ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 317-328
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 551.40.01
ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ ОПЫТНО-МИГРАЦИОННЫХ ОПРОБОВАНИЙ В ПОРОДАХ КРИОЛИТОЗОНЫ НА ОБЪЕКТАХ АК "АЛРОСА"
© 2014 г. Ф. Г. Атрощенко
Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела, 22-я линия, д.3, корп.3, г. Санкт-Петербург, 199106 Россия.
E-mail: fatroschenko@mail.ru
Поступила в редакцию 02.08.2013 г.
При отработке алмазоносных месторождений Якутии, в результате дренажа сильно минерализованных вод, на территории предприятий образуются несколько крупных потенциально опасных источников загрязнения окружающей среды: карьер, хвостохранилища, маневровые емкости обогатительных фабрик и отвалы соленасыщенных горных пород. Объемы загрязняющих веществ по мере разработки месторождений в указанных источниках постоянно растут. Показано, что проблемы охраны окружающей среды при реализации многочисленных и дорогостоящих проектов АК "АЛРОСА" должны решаться при обязательном проведении опытно-миграционных опробований, с помощью которых определяются необходимые миграционные параметры геологической среды: при оценках миграционных параметров на участках утечек из водохранилищ или хвостохрани-лищ наиболее целесообразна схема опробования - запуск индикатора в естественный поток, а на участках перетекания вод из одного водоносного горизонта в другой через мощную толщу водоупорных отложений наиболее эффективна дуплетная схема.
Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, опытно-миграционные опробования, рассолы, открытые горные работы, карьеры, алмазоносные месторождения, параметры.
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Эффективность мероприятий по охране окружающих природных сред при разработке месторождений полезных ископаемых во многом определяется их информационным обеспечением. Ключевое место в такой информации (наряду с данными о фильтрационных параметрах водоносных горизонтов и защитных свойствах пород зоны аэрации) занимают сведения о механизмах и параметрах миграции подземных вод, получаемые в результате полевых экспериментов, натурных наблюдений и сопутствующих лабораторных определений. Постановка и проведение миграционных опробований каждый раз должны увязываться с особенностями прогнозной задачи, при решении которой в ходе миграционного опробования воспроизводятся либо полностью условия процесса массопереноса загрязнений в пласте, либо его преимущественная сторона. С этих позиций различают эксперименты, направленные на определение параметров: 1) отражаю-
щих плановую миграцию и 2) характеризующих субвертикальную миграцию растворов.
К таким параметрам относятся коэффициенты фильтрации (влагопереноса) вдоль и вкрест напластования многолетнемерзлых пород (ММП); действительные скорости миграции солей и теп-лопереноса в ММП при инъекции в них жидких отходов (зависящие, в первую очередь, от скорости заполнения пористой матрицы данного массива солями и влагой); свободная емкость и теплоемкость мерзлых пород. Интенсивность заполнения пористой матрицы ММП зависит от целого ряда факторов и параметров, в частности от:
1) петрографического состава разреза ММП;
2) химического состава поровых вод и льдов;
3) химического состава закачиваемых вод и их изменения в процессе взаимодействия с мерзлыми породами; 4) сил всасывающего давления, существующих в ненасыщенной среде; 5) осмотических сил, образующихся при взаимодействии рассолов
0 0.5 1.0 км
1_I_I
К)
' - - .. 73
.78
78
84
ч159
>75
65
56 " ~10П - - " 47 -90 ии "98 «82
•68
82
•66
87
■ - _ т73_ _
75----
84
59
8173 2 3
Рис. 1. Характер распределения минерализации рассолов в техногенном талике Октябрьского полигона (ноябрь, 2002 г.): 1 - изолиния минерализации, г/дм3; 2 - сверху, номер наблюдательной скважины, сбоку - средняя минерализация воды, г/дм3; 3 - временный накопитель минерализованных вод; 4 - водовод к системе захоронения.
с глинистым материалом; 6) предельной влажности насыщения пористых блоков, определяющей момент перехода конвективного поступления вод в блоки под действием сил всасывания и осмоса к их диффузионному донасыщению солями.
Решение конкретных задач при разработке алмазоносных месторождений АК "АЛРОСА" связано в основном с утилизацией дренажных рассолов, утечками стоков из хвостохранилищ, эффективностью тампонажных работ при ремонте плотин водохранилищ (плановая миграция) и борьбой с притоками подземных и техногенных вод к горным выработкам. К примеру, способ захоронения рассолов в ММП широко применяется практически на всех горно-обогатительных комбинатах Компании. Геологический разрез ММП и залегающих ниже водоносных комплексов в Якутской алмазоносной провинции однообразен и представляет собой массив горных пород, сложенный незакономерно чередующимися слоями терригенно-карбонатных отложений, в которых развито несколько разноориентированных систем трещин и разломных зон. Ниже, преимущественно, на примере исследований, проведенных на Октябрьском полигоне захоронения дренажных рассолов Удачнинского ГОКа [3, 6, 7], рассмотрены методы и способы определения миграционных и фильтрационных параметров в толще пород, используемой под захоронение рассолов.
