Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов

Щербакова, Елена Павловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов"

Направахрукописи

ЩЕРБАКОВА ЕЛЕНА ПАВЛОВНА

УДК 55:502:622.88

ГЕОЛОГО - ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ

Специальности 25.00.36 - «Геоэкология», 25.00.16 - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор ЕРМОЛОВ Валерий Александрович доктор технических наук, профессор СЛАСТУНОВ Сергей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЧАПЛЫГИН Николай Николаевич доктор технических наук, профессор ШПАКОВ Петр Сергеевич доктор технических наук, профессор ЗИЛЬБЕРШМИДТ Михаил Григорьевич

Ведущая организация - ФГУП ВИОГЕМ - Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, защите инженерных сооружений от обводнения, специальным горным работам, геомеханике, геофизике, гидротехнике, геологии и маркшейдерскому делу (г. Белгород)

Защита диссертации состоится "29 " июня_2005 г. в 13.00 час.

на заседании диссертационного совета Д-212.128 08 в Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета докт.техн. наук, проф.

В.М.ШЕК

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современный период развития горного производства характеризуется вовлечением в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями, труднообогатимыми рудами, применением высокопроизводительного горного и обогатительного оборудования, что обусловливает формирование значительных объемов отходов горного производства. Общая масса извлекаемого и перерабатываемого минерального сырья в настоящее время составляет я 100 млрд. т/год. При этом в связи с разубоживанием и потерями руд при добыче и переработке, низким уровнем комплексности использования минерального сырья образуются и складируются в хвостохранилищах и отвалах значительные объемы горнопромышленных отходов, содержащих ценные компоненты. Объемы уложенных хвостов и шламов в действующих хвостохранилищах достигают от 5,0 до 600 млн.м3. В отстойных прудах хвостохранилищ накоплено воды от 1,0 до 60,0 млн.м3 . В гидроотвалы горных предприятий РФ уложено около 1,5 млрд.м3 вскрышных пород.

Техногенные массивы хранилищ горнопромышленных отходов хвостохранилища и гидроотвалы - наиболее значительные объекты негативного воздействия на окружающую среду. В то же время многие из них являются потенциальными техногенными месторождениями черных, цветных и благородных металлов, горнохимического сырья и строительных материалов, а также перспективными площадями для последующего лесо-, био- и сельскохозяйственного освоения.

В этой связи вовлечение в переработку техногенных ресурсов, сосредоточенных в хвостохранилищах и гидроотвалах, позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду, уменьшить площади отчуждаемых земель для нужд горного производства, а также частично решает задачу ресурсосбережения. Геолого-экологическое обеспечение формирования, эксплуатации, консервации и рекультивации намывных техногенных массивов - проблема комплексная. Она содержит геологические, инженерно-геологические, технические, технологические, экологические, экономические и организационные аспекты.

Вопросы обеспечения безопасности возведения намывных техногенных массивов и последующей эксплуатации, консервации и рекультивации невозможны без комплексных исследований по оценке их техногенного воздействия и промышленной значимости, обоснования их экологической безопасности, что является основой информационного обеспечения природоохранной деятельности. В этой связи вопросы геолого-экологического обеспечения природоохранных технологий освоения техногенных массивов являются актуальными.

Цель работы заключается в разработке научно-методических основ геолого-экологического обеспечения природоохранных технологий при формировании, эксплуатации, консервации и рекультивации техногенных массивов хранилищ горнопромышленных отходов для комплексного использования техногенного

сырья, достижения промышленной безопасности освоения техногенных массивов и охраны окружающей среды.

Идея работы состоит в том, что геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов базируется на комплексе геохимических, геолого-минералогических, инженерно-геологических и геомеханических показателей, обусловливающих их экологическое равновесие с геологической и сопредельной с нею средами.

Методы исследований. В диссертации использованы следующие методы исследований, позволяющие реализовать системный подход к рассмотрению проблемы, таких как:

- анализ и обобщение данных научно-технической литературы по хранилищам горнопромышленных отходов; системно-структурный анализ массивов хвостохранилищ и гидроотвалов;

- методы теории случайных функций, геометрии недр, кластерного анализа, сплайн-интерполяции для районирования эколого-технологических зон техногенных месторождений;

- методы математической статистики и теории вероятностей для статистического анализа качества и фракционного состава техногенного сырья, методы теории множеств и теории матриц для описания качественных состояний техногенных массивов горнопромышленных отходов;

- методы теории предельного равновесия сыпучей среды со сцеплением, фильтрационной консолидации грунтов, инженерно-геологического районирования и управления состоянием техногенных массивов при гидрогеомеханическом анализе процессов изменения во времени с позиций их уплотняемости, несущей способности и устойчивости ограждающих дамб;

- полевые и лабораторные методы геохимических исследований, количественные химические анализы, лабораторные методы исследования процессов выщелачивания загрязнителей из отходов горно-промышленного комплекса;

- опытно-промышленная проверка результатов исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Геолого-экологическое обеспечение формирования, эксплуатации, консервации и рекультивации техногенных массивов горно-промышленных отходов представляет собой систему эколого-технологической диагностики и регламентации качества техногенного сырья, оценки геолого-геохимической зональности и миграционной способности элементов в массивах, установления прочностных и деформационных показателей техногенных отложений, несущей способности и коэффициента запаса устойчивости ограждающих дамб, а также адаптации техногенного рельефа к естественному.

2. Геолого-экологическая оценка качества горнопромышленных отходов должна быть основана на эколого-технологической типизации техногенного сырья

определенной целевой направленности с выделением промышленных сортов по распределению свободных зерен и сростков кристаллохимических модификаций фракционно-минеральных агрегатов с учетом технологического типоморфизма минералов и их пространственной изменчивости на основе показателей экологического риска, обусловливающих ресурсную ценность техногенных месторождений и экологическую безопасность готовой продукции.

3. На основе гидрогеохимических исследований и оценки взаимодействия кальцито-гипсовых отложений, образующихся при консервации хвостохранилищ, с водными растворами различной ионной силы установлено, что эффективная флокуляция коллоидного вещества и иммобилизация тяжелых металлов и токсичных элементов на сульфидсодержащих хвостохранилищах происходит при рН - 8-9 и регулируемом поступлении низкоминерализованных вод с водами прудка законсервированного хвостохранилища.

4. Геолого-экологическое обоснование рекультивации техногенных массивов следует производить на основе инженерно-геологического районирования намывных сооружений, выполняемого с учетом их несущей способности и направления дальнейшего использования намывных территорий через оценку степени уплотнения тонкодисперсных толщ по величине допустимых внешних нагрузок и времени «отдыха» участка хвостохранилища или гидроотвала после прекращения намыва. Обосновано, что к числу определяющих факторов относятся вещественный состав техногенных отложений, темпы формирования массивов, их мощность и геоморфологические характеристики территории.

5. На основе анализа литологического состава и мощности намывного массива установлено, что применение дренажных элементов целесообразно на гидроотвалах тонкодисперсных пород при мощности > 30 м и темпе намыва 2 м/год, что позволит повысить вместимость, экономию и ускорить ввод их территорий для последующего использования. Техногенный рельеф НТМ следует формировать с учетом адаптивности к естественному, на основе материалов инженерно-геологического районирования, с учетом остаточной осадки, с расположением в теле массива дренажных элементов, ускоряющих консолидацию и сроки дальнейшего использования намывных территорий.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций,

сформулированных в работе, обоснована статистической обработкой данных химического, минерального состава отходов горнодобывающего комплекса, математической обработкой полученных результатов, а также удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных по исследуемым объектам результатов прогноза уплотнения намывных массивов и оценки изменений во времени их состояния. Расхождение - не более 10%.

геохимических, геолого-минералогических, инженерно-геологических и геомеханических показателей, обусловливающих экологическое равновесие намывных техногенных массивов.

Практическое значение работы:

разработана методика геолого-экологической оценки отходов рудообогащения, алгоритмов и программ районирования техногенных месторождений на основе идентификации состояний технологических комбинаций фракционных минеральных агрегатов в техногенных образованиях и продуктов их переработки;

- разработана методика обоснования эколого-технологических сортов техногенных образований переработки медно-никелевых руд при их вторичной переработке и установления параметров экологически безопасной шихты на основании кристаллохимических модификаций малоникелистых и высоконикелистых пирротинов;

- разработаны и обоснованы рекомендации по обеспечению консервации сульфидсодержащих техногенных месторождений на основе результатов исследований количественных геохимических преобразований в долгосрочной перспективе, позволяющие установить оптимальные объемы и регулируемое поступление низкоминэрализованных вод в пруд законсервированного техногенного месторождения, что предотвращает миграцию загрязняющих веществ из массива хвсстов. Рекомендации вошли в методику проектирования рекультивационных мероприятий сульфидсодержащих хвостохранилищ в Северной Швеции;

- разработаны рекомендации по применению методики оценки несущей способности намывных массивов, позволяющей определять по степени уплотнения тонкодисперсных толщ величину допустимых внешних нагрузок и время «отдыха» участка хвостохранилища или гидроотвала после прекращения намыва грунта на нем; даны предложения по размещению сухого отвала на намывном основании в 3-ей секции гидроотвала «Березовый Лог" с учетом уточненных данных о несущей способности техногенных отложений;

- на основе расчетов уплотнения намывного массива даны рекомендации по применению различных вариаций дренажных элементов с учетом конкретных инженерно-геологических условий и определению конечной формы техногенного рельефа через величину остаточных осадок.

Реализация результатов.

диссертационных исследований вошли в методику проектирования рекультивационных мероприятий хвостохранилища месторождения Кристенбари, Швеция, и используются в учебном процессе при чтении лекций дисциплины Торные отходы" S BL 050 и дипломном проектировании студентов Технического Университета Лулеа.

Результаты исследований использованы при подготовке учебно-методической литературы для студентов специальности 330200 - «Инженерная защита окружающей среды (в горной промышленности)».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях МГГУ «Неделя Горняка» (1999-2005 гг.), научно-технических конференциях «Экологические проблемы горного производства» (Москва, 1993 и 1995), Международном симпозиуме по освоению минеральных ресурсов «Вопросы осушения и экология» (ВИОГЕМ, Белгород, 1997), XII Межд.совещ. РАН, МПР по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (Москва,2000), Межд.конф. «Освоение недр и экологические проблемы» (Москва, 2000), научно-техническом семинаре кафедры Прикладной геологии Технического Университета, (г.Лулео, Швеция, 2002), I Межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003), Международной конференции по восстановлению и рекультивации горнопромышленных ландшафтов (Халле, Германия, 2003), Международной конференции по геотехнологии и управлению минеральными ресурсами (Греция, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 61 рисунок, 38 таблиц, список литературы - 166 наименований.

Автор выражает благодарность за постоянную помощь и внимание к работе научным консультантам профессору Ермолову В.А и профессору Сластунову СВ., глубокую признательность заведующему кафедры геологии профессору Гальперину A.M. за поддержку и ценные консультации; коллективу кафедры геологии, коллегам - преподавателям и научным сотрудникам кафедры ИЗОС за оказанное содействие; профессорам Абрамову А.А., Шкуратнику В.Л., Мосейкину В.В., Ельчанинову Е.А., а также зарубежным коллегам - профессорам Бъорну Оландеру и Андершу Видерлюнду (Технический Университет, г. Лулео, Швеция) за доброжелательные замечания, рекомендации и помощь при подготовке диссертации.

Основное содержание работы

Значительный вклад в решение проблемы оценки природных ресурсов и рационального природопользования в горной промышленности внесли работы

К.Н.Трубецкого, ЛАПучкова, В.А.Чантурия, Н.Н.Чаплыгина, А.С.Астахова,

A.М.Гальперина, Е.А.Ельчанинова, В.А.Ермолова, В.Г.Зотеева, Ю.В.Кириченко,

B.С.Коваленко, Е.А.Кононенко, И.И.Мазура, В.В.Михайлова, В.В.Мосейкина, М.Е.Певзнера, и многих других специалистов. Обеспечению экологической безопасности на открытых горных работах, разработке новых безотходных технологий и проблемам комплексного использования сырья посвящены работы Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, В.И.Осипова, ЛАПучкова, П.И.Томакова, В.И.Стрельцова Н.Н.Медникова, В.С.Хохрякова, И.И.Русского, А.Е.Воробьева и др. В области проектирования, эксплуатации и снижения вредного воздействия намывных горнотехнических сооружений следует отметить работы Г.А.Нурок, Ю.Н.Дъячкова, М.А.Дергилева, И.М.Ялтанца, В.М.Павленко, Ю.И.Кутепова и др.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса формирования и освоения намывных техногенных массивов - хвостохранилищ и гидроотвалов.

Проведенный анализ состава, состояния, перспектив использования ресурсной базы техногенных массивов показал, что техногенные образования являются наиболее значимыми элементами геосистемы горнопромышленных регионов и представляют экологическую опасность, создаваемую их вредным влиянием на окружающую среду. Однако они могут и должны быть использованы в качестве сырьевых ресурсов. Ряд техногенных массивов представляет собой несомненную ценность как источник, содержащий Си, Со, Аи, Ад, редкоземельные элементы и другие полезные компоненты.

Неполное извлечение полезных компонентов руд цветных металлов в концентраты приводит к серьезной угрозе неблагоприятного воздействия горнопромышленных производств цветной металлургии на природу и человека. В процессе обогащения теряется с отвальными хвостами до 15% добытых Си и Мо, до 20% Pb, Zn, калийных солей, до четверти Fe, W, Mn, N до 40% Р из фосфоритов и Sn, до 40% Со. Складируемые в хвостохранилищах тонкодисперсные продукты с течением времени могут существенно менять свой состав и свойства, многие из них могут стать источником химического загрязнения.

Обострение положения с обеспечением потребности страны в продукции минерально-сырьевого комплекса обусловливает настоятельную необходимость вовлечения в производство техногенного сырья. По ориентировочным оценкам суммарная ценность полезных компонентов в сырье техногенных месторождений сопоставима с оценкой потенциальных ресурсов минерального сырья в недрах СНГ. В работе дан анализ состояния ресурсной базы вторичного минерального сырья для регионов Европейского Севера и Северо-Запада РФ, Центральной части и Поволжья, Сибири и Дальнего Востока, рассмотрены основные направления использования и технологии переработки сырья хвостохранилищ.

На основании анализа исследований, проведенных в последнее десятилетие, были выявлены и обозначены процессы, протекающие в заскладированных горнопромышленных отходах, и их влияние на окружающую среду. Установлено, что извлеченная из недр горная масса попадает в

принципиально иную геохимическую обстановку, многие содержащиеся в ней первичные минералы оказываются неравновесными в новых термодинамических условиях, и вследствие этого в таких продуктах неизбежно начинаются вторичные изменения. Анализ опыта складирования отходов в различных отраслях народного хозяйства России показал, что массивы отходов вызывают значительную деградацию окружающей среды.

Анализ литературных источников и реальных условий сооружения, эксплуатации, консервации и рекультивации намывных техногенных сооружений показал, что основной причиной снижения промышленной и экологической безопасности отвалов, гидроотвалов и хвостохранилищ является отсутствие всестороннего мониторинга на всех стадиях существования НТМ за геомеханическими и геохимическими процессами. При этом большая доля аварий и критического состояния между элементами «массив-окружающая среда» связана с нарушением технологий складирования и консервации НТМ.

Так, например, при формировании хвостохранилищ часто не создаются противофильтрационные экраны в их основании, снижающие геохимическую миграцию элементов, в том числе и экологически опасных.

В работе дана экологическая оценка современных технологий формирования и рекультивации НТМ, в результате чего выявлено, что при принятии тех или иных технических и технологических решений отсутствует комплексный учет взаимовлияния геомеханических, геохимических, геоэкологических и геолого-промышленных критериев, что приводит, в целом, к нарушению экологической безопасности НТМ. Оценка природоохранных технологий формирования, переработки и рекультивации техногенных территорий КМА, Урала показала возможность и потенциал решения глобальной задачи — достижения безопасного состояния окружающей среды.

Однако имеющийся задел недостаточен для принятия точных и полноправных решений. Он не позволяет конструктивно понимать и оценивать характер и механизм формирования экологических последствий освоения недр, их развитие и устранение. Методическое и информационное обеспечение решения экологических проблем фрагментарно, а сами проблемы зачастую носят локальную содержательную постановку, не соответствующую системному анализу экологических последствий. Не разработаны критерии оценки экологического риска, слабо развит геоэкологический мониторинг.

