CC BY
18
на г-н компонент природной среды с учетом возникновения ') последствий воздействия.
Коэффициент риска предлагается определять вероятностью возникновения ] последствий при воздействии на г-й компонент (р] ) природной
среды в зависимости от степени уязвимости ре-цептера с7, которая определяется защищенностью компонентов природной среды (природной и технической); расстоянием от техногенного массива; физико-
географическими особенностями территории (роза ветров, средняя скорость ветра, направление и скорость водных потоков, температура, влажность воздуха и пр.):
= р,В ■ с,
(3)
Для отходов комбината вероятностью возникновения ] последствий можно назвать образование кислых вод, pH которых меньше 4, фонового значения кислотности (рис. 6). Анализируя вымываемость серы из твердых отходов за 30 лет функционирования комбината можно сделать следующие выводы:
1. вероятность образования кислых вод возрастает со временем функционирования от-
вала, за счет окисления серы в зоне гипергенеза;
2. через 15 лет с начала функционирования отвала вероятность образования кислых вод достигает максимума, но далее практически остается на одном уровне, за счет повышения трещиноватости вновь поступивших отходов.
Разработанная методология определения экологического риска позволяет количественно оценить опасность техногенных массивов и, соответственно, уровень экономических затрат, необходимых для ее предотвращения.
Таким образом, степень опасности техногенных массивов позволяет определить объем ассигнований, необходимых на предотвращение или нейтрализацию негативного воздействия в соответствии с которым разрабатываются конкретные инженерные и мониторинговые мероприятия (защитные, дренажные сооружения, станции очистки дренажных вод, схемы рекультивации, системы контроля и пр.), а также срок, в течение которого эти мероприятия должны быть реализованы.
Работы проводились при поддержке Американского фонда гражданских исследований и развития в научно-образователь-ном центре СПГГИ (ТУ) в рамках гранта БТ-01502.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Защита подземных вод от загрязнения в зоне техногенного воздействия горно-химического завода // В кн.: Рациональное использование недр и охрана окружающей среды. - Л.: изд. ЛГИ. - 1990. - С. 109-113.
2. Лукашов А.А. Экологические проблемы добычи и переработки сульфидных руд на Российском Севере. Горный жур. №2, 1997.
3. Оценка риска воздействия техногенных массивов на природные воды // В кн.: Научно-
педагогическое наследие профессора Медведева. - СПб.: изд. СПГГИ. - 1999. - С. 202-209.
4. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. - СПб.: изд. Санкт-Петербургский горный институт, 2000.
я
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Пашкевич М.А. — доктор технических наук, профессор кафедры экологии, аэрологии и охраны труда, Паршина М.В. - аспирантка кафедры экологии, аэрологии и охраны труда,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
УДК 539.16
В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов, М.В. Каймонов
© В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов, М. В. Каймонов, 2004
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ КУРГАННЫХ МОГИЛЬНИКОВ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ
Семинар № 7
дним из важных вопросов реабилитации радиационно загрязненных территорий аварийных подземных ядерных взрывов (АПЯВ) в Республике Саха (Якутия) (РС (Я)), является строительство поверхностных курганных могильников (ПКМ) непосредственно на дезактивированных территориях, которые предназначены в соответствии с разработанной ИГДС Концепцией [1] для временного (и 100 лет) бесконтейнерного захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРАО). Строительство ПКМ необходимо вести только в зимнее время с использованием технологий горного дела и гидротехнического строительства [1, 2] (после проведения дезактивацион-ных работ), путем послойной укладки ТРАО (радиационно загрязненные почва, грунт, порода, растительность, донные отложения водотоков) с проливом водой и проморозкой атмосферным холодом (рис. 1).
В качестве компаундирующего материала ТРАО используется искусственно получаемый лед, способом капельного набрызгивания воды в холодном воздухе. Таким же способом возводится ледяной панцирь, играющий роль защитного барьера (рис. 1).
Кроме этого, разработанным технологическим регламентом [2] предусматривается также
в целях защиты ПКМ от неблагоприятных природных факторов (солнечной радиации, дождевых осадков) возведение гидроизоляционного слоя из суглинка или полиэтиленовой пленки, а также пассивной теплоизоляции из местных материалов (мох, торф, древесная щепа). Для защиты от эрозионного разрушения ПКМ верхний грунтово-почвенный слой должен быть засеян в летний период многолетними травами и кустарниками (рис. 1).
Таким образом возведенный ПКМ ТРАО будет иметь конструкцию (строение) бугров пучения инъекционного льда, которые являясь естественной принадлежностью криолитозоны, имеют длительный срок существования (»900 лет) и их ядро круглогодично находится в мерзлом состоянии, обеспечивая тем самым их устойчивость.
Как известно из практики гидростроительства в криолитозоне, при среднегодовой температуре наружного воздуха в пределах минус 8-10 0С могут надежно функционировать грунтовые сооружения мерзлого типа (плотины, дамбы), не требуя выполнения мероприятий по их искусственному охлаждению в летний период.
Поэтому, по-нашему мнению, есть основание надеяться, что рассчитанный по разрабо-
даТ" да "Г да"Г ™ ' — Лч 1 1
даТ
дат
дат дат *т *#т дат
—«1510—*-{«11 —«0111 —«ИЛ
танным ИГДС методикам [3, 4], возведенный в соответствии с технологическим регламентом [2] ПКМ ТРАО, являясь к тому же ледогрунто-вым аккумулятором холода, ежегодно подзаряжаемым естественным (атмосферным) холодом в зимнее время, будет обладать устойчивостью и герметичностью, а, следовательно, обеспечивать надежную локализацию радионуклидов.
Для обеспечения высокой скорости возведения и промораживания ПКМ (а, следовательно, сокращения времени его строительства) необходимо, прежде всего, определить возможную интенсивность строительства, исходя из динамики температурного режима наружного воздуха в зимнее время, а также обеспечения требуемой хладоемко-сти для предотвращения растепления могильника в летний период. Поэтому необходимо, прежде всего, максимально использовать естественный природный ресурс криолитозоны -атмосферный холод, который в данном случае является созидающим фактором, во многом определяющим эффективность и экономичность возведения.
Для достижения поставленных целей необходимо, по-нашему мнению, проведение комплексных исследований, первым этапом которых является исследование процессов промерзания укладываемых слоев ТРАО на математических моделях, на основании которых предполагается разработка методик расчета необходимых параметров и практических рекомендаций, которые в последующем должны быть скорректированы путем проведения физического моделирования и опытно-
экспериментальных работ.
Необходимо отметить, что процесс промерзания уложенного и пролитого водой слоя ТРАО, также как и возводимых по этой же технологии плотин, дамб в криолитозоне, и ле-допородных целиков в рудниках Севера, в теплофизическом плане довольно сложен, т.к. его проморозка в зимнее время происходит как за счет действия атмосферного холода, так и аккумулированного укладываемыми мерзлыми ТРАО и предыдущим слоем.
Для расчета температурного режима послойного намораживания ПКМ была разработана математическая модель, учитывающая все основные факторы, влияющие на процесс: начальную температуру и влажность (льдистость) послойно укладываемых ТРАО, толщину слоя, термическое сопротивление теплоизоляции, годовой ход температуры наружного воздуха и Т.Д.
Затем, на основе разработанных программ для ПЭВМ были проведены численные эксперименты по расчету технических параметров послойного намораживания ТРАО при влажности (0,4; 0,6; 0,8 долей единиц) и толщине слоя (0,6; 0,8; 1,0 м) для климатических условий Мирнинского улуса РС (Я). Проведенные исследования (рис. 2) подтвердили, в частности, ранее высказанное гидротехниками положение [5] об исключительной важности тщательного полного промораживания грунтов под основанием ПКМ, т.к. в противном случае под ним может оказаться таликовая зона из непромерзшего деятельного слоя мощностью более метра, промерзание которой может затянуться на длительный период (до 2 лет), наличие ее недопустимо с позиций устойчивости сооружения.
В данной ситуации низкая скорость промерзания грунтов объясняется тем, что в случае отсыпки основания ПКМ в начале зимы на недостаточно промороженную площадку, практически прекращается ее контакт с холодным атмосферным воздухом, температура которого постоянно понижается, тем самым значительно (кратно) снижается интенсивность проморозки верхней части деятельного слоя, в сравнении с территориями промерзающими в естественном режиме.
В тоже время необходимо отметить, что ожидание полного промерзания площадки может быть довольно длительным, т.к. этот процесс в естественных условиях идет довольно медленно и зависит от многих факторов (типа
и влажности грунтов, мощности оттаявшего в летний период слоя, температуры наружного воздуха и т.д.), тем самым сокращается продолжительность сезона строительства ПКМ, что крайне нежелательно.
В этой ситуации может быть рекомендовано два варианта технических мероприятий способствующих удлинению сезона строительства ПКМ, выбор одного из них определяется местными условиями и технико-экономическим расчетом. Первый заключается в предварительном удалении оттаявшего деятельного слоя в осенний период перед началом строительства ПКМ и последующей засыпкой образовавшегося котлована мерзлым грунтом. Второй вариант предполагает выполнение работ по защите площадки основания могильника от протаивания в летний период. В этом случае в зимнее время она периодически должна очищаться от снега, обеспечивая тем самым активизацию ее проморозки атмосферным воздухом. В конце зимы промороженная площадка, защищенная от действия внешних вод, должна
быть засыпана слоем теплоизоляционного материала (шлак, торф, опилки, щепа и т.д.) требуемой толщины для предотвращения растепления ее в летний период, который перед возведением ПКМ убирается.
В случае невозможности выполнения вышеописанных мероприятий, работы по возведению ПКМ должны начинаться не ранее середины ноября (рис. 2), после полного промерзания деятельного слоя.
