ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 109-117
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 634.131
ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СКЛАДИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ХВОСТОХРАНИЛИЩ НА РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЯКУТСКОЙ АЛМАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ
© 2008 г. Ф. Г. Атрощенко*, А. М. Гальперин**, Ю. П. Горбатов***
* Санкт-Петербургское отделение ИГЭ РАН ** Московский государственный горный университет *** ФГУП трест "Энергогидромеханизация" Поступила в редакцию 13.03.2007 г.
Рассматриваемые предпроектные проработки по экологически безопасному увеличению сроков эксплуатации хвостохранилища на руч. Новый базируются на трех основных положениях: техническая простота исполнения, экономическая эффективность и высокая экологическая безопасность. Разработанные инженерные решения обеспечивают экономию водно-земельных ресурсов за счет исключения нарушенных земель новым хвостохранилищем и использования подлежащих утилизации стоков в технологическом процессе реконструкции хвостохранилища на руч. Новый, а также существующей на нем системы возврата оборотной воды. Установлены объемы и параметры намывных сооружений, дополнительно размещаемых в пределах контуров хвостохранилища. Размещение в этих сооружениях более 100 млн. м3 хвостов (с учетом рекультивационно-планировочных объемов) обеспечивает увеличение срока эксплуатации хвостохранилища на 10-15 лет. Благодаря сокращению дальности гидротранспорта достигается экономия энергоресурсов по сравнению с существующей схемой (энергозатраты уменьшаются примерно в 2 раза). Разработан регламент опытно-промышленного захоронения минерализованных вод хвостохранилища в многолетнемерзлых породах.
Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области обращения с отходами ведет к опасному загрязнению окружающей природной среды и создает реальную угрозу здоровью населения. С отходами теряются миллионы тонн минеральных ресурсов, многими из которых страна практически уже не располагает.
На территории России в отвалах различных типов накоплено свыше 85 млрд. т только твердых отходов, в том числе 80 млрд. т - горнопромышленных, количество которых ежегодно увеличивается почти на 2 млрд. т. Под полигонами для складирования, шламонакопителями и хво-стохранилищами занято свыше 300 тыс. гектаров земель. В отходах содержатся многочисленные ценные элементы, в том числе и благородные металлы. Содержание ценных компонентов в отходах нередко близко к содержанию их в добываемом природном сырье.
Предлагаемые в данной статье постановка и решение задач экологически безопасного и многоцелевого использования техногенных намывных массивов хвостохранилищ с попутным решением вопросов утилизации (или снижения величин утечек) накопленных в них слабосоленых вод позволяют повысить эффективность использова-
ния емкости хвостохранилищ и существенно сократить их негативное воздействие на окружающую среду. В частности, это можно сделать за счет минимизации нарушенных площадей при вторичной переработке техногенных отложений, а также применения хвостов в качестве закладочного материала при подземной разработке, получения на их основе стройматериалов и компонентов буровых и тампонажных растворов.
Ниже рассматриваются результаты проработок по переформированию законсервированного хвостохранилища Удачнинского ГОКа, выполненных авторским коллективом представителей СПбО ИГЭ РАН, МГГУ, треста "Энергогидромеханизация" при участии сотрудников института "Якутнипроалмаз". Общие сведения о составе хвостов, конструкции дамбы хвостохранилища и др. взяты из работ ОАО "Механобр-инжини-ринг".
В настоящее время хвостохранилище на руч. Новый законсервировано, поэтому при возобновлении работ на нем заранее необходимо создавать удобные в техническом и выгодные в экономическом отношениях условия для повторной разработки массива хвостов, являющегося техногенным месторождением. К примеру, нужно сле-
дить за сохранностью и чистотой хвостов, а также поддержанием необходимых условий для удобного подхода к отвалу, выемки техногенных отложений и транспортировки их к месту переработки.
Применительно к условиям Удачнинского ГОКа предлагается решение ряда вопросов, связанных с экологически безопасным увеличением сроков эксплуатации хвостохранилища на руч. Новый. При этом, с одной стороны, массив уложенных отвальных хвостов будет сохранен в качестве техногенного месторождения, а с другой -емкость хвостохранилища освобождается от отходов производства и может вновь быть использована для укладки хвостов.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
Климат района суровый, резко континентальный с малым количеством осадков (335 мм/год). Продолжительность периода с отрицательными температурами 235 дней. Средняя годовая температура воздуха -13.2°С. Испарение с водной поверхности составляет в среднем около 270 мм/год.
Долина руч. Новый (правый приток р. Дал-дын) на участке сооружений имеет корытообразную форму. Крутизна склонов незначительна, уклон бортов составляет 0.027. Дно долины занято плоской пойменной террасой шириной 200250 м. Средний уклон русла - 0.014.
Хвостохранилище, расположенное от обогатительной фабрики (ОФ) №12 на расстоянии, не превышающем 1 км, эксплуатировалось с 1975 по 1989 г., и за это время здесь было уложено 117.0 млн. м3 хвостов обогащения. Остаточная емкость хвостохранилища используется для аварийных сбросов пульпы ОФ. Общая площадь хвостохранилища 3.80 км2.
