Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности техногенных изменений свойств глинистых пород в основании сооружений промышленной гидротехники

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности техногенных изменений свойств глинистых пород в основании сооружений промышленной гидротехники"

ГГО 00 '

г, о » - - „ ^

*• '.¡инистапотво науки, высшей школы и технической политика Российской. Федерации

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Квасного Знамени государственный гогаай институт имена Г.В. Плеханова (технический университет)

На правах рукописи ВИШНЕВСКАЯ Юлия Габпиедевна

закономерности техногенных- ибьенший свойств глшистах пород в основании

СООРУЖАЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ гщютшши (на примерз хвостохранилиц ПО "Фосфорит")

Специальность 04.00.07 - Иняенерная геология,

мб с зло то во да и ш а гпштовэдонга

Автореферат

диссортации на соискание ученой стопени кандидата гоолого-ылиералогичасках наук •

Санкт-Поторбург 1593

Работа выполнена на кафедра инженерной геологии Санкт-Потсл бургского государственного горного института имени Г.В.Длзхановг ( ТвХНИЧО С1С0Г0 у ниве рентета).

Научный руководитель - доктор геолого-мкнералогичаскпх наук,

.профессор Даико Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты - доктор гоодого-мпнералоглческих наук,

пво'"*!ссос Зианишов Рэм Сабирович

- доктор геолого-минералогическпх наук, профессор Ко ротков Алексой Иванович

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт Галургии.

защита диссертации состоится "/¥п 1993 г. в АГ

мин. на заседании специализированного совета Д.063.15.07 пр Санкт-Петербургском горном институте "имени Г.В.Плоханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, В-26, 21 линия, дом 2, ауд. К

Автореферат разослан " <5~ " ^и&^тЯ 1993 г.

С диссертацией мовно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.ЛлаханоЕ

Ученый секретарь специализировачного . совета

доцент'А.В.Кузьмин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.проблемы. Развитие горнодобывающей я говнопе-вевабатывающей промышленности приводит к значительному расшиванию земельных отводов,предназначенных для складирования видках а твердых отходов производства а шлам о- и хвостохиаяилшца пш отсутствия возможности их утилизации. Эти накопители, рассматриваемые как промышленные гидвотахнические сосцу кенпя, оказывают значительное воздействие на геологическую сведу, пвактачаска на все ее элементы, в там числе на говнне поводы и подземные воды.

В большинстве случаев под хвостохванилица отводятся неблагоприятные о анаганввно-геологачзокой точки зрения территории, в газ вз зо которых л во слеживаются слабые глаялотаа отложения.

Достаточно продолжительные сроки эксплуатации тагах сооружений (более 10-15 лет), а такао чаото воэвикаадая необходимость увеличения их емкости а продления сроков ексалуатацаи ставит певэд специалистами вопвоо повышения уровня достоверности качественных а количественных пвогнозоа пви анализа и овд яке изменения я п ;кэ но в н о- ге о ло гичз о ни х уоловий в процессе взаимодайотвия хвостохраяалащ о геологической овздой. '

Даль работы - уотанлвлеяиз закокомарностей изменения состава, состояния и фазако-механнчэокях свойств глинистых от-лошнай в основании и зоне влияния действующих зшоотозсванилащ КПО "Фосфорит" для обеспечения устойчивости намывных откосов и основания сооружения на базо реализации адзн "гибко?')" пво-ективовашш, доззолякцэго повысить степень надавноотя эксплуатации подобных накопителей.

Основнвд задач:! исследований: I) анализ взаимодействия сооружений промышленной гидротехника о го о логической средой с учетом технология обогащения полезного иска:узкого и системы намыва отходов производства для устанозлэняя основных тоядэн- -ций изменения инке но оно-го о логических условий тавригораи ваз-цощания отах-соору гопай; 2) анализ ведущих фактовоз, определяющих твзнсфовмацаю свойств глинистых пород в зоне влияния хео-стохванилищ, о глзлью прогноза изменения пинана рно-го о логических условий и обосшзчепая устойчивости оонспа';:^ а откосов намывного соорукония на вооь париод околдуй;-, ".'.аа; 3) асслэдо-ванио активизации микробиологической деятельное?:: а накоплэ-

ияя белковых соединений глинистых отложениях для установления закономерностей снинения их прочности во времени; 4) исследование особенностей изменения окислительно-восстановительных условий в зоне влияния хаостохвашшщ для прогнозирования трансформации состава л' свойств глинистых повод в развезе основания накопителя; 5) опенка волн давления -а хавакоев и интенсивность уплотнения водонасыщанных глинистых пород в основании хзоотохраншшц; 6) обоснована основных положений инке-невно-геологичзского анализа надежности эксплуатации сооружений промышленной гидротехники, намываемых на глинистые отлояа-ная, для да лай реализации их "гибкого" пвовктивовааия.