В этой связи необходимо оценить экологическую обстановку в районе размещения хвостохранилищ; разработать методы геолого-технологического районирования техногенных месторождений с учетом комплексного их использования; оценить эколого-технологические свойства отходов рудообогащения; разработать рекомендации по выбору природоохранных мероприятий. Такой подход к изучению и оценке качества сырья техногенных месторождений дает возможность определить приоритетность использования горнопромышленных отходов, а также обеспечить выбор оптимальных технологий добычи и переработки лежалых хвостов с учетом экологических требований к охране окружающей среды.

Во второй главе рассмотрена методология геолого-экологической оценки состояния техногенных массивов, базирующаяся на анализе геоморфологических, пространственно-морфологических, качественных, инженерно-геологических и экологических факторов и показателей, характеризующих состояние и интенсивности развития процесса изменения геологической среды при формировании (строительстве), эксплуатации, консервации и рекультивации техногенных массивов.

Для этапа строительства техногенного объекта дано обоснование факторов воздействия на естественный и техногенный рельеф, составлена схема развития техногенного и естественного рельефа, которая согласуется с классами ответственности гидроотвалов в зависимости от параметров техногенного рельефа. Предложена следующая последовательность выбора оптимальных форм и параметров техногенного рельефа:

- инженерно-геологическое районирование намывного массива для получения данных об изменчивости прочностных и деформационных свойств техногенных фунтов и оснований в пределах различных зон;

- реконструкция первоначального рельефа территории намывного массива (включая функциональные особенности);

- определение остаточной осадки и несущей способности массива, с построением изолиний остаточных осадок и допустимых внешних нагрузок, а также профилей неразмывающих уклонов по зонам;

- определение целесообразности намыва или отсыпки дополнительных объемов грунта на намывное основание для создания неразмываемого уклона техногенного массива;

- регламентирование технологии подготовки к рекультивации.

С этих позиций определены факторы рельефообразования для ряда регионов добычи полезных ископаемых (Центральной России, КМА, Урала, Кузбасса).

Морфоструктурные особенности техногенных массивов определены исходя из геоморфологии хвостохранилищ, конструкции объекта как инженерно-технического сооружения, технологий намыва хвостов, состава и свойств отходов рудообогащения. Геоморфологический тип хвостохранилища определяет мощность техногенного массива и размеры его внутренних зон, ярусность, зональность, а также элементы конструкции хвостохранилища (упорные и ограждающие дамбы, дамбы обвалования, искусственное основание, рекультивационный слой и др.)

Большинство техногенных образований хвостохранилищ следует рассматривать как особую категорию полезных ископаемых. Техногенные массивы, содержащие скопления полезных компонентов, составляют класс техногенных месторождений. Для их оценки необходимо проведение геологоразведочных работ и применение критериев, учитывающих ресурсную ценность горнопромышленных отходов. Проведению геологоразведочных работ на техногенных месторождениях должны предшествовать прогнозная (кадастровая) оценка хвостохранилищ, а также установление потребности в

товарной продукции, которая может быть получена из вторичного минерального сырья.

Схема геологоразведочных работ на хвостохранилище должна включать два этапа: ревизионно-оценочный и разведку. Назначение ревизионно-оценочных работ состоит в выборе объектов, последующая разведка которых экономически целесообразна. Для предварительной ресурсной оценки необходима следующая информация: геоморфологическая привязка объекта; характеристика вещественного состава хвостов; порядок складирования (валовой, селективный); объем, занимаемая площадь и общая высота техногенного массива; наличие и характер деформаций массива; госзавершение складирования; направление рекультивации. Ревизионно-оценочные работы должны проводиться на основе анализа ретроспективной информации.

Разведка проводится на техногенных месторождениях, промышленное значение которых определено ревизионно-оценочными работами. Она проводится в границах, обеспечивающих выявление промышленных запасов сырья на нормативный срок, при наличии реальных потребителей на техногенное сырье. На стадии разведки должна быть получена следующая информация: характеристики, определяющие потребительскую ценность вторичного сырья, и их пространственная изменчивость; геометрические параметры залежей и их внутренняя зональность; технологические схемы и технико-экономические показатели переработки; условия, способ и схема добычи; объемы использования по различным направлениям конкретными потребителями; постоянные кондиции и запасы по категории С1 (запасы утверждаются с правом проектирования промышленного использования). Разведочная сеть и отобранные пробы хвостов должны обеспечить возможность районирования техногенного массива на зоны и заданную точность средних значений показателей потребительских свойств.

К основным принципам геолого-экономической оценки техногенных месторождений можно отнести: общественную потребность в минеральном сырье, приемлемую прибыль на вложенный капитал, взаимную заинтересованность предпринимателя и местной администрации в освоении объекта, полноту использования недр, улучшение экологической и социальной обстановки в регионе и др.

Оценка хвостохранилищ как месторождений вторичных минеральных ресурсов требует решения следующих вопросов:

установления перечня полезных компонентов и пород в составе техногенного массива (производится на основе изучения отчетов о разведке месторождения при эксплуатации которого сформировалось техногенное образование; целесообразно привлечение данных о возможном практическом использовании хвостов обогащения);

выявления скоплений или залежей полезных компонентов и пород в техногенном массиве (осуществляется путем анализа технического проекта, геолого-маркшейдерской документации, маршрутного обследования, проходки и опробования разведочных пересечений по рациональной системе);

определения возможных областей применения и оценки потребительских свойств хвостов (изучение вещественного состава материала хвостов и определение показателей качества в соответствии с действующими стандартами на сходные виды сырья);

оценки промышленной значимости хвостов при соответствии требованиям действующих стандартов (проводится с помощью определения реального или потенциального потребителя и сопоставления существующего объема минеральных ресурсов с потребным);

оценки возможностей и условий добычи хвостов из хвостохранилищ (осуществляется по аналогии на начальной стадии их изучения, а на завершающем этапе - по данным геологических исследований);

экономической оценки хвостов и определения кондиций (выполняются, как и для природных месторождений, путем предпроектных проработок вопросов эксплуатации техногенного месторождения по вариантам, при этом проводится сопоставление суммарных затрат на добычу и обработку добытого сырья с суммарной стоимостью товарной продукции);

подсчета запасов хвостов как полезных ископаемых с учетом кондиций так же, как для природных месторождений.

На основании ретроспективной информации на предприятиях черной и цветной металлургии установлено, что определяющими параметрами для направленного формирования техногенных массивов являются химический, минеральный и гранулометрический состав хвостов. Результаты минералогического анализа хвостов обогатительных фабрик как показателей назначения свидетельствуют о сложном полиминеральном составе и наличии различных рудных и нерудных минералов, содержащих ценные компоненты (Аи, Ад, Мп, Си, 2п, N Мо, "П, Zr, V и др.), рассмотрение целесообразности доизвлечения которых явно необходимо ввиду высокого их содержания в хвостах обогащения исходных руд.

Основной характеристикой технологичности хвостов является их гранулометрический состав, позволяющий установить режимные параметры технологических процессов добычи, переработки, пылезащиты, рекультивации и др. Гранулометрический состав хвостов изменяется в широких пределах для различных видов минерального сырья, а при переработке на обогатительных фабриках различных природных типов - имеет значительные колебания в разные периоды эксплуатации месторождений. Наиболее крупные хвосты сбрасывают железорудные обогатительные фабрики. Средневзвешенный диаметр (с1ср) хвостов этих фабрик от 0.03 до 0.66 мм. Из обогатительных фабрик цветных металлов наиболее крупные хвосты сбрасывают молибденовые фабрики. Средневзвешенный диаметр хвостов на них колеблется от 0.095 до 0.3 мм. Далее следуют полиметаллические предприятия, получающие концентраты РЬ, Zn, Си (Сср=0.05-0.3 мм). Обогатительные фабрики, выпускающие концентраты Мо, W и Си, сбрасывают хвосты с Сер от 0.076 до 0.185 мм. При обогащении медно-никелевых руд хвосты имеют Сер в пределах от 0.061 до 0.15 мм. При обогащении золотых, серебряных и платиновых руд С" изменяется в пределах от 0.066 до

0.12 мм. Средневзвешенный диаметр хвостов обогатительных фабрик черной металлургии, намытых на пляжах хвостохранилищ, изменяется от 0.1 до 0.8 мм, а фабрик цветной металлургии - от 0.1 до 0.4 мм, причем по виду это в основном пылеватые и в небольшом количестве мелко- и среднезернистые хвосты. В прудковых зонах хвостохранилищ обогатительных фабрик как черных, так и цветных металлов откладывают хвосты с dcp ~ 0.05 мм и меньше.

При формировании и последующей разработке техногенных массивов важная роль принадлежит физическим (влажность, объемный вес скелета, плотность, пористость) свойствам хвостов, обусловливающих показатели технологичности, сохраняемости и транспортабельности техногенного сырья. Механические характеристики хвостов (компрессионные свойства, сопротивление сдвигу, фильтрационные свойства) необходимы для оценки осадки и устойчивости техногенных массивов. Следует отметить, что большинство как физических, так и механических характеристик связаны с dcp. Таким образом, для направленного формирования техногенных месторождений необходимо располагать информацией о закономерностях размещения и распределения как показателей качества, так и о гранулометрическом составе хвостов, намываемых в хвостохранилища. Эти исследования выполнены для условий Ковдорского техногенного месторождения.

Для описания показателей качества (Ре0бщ> Р2О5, СО2, MgO, Zr02, U и др.) и гранулометрического состава хвостов (выход фракций от +1.0 мм до -0.071 мм) в техногенном массиве использованы как выборочные оценки статистических параметров (вид функции распределения, средние значения, дисперсия, коэффициент вариации, асимметрия, эксцесс), так и геостатистические оценки (модели собственных структурных функций).

В главе три разработаны научно-методические основы геолого-экологической оценки техногенного сырья с позиции процессов рудоподготовки.

Целью экологического обеспечения рудоподготовки горнопромышленных отходов должна быть их целевая оценка по совокупности параметров, позволяющая определить возможность полезного использования отходов, т.е. их ресурсную ценность, и степень их негативного воздействия на окружающею среду при переработке отходов по определенной технологии или от прямого использования.

В процессе эксплуатации техногенных месторождений и переработки отходов рудообогащения как вторичных минеральных ресурсов требуется регламентация геоэкологической ситуации для определенного набора объектов, вовлеченных в отработку

{ГЭС I П}: < W (ДIТ), и {X ( Е|П)} > П» {E(S„)}, 0)

где U - оператор управления геоэкологической ситуацией качества горнопромышленных отходов;

X (Е|П) - правила определения принадлежности ситуации E(Sn) множеству {ПУК}, позволяющие распознать ГЭС при оценке качества отходов рудообогащения; - отображающая функция фракционно-минерального

состояния горно-геологических объектов, представленная правилами выделения

регламентированных ситуаций (П), которые обеспечивают требуемое качество до критического уровня (К) при любом сочетании совокупности свойств горнопромышленных отходов W(T).

Система техногенного месторождения определяется как множество композиций, построенное на основе информационной взаимосвязи отдельных первичных параметров и их взаимозависимости (элементов техногенного объекта), которые характеризуют качество вторичного сырья в соответствии с изменением его состава, свойств и количественных соотношений между ними.

Специфика формирования элементов моделей системы связана, с одной стороны, с изучением на основе экспериментов закономерностей поведения технологических ассоциаций фракционно-минеральных агрегатов в техногенных месторождениях, процессах рудоподготовки и обогащения, с другой - с анализом и обработкой исходной геоэкологической информации, предусматривающей вероятностный подход к оценке показателей. При этом необходимо также сопоставление и объединение первичных показателей с целью получения более информативных параметров, т.е. комплексных показателей, характеризующих как качество сырья, так и его эколого-технологические свойства, т.е. обоснование геоиндикаторов.

В этой связи качественная система техногенного месторождения является пространственно распределенной, что позволяет использовать при построении ее пространственной структуры теорию и методы моделирования объектов на основе дискретно измеряемых геоэкологических показателей, отвечающих определенной, координатно описываемой точке геологической среды.

При этом месторождение или его участки адекватным образом представляются конечным множеством:

УУг00.....\Л/„(к)}, (2)

где каждый элемент множества \Л/,(к) отвечает определенному набору свойств.

В этом случае пространственное распределение свойств описывается характеристической функцией свойств:

I х А если точки (х,у,2) обладают свойством \Л/<к>,

Щк)Х,У' 1.0- в противном случае. (3)

В этом случае, если некоторая часть техногенного образования (v) обладает свойством \М,(к), то

у = .К,"' А' У' (4)

где (V) - область всего массива, включающая в себя область Пространственно-временное сочетание состояний техногенного месторождения (изолированные минеральные агрегаты, сростки рудных и нерудных металлов, геолого-технологические зоны, геоэкологические зоны), связанных с изменчивостью совокупности свойств качества вторичного сырья

вовлекаемых в процессы добычи,

рудоподготовки и обогащения на различных временных интервалах (проектирование, планирование и т.д.), может быть задано в виде системы подмножеств, определяющих ситуации геоэкологического обеспечения управления качеством сырья:

ГЭС : < \ЛГ(Т). Б * Э'СГ) > Еи (5), (5)

где - параметры сортов сырья по содержаниям вида показателей качества (Т - прямые (измеренные) показатели); А - параметры технологических сортов - параметры сотов по обогатимости и

контрастности; - показатели экологичности сортов; - уровень изменения состояния объектов Б в результате колеблемости геоэкологических параметров (интенсивность изменения состояния); - функция, отображающая характер

взаимодействия объектов и параметров ГЭС.

Таким образом, любая геоэкологическая ситуация качественного состава (ГЭС) участков техногенного месторождения, планируемых к отработке, т.е. сформированная во времени и пространстве представляется в

виде:

<Рз (/) = фз (х.у.гд.У, I, М), эеБ, (6)

где V -характер сочетаний (П - нормальное, К - критическое) взаимосвязанных э ко лого-техно логических свойств сырья; I - уровень варьирования п-го вида параметра качества.

Регламентация геоэкологической ситуации для определенного набора объектов, вовлеченных в отработку, в этом случае, достигается нахождением отображающей функции (1) качественного состояния техногенного месторождения.

Экологичность вторичного минерального сырья можно определить как совокупность взаимосвязанных свойств, характеризующих качество горнопромышленных отходов и обусловливающих степень его экологической опасности (риск) в виде негативного воздействия на окружающую среду при переработке сырья по определенной технологии. Так, например, в случае загрязнения атмосферы сернистыми газами при металлургической плавке концентратов цветных металлов, содержащих серу, в качестве объекта оценки экологичности следует рассматривать сульфидные минералы, содержащиеся в техногенном сырье. В случае прямого использования, например, фосфатных удобрений в качестве экологичности будут выступать содержание в нем тяжелых, токсичных и радиоактивных элементов, приходящиеся на единицу питательного вещества - фосфора.

Методика экологической диагностики состоит из следующих взаимосвязанных этапов: технолого-минералогического и фракционного анализа вещественного состава техногенного сырья; общей геолого-технологической оценки отходов рудообогащения в техногенном массиве; эколого-технологической диагностики и оценки качества складированных отходов рудообогащения и продуктов их обогащения; выделении и геометризации (экологическом районировании) эколого-технологических сортов.

На этапе технолого-минералогического анализа оценивается предварительная токсичность минералов, входящих в состав тех или иных техногенных образований. Особенностью этапа геолого-технологической оценки качества горнопромышленных отходов является детальное изучение вещественного состава сырья и минералов, включающее: определение состава главных и сопутствующих минералов; примесных химических элементов; анализ кристаллохимических модификаций минералов и вторичных их изменений; установление физико-химических свойств и характера срастания минералов. Результатом изучения является выделение технологических ассоциаций минералов (ТАМ), баланс распределения химических элементов по минералам, оценка фракционного состава сырья.

Исследования технологических свойств сырья являются составной частью геоэкологической оценки, при этом детально должны быть изучены кристаллохимические характеристики модификаций минералов (КХММ) по концентратам, получаемым из складированных отходов рудообогащения, а также вновь образованным отвальным хвостам. Кроме того, должно быть оценено влияние вторичных минералов и гранулометрического состава на показатели обогащения.

В результате технологических исследований могут быть выделены модельные технологические комбинации минералов (МТКМ) и дано их распределение по продуктам обогащения. На основании анализа распределения МТКМ в продуктах обогащения производится технологическая типизация сырья с последующим их картированием. При этом должна быть выполнена оценка влияния факторов вещественного и гранулометрического состава на показатели обогащения.

