CC BY
27
СИМПОЗИУМ «^СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРрМЬЩ1ЛЕННОСТЬ» ПОСВЯЩАЕТСЯ ПАМЯТИ АКАДЕМИКА ВЛАДИМИРА ВАСИЛЬЕВИЧА РЖЕВСКОГО
29.01.96 -102.96г лу Д
А.М. ГАЛЬПЕРИН, Московский государственный горный университет АА.РОМАНЩАК Белгородское управление геологии и использования недр
В результате деятельности горнорудных предприятий сформированы техногенные массивы хвостохранилищ, мощность которых достигает десятков метров, а площади измеряются тысячами га.
Хранилища отходов рудообогащения являются объектами повышенной экологической опасности из-за их негативного воздействия на воздушный бассейн, подземные и поверхностные воды, почвенный покров на обширных территориях. Наряду с этим хвостохранилища - малоизученные техногенные месторождения, использование которых позволит получить дополнительные источники рудноминерального сырья при существенном уменьшении масштабов нарушения геологической среды в регионе [1].
Ежегодно в^мире в хранилища отходов рудообогащения черных и цветных металлов укладывают около 3 млрд. мз хвостов, при этом только на укладку 1 млн. мх хвостов требуется от 3 до 8 га земли. Проект-ныйе площади хвостохранилищ ряда крупнейших горнообогатитльных комбинатов позволяют оценить масштабы нарушения земель (га): Лебединский -1950; Стойленский - 1800; Михайловский - 940; Ковдор-ский (II поле) - 960; Оленегорский - 1350; Качканарский (№1 и №2) - ИЗО.
Рост использования отходов рудообо-гащения сдерживается наличием в них главных и попутных компонентов, хотя и в незначительных концентрациях, но уже доступных для извлечения новейшими тех-
Геолого-экологические аспекты изучения техногенных месторождений хранилищ рудообогащения
нологиями с определенным экономическим эффектом. Производство продукции из техногенных месторождений, как правило, в несколько раз дешевле, чем из специально добываемого для этого сырья и характеризуется быстрой окупаемостью капиталовложений. Однако сложный химический, минералогический и гранулометрический состав хвостохранилищ, а также широкий набор содержащихся в них полезных ископаемых (от главных и попутных компонентов до простейших строительных материалов) затрудняет расчет суммарного экономического эффекта от их переработки и определяет, с одной стороны, индивидуальный подход к оценке каждого хвостохранилища, а с другой - создание методики геологопромышленной оценки хвостохранилищ.
Хвостохранилище как горно-геологический объект представляет собой геотех-нологическую систему, т.е. совокупность вазимодействующих природных и технологических элементов. Системный подход к исследованию хвостохранилища предусматривает его декомпозицию на ряд подсистем, состоящих из набора конкретных элементов. Состояние хвостохранилища как геотехногенной системы определяют группы элементов, относящиеся к физико-географической, минерал ого-геохимической, инженерно-геологической, гидрогеологической, технологической и экологической подсистемам.
Вопросы обеспечения экологической безопасности намывных горнотехнических сооружений на основе комплексных геологических исследований могут быть рассмотрены на примере важнейшего горнодобывающего региона России - КМА, где наиболее рельефно проявляются различные аспекты влияния крупномасштабных горных работ на геологическую среду. Белгородским управлением геологии и использования недр совместно с кафедрой геологии МГГУ разработана программа комплексных геологических исследований хранилищ отходов рудообогащения для обеспечения экологически безопасного освоения техногенных месторождений региона КМА, Предполагается также участие в реализации программы кафедры гидрогеологии Санкт-Петербургского государственного горного института (чл.-корр. РАН проф. В.А.Мироненко), института ВИО-ГЕМ (проф. В.И.Стрельцов) и ряда проектных организаций.
Перспективным направлением повышения эффективности и безопасности возведения гидроотвалов и хвостохранилищ является управление состоянием намывных массивов как процесс контроля и целенаправленного изменения устойчивости откосных сооружений и интенсивности уплотнения (упрочнения) тонкодисперсных материалов внутренних зон.
