Информационное обеспечение геолого-экологической оценки хвостохранилищ горно-обогатительных предприятий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СИМПОЗИУМ«СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ »

ПОСВЯЩАЕТСЯ ПАМЯТИ АКАДЕМИКА ВЛАДИМИРА ВАСИЛЬЕВИЧА РЖЕВСКОГО

29.01.96-2.02.96 г.

Г. П. БЕДРИНА Московский государственный

горный университет, В. К. ГОН ЧАР УК Вяземский ГОК, Н.Ж. МЕСХИ

Московский государственный

горный университет

Информационное обеспечение

геолого-экологической оценки хвостохранилищ горно-обогатительных предприятий

Геоэкологическая оценка техногенных массивов включает решение следующих основных задач: получение комплекса еомеханических характеристик состава и свойств отходов для прогнозирования надежности и управления состоянием масси-за; установление ресурсной ценности горнопромышленных отходов как источника вторичного минерального сырья на основе изучения пространственно-качественной структуры объекта; получение характеристик состава отходов как источника пыле-выделения и установление зон и площадей гыления; изучение токсичности отходов как субстрата растительных компонентов гри рекультивации, а также как источника загрязнения подземных и поверхностных вод; установление объема и состава вод хвостохранилищ как источника оборотного водоснабжения, а также загрязнения окружающей среды; установление параметров отходов, характеризующих их способность к самовозгоранию и загрязнению окружающей среды газообразными продуктами горения.

При геоэкологической оценке горнопромышленных отходов особую сложность представляет определение их ресурсной ценности. Ресурсная ценность горнопромышленных отходов определяется со-воку-пностью геотехнологических объем-ло-качественных и экономических параметров, позволяющих установить возможность эффективного промышленного использования отходов при существующем . ровне развития технологии их переработки с наименьшим экологическим ущербом XIя окружающей среды.

С научно-методической точки зрения геоэкологическая оценка горнопромышленных отходов включает:

• выбор и обоснование определенной системы показателей, характеризующих вещественный состав, физико-механические и технологические свойства;

• диагностику качественных и эколо-го-технологических свойств отходов с целью определения возможных направлений использования, а также выбора технологий пылеза-щиты или рекультивации;

• установление условий образования и накопления для организации разведки и опробования;

• определение качественных и физико-механических параметров, а также закономерностей их пространственной локализации;

• подсчет запасов на основе выбранных ресурсных характеристик для выделенных и геометризованных п количественным критериям (параметры качества и технологичности отходов) участков техногенного массива;

• определение степени экологичности отходов по параметрам токсичности, пыления, самовозгорания;

• создание геоэкологического кадастра техногенного массива как информационно-организационной основы использования отходов и управления состоянием массива;

• формирование фонда исходной (базовой) оценочно-прогнозной и картографической информации, включающей тематическую графику состояния и свойств техногенно-•/

го массива.

С точки зрения функционирования такая система должна решать следующие задачи: получение информации о геотехническом объекте (разведка, опробование, маркшйдерские, геомеханические, геохимические и др. измерения); обработка информации в соответствии с заданными целями; принятие проектных решений по утилизации горнопромышленных отходов или (и) защите от вредного воздействия их на окружающую среду.

Наиболее целесообразной формой информационного обеспечения при решении вопросов, связанных с использованием горнопромышленных отходов и защитой окружающей среды от их вредного воздействия, являются базовые и целевые кадастры. При этом базовые кадастры должны быть сводом данных об отходах как продуктах переработки первичного минерального сырья и источниках загрязнения окружающей среды, а целевые кадастры должны объединять и накапливать информацию о видах отходов, пригодность которых для производства той или иной продукции уже определена разработанными технологиями, т.е. целевые кадастры являются сводом данных о вторичных минеральных ресурсах.