Этап геоэкологической оценки вторичного минерального сырья характеризуется более детальным изучением вещественного состава с оценкой содержания экологически вредных компонентов как в кристаллохимических модификациях, так и в модельных технологических комбинациях минералов. При этом детально должно быть изучено распределение вредных (токсичных) компонентов, а также свободных зерен и сростков минералов.

По распределению экологически вредных кристаллохимических модификаций минералов в сырье и продуктах их обогащения выполняется экологическая типизация складированных отходов рудообогащения в конкретном техногенном массиве. Анализ и сопоставление экологической и технологической типизации сырья позволяет провести эколого-технологическую типизацию и геометризацию (районирование) конкретного техногенного месторождения.

Комплексная оценка технологических комбинаций фракционно-минеральных агрегатов техногенных месторождений рассматривается на примере малоникелистых пирротиновых отходов рудообогащения, складированных в хвостохранилище Норильского ГМК. С экологической точки зрения наиболее интересной особенностью пирротиновых хвостов является наличие в них значительных количеств малоникелистых пирротинов, указывающих на

необходимость их вывода до металлургического процесса переработки, что обусловит снижение выбросов сернистого ангидрита в атмосферу.

Вариации состава сульфидов сопровождаются закономерными изменениями не только их химического состава, но и кристаллических структур, что приводит к изменениям прочностных, электрических и магнитных свойств, и естественно, флотоактивности модификаций минералов.

Физические свойства рудных минералов в значительной степени определяются химическим составом и изоморфной емкостью соответствующих кристаллохимических модификаций, что позволяет рассматривать их как основу выделения технологических комбинаций в техногенном массиве.

Микротвердость как эквивалент твердости снижается в ряду пирротин -пентландит - халькопирит и возрастает в пирротине и халькопирите при вхождении в решетку примесей никеля. Никелистые пентландиты обладают более высокой микротвердостью, чем железистые. Влияние микротвердости на обогащение подтверждается данными о гранулометрии концентратов: для медного концентрата характерна левосторонняя асимметрия с максимумом содержаний халькопирита в классах 10-20 мкм, для никелевого - отмечается симметричное распределение зерен пентландита с максимумом его содержаний в классе 20-40 мкм и для пирротинового концентрата - правосторонняя ассиметрия с максимумом содержаний пирротина в классе 40-75 мкм.

Магнитные свойства рудных минералов в хвостохранилище характеризуются ростом магнитной восприимчивости в сульфидах с большими дефектами структуры и химического состава - моноклинном пирротине, талнахите, мойхуките, путораните. Магнетит имеет наиболее высокую магнитную восприимчивость. На ранних стадиях измельчения руд происходит опережающее вскрытие магнитных минералов и их концентрирование в тонких классах крупности. Однако с более высокой их микротвердостью при дальнейшем измельчении они перераспределяются и в крупные классы, что подтверждается минералогическим анализом отходов рудообогащения.

Электрические свойства сульфидов - удельная электропроводность и термо-ЭДС - также зависят от дефектов структур и наличия примесей и резко возрастают с увеличением температуры (термо-ЭДС). При этом поверхностные свойства сульфидов коррелируют с полупроводниковыми - большинство минералов групп халькопирита и кубанита - п- проводники, группы пирротина - р проводники, пентландит может быть как п-, так и р-проводником. Наибольшей проводимостью обладают никелистые пентландиты, что хорошо согласуется с данными более высокой скорости их флотации, а также извлечением в медный концентрат. Ряд минералов с убывающей термо-ЭДС составляют мойхукит -кубанит - халькопирит - железистый пентландит - гексагональный малоникелистый пирротин - моноклинный пирротин. Близость этого ряда к ряду флотируемости этих минералов очевидна, что позволяет охарактеризовать флотируемость сульфидов фракционно-минеральных агрегатов лежалых хвостов.

Анализ физических свойств модификаций сульфидов в техногенном массиве позволил выделить три группы минералов - А, В и С, различающихся между собой

определенным набором «модельных» (типоморфных) свойств внутри группы. Так, для группы А модельными являются - низкая электропроводность и преимущественно отрицательные значения термо-ЭДС, группа В, наоборот, характеризуется высокой электропроводностью и низкими положительными значениями термо-ЭДС. Модельными для минералов группы С являются их магнитные свойства (магнитная восприимчивость, проницаемость).

Таким образом, важнейшим результатом изучения минерального состава лежалых хвостов является выделение в хвостохранилище модельных комбинаций минералов, объединяющих кристаллохимические модификации минералов с различным химическим составом и структурой.

Определение экологичности техногенного сырья, как уже отмечалось, связано с изучением вещественного состава продуктов обогащения по принятой технологии переработки. Технологические показатели пирротинового концентрата - выход и содержание никеля, в основном, определяются содержанием пирротина в исходном сырье. Минеральный состав продуктов обогащения лежалых хвостов свидетельствует об образовании технологических ассоциаций свободных зерен и сростков минералов, распределение которых практически совпадает с «модельными» (типоморфными) комбинациями по физическим свойствам.

Влияние технологических комбинаций минералов наиболее ощутимо сказывается на извлечении гексагонального малоникелистого пирротина, который и является объектом экологических исследований. Поэтому для геоэкологического картирования техногенного массива (хвостохранилища) использованы: абсолютное содержание в лежалых хвостах экологически вредного вещества серы или его эквивалента (т.е. отношения содержаний серы к сумме никеля и меди); содержание свободных зерен и сростков минерала - носителя вредного вещества в закономерных комбинациях.

Эквивалент абсолютного содержания серы в «лежалых» хвостах -показатель «Э» - характеризует количество тонн серы на тонну добытых металлов (в данном случае никеля и меди), т.е. это показатель «пирротинности» техногенного сырья или показатель экологичности. При значении показателя Э=4,0-2,5 в техногенном массиве отмечается максимальное содержание малоникелистого пирротина - 27-43% масс, на 75-90%, представленного гексагональной модификацией. При отношении более 4.0 «лежалые» хвосты содержат 13-20% малоникелистого пирротина на 45-50%, представленного моноклинной модификацией. «Лежалые» хвосты с показателем Э<2,5 содержат незначительное количество малоникелистого пирротина, и поэтому непосредственно могут поступать в плавку в составе шихты с богатыми медно-никелевыми рудами.

Распределение пентландита в свободных зернах и сростках характеризуется тем, что сростки пентландита с пирротином могут извлекаться в никелевый и пирротиновый концентрат, преимущественно из техногенного сырья представленного комбинацией минералов типа В. Свободные зерна пентландита флотируются преимущественно в пирротиновый концентрат из комбинации типа С и частично - А. Таким образом, типизация техногенного сырья с позиций

комбинации минералов учитывает распределение как пентландитов, входящих в типы А и В, так и пирротины, которые содержатся в группах А, В и С. Очевидно, что наиболее представительной является типизация по распределению модификаций пирротина, что особенно важно для экологической оценки.

Лежалые хвосты, содержащие высокосернистый пирротин, являются наиболее экологически неблагоприятными, а сырье, содержащее гексагональный пирротин, - наиболее благоприятными.

Картирование техногенной залежи по показателю экологичности Э позволяет районировать участки распределения сортов и на основе геометризации осуществить формирование оптимальной шихты техногенного сырья при его последующей переработке в режиме экологического благоприятствования при управлении качеством техногенного сырья отходов рудообогащения медно-никелевых руд.

Эколого-токсикологическая оценка качества сырья дана в работе на примере Ковдорского апатит-бадделеитового техногенного месторождения. В результате исследований установлено, что апатитовый концентрат Ковдорского месторождения из руды и лежалых хвостов мокрой магнитной сепарации по содержанию тяжелых металлов, высокотоксичных элементов и радионуклидов целесообразно использовать для производства минеральных удобрений и кормовых обесфторенных фосфатов без ограничений. На основании геоиндикатора экологичности фосфатного сырья, определенного как детерминированная модель, связывающая в отходах рудообогащения или получаемых концентратах содержание тяжелых металлов, токсичных элементов и радионуклидов на единицу питательного вещества, вносимого в почву в виде удобрений, доказано, что продукция Ковдорского ГОКа превосходит как отечественные, так и зарубежные продукты фосфатного сырья и является экологически безопасной.

В четвертой главе выполнена оценка геохимической устойчивости сульфидсодержащих хвостохранилищ. В настоящее время для предотвращения поступления кислорода в сульфидсодержащие хвостохранилища и выноса загрязняющих веществ вследствие реакций окисления наиболее широко используются следующие два метода - (1) покрытие хвостохранилищ слоем тонкодисперсных четвертичных отложений или почвы и (2) использование водного покрытия. Применение водного покрытия в конкретных условиях является экономически менее затратным методом и вследствие этого более широко используется на практике. Дополнительный эффект в снижении водной миграции и выноса растворенных металлов водным потоком оказывает известкование водной среды, покрывающей хвостохранилище. Взаимодействие извести и растворенной в воде углекислоты приводит к образованию кальцита и гипса. Следствием внесения первой в водоем является также резкое повышение рН водной среды до 9-12, что приводит к образованию и осаждению гидрооксидов железа и марганца. Образующиеся в результате указанных реакций кальцит, гипс, гидроксиды железа и марганца являются минеральной фазой, активно захватывающей растворенные в воде металлы. Осаждение новообразующейся

минеральной фазы обусловливает значительное снижение концентраций металлов в воде и их захоронение в донных отложениях.

В этой связи проведены исследования, направленные на моделирование поведения металлов, иммобилизованных из водной среды и поглощенных минеральной фазой, образовавшейся в результате предшествующего известкования водоема, а также оценка степени экологического риска при возможной мобилизации поглощенных металлов.

Результаты исследований были получены автором при проведении экспериментальных и лабораторных опытов в ходе научной стажировки в Техническом Университете г. Лулео, северная Швеция, на кафедре Прикладной Геологии, в рамках Международной программы по снижению вредного воздействия отходов горного производства на окружающую среду, финансируемой ЕЭС. Результаты геохимических анализов проб хвостохранилища рудника Кристенберг интерпретировались автором на основе обработки данных геохимической лаборатории LKAB. Определение концентраций всех компонентов химического состава производилось масс-спектрометрией на приборе Element Finnigan MAT.

Хвостохранилище рудника Кристенберг представляет собой несколько изолированных участков размещения сульфидсодержащих хвостов, расположенных на различных высотных отметках относительно движения потока грунтовых вод на территории. На различных участках хвостохранилищ использовались различные методы для ограничения доступа кислорода к хвостам - покрытие четвертичными отложениями, поднятие уровня грунтовых вод и использование водного покрытия. Водное покрытие используется на самом крупном хвостохранилище № 4, имеющем площадь 0.74 км2. Хвостохранилище покрыто слоем воды, глубина которого варьирует от 1.5 м до 2.5 м. В результате систематического внесения извести вода имеет рН 9-12. Образование кальцита и гипса вследствие взаимодействия извести с водой привело к отложению на дне слоя кальцито-гипсовых отложений (КГО), мощностью 5-45 см, покрывающего хвосты. Кальцит и гипс являются основными компонентами, составляющими 45 и 20 вес.% отложений соответственно. Помимо кальцита и гипса в минералогическом составе отложений обнаружены гидроксиды железа, гематита, глинистых минералов, кварца и пирита. КГО характеризуются высокими концентрациями Zn (24419 мкг/r) и Си (2836 мкг/г) и других металлов, поглощение и захоронение которых происходит вместе с осаждением кальцита, гипса, а также гидроксидов железа и марганца.

В ходе выполнения работы были выполнены две серии экспериментов. В первой серии экспериментов моделировались возможные физико-химические процессы, возникающие в результате смешения вод различной минерализации. В условиях, максимально приближенных к естественным, имитировались различные варианты смешения высокоминерализованных вод пруда хвостохранилища и низкоминерализованных вод ручья Вормбакен. Во второй серии экспериментов исследовалось поведение металлов, аккумулированных в КГО в результате взаимодействия с водными растворами различной минерализации.

В серии экспериментов по смешиванию вод различной минерализации использовались 5 модельных водных растворов, пропорции воды из ручья Вормбакен в которых составляли 0, 25, 50, 75 и 100 объем.-%. Крайние члены данного ряда представляют собой неразбавленную воду пруда хвостохранилища и воду ручья Вормбакен, соответственно. Отбор проб водных растворов для определения концентраций химических элементов производился практически сразу же после смешения вод и далее через 5 часов, 24 часа, 5 суток, 30 суток, 60 и 90 суток.

Образцы КГО, использовавшиеся при выполнении второй серии экспериментов, были отобраны с помощью пробоотборника донных отложений гравитационного типа. Образцы высушивались до постоянного веса при комнатной температуре. Использовались навески массой 5 грамм, которые помещались в 2-х литровые пластиковые бутылки и заливались приготовленными вышеуказанным образом водными растворами. Отбор проб воды производился по аналогии с первой серией опытов непосредственно после смешивания вод, через 5 часов, 24 часа, 5 суток, 30 суток, 60 и 90 суток с момента начала эксперимента. Отобранные пробы воды, объемом 8 мл, центрифугировались для отделения привнесенных частиц КГО и далее направлялись для химического анализа.

Осаждение металлов при смешении вод различной минерализации. Поступление низкоминерализованных вод ручья Вормбакен в хвостохранилище может рассматриваться как аналог процессу смешения речной и морской воды в эстуариях. В результате осаждения коллоидной фазы происходит существенное снижение концентраций металлов Fe, Mn, Zn, Cd, Pb. В отличие от

морской воды и СГ главные ионы), доминирующими ионами химического состава воды, покрывающей хвостохранилище, являются Са2+ и SO42".

На рис. 1 представлены результаты экспериментов, моделирующих смешение низкоминерализованных и высокоминерализованных вод в различных пропорциях. Основные ионы химического состава вод - Са2+, Mg2+, Na\ Ю, SO42', а также Si, Sr, Ba, Mo и Cd незначительно изменяют свою начальную концентрацию стечением времени эксперимента.

Fe, Al, Mn имеют выраженное снижение концентраций во всех 3-х экспериментах с различными пропорциями смешения вод, а для AI и Мп также и в случае с неразбавленной водой хвостохранилища. Осаждение железа происходит практически сразу же после смешения вод, тогда как осаждение алюминия и марганца наблюдается по прошествии 5 суток эксперимента. Поверхностная вода ручья Вормбакен, направляемого в хвостохранилище, имеет концентрацию растворенного органического вещества значительно большую по сравнению с водой хвостохранилища.

На рис. 2 представлено изменение рН-условий водных растворов с течение времени экспериментов, а также изменение концентрации растворенного органического вещества. Для удобства значения рН водных растворов представлены на логарифмической временной шкале. рН при различных условиях

Рис. 1. Зависимость концентраций металлов от времени при взаимодействии вод различной минерализации и КТО. Пропорции воды из ручья Вормбакен составляют: А1- 0%, А2 - 25%, А3 - 50%, А4 - 75%, А5 - 100%

а)

-♦-В1

-а-В2 -а-вз

-Х-В4 -Ж-В5

6,8 (-• 0,1

б)

глд/1 8 -

4 -2

I I

0 \ О

О - начальный момент экспериментов; а - после 90 суток эксперимента Пропорции воды ручья Вормбакен: 1 - 0%; 2 - 25%; 3 - 50%; 4 - 75%; 5 - 100%

Рис. 2. рН-условия и концентрация растворенного органического вещества в экспериментах по смешению вод различной минерализации без внесения калыщто-гипсовых отложений

рН водных растворов

1 Ю 100 1000 10000

время, час

РОВ

1 2 3 4 5

Пропорции смешения вод

смешения вод незначительно изменяется от значений начального момента времени. В рН-условиях экспериментов и в поверхностных водах исследуемой территории доминирующей формой нахождения Ре в водной среде является взвешенная. Преобладающей неорганической формой взвешенных в воде частиц Ре являются оксиды и гидроксиды. Изменение концентраций основных катионов водной среды будет приводить к флокуляции коллоидных частиц оксидов и гидрооксидов.

Кроме того, Ре, Мп, а также А1 являются легко гидролизующимися элементами, и очевидным механизмом, приводящим к их осаждению в случаях смешения ручьевой воды и воды хвостохранилища, является новообразование гидроксидов. Вода ручья Вормбакен содержит более высокую концентрацию железа, чем вода пруда хвостохранилища (0.6 мг/л и 0.005 мг/л соответственно). Растворенные формы Ре и Мп из ручья Вормбакен будут образовывать гидроксиды при попадании в более щелочные условия пруда хвостохранилища. Железо, имеющее наиболее низкое значение рН осаждения гидрооксидов, выпадает первым. Образование гидроксидов железа в водной системе оказывает каталитический эффект на окисление и осаждение ионов марганца и алюминия. Ионы марганца и алюминия также имеют значительно меньшее сродство к органическим лигандам по сравнению с железом, поэтому выпадение марганца и алюминия наблюдается только после практически полного осаждения железа.

