CC BY
18
2. Развитие карста на рассматриваемом объекте определяется наличием зон повышенна» тревиноватости, раздробленности пород, контактами пород различного петрографического сосгиа.
3. Количественная оценка степени закарсгованности позволила провести районирование масож карбонатных пород и выделить три блока, различающиеся постепени и характеру закарстованносттЛ
4. Анализ инженерно-геологических особенностей карбонатной толщи позволил постро-га| инженерно-геологическую модель месторождения и рассчитать углы наклона бортов и уступе проектируемого карьера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аносова A.A., Зиантиров P.C. Инженерно-геологические особенности элювия карбонату ш\ пород. - М.: Наука. - 1986. - 110с.
2. Амкошин А.Г., Мальков A.A. Карст и строительство гидротехнических сооружений-'л Гидропроскт, 1992. - 320с.
3. Методические указания го определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.: ВНИМИ, 1972. - 163с.
4. Плотников И.И. Инженерно-геологические и гидрогеологические проблемы освоена t бокситовых месторождений Урала: Автореф.дис. ... д-ра геол.-мин.наук. - А., 1987. - 35с.
5. Шабур киков A.B. Разработка методики определения углов наклона бортов и уступов карьер.-! в условиях закарстованных месторождений (на примере Ачинской группы): Дис. ... канд.техн.наук-Фонды УГГГА, 1968.
УДК 624.438:622.271
В.Г.Зотеев, Т.К.Костерова, С.Н.Тагильцев
ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ И ЗАХОРОНЕНИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ
За более чем 250-летнюю историю развития горно-металлургической базы территория Свердловской области заплатила дорогую цену: около 1500 кв.км ее территории заняты отвалами пород и некондиционных руд, хвосто- и шламохранилищами, шлако- и золоотвалами и свалками промышленных отходов с весьма пестрым химическим составом. Поскольку основная часть этих образований представлена отходами горно-металлургического производства, объем которых превышает 30* 1СРт, то с экологических позиций именно они представляют наибольшую угрозу для флоры и фауны. Более того, именно наличием этих техногенных образований Урал и, прежде всего, Свердловская область обязана аномально высоким фоновым загрязнениям подземных и поверхностных вод солями тяжелых металлов (медь, цинк, железо, марганец и т.п.) [2].
Обстоятельства, из-за которых техногенные образования горно-металлургической промышленности послужили основной причиной не только локального, но и регионального загрязнения подземных и поверхностных вод, сводятся к следующему:
1.Фоновая минерализация грунтовых и поверхностных вод определяется минеральным составом пород, слагающих гидравлически активную часть литосферы. В пределах этой зоны идет активная циркуляция воды, связанная с выпадением атмосферных осадков, их инфильтрацией в почву и подстилающую породу с последующей разгрузкой в поверхностные источники. Поскольку в естественных условиях за сотни тысяч лет минералы с высоким произведением растворимости в пределах зоны активного водообмена оказались практически полностью растворены, то общая минерализация воды (за исключением районов с обнажениями сульфатов и хлоридов) относительно мала и тяжелые металлы в ней практически отсутствуют.
2.При разработке месторождений полезных ископаемых вместе с кондиционной рудой извлекаются большие объемы вмещающих пород и некондиционных руд, складируемых в отвалы. Кондиционные руды после их измельчения проходтг цикл обогащения, при котором из них извлекается большая часть рудных минералов, а оставшаяся часть вместе с хвостами и шламами складируется на земной поверхности.
3.^ти отходы коренным образом отличаются по геохимическому и гранулометрическому составу от пород, слагающих зону активного водообмена, поскольку:
извлеченные на земную поверхность с большой глубины, они содержат значительную часть минеральных зерен с высоким произведением растворимости;
даже после извлечения основной части полезных компонентов содержание различных металлов в хвостах и шламах остается на уровне 10-20% от содержания в исходной руде;
в процессе взрывания, дробления и измельчения активная поверхность отходов на I куб.м се объема резко возрастает по сравнению с исходной породой (в отвалах 5-10, а в хвоста- и шламохранилищах в 105 - 104 раза выше, чем в условиях естественного залегания);
коэффициент фильтрации скальных пород в отвалах достигает 200 м/сутки и более, а в хвостохранилищах 10 м/сутки, в то время как в массиве за пределами зоны интенсивного водообмена, за исключением зон дробления, он обычно не превышает 0,01 м/сутки;
так как и отвалы, и хвосгохранилища располагаются выше земной поверхности, то фильтрация воды через них происходит при градиенте }»1 (отвалы) или ^>10 (хвосто- и шламохранилища), тогда как в естественных условиях движение подземных вод в сторону поверхностных источников происходит при градиентах ^0,1;
из-за интенсивного перемешивания пульпы при движении по пляжной зоне содержание в ней свободного кислорода и углекислого газа существенно выше, чем в подземных водах, что значительно активизирует окислительные процессы.
4. Поскольку скорость растворения того или иного минерала определяется произведением его растворимости, удельной активной поверхностью, скоростью фильтрации, то несложно подсчитать, что количество растворимых веществ, поступающих в грунтовые воды из техногенных образований, в 10М05 выше по сравнению с естественными условиями. Если учесть, что площадь ореола загрязнения почв и грунтовых вод в 10-80 раз больше самого источника загрязнения (1, 2], то общую территорию, на которой в Свердловской области грунтовые воды подвержены интенсивному техногенному воздействию, можно оценить в 150-300 тыс. кв. км. Следовательно, можно считать, что в при хребтовой части территории области сформировалась единая техногенная геохимическая зона, полностью изменившая исходный состав грунтовых и поверхностных вод. Учитывая гигантские объемы техногенных образований, можно ожидать, что аномальное загрязнение подземных вод сохранится по промзоне Свердловской области на десятки и сотни лет даже при полном прекращении горных работ. Именно этим объясняется тот факт, что если по мере спада промышленного производства содержание пыли и вредных выбросов в атмосфере за пределами крупных городов с большим количеством автотранспорта снизилось в 2-3 раза, то содержание солей тяжелых металлов в основных водных артериях области, в том числе и в питьевых водозаборах г.Екатеринбурга, продолжает нарастать и в 1994 г. превысило ПДК по меди в 34-59 раз, по марганцу в 21-27 раз, по цинку в 5,3-5,6 раза, по железу общему в 4,3-10,6 раза (3). Максимальная концентрация этих веществ в водозаборах достигла соответственно 100; 25; 9,8 и 15,5 Г1ДК.
Можно не сомневаться, что интенсивность загрязнения грунтовых вод за счет инфильтрации воды из золоотвалов еще выше, чем на хвостохранилищах, из-за большого содержания растворимых веществ и тонких фракций. Потери воды из хвостохранилищ определяются наличием и эффективностью противофильтрационных экранов их ложа и ограждающих дамб (они отсутствуют практически на всех хвостохранилищах Свердловской области, за исключением шламохранилищ УАЗа), поскольку наличие воды в прудковой зоне обеспечивает практически постоянный напор в течение всего года. Вынос же солей тяжелых металлов из отвалов и складов некондиционных руд реализуется только за счет инфильтрации дождевых и талых вод. Из выше сказанного следует, что для ликвидации или резкого снижения выноса токсичных веществ из консервируемых хвостохранилищ и отвалов необходимо свести к минимуму количество фильтрующихся через заскладированные отходы атмосферных осадков и время их инфильтрации.
При переработке техногенных отходов вполне реально резкое ухудшение экологической ситуации, поскольку:
при переработке хвосто-, шламо- и шлакоотвалов их содержимое будет подвергаться дополнительному дроблению, а д\я извлечения полезных коллпонентов будут использоваться более эффективные и, как правило, более токсичные реагенты;
так как доля вторичных отходов в большинстве случаев будет весьма значительной (от 80 до 97% исходного объема перерабатываемых техногенных отходов), то для их размещения потребуются
1УЗ
новые отвалы и хвостохранилища, т.е. площадь загрязнения будет постоянно возрастать;
дополнительное рыхление отходов в процессе их переработки и нового складирования приаейЛ к увеличению их дисперсности и пористости, что еще более активизирует вынос из них токо^ашЛ веществ.
Экономичность и безопасность переработки техногенных образований может быть повьиэаЛ если при проектировании таких производств будут жестко выдерживаться следующие у сломе!
1. Вся вода, контактирующая с техногенными образованиями в процессе их перерабогиЯ поступающая с атмосферными осадками, должна быть включена в замкнутый производствег-эаЯ цикл, а ее частичный сброс на рельеф или в местные водотоки допустим лишь после предварителыиИ очистки в прудах-нейтрализаторах.
2. Складирование вторичных отходов по возможности должно производиться в отработа>с-^1 карьеры и зоны обрушения шахт с предварительной гидроизоляцией массива пород, слагакхди борта и дно полигонов.
3. Заполнение выемок токсичными отходами должно производиться до отмс^:*^ соответствующих зимней межени восстановленного (естественного) уровня грунтовых вод и ззт^и перекрываться противофильтрационным экраном, сводящим к минимуму инфильтрации атмосферных осадков в захоронение.
4. Остаточную емкость выемки (выше уровня грунтовых вод) следует заполнять нейтральны! крупнообломочным грунтом, препятствующим разрушению экрана за счет сезонного промерзав» и корневой системы растений.
5. При невозможности создания прибортовых и донных экранов в карьерных выемкги используемых для захоронения токсичных отходов, а также при использовании гидротранспор^ для перемещения отходов в карьер необходимо обеспечить понижение уровня воды в приборто&аН зоне до отметок, исключающих отток фильтрата за пределы депрессии.
6. При наличии большого числа разрывных нарушений, карста или высокого коэффициент* фильтрации пород, слагающих борта карьера, необходи/*ая степень гидроизоляции может быт»! достигнута за счет формирования системы горизонтальных экранов. В этом случав противофидьтрационные экраны формируются за счет периодического смыва в водоем расчетного количества глинистого грунта с последующим запуском коагулянта. Создаваемый таким обраэса* экран по своему строению аналогичен обратному фильтру и может противостоять градиента* (отношению столба воды к мощности экрана) до 50 и более. Формируемое таким образов захоронение освобождается от фильтрата по каждому перекрытому слою уже в период заполнения выемки, а его обводнение после консервации может реализоваться лишь за счет боковых подтоке»* подземных вод, что исключает вынос из захоронения токсичных веществ.
7. При заполнении зон обрушения шахт может быть использован опыт Гумешевского и Березовского рудников, где применяется следуюи^я схема:
техногенные отходы (пульпа) подаются по шламопро водам непосредственно в зону обрушенги откуда через воронки обрушения и трещины пульпа растекается по всем пустотам;
по мере проникновения на нижние горизонты твердая фаза пульпы заиливает имеющиеся пустоты, а осветленная вода по горизонтальным выработкам и трещинам стекает к зумпфу , откуда шахтным водоотливом вновь подается на обогатительную фабрику (Березовский рудник);
после замыва подземных пустот на нижнем горизонте доступ воды к зумпфу отсекается специальными перемычками (для предотвращения возможности заиливания зумпфа) и начинается замыв пустот вышележащего горизонта.
Для предотвращения возможности загрязнения подземных вод токсичными вещества-ми из захоронения после прекращения работы водоотлива на заключительной стадии замыва зоны обрушения в нее подается глинистая пульпа, а затем расчетная масса коагулянта, что обеспечивает создание эффективного приповерхностного противофильтрацио»шого экрана.
8. При отсутствии отработанных карьеров и зон обрушения складирование отходов приходится производить на естественный рельеф. В этом случае для снижения экологического ущерба нужно обеспечить выполнение следующих мероприятий:
при складировании отходов с использованием автомобильного транспорта отвал предпочтительнее формировать одноярусным, так как в этом случае за счет сегрегации складируемых отходов их коэффициент фильтрации будет закономерно увеличиваться сверху вниз, что сведет к минимуму время контакта атмосферных осадков с отходами и уменьшит вынос растворимых веществ;
194
для уменьшения количества фильтрующихся через отвал атмосферных осадков по мере его развития необходимо производить гид рои золя уию его верхней площадки слоем укатанного глинистого грунта мощностью не менее 0,1-0,2 м, что обеспечит увеличение доли испарения;
при отсыпке отвалов токсичных отходов на склонах они должны быть ограждены нагорными канавами для перехвата и отведения дождевых и талых вод;
складирование некондиционных колчеданных руд и пород ореольной зоны должно осуществляться на пол отвальный экран, обеспечивающий перехват, сбор и отвод инфильтрата в прудки-нейтрализаторы, где за счет добавки известкового молока обеспечивается осаждение тяжелых металлов в виде карбонатных солей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кривошеее В.Я., У трюмов В .Л., Зотеева Н.Ф. Оценка влияния хвостохранилища Лебединского ГОКа на режим и качество подземных и дренажных вод//Вопросы эксплуатации хвостохранилищ: Темат.сборник трудов/ВЙОГЁМ. - Белгород, 1988. - С119-121
2. Поли щук О.Н. О необходимости проведения исследований водного баланса хвостохра мили щ//Вопросы эксплуатации хвостохрешилищ: Темат.сборник трудов/ВИОГЕМ. - Белгород, 1988.-С21-25.
3. Со л обоев И.С. Проблемы в области охраны природы, вызванные загрязнением воды тяжелыми металлами и органическими всщсствами//К здоровой воде - совершенствуя управление: Матер. Международного семинара.-Екатеринбург, Ялга/РосНИИВХ, 22-25 апреля 1996. - С.99-101.
УДК 551.24 + 622.831.24
С.Н.Тагильц-ев А.И.Зевахин М.Г.Морозов
ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ИЗВЕСТНЯКОВ НА РАЗВИТИЕ КАРСТА
Месторождение флюсовых известняков разрабатывается открытым способом вблизи поселка Билимбай Свердловской области. Месторождение расположено в водораздельной части Среднего Урала, на южном берегу р.Чусовой. Известняки относятся к силурийскому возрасту и слагают
а - разломов. 6 - трещин, б - карста, г - взаимосвязанного карста
центральную часть Билимбаевского синхлилорня. Довольно шггепсивное развитие карста определяет высокую обводнеш1остъместорождс1(ия. Средние водопритоки составляют 3000 м'/ч. Заполтпель
195