Горнопромышленные отходы, являясь заменителями традиционного минерального сырья, должны с геологопромышленной точки зрения находится в единой с ними системе балансового и кадастрового учета, осуществляемого геолого-маркше-йдерской службой предприятий. При этом степень изученности состава и свойств техногенных массивов должна обеспечивать также оценку объекта как источника негативного воздействия на все компоненты биосферы.

Для основных видов горнопромышленных отходов состав показателей, определяющий содержание кадастра, включает

две группы параметров: учетные и оценочно-расчетные. Первую группу показателей составляют производственные характеристики, вторую - геолого-промышлен-ные, технологические и экономические параметры. Целесообразно использование следующих групп показателей: общие гео-графо-производственные параметры (источник отходов, его местонахождение, вид отходов, условия их образования и накопления, степень изученности); ресурсная характеристика (текущий и перспективный выход, емкость отвалов, землеемкость, запасы и др.); параметры качества (вещественный состав, химико-технологические и физико-механические свойства отходов и продукции из них); технико-экономиче-ская характеристика переработки и использования по различным направлениям (объемы использования, себестоимость, эксплуатационные и капитальные затраты на получение готовой продукции, прибыль, ценность отходов и др.).

Горнопромышленные отходы имеют ряд специфических характеристик. Для них , например, необходима дифференциация признака нахождения. Если первичные минеральные ресурсы во всех случаях характеризуются запасами в недрах, то отходы одного и того же вида можно оценить накопленными запасами (в отвалах, хво-стохранилищах и др.), такущим выходом и ожидаемым выходом - годовым и суммарным. Последний определится масштабами развития основного производства. Учет форм нахождения отходов тем более важен, что с этим связано и различие качественных показателей, характеризующих отходы разных периодов отработки месторождения с различными природными и технологическими типами исходного сырья.

Следует отметить, что геоэкологическая и экономическая оценка горнопромышленных отходов тесно связана с денежной оценкой земли, занятой техногенными массивами. Это оказывает существенное влияние на определение наиболее

рациональных направлений утилизации

отходов. Расчет возможных потерь сельскохозяйственного производства в результате изъятия земель под отходы целесооб-

одов можно выделить следующие груп-показателей: назначения, технологич-, сохраняемости и транспортабельно-

Применительно к рассматриваемым ам вторичного минерального сырья ха-хтеристиками назначения являются со-ржания основных и сопутствующих элементов и их соединений, позволяющие определять экономически целесообразные направления использования отходов. Химический состав хвостов зависит от минерального состава перерабатываемых руд и технологии их обогащения.

Наличие в кадастре показателей назначения предопределяет установление номенклатуры конечной продукции, целесообразность получения которой должна быть рассмотрена. Выбор параметров назначения целесообразно проводить, используя методы диагностики качества горнопромышленных отходов по результатам полного химического, минералогичечкого, гра-

- > лометрического и других видов анализа. При этом состав отходов проверяется на соответствие техническим условиям, предъявляемым к сырью для производства на-'ора готовой продукции для химической промышленности, стройматериалов, удобрений и др.

Особо важное значение при геоэкологической оценке горнопромышленных отходов имеет правильный выбор показателей их технологичности, т.к. в процессах накопления и хранения техногенные отложения претерпевают значительные физико-химические изменения. В группу параметров технологичности необходимо включать показатели, позволяющие оце-нить специфические особенности отходов при их добыче и переработке различными способами. К этой группе показателей относятся гранулометрический состав, физико-технические характеристики, влажность, плотность, минеральный состав и др.

Основной характеристикой технологичности хвостов богатительных фабрик является гранулометрический состав, позволяющий установить режимные параметры технологических процессов добычи, переработки, пылезащиты, рекультивации и

управления состоянием техногенных массивов. Фракционирование хвостов по крупности в процессах намыва и осадкообразования приводит к образованию локальных зон, отличающихся крупностью, плотностью, содержанием полезных компонентов и технологичностью. Гранулометрическая характеристика хвостов по локальным участкам, выделенным в структуре техногенного массива, позволит организовать их селективную отработку и обогащение с помощью наиболее рациональных технологических схем.