Таким образом, наблюдаемое снижение концентраций железа, марганца, алюминия может объясняться совместным действием двух механизмов: 1) флокуляцией взвешенных в воде микрочастиц (гидро)-оксидов Ре и Мп и органических коллоидов вследствие изменения концентраций основных катионов химического состава вод; 2) новообразованием и выпадением гидроксидов Ре, Мп и А1 вследствие возрастания рН воды.

Поведение Си, 7п, N11, Сг, РЬ, Ав и Со характеризуется снижением концентраций в течение первых часов эксперимента при всех пропорциях смешения вод. Соосаждение с гидрооксидами металлов и флокулирующей коллоидной фазой является наиболее вероятным объяснением наблюдаемому явлению. По прошествии 5 суток эксперимента концентрации Си и 1п в водной среде возрастают и далее характеризуются незначительными колебаниями.

Мобилизация металлов с кальцито-гипсовых отложений. Результаты экспериментов по моделированию взаимодействия КГО с водными растворами различной ионной силы позволили выделить несколько групп элементов, имеющих сходное поведение. Для основных компонентов химического состава КГО - Са2*, Мд2\ Э, Ма+, К*, а также Мо и Сг с течением времени эксперимента во всех случаях смешения вод происходит плавное возрастание их концентраций в воде в результате растворения минеральной фазы КГО.

Для Ре, Мп и наблюдается снижение концентраций во всех случаях смешения вод. Растворение КГО обусловливает возрастание рН водной среды до значений 8-9. В данном диапазоне рН происходит практически полное осаждение гидроксидов Ре и Мп.

Концентрации Си, N11, Со, Сс1 возрастают в первые 5 часов эксперимента во всех случаях смешения вод за исключением неразбавленной воды хвостохранилища. Далее с течением времени эксперимента концентрации этих металлов в воде снижаются. Через 90 суток концентрации 7п, N11, Со, СС составляют от 20 до 70% от концентрации в начальный момент эксперимента. Дв имеет сходный временной тренд изменения концентраций. Концентрации этого элемента плавно возрастают в течение первых 5 суток эксперимента и затем резко снижаются. В целом плавное снижение концентраций с течением времени характерно для РЬ и Ва. Концентрация Си через 90 дней эксперимента практически соответствует начальной концентрации. Подобное поведение указанных элементов может объясняться растворением минеральной фазы в первые часы эксперимента и последующим соосаждением с гидрооксидами Ре и Мп, а также с флокулирующей коллоидной фазой.

Распределение металлов в составе минеральной фазы КГО. Последовательная экстракция КГО различными химическими реагентами позволяет выделить фракции металлов, находящихся в составе различных компонентов минеральной фазы. Метод Тиссера, использовавшийся нами, выделяет следующие фракции металлов: 1) обменную, включающую в себя наиболее легкодоступные металлы, адсорбированные на поверхности минеральной фазы; 2) карбонатную; 3) фракцию металлов, находящихся в составе (гидро)-оксидов Ре и Мп; 4) фракцию органического вещества; 5) фракцию металлов минерального (преимущественно силикатного) остатка. Каждая из указанных фракций имеет различное поведение в отношении вторичного растворения и ремобилизации металлов.

Результаты экстракционных экспериментов показывают, что большая часть рассматриваемых металлов находится в составе карбонатной фракции и фракции (гидро)-оксидов Ре и Мп. Исключение составляют только Нд, находящаяся преимущественно в составе органического вещества, а также Ыа и К, доминирующие в составе обменной фракции. В составе фракции силикатного остатка находится менее 0.01% от валового содержания каждого из исследуемых металлов.

Из двух фракций, карбонатной и фракции (гидро)- оксидов Ре и Мп, последняя аккумулирует большую часть экстрагируемых металлов. В составе карбонатной фракции преобладают только Са, Мд и вг. Фракция органического вещества, помимо Нд, содержит в себе значительную часть от общего содержания Мо (20-40%) и Дв (20-40%), а также незначительные количества других элементов.

Закономерности распределения металлов в составе минеральной фазы подтверждают закономерности, наблюдаемые в экспериментах по взаимодействию КГО и водных растворов различной минерализации.

В связи с задачей прогноза устойчивости КГО следует отметить, что наибольшую потенциальную экологическую опасность вторичного загрязнения представляют собой металлы, находящиеся в составе гидрооксидов и оксидов Ре

и Мп, поскольку в случае понижения рН водной среды растворение гидрооксидов и оксидов Fe и Мп приведет к высвобождению указанных металлов.

Сходство поведения металлов практически во всех случаях моделирования смешения вод позволяет рекомендовать использование минимального соотношения низкоминерализованной воды и воды хвостохранилища (1 : 3).

В главах пять и шесть рассмотрены вопросы инженерно-геологического и геомеханического обеспечения природоохранных технологий формирования и повышения вместимости намываемых сооружений, а также регламентирования направлений и методов использования сформированных НТМ.

Для решения вопросов обеспечения безопасности формирования намывных горнотехнических сооружений и изыскания возможностей повышения их вместимости выполнено инженерно-геологическое районирование внутренних зон гидротехнических объектов и прилегающих территорий. Материалы инженерно-геологического районирования обеспечили определение несущей способности намывных массивов и естественных оснований, значений возможных осадок и времени «отдыха» для их стабилизации. На основе обобщения и обработки инженерно-геологической информации определены коэффициенты запаса устойчивости ограждающих дамб, остаточные осадки (.для определения формы техногенного рельефа при рекультивации) и несущая способность намывного массива (по зонам). Основными объектами исследований являлись гидроотвалы «Березовый Лог» и «Балка Чуфичева» ОАО «Лебединский ГОК». При подготовке материалов инженерно-геологического районирования использованы результаты многолетних (1969-2003гг.) работ МГИ-МГГУ, НИИКМА, ВИОГЕМ, Укргидропроекта.

Опыт сооружения гидроотвалов и выполненные исследования определили целесообразность разработки природоохранной технологии на основе управления состоянием намывных массивов, включающего прогноз, контроль и направленное изменение устойчивости откосных сооружений и интенсивности процессов уплотнения (упрочнения) тонкодисперсных материалов внутренних зон.

Прогноз уплотнения намывных массивов и оценка во времени их уплотняемости и несущей способности выполнялось с использованием решений одномерных задач уплотнения слоев переменной мощности. Использовались расчетные зависимости для определения степени уплотнения намывных слоев, учитывающие различные этапы их формирования. Приведены расчеты уплотнения намывных массивов с учетом периодов «отдыха» около 15 лет.

С учетом специфики формирования гидроотвалов рассмотрены следующие случаи уплотнения слоя грунтов: переменной мощности, возрастающей во времени (случай намыва); после окончания намыва под действием собственной массы слагающего его грунта («отдых» слоя); под действием постепенно возрастающей нагрузки (случай намыва вышележащих слоев); после окончания намыва вышележащих слоев под действием их массы.

Особенность таких задач состоит в том, что в процессе консолидации растет не только нагрузка, но и увеличивается длина пути фильтрации воды в слое.

Исходное уравнение уплотнения трехфазного грунта имеет вид:

а &г

где Р„ - поровое давление; 1 - время; С„ =кф(1 + есг)/(аув)- коэффициент консолидации; г - координата рассматриваемой точки; Ц\) - скорость нагружения, имеющая размерность давления, отнесенного ко времени; ю1 - коэффициент, учитывающий влияние зещемленного воздуха; кф - среднее значение коэффициента фильтрации; ЕСР - среднее значение коэффициента пористости породы для рассматриваемого диапазона уплотняющих нагрузок; а - коэффициент сжимаемости грунта; уа- плотность воды.

Скорость нагружения

V» - скорость увеличения толщины слоя; у1 - плотность грунта: 1

где

Я0=гЧ=г

^^{л-гЛг+^а-е,)]}

(8)

где Д - плотность частиц грунта. При полном водонасыщении породы (01=1)

(9)

(10)

В практических расчетах плотность намывных грунтов гидроотвала принимается равной лишь при совпадении уровня воды с верхней границей

Для расчета порового давления в слое переменной мощности (при Gi=1) при расположении его на водоупоре (11) или дренаже (12) использованы формулы М.В.Малышева, которые представлены в следующем виде:

(11) (12)

где h - мощность намытого слоя; к =z/h - относительная координата точки в слое; ц = v\tl С„

Для расчета степени уплотнения слоя переменной мощности, а также порового давления и степени уплотнения слоя для случаев приложения к слою внешней нагрузки и "отдыха" под действием собственной массы и вышележащих отложений использованы зависимости А.М.Гальперина.

Прогнозирование осадок и динамики порового давления в тонкодисперсных водонасыщенных породных массах осложняется тем, что их сжимаемость зависит от прилагаемого давления, а коэффициент фильтрации существенно снижается в процессе уплотнения.

слоя

Рассмотрен порядок определения параметров нелинейной консолидации с использованием результатов компрессионно-фильтрационных испытаний глинисто-меловых пород линз, сформировавшихся в теле северной упорной песчаной призмы гидроотвала «Березовый Лог» при одностороннем намыве, и гумусированных суглинков основания.

Анализ полученных экспериментальным путем зависимостей от порового давления и относительной осадки от времени t показал, что около 90% осадки глинисто-меловых паст приходится на период фильтрационной консолидации (до достижения поровым давлением нулевого значения). Испытания образцов пастообразных пород в условиях закрытой системы показали, что для этих пород отношение максимальной величины порового давления к осевой нагрузке близко к единице. Аналогичные результаты получены для меловых паст гидроотвала «Симонова пасека».

При обработке компрессионных зависимостей с учетом нелинейной консолидации вводилась функция у/, характеризующая изменение пористости:

е-е.

(13)

где ео, £к - коэффициенты пористости соответственно начальный и конечный, отвечающий предельно плотному состоянию грунта.

Компрессионная зависимость для широкого диапазона уплотняющих давлений:

где РЭф - эффективное давление; га - параметр компрессионной кривой; q - внешнее давление; Ри - избыточное поровое давление.

Коэффициент фильтрации Кф - как величина переменная, зависящая от изменения пористости, представлялся в виде

Кф=К°ф у,", (15)

где - начальный коэффициент фильтрации, соответствующий

коэффициенту пористости, п - параметр.

На рис.3 показано изменение пористости и водопроницаемости гумусированных суглинков основания и глинисто-меловых паст от уплотнения, полученное при обработке исходных данных о сжимаемости и величине коэффициентов фильтрации в диапазонах давления 0-1,1 (гумусированные суглинки) и 0-1,5МПа (пастообразные грунты).

Из зависимостей для гумусированных

суглинков получаем угловые коэффициенты прямых (параметры): и

п=1,86. Тогда параметр

2.5

Для пастообразных намывных грунтов параметры, полученные по той же методике: арО.18; п=2,12 и А.'=0,08.

Рис. 3. Зависимости к определению параметров нелинейной консолидации гумусированных суглинков основания (1) и глинисто-меловых паст (2) гидроотвала «Березовый Лог»

Для определения параметров X' и С0У используются также результаты лабораторных исследований консолидации, проводившихся в универсальных стабилометрах с замером порового давления в нижних торцах образцов.

Определяется продолжительность процесса консолидации, т.е. время, за которое избыточное поровое давление на нижнем торце (К-|=1) полностью рассеивается (Ри=0) или стабилизируется осадка [8(1)/Б= 1] При различных внешних нагрузках определяется продолжительность периодов консолидации ^ и затем вычисляются значения коэффициента консолидации в виде С7=4тИ2/л1к. Здесь высота образца И равна длине пути фильтрации.

Полученные различными способами значения СУ (м2/сут) пастообразных пород при внешнем давлении 0,4; 0,6; 0,8 МПа использованы при построении графиков зависимостей 1п С» и определении из них значений О0ч и АЛ

Сопоставление полученных различными способами значений С, показало, что использование для определения коэффициента консолидации формулы С, = ЯКф. €ср |3) приводит к существенному занижению сроков уплотнения породных масс и получению недопустимо «оптимистических» результатов. Указанное положение объясняется низкой точностью лабораторного определения коэффициентов фильтрации глинистых фунтов (возможны ошибки на порядок и более), а также спрямлением компрессионной зависимости (при вычислении а и еср для весьма значительного диапазона уплотняющего давления 0-0,8 МПа)

Расчетные значения влажности, плотности, плотности минеральных частиц, а также гранулометрический состав намывных грунтов приводятся при освещении вопросов инженерно-геологического районирования гидроотвальных массивов

Определение С, по полному периоду стабилизации осадки допустимо при выполнении ориентировочных прогнозных расчетов.

На основе анализа результатов лабораторных исследований консолидации и натурных замеров порового давления (стационарными датчиками и комбинированными - трехпараметрическими зондами МГТУ-ДИГЭС) получены зависимости С,(д) для различных зон гидроотвала «Березовый Лог».

Натурные измерения порового давления и осадок позволили уточнить параметры нелинейной консолидации намывных грунтов с учетом

реальных условий в массивах гидроотвалов. При обратных расчетах использовали инженерные методы прогноза уплотнения намывных тонкодисперсных толщ для различных этапов формирования. Сочетание замеров осадок и порового давления позволяет определить по натурным данным как коэффициент консолидации, так и приведенный коэффициент сжимаемости намывных грунтов. Полученные из обратных расчетов характеристики использовали для проверки прямых задач. Установлена хорошая сходимость расчетных и натурных значений порового давления и степеней уплотнения слоев тонкодисперсных пород.

Предложенная методика оценки несущей способности тонкодисперсных намывных масс позволяет определять по степени уплотнения толщ (полученной расчетным путем или с помощью натурных замеров порового давления) величину

допустимых внешних нагрузок (по формулам теории предельного напряженного состояния оснований) или по заданной величине внешней нагрузки (от рекультивационного оборудования, дополнительных объемов вскрыши) устанавливать продолжительность уплотнения после прекращения намыва.

Для обоснования проектных решений по консервации гидроотвала выполнены расчеты уплотнения и несущей способности для внутренних зон гидроотвала в пределах I -ой, 11-ой и Ш-ей секций общей площадью 750 га. В качестве исходных данных использовались компрессионные зависимости е=/(Р), зависимости коэффициента консолидации от уплотняющей нагрузки вида Су(д) и зависимости ср(1_1) и С(11), имеющие вид:

Су(ч)=Су° ехр(-^.'д), где я - уплотняющая нагрузка, кг/см2

- для первой секции

Су(д) = 0.14ехр(-0.07д)

ф(11) = 4+141), град; С(11)=0,04+0,015и, МПа;

- для второй секции

С„(д) = 0.11ехр(-0.09д)

Ф(и)= 6+10и, град; С(и)=0,01+0,0211, МПа;

- для третьей секции

Су(д) = 0.06ехр(-0.13д)

<р(и)= 4+1211, град; С(11)=0,015+0,01711, МПа.

Для участка намывного массива Ш-ей секции, размещенного на дренаже, в работе даны расчеты уплотнения. Результаты расчета для намывного массива Ш-ей секции мощностью 30 м при размещении его на водоупоре показывают, что фактическая степень уплотнения 11х намывного массива составляет около 0,95.

В результате исследований установлено, что степень уплотнения для намывного массива в пределах всей внутренней зоны гидроотвала 11>0,92 несущая способность (допустимые внешние нагрузки) на 2003 г. превышает 2 кг/см2, а максимальная величина остаточных осадок изменяется в диапазоне 0,09-0,21 м. Осадки Бост1™* и 8осттах определены соответственно без учета и с учетом поправочного коэффициента /9 на величину бокового распора:

босг^^Эосг^хД (16)

где р = 0,9; 0,8; 0,7 соответственно для 1-ой, И-ой и Ш-ей секции, определяется через коэффициент бокового распора фунтов Л в виде:

(1-Я)(1 + 2А) (1+ Л)

При оценке устойчивости сухих отвалов, размещаемых на слабых намывных основаниях, а также при решении вопросов рекультивации внутренних зон гидроотвалов и хвостохранилищ необходимо выполнить проверку несущей способности грунтов с использованием методов предельного напряженного состояния.

Для разработки мероприятий по последующему использованию намывных территорий требуется определять продолжительность периода консолидации тонкодисперсных водонасыщенных грунтов, по истечении которого эти грунты

приобретают достаточную несущую способность и становятся возможными рекультивационные работы или формирование сухих отвалов на намывных основаниях.

