировом рынке алмазов. Россия с этой компанией связана многолетним договором о ежегодной продаже алмазов на 550 миллионов долларов США.
Создано совместное предприятие «Согласие — Де Бирс Майнинг Инвестмент», которое обязуется вложить в добычу архангельских алмазов около миллиарда долларов. Уже проведена дополнительная разведка. Начато проектирование алмазодобывающего комплекса. Его создание предусматривает строительство карьера, горно-обогатительного комбината, дорог, поселков. Полагают, что все это даст нашей стране около трех тысяч высокооплачиваемых рабочих мест. Ясно, что разработка подобных месторождений требует больших долговременных вложений с отдачей от сегодняшних инвестиций лет через десять. Как подсчитали специалисты, вложения в Ломоносовское месторождение (только до начала промышленной эксплуатации) должны составить 800 миллионов долларов, причем 650 из них пойдут на закупку российского оборудования и оплату услуг. Месторождение можно будет эксплуатировать в течение 50 лет с рентабельностью около 30 процентов.
Будем надеяться, что в начале следующего тысячелетия Россия наконец получит архангельские алмазы.
ЛИТЕРАТУРА
Дробаденко В. П., Малухин Н. Г., Лев А. М. К вопросу об эффективности гидротранспорта обводненных кимберлитовых руд. «Горный журнал» № 5, 1999.
Тигунов Л. П., Панков А. В., Бабичев Н. И. Расширение области применения скважинной гидродобычи. «Горный журнал» № 1, 1995 (номер посвящен СГД).
