Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современные проблемы разработки и эксплуатации месторождений полиметаллических сульфидных руд методом кучного выщелачивания 10
1.1 Краткая история развития технологии кучного выщелачивания, сравнение отечественного и зарубежного опыта 10
1.2 Принципиальная схема процесса кучного выщелачивания и основные технологические этапы 15
1.3 Условия применения технологии кучного выщелачивания золота 35
1.4 Технико-экономические показатели 37
1.5 Характеристика и местоположение воронцовского месторождения 39
1.5.1 Гидрографическая сеть 41
1.5.2 Климат 44
1.5.3 Геологическое строение района месторождения 47
1.5.4 Подземные воды 48
1.5.5 Характеристика рудного поля 51
Выводы к главе 1 52
Глава 2 Оценка воздействия объекта кучного выщелачивания золота воронцовского месторождения на компоненты окружающей природной среды 54
2.1 Характеристика вещественного состава и физико-механические свойства руды 54
2.1.1 Характеристика руд воронцовского месторождения, перерабатываемых по технологии кучного выщелачивания 54
2.1.2 Физико-механические свойства руды 62
2.1.3 Технологические особенности руды 62
2.2 Переработка окисленных и забалансовых руд 64
2.2.1 Переработка окисленных руд воронцовского месторождения 64
2.2.2 Переработка окисленных забалансовых руд 66
Воронцовского месторождения 66
2.3 Исследования минерального и химического состава окисленных руд воронцовского месторождения перерабатываемых методом кучного выщелачивания 67
2.4 Анализ воздействия технологии кучного выщелачивания на компоненты окружающей среды 71
2.4.1 Химико-токсикологические свойства цианидов 79
2.4.2 Устойчивость цианидов в компонентах окружающей среды 83
2.4.3 Зависимость водного баланса предприятия от климато-географических и технологических параметров 87
2.4.4 Расчет материального баланса цианидов воронцовского золоторудного месторождения 89
Выводы к главе 2 100
Глава 3 Технология изоляции при строительстве оснований рудных штабелей кучного выщелачивания 101
3.1 Исследование изменения физико-механических свойств полимеров в зависимости от температуры их переработки 105
3.2 Исследование нарушения целостности структуры покрытия в результате приложения сжимающей нагрузки 122
3.3 Исследование влияния агрессивных сред на гидроизоляционный материал на основе вторичных полимеров 131
3.4 Исследование влияния отрицательных температур на гидроизоляционное покрытие 140
3.5 Изменение механических свойств исследуемых полимеров при введении модифицирующих присадок 144
Выводы к главе 3 152
Глава 4 Оценка эколого-экономической эффективности применения технологии экструзионного формирования гидроизоляционного покрытия при строительстве оснований рудных штабелей кучного выщелачивания 154
4.1 Миграция загрязняющих веществ с территории техногенных массивов 154
4.2 Воздействие техногенных массивов на поверхностные воды 160
4.3 Воздействие техногенных массивов на приповерхностные слои литосферы 163
4.4 Эколого-экономическая оценка организации средозащитного мероприятия 167
4.4.1 Расчет предотвращенного ущерба 167
4.4.2 Определение экономического эффекта от внедрения технологии гидроизоляции оснований рудных штабелей куного выщелачивания 170
Выводы к главе 4 172
Заключение 174
Список литературы 176
- Краткая история развития технологии кучного выщелачивания, сравнение отечественного и зарубежного опыта
- Исследования минерального и химического состава окисленных руд воронцовского месторождения перерабатываемых методом кучного выщелачивания
- Исследование нарушения целостности структуры покрытия в результате приложения сжимающей нагрузки
- Воздействие техногенных массивов на приповерхностные слои литосферы
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в России ежегодно перерабатывается свыше 5 млн.т. золотосодержащего рудного сырья методом кучного выщелачивания (КВ). Объем добычи золота КВ динамично возрастает и, на 2011 год, по данным ОАО «Иргиредмет», составляет более 5% от общей годовой добычи в России.
Наиболее значительной техногенной нагрузке подвергаются
компоненты природной среды на участках атмосферного
выщелачивания, поскольку основным ингредиентом рабочего раствора является высокотоксичный реагент NaCN, определяющий опасность технологии КВ.
Реализация 34 статьи ФЗ «Об охране окружающей среды»
предусматривает проведение мероприятий по охране окружающей
среды и обеспечению экологической безопасности при
строительстве и эксплуатации зданий, строений, сооружений и иных объектов путем разработки и применения, наиболее эффективных средозащитных технологий.
Поэтому, главной экологической задачей является
предотвращение потери продуктивных растворов в результате эрозийных и инфильтрационных процессов из тела рудного штабеля.
Несмотря на достаточную изученность процесса КВ в мире, опыт применения эффективных средозащитных мероприятий для северных регионов России остается недостаточным для полного предотвращения негативного техногенного воздействия, которое может на длительное время определить состояние окружающей среды в районе расположения золотодобывающих предприятий.
Экологические проблемы развития и внедрения технологии
КВ золота нашли отражение в трудах ученых разных стран
(Хохряков А.В., Фазлуллин М.И., Зил Д., Хатчисон И., Кил Д.,
Овсейчук В.Л., Волощук С.Н., Крупинин И.Я., Водолазов Л.И.,
Дробаденко В.П., Минеев Г.Г., Леонов С.Б., Милованов Л.В.,
Банденок Л.И.).
Однако, несмотря на существующие средозащитные мероприятия, до сих пор не разработано технологических решений,
позволяющих с максимальной эффективностью и минимальным техногенным воздействием вести процесс выщелачивания в условиях северных регионов России.
Цель работы - снижение негативного воздействия рудных штабелей КВ на окружающую природную среду, за счет внедрения технологии гидроизоляции их оснований.
Идея работы: гидроизоляцию оснований рудных штабелей следует производить путем экструзионного нанесения нагретой полимерной смеси в вязкотекучем состоянии на спланированную поверхность.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
оценка негативного воздействия рудных штабелей КВ Воронцовского месторождения на компоненты окружающей среды;
анализ существующих способов снижения негативного воздействия технологии КВ на компоненты окружающей среды;
разработка технологии гидроизоляции оснований и снижение экологической опасности рудных штабелей КВ Воронцовского месторождения;
обоснование выбора полимерного материала для формирования гидроизоляционного покрытия в условиях северных регионов с учетом технологических особенностей объекта КВ Воронцовского месторождения;
эколого-экономическое обоснование эффективности предлагаемого способа гидроизоляции, включающее прогноз изменения состояния окружающей природной среды в результате внедрения средозащитной технологии.
Методы исследований. В качестве основных методов исследований применялись:
системно-структурный анализ зоны воздействия объектов кучного выщелачивания на природную среду;
аналитические и экспериментальные методы исследований в лабораторных и полевых условиях;
системный анализ промышленных методов снижения
экологической опасности техногенных массивов;
методы физического и численного моделирования.
Научная новизна работы:
-
Установлены закономерности формирования атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнений в районе воздействия рудных штабелей КВ Воронцовского золоторудного месторождения в зависимости от форм нахождения загрязняющих компонентов в теле рудного штабеля, миграционной способности загрязнителей, технологических особенностей процесса выщелачивания, природной и технической защищенности компонентов природной среды.
-
Получены зависимости эксплуатационных характеристик гидроизоляционного слоя из полимерных материалов в оплавленном совместно с грунтами состоянии (механической прочности, стойкости к растрескиванию, устойчивости к воздействию агрессивных сред с учетом температурного режима эксплуатации) от концентрации модификатора, температурного режима формирования и толщины наносимого покрытия.
Основные защищаемые положения:
-
Формирование структуры атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнения в районе воздействия площадки КВ окисленных руд Воронцовского месторождения определяется технологическими особенностями процесса выщелачивания, химическим составом перерабатываемых руд, климато-географическими характеристиками района расположения объекта, устойчивостью металлоцианидных комплексов, объемом потерь продуктивного раствора при инфильтрации.
-
Снижение экологической опасности процесса КВ должно достигаться на этапе строительства основания рудного штабеля путем последовательной укладки водоупорного слоя глин (Кф = 10-8-10-7 м/сут) толщиной 0,2-0,4 м, подстилающего слоя песка средней крупности толщиной 0,15-0,2 м, экструзионно нанесенного слоя полимерной смеси в оплавленном состоянии и последующим формированием дренажного (защитного) слоя толщиной 0,1-0,15 м на основе крупнозернистого песка.
3. Повышение надежности экранирования оснований рудных штабелей достигается формированием гидроизоляционного покрытия толщиной от 3,0 до 6,0 мм на основе полиэтилена низкого и высокого давления, с внесением модификатора (полиизобутилен), в температурном диапазоне переработки полимерного гранулята 180-190С.
Практическая значимость работы:
выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты природной среды в районе расположения рудных штабелей КВ Воронцовского золоторудного месторождения;
разработано технологическое решение по минимизации воздействия на природную среду рудных штабелей КВ;
определены рациональные параметры формирования гидроизоляционного покрытия оснований рудных штабелей КВ;
произведено эколого-экономическое обоснование предлагаемого метода формирования гидроизоляционного покрытия.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных данных и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии ХХI века» (Москва, 2009 г; 2011 г), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2011 г.), на Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2010 г; 2011 г.; 2013 г.), на Международной научной
конференции «52 th Students Scientific session» (Польша, г. Краков, 2011 г.).
Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении экологических исследований в зоне функционирования рассматриваемого объекта; выполнении анализа и выявлении наиболее опасных технологических узлов и оборудования; в обоснованном выборе полимерного материала для экструзионного формирования гидроизоляционного покрытия; в оценке эколого-экономической эффективности предлагаемой средозащитной технологии.
Реализация работы:
разработанные технические предложения по экструзионному формированию полимерного покрытия на основе вторичных полимеров предложены для использования в ООО «ИнКом «Энергоцветмет», ОАО «РУСАЛ ВАМИ»;
научные и практические результаты работы могут быть использованы в учебном процессе Горного университета при подготовке специалистов горно-геологического профиля, в частности при проведении занятий по дисциплинам «Экология», «Горное дело и окружающая среда», «Рекультивация нарушенных земель».
Публикации. По теме работы опубликовано 5 печатных трудов, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, получен 1 патент.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 183 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 36 таблиц и список литературы из 78 наименований.
Автор благодарен профессору М.А. Пашкевич за научное руководство работой и ценные научные консультации, а также коллективу кафедры Геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.
Краткая история развития технологии кучного выщелачивания, сравнение отечественного и зарубежного опыта
В последние десятилетия двадцатого века российская золотодобывающая промышленность столкнулась с проблемами связанными с истощением запаса богатых, легкодобываемых и легкоперерабатываемых руд. Рентабельность существующих на тот момент предприятий золотодобычи была снижена в результате повышения стоимости энергоресурсов и транспортных услуг.
В сложившейся ситуации первоочередным становился вопрос вовлечения в переработку забалансовых и бедных руд, отходов золотодобычи содержащихся в отвалах и хвостохранилищах, снижение капитальных затрат при строительстве фабрик, а также экологическая безопасность и экономическая целесообразность новых технологий [1].
Такой технологией стало кучное выщелачивание (КВ), имевшее ряд преимуществ перед существовавшими технологиями цианирования золотоносных руд (уголь в пульпе, автоклавное выщелачивание) таких как:
- относительная простота ведения процесса выщелачивания;
- малооперационность технологических процессов;
- низкие капитальные затраты при строительстве;
- низкие эксплуатационные затраты на всем сроке работы установок;
- быстрое введение в эксплуатацию;
возможность осуществления переработки забалансовых и бедных полиметаллических руд, а так же накопившихся отходов золотодобычи, ранее заскладированных в отвалах и хвостохранилищах.
Технология кучного выщелачивания металлов была известна еще в XVII веке. На шахтах Венгрии извлекали медь из подотвальных медьсодержащих вод еще в середине XVII века, а испанские горняки делали то же самое, пропуская кислые растворы через крупные кучи окисленных медных руд на берегах Рио Тинто в 1752 году.
Первая установка цианидного выщелачивания была сконструирована и запущена на руднике Краун Майн, Новая Зеландия. В США первый опыт применения технологии кучного выщелачивания состоялся в 1891 году, когда были запущены установки в Меркуте, штат Юта и Калумете, штат Калифорния.
Благодаря применению цианирования, производство золота в Южной Африке возросло с 300 унций в 1890 г. до 300000 унций в 1893 г. В период с 1892 по 1905 гг производство золота в США увеличилось с 1,7 млн. унций до 4,6 млн. унций, и это существенно, поскольку большая часть прироста была получена за счет переработки руд, плохо поддававшихся гравитационному обогащению и амальгамации, а так же за счет повторной обработки хвостов, образовавшихся ранее [2].
Помимо дешевизны процесса, эффект от внедрения технологии кучного выщелачивания оказался настолько высоким, что данная технология стала применяться практически повсеместно и очень быстро заместила все другие известные способы выщелачивания.
Кучное выщелачивание, позволяло вовлекать в отработку крупные месторождения с бедными (1-1,5 г/т) рудами и стало главным фактором развития золотодобычи в США, Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Чили и других странах и дало им возможность за двадцать лет в 2-3 раза увеличить добычу золота. В настоящее время примерно половина мировой добычи золота приходится на технологию кучного выщелачивания [2]. Наглядная зависимость изменения объемов производства золота ведущими странами в последнее десятилетие двадцатого века представлена в таблице 1. История развития кучного выщелачивания в Российской Федерации начинается с 1994 года, когда технология была реализована на отвалах золотоизвлекательной фабрики ОАО «Южуралзолото» и Майском месторождении, старательная артель «Саяны». Но уже к 2000 году на территории России действовало десять объектов суммарной производительностью по добыче золота 4 тонны в год [3]. За период с 1994 г. по 2006 г.в России было введено в эксплуатацию двадцать восемь промышленных (опытно-промышленных) установок КВ: на месторождении «Чазы-Гол» в Хакасии, «Куранахское рудное поле», «Лопуховское», «Самолазовское», «Таборное» и «Межсопочное» в Якутии, «Муртыкты» и «Западно-Озерное» в Башкортостане, «Кировское» в Оренбургской, «Сафьяновское» и «Воронцовское» в Свердловской области, «Кочкарское», «Светлинское» и «Березняковское» в Челябинской области, «Комсомольская залежь» в Хабаровскомкрае, «Покровское» и «Бамское» в Амурской области, «Дельмачик» и «Богомоловское» в Читинской области, «Мурзинское» в Алтайском крае, «Бабгора» и «Эльдорадо» в Красноярском крае и некоторых других месторождениях [4].
Исследования минерального и химического состава окисленных руд воронцовского месторождения перерабатываемых методом кучного выщелачивания
Переработка окисленных руд ведтся с 2000 года и почти все запасы окисленных балансовых руд на настоящее время переработаны.
Принимая во внимание недостаточное количество запасов балансовых окисленных руд и наличие освободившихся мощностей рудоподготовительного комплекса окисленных руд и участка «Меррилл-Кроу», предназначенного для переработки продуктивных (золотосодержащих) растворов, руководство компании ведущей разработку Воронцовского месторождения приняли решение о переработке забалансовых окисленных руд. Помимо дополнительно полученных благородных металлов, а, следовательно, более полноценной переработке уже извлеченных забалансовых руд, освободятся значительные площади для породных отвалов, и исчезнет необходимость дополнительного отчуждения лесных земель на эти нужды.
В период 2003 – 2004 гг были проведены исследования на предмет определения возможности переработки забалансовых окисленных руд методом кучного выщелачивания. Результаты исследований показали, что технология переработки окисленных забалансовых руд идентична технологии переработки окисленных балансовых руд. Коэффициент извлечения драгметаллов в продуктивные растворы составляет для Au – 73 % и для Ag – 39,8 % (в Доре Au – 71 % и для Ag – 37,3 %). Но проведнные расчты так же показали, что экономическая эффективность данной переработки крайне мала и может быть рентабельна только при снижении налогового бремени.
Выполняя требования по охране недр, в течение всего периода отработки окисленных руд, забалансовые окисленные руды складировалась в отдельные отвалы. В соответствии со статьей 342 налогового Кодекса РФ, при разработке некондиционных или ранее списанных запасов полезных ископаемых, налогообложение производится по налоговой ставке равной 0 %.Таким образом, отнесение попутно добытых забалансовых окисленных руд Воронцовского месторождения к некондиционным запасам позволит, за счт снижения налоговой нагрузки, сделать переработку забалансовых руд рентабельной и наиболее полно отработать запасы Воронцовского месторождения.
Исходя из выше изложенного в план развития горных работ на 2009 год в отсыпку штабеля КВ вовлечено 35300 т товарной окисленной руды и 902202 т окисленной забалансовой руды из заскладированных ранее отвалов.
В 2010 году автором были отобраны пробы руды Воронцовского месторождения. Целью получения проб являлась оценка воздействия рудного штабеля на компоненты ОС. На первом этапе проведения исследований были выполнены анализы с использованием рентгенофлуорисцентного спектрометра XRF-1800 и спектрометра ICPE – 9000 (Shimadzu). Определение минерального состава проб проводилось на рентгенофлуоресцентном спектрометре XRF-1800, после прессования таблеток со связующим H3BO3 (5 г пробы + 3 г связующего) методом полуколичественного анализа с расчетом по фундаментальным параметрам. Результаты содержания элементов (% для сухого состояния проб) представлены в таблице 14. Целью проведения данного анализа являлось также, определение возможного выноса веществ из тела рудного штабеля под действием поверхностных атмосферных вод.
Анализ по определению химического состава руд укладываемых в штабель для выщелачивания проводился методом оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре ICPE-9000.
Качественный анализ проб представлен в таблице 16. Проведенные анализы показали, что в рудах Воронцовского месторождения имеются такие элементы как: Fe, Co, As, Ni, Zn, Cu, Pb, Cd. Металлы Ni, Zn, Cd, Cu будут образовывать комплексы с цианидами и при попадании в подземные воды в результате инфильтрации будут разрушаться, с образованием свободного цианида и ионов металлов. Комплексы, образованные железом ([Fe(CN)6]3-, [Fe(CN)6]4-) будут более устойчивыми, что определит удаленность их миграции с последующим разрушением за пределами СЗЗ производственного объекта.
Также необходимо отметить высокое содержание мышьяка. Сравнительной характеристикой для определения опасности загрязнения природной среды этих элементов в жидких пробах явились нормативы ПДК примесей в водах рыбохозяйственного и хозяйственно-питьевого назначения использования.
В таблице 18 приведены значения ПДКр.х. и ПДКх.п. для всех потенциальных загрязнителей, вымываемых из тела рудного штабеля.
В результате сравнения концентраций элементов в водных вытяжках руд Воронцовского месторождения и нормативов ПДКрх., ПДКх.п. установленных соответственно приказом Росрыболовства от 18.01.2010 г. №20 и СанПиН 2.1.4.559-96, наиболее опасными компонентами химического состава перерабатываемых руд являются: мышьяк, железо, марганец, медь, свинец и кобальт.
Проблемы формирования гидрогеохимических потоков загрязнения традиционно решаются изоляцией (экранированием) оснований рудных штабелей.
Исследование нарушения целостности структуры покрытия в результате приложения сжимающей нагрузки
Гидроизоляционное основание в процессе отсыпки штабеля и последующей эксплуатации подвергается нагрузкам приводящим к нарушению целостности сруктуры полимерного материала.
Повреждение формируемого покрытия может происходить в процессе его производства, при последующей укладке, но основное количество повреждений чаще всего наблюдается в процессе эксплуатации и строительства рудного штабеля. Повреждения подразделяются на проколы, разрывы, деформации (вмятины). Появление повреждений обуславливаетс наличием на изолируемой поверхности неоднородностей или несоблюдением технологии строительства объекта КВ.
Определение прочности материала и его устойчивости к повреждениям производится двумя способами:
- полупроизводственными испытаниями, путем формирования покрытия и приложения к нему соответствующих нагрузок;
- лабораторными экспериментами, путем определения прочностных параметров исследуемых материалов.
В процессе формирования рудного штабеля, гидроизоляционное покрытие испытывает напряжения растяжения, сжатия и сдвига, определяющееся премещениями, возникающими между полимерным покрытием и дренажным слоем.
Нагрузки сжатия и растяжения зависят от массы укладываемой руды, гранулометрического состава дренажного слоя и времени работ по остыпке рудного штабеля.
Устойчивость полимерных материалов к приложению нагрузок при строительстве гидротехнических сооружений неоднократно исследовалась и нашла отоброжение в работах Б.Д. Глебова, В.П. Лысенко, И.М. Елшина [55,59,60,61]. Во всех работах рассматриваются пленки (ПЭВД) толщиной не более 0,2 мм. Исследования полимерных покрытий на основе ПЭНП и ПП, а так же большей толщины не проводилось.
Метод определения степени повреждения по числу дефектов на 1 м2 исследуемого листового образца достаточно широко распространен в практике исследований полимерных гидроизоляционных материалов [55]. Для проведения эксперимента по определению прочности исследуемых полимерных материалов при формировании рудного штабеля была применена методика, описанная в работе В.Д. Глебова [59].
При проведении исследований исследуемый листовой материал помещался в емкость размерами соответствующими испытуемому образцу, моделируя условия укладки полимерного покрытия в гидроизоляционное основание, и доводился до разрушения нормальной к поверхности образца нагрузкой, создаваемой головкой в форме штампа. Емкость изготовлена изготовлена из нержевеющей стали с толщинаой стенок 3 мм, таким образом, проводимые испытания исключают возможность расширения модели и перемещение песка по поверхности полимерного листа. Предложенная схема нагружения характеризует стадию строительства и эксплуатации гидроизоляционного слоя.
Для проведения испытний использовались пески со средней крупностью частиц, составляющей 0,58 мм.
Исследования проводились с использованием гидравлического пресса марки Д2430Б, на рисунке 18 схематично представлена установка для испытания листового полимерного материала.
В стальную емкость 3, засыпается песок 2 с толщиной слоя 60 мм, наличие песка под исследуемым образцом моделирует защитный слой. Песок уплотняется, и на подготовленную поверхность укладывается полимерный лист 4. Свеху вновь засыпается песок с аналогичной толщиной слоя, который моделирует наличие дренажного слоя. Геометрические размеры емкости 400200150 мм. После чего на модель укладывается штамп размерами 390190 мм, при помощи которого осуществляется передача создаваемого давления грунта на образец. Емкость устанавливается между плитами пресса 5 и 1, и исследуемая модель подвергается давлению с постоянной скоростью 3 мм/мин.
В соответствии с СН 551 - 82 толщина гидроизоляционного материала, исходя из условия обеспечения сплошности, определятся по формуле: о = ОД d3ep — = ОД 2 0,71 = ОД5 мм, (38) где - расчетная толщина пленки; d3ep - минимальный диаметр самой крупной фракции грунта, рассеянного с применением стандартных сит, мм; Кп - коэффициент эффективности дополнительных защитных прокладок, который следует принимать по таблице 1 [62]. 125 q – нагрузка, принимаемая для экрана как большее из двух значений, вычисленных для строительного периода и эксплуатационного периода. Для строительного периода нагрузка на гидроизоляционный слой зависит от давления механизмов, передающегося защитным слоем грунта, для эксплуатационного периода от давления упорных призм. В нашем случае давление эксплуатационного периода будет определяться массой штабеля и площадью его основания. При расчете толщины пленочного материала коэффициент Кп принимается равным единице, так как фракции частиц основания менее 10 мм [62] и применение дополнительной прокладки из геотекстиля не требуется. Исходя из произведенного расчета, исследуемые толщины изоляционного покрытия (1,0; 3,0; 6,0 мм) будут удовлетворять условиям сплошности формируемого покрытия в соответствии с СН 551 - 82. Значение нагрузки, создаваемой механизмами на пневматическом ходу, следует принимать по таблице 2 [62] в зависимости от давления воздуха в шинах строительных механизмов. При расчете принимаем значение q = 0,71 МПа, как наибольший показатель создаваемой нагрузки при давлении в шинах 0,6 МПа.
Расчетная нагрузка, создаваемая рудным штабелем на единицу площади основания, составила 0,2 МПа. Нагрузка рассчитывалась в соответствии с СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений».
Давление, создаваемое прессом, варьировалось от 0,2 до 2,5 МПа, такая величина давления превосходит диапазон реальных нагрузок создаваемых строительными механизмами, время приложения создаваемой нагрузки – 4 мин.
Толщина вырезаемых образцов контролировалась по ГОСТ 17035-86 на конце среза с использованием микрометра по ГОСТ 6507-90.
Для определения предела устойчивости полимерного покрытия, в емкость наливался слабощелочной раствор с показателем pH = 9,5. В момент возникновения свозных повреждений ток от гальванического элемента поступал из выше лежащего в нижележащий слой, что фиксировалось по показаниям вольтметра. Давление сздаваемое прессом на поверхность исследуемого образца, определялось по манометру, показывающему давление жидкости в системе на поршень, после осуществлялся пересчет. Площадь образца Sобразца - 751 см2, площадь поршня Sпоршня - 78,5 см2.
В соответствии с методикой предложенной В.Д. Глебовым [59] различают поврежденность первого и второго рода. Повреждаемость первого рода определяется изменением своиств гидроизоляционного материала при наблюдении вмятин, заломов и остальных не сквозных повреждений. Повреждаемсть второго рода определяется присутствием в оброзце сквозных нарушений.
Воздействие техногенных массивов на приповерхностные слои литосферы
В зоне функционирования техногенного массива происходят существенные изменения геологической среды, заключающиеся в следующем:
- техногенный массив является литохимическим ореолом загрязнения;
- за пределами территории, занятой техногенным массивом, происходит формирование переотложенных литохимических ореолов и связанные с ними нарушения и загрязнения почвенного покрова, растительности и пр.;
- временными и постоянными потоками из техногенного массива выносятся и переотлагаются породы, что служит причиной формирования литохимических потоков загрязнения;
- инфильтрация атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод через тело техногенного массива приводит к формированию гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения;
- в результате ветровой и водной эрозии происходят потери минерального сырья из тела техногенного массива.
Эрозия, которой подвергаются техногенные массивы, протекает в виде физического и химического разрушения отложений, при этом продуктами эрозии являются выносимые в окружающую среду механические взвеси дисперсных минеральных частиц в воде и воздухе и химические растворы, а также остающиеся на месте переработки измененные отложения.
На интенсивность эрозии оказывают влияние естественные факторы (воздушные и водные потоки, температурные изменения, миграции поровых растворов - электролитов) и техногенные (например, воздействие тяжелого горнотранспортного оборудования и различных механизмов), а также внутренние факторы, например, физические и химические свойства, состав, структура отложений, формирующие механическую и химическую прочность пород.
Эрозионные процессы отрицательно действуют на окружающую среду, вызывая:
- необратимые изменения структуры и состава почв - снижение водопрочности и механической прочности агрегатов с последующим ухудшением агрофизических свойств почв; разубоживание гумусного и солевого состава почв; изменение их водоудерживающей способности;
- необратимые изменения состава, структуры и свойств используемых при рекультивации потенциально плодородных пород;
- загрязнение почв и почвогрунтов продуктами эрозии, что приводит к угнетанию растительного покрова, засолению и заболачиванию поверхности;
- засоление почв и почвогрунтов и интоксикацию растений;
- запыление и загрязнение воздушного и водного бассейнов;
- ухудшение физико-механических параметров пород, используемых для возведения горнотехнических сооружений - дамб, плотин, насыпей.
Физическое выветривание техногенных формирований проявляется в разложении пород. Формирование внешних отвалов, хвостохранилищ, шламонакопителей и других техногенных массивов приводит в ряде случаев к подъему уровня грунтовых вод и появлению на окружающей местности контурного кольца озер и болот. Подтопление территории, в свою очередь, ведет к гибели лесов и полей. Вокруг конечного контура отвалов происходит замена полевой и лесной растительности на болотную.
Земли, подвергающиеся воздействию техногенных массивов, можно подразделить на две категории:
территория земельного отвода, занятого техногенным массивом;
территория, нарушенная в результате загрязнения атмосферы, изменения гидрогеологических условий, сейсмических воздействий и др., что приводит к механическому, химическому загрязнению, а иногда и физическому разрушению почв горного отвода и прилегающих участков. Физическое нарушение почв связано с изменением ландшафта и деформацией поверхности под влиянием горных работ, изменением структуры почв в результате их заиливания, осушения и т.д. Химическое нарушение почв связано с их загрязнением различными технологическими отходами и выбросами. Механическое нарушение почв происходит из-за загрязнения их в результате эрозионных процессов, которым подвергаются техногенные массивы.
Размещение техногенных массивов, в частности рудных штабелей КВ, на землях, где предварительно не снят почвенный слой или не проведено формирование защитных экранов и оснований в соответствии с установленными требованиями, приводит не только к его физическому уничтожению, но и созданию угрозы механического загрязнения окружающих земель. Это загрязнение происходит при транспортировании пород, отвалообразовании, в результате эрозии техногенных массивов. Отмечено, что эрозионные процессы на отвальных площадях протекают в 2-4 раза интенсивнее, чем на ненарушенных землях.
С целью компенсации ущерба, наносимого природной среде, сельскому, лесному и водному хозяйствам, исключения вредного воздействия на компоненты природной среды, техногенные массивы должны быть рекультивированы.
Выбор рекультивационных мероприятий производится исходя из двух групп факторов: физико-географических (климатические характеристики территории, характеристика почв, растительности и пр.);
- технологических (схема и площадь складирования техногенного массива, токсичность, физико-механические, химические характеристики заскладированных отходов, содержание ценных компонентов).
Основными направлениями использования восстановленных земель, занятых техногенными массивами, являются:
- сельскохозяйственное, когда на восстановленных землях создаются сельскохозяйственные угодья (пашни, сады, луга, пастбища);
- лесохозяйственное, когда на восстановленных землях создаются лесные насаждения различного типа (почвозащитные, ландшафтно-декоративные, промышленные);
- рыбохозяйственное, предусматривающее создание в пониженных участках техногенного рельефа рыбоводческих водоемов;
водохозяйственное - создание в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения;
- рекреационные - сооружение на нарушенных землях зон отдыха;
- санитарно-гигиеническое - предусматривающее биологическую или техническую консервацию нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически не эффективна;
- строительное - приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.
В зависимости от направления последующего использования земель к их рекультивации предъявляются различные требования.
За пределами зоны функционирования техногенных массивов также происходят существенные преобразования природной среды, заключающиеся, прежде всего, в нарушении и загрязнении почвенного покрова оседающей пылью, содержащей токсичные элементы.
Почвы и почвогрунты являются своего рода буферной системой, способной аккумулировать различные элементы и вещества и поэтому наиболее полно отражать уровень техногенного воздействия хранилищ отходов.
Основной оценкой степени загрязнения почв, как и других природных сред, остается количественный показатель их элементного состава.
Воздействие техногенных массивов на прилегающие земли и биоту является длительным и проявляется даже через десятки лет.
Похожие диссертации на Снижение экологической опасности рудных штабелей кучного выщелачивания золотоносных руд