Продолжительность «отдыха» намывных тонкодисперсных грунтов устанавливают на основе решений задач уплотнения и предельного напряженного состояния грунтов. Внешнюю нагрузку рассматривают как полосовую (при формировании дренажных призм в тонкодисперсных грунтах и отсыпке заходок сухих отвалов) и как прямоугольную при учете действия массы оборудования, используемого для рекультивации.

Установление продолжительности периодов «отдыха» намывных массивов под действием собственной массы слагающих их фунтов («пассивного отдыха») позволяет разработать мероприятия по направленному изменению состояния массивов с целью форсирования консолидации и ускоренного достижения необходимой несущей способности.

Ускорение отжатия воды из пор тонкодисперсных грунтов вызывает форсирование их консолидации (уплотнения) Ускорение осадок намывной толщи позволяет размещать в заданный период времени (сезон намыва) большее количество складируемого материала на единицу площади и, таким образом, обеспечить сохранение плановой производительности намыва, а также сохранение общего объема намыва на тех же площадях отвода под намывное основание.

Комплексное использование рассмотренных методов позволяет получать оперативную информацию для управления состоянием намывного массива с учетом дальнейшего народнохозяйственного использования территорий гидроотвалов.

Так, например, установлено, что осадки намывных массивов гидроотвала «Березовый Лог» за период (1988-2003 гг.) и «Балка Чуфичева» за период (19892003 гг.) практически стабилизировались, при этом несущая способность намывных отложений всех зон превышает 2 кг/см2. Данные расчетов хорошо согласуются с результатами зондирования и измерения осадок намывных массивов.

В период эксплуатации гидроотвалов и хвостохранилищ повышение их вместимости возможно за счет наращивания дамб (при условии обеспечения их устойчивости) и форсирования консолидации намывного материала внутренних зон за счет создания в них системы дренажных элементов. Дренажная система создается с использованием основного технологического оборудования, что определяет высокую экономическую эффективность работ по подготовке территорий гидроотвалов к последующему использованию.

Прогноз и контроль уплотнения тонкодисперсных отложений в пределах различных участков ядерной зоны с учетом влияния дренирующих элементов позволили выполнить корректировку объема гидроотвала и обосновать повышение его общей емкости (вместимости), а также сокращение расходов на подпитку свежей водой землесосных установок за счет ускорения водооборота.

При этом достигнут значительный экономический и природоохранный эффект за счет экономии водных ресурсов, повышения вместимости сооружения и ускоренной подготовки намывной территории для последующего использования. Инженерно-геологическое районирование гидроотвалов горно-обогатительных комбинатов КМА позволило производить рекультивационные работы на стадии заполнения.

Экологическая безопасность технологии определяется, в основном, следующим.

- экономией свежей воды для подпитки гидроустановок при оборотном водоснабжении, исключающем загрязнение прилегающих водоемов технологическими водами;

- исключением нарушения дополнительных площадей за счет повышения плотности укладки складируемого материала (вместимость гидроотвала "Березовый Лог" в бассейне КМА повышена с 209 до 250 млн.м3);

беспрепятственным созданием пригодных для последующего использования территорий (горизонтальной планировки) в пределах овражно-балочной сети;

- проведением мероприятий по пылеподавлению на территориях гидроотвалов и хвостохранилищ за счет гидроукладки суглинистого слоя, используемого в дальнейшем в качестве подпочвенного (при этом исключается применение токсичных химреагентов - нерозина, полиакриламида, кохерекса и др. - для стабилизации пылящих поверхностей;

- созданием при горнотехнической рекультивации выпуклой формы техногенного рельефа намывных территорий, что предотвращает возникновение мульд оседания и заболачивания восстановленных площадей.

Наличие внутреннего прудка обеспечивает воспроизведение запасов осветленной воды для подпитки землесосных установок, повышая эффективность оборотного водоснабжения, а также устраняет необходимость внешнего прудка, сокращая тем самым площадь отчуждаемых земель.

Сложная ситуация с изысканием дополнительных земельных площадей для размещения отвалов рыхлой и скальной вскрыши ЛГОКа определяет необходимость обоснования возможности складирования дополнительных объемов вскрыши на территориях заполненных гидроотвалов Так, например, с учетом результатов оценки несущей способности намывного массива гидроотвала «Березовый Лог» (Рд0п >0,2 МПа для всех внутренних зон площадью 750 га) представляется возможным и целесообразным складирование сухих отвалов в его третьей секции площадью около 200 га (общая площадь порядка 750 га).

Экономический эффект от инженерно-геологических и геотехнических работ достигается за счет размещения значительных объемов сухой вскрыши на намывных основаниях (при этом дальность транспортировки сокращается на 3-3.5 км) и укладки дополнительного объема гидровскрыши на гидроотвале «Балка Чуфичева».

Использование скальной вскрыши открывает возможности формирования (наращивания) намывных сооружений, например, гидроотвала «Балка Чуфичева»

и хвостохранилища Лебединского ГОКа до отметки 230 м и более. При этом одновременно решаются две задачи - складирование скальной вскрыши и наращивание гидросооружений, ЁМКОСТЬ хвостохранилища при этом увеличится на 394,7 млн.м3. (в том числе за счет объема ограждающих дамб из скальной вскрыши - на 23,7 млн.м3.),' а общая емкость хвостохранилища составит 1176 млн.м3.

Составной частью подготовки намывных массивов для их последующего использования является рекультивация как комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.

При решении вопроса восстановления нарушенных экокомплексов активно вводится геоморфологический принцип ассимиляции намывных техногенных ландшафтов природными. Исследованиями установлено, что эрозионная расчлененность, характерная для региона КМА, может быть экологически и экономически эффективно использована для размещения намывных техногенных масс. С целью выявления главных факторов, оказывающих воздействие на геоморфосистему намывных массивов, составлены функциональные схемы развития техногенной и естественной геоморфосистем. Конкретный же набор факторов, значимых для экологически адекватной рекультивации, определяется в каждом конкретном случае индивидуально для определенных форм рельефа в конкретном геоморфологическом регионе. Выявлению этих форм рельефа посвящен анализ одного из исследуемых регионов (территории Курской Магнитной Аномалии), в основу которого положен историко-генетический подход в сочетании с анализом современных геоморфологических процессов и их изменений за время существования морфосистем). Автором разработана методика выбора формы и параметров рельефа на территории намывных сооружений, с учетом геоморфологического аспекта подготовки гидроотвалов и хвостохранилищ для их последующего использования, и динамики их уплотнения.

Проведенный анализ геоморфосистемы региона КМА позволяет сделать вывод, что при рекультивации нарушенного рельефа рассматриваемого района следует восстанавливать элементы флювиальных форм рельефа, а именно -долинную сеть и ее иерархию, ширину и уклоны тальвегов долин, уклоны бортов долин, а при расчете конкретных параметров учитывать динамическое состояние морфосистем. Основными критериями техногенного рельефа , экологически адекватного естественному, являются форма и уклон поверхности восстанавливаемой территории. Предложено на стадии проектирования восстанавливаемой поверхности предусмотреть, рассчитать и, при необходимости, регулировать с помощью технологии намыва такой профиль, который обеспечил бы после уплотнения намытых пород необходимый рельеф. Таким образом, речь идет о создании дополнительной слагаемой перемыва, компенсирующей контруклон поверхности (Дп). Профиль рекультивационного яруса должен обеспечить перехват сточных вод с прилегающих территорий для предотвращения водной эрозии, а также исключить образование застойных зон (благодаря стоку ливневых и паводковых вод) и смыв плодородного слоя.

Применительно к условиям формирования гидроотвала "Балка Чуфичева", КМА, автором были определены основные параметры на основе вышеизложенного. Уклон пляжа намыва суглинков 1:200-1:300. При средней ширине гидроотвала 750м высота перемыва составит 1,875 м с учетом укладки защитного слоя из суглинков от дренажной призмы к естественной поверхности. Увеличение объема гидроотвала в третьей секции, с учетом остаточных осадок и требований к формированию восстановленной поверхности, составит около 2 млн.м3. После стабилизации осадки намывной толщи уклон поверхности составит «=0,0045 (1:220).

Кроме того, рассмотренные в работе технические мероприятия должны обеспечить вовлечение в сферу сельскохозяйственного использования дополнительные площади в результате создания территорий горизонтальной планировки на месте малопригодных овражно-балочных участков. Исследования показали, что ликвидация резкой слоистости грунтов способствует улучшению водно-воздушного обмена рекультивационного слоя и обеспечивает повышение плодородия вновь созданных сельскохозяйственных угодий.

К разработке технологических схем рекультивации откосов и берм предъявлялись следующие требования: создать ландшафт, гармонично вписывающийся в окружающую природную среду; предотвратить поверхностный сток воды и эрозию почвы, а также локальные деформации в будущем; обеспечить оптимальные условия для приживаемости и развития лесных культур; обеспечить возможность применения комплексной механизации при выполнении основных технологических процессов рекультивации, особенно при посадке лесных культур и последующем уходе за ними.

Предусматривается формирование откоса террасного профиля. Террасный профиль формируется в процессе намыва дамб обвалования из крупнозернистых хвостов обогащения. Ширина террас и их высота определены исходя из величины результирующего угла заложения (1:4,5) откоса, обеспечивающего длительную устойчивость к деформациям.

Анализ проектно-исследовательских работ НИИКМА, ВИОГЕМ, Центрогипроруда показал, что подъём действующего хвостохранилища ЛГОКа до отметки плюс 230 м позволяет: сократить площадь земельного отвода в сравнении с размещением нового хвостохранилища в балке "Дубянка" на 1700 га; снизить землеёмкость хвостового хозяйства, а интенсивность использования земельного отвода повысить; сократить выплаты денежной компенсации сельскому хозяйству; уменьшить среднегодовой ущерб народному хозяйству от отрицательного влияния нарушенных земель на окружающую природную среду; осуществить прирост земельных угодий за счет рекультивации в сравнении с дополнительно изымаемыми.

Обеспечение экономии водно-земельных ресурсов и ускоренной рекультивации техногенных массивов хвостохранилищ и гидроотвалов достигается за счет применения в ядерной зоне дренажных элементов, обеспечивающих ускоренное поступление воды, отжимаемой из пор слоев тонкодисперсных грунтов (до 6 млн.м3/год на 100 га территории гидроотвала).

Уточнены условия применения разработанной в МГГИ-МГГУ технологии размещения различных вариантов дренажных элементов с учетом веществнного состава техногенных отложений, темпов намыва и геоморфологических особенностей территории. В результате предложенного увеличения проектного объема гидроотвала «Балка Чуфичева» на 60 млн.м3 достигается экономия отчуждаемых земель около 200 га. Внедрение предлагаемых рекомендаций по размещению сухих отвалов скальных пород в Ш-ей секции гидроотвала "Березовый Лог" КМА позволит обеспечить расчетный экономический эффект 10 млн.руб/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой научно-квалификационную работу, в которой дано решение актуальной научной проблемы, заключающейся в разработке научно-методических основ геолого-экологического обеспечения природоохранных технологий при формировании, эксплуатации, консервации и рекультивации техногенных массивов хранилищ горнопромышленных отходов для комплексного использования техногенного сырья, промышленной безопасности освоения техногенных массивов и охраны окружающей среды, что имеет важное народнохозяйственное и социальное значение и вносит существенный вклад в теорию и практику геоэкологии и горнопромышленной геологии.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следующем:

1. Обосновано, что намывные техногенные массивы (хвостохранилища) необходимо рассматривать как техногенные месторождения вторичного минерального сырья и сложные инженерные сооружения с позиций комплексности: эколого-технологической диагностики и регламентации качества техногенного сырья, оценки геолого-геохимической зональности и миграционной способности элементов в массивах, установления прочностных и деформационных показателей техногенных отложений, несущей способности и коэффициента запаса устойчивости ограждающих дамб, а также адаптации техногенного рельефа к естественному.

2. Доказано, что геолого-экологическую оценку горнопромышленных отходов, направленную на установление необходимых уровней качества, технологичности и экологичности следует рассматривать как систему эколого-технологической диагностики, идентификации фракционно-минеральных агрегатов с учетом их пространственной изменчивости на основе показателей, обусловливающих ресурсную ценность техногенных месторождений и экологическую безопасность готовой продукции.

3. Установлено определяющее влияние технологических комбинаций фракционно-минеральных агрегатов как комплексного параметра эколого-технологической типизации вторичного минерального сырья, поскольку в этом случае учитывается влияние значимых факторов вещественного состава на распределение свободных зерен и сростков рудных и нерудных минералов в

техногенном сырье и продуктах его дальнейшей переработки или прямого использования.

4. Выявлено, что соотношение технологических комбинаций фракционно-минеральных агрегатов в эколого-технологических сортах определяет геолого-экологическое состояние техногенного месторождения с позиций назначения, технологичности и экологичности вторичного минерального сырья Дана оценка экологической опасности отходов рудообогащения медно-никелевых руд Талнахского рудного узла и комплексных апатит-бадделит-магнетитовых руд Ковдорского месторождения.

5. На основе проведенных исследований и оценки геолого-геохимической зональности и миграционной способности в техногенных массивах установлено, что прекращение известкования водного слоя, покрывающего законсервированное хвостохранилище, и снижение рН водной среды (С 11до5) приводит к растворению компонентов (Са, Мд, N8, К, Э) и некоторых микрокомпонентов (Мо, Сг). Процессы образования и осаждения гидроксидов Ре, Мп и А1, флокуляции коллоидного вещества при поступлении низкоминерализованных вод предотвращают интенсивный вынос приоритетных загрязняющих веществ, таких как Сс^ Си, 2п, N1, Со до 97%. Лабораторное моделирование смешения вод позволяет рекомендовать оптимальное соотношение низкоминерализованной воды и воды хвостохранилища при применении водного покрытия как рекультивационного метода.

6. Обосновано, что выбору природоохранных технологий формирования, консервации или рекультивации НТМ должно предшествовать геолого-экологическое обоснование, включающее: анализ и негативное влияние НТМ на ОС и ее изменение, всесторонний мониторинг за состоянием техногенной среды НМ в период всего срока его существования; геолого-технологическое картирование тела хвостохранилища по результатам диагностики и регламентации свойств вторичного минерального сырья

7. Выявлено, что техногенный рельеф НТМ следует формировать с учетом адаптивности к естественному, на основе материалов инженерно-геологического районирования, с учетом остаточной осадки, с расположением в теле массива дренажных элементов, ускоряющих консолидацию и сроки дальнейшего использования намывных территорий. Разработана методика определения величины перемыва, компенсирующего остаточные осадки намывного массива ЭОСТ и наличие контруклона п.

8. Возведение дренажных элементов, положение которых устанавливается по данным инженерно-геологического районирования, обеспечивает ускорение ввода намывных территорий для последующего использования (сельско-, лесо-хозяйственного или размещения сухих отвалов) на периоды от 5 до 35 лет (в зависимости от мощности и литологического состава намывного массива). На основе анализа результатов расчетов уплотнения намывного слоя на водоупоре при «пассивном отдыхе» установлено, что применение дренажных элементов целесообразно на гидроотвалах тонкодисперсных пород при мощности И>30М и темпе намыва >2м/год. Для заполненных гидроотвалов необходимо

устанавливать режим рекультивационных работ с учетом продолжительности периодов после завершения намыва дифференцированно для пляжных, промежуточных и ядерных зон.

9. Обосновано возможное размещение сухих отвалов скальных пород в 111-ей секции гидроотвала "Березовый Лог" КМА, что обеспечивает достижение экономического эффекта 10 млн.руб/год.

Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кононенко Е.А., Щербакова Е.П. Гидромеханизированная рекультивация нарушенных земель // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., МГИ, 1992, № 3, с.56.

2. Кононенко Е.А., Щербакова Е.П. Экологически адекватная рекультивация средствами гидромеханизации. // Тез. докл. н.-т. конф. Экологические проблемы горного производства.- М., МГИ, 1993, с. 82-83.

3. Кононенко Е.А., Щербакова Е.П. Санитарно-гигиеническая рекультивация откосов внешних отвалов средствами гидромеханизации. // Тез. докл. конф. Новые технологии и технические средства гидромеханизации и подводной добычи. - М., МГГУ, 1994, с.33-35.

4. Кононенко Е.А., Павленко Г.В., Щербакова Е.П. На пути к горнометаллургическому экокомплексу. //Металлург, № 7,1994, с. 25-27.

5. Kononenko E.A., Pavlenko G.V., Shcherbakova E.P. The Path Toward an Environmentally «Green» Mining-Metallurgical Industry/ J. Metallyrgist - 1995 - March, Consultants Burea, New York. pp. 135-138.