Разработка и внедрение природоохранной технологии формирования ответственных намывных горнотехнических сооружений - гидроотвалов и хвостохранилищ невозможны без специальных инженерногеологических исследований намывных массивов, обеспечивающих получение информации о вещественном составе и пространственно-временной изменчивости показателей физико-механических свойств техногенных водонасыщенных фунтов.
Для крупных гидроотвалов и хвостохранилищ с высокой интенсивностью намыва повышение плотности укладки складируемого материала и начало рекультива-ционных работ одновременно с достижением проектных отметок заполнения сооружений может обеспечиваться путем управления свойствами и состоянием намывных толщ в ходе их формирования благодаря
совместному намыву грунтов различной водопроницаемости.
Для целенаправленного технологического воздействия на тонкодисперсные намывные толщи наиболее эффективно разделение гидроотвала на отдельные участки
- карты посредством намыва одновремен ею с гидроукладкой тонкодисперсных грунтов дренажных призм, линз и подушек, имеющих гидравлическую связь с дренажными сооружениями упорных призм. «Плавающие» дренажные призмы, являясь основными связующими элементами дренажной системы, предназначаются для размещения на них оборудования и трубопроводов, необходимых для перекрытия фильтрующими подушками карт, ограниченных призмами. Кроме того, дренажные призмы служат основанием разделительных дамб, обеспечивающих поэтапную подготовку к рекультивации отдельных карт.
Дренажная система создается с использованием основного технологического оборудования, что определяет высокую экономическую эффективность работ по подготовке территорий намывных к последующему использованию.
Разработанная технология благодаря отжатию поровой воды и увеличению плотности укладки грунта обеспечивает повышение на 15-20% вместимости намывных сооружений; проведение горнотехнической рекультивации территории гидроотвалов параллельно с их формированием; существенное (до 80%) увеличение коэффициента запаса устойчивости ограждающих дамб; возможности использования территорий гидроотвалов сразу по окончании их заполнения, сокращения потребления водных ресурсов на 20-25%. Технология внедрена на намывных сооружениях Лебединского горно-обогатительного комбината и комбината «КМАруда», где возвращено сельскому хозяйству около 1000 га восстановленных плодородных земель. При этом в сферу сельско- и лесохозяйственного использования вовлекаются дополнительные по отношению к изъятым площадям путем создания территорий горизонтальной планировки на месте оврагов с крутыми склонами и смытым плодородным слоем.
Для обоснования технологии разработаны [2]:
• расчетные схемы уплотнения намывных массивов, учитывающие инженерно-геологические свойства техногенных грунтов и грунтов оснований, этапы формирования гидросооружений и направления дальнейшего использования занимаемых ими территорий;
• технологические схемы гидравлической укладки грунта в гидроотвалы и хвостохранилища, обеспечивающие намыв «плавающих» дренажных призм и прослоев, гидравлически связанных с основной упорной призмой и дренажными сооружениями для систематического отвода воды, отжимаемой из намывного массива тонкодисперсных грунтов с целью ускорения их консолидации;
• система комплексного геомехани-ческого контроля, включающая стационарные и мобильные устройства и аэрофотограмметрическую съемку для систематической оценки устойчивости упорных призм, степени уплотнения и несущей способности намывных массивов внутренних зон хвостохранилищ и оперативного управления процессом намыва; ’
• методика оценки несущей способности намывных массивов, которая позволяет определять по степени уплотнения тонкодисперсных толщ величину допустимых внешних нагрузок и по заданной величине внешней нагрузки необходимую для заданной степени уплотнения грунта продолжительность «отдыха» участка хвостохранилища или гидроотвала после прекращения намыва грунта на нем;
• методика инженерно-геологиче-ского районирования намывных сооружений, выполняемого с учетом несущей способности массива и на-
правлений дальнейшего использования намывных территорий.
Решение проблемы охраны подземных вод в горнодобывающих районах включает изучение и прогноз качества подземных вод под влиянием хвостохранилищ и гидроотвалов.