Научная новизна работы заклинается в следуюдем: I) устано- ■ влоны основные факторы, определяющие преобразование глинистых повод в зоне влияния хвостохванилащ обогатительных фабвик фосфатных вуд, аа пгшава накопителой КПО "Фосфорит"; 2) проана-лизивоваяы характер и интенсивность изменения окислительно-восстановительных условий в развезе толщи глинистых повод в пвоцессе деградации нефтепродуктов (ваагентов Дотащи (Тосфат-ных вуд) в подземных водах за счет их химического и микробиологического окисления и разложения; 3) исследована и экспериментально доказана активизация микробиологической деятельности, сопровождающаяся накоплением белковых соединений, наибольшее содевзание котовых фиксируется в восстановительной зоне вазвеза глинистых повод; 4) пвоведена оценка влияния накопления белковых соединений и биохимических пвоцессов на деградацию глинистых минералов и снижэние прочности дне по вся ух отложений в зона влияния хвостохранилищ; 5) установлено, что пвовдссы фильтрационной консолидации глшшетда пород в ооаопа-нии хвостохранилищ протекают неэффективно^ основную роль в изменении состава и физико-механических свойств диспаши« отлогкений играют преобразование окислитально-восстмюЕптальной обстановки и микробиологические процессы; 6) рязмбомны иш:з-нарно-геологичоские положения надежности е:уккциони рое алия сооружений промышленной гидротехники, намываемых на глинистые отложения, С'уча том воздействия техногенных факторов; 7) установлена необходимость овганизации и развития комплексного мониторинга, показано его содержание и использование получаемых данных для реализации "гибкого" проектирования и повыдания надежности эксплуатации хьостохвашшиц.

На защита выносятся, о ладу ицие положения: I) особенности оценки и прогноза трансформации инйвиерно-гсологачзских уоло-ви11 при взаимодействии соорувений промышленной гидротехника (хвостохранилищ) с геологической средой с учетом специфики изменений в процессе их строительства и эксплуатации: а) ока- • слительно-г.осстановительннх условий, б) миквобиологической деятельности в толще пород, в) напряженного состояния; 2) закономерности влияния трансформации окислительно-восстано-Еителышх условий и биотической компоненты в районе размещения действующих хвостохранилищ КПО "Фосфорит" на изменение состава и физико-механических свойств глинистых пород; 3) окспевимен-тальное обоснование снижения прочности глинистых пород а основании и законтурной зоне хвостохранилищ с учетом: а) трансформации окисл"тельной обстановки в восстаноЕ-1тельнуи, б) активного накопления белковых соединений как продукта интенсификации микробиологической деятельности; 4) необходимость использования принципов "гибкого" проектирования для хвое. охраналищ обогатительных фабрик флотационного типа на,база организации и реализации инженерно-геологического, гидрогеологического и биохимического мониторинга, позволяющих осуществлять контроль и предупреждать развитие опасных геологических процессов, прежде всего, оползневых.

Достонйщодта научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, обуславливается большим объемом . теоретических проработок, полегли я. экспериментальных исследований и длительнша набладениячи, проводимыми на хвостохра-нилищах КГЮ "аосфорат" в течение 17 хот, в которых автор при-ншал участие в 1936-1992 гг. •

Практическая значимость работы заключается в обосновании \ качественной и количественной одаяки негативного преобразования вещественного состава и прочности глинистых отлогений, слу-защих основанием таких сооружений как ХЕостохрзанлища, которые долгны рассматриваться в категории экологически опасных. Установленная тенденция ^нигсения прочности глиниста пород дает возмовность реализовать "гибкое" проектирование на базе действующего мониторинга, там самым, повышая надежность эксплуатации этих сооружений во времопа.

Реализация работы. Результаты выполненных исследований по-

заолили осуществить на практике концепцию охраны и рационального использования геологической среда татем реализации на хвостохваиилищах КПО "Фосфорит" системы асимметричного намыва, что дало возможность предупредить формирование оползневых процессов я продлить орок эксплуатации накопителей более чем на 15 лет.

