Хранилища промышленных отходов

Инженерно-геологические исследования хранилилищ промышленных отходов проводились на хвостохранилище АНОФ-2 п.о. "Апатит" (Мурманская обл.), хвостохранилище ГОК Эрденет (МНР), золоотвале № 4 Черепетской ГРЭС (Тульская обл., 2004 г.), хвостохранилище Ломоносовского ГОКа на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова (Архангельская обл., 2005 – 2007 г.г.) и др. объектах.

 

ЗОЛООТВАЛ ЧЕРЕПЕТСКОЙ ГРЭС

Работы проводились на золоотвале № 4 Черепетской ГРЭС. Исследованная территория располагается в пределах северо-западной части Среднерусской возвышенности в бассейне Верхней Оки в Суворовском районе Тульской области. Она занимает долину и прилегающие междуречья ручья Лютимка, правого притока р. Черепеть (правого притока р. Ока).

Работы проводились в составе комплексных научно-исследовательских и изыскательских работ для разработки рабочего проекта увеличения емкости золоотвала. На исследуемой территории изыскания, начиная с 1972 г., проводились институтом "ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ". Так же институтом "ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ" в 1982 и 1995 г.г. проводились геологические работы по изучению местных строительных материалов

 

Основные задачи исследований:

  • анализ и обобщение материалов предыдущих исследований;

  • инженерно-геологическая съемка масштаба 1:1000 для выявления опасных экзогенных геологических процессов;

  • изучение строения чаши золоотвала, определение физико-механических свойств заполняющих ее отложений;

  • исследование физико-механических свойств грунтов чаши золоотвала, ограждающих дамб и прилегающих территорий, оценка их изменения в процессе эксплуатации золоотвала;

  • исследование физико-механических свойств грунтов терриконов угольных шахт, оценка возможности их использования для отсыпки дамб;

  • подтверждение наличия строительных материалов и исследование свойств терриконов шахт для их использования при реконструкции золоотвала.

 

Для решения задач исследований применялись следующие методики и приборы:

  • комплекс полевых испытаний грунтов (сдвиги целиков, штамповые и прессиометрические испытания, ручная крыльчатка, статическая пенетрация);

  • лабораторные испытания образцов грунтов для определения их прочности и деформируемости, показателей фильтрационных и консолидационных свойств проводились на приборах трехосного сжатия (стабилометрах СТ-70С);

  • лабораторные сдвиговые испытания образцов для определения прочностных свойств грунтов ограждающих дамб и склоновых отложений проводились на приборах недренированного сдвига (Controls Shear tester T207 Digital).

 

Основные результаты выполненных работ:

  • изучено геологическое строение района исследований, определены физико-механические свойства слагающих его грунтов;

  • изучено строение ограждающих дамб, выделены участки с различными свойствами, связанными с различной степенью укатки грунтов при отсыпке;

  • изучено строение чаши золоотвала, состав и свойства заполняющих ее отложений;

  • проведен сравнительный анализ результатов определения прочностных и деформационных свойств грунтов, определенных различными полевыми методами и при лабораторных исследованиях (испытания в приборах трехосного сжатия СТ-70С и недренированного сдвига Controls Shear tester T207 Digital);

  • выявлены участки проявления опасных экзогенных геологических процессов, их активизации, связанной с подъемом уровня грунтовых вод, вызванного подъемом уровня воды в чаше золоотвала;

  • подтверждено наличие ранее выявленных месторождений строительных материалов и их свойства, оценено изменение их геологического строения, связанного с подъемом уровня грунтовых вод;

  • изучены свойства грунтов терриконов для их использования для отсыпки дамб.