6. Щербакова Е.П. Экологически безопасный рельеф рекультивируемых намывных территорий. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., МГГУ., 1997, №1,с.23-25.

7. Щербакова Е.П. Экологические основы формирования рекультивируемых намывных территорий // Тез.докл. н-т. конф. Вопросы осушения и экология. - г. Белгород, 1997, с. 124-127.

8. Щербакова Е.П. Инженерно-геологические и геоморфологическое обоснование техногенного рельефа намывных территорий гидроотвалов.// Геология и разведка. - М., МГГА, 1998, № 6, с.150-154.

9. Щербакова Е.П. Обоснование экологических критериев формирования техногенных месторождений. // Тез.докл. XII Межд.совещания РАН, МПР по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. - М., 2000, с.393-395.

10. Щербакова Е.П. Экологические проблемы создания техногенных территорий. // Тез.докл. Межд.конф. Освоение недр и экологические проблемы. -М., 2000.

11. Гальперин A.M. Щербакова Е.П. Прогноз уплотнения намывных массивов для оценки их экологической и промышленной безопасности и обоснования формы техногенного рельефа.// Геология и разведка. - М., 2001, №6, с. 111-118.

12. Половникова Г.С. Щербакова Е.П. Инженерная защита городов Архангельской области. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М., МГГУ, 2002, № 2, с. 96-98.

13. Щербакова Е.П. Оценка геохимической устойчивости сульфидсодержащих хвостохранилищ. // Геология и разведка. — 2003, № 3, с.88-92.

14. Щербакова Е.П. А. Видерлюнд, Р. Ласу, Д.Н. Малиновский. Экспериментальное исследование геохимической устойчивости хвостохранилищ сульфидных месторождений. // Геоэкология, - М., № 4, 2004, с. 134-141.

15. Щербакова Е.П. Некоторые аспекты геохимических исследований сульфидсодержащих хвостохранилищ. Сборник докл. I Межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». - Изд.РУДН, 2003, с.109-114.

16. Алейникова Л.Г. Щербакова Е.П Эколого-экономические аспекты природоохранных мероприятий в Центральной и Восточной Европе. - М. Экология и промышленность, февраль, 2002, с.38-44.

17. A.Widerlund, E.Shcherbakova, J.Forsberg, H.Holmstrom, B.Ohlander Laboratory simulation of flocculation processes in a flooded tailing impoundment at the Kristinberg Zn-Cu mine, northern Sweden. J. Applied Geochemistry. - 2004, № 19, pp. 1537-1551.

18. A.Widerlund, E.Shcherbakova, E. Carlsson, H.Holmstrom, B.Ohlander Laboratory study of calcite-gypsume sludge - water interactions in a flooded tailings impoundments at the Kristinberg Zn-Cu mine, northern Sweden. J. Applied Geochemistry. - 2005, 32 p.

19. Щербакова Е.П. Анализ и оценка потенциального плодородия вскрышных пород для биологической рекультивации намывных массивов. Сб-к докл. Съезд гидромеханизаторов. - М., 2003, с.348-353.

20. Щербакова Е.П. Хабарова Е.И. Ярощук О.Н Новые качества рекультивации - М.: Безопасность жизнедеятельности, №1, 2004, с.33-37.

21. Maslova M., Gerasimova L., Shcherbakova E., Abramov A. Utilization of mineral mining wastes. Proceedings. Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology, REWAS12004, Spain, p. 2945.

22. Щербакова Е.П. Гладышев В.В. Способы и средства нейтрализации кислотного дренажа сточных вод. Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., МГГУ, 2003, № 11, с.19-22.

23. Galperin A.M. Shcherbakova E.P. Ingenieur-geologishe, geotechnische und geomorphologishe Begrundung einer weiteren Ausnutzung von Spulmassiven in der KMA-Region. Abstract. International Conference. Sustainable development of reclamation landscapes former lignite mining areas. Martin Luther University Halle. - 2003, pp.20.

24. Ермолов В.А. Щербакова Е.П. Гладышев В.В. Технологическое районирование и токсикологическая оценка Ковдорского техногенного месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., МГГУ, 2003, № 10, с.5-7.

25. Ермолов В.А. Щербакова Е.П. Геолого-экологическое обеспечение освоения техногенных массивов. Тез. II Межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». 2003, с.56-58.

26. Малиновский Д.Н., Родюшкин И.В., Щербакова Е.П., Понтер К., Оландер Б., Ингри Ю. Фракционирование изотопов Fe в результате окислительно-восстановительных процессов в водоеме. - М., Геохимия, 2005, № 8.

27. Хабарова Е.И., Щербакова Е.П., Ярощук О.Н. О расширении спектра понятия и использования рекультивируемых земель. Материалы Научно-техн. конф. - Пенза, 2003, с.165-167.

28. Щербакова Е.П., Хабарова Е.И. Место рекультивации в геоэкологических исследованиях. Тез.Н Межд. конф. Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр. - М., 2003.

29. Щербакова Е.П., Хабарова Е.И., Ярощук О.Н. Комплексный подход в вопросах рекультивации земель, нарушенных горными работами. Материалы Научно-техн. конф. - Пенза, 2003,с. 178-181.

30. Щербакова Е.П., Хабарова Е.И., Ярощук О.Н. Вопросы рекультивации в геоэкологических исследованиях горнопромышленных ландшафтов. М. Матер. Межд. симп. Геотехнология: нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых. - М., 2003, с.181-182.

31. Щербакова Е.П. Химический состав земной коры. - В учебн.: Геология. Часть I. Основы геологии. - М., МГГУ, 2004, с. 101-115.

32. Гальперин A.M. Щербакова Е.П. Экологические аспекты преобразования горнотехнических ландшафтов. - М., Горный журнал, 2004, № 12, с. 101-103.

33. Малиновский Д.Н., Родюшкин И.В., Щербакова Е.П., Понтер К, Оландер Б., Ингри Ю. Геоэкологические исследования фракционирования изотопов Fe в результате окислительно-восстановительных процессов водной среды. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 2004, № с.246-249.

34. Хабарова Е.И. Щербакова Е.П. Экоаудиторская деятельность при формировании хвостохранилищ обогатительных фабрик. - М., Горный журнал, 2004, №5, с.87-88.

35. Гальперин А.М., Щербакова Е.П., Лисеев А.Ф Геоэкологическое обоснование освоения намывных массивов в регионе КМА. Материалы конф. ГИАБ, «Неделя Горняка -2004». - М., 2004, с.45-50,

36. Мосейкин В.В., Щербакова Е.П. Вопросы геологического обеспечения разработки хвостохранилищ. - М., Горная промышленность, 2004, №2, с.69-71.

37. Ermolov V., Shcherbakova E. Geological-ecological Provision quality management of mineral raw materials. Proceedings of the 1 st International Conference on Advances in Mineral Resources Management and Environmental Geotechnology. (AMIREG 2004) pp.313-317,7-9 June. 2004. Greece.

38. Мосейкин В.В., Щербакова Е.П. Пути решения геоэкологических проблем безопасной эксплуатации хвостохранилищ.- Межд.н.-техн. конф. «Наука и образование -2004» - Мурманск.

39. Galperin A.M., Shcherbakova E.P., Lisejew A.F. Zur perspectivischen Nutzung von industriellen Absetzanlagen in der Region der Kursker Magnet Anomalie. Review 2003. Research Reports Invited lectures "Geotechnical Seminar". - Freiberg 2004, pp.295-305.

40. Оландер Б. Щербакова Е.П Горное и геоэкологическое образование в Швеции Научно-техническая Интернет конференция. - М., 2004.

Подписано в печать 20.05.2005. Формат 60x90/16

Объем 2печ.л. Тираж 100 экз._Заказ №

Типография МГГУ. Ленинский пр., 6

/' ь*

/ гыьвмимя.* i

11 ИЮЛ 2005 1 l'f"™3 S

V J

Содержание диссертации, доктора технических наук, Щербакова, Елена Павловна

. . Стр. ф Введение.

Глава 1. Экологические проблемы горного производства. .-/з.

1.1. Техногенные образования - как источник рудно-минерального сырья и вид экологической нагрузки.

1.2. Влияние техногенных массивов на окружающую среду. '/

1.3. Процессы, протекающие в заскладированных горнопромышленных отходах и их влияние на окружающую среду.

1.4. Оценка ресурсной базы техногенного сырья.

1.5. Современные проблемы и современные методы геолого® экологических исследований техногенных массивов.

1.6. Постановка задач исследований

Глава 2. Методология геоэкологической оценки состояния техногенных массивов горнорудных предприятий.

Ф 2.1. Сущность и специфика геоэкологической оценки состояния намывных техногенных массивов. Экологический риск воздействия.J

2.2. Влияние геоморфологических факторов на геосистему.

2.3. Морфоструктурные особенности техногенных массивов хвостохранилищ и методические аспекты их изучения и ресурсной оценки.^

2.4. Качественные показатели хвостохранилищ.

2.5. Инженерно-геологические показатели хвостохранилищ

Ф 2.6. Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов намывных массивов.

Выводы. .т

Глава 3. Геоэкологическая оценка минерального сырья./3<?

3.1. Сущность, модели и методы геоэкологического обеспечения рудоподготовки.

3.2. Методология геоэкологической оценки качества техногенного сырья.У

3.3. Оценка технологических комбинаций минералов как основа эколого-технологической типизации отходов рудообогащения . /

3.4. Геоэкологическая оценка качества горнохимического сырья техногенных месторождений. 16Ь

3.4.1. Технологические исследования по оценке обогатимости лежалых хвостов Ковдорского техногенного месторождения . .№

3.4.2. Эколого-токсикологическая оценка апатитового концентрата.

Выводы.

Глава 4. Геохимическое обеспечение экологически безопасной консервации хвостохранилищ.

4.1. Состояние исследований по снижению миграции загрязняющих веществ хвостохранилищ . f$b

4.2. Оценка геохимической устойчивости сульфидсодержащих хвостохранилищ Северной Швеции. /9&

Выводы.

Глава 5. Инженерно-геологическое и геомеханическое обеспечение природоохранных технологий формирования и повышения вместимости намывных сооружений. 2№

5.1. Инженерно-геологическое районирование намывных территорий.

5.2. Прогноз уплотнения намывных массивов и оценка изменений во времени их состояния.

5.3. Повышение вместимости намывных сооружений при их возведении и последующем использовании.

Выводы.-.2.6Ь

Глава 6. Регламентирование направлений и методов использования сформированных намывных массивов.

6.1. Обеспечение экономии водно-земельных ресурсов и ускоренной рекультивации техногенных массивов хвостохранилищ и гидроотвалов.262.

6.2. Освоение техногенных месторождений хвостохранилищ гидромеханизированным способом.

6.3. Адаптация техногенного рельефа намывных территорий к естественному. . 282.

6.4. Снижение техногенной нагрузки намывных массивов на окружающую среду при функционировании объединенного гидроотвально-хвостового хозяйства.

6.4.1. Предварительные сведения.&

6.4.2. Оценка влияния хвостохранилища на обводнение прилегающих территорий.30 i

6.4.3. Технология рекультивации хвостохранилища.

6.4.4. Технико-экономические расчеты природоохранных технологий. З/о

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов"

Актуальность работы. Современный период развития горного производства характеризуется вовлечением в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями, труднообогатимымй рудами, применением высокопроизводительного горного и обогатительного оборудования, что обусловливает формирование значительных объемов отходов горного производства. Общая масса извлекаемого и перерабатываемого минерального сырья в настоящее время составляет «100 млрд. т/год. При этом в связи с разубоживанием и потерями руд при добыче и переработке, низким уровнем комплексности использования минерального сырья образуются и складируются в хвостохранилищах и отвалах значительные объемы горнопромышленных отходов, содержащих ценные компоненты. Объемы уложенных хвостов и шламов в действующих о хвостохранилищах достигают от 5,0 до 600 млн.м . В отстойных- прудах о хвостохранилищ накоплено воды от 1,0 до 60,0 млн.м . В гидроотвалы горных предприятий РФ уложено около 1,5 млрд.м3 вскрышных пород.

Техногенные массивы хранилищ горнопромышленных отходов -хвостохранилища и гидроотвалы - наиболее значительные объекты негативного воздействия на окружающую среду. В то же время многие из них являются потенциальными техногенными месторождениями черных, цветных и благородных металлов, горнохимического сырья и строительных материалов, а также перспективными площадями для последующего лесо-, био- и сельскохозяйственного освоения.

В этой связи вовлечение в переработку техногенных ресурсов, сосредоточенных в хвостохранилищах и гидроотвалах, позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду, уменьшить площади отчуждаемых земель для нужд горного производства, а также частично решает задачу ресурсосбережения. Геолого-экологическое обеспечение формирования, эксплуатации, консервации и рекультивации намывных техногенных массивов - проблема комп-лексная. Она содержит геологические, инженерно-геологические, технические, технологические, экологические, экономические и организационные аспекты.

Вопросы обеспечения безопасности возведения намывных техногенных массивов и последующей эксплуатации, консервации и рекультивации невозможны без комплексных исследований по оценке их техногенного воздействия и промышленной значимости, обоснования их экологической безопасности, что является основой - информационного обеспечения природоохранной деятельности. В этой связи вопросы геолого-экологического обеспечения природоохранных технологий освоения техногенных массивов являются актуальными.

- методы математической статистики и теории вероятностей для статистического анализа качества и фракционного состава техногенного сырья; методы теории множеств и теории матриц для описания качественных состояний техногенных массивов горнопромышленных отходов;

- полевые и лабораторные методы геохимических исследований, количественные химические анализы, лабораторные методы исследования процессов' выщелачивания загрязнителей из отходов горно-промышленного комплекса;

- опытно-промышленная проверка результатов исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

2. Геолого-экологическая оценка качества горнопромышленных отходов должна быть основана на эколого-технологической типизации техногенного сырья определенной целевой направленности с выделением промышленных сортов по распределению свободных зерен и сростков кристаллохимических модификаций фракционно-минеральных агрегатов с учетом технологического типоморфизма минералов и их пространственной изменчивости на основе показателей экологического риска, обусловливающих ресурсную ценность техногенных месторождений и экологическую безопасность готовой продукции.

3. На основе " гидрогеохимических исследований и ' оценки взаимодействия кальцито-гипсовых ^ отложений, образующихся при консервации хвостохранилищ, с водными' растворами различной ионной силы установлено, что эффективная флокуляция коллоидного вещества.и иммобилизация тяжелых металлов и токсичных элементов на сульфидсодержащих хвостохранилищах происходит при рН - 8-9 и регулируемом поступлении низкоминерализованных вод с водами прудка законсервированного хвостохранилища.

4. Геолого-экологическое обоснование рекультивации техногенных массивов следует производить на основе инженерно-геологического районирования намывных сооружений, выполняемого с учетом их несущей способности и направления дальнейшего использования намывных территорий через оценку степени уплотнения тонкодисперсных толщ по величине допустимых внешних нагрузок й времени «отдыха» участка хвостохранилища или гидроотвала после прекращения намыва. Обосновано, что к числу определяющих факторов относятся вещественный состав техногенных отложений, темпы формирования массивов, их мощность и геоморфологические характеристики территории.

5. На основе анализа литологического состава и мощности намывного массива установлено, что применение дренажных элементов целесообразно на гидроотвалах тонко дисперсных пород при мощности > 30 м и темпе намыва 2 м/год, что позволит повысить вместимость, экономию и ускорить ввод их территорий для- последующего использования. Техногенный рельеф НТМ следует формировать с учетом адаптивности к естественному, на основе материалов инженерно-геологического районирования, с учетом остаточной осадки, с расположением в теле массива дренажных элементов, ускоряющих консолидацию и сроки дальнейшего использования намывных территорий.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, обоснована статистической обработкой данных химического, минерального состава отходов горнодобывающего комплекса, математической обработкой полученных результатов, а также удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных по исследуемым объектам результатов прогноза уплотнения намывных массивов и оценки изменений во времени их состояния. Расхождение - не более 10%.

Научное значение работы состоит в создании научно-методических основ геолого-экологического обеспечения природоохранных технологий формирования, эксплуатации, консервации и рекультивации массивов горнопромышленных отходов, базирующихся на комплексном учете геохимических, геолого-минералогических,- инженерно-геологических и геомеханических показателей, обусловливающих экологическое равновесие намывных техногенных массивов.