Апробация работа. Основные результаты диссертации докладывались на ХУ1 научно-технической конференции молодааа Ленгвдро-проактя (1987 г.), I Всесоюзном съезде шшзнэр-геологоа, гидрогеологов и геокриологов в г. Киеве (1330 г.), научной конференции "Прогнозная оценка кижоиорно-гоо логических у слови" при от-. крытой разработке местороздоаий Урала" в г. Сшрдловске (1989 г.), первых ершовских чтениях "Проблема горнопромышленной геологии" в I. Москве (19901 г.), П Всесоюзной толе-семинаре молодых ученых и специалистов "Современные методы разработки и обогащения полезных ископаемых при кошлексном освоении масто-ровданий" в г. Алма-Ате (1991 г.), симпозиуме по склоновым процессам в г. Ташкенте (1992 г.), научных семинарах кафедра иаке-парной геологии СП61И пи. Г.В.Плахаксза в 190Э-1УЭ2 гг.

•Основные положения диссертации отражены в 7 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Дис эртоционная работа общим обь емом З&О стр. состоит из введения, 13-ти глав, заключения, сии ска литературы из наименований, включает РИСУНКОВ К

таблиц^/

Автор вырааает глубокую признательность сюему научному р1 ксводителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Р'.Э.Датко за постоянную помощь на всем протяжении подготовки диссертационной работы. Автор искренне благодарит за цоннно а ваты зав. кафедрой инженерной геологии проф. И.П.Иванова и пр З.Д.Яоитадзе, а.также ¿ав. гидрохимической лабораторией В.Н.Ш мякина, доцента Ч'.С.Петрова, научных сотрудников О.Ю.Крысова, Е.С.Руденко, ассистента А.!2.Певченкс, оказавшим помощь при вь полнэпка эксп'арпуентальных работ, доцента Д.Я.Хромых , ассис: тез А.II.Арнаутова и А.АЛотапова за обсуждение работы и крита сказ' зшечания.

СОДОШИВ РАБОТЫ

В.первой глава, даатся анализ современного состояния проблемы техногенсза глинистых пород винвадарной геологии и обзор работ, посвящ шых этому вопросу.

На кафедра ашюнерной геологи. (ИбШ под руководством проф. В.д.Ломтадзе уяе в 50х годах сформировалось научное направление по проблема формирования и изменения свойств глинистых повод под влиянием деятельности человека.

При анализе проблемы ^ехногеиеза геологической средь необходимо учитывать специфику сооружений, которые с лей взаимодействуют. Наиболее активное воздействие оказывают городские агломерации, горнодобываювде и горноперерабатыаанцие предприятия и гидротехнические соорушзния (Ф.Р.Котлов, Е.М.СергееЕ, В.Д.Лоитадзе, II.П.Иванов, В.И.Осипов, Р.С.Зиангивов, АЛ.Галь-.певин, Г.К.Ьондарнк, Г.А.Голодковская, Ю.А.Норватов,и др.).- • Вопросами направленного улучшения свойств говных и ;род занимались В.М.Кяатько, В.З.Соколович, С.Д.Вовонкзвич, Р.И.Зло-чавская и др.

Для иняанэряо-геологическях целей в первую очеседь пвзд-ставляет интевес проблема техаоганаза горных повод'для ловы- . шания достоверности прогноза развития геологических процессов. • Из всего многообразия техноге ного влияния на говные поводы " можно выделить четыре основные группы факторов: I), изменение наделке иного состояния повод; 2) трансформация гидрогеологи-чзской обстановки, выкатанной в изманении гидродинамических и (или) гидрохимических условий; 3) из^анениа теплового реяи- -ма пород; 4) активизация или затухание микробиологических процессов в почве и толще ясрод, залягащих яиге.

Рассматривая воздействие соовувений промышленной гидротехники (хвостохранилищ) на геологическую среду, необходимо проследить слияние этих групп-факторовопределяющих техногенные изменения говных пород, котовыз, в свою очередь,' могут быть подразделены на управляемые и ноупраолязмыз. Управление тзх-яогоноэом горных пород прадаолапют л возмогюоеть управления геологическими процессами, боошйявдпми лрл эксплуатация .ая-венариых сооружений, с помочью определенней технолог;:;! вздеш'я езбот или специальных лакан» сы« мероприятий, иозвелмцих варьировать напрятанным состсяшам пород и (или) улучгатъ свойотьа

повод.- Фильтрация промышленных вод из х остохранилищ обычно вызывает уке на певвых стадиях их эксплуатации изменение гидрохимической обстановки. Методы прогноза загрязнения подземных вод основаны на закономерностях теории миграции. Миграодя компонентов в фильтрационном потоке сопровождается широким проявлением процессов физико-химического преобразования вещества в водоносных пластах, которые рассматриваются как неуправляемые и значительно осложняют построение моделей массопе-реноса и определение масштабов распространения загрязнения (Н.Н.ВеригинДМ. Шестаков, М. Фрид, А.А.Рошаль, Ф.М.Бочевев, В.А.Мироненко, З.Г.Румынин, В.М.Гольдбпрг, А.Е.Овадовская, Ф.И.Тютшова, Н.С.Петров и др.).

