CC BY
80
УДК 624.131.37
Balykin D.N. WATER PERMEABBILITY OF CLAY GROUNDS IN THE RUBTSOVSK ORE MINE (POTERYAEVKA VILLAGE, ALTAY KRAI). Water permeability of clay grounds from a 3-stage tailing dam body in the Rubtsovsk ore mine was investigated. It is found that these grounds are the sediments of bass and semisolid clay of the Pavlodar suite that are characterized by low water permeability and serve as a regional confining layer. After maximum consolidation, the grounds can be used in industry as a natural antifiltration screen.
Key words: bass, coefficient of permeability, tailings storage facility, Rubtsovsk mine.
Д.Н. Балыкин, канд. сельхоз. наук, н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, Balykindn@yandex.ru
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ РУБЦОВСКОГО РУДНИКА (С. ПОТЕРЯЕВКА, АЛТАЙСКИЙ КРАЙ)
Исследованы грунты тела дамбы III очереди хвостохранилища Рубцовского рудника в (с. Потеряевка Алтайский край) на водопроницаемость. Установлено, что они относятся к переотложенным отложениям твердых и полутвердых глин Павлодарской свиты, которые обладают низкой водопроницаемостью и являются региональным водоупором. Подобные глинистые грунты могут быть использованы в производстве в качестве естественных противофильтраци-онных экранов после их максимального уплотнения.
Ключевые слова: твердые глины, коэффициент водопроницаемости, хвостохранилище, Рубцовский рудник.
Глинистые породы являются природными минеральными барьерами против распространения различных загрязнителей [1]. С целью предотвращения фильтрации загрязненных вод из хвос-тохранилищ, накопителей и других промышленных объектов в гидрографическую сеть широко применяются различные противо-фильтрационные устройства (экраны), выполненные из слабо-фильтрующихся материалов (уплотненные глины, полиэтиленовые пленки, грунтово-полимерные смеси, геомембраны и др.) [2-3]. Широкое использование противофильтрационных экранов из уплотненной глины обусловлено их низким коэффициентом фильтрации (2* 10-6 см/с) и невысокими затратами при строительстве. Однако, как показывает практика, они не всегда дают стопроцентной гарантии экологической безопасности [2].
Рубцовский рудник ОАО «Сибирь-Полиметалы» расположен на юго-западе Алтайского края в Рубцовском районе. Эта степная территория относится к северо-западной части Рудного Алтая. Месторождение находится в 20 км к востоку от г. Рубцовска и в 1 км севернее с. Потеряевка [4]. Исследования грунтов проводили в карьере, примыкающем с юго-запада к промплощадке Рубцовского рудника, где проводятся работы по возведению дамбы III очереди хвостохранилища. Она представляет собой водонепроницаемый слой из уплотненных глинистых пород и возводится в основании и бортах площадки кучного выщелачивания для предотвращения загрязнения грунтовых вод.
Глинистые породы - это обширная группа тонкодисперсных осадочных отложений, занимающая промежуточное положение между породами обломочного и химического происхождения. В их составе наряду с обломочными частицами содержатся тонкодисперсные, размером менее 0,002 мм. Среди пелитовой фракции обломочных пород, к которой относятся глинистые частицы, различают грубые (0,002-0,001 мм) и тонкие пелиты (менее 0,001 мм). Именно у пород, состоящих из частиц с размерами менее 0,002 мм, наиболее четко проявляются характерные «глинистые» свойства: пластичность, липкость, низкая водопроницаемость, большая емкость поглощения [5].
Под проницаемостью глин понимается способность пористой среды (горных пород) пропускать через себя жидкости и газы. Она проявляется в фильтрационных свойствах породы, характеризуемых коэффициентом фильтрации K и коэффициентом проницаемости Кп. Эти два параметра связаны между собой соотношением: К = Кп (Y/r|), где y и г| - плотность и вязкость фильтрующейся жидкости. Следовательно, коэффициент фильтрации является комплексным параметром, отражающим свойства как породы (через коэффициент проницаемости Kп), так и фильтрующейся жидкости (через ее плотность и вязкость).
Фильтрация в глинистых породах исключительно сложный процесс. Это в первую очередь обусловлено тем, что глина представляет собой тонкодисперсную высокопористую систему с чрезвычайно большой удельной поверхностью. Она сложена преимущественно частицами (имеют микронные и субмикронные размеры) глинистых минералов анизометричной формы, обладающи-
ми специфическим кристаллохимическим строением и особым поведением при взаимодействии с водой. Важная роль в формировании фильтрационных свойств отводится связанной воде, заполняющей поровое пространство [6].
В карьере, примыкающем с юго-запада к промплощадке Рубцовского рудника, были отобраны пробы грунта в днище, бортах и скважинах. Для определения гранулометрического состава, объемной плотности и влажности грунтов отбирали пробы в днище и бортах карьера, для изучения фильтрационных свойств грунта, гранулометрического состава и объемной плотности монолиты в скважинах на глубинах 1, 2, 3 метра. Гранулометрический состав выполнен пипеточным методом (ГОСТ 12536-79), объемная плотность и влажность в соответствии с принятыми методиками (ГОСТ 5180-84). Коэффициент фильтрации определяли в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 25584-90 для
Таблица 1
Объемная плотность образцов грунта, отобранных в днище, бортах и скважинах карьера
Шифр образца Глубина, см Плотность, г/см3 Влажность, %
Т.1 0-5 2,0 21,0
Т.2 0-5 2,1 20,1
Т.3 0-5 2,2 20,8
Т.4 0-5 2,1 18,6
Т.5 0-5 2,2 17,9
Т.6 0-5 2,2 19,9
Т.7 0-5 2,3 19,0
Т.8 0-5 2,2 18,9
Т.9 0-5 2,1 21,4
Т.10 0-5 2,2 18,9
Т.11 0-5 2,2 19,7
Т.12 0-5 2,2 21,7
Т.13 0-5 1,8 19,9
Т.14 0-5 2,0 21,2
Т.15 0-5 1,9 21,9
Т.16 0-5 1,8 20,1
Т.17 0-5 1,8 20,5
Т.18 0-5 1,9 18,6
Т.19 0-5 1,8 20,0
Т.20 0-5 1,9 21,8
СК №1 100 2,1 22,1
СК №1 200 2,0 19,6
СК №2 100 2,1 21,2
СК №3 100 2,0 20,4
пылеватых и глинистых грунтов с помощью компрессионно-фильтрационного прибора ПКФ 01.
Расчет коэффициента фильтрации (К10) проводился по формуле:
К-ш = [Ф^/Но)/ЦхАп/Ак х^Тх864, где S - наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное от первоначального уровня (см); Н0 - начальный напор (см); Ф^/Н0) - безразмерный коэффициент, определяемый по таблице; t - время падения уровня воды в пьезометре (с); Ап - площадь сечения пьезометра (см2); Ак - площадь кольца (см2); - высота образца грунта, равная высоте кольца (см); Т = (0,7+0,03 Тф) поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С, где Тф фактическая температура воды при опыте (°С); 864 - переводной коэффициент (из см/с в м/сут). В качестве пьезометра была использована микробюретка d 0,4 см.
Объемная плотность при естественной влажности грунтов, отобранных в днище и бортах карьера, приведена в таблице 1. Она изменяется в пределах 1,8-2,3 г/см3 в днище, бортах, 2,02,1 г/см3 - в скважинах и является типичной для глин при данной влажности.
Гранулометрический состав образцов, отобранных в днище, бортах и скважинах, соответствует глинистым грунтам, сумма фракций <0,01 тт составляет 70-80%. Илистая фракция является преобладающей во всех образцах грунта карьера (табл. 2). По показателю текучести ^ исследуемые грунты относятся к твердым глинам (^ <0).
Коэффициент фильтрации образцов в естественном состоянии (монолиты) в метровой толще, по нашим данным, составляет 0,00003-0,00052 м/сут (от 1 до 19 см в год), по материалам ОАО «Ал-тайТИСИз» - от 1 до 100 см в год (табл. 2). В результате уплотнения данный показатель может снизиться в 2 и более раз (табл. 3). Уплотнение образца грунта осуществлялось в приборе ПКФ 01. Соответственно рассчитывали объемную плотность грунта до и после эксперимента.
Согласно отчету ОАО «АлтайТИСИз» об инженерно-геологических изысканиях на данном объекте исследуемые нами грунты относятся к переотложенным твердым и полутвердым глинам павлодарской свиты, которые являются региональным водоупо-ром [7].
Библиографический список
Таблица 2
Коэффициент фильтрации образцов грунта из скважин хвостохранилища, с. Потеряевка Рубцовского района Алтайского края
Скважина № (глубина, м) Коэффициент фильтрации
м/сут* см/год* м/сут** см/год**
СК№1 (1) 0,00003 0,94 0,00026 9,49
СК№1 (2) 0,00058 21,31 0,00021 7,67
СК№1 (3) - - 0,0012 43,80
СК№2 (1) 0,00018 6,55 0,00004 1,46
СК№2 (2) - - 0,00037 13,51
СК№2 (3) - - 0,00011 4,02
СК№3 (1) 0,00052 18,91 0,0027 98,55
СК№3 (2) - - 0,00029 10,59
СК№3 (3) - - 0,0019 69,35
Примечание: * - данные ИВЭП СО РАН; ** - данные грунтовой лаборатории Рубцовского филиала ОАО «АлтайТИСИз»; «-» - нет данных.
Таблица 3
Коэффициент фильтрации до и после уплотнения при разной объемной плотности
Скважина № (глубина, м) Объемная плотность, г/см2 Коэффициент фильтрации
до уплотнения после уплотнения до уплотнения после уплотнения
м/сут см/год м/сут см/год
СК №2 (1) 2,1 2,3 0,00018 6,55 0,00010 3,8
СК №3 (1) 2,0 2,2 0,00052 18,91 0,00007 2,7
Учитывая гидрогеологические условия данной территории (низкий уровень залегания грунтовых вод), а также полученные нами результаты фильтрационных свойств исследованных грунтов (их низкую водопроницаемость в естественном состоянии и после уплотнения, высокую сорбционную способность глин) можно заключить, что они могут быть использованы в производстве в качестве естественных противофильтрационных экранов после их максимального уплотнения.
1. Соколов, В.Н. Микромир глинистых пород // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 3.
2. Орловская, А.Е. Санитарная охрана водозаборов подземных вод / А.Е. Орловская, Н.Н. Лапшин. - М., 1987.
3. Гладштейн, О.И. Применение геомембран для устройства противофильтрационных экранов объектов и сооружений хранения нефти и
нефтепродуктов // Журн. сфера нефтегаз. - 2010. - № 3.
4. Пеков, И.В. Рубцовское месторождение (Северо-Западный Алтай): минералогия зоны окисления // Минералогический Альманах. -
2011. - Вып. 1. - Т. 16.
5. Гольдберг, В.М. Проницаемость и фильтрация в глинах / В.А. Гольдберг, Н.П. Скворцов. - М., 1986.
6. Осипов В.И. Глинистые покрышки нефтяных и газовых месторождений / В.И. Осипов, В.Н. Соколов, В.В. Еремеев. - М., 2001.
7. Беккер, Р.Э. Отчет об инженерно-геологических изысканиях: выбор площадки под хвостохранилище 4 класса в 6 км к северу от пром-
площадки Рубцовского рудника в Рубцовском районе Алтайского края ОАО «АлтайТИСИз». - Барнаул, 2005.
Bibliography
1987.
sooruzheniyj khraneniya nefti
1. Sokolov, V.N. Mikromir glinistihkh porod // Sorosovskiyj obrazovateljnihyj zhurnal. - 1996. - № 3.
2. Orlovskaya, A.E. Sanitarnaya okhrana vodozaborov podzemnihkh vod / A.E. Orlovskaya, N.N. Lapshin. - M.,
3. Gladshteyjn, O.I. Primenenie geomembran dlya ustroyjstva protivofiljtracionnihkh ehkranov objhektov
nefteproduktov // Zhurn. sfera neftegaz. - 2010. - № 3.
4. Pekov, I.V. Rubcovskoe mestorozhdenie (Severo-Zapadnihyj Altayj): mineralogiya zonih okisleniya // Mineralogicheskiyj Aljmanakh. - 2011. -
Vihp. 1. - T. 16.
5. Goljdberg, V.M. Pronicaemostj i filjtraciya v glinakh / V.A. Goljdberg, N.P. Skvorcov. - M., 1986.
6. Osipov V.I. Glinistihe pokrihshki neftyanihkh i gazovihkh mestorozhdeniyj / V.I. Osipov, V.N. Sokolov, V.V. Eremeev. - M., 2001.
7. Bekker, R.Eh. Otchet ob inzhenerno-geologicheskikh izihskaniyakh: vihbor plothadki pod khvostokhranilithe 4 klassa v 6 km k severu ot
promplothadki Rubcovskogo rudnika v Rubcovskom rayjone Altayjskogo kraya OAO «AltayjTISIz». - Barnaul, 2005.
Статья поступила в редакцию 07.12.11
УДК 556.114
Dolmatova L.A. THE PECULIARITIES OF HYDROCHEMICAL REGIME OF LAKE TELETSKOYE DURING ITS AUTUMN COOLING. The study shows that by chemical composition the water of Lake Teletskoye and its tributaries during the autumn cooling period of 2009 refers to slightly mineralized hydrocarbonate-calcium water with alkalescent medium reaction. The concentrations of biogens are low, except for nitrates. The temperature and oxygen chemostratification of the lake water is observed. The comparative analysis of the data on chemical composition for previous years is evidence of stability of water composition and its formation conditions.
Key words: hydrochemical regime, dissolved oxygen concentration, mineralization, biogens, stratification.