Хвостохранилище овражного типа, до 1989 г. -намывное [5-7]. Емкость образована путем перекрытия долины руч. Новый ограждающей дамбой, которая относится к гидротехническим сооружениям II класса. Высота ограждающей дамбы 62 м. Длина по гребню 4150 м. Отметка гребня + 358.0 м. Минимальная длина надводного пляжа 50 м. Пионерная дамба, дамбы обвалования и дополнительная пригрузочная призма выполнены из насыпного щебенистого грунта. Среднее заложение низового откоса ограждающей дамбы т = 3.
Уровень воды в отстойном пруде в течение 10 последних лет колеблется в диапазоне 355.0353.0 м. Объем воды в пруде 2.15 млн. м3. Минерализация воды в верхних слоях прудка колеблется от 5 до 18 г/л в летний и зимний периоды соот-
ветственно. В придонной части прудка минерализация воды может достигать 50 г/л.
В нижнем бьефе хвостохранилища расположена маневровая емкость, которая также эксплуатировалась до 1989 г. Часть фильтрационных утечек воды из пруда хвостохранилища, поступающих в маневровую емкость, возвращаются обратно или перекачиваются на фабрику для технологических нужд. Безвозвратные потери фильтрационных утечек из хвостохранилища по подрусловому талику ручья попадают в р. Дал-дын. В состав системы отвода паводковых вод входит руслоотвод руч. Новый, расположенный на правом борту хвостохранилищ, и нагорные канавы - для перехвата и отвода паводковых и поверхностных вод в обход хвостохранилища.
Тело хвостохранилища сложено в основном песками: от крупнозернистых в зоне, прилегающей к ограждающей дамбе, до пылеватых в переходной зоне. Отложения прудковой зоны, особенно глубоководной части, сформированы супесями и суглинками.
Инженерно-геологические изыскания, проведенные в отдельных частях хвостохранилища, выявили в намытых отложениях только пески среднезернистые и пески пылеватые, а по ограждающей дамбе - пески крупнозернистые, граве-листые и супеси пылеватые дресвяные.
В геологическом строении района хвостохранилища принимают участие карбонатные породы нижнего ордовика. В кровле они сильно выветре-лые, разобранные до дресвы и щебня. Коренные породы - мергели и известняки, в незначительной степени песчаники и глины, перекрыты чехлом четвертичных отложений, мощность которых на бортах колеблется от 1 до 5 м, а в пойме - от 3 до 10 м.
Криогенное состояние хвостохранилища в процессе его эксплуатации контролировалось температурными скважинами по ограждающей дамбе. Анализ имеющихся материалов показал, что в настоящее время значительный сектор хвостохранилища, протяженностью по дамбе около 1 км, в районе старого русла руч. Новый находится в талом состоянии. При этом основная часть этого сектора отепляется подрусловым потоком под телом дамбы и фильтрационным потоком из отстойного пруда хвостохранилища по телу ограждающей дамбы. Из-за малой длины пляжной зоны депрессионная кривая располагается высоко и не дает промерзнуть намытым песчаным отложениям как в пляжной зоне, так и в теле дамбы. Здесь талик достигает мощности порядка 45 м.
Базируясь на данных инженерно-геологические изысканий и данных исследований на объектах-аналогах [6-8, 11], можно выделить три ос-
новные разновидности грунтов, из которых сложено тело хвостохранилища и его основание.
Основание сооружения - дресвяный грунт с суглинистым заполнителем до 40%.
Пионерная дамба и дамбы обвалования - насыпной щебенистый грунт (известняки) с супес-чано-суглинистым заполнителем 13-29%.
Намывные отложения хвостохранилища - пы-
леватые пески и супеси.
В имеющихся материалах инженерно-геологических изысканий данные по фильтрационным характеристикам отсутствуют. Но по аналогии с другими объектами АК "АЛРОСА" коэффициент фильтрации грунтов основания хвостохранилища может меняться в широком диапазоне: от (1-10) м/сут - для мелкозернистых песков рыхлого сложения (е = 0.9-1.0) до 0.1 м/сут - для пыле-ватых песков плотного сложения (е = 0.5-0.6). Супеси имеют Кф от 0.5 до 0.01 м/сут (при изменении е от 1.5-1.0 до 0.5-0.4).
Учитывая, что минимальная минерализация воды в отстойном пруде хвостохранилища на руч. Новый - 6 г/л, а в пруде хвостохранилища на руч. Новый Киенг - 15.8 г/л, то при пересчете на засоленность грунтов при средней пористости п = 0.5 и рл = 1.5 г/см3 она составляет X = 0.2 и 0.5% соответственно [6].
Принимая засоленность X = 0.2% (с учетом криогенного концентрирования засоленность грунтов в нижних слоях хвостохранилища будет много выше) для хвостов и супесей основания с соответствующей влажностью грунта = 0.24 (хвосты) и = 0.33 (основание) и влажностью на границе раскатывания Wp = 0.18, в соответствии со СНиП 2.02.04-88 получаем, что при
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.