С технологических и теплофизических позиций, оптимальной можно считать толщину укладываемого слоя ТРАО равной 0,6 м, как это принято при возведении гидротехнических сооружений мерзлого типа в криолитозоне. При такой толщине уложенный слой с влажностью 0,4 промерзает 25.
В течение трех суток при средне- ^
2 20
--------СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ---------------—
1. Киселев В.В., Бурцев И.С. Ликвидация последствий аварийных под- ю
Рис. 3. Зависимость высоты ПКМ от толщины и влажности укладываемых слоев. Влажность укладываемых слоев ТРАО Ж = 0.4; 0.6; 0.8 долей единиц
Рис. 2. Распределение температуры в ПКМ по высоте (от 0 до 16 м) ив основании (от 16 до 24 м) на момент завершения возведения методом послойного намораживания. Начало возведения: 1) с 15 октября; 2) с 15 ноября; 3) с 1 декабря; 4) с 15 декабря
зимней температуре наружного воздуха. Увеличение мощности слоя и его влажности приводит к увеличению срока замерзания. Например, для промораживания слоя толщиной 1,0 м при влажности 0,8 м потребуется не менее семи суток при той же температуре.
Проведенные исследования позволяют утверждать, что с позиций увеличения хладоем-кости ПКМ влагоемкость укладываемых слоев ТРАО необходимо доводить до полного насыщения максимально увеличивая количество проливаемой воды, но в то же время, как известно, на Севере в зимний период большинство рек перемерзает и вода становится дефицитной. Кроме этого, влагонасышенные ТРАО, обладая повышенной теплоемкостью, замерзают медленнее с увеличением влажности, что приводит к снижению скорости возведения ПКМ и соответственно его высоты (рис. 3), поэтому рекомендуемой влажностью укладываемых ТРАО можно считать 0,6 (60 %).
По-нашему мнению, есть основания полагать, что в районах криолитозоны с резко континентальным климатом при применении разработанных ИГДС методик расчета геометрических параметров ПКМ, рекомендаций по его проектированию и технологического регламента при возведении, а также максимальном использовании естественного холода возможно возведение могильника высотой 16 м, стабильный температурный режим которого (^-4,0 0С) устанавливается по истечении двух лет.
■ W=0,4
земных ядерных взрывов в зоне многолетней мерзлоты. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1999. - 148 с.
2. Патент на изобретение №2134459. Россия. Способ захоронения твердых радиоактивных отходов в зоне многолетней мерзлоты. //В.В. Киселев, Ю.А. Хохо-лов. МКИ ОО 21 Б9/24; Заявл. 12.08.97; Опубл. 10.08.99. Бюлл. №22.
3. Киселев В.В., Хохолов Ю.А. Оптимизация геометрических размеров поверхностных могильников твердых радиоактивных отходов (ТРАО), возводимых в криолитозоне. // Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление. Материалы международной конференции, часть 1. Чита, 2001. С.68-70.
4. Киселев В.В., Хохолов Ю.А., Каймонов М.В. Математическое моделирование динамики температурного режима могильников твердых радиоактивных отходов, возводимых в криолитозоне. // Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Выпуск 4. Москва, 2002. С.443-447.
5. Биянов Г.Ф., Макаров В.И., Плотников А.А. Перспективные направления совершенствования методов возведения грунтовых плотин мерзлого типа. // Гидротехническое строительство, 1982. - №5. - С. 5-9.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Киселев Валерий Васильевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Хохолов Юрий Аркадьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Каймонов Михаил Васильевич - аспирант, младший научный сотрудник,
Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.
-------------------------------------- © Г.М. Чайкина, В.А. Объедкова,
И. А. Гаранина , 2004
УДК 622.882:504.06
Г.М. Чайкина, В.А. Объедкова, И.А. Гаранина
К ПРОБЛЕМЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТВАЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ - ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 7
1ТЛ атегория «техногенные месторожде-XV ния» представлена не только отходами добычи и обогащения, но и отходами металлургических производств. До недавнего времени для этих объектов не только не рассматривался вопрос о рекультивации, но и даже не велся учет земель, занимаемых ими. Проблема рекультивации этих территорий актуальна и для горно-промышленного Урала, большинство заводов которого (например Северский трубный, Серовский, Нижне-
Сергинский и Каменск-Уральский металлургические, Среднеуральский медеплавильный, Богословский алюминиевый, Серовский и Ключевской ферросплавные, Полевской криолито-вый, а также территориальные комплексы:
Красноуральско-Асбестовский, Карабашско-Сат-кинский, Гайско-Оренбургский) имеют техногенные образования, подлежащие повторной переработке. В их числе отвальные шлаки, доменная пыль и пыль электрофильтров и т.п. Получение лицензии на переработку отходов предполагает и наличие проекта на рекультивацию. Исследования и практические результаты по этим вопросам ежегодно обсуждаются в рамках конференций «Урал-экология» и «Техноген».
Новая категория нарушенных земель, подлежащих рекультивации, представленная площадями после отработки отходов металлургического производства - шлаков, пылей и т.п. образований, ранее не входившие ни в один