Октябрьский участок захоронения расположен между реками Далдын и Сытыкан, ограничивающими его с юго-запада, запада и севера. На вос-
токе участок граничит с карьером "Удачный", на юго-востоке - с руч. Правый Киенг. Размеры участка в пределах выделенных границ составляют примерно 5 х 7 км (рис. 1).
Разрез ММП представлен терригенно-карбо-натной толщей, в которой по признаку преобладания тех или иных петрографических разностей выделяют четыре пачки пород с разным распределением рассолопроводящих слоев (табл. 1).
Рассолопроводящие слои, приуроченные к первым двум пачкам пород, связаны исключительно с карбонатными породами - известняками и доломитами, и отделены друг от друга водоупорными глинистыми известняками и мергелями, мощность которых растет от первых метров (верхняя пачка) до 3-10 м (вторая пачка) и 10-30 м (третья и четвертая пачки). Отметим, что 3-я и 4-я пачки пород отличаются более высокой глинистостью по сравнению с вышележащими слоями, редкой трещино-ватостью и практически полным отсутствием подземных льдов. При этом карбонатные образования в миграционном процессе играют роль потенциально проводящих коллекторов, а терригенные -водоупоров и емкостей для захоронения сбрасываемых рассолов. Последнее связано с наличием в терригенных пористых отложениях ММП свободной от влаги части порового пространства, составляющей, как правило, 2-6% общей пористости пород всей толщи многолетнемерзлого массива.
В этих условиях процесс миграции рассолов, сбрасываемых в ММП, в зависимости от фильт-
Таблица 1. Данные по частоте встречаемости рассолопроводящих слоев
№ пачки ММП/ отм. залегания, м. абс. Число вскрытых слоев/ суммарная мощность, м Пределы колебаний
радиуса распространения рассолов в слоях, м значения минерализации на момент вскрытия слоев, г/л
1 /420-340 9 / 57 420-900 26-71
2/325-280 4 / 23.8 900-1750 34-69
3/270-230 3 / 7.3 250-700, в нижнем - 4400 25-41, в нижнем - 170
4/212-160 4 / 7 2000-4500 60-70
рационных свойств коллекторов и водоупорных слоев может быть преимущественно: а) плановым, б) субвертикальным и в) смешанным.
В начальной стадии эксплуатации Октябрьского полигона захоронения при сбросе рассолов во временный накопитель миграционный процесс был смешанным. Первоначально стоки распространялись по первому под дном накопителя хорошо проницаемому коллектору, постепенно просачиваясь вниз по водоупорному слою и заполняя ненасыщенное влагой в нем поровое пространство. С момента проникновения рассолов в следующий хорошо проницаемый слой их плановое распространение в первом слое прекращалось, и начинался повторный цикл плановой и вертикальной миграции, но с участием уже второго хорошо проницаемого коллектора и подстилающего водоупора. И таким образом процесс миграции продолжался бы до тех пор, пока рассолы не дошли бы до кровли первого от поверхности водоносного комплекса или области разгрузки (к примеру, карьера). Но за это время при среднем радиусе распространения рассолов по хорошо проводящим слоям порядка 2 км в пористых отложениях ММП было бы захоронено порядка 40 млн. м3 дренажных рассолов. Однако на месторождении в целях якобы экологически безопасного способа захоронения рассолов была реализована схема их сброса ниже эрозионного вреза рек в нижние слои ММП. В результате этого смешанный ход процесса миграции практически сразу же превратился в субвертикальный с потерей возможности захоронения рассолов в пористых блоках всего разреза мерзлых пород. То есть, в большей части ММП образовалась транзитная (буферная) емкость, в которой в свободных ото льда пустотах (трещинах) скапливались разбавленные до неагрессивного состояния к ледовому заполнителю соленые воды. При этом стадия вертикальной миграции продолжалась до тех пор, пока сбрасываемые рассолы не проникли в дренируемый карьером верхнекембрийский (а впоследствии и среднекембрийский) водонос-
ный комплекс, после чего они стали идти на восполнение их емкостных запасов.
Важно, что высока вероятность увеличения притоков к карьеру с момента, когда горные выработки вскроют относительно мощные и хорошо проводящие коллектора в средне- и нижнекембрийском водоносных комплексах (СВК и НВК соответственно). При этом скачок в объемах притоков рассолов к системе осушения карьера (или подземной горной выработки) будет в несколько раз превышать наблюдаемые ныне притоки. Следует заметить, что кроме затрат на откачку и захоронение повышенных притоков рассолов к горной выработке, которые неизбежно будут в ближайшем будущем, компания уже понесла финансовые потери из-за принятого решения по сбросу рассолов в нижние слои ММП. В частности, исключив из процесса захоронения пористую составляющую всего разреза мерзлых пород, трещинная емкость нижней части ММП в пределах Октябрьского полигона захоронения рассолов, не превышающая 4 млн. м3, к 2002 г. была исчерпана, и сброс п
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.