Практическое значение работы:

- разработана методика геолого-экологической оценки отходов рудообогащения, алгоритмов и программ районирования техногенных месторождений на основе идентификации состояний технологических комбинаций фракционных минеральных агрегатов в техногенных образованиях и продуктов их переработки;

- разработаны и обоснованы рекомендации по обеспечению консервации сульфидсодержащих техногенных месторождений на основе результатов исследований количественных геохимических преобразований в долгосрочной перспективе, позволяющие установить оптимальные объемы и регулируемое поступление низкоминерализованных вод в пруд законсервированного техногенного месторождения, что предотвращает миграцию загрязняющих веществ из массива хвостов. Рекомендации вошли в методику проектирования рекультивационных мероприятий сульфидсодержащих хвостохранилищ в Северной Швеции;

- разработаны рекомендации по применению методики оценки несущей способности намывных массивов, позволяющей определять по степени уплотнения тонкодисперсных толщ величину допустимых внешних нагрузок и время «отдыха» участка хвостохранилища или гидроотвала после прекращения намыва грунта на нем; даны предложения по размещению сухого отвала на намывном основании в 3-ей.секции гидроотвала «Березовый Лог" с учетом уточненных данных о несущей способности техногенных отложений;

Реализация результатов.

Разработанные технические решения, предложения и рекомендации по геоэкологическому обеспечению природоохранных технологий при формировании, эксплуатации, консервации и рекультивации намывных техногенных массивов (хвостохранилищ и. .гидроотвалов) внедрены на Ковдорском и Лебединском ГОКах, а также переданы для использования проектным организациям ВИОГЕМ (г.Белгород), ПК «Гидромехпроект» треста «Энергогидромеханизация», фирме «Агрохимбезопасность». Результаты диссертационных исследований вошли в методику проектирования рекультивационных мероприятий хвостохранилища месторождения Кристенбари, Швеция, и используются в учебном процессе при чтении лекций дисциплины "Горные отходы" SBL 050 и дипломном проектировании студентов Технического Университета Лулеа.

Результаты исследований использованы при подготовке учебно-методической литературы для студентов специальности 330200 -«Инженерная защита окружающей среды (в горной промышленности)».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях МГГУ «Неделя Горняка» (1999-2005 гг.), научно-технических конференциях «Экологические проблемы горного производства» (Москва, 1993 и 1995), Международном симпозиуме по освоению минеральных ресурсов «Вопросы осушения и экология» (ВИОГЕМ, Белгород, 1997), XII Межд. совещ. РАН, МПР по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (Москва,2000), Межд. конф. «Освоение недр и экологические проблемы» (Москва, 2000), научно-техническом семинаре кафедры Прикладной геологии Технического Университета, (г.Лулео, Швеция, 2002), I Межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003), Международной конференции по восстановлению и рекультивации горнопромышленных ландшафтов (Халле, Германия, 2003), Международной конференции по геотехнологии и управлению минеральными ресурсами (Греция, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Щербакова, Елена Павловна

ВЫВОДЫ

Разработанная в МГИ-МГГУ технология формирования намывных массивов открывает широкие возможности экономии водно-земельных ресурсов при возведении намывных сооружений.

За счет создания системы гидравлически связанных дренажных элементов в намывных массивах сокращаются пути фильтрации воды в слабопроницаемых техногенных отложениях и сокращается потребность в технологической воде для подпитки гидроустановок (объемы сэкономленной воды измеряются миллионами кубометров в год, что отражено на графиках).

Повышение вместимости намывных сооружений позволяет экономить значительные земельные площади, что особенно важно для Центрального Черноземья. Прямая экономия земельных площадей от внедрения природоохранной технологии лишь для объектов Лебединского ГОКа составляет около 500 га. Ускорение сроков рекультивационных работ также влечет за собой позитивные эколого-экономические последствия, т.к. сокращается пылевыделение и восстановленные территории начинают давать сельскохозяйственную продукцию. При этом сокращение сроков рекультивации крупных гидроотвалов и хвостохранилищ благодаря применению спецтехнологии достигает 30 и более лет.

Гидромеханизированная разработка техногенных месторождений также дает высокий экономический эффект за счет переработки техногенного сырья и высвобождения емкости для дальнейшего складирования отходов рудообогащения.

Наряду с определением неразмывающего уклона для ассимиляции техногенного рельефа природными ландшафтными структурами (и, в первую очередь, восстановления естественных условий поверхностного стока) необходимо учитывать осадки намывных массивов под действием собственной массы слагающих их грунтов. Предлагается использовать методику определения величины «перемыва», компенсирующего остаточные осадки намывного массива и наличие контруклона.

Создание объединенных гидроотвально-хвостовых хозяйств рассматривается как важное направление снижения техногенной нагрузки на окружающую среду, т.к. становится возможным комплексно решать вопросы гидрозащиты территорий, рекультивации, формирования ограждающих дамб для наращивания гидросооружений с использованием скальной вскрыши, размещения сухих отвалов на намывных основаниях.

Для условий Лебединского ГОКа и других железорудных предприятий КМА предлагается оценивать устойчивость откосных сооружений гидроотвалов и хвостохранилищ с помощью стационарных датчиков порового давления, а состояние внутренних зон - с обязательным использованием данных инструментальных наблюдений за осадками и комплексного зондирования намывных отложений зондами МГГУ-ДИГЭС, обеспечивающих оперативное определение порового давления, сопротивления пенетрации и вращательному срезу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты, выводы и рекомендаъ^ии, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следуюгцем:

2. Доказано, что геолого-экологическую оценку горнопромышленных отходов, направленную на установление необходимых уровней качества, технологичности и экологичности следует рассматривать как систему эколого-технологической диагностики, идентификации фракционно-минеральных агрегатов с учетом их пространственной изменчивости на основе показателей, обусловливающих ресурсную ценность техногенных месторождений и экологическую,безопасность готовой продукции.

4. Выявлено, что соотношение технологических комбинаций фракционно-минеральных агрегатов в эколого-технологических сортах определяет геолого-экологическое состояние техногенного месторождения с позиций назначения, технологичности и экологичности вторичного минерального сырья. Дана оценка экологической опасности отходов рудообогащения медно-никелевых руд Талнахского рудного узла и комплексных апатит-бадделит-магнетитовых руд Ковдорского месторождения.

5. На основе проведенных исследований и оценки геолого-геохимической зональности и миграционной способности в техногенных массивах установлено, что прекращение известкования водного слоя, покрывающего законсервированное хвостохранилище, и снижение рН водной среды (с 11 до 5) приводит к растворению компонентов (Са, Mg, Na, К, S) и некоторых микрокомпонентов (Мо, Сг). Процессы образования и осаждения гидроксидов Fe, Mn и А1, флокуляции коллоидного вещества при поступлении низкоминерали-зованных вод предотвращают интенсивный вынос приоритетных загрязняющих веществ, таких как Cd, Си, Zn, Ni, Со до 97%. Лабораторное моделирование смешения вод позволяет рекомендовать оптимальное соотношение низкоминерализованной воды и воды хвостохранилища при применении водного покрытия как рекультивационного метода.

6. Обосновано, что выбору природоохранных технологий формирования, консервации или рекультивации НТМ должно предшествовать геолого-экологическое обоснование, включающее: анализ и негативное влияние НТМ на ОС и ее изменение; всесторонний мониторинг за состоянием техногенной среды НМ в- период всего срока его существования; геолого-технологическое картирование тела хвостохранилища по результатам диагностики и регламентации свойств вторичного минерального сырья.

8. Возведение дренажных элементов, положение которых устанавливается по данным инженерно-геологического районирования, обеспечивает ускорение ввода намывных территорий для последующего использования (сельско-, лесохозяйственного или размещения сухих отвалов) на периоды от 5 до 35 лет (в зависимости от мощности и литологического состава намывного массива). На основе анализа результатов расчетов уплотнения намывного слоя на водоупоре при «пассивном отдыхе» установлено, что применение дренажных элементов целесообразно на гидроотвалах тонкодисперсных пород при мощности Ь>30м и темпе намыва >2м/год. Для заполненных гидроотвалов необходимо устанавливать режим рекультивационных работ с учетом продолжительности периодов после завершения намыва дифференцированно для пляжных, промежуточных и ядерных зон.

9. Обосновано возможное размещение сухих отвалов скальных пород в Ш-ей секции гидроотвала "Березовый Лог" КМА, что - обеспечивает достижение экономического эффекта 10 млн.руб/год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Щербакова, Елена Павловна, Москва

1. Айриянц А.А., С.Б.Бортникова Хранилище сульфидсодержащих отходов обогащения как источник тяжелых металлов (Zn, Pb, Си, Cd) в окружающей среде. // Химия в интересах устойчивого развития.- 2000. Т 8, № 3.

2. Анзимиров J1.B. Оптимизация форм' техногенного рельефа на примере долинных гидроотвалов Кузбасса: Докл.Всес.научн.конф. Проблемы инженерной географии,- М.: 1987. С.125-126.

3. Анзимиров J1.B. Оценка устойчивости техногенного рельефа в морфосистемах Кузбасса в связи с проблемой рекультивации долинных гидроотвалов: Дис. . канд.геогр.наук. Москва. 1990. 162 с.

4. Барсуков И.М. Влияние формы оконтуривания намывных горнотехнических сооружений на показатели землепользования.//Горный журнал. 1992. №4.

5. Барсуков И.М., Кириенко И.С. Нормативы землепользования при формировании намывных массивов на горных предприятиях. // Горный журнал. 1995. №8.

6. Безотходная технология переработки полезных ископаемых // Тр.Всесоюзного совещания. М. ИПКОН.1979.

7. Биологическая рекультивация земель в Сибири и на Урале. Сиб.отд. АН СССР, 1982. - 113 с.

8. Бобров В.П., Данилов Н.И., Елисеев Н.И., Зотеев В.Г. и др. Переработка техногенных образований эффективный путь реабилитации горнопромышленных территорий. Екатеринбург. - УрО РАН, 2000.-72с.

9. Букринский Б.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1985. - 526с.

10. Борсук О.А. Симонов Ю.Г. Морфосистемы, их устройство и функционирование. В кн. Системное исследование природы. Вопросы географии. М.: Мысль, 1977. Вып. 104- С.170-178.

11. П.Бочавер A.JI. К проблеме изучения устойчивости геоморфологических систем. //Геоморфология. 1977. №4. - С.74-80.

12. Вишняков С.Н., Данилова Н.Г., В.А.Седелев Прогнозирование экологического воздействия металлургического предприятия на окружающую среду //Экология и промышленность России. -2002,- С.41-44.

13. Воробьев А.Е., Бубнов В.К., Чекушина Т.В. Состояние ландшафтов территорий, образующихся при добыче и переработке полезного ископаемого. // Цветная металлургия, 1994, № 4, с. 33-37.

14. Воробьев А.Е. Концепция утилизации отходов промышленного производства. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М., МГГУ, 2003, № 5, с. 186.

15. Вошкин А.С. Рекультивация отвалов угольных разрезов комбината "Кемеровуголь" В кн. Проблемы рекультивации земель в СССР. Новосибирск. Наука. 1974. - С.83-87.

16. Гальперин A.M., Дьячков Ю.Н., Мешков В.А., Евдокимова В.И., Павленко В.М. Способ возведения намывного основания. А.с. 663777 Б.И. N 19, 1979.

17. Гальперин A.M., Зайцев B.C., Дьячков Ю.Н., Горбатов Ю.П., Комкин Б.И., Павленко

18. B.М. Способ возведения намывного основания" Патент РФ N 1624093 от 15 июля 1993.

19. Гальперин A.M. Управление состоянием намывных массивов на горных предприятиях. М.: Недра, 1988. - 199с.

20. Гальперин A.M., Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993. - 252 с.

21. Гальперин A.M., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. М.: МГГУ, 1997. 534 с.

22. Гальперин A.M., Шафаренко Е.М. Реологические расчеты горнотехнических сооружений. М.: Недра, 1977.

23. Голодковская Г.А. Геологическая среда промышленных регионов. М.: Недра, 1989.

24. Голодковская Г.А. Куринов М.Б. Эколого-геологические исследования: концепция и методология: Труды Международной научной конференции, 1996. М.:МГУ, 1996.1. C.121-128.

25. Голяк С.А. Разработка метода расчета и технологии формирования намывных техногенных массивов железорудных ГОКов: Автореф.дис. .докт.техн.наук. Магнитогорск. 1999. 39с.

26. Горбатов Ю.П. Ускоренная рекультивация территории гидроотвала. //Черная металлургия. Бюллетень научно-технической информации, 1983. № 19.

27. Горбунов Н.И., Туник Б.М. Минералогический состав, свойства и плодородие почв и пород, нарушенных промышленностью. Почвоведение, 1969. N12.

28. Горбунов Н.И., Туник Б.М., Орлов В.Н. Проблемы рекультивации земель в СССР. 1981. Почвенный институт им.Докучаева.

29. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах. М.:Недра.1981.

30. Горлов В.Д. О полноте восстановления ландшафта и сохранении валового сельскохозяйственного потенциала при рекультивации нарушенных земель. // Горный журнал. 1994. №10.

31. Горлов В.Д. Оценка качества и эффективности рекультивационных работ на карьерах. Сб-к научн.тр. Вопросы теории открытых горных работ. М.: МГГУ, 1995.

32. ГорловВ.Д., Петров Н.А. и др. Создание высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий при рекультивации нарушенных земель //Горный журнал. 1995. №10 с.39-41.

33. Горные науки. Освоение и сохранение недр. Под ред. К.Н.Трубецкого М. АГН. 1997.

34. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды и влияния среды обитания на здоровье населения Свердловской области в 1998 г. Екатеринбург, 1999.

35. Гуменик И.Л. и др. Влияние срока существования техногенного месторождения на выбор эффективного направления рекультивации //Горный журнал. М., 1995. №5.

36. Двинских С.А. Геоэкологический регионально-прикладной анализ: основные положения и опыт применения в Пермской области. Автореф. дис. докт. геогр.иаук. Пермь. 1996.-36с.

37. Дедков А.П., Тимофеев Д.А. Основные достижения и проблемы климатической геоморфологии. В кн. Основные проблемы теоретической геоморфологии. -Новосибирск.: Наука, 1985. С.21-31.

38. Дремуха А.С., Ермолов В.А. Геологическое обеспечение управления качеством руд при проведении рудоподготовительных процессов //Проблемы горнопромышленной геологии. 1990. М.МГИ, С.97-104.

39. Дремуха А.С. Концепции математико-графического моделирования месторождений полезных ископаемых //Проблемы горнопромышленной геологии. М. МГИ.1990. С.33-38.

40. Дьяконов К.Н. Подходы к изучению устойчивости и изменения динамики ландшафтов. В кн. Материалы совещаний по вопросам ландшафтоведения. — Пермь.: 1974.

41. Евдокимова Т.В. Антропогенная нарушенность ландшафтной структуры территории как фактор экологического риска. Экологический риск. Анализ, оценка, прогноз. ИГ СО РАН ВСРГО Иркутск. 1998. 148с.

42. Елпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных геосистемах.- М.: Наука, 1993. 253 с.

43. Емельянов А.Г Комплексный геоэкологический мониторинг. Тверь.: 1994. 127с.

44. Ермолов В.А. Геолого-экологическое обеспечение управления качеством руд при разработке рудных месторождений.: Автореф. дис. докт.техн.наук.М. 1996.-36с.

45. Ермолов В.А. Система геологического обеспечения при подготовке минерального сырья к обогащению с предконцентрацией и сортировкой руд //Геология и разведка,-1990. №Ю.

46. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд.- М. Недра, 1986. -261с.

47. В.В.Ершов, А.С.Дремуха, В.М.Трость и др. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. М. Недра, 1991. - 347с.

48. Жуков В.Т. Компьютерное геоэкологическое картографирование.- М. Науч.мир, 1999,- 84с.

49. Закладочные материалы из отходов производства / И.Бессонов, А.А.Леонтьев, В.П.Конюхов и др. Апатиты. КНЦ. РАН 1988,- 72с.

50. Зарайский В.Н., Стрельцов В.И. Рациональное использование и охрана недр горнодобывающих предприятиях.- М.: Недра, 1987.- 293 с.

51. Зарецкий Ю.К. Вязко-пластичность грунтов и расчеты сооружений.-М.: Стройиздат, 1988.

52. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Жуковская Е.П. Методика выноса тяжелых металлов из техногеных образований атмосферными осадками. //Горный журнал.- 2003. №

53. Измалков В.И. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском,- М.: 1998.-481с.

