Введение к работе
Актуальность работы
Значительная доля загрязнений в водные объекты поступает из техногенных образований, причем наиболее опасными являются образования горнометаллургического комплекса: отвалы забалансовых руд, хвосто- и шламохраннлища и шлакоотвалы металлургических заводов. Заскладированные в них отходы содержат значительные концентрации токсичных элементов, таких, как медь, цинк, хлор, фтор, ртуть, сера, селен, мышьяк, бериллий и другие, соли которых постоянно выносятся инфильтруюшимися атмосферными осадками в поверхностные и подземные воды.
Вынос загрязняющих веществ из техногенных образований может продолжаться десятки и сотни лет, что в значительной степени определяет неблагоприятную экологическую обстановку в горнодобывающих районах на длительный период. Негативное влияние отходов горно-металлургической промышленности, заскладированных на земной поверхности, проявляется в загрязнении атмосферы, почв и подземных вод, а также в изъятии из хозяйственного оборота больших земельных участков и уничтожении растительности.
С другой стороны, эти отходы по своей сути являются техногенными
месторождениями, в которых только на территории Свердловской области
накоплено свыше 50,0 млн т железа, 18,6 млн т цинка и 1,5 млн т меди.
Наличие в непосредственной близости от законсервированных накопителей
отходов карьерных выемок можно считать идеальной предпосылкой для решения проблемы экологической реабилитации территорий,
нарушенных горными работами. Складирование отходов в отработанные карьеры
позволит не только ликвидировать загрязнение атмосферы и почв окружающих
территорий, устранить угрозу загрязнения поверхностных и подземных вод, но и
обеспечить технический этап рекультивации нарушенных земель. При этом
обеспечивается сохранность химического и минерального состава
заскладированных отходов для их последующей переработки.
Таким образом, разработка мероприятий по охране водных объектов при захоронении техногенных отходов в карьерные выемки является актуальной.
Цель исследований. Разработка методического обеспечения по выбору способов подготовки и технологии складирования техногенных отходов в выемки погашенных карьеров, гарантирующих эффективную защиту подземных вод от загрязнения.
В задачи исследований входит разработка:
-
классификации карьерных выемок по гидрогеологическим, инженерно-геологическими и горнотехническим условиям складирования техногенных отходов разной токсичности и гранулометрического состава;
-
способов инженерной подготовки карьерных выемок для складирования техногенных отходов;
-
методики расчета параметров противофильтрационных экранов из фунтовых материалов;
-
технологии гидроизоляции бортов и дна выемки, заполняемой сухими и
жидкими отходами;
-
технологии консервации карьерных выемок после их заполнения техногенными отходами;
-
системы мониторинга за состоянием подземных вод в зоне влияния захоронения.
Основная идея работы. Складирование техногенных отходов в этработанные карьеры является наиболее эффективным способом рекультивации іемель, нарушенных горными работами, если при этом обеспечивается такая ггепень гидроизоляции выемки, при которой исключается возможность іагрязнения подземных вод выносимыми из выемки токсикантами.
Научные положения
-
Комплексное решение проблемы рекультивации земель, нарушенных орными работами, и ликвидации загрязнения атмосферы, почв и гидросферы оксикантами, выносимыми из отвалов, хвосто-, шламо- и шлакохранилищ, может >ыть достигнуто за счет захоронения размещенных на земной поверхности ехногенных отходов в выработанное пространство карьеров, зоны обрушения іудннков и подземные выработки.
-
Защита подземных и поверхностных вод от загрязнения техногенными ітходами, складируемыми в карьерные выемки, может быть обеспечена за счет идроизоляции бортов и дна выемки или тампонажа законтурного массива, «уществляемых до начала или в процессе заполнения карьера.
-
Предлагаемые методики расчета противофильтрационных экранов и
ехнологии их формирования обеспечивают защиту подземных вод от
агрязнения и долговременную сохранность химического состава складируемых
отходов с целью их использования в качестве техногенных месторождений дл повторной разработки.
Достоверность научных выводов и рекомендаций обоснован сопоставлением расчетных значений динамических показателе водопроводимости скальных массивов Главного карьера Высокогорского ГОКа ростом фильтрационных потерь из хвостохранилища в процессе его заполнения опытом управления ими за период с 1996 по 1999 гг.
Научная новизна работы
1. Впервые обоснована возможность получения интегральных показателе
водопроводимости скальных массивов в окрестностях горных выработок и оценк
динамики их изменения по глубине, на основе обратных расчетов г
водопритокам в меженный период на разных стадиях развития горных работ.
2. Разработан комплекс противофильтрационных средств, включающі:
тампонаж законтурного массива и зон повышенной фильтрации, уплотнені
верхнего слоя глинистого грунта в бортах выемки и серп
противофильтрационных экранов, обеспечивающих достижение заданной степей
гидроизоляции выемки для защиты подземных вод от загрязнения.
3. Разработан и прошел практические испытания метод формирован!
межслоевых противофильтрационных экранов за счет периодического сброса
выемку расчетного объема глинистой пульпы с последующим запуске
коагулянта.
Практическая ценность работы
1. Разработана классификация карьерных выемок, обеспечивают
возможность определения вида техногенных отходов, которые могут использоваться для ее рекультивации, а также необходимости ее гидроизоляции для зашиты подземных вод от загрязнения.
2. Разработаны конструкции и технологии формирования
противофнльтрационных экранов различного назначения, создаваемые как «на
сухую», так и методом намыва.
3. Разработаны рекомендации по консервации карьерных выемок после их
заполнения, включающие создание противоинфильтрационного экрана и системы
мониторинга за состоянием подземных вод в окрестностях захоронения.
Методы исследований: анализ данных о водопритоках в карьерные выемки, теоретические расчеты, лабораторные исследования . и полевые эксперименты.
Реализация результатов работы
-
Методические указания по оборудованию полигонов для захоронения техногенных отходов в отработанных карьерах, разработанные при непосредственном участии автора, утверждены Правительством Свердловской области в качестве нормативного документа.
-
Методические разработки по расчету противофнльтрационных экранов и технологии их формирования использованы при разработке Рабочего проекта зекультивации шламохранилища№1 Полевского криолитового завода.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международном
:импозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное
:троительство в сложных гидрогеологических условиях» (Белгород, 1999 г.);
Научно-практическом семинаре «Экологические проблемы промышленных регионов», на Международной выставке «Уралэкология. Техноген-99» (Екатеринбург, 1999г.); семинаре «Вопросы инженерно-геологических, инженерно-экологических и инженерно-геодезических изысканий в Уральском регионе» (Екатеринбург, 1999 г.)
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 100 страницах машинописного текста, включая 5 таблиц, 23 рисунка и список литературы из 72 наименований.