Особо стоит вопрос о миграции нефтепродуктов в подземных водах и их взаимодействии с дисперсными породами. В работах специалистов различного профиля (Г.М.Гольдберга, Е.П.Розановой, С.И.Кузнецова, Ы.А.Глазовской, Ю.И.Пиковского, А.М.Ко-гановского и др.) отмечается, что наиболее вероятный механиз вэзрушония нефтепродуктов в подземных водах - химическое оки сление и биодоградация.

Одним из малоизученных процессов, протекающих в толще да сперсных пород и определяющих изменение, их состава и свойств является оглсение, рассматриваемое как один из типов биохими ческого выветривания (Я.И.Афанасьев, -Т.В.Авистовская, Ф.Р. Зайдельман, Л.А.Царцвадзо, Л.Г.Мельникова, З.К.Какулия, Т.Н. Никарадзе и др.).

Активизация этого процесса под воздействием техногенных .факторов рассматривалась микробиологами, почзовздами и инженер-геологами - Н.А.Коковин, З.П.Громов, А.К.Ларионов, Т.Н. Никарадзе и др.

Во второй. г лам рассматриваются особенности инженерно-р логических условий района размещения хвостохранилищ КПО "Фо форкт", расположенные на левоберекной надпойменной террасе Луги в 5 км от промплощадки КПО "Фосфорит'!. Минимальное рас стояние от северного контура хвостохранилищ до береговой ли нип р. Луги составляет 120'м. Намыв хвостохранилища X I про изводился с 1963 г. до 1970 г., затем бил'начат намыв хвост хранилища .'.' 2. В настоящее время эти два хвостохранилпща о с щой площадью 440 га рассматриваются как единый накопитоль.

Рпйон разноеваая хвоотохоанилищ характеризуется наличие

в раз сазе коренных повод - нияноквмбвайских глин лонтоваской свиты и песчаников тискреского горизонта, перекрытых на большей части тевватовиа накопителя четвевоачныма отлокенаями -мовенными и озевно-ладниковша. В пвоцессз намыва хвостохвани-лищ фовмивовались техногениыа отлоаеная (песет), слагающее тело накопиталя и яредставлягсщае собой отходы обогащения фосфатных шд, двиуроченных к толщз песчаников пакевовтского говизонта« нижнего овдовика. Извлекаемый полезный комяонант (Р2О5) с0~ ставляет 5-11 %, что пведподагаат большое количество отходов обогатительной фабрики (песков).

С точки звания загрязнения подземных вод основное значение имеет водоносный комплекс, приурочанный к озев.но-лвдниковым образованиям. До начала эксплуатации хвостохванилищ химический состав подземных вод являлся типичным для этих отлохгенгй Ленин- . гвздской области - гидвокавбонатныэ кальциевые воды с минавали-зацией 0,3-0,6 г/л. Прудок хвостохванилищ, расположенный на бо-лзе высоких гипсометрических отметк х по отношению к в. Луге, опваделяат гидроданзмичзскай а гидрохимический возимы гвинтовых вод. Основными загрязняющими компонентами служат фосфаты и фториды, образующиеся за счет раотвованая руда, а флотовеагенты -нефтепродукты и талловые мыла. В процесса фильтрации загрязненных прудковых еод через озевно-ладнаковыа' глинистые отложения наблюдается ах самоочищение за счат сорбции фосфатов, фторидов и таллового мыла (Петров Н.С., Шемякин В.Н.). Проведенные в 198В г. определения показала резкое уменьшение содевкания нефтепродуктов вплоть до полного исчезновения в зоне разгрузки грунтовых вод в р. дугу.

На большой части территории несущим слоем для хвостохрани-лищ одуйат озорно- -однаковнэ отлованая. анзенарно-геологические особенности разреза которых определяют устойчивость откосов и . основания сооружения. Б разрезе озарно-лоднаковых пород выделяют три слоя, котовыз отличаются по грануломатваческому составу, влажности, физическому состоянию и прочности. В средней зоне ' разреза прослезаваится значительно более тошсодиспевсные разности', имевшие высокие аачвния естественной влажности (50-60 % а болаа) и низкие величины сопротивления сдвагу (<0,03 Ша). Наличие слабых пвоолоев двэдопведеляет возможность формирования оползней с захватом основаная на откосах хвостохваньжщ.

В процессе проведенных исследований 1976-77. гг. , 1984 г.. и

1386-87 т. было отмечено постепенное сниаение прочности озер-но-лодникоеих отложений в зоне влияния хиостохранилищ.

Взаимодействие хвостохранилищ с геологической средой определяет развитие комплекса геологических процессов, таких как формирование ореолов загрязнения грунтов х вод и пород, заболачивание территории интенсификация оглеения пород, оползни, оплывание откосов (рио. I). При этом наиболее опасными, с точки зрения уст^Ёчивостг сооружения, являются оползневые пф-цесоы. Но настоящем этапа эксплуатации хвостохранилищ достоверный прогноз оползневых процзссов мо»ет быть выполнен только на базе учета изменений прочности' пород в основании накопи Л! ля.

Третья глава посвящена закономерностям развитая и активи зацви микробиологической ...лзни в дисперсных породах оны влияния хвостохранилищ. На территории размещения хвостохранилищ отмечаются благоприятные у с лов. л для развитая определенных баоцзноэов в силу: I) наличия оглзенных почв что предполага-• зт существование акт: той микробаоты в чриродных условиях; 2) обводненности разреза толщи пород в контурной и законтурной зонах накопителя; 3) слабощелочной реакции грунтовых' вод; 4) присутствия необходимых для гщзае деятельности бактерий питательных элементов 4 а также дополнительного источника питания а вида нефтепродуктов - керосина и солярового масла, используемых в цикле обогащения и наиболее легко утилизируемых микроорганизмами; 5) существование зоны аэрации, где реализу-1 ется химическое и М1. .сро биоло гиче с кое окисление углеводородов

Для качественно!! а количественной оценки деятельности ми кроорганизмов в породах и подземных водах зоны влияния хвост хранилищ было проведено определение численности ряда физиоло гичесхих групп бактерий - сапрофитоь, денитрифицирующих, сул фатредецкрущих, водородобразук хх, ыетапобразуодих, цзллкь лозоразруаающих, углелодородокислякхцих методом посева на шп толыше среды. Для хар'актеримлш интенсивности микробиолоп чэскоП пораяенности дисперсных яопод был использован показатель суммгзного Золка (СБ), .теоретическое и методическое обе скованна которого было выполнено на кафэдро грунтоведения и инженерной геологии СПбГУ. величина СБ :.:о:;:ат быть представ» ва в ь.де:

^ = Бкмо + %ю + ^пм '

где 11 Едао - балок, соответственно, аивых и месть их микроорганизмов (клеток), Бщ,| - балок продуктов их метаболиама.

Для определения СБ использовались два метода. Первый основан на спектрофотометрнчзском определении болков в растао-□ох, сквашенных реактивом Брэдфорда (Нияарадзе Т.Н., Пушнова Е.А., 1988 г.). Второй, позволяюций определять белковые соединения на твердой составлявшей пород (метод Лоура в двух мо* дкфисациях - Хавтри и Патерсона), предложен кафедрой биофизики СЛОТУ (Шелегедан В.Н. и др., 1991 г.). Результаты опведе-..лений приведена в табл. I.

Таблица I

Расположение скважин от дреназной канавы, м Глубина опробования , м Содержание суммарного белка, СБ, мкг/г

По Бредфорду (метод 01617) По Лоура в модификация:

Хартри Петерсона

10 0,3-1,0 1,0-1,5 1,5-5,2 195-235 150-235 150-320 310-600 210 210-290 230-450 . 130 0-1540

30 0,7-4,2 70-250 190-630 150-320

50 0,3-1,3 1,3-1,7 1.7-2,3 2,0-3,8 3.8-5,2 225-Г 30 225-570 325-570 325-700 330-640 350-380 350-540 420-540

донные отложения прудка 550-780 1450 1840

Примечание: Зоновое содержание СБа озерно-ледниковых отложениях составляет мкг/г.

Большинство определений величины СБ проводилось первым мв! дои и, соотведазенно, результаты определений характеризуют« ианизаняши значениями. • . ..

Анализ вшслненних исследований позволил установить сладу: цаэ закономерности накопления белковых соединений в толще оз но-дедникових пород района размещения хвостохранилшц: I) сущ

ственно повышенное содэрвание СБ по сравнению с фоновым (см. табл. I); 2) увеличение значения СБ по мере повышения содерза-' ния глинистой фракции в поводе от 50-70 мкг/г в супесях-до 190 мкг/г и выше в глинах; 3) возрастание СБ с глубиной (см. табл. I), что вызвано не только увеличением содерзаиия глинистых частиц, а таказ низнздеятельностыо основных форм микроор-ганиамов - факультативных и анаэробных; 4) соответствие величины СБ в дисперсных породах количеству поступавших органических и неорганических субстратов, необходимых для развития, микроорганизмов: зона влияния хЕостохванилища Л I - 70-290 мет/г (отсутствие прудка), хвостохранилища Л 2 - 150-700 мкг/г (существование -прудка); 5) пониженное содержание СБ в грунтовой воде по сравнению о глинистым осадком тех so проб (в 3-6 раз). Причем, чем больше питательных Ееществ содерзатся в._по"овой воде, тем неподвижнее микрборганизмы, оольшая часть которых сорбирована минеральными частицами.

В четвертойпглаве рассматриваются особенности преобразования минерального состава и физико-механических свойств глинистых пород в процессе намыЕа и активизации микробиологической деятельности в зоне влияния хвостохсанилищ..

При загрязнении грунтовых вод соллровнм маслом и компонентами промышленных стоков, служащих питательным и энергетическим субстратом для микроорганизмов, наблздаетоя изменение окислительно-восстановительных условий в толще оззрно-ледни-ковых отложений основания хвостохглнплища. Такие изменения вырезаются в значите"ьном уменьшении зоны с окислительными усло-ытл (вплоть до ее исчезновения) в породах основания накопителя и на прилегающих участках. Об этом свидетельствуют результаты наблюдений за динамикой изменения оююлктельно-вос-станоЕИтельного потенциала, показателя аэробноста среды в подземных водах а соотношения содеркания окисяых а закисных форм келеза в разреза о зерно-ледниковых отложений.

Отмечено, что переход окиснкх форм яелеза в закисныев лист, jchljx породах наиболее акт.' ?но происходит при учаотии микроорганизмов (Т.В.Аристовская, И.'Н.Болотана, К.С.Еолатбекова, ВАФ.Непог,!идувв, К.А.Козырев и др.).

Трансформация оКаслительно-восстановительных условий и рт-тиЕизация м'жробаологичэской деятельности вызывают понаазнне содержания гпдрослвды а хлорита при одновременном относитоль-

ном увеличении количества каолинита и кварка. В тонкодисперсной фракции пород, по даннь.и рентгеновского фазового анализа, прослеживается определенная тенденция к деградации глинистых минералов, фиксируемая коэффициентом р , характеризующим соотношение гидрослюды и кварца по мере накопления СБ в породе:

р = 0,65 + 56,± 0,48,корреляционный коэффициент & =0,93

Сорбция белковых соединений, трансформация взлэза из окио-ных форм в закисные, разложение глинистых минералов приводит к разрушению цементационных и ослаблений молекулярных связей. Эти. процессы определяют снизан но сопротивления сдвигу дисперсных отлокений, наиболее интенсивное ь верхней зоне разреза • озерно-ледниковнх отложений (табл. 2).

Таблица 2

Зона по разрезу5* Интервал времени наблвдэний (года)

0 | 0 14 20

Снижение прочности (.%)

Окислительная 0 35-40 40-45 45-55

Восстановительная ,0 10-15 15-20 15-25

^Название зоне дается на начальный момент времени исследован:

Для установления динамика сшшения прочности глинистых пород при изменении окислительно-восстановительных условий и активизации микробиологической шзни был оборудован опытный полигон на условно фоновом участке -(2 км западнее хвостохранилн-ща Л 2), где грунтовыо воды озерно-лоднкковнх отловений были искусственно загрязнен« соляровым маслом. Наблюдения проводились в течение 2-х лет (1990-92. гг.).

Закономерность снияения прочности озерно-ледниковнх отложений по моро накопления белковых соединений мовот быть аппроксимирована эмпирическим уравнением exp [~J- (c&¿ - СБе)} ¡ где lo - значение прочности при (Таксированном содержании СБ0; t-i - прочность на момент времени "i при накоплении белковых соединении до величины Сc¿ - эмпирический коэффициент, за-шадад'« от состава и свойств пород и изменяющийся в нэпом случае от 0,002 (восстановительная зона) до 0,004 (окислительная.'

Тенденция заметного сливания прочности (на 35 %) отмечалась также и в процесса лабораторных экспериментов, которые проводились в анаэробной обстановке в статических условиях на образцах оззрно-ледшгковых отложений нарушенного сложения, что согласуется с результатами полевых испытаний. Накопление белковых соединений приводит так т к существенному снижению прочности моренных отлозений.

Анчлаз роли давления в процассе намыва отходов обогатительной фабрики на водонасыщенные глинистые озепно-ледниковые и моренные отложения основания хвостохранилищ доказал, что'процесс фильтрационной консолидации протекает медленно,и -вреия его заза разная несопоставимо со сроками эксплуатации накопителя. Характер изменения влажности и плотности пород по глубине, выполненный в различные года (1977, 1984, 1987),свидетельствует о неизменности ах значений. В настоящее время состояние озевно-ледниковнх отлога пил следует рассматривать как неконсолидированное а обоснование расчетных параметров сопротивления сдвигу проводить с учатом влияния изменения окаслн-тольно-восстановательной обстановки и протекающих микробиологических процессов.

В пятой главе разработаны инплнерно-гаологическиа положения надежности эксплуатации хзостохраналащ, намываемых на глинистые породы на базе: I) обесиеченая устойчивости пионерных и намыыых дамб с учетом изменения несущей способности пород основания во времени ; 2) снтаяия негативного воздействия накопителя на геологическую среду. Основное внимание в работе удалэно первому аспекту аадеяност.ч эксплуатации хвостохрани-лищ^

Для района размещения хвостохпанизищ КПО "Фосфорит" характерно наличие.трех иняанерно-геологическах типов разреза основания (рис. 2).

Наиболее чувстве :едьннми к изменению окислительно-восстановительных условий и активизации микробиологической деятельности являются отлояания I "типа - озерцо-ледниковые, которые представляют самую большую опасность с точки зрения гарантии устойчивости откособ накоиителя во времени. В соответствии с варьированием показателэй сопротивления сдвигу пород трех различных гсологс-генатических разностей, служащих основани-

Рис. 2. Инженерно-геологическая схематизация территории хво-стохраншшц КПО "Фосфорит".

Типы разреза основания накопителя: I - озерно-ледаиковые отложения; П - моренные; Ш - тискреские песчаники.

Подтипы разреза: П*. Ш* - однослойный; I2, П2 - двухслойный; I3 - трехслойный.

у?щ - область активизации микробиологической деятельности в разрезе основания.

ff - направление $ильтр?-:чонного потока.

еы накопителя, била проведена схематизация инвенерно-геологи-1 ческих условий территории размещения хвостохранилищ (см.рис.2 С целью более полного использования несущей способности поссц . основания и увеличения емкости накопителей било предложено осуществить асимметричный намыв.

Расчет усто*чв®ости намывных откосов и пионерных дамб, в основании которых прослеживаются слабые прослои (типы разрез) I2, I3, П2, (М)2), 7р0в0дился по УП схеме ВЖ5Д1972 г.).

Оценка устойчивости откосов и основания хвостохранилищ в :полнена с уче*ом снияения прочности пород в результате измен аая окислительно-восстановительных условий и активизации мик робиологаческой визни на период до 1994 г. Полученные значения коэффициентов устойчивости откоса выгщ рекомендуемого 1,21 для хвостохранилищ КПО "Фосфорит". Исключение составляв . участок' с подтипом рззрзза пород основания I2 - хвостохрани-днг,а " I, IX 24 - IX. 29, где ^ссхруп'гоя, подвивки и рекомен;

отел пе.ре складирование песка. Кроме того, доляэдо осуществляться строгое ограничение по отметке заекала прудка (+23,5).

Для последующей корректировка проектних решений в процесса дальнейшего наг. ава хвостохванилищ (реализация "гибкого" проектирования) необходима организация инжонешо-гоологического, гидрогеологического а биохимического мониторинга.

ЗАКЛЮЧЕН®

1. В работе показана сложная взаимосвязь и подчиненность факторов, определяющих развитие техногенеза горних пород, а служащих основой для прогноза развитая геологаческих процессов, в первую очередь, оползневых.

2. Проанализирована особенности иняенерно-гоологичоских условий района размещения хвостохранллищ КПО "Фосфорит" и их влияние на геологическую среду. Установлены основные закономерности изменения состава и физико-механических свойств пород в разрезе озеино-ледниковых образований. Показано, что устойчивость пионерных дамб и намывных откосов хвостохранилища определяется, п ре аде всего, наличием слабого прослоя в толще озерно-леднпковых отлоззний, служащих основанием на большей части площади размещения этих накопителей.

Показана специфика изменения гидрогеологических условий в процессе эксплуатации хЕостохранилищ, в том числа проанализированы особенности самоочищения подземных вод за счет протекания физико-химических и микробиологических процессов,

ПрпЕедена систематизация геологических процессов на хео- . стохранилищах КПО "Фосфорит".

3. Дан анализ основных факторов, приводящих к активизации микробиологических процессов на рассматриваемом объекте, подтсерядешшй выявленными физиологическими группами микроорганизмов (СГк!) в то."цз пород и грунтовых водах, а гакке высоким содержанием суммарного белка (СБ).

Впервые экспериментально получены основные закономерности количество иного распределения СБ в разрезе озтрно-ледни-козчх и ледниковых отло,.:спай района размещения хпэстохрани-лащ.

4. Проведена оценка характера a :iHTcnc:i,j -.остл иемзненяя окислитольно-воостоновительны): условий в to/.j/j глинистых .ю-

оод в созультате активизации микробиологической деятельности при поступлении питательных и энергетических субстратов.

Эксперимента льне доказано, что окислительные условия в верхней часта разреза о зерно-ледниковых отловений при поступлении легко окисляемого а утилизируемого существующим биоценозом нефтепродукта - солярового масла, сменяются на восстановительные,

, Экспериментально подтверждено, что активизация микробио-• логической жазна в района размещения хвостохранилищ способствует деградации глинистой составлящей озерно-ледниковых отложений. По данным лабораторных экспериментов получена зависимость степени разложения гидрослкдистых минералов от накопления белковых соединений.*

. Проанализирован характер преобразования структурных свя-зай в. дисперсных породах .окислительной и восстановительной зо разреза района разцевдния хвостохранилищ в процессе изменения окислительно-восстановительных условий и накопления белковых соединений. •

Теоретически и экспериментально доказана роль активизации микробиологической яазнн, сопровождающаяся накоплением белковых соединений, разрушением цементационных связей, деградацие глинистых минералов и сникенизм псочности озерно-ледниковых г .моренных отложений.

•Результатами длительных наблюдений установлено, что процессы фильтрационной консолидации глинистых попд в основанш хвостохранилищ протекают неэффективно^ основную роль в.изменении состава а физик' -механических свойств дисперсных, отло® ний играют'трансформация окисли®льно-восстановительных уело-• вий и накопление белковых соединений.

5. Сформулированы инвенерно-геологичоскаэ положения эксплуатации хвостохранилищ, ь-ашеэомых на глинистые породы, с учетом роста давления (изменения напряженного состояния), пр образования окислительно-восстановительных условий и активиэ вдш микробиологических процессов. ,•

Дана схематизация цнаонарно-гзологичсских условий района размещения г?остохваш1лпщ КГ10 "Фосфорит", на базе которой пг веден расчет устойчив ос тип показана резервы увеличения емке ста этих накопителей с у.четоы сшшендя.прочности глинпстих г род но времена. Обеспечение надегадости эксплуатации хвостох;

налащ может быть реализовано только пра организации цолэнаправлению Л саотемы мониторинга - иняонерно-гоологического, гидрогеологического и биохимического.

Основндо иолсаения диссертации опубликованы в работах:

1. Основные принципы ангенерно-гаологической оцэн1си техногенных изменений глинистых пород в основании сооружений промыш-лонной гидротехники (на примере ПО "Фосфорит") // Тез. докл.

I Всесоюзного съезда инке на р-ге о логов, гидрогеологов и геокриологов. Киев, 1989, часть Ш, с. 66-63.(Соавторы Дагако Р.Э., Кры-сов О.Ю.). •

2. Исследование изменения свойств глинистых пород в основании действующих хвостохраналищ КПО "Фосфорит" // Зап. ЛГИ,1939, т. ИЗ, с. 85-91.

3. Роль физико-химических процессов при оценка изменения свойств глинистых пород в основании хвостохранилнщ ¿'анудобре-ний СССР // Тез. докл. территориалз. .ой научно-технической конференции "Прогнозная оценка шшеновно-гэодогичес.'сих условий при открытой разработке мзетороздоний Урала", Свердловск,1939, с. 45-46.

4. Прогноз азкэпэзия свойств глинистых пород в основании хзостохиапалищ с узд том физико-химических а микробиологических факторов // Таз. дога. - Б сб.: Проблемы горнопромышленной геологии. Москва, ыП'1, 1990, с. 146-147.(Соазтор Дашко Р.Э.).

5. Экологически аспекты эксплуатации хеостохранилищ обогатительных фабрак по производству фосфорных удобрений // Тез.

;:е-:л. I Всесоюзной школн-саинкатзе молодых ученых. ¡Москва-Алма-Ата, IS9I, с. 51-52.

6. Анализ тех; лтэназа глинистых пород для оденет их несущей способности в основании соосткопий промышленной гидротехники // 3 сб.: Фазическиз'процессы горного производства, С.-Петербург, СПбШ, 1992, с. 42-49. (Соавторы: Даино Р.Э., Крысоз О.Ю.). s

7. О трансформации состава и свойств.озевяо-ледниковых отложений в зоне влиянв.. сооружений промышленной гидротехники (ПО "Фосфорах") // Згл. СДбГИ, 1992, т. 133, с.' 63-63.

PTÍI С-ПГИ. 24.02.93 . 3.57 т.60 экз. IS9026, Санкт-1Тетер0ур1', 21-я линия, 2