54. Исследование процессов технологии экологически адекватной рекультивации восстановления рельефа территорий, нарушенных горными работами. Отчет МГГУ по теме ТО-1-251ДС. 1992

55. Калинников В.Т., Макаров В.Н., Макаров Д.В. Пути снижения отрицательного влияния на окружающую среду сульфидсодержащих отходов. //Геоэкология.-2002. №5.-С.425-435.

56. Казаков Л.К. Антропогенный фактор и проблема устойчивости природных комплексов. В кн. Современные проблемы и методы географических исследований.-М.: МГУ, 1978. С.22-27.

57. Капелькина Л.П. Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов. -СПб.: Наука, 1993,- с.

58. Кириченко Ю.В. Геологические аспекты формирования техногенных массивов // Геология и разведка. 1999. №6. С. 124-129.

59. Козин В.З. Безотходные технологии горного производства. Горный журнал №№4-5. с.169-189. 2002.

60. Кононенко Е.А. Щербакова Е.П. Гидромеханизированная рекультивация нарушенных земель // Горный информационно-аналитический бюллетень. МГИ. -1992. №.3,-С. 56-58.

61. Кононенко Е.А. Павленко Г.В. Щербакова Е.П. На пути к горно-металлургическому экокомплексу.//Металлург, 1994: №7.

62. Кононенко Е.А. Русский В.А. Русский А.В. Расчет уклонов рекультивируемых территорий. Сб-к Новые технологии и технические средства гидромеханизации и подводной добычи. М.: МГГУ, 1994.

63. Кононенко Е.А. Щербакова Е.П. Экологически адекватная рекультивация средствами гидромеханизации. Сб-к Экологические проблемы горного производства. -М.:1. МГГУ, 1993. 160 стр.

64. Кононенко Ю.В. Геоморфологическое обоснование параметров техногенного рельефа при рекультивации нарушенных горными работами земель: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 2003,- 22с

65. Косинова И.И. Теоретические основы крупномасштабных экогеологических исследований. Воронеж. 1998,- С.25-46.

66. Косинова И.И. Теория и методология крупномасштабных эколого-геологических исследований: Автореф. дис. .докт.техн.наук. Воронеж,- 1998.

67. Котлов В.Ф. Изменения природной геологической среды на территории городов и промышленных центров. В кн. Рациональное использование земной коры.- М.: Недра, 1974.

68. Крайнов С.Р. Геохимико-экологическое изучение подземных вод в США // Геохимия.-1994, №7.

69. Красавин А.П. Хорошавин А.П. Катаева И.В. Биотехнологические аспекты рекультивации земель. Сб.научн.тр. Ускоренная рекультивация земель с использованием высокоэффективной биотехнологии.- Пермь: ВНИИОСуголь, 1988. С.5-14.

70. Крылов И.И. Скрыльник Г.П. Характер связей между естественными и антропогенными факторами рельефообразоваиия. Тез.докл.по матер. Всес.Совещ. по проблемам геоморфологии .

71. Кутепов Ю.И. Научно-методические основы инженерно-геологического обеспечения отвалообразования при разработке угольных месторождений. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степени докт. техн. наук. М., МГГУ, 1999. 41с.

72. Линькова Е.Г. Учет социально-экологических факторов при оптимизации ландшафтов в горно-промышленных районах. Рекультивация земель и землевание (Малопродуктивных угодий. М. ГИЗР 1981 .с.73-79.

73. Лукин Ю.Н. Анализ техногенного воздействия на экосистемы региона. М. Диалог.МГУ. 1998 . 58с.

74. Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья.//Системный анализ.- М. Недра. 1984. -334с.

75. Мазуков Г.И. Основы геоморфологии. Учебное пособие. 1979. Ленинград. 39с.

76. Макаров В.Н. Экологические проблемы хранения и утилизации горнопромышленных отходов. 4.1,11. Апатиты. КНЦ РАН 1998.

77. Маккавеев Н.И. Эрозия почв и русловые процессы. М. МГУ. 1986.168 с.

78. Маккавеев Н.И.,Чалов Р.С. Русловые процессы. М. МГУ. 1986. 263с.

79. Маковский С.А. Геоинформационная технология оценки техногенной нагрузки на природную среду на примере железорудного ГОКа. Автореф. к.т.н. СПб. 1999. 23с.

80. Малиновский Д.Н., Даувальтер В.А. Геохимические особенности эксплуатации Хибинских Апатито-нефелиновых месторождений. Геоэкология. , N 1 .2002. 32-38с

81. Методические рекомендации по геоэкологическому изучению угольных; месторождений при разведке. М.1999. ВСЕГИНГЕО. В.В.Фромм, Т.В.Корчагина.

82. Методические рекомендации по оценке риска аварий гидротехнических сооружений водохранилищ и накопителей промышленных отходов. М. ВОДГЕО 2002. 44с.

83. Методические указания по составлению схем рекультивации и землевания. ГИЗР, г.Мытищи. 1990. 133 с.

84. Мироненко В.А. Изучение загрязнения подземных вод в горно-добывающих районах / В.А.Мироненко, Е.В.Мольский, В.Г.Румынин. М. Недра. 1988.

85. Моисеенко Т.И. , Родюшкин И.В., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П. Формирование качества поверхностных вод и донных отложений в условиях антропогенных нагрузок на водосборы Арктического бассейна. Апатиты: Изд.КНЦ, 1996, 263с.

86. Мосейкин В.В. Геолого-экологическая оценка намывных техногенных массивов хранилищ горнопромышленных отходов. / Автореф. дисс. на соиск. уч. степени докт. техн. наук. М.: МГГУ, 2000. 32 с.

87. Николаева Л.П. Системное картографирование природно-техиогенных комплексов. В кн. Рекультивация ландшафтов, -нарушенных промышленной деятельностью. Докл.-т. 1 ПНР, Забже, 1980. с.227-239.

88. Николаева Л.П. Картографический метод исследования антропогенных ландшафтов и прогнозирование их развития. В кн. Методы создания территориальных комплексных схем охраны природы. Тез.докл. Всесоюзного совещания. Москва, ИГАН 1983. с.141-145.

89. Нурок Г.А."Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ". М."Недра", 1979.

90. Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков А.Д. "Гидроотвалы на карьерах".М.,"Недра" 1977.

91. О состоянии окружающей природной среды Магаданской области в 2000-2001гг. Государственный доклад. МПР РФ, КПР по Магаданской области. 2002. Магадан.

92. Орлов В.Г. "К вопросу оптимизации параметров техногенного рельефа". В кн. Перспективы развития открытых разработок угольных месторождений. Кемерово 1985.

93. Охрана природы. Земли. Классификация малопродуктивных угодий. ГОСТ 17.5.1.06-84.

94. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации. ГОСТ 17.5.1.-02.78.

95. Охрана природы. Земли. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ. Стандарт СЭВ. 4471-84.

96. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования. ГОСТ 17.5.3.04-83.

97. Охрана природы. Земли. Класификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель. ГОСТ 17.5.1.03-78.

98. Пашкевич М.А. Оценка воздействия техногенных массивов на природную среду в горно-промышленных регионах. СПб.2001.40с.

99. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. СПб.2000.

100. Плюснин A.M., Гунин В.И., Беломестнова Н.В. Количественная оценка преобразований в сульфидсодержащих отходах горнодобывающей промышленности. //Геохимия.2002.№11. С. 1197-1208.

101. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке. В.И.Ревнивцев, Е.И.Арбель, Е.Г.Баранов и др.; под ред.В.И.Ревнивцева М.Недра. 1987.307с.

102. Пойкер X. Культурный ландшафт. Формирование и уход. М. Агропромиздат. 1987.

103. Попов В.М. Рагим-Заде Ф.К. Трофимов С.С. Классификация вскрышных пород Кузбасса по пригодности для биологической рекультивации. В кн. Рекультивация в Сибири и на Урале. Новосибирск. Наука 1970.

104. Рагим-Заде Ф.К. "Техногенные элювии вскрышных пород угольных месторождений Сибири, оценка их потенциального плодородия и пригодности для восстановления почвенного покрова. Дис. на соиск. степ.к.т.н. 1969.

105. Рагим-Заде Ф.К., Фаткулин Ф.А. Инструкция по почвенно-литологическому обследованию техногенных ландшафтов Сибири. В кн. Биологическая рекультивация земель в Сибири и на Урале. Новосибирск. 1981. с.82-112.

106. Рагозин A.JI. Теория и практика оценки геологических рисков Диссертация в виде научного доклада на соиск. уч. степ, докт.геол.-минер.наук. М.1997.

107. Разработать технологию воссоздания рельефа гидроотвалов средствами гидромеханизации, обеспечивающую их ассимиляцию. Отчет МГГУ по теме ТО-1- 198 1993.

108. Разработка технических предложений экологически адекватной рекультивации территорий, нарушенных горными работами. Отчет МГИ по теме ТО-1-321. 1992.

109. Разработка рекомендаций по восстановлению рельефа и определение критериев экологически адекватного техногенного рельефа с учетом различий в условиях его формирования. Отчет МГГУ по теме ТО-1-251ДС 1994.

110. Разработка технологии ведения гидровскрышных работ, обеспечивающих ресурсосбережение и рекультивацию нарушенных земель. Отчет МГГУ по теме ТО-1-314. 1992.

111. Разработка требований к восстанавливаемому рельефу с учетом факторов рельефообразования и влияния различных историко-генетических типов рельефа на технологию рекультивации. Отчет МГГУ по теме ТО-1-251 ДС 1993.

112. Рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых. Тез.докл. Конф. г.Орджоникидзе. 1977.

113. Ржевский В.В. Экология горного производства. М.: МГИ. 1988.

114. Руденко В.В. Информационные технологии управления качеством руд на основе геометризации месторождений. Автореф. дисс на соиск.уч. ст. д.т.н. М.МГГУ. 1996.38с.

115. Розанов JI.J1 Геотехноморфосистемы и рельефообразование. В кн. Основные проблемы теоретической геоморфологии. Новосибирск, Наука. 1985.

116. Сваричевская З.А., Селиверстов Ю.П. Эволюция рельефа и время. ЛГУ. 1984.

117. Симонов Ю.Г. Региональный геоморфологический анализ. М. МГУ. 1972. 252с.

118. Соколовский Л.Г. и др. Методы оценки и картографирования геоэкологических условий. Обзор, информ. Геоэкологические исследования и охрана недр. М.2000.63с.

119. Спивак Л.Ф. Методы структурного моделирования природно-техногенных систем, (на примере гидрогеологии) Автореф. д.т.н. Новосибирск. 1996. 39с.

120. Тарасов А.Г. Система управления риском в географической среде. Автореф. дис.к.г.н. М.97. МГУ. 21с.

121. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия. М., Горный журнал, 1989, № 12.

122. Теория и методология экологической геологии /Под ред. В.Т.Трофимова.-М.:Изд-во МГУ, 1997.-3 68с.

123. Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.Мир.1982.

124. Томаков П.И., Коваленко B.C. Рациональное землепользование при открытых горных работах. М. Недра. 1984.

125. Томаков П.И., В.С.Коваленко, А.М.Михайлов, А.Т.Калашников. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.МГГУ. 1994.

126. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г., Красилова Н.С. Концептуальные основы эколого-геологического картографирования // Вестник МГУ.Сер.4. Геология,-1998. №5 -С.61-71.

127. Трофимов С.С. Почвообразование в техногенных ландшафтах. Новосибирск. 1979.

128. Феклистов В.Г. О связи техногенной и экологической минералогии Изв.ВУЗов. Геология и р азведка. 199 8. №6.

129. Цытович Н.А. Механика грунтов. М., Высшая школа, 1983.

130. Чантурия В.А, Макаров В.Н., Макаров Д.В. Классификация горнопромышленных отходов по типу минеральных ассоциаций и характеру процессов окисления сульфидов. Геоэкология., N 2 .2000. 136-143.

131. Черкащенко Н.А. О некоторых мерах по повышению экологической безопасностью хвостохранилищ. //Горный журнал. 1995. N12.

132. Щербакова Е.П. "Экологически безопасный рельеф рекультивируемых намывных территорий". Сб-кМГГУ 1996.

133. Щербакова Е.П. Инженерно-геологическое и геоморфологическое обоснование техногенного рельефа намывных территорий гидроотвалов. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М., МГГУ, 1997 22с

134. Экзарьян В.Н. Геоэкология и охрана окружающей среды. М., «Экология» 1997.172с.

135. Экологические основы рекультивации земель. Под ред. Черновой Н.М., М. Наука 1985.

136. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Черноусов П.И. Промышленность и окружающая среда. М. ИКЦ "Академкнига" 2002.

137. Якубович И.А. Методологический подход к исследованию геоэкологической ситуации с применением региональной модели // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2002. №11 - С.52.

138. Якубович И.А. Создание геоэкологической модели освоения горнопромышленного района (на примере Магаданской области). Автореф. Дис. На соиск. Уч степ.д.т.н. М.-2003.

139. Boyle Е.А., Edmond J.M., Sholkovitz E.R. The mechanism of iron removal in estuaries // Geochimica et Cosmochimica Acta, 1977. Vol. 44. P. 1313-1324.

140. Cleaves E. Godflay A. Briker O. Geochemical balance of a small watershed and its geomorfic implicaitions. Geol.Soc.Amer.Bul. 1970. 81 p 53-85 .

141. Degueldre C., Grauer R., Laube A. Colloid properties in granitic groundwater systems. II: Stability and transport study// Applied Geochemistry. 1996. Vol. 11. P. 697-710.

142. Eckert J.M., Sholkovitz E.R. The flocculation оf iron, aluminium and humates from river water by electrolytes // Geochimica et Cosmochimica Acta, 1976. Vol. 40. P. 847-848.

143. Galperin A.M., Hubner H., Willnaner R Gezielte Einflussnahme auf den Zustand von feinlcornigen verspullten massen. Neue Bergbantechnik, 1989, Heft 7, s.255-258.

144. Geller W., Klapper H., Salomons W. Acidic Mine Lakes: Acid Mine Drainage, Limnology and Reclamation. 1998. Sringer-Verlag. New York. 418 p.

145. Hem JD. 1977. Reactions of metal ions at surfaces of hydrous iron oxide. Geochim. Cosmochim. Acta, 41 : 527-538.

146. Holmstrom, H., Salmon, U. J., Carlsson, E., Petrov, P. and Ohlander, В., 2001. Geochemical investigations of sulfide-bearing tailings at Kristineberg, northern Sweden a few years after remediation. The Science of the Total Environment, 273: 111 133.

147. Kononenko E.A. Pavlenko G.V. Shcherbakova E.P The Path Toward an Environmentally "Green" Mining -Metallurgical Industry."Metallugist" 1995. March, Consultants Burea, New York.

148. Lindvall, M., Eriksson, N. and Ljungberg, J., 1999. Decommissioning at Kristineberg mine, Sweden. In: Sudbury '99 Mining and the Environment II, September 13 17, 1999, Sudbury, Canada, pp. 855 - 862.

149. Millward G.E., Moore R.M. The adsorption of Cu, Mn, and Zn by iron oxyhydrooxide in model estuarine solutions // Water Research, 1982. Vol. 16. P. 981-985.

150. MiMi Mitigation ofthe environmental impact from mining waste, Sweden. Programme for the period 1999-2000. Lulea University of Technology, 1998. 50 p.

151. Processing of the First World Mining Environment Congress "WOMEC-95" New Delhi, India, by Central Mining Research Institute, December 1995, p.1038.

152. Rapp A. Recent development of mountain slope in Karkwagge and surroundings, Northern Scandinavia. Geogr.Ann, 42, 2-3, 200pg.

153. Salomons W., Forstner U. Chemistry and biology of Solid Waste. 1988. New York, Springer-Verlang, 305 p.

154. Schindler P.W. and Stumm W. The surface chemistry of oxides, hydrooxides, and oxide minerals // Aquatic surface chemistry. Edited by W. Stumm. A Wiley-Interscience Publication, New York, 1987. p. 83-110.

155. Seaman J.C., Bertsch, and Miller W.P. Chemical controls on colloid generation and transport in a sandy aquifer // Environmental Science & Technology. Vol. 29, № 7, 1995. p. 18081815.

156. Sholkovitz E.R. The flocculation of dissolved Fe, Mn, Al, Cu, Ni, Co and Cd during estuarine mixing // Earth and Planetary Science Letters, 1978. Vol. 41. P. 77-86.

157. Tessier A., Campbell P., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical chemistry, 1979. Vol. 51. No.7. 844-850.

158. Webb B.W. Erosion and sedimentaition IAHS publ. 1987. p 51-62.

Информация о работе

Щербакова, Елена Павловна
доктора технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы