Способ складирования и хранения засоленных горных пород в районах развития многолетней мерзлоты

 

Способ относится к экологически безопасному складированию и хранению засоленных горных пород в условиях многолетней мерзлоты. Способ позволяет повысить эффективность охраны окружающей среды за счет предотвращения разноса минерализованных загрязнителей от водной и ветровой эрозии отвала. Способ включает планирование размещения площади отвала в разломной зоне с повышенной тектонической нарушенностью горного массива многолетнемерзлых пород, формирование дренирующего основания отвала путем снятия в пределах площадки труднофильтрующего почвенно-растительного слоя, возведение в пределах выбранной площадки замкнутого противофильтрационного отвала из глинистых незасоленных вскрышных пород с последующей пригрузкой более крепкими незасоленными вкрышными породами. После этого производят складирования засоленных горных пород внутри замкнутого контура противофильтрационного отвала на высоту, не превышающую верхней отметки отвала из незасоленных вскрышных пород. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для экологически безопасного складирования и хранения засоленных горных пород преимущественно в районах развития многолетней мерзлоты.

Известен способ отвалообразования в обводненных условиях, увеличивающий приемную способность за счет выбора участка, подготовки основания и формирования определенной структуры отвала с целью повышения сопротивляемости сдвигу пород водонасыщенного основания. Согласно способу на сухом участке срезают верхний слой до плотных глин, формируют полутраншею с заполнением ее грубо-, затем мелкообломочным материалом, формируют призмы упора и дренажные траншеи, укладывают разнопластичные обводненные породы, циклы отвалообразования повторяют (а.с. 1700237, E 21 C 41/00, 1989).

Способ непригоден для складирования засоленных пород ввиду отсутствия противофильтрационного барьера, препятствующего растеканию по окружающей территории обогащенных солями атмосферных вод, промывающих складируемые засоленные породы. Подготовка основания отвала заключается в выемке фильтрующего верхнего слоя до водоупорных пород, что не приводит к формированию гидродинамического "окна" для перетока через него в подстилающий мерзлый массива жидких загрязнителей. Конструкция и высота отвала не предназначены для локализованного складирования засоленных пород внутри незасоленной вскрыши, чем, в частности, не предотвращается ветровая эрозия солесодержащих пород с угрозой загрязнения окружающей территории.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ складирования горных пород, включающий размещение площадки отвала, формирование дренирующего основания отвала, возведение противофильтрационного барьера на внешней стороне отвала, и обработки периферийной части заскладированных внутри противофильтрационного барьера бедных горных пород специальными растворяющими жидкостями для повышения концентрации полезного компонента за счет направленного его переноса в сторону внутренней более богатой части горных пород отвала (а.с. 1788248 E 21 C 41/00, 1990).

Способ имеет ряд существенных недостатков, которые делают его применение для складирования засоленных вскрышных пород малоэффективным с точки зрения экологической безопасности. Не предусматривается приуроченность площадки отвала засоленных пород к зоне тектонической нарушенности, что не позволяет засоленным атмосферным водам уходить вглубь мерзлого массива. Фильтрующий слой в основании отвала предназначен лишь для периодического обезвоживания обрабатываемых горных пород, заскладированных внутри противофильтрационного барьера. При этом фильтрующиеся стоки в отсутствии гидродинамического "окна", связывающего сформированный отвал с подстилающим мерзлым массивом, растекаются по окружающей территории, загрязняя ее. Возведение противофильтрационного барьера из глинистых пород на внешней стороне отвала без пригруэки его вскрышными породами создает условия нарушения целостности барьера в теплое время года талыми и атмосферными водами за счет суффозионного разрушения глинистого экрана с последующим выносом через нарушенные участки жидких загрязнителей из тела отвала. Засоленный не сконсолидированный глинистый материал противофильтрационного барьера сам становится источником загрязнения окружающей территории, в частности, за счет ветровой эрозии боковой поверхности отвала и разноса засоленной пыли.

Цель изобретения - повышение эффективности охраны окружающей среды за счет предотвращения разноса минерализованных загрязнений от водной и ветровой эрозии отвала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе складирования и хранения засоленных горных пород в районах развития многолетней мерзлоты, включающем планирование размещения площадки отвала, формирование дренирующего основания отвала, возведение противофильтрационного отвала и складирование горных пород, площадку отвала размещают в разломной зоне с повышенной тектонической нарушенностью горного массива многолетнемерзлых пород, дренирующее основание отвала формируют путем снятия труднофильтрующего почвенно-растительного слоя, возведение противофильтрационного отвала производится из глинистых незасоленных вскрышных пород путем отсыпки по замкнутому контуру в пределах выбранной площадки с последующей пригрузкой более крепкими незасоленными вскрышными породами, складируют засоленные горные породы внутри замкнутого контура противофильтрационного отвала на высоту, не превышающую верхней отметки отвала из незасоленных вскрышных пород.

Повышение эффективности охраны окружающей среды обеспечивается за счет формирования специальной конфигурации, последовательности создания и структуры противофильтрационного отвала, способствующего предотвращению растекания по окружающей отвал территории жидких загрязнителей, получаемых за счет промывки заскладированных соленых пород атмосферными водами, и обеспечением условий подземного захоронения засоленных атмосферных вод в многолетнемерэлые породы через сформированное гидродинамическое "окно" под отвалом, а также за счет предотвращения засоления окружающей территории из-за ветрового выдувания солесодержащей пыли из заскладированных пород.

Ввиду отрицательного баланса годовых температур в районах развития многолетней мерзлоты под отвалами вскрышных пород происходит подъем границы сезонного колебания температур с выходом ее в тело отвала. Для решаемой задачи это является положительным моментом, так как приводит к повышению противофильтрационной эффективности созданного отвала за счет промораживания поступающей атмосферной воды в поровом пространстве тела отвала. Контроль процесса промораживания в теле противофильтрационного отвала проводится по термоскважинам, а по оси замкнутого отвала проведением режимных геофизических наблюдений (например, методом переходных процессов). Показателем эффективности противофильтрационного отвала является накопление во внутренней чаше атмосферных вод.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно, на экономически допустимых расстояниях от месторождения, проводят анализ геолого-тектонической обстановки. Выделяют зону (-ы) разломов, тектонические нарушения которых находят отражение в пределах многолетнемерзлых пород и выражены, например, в виде отрицательных аномалий гравитационного поля, что свидетельствует о наличии зон дробления с потенциально высокими фильтрационными свойствами. Реально такие зоны проявляют себя повышенными расходами промывочной жидкости или воздуха в процессе разведочного бурения.

Поверхность площадки для складирования горных пород очищают от почвенно-растительного слоя, служащего во многих случаях препятствием для вертикальной фильтрации талых вод в массив многолетнемерзлых горных пород. Этим создается гидродинамическое "окно" для направленной фильтрации обогащенных солями атмосферных вод в зону повышенной трещиноватости пород, обусловленной влиянием тектонического нарушения. Происходит самопроизвольное захоронение загрязненных вод во многолетнемерзлых породах, чем предотвращается их негативное воздействие на окружающую отвал территорию. Контроль процесса захоронения осуществляют с помощью режимных гидрогеофизических наблюдений.

В пределах выбранной площадки отсыпают по замкнутому контуру слой глинистых незасоленных вскрышных пород (глины, суглинки, глинистые пески, мергели и т.п.), залегающих выше кровли первого рассолоносного горизонта. Максимальная высота отсыпки малофильтрующего глинистого материала определяется технологическими возможностями транспортирования, а также параметрами устойчивости отсыпаемого грунта. Затем слой глинистых пород засыпают более крепкими незасоленными вскрышными породами, располагая их преимущественно к внешней стороне формируемого замкнутого контура отвала. Параметры сформированного замкнутого противофильтрационного отвала (периметр и высота) определяются необходимостью иметь внутреннюю свободную емкость, достаточную для складирования планируемого объема засоленных горных пород и чтобы конечная вершина засоленных пород не превышала верхней отметки замкнутого противофильтрационного отвала из незасоленной вскрыши. Это предотвратит возможность выдувания солесодержащей пыли и разнос ее по окружающей территории.

Пример конкретной реализации.

На фиг. 1 показан план месторождения с участком складирования, на фиг. 2 - схематический разрез через рудное тело и участок складирования.

В районе рудного тела 1, ограниченного в плане проектным контуром карьера 2, проводят анализ геолого-тектонической обстановки. Выявляют зону разлома 3, а в ее пределах участки 4 повышенной тектонической нарушенности, фиксируемые по геофизическим показателям (например, по локализованному минимуму величины гравитационного поля) и разведочному бурению. Определяют внешнюю границу 5 для отвала незасоленных вскрышных пород исходя из необходимых по проекту объемов выемки вскрыши, в частности, засоленной. Глинистые вскрышные породы, отбираемые при отработке месторождения в пределах мерзлоты 6, укладывают в виде замкнутого отвала 7 в пределах участка 4. Более крепкими незасоленными вскрышными породами 8 пригружают сформированный противофильтрационный отвал, отсыпая их преимущественно в сторону внешней части его. Почвенно-растительный слой в пределах участка 4 предварительно удаляют, формируя гидродинамическое "окно" 9, через которое будут отфильтровываться в многолетнемерзлый трещиноватый массив участка 4 засоленные атмосферные воды. После вскрытия карьером кровли 10 водоносного комплекса засоленные горные породы начинают складировать во внутреннее свободное пространство сформированного замкнутого отвала 7 из незасоленных вскрышных пород, образуя своего рода внутренний отвал 11. К моменту начала складирования засоленных горных пород граница 12 слоя сезонных колебаний температур поднимется в пределы сформированного замкнутого отвала 7, улучшая его противофильтрационные свойства.

Предложенный способ складирования и хранения засоленных горных пород позволит обеспечить надежную экологическую защиту окружающей среды от воздействия жидких минерализованных загрязнителей, получаемых за счет промывки атмосферными водами засоленных горных пород, и ветрового разноса засоленной пыли.

Формула изобретения

Способ складирования и хранения засоленных горных пород в районах развития многолетней мерзлоты, включающий планирование размещения площади отвала в разломной зоне с повышенной тектонической нарушенностью горного массива многолетнемерзлых пород, формирование дренирующего основания отвала путем снятия труднофильтрующего почвенно-растительного слоя, возведение замкнутого противофильтрационного отвала вначале отсыпкой слоя глинистых незасоленных вскрышных пород, затем последующей засыпкой с внешней стороны более крепких незасоленных вскрышных пород, складирование засоленных горных пород внутри замкнутого контура противофильтрационного отвала на высоту, не превышающую верхней отметки отвала из незасоленных вскрышных пород.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2