Показатели гранулометрического состава поверхностных слоев хвостохранил-ищ определяют их устойчивость к ветровой эрозии и совместно с влажностью верхнего слоя пзволяют провести оценку отходов как источника пылевыделения.

Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность отходов к перемещению определенными транспортными средствами. В эту группу должны входить показатели крупности (грануло-

метрический состав, средневзвешенный диаметр частиц), влажности, слипаемости, способности к слеживанию. К показателям сохраняемости отходов относятся склонность их к самовозгоранию и окисляемо-сти.

Указанные группы вещественных показателей, отнесенные к различным уровням их определения (исходный метериал, данные по отдельным участкам техногенного массива), позволят произвести многоаспектную геоэкологическую оценку хвостохранилищ.

Для обоснования технологических решений по рекультивации хвстохранилищ без использования почвенных масс необходима геоэкологическая оценка физикохимических параметров горнопромышленных отходов как субстрата различных растительных компонентов. Информация для такой оценки хвостов обогащения должна включать наряду с гранулометрической характеристикой (выход преобладающих фракций крупности) и влагоемко-стью также минеральный и химический состав верхних слоев техногенного массива.

Агрохимические показатели хвостов определяются содержанием в них подвижных ионов калия и фосфора, а токсичность

- конецнтрациями таких элементов как Мп, Си, Со, Zn, М. Указанные агрохимические параметры должны быть включены в состав группы качественных параметров кадастра. Важным условием произрастания растений на поверхности хвостов является также минеральный состав. Так, установлено, что преобладание в хвостах кварца и полевого шпата приводит к отсутствию набухания частиц, что свидетельствует о необходимости внесения в поверхностный слой субстатоулучшающих материалов. Биологическая рекультивация хво-стохранилищ на предприятиях цветной металлургии имеет свои особенности, связанные с химико-минеральным и солевым составом отходов. Поэтому геоэкологическая оценка субстарат отходов должна давать возможность определения классификационных групп хвостохранилищ по степени токсичности. Номенклатура показателей, характеризующих токсичность, выбирается для хвостохранилищ предприятий цветной металлургии исходя из природоохранного (санитарно-гигиенического) направления рекультивационных работ и включает параметры, определяющие уровень сульфидности и засоленности отходов. Данные параметры позволяют также выделить группу токсичных и высокотоксичных хвостохранилищ (сульфидные солончаки и высокосульфидные незаселенные и засоленные хвосты), требующих специальных методов защиты (мелиорации и изоляции отходов).

Теплофизические параметры являются необходимой характеристикой горнопромышленных отходов, определяющей их способность к самонагреву и самовозгоранию в техногенных образованиях. Теплофизические свойства отвальных хвостов обогатительных фабрик можно оценить с помощью следующих параметров: объемной теплоемкости, коэффициента тпелоп-роводности, коэффициента температуропроводности. Включение в состав кадастра указанных показателей, определяющих горнопромышленные отходы как источник газового химического загрязнения воз-

душного бассейна, позволит произвести оценку рассредоточенности экологически вредных выделений, степени их периодичности, а также пожароопасности. На основе этих характеристик разрабатываются рациональные мероприятия по предупреждению самовозгорания горнопромышленных отходов и охране атмосферы от вреднего влияния горящих техногенных массивов.

Хвостохранилища являются опасными источниками загрязнения подземных и поверхностных вод, т.к. представляют собой аккумулирующие сооружения не только для отходов обогатительных фабрик, но и для технических вод, являющихся жидкой фазой хвостовой пульпы. Водопоступле-ние в хвостохранилища может быть из нескольких источников, что определяет объемно-качественные параметры воды в намывных массивах. Учитывая специфику эксплуатации намывных сооружений и необходимость использования оборотного водоснабжения на обогатительных фабриках, следует отметить важность оценки и анализа как состояния фактического баланса воды, так и геохимического контроля состава и свойств вод, поступающих и удаляемых из хвостохранилищ,

Состав информации кадастра по водным ресурсам должен включать балансовые данные по водопоступлению и водо-гютреблению из хвостохранилищ, а также физико-химические характеристики сточных вод, поступающих и удаляемых из геотехнического сооружения. Указанные показатели позволят прогнозировать характер влияния вод хвостохранилищ на окружающую среду и разрабатывать эффективные способы ее защиты.

Таким образом, кадастр горнопромышленных отходов определяется как интегрированная информационная система основных оценочных параметров техногенных массивов, которая по своему составу и структуре должна обеспечить возможность решения геолого-экологических задач по рациональному использованию минерально-сырьевой базы предприятий и охране окружающей среды. В целом информационное обеспечение геолого-экологической

оизвести

ериодич-На осно-ываются предуп-промыш-:феры от югенных

шасными ных и поют собой е только рик, но и я жидкой юступле-1ТЬ из не-ляет объ-эды в на-[ецифику

кий и не-оротного IX фабри-опенки и

:кого ба-

э контро-ающих и

I по вод-балансо-

5 И ВОДО-

I, а также

ИКИ сточ-1ЫХ из ге-

сазанные звать ха-ищна ок-ъ эффек-

юпромы-ак интег-:тема ос-

ге

хноген-

составу и можность задач по іинераль-и охране рормаци-

(ГИЧЄСКОЙ

енки техногенных массивов представля-сложную систему, организованную на ове использования компьютерных тех-логий, и включает:

• базы данных по результатам разведки, опробования, геохимического и геомеханического контроля параметров состояния геотехнического объекта;

• информационные модели оценочных показателей, позволяющие фо рмировать собственно кадастр отходов;

• комплекс задач анализа и прогнозирования эффективного использования отходов и предотвращения их негативного влияния на окружающую среду.

• В состав задач, решение которых необходимо предусмотреть на основе интегрированной информационной системы должны входить:

• анализ состояния использования отходов и водных ресурсов;

• диагностика перспективных направлений применения техногенных

отложении и определение приоритетности использования тех или иных отходов;

моделирование вариантов развития добычи и переработки вторичного сырья с различными ограничениями по срокам и масштабам производства;

моделирование и прогнозирование развития различных процессов воздействия техногенных массивов на окружающую среду;

графическое моделирование состояния и изменения техногенного массива по совокупности геолого-эк-ологических параметров.

реализация указанной компьютерной системы позволит получать необходимую и достаточную информацию о техногенных массивах как объектах промышленного использования и источниках экологически вредного воздействия на окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бересневич П.В., Кузьменко П.К., Неженцева Н.Г. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. — М.: Недра, 1993.

2. Кибирев В.И., Райлян Г.А., Сазонов Г.Т. и др. Гидравлическое складирование хвостов обогащения. Справочник. М., Недра, 1991.

© Г.П. Бедрина, В.К.Гинчарук, Н.Ж. Месхи

РАЗРАБОТКИ УЧЕНЫХ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

руководители проекта

проф. С.Ю. Ерохин,

к.т.н. Г.Г. Стекольщиков

СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ ПРИ БЕСЦЕЛИКОВОЙ

ОТРАБОТКЕ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ

Предназначено для проветривания газообильных, пожароопасных добычных участков угольных шахт при отработке выемочных столбов, оконтуренных парными штреками, одновременно с межлавными целиками, без поддержания выработок на сопряжениях с выработанными пространствами.

Предложенное техническое решение в сравнении с известными обеспечивает повышение безопасности на пластах, склонных к самовозгоранию, исключает трудовые и материальные затраты на проведение работ по поддержанию сопряженных с выработанными пространствами выработок, используемых для отвода исходящих струй.

Имеются патенты РФ.