Объекты горнодобывающего региона КМА являются достаточно представительными, т.к. здесь отмечается прогрессирующе истощение запасов подземных вод под влиянием мощных дренажных систем карьеров в сочетании с ухудшением качества вод преимущественно в результате воздействия намывных горнотехнических сооружений.
Представляется целесообразным использование концепции контролируемого загрязнения подземных вод, выдвинутой чл.-корр. РАН В.А.Мироненко и его сотрудниками [3, 4]. В соответствии с этой концепцией в состав гидрогеологических исследований входят:
1) прогноз гидродинамического режима подземных вод под влиянием технических водоемов;
2) определение фильтрационных свойств отложений, экранирующих ложе хвостохранилищ для выявления граничных условий фильтрации и участков возможного поступления загрязненных вод;
3) анализ гидрохимического режима подземных вод по району в целом и тенденций его изменения во времени;
4) оценка условий и прогноз миграции загрязненных вод от хвостохранилищ на основе опытных работ, позволяющих оценить интенсивность массопереноса в подземных водах;
5) разработка схемы рационального использования подземных вод с обоснованием режимной гидрогеологической сети, выполняющей контрольно-предупредительные функции и обеспечивающей повышенную достоверность оперативных прогнозов.
Вопросы оценки качества и использования техногенных месторождений как источников сырья для строительной промышленности достаточно детально разработаны. Вместе с тем, оценка хвостохрани-лищ как техногенных месторождений основных и попутных компонентов является весьма актуальной проблемой из-за сложности агрегатного состояния хвостов, нетрадиционное™ опробования и отсутствия экспресс-методов определения плотности, гранулометрического состава и содержания компонентов.
Геолого-промышленная оценка намывных массивов должна обеспечить получение данных для минерал ого-геохимического картирования, с помощью которого становится возможным установление характера влияния технологии формирования этих массивов на пространственно-временные изменения качественных показателей.
Следует отметить, что в МГГУ накоплен весьма значительный опыт как инженерно-геологического обоснования горнотехнологических решений для месторождений КМ А, так и геолого-экологической оценки техногенных месторождений хво-стохранилищ Ковдорского ГОКа, Норильского ГМК, Эльбрусского рудника и др. [ 1,
5].
Научно-методические результаты этих исследований планируется использовать при выполнении программы работ по техногенным месторождениям КМА.
Для обоснования экологически безопасных технологий формирования хво-стохранилищ и их последующего освоения в качестве техногенных месторождений необходимо выполнить:
1) полевые й лабораторные эксперименты по определению водно-физических и механических свойств техногенных отложений и на основе полученных результатов
- инженерно-геологическое районирование хвостохранилищ;
2) обобщение гидрогеологической информации по объектам исследований (на-
> мызным сооружениям комбината «КМА-руда», Лебединского, Стойленского, Михайловского ГОКов) и на его основе - уточненный прогноз загрязнения подземных вод под влиянием хвостохранилищ;
3) геолого-геохимические исследования отложений хвостохранилищ для выявления их зональности по вещественному составу;
4) разработку методической документации по геотехнологи ческой оценке и картированию техногенных месторождений;
5) проектные решения по намыву хвостохранилищ, обеспечивающему управление их геолого-геохимической зональностью;
6) подготовку инструктивно-методических документов по геоэкологическому мониторингу хвостохранилищ,
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хвостохранилища следует рассматривать как инженерные сооружения и техногенные месторождения, для которых взаимосвязи инженерно-геологических, гидрогеологических и объемно-качественных показателей с технологией формирования массива отходов определяют возможности экономии и охраны водно-земельных ресурсов и получения ценного минерального сырья.
Формирование баз данных по техногенным месторождениям КМА должно предусматривать комплексный учет геологических и технологических показателей для их использования при решении задач управления состоянием намывного массива и его качественным составом в пределах различных зон.
Оценка фактической геолого-геохими-ческой зональности хвостохранилищ и ге-олого-технологическое картирование являются основой для разработки инженерных решений по направленному переформированию массива отходов или созданию новых хвостохранилищ с концентрацией отходов заданного состава (качества).