 

ХВОСТОХРАНИЛИЩЕ ЛОМОНОСОВСКОГО ГОКа

В 2005 г. началась разработка месторождения им. М.В. Ломоносова. Особенность геологического строения месторождения заключается в том, что кимберлитовые породы слагающих его трубок практически полностью замещены глинистыми минералами, г.о. сапонитом. Сапонит (так называемый "мыльный камень") – высокомагнезиальный глинистый минерал, триоктаэдрический смектит, в структуре которого находятся 1–2 монослоя воды. Высокая физико-химическая активность сапонита приводит к тому, что в водной среде он образует тонкодисперсную суспензию, имеющую в естественных условиях очень низкие скорость седиментации и плотность образующегося осадка. В то же время, благодаря своему составу и свойствам, сапонит является минералом, который может широко применяться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.Технологический процесс переработки руды построен таким образом, что после обогащения вмещающие породы, содержащие большое количество сапонита, смешиваются с водой, перемещаются по пульпопроводам и затем складируются в хвостохранилище, ограждающие дамбы которого намываются из этих же пород. Крайне низкая плотность сапонитового осадка вынуждает периодически увеличивать объем и площадь хвостохранилища в процессе разработки месторождения, что негативно влияет на экологическую обстановку и увеличивает риск загрязнения окружающей среды. Отлагаясь в породах, слагающих намывные дамбы, сапонит ухудшает их прочностные свойства, что ведет к снижению устойчивости дамб. Низкая скорость осаждения сапонитовой суспензии делает невозможным осветление воды в количестве, необходимом для обеспечения оборотного технологического водоснабжения, что требует увеличения количества дополнительной воды, вовлекаемой в технологический процесс.

 

Основная цель исследований:

изучение влияния сапонита на свойства вмещающих пород, выявление закономерностей изменения его свойств при технологической переработке кимберлитовой руды для разработки способа ускоренного осаждения и уплотнения (сгущения) осадка сапонита и его дальнейшего складирования. Решение этих проблем позволит учитывать изменение устойчивости грунтов при проектировании гидротехнических сооружений, максимально уменьшить площади хвостохранилищ, снизить тем самым неблагоприятное воздействие на природную среду при разработке месторождений. Это решение возможно лишь на основе изучения внутреннего строения отложений, накапливающихся в хвостохранилище, преобладающих в них типов структурных связей, физико-химических процессов, вызывающих их осаждение и уплотнение.

 

Задачи исследований:

  • изучить строение и состав хвостов обогащения кимберлитовой руды, накапливающихся в пляжной и прудковой частях хвостохранилища;

  • определить основные физико-химические процессы, происходящие в этих отложениях при привнесении туда сапонита – основного минерала, слагающего трубки месторождения;

  • оценить влияние этих процессов на изменение физических и механических свойств отложений;

  • найти оптимальные виды воздействия на пульпу, позволяющие вызвать ускоренную седиментацию и уплотнение ее твердой фазы;

  • оценить возможности и разработать методику их практического применения.

Для решения задач исследований применялись следующие методики и приборы:

  • комплекс полевых испытаний грунтов (ручная крыльчатка, статическая пенетрация) для изучения строения ограждающих дамб;

  • лабораторные испытания образцов грунтов дамб для определения их прочности и деформируемости, показателей фильтрационных и консолидационных свойств проводились на приборах трехосного сжатия (стабилометрах СТ-70С) инедренированного сдвига (Controls Shear tester T207 Digital);

  • опытные работы по изучению влияния различных флокулянтов на скорость осаждения сапонитового осадка из пульпы и его плотность;

  • опытные работы по циклическому замораживанию и оттаиванию сапонитовой пульпы для моделирования процесса ускоренного образования осадка проводились с использованием термостата и термокамеры;

  • лабораторные испытания образцов осадка сапонита для определения его прочностных свойств и моделирования процесса консолидации проводились на приборах недренированного сдвига.

Основные результаты выполненных работ:

  • изучено строение ограждающих дамб хвостохранилища, определено, что увеличение содержания сапонита в них приводит, в конечном итоге, к снижению их устойчивости;

  • изучено влияние флокулянтов на процесс осаждения осадка из пульпы, определены наиболее эффективные их марки и концентрации, позволяющие значительно (почти в 6000 раз) ускорить его;

  • на основе положений теории физико-химического взаимодействия частиц в дисперсной системе предложен и подтвержден экспериментально способ осаждения осадка из пульпы при ее замораживании и последующем оттаивании;

  • разработана схема практического применения метода с использованием климатических условий региона, без применения дополнительных источников энергии.