Опыт инженерно-геологического районирования территории строительства Воронцовского ГОКа с целью рационального использования и охраны геологической среды

загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всес. сов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-С. 164-171.

4. Сенилов Н.Б., Малахов С.Г. н др. Сравнение моделей загрязнения почв от промышленных источников с расчётными данными // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всес. сов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - С. 57-64.

УДК 662.271.3:552.57

Э. И. Афанаснади, И. В. Абатурова, А. В. Тарасович

ОПЫТ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОРОНЦОВСКОГО ГОКА С ЦЕЛЬЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Одним из важных направлений научно-технического прогресса в области инженерной геологии является разработка фундаментальных и технологических основ обеспечения рационального и бережного освоения геологической среды в районах интенсивного техногенного воздействия. Как показывает опыт, отвалы горнодобывающей промышленности, хвосто- и шламохранилища, участки кучного выщелачивания часто являются источниками загрязнений геологической среды токсичными элементами. При этом наиболее часто подвергаются поражению грунтовые воды, являющиеся наиболее "ранимой" составляющей геологической среды и почвы.

Включение экологической проблематики в сферу интересов инженерной геологии оказывает существенное влияние на специфику инженерно-геологического районирования территории строительства ГОКов золоторудных месторождений Воронцовского типа, предусматривающих применение цианистой технологии обогащения.

Инженерно-геологические условия территории Воронцовского ГОКа, площадок хвостохранилища, установки кучного выщелачивания, обогатительной фабрики определяются повсеместно распространенными глинами, реже суглинками делювиального, озерно-болотного генезиса с коэффициентом фильтрации 0.05 м/сутки, имеющими мощность от 0.9 до 10-12 м, спорадически распространенными гравийно-галечными отложениями с супесчано-суглинистым заполнителем твердой-полутвердой консистенции с коэффициентом фильтрации 0.215 м/сутки, мощностью от 0.5 до 8-13 м и повсеместно подстилающими их песчано-глинисто-кремнистыми отложениями верхнего мела - нижнего эоцена (рис. 1). Песчано-глинисто-кремнистые породы -пески (алевриты) пылеватые кварц-глауконитового состава, песчаники того же состава, опоки, опоковые и диатомитовые глины, диатомиты - в плане (по площади) и в разрезе обычно фациально замещаются и переслаиваются. Цементом песчаников служит опал, опал с глиной или чистая глина. Все полускальныс разновидности опок, песчаников, диатомитов выветрелы до глинистого состояния (щебнистая кора выветривания вскрыта только на юго-востоке территории). Коэффициенты фильтрации выветрелых песчаников, песков (алевритов) пылеватых приняты равными 0.09 м/сутки. кремнисто-глинистых пород-0.12 м/сутки.

Существующая методика оценки степени защищенности подземных вод от загрязнения базируется на анализе ряда природных факторов:

- наличия в кровле слабопроницаемых пород (Кф < 0.1 м/сутки);

- строения и мощности зоны аэрации;

- сорбционных свойств пород юны аэрации;

- положения уровня грунтовых вод.

«V / • о • г

1 X1

4 ... у ... у ...у я " > —

Рис. 1. Схематическая грунтово-литологическая карта с изолиниями мощности покровных отложений:

1 - аллювиально-лслювиальныс суглинки, глины: 2 - гравийно-галечниковые отложения: 3 - опоки, опоковые глины; 4 - диатомовые глины, диатомиты: 5 - кварц-глауконитовые пески; 6 - кварц-глауконитовые песчаники

Из полученных нами материалов следует, что изучаемая площадка, рассматривается как основание для размещения хвостохранилища, установки кучного выщелачивания, неоднородна по ряду литологических, инженерно-геологических и гидрогеологических характеристик. Их анализ и систематизация методом последовательного инженерно-геологического районирования дает возможность определить на изучаемом объекте отдельных участков, обладающих определенным набором показателей, оценивающих грунтовую толщу как естественный противофильтрационный барьер. В основу районирования были положены следующие факторы: питологический состав, строение и фильтрационные свойства пород, положение уровня грунтовых вод, мощность слабопроницаемых отложений, которые будут выполнять роль естественного противофильтрационного экрана, строения зоны аэрации, время инфильтрации пульпы в пределах различных участков ложа.

В связи со сложным геологическим строение площадки, весьма неоднородной (от 0 9 до 10.0 м) мощностью слабо водопроницаемых озерно-болотных и делювиальных глинистых отложений, фациальной замещаемостью горных пород, различной глубиной залегания уровня грунтовых вод нами проведено типологическое районирование по инженерно-геологическим условиям. Каждый из участков, выделенных на предварительном этапе исследований, охарактеризован значениями параметров, определяющих условия защищенности подземных вод. Кроме того, для каждого выделенного участка рассчитано приблизительное время инфильтрации загрязняющего фронта до уровня грунтовых вод. Расчет производился согласно методике, разработанной В.М. Гольдбергом. В связи с тем, что на данной стадии исследований не определен ряд характеристик о режиме работы хвостохранилища, целесообразно для расчета времени инфильтрации воспользоваться формулой [7]

иФ = п х Н0/ Кср[т / Н0- ^ ( 1 + т / Н0], где 1ИНф - время просачивания загрязнения по вертикали до уровня грунтовых вод, сутки; т -мощность слабоприницасмых пород, м; К - коэффициент фильтрации, м/с>тки; п - эффективная пористость пород, д. ед.; Н0- напор в хвостохранилищс. При расчетах задавалось несколько значений напора: 0.5; 1.0 и 3.0 м.

Мри расчетах нами использовались средневзвешенные по мощности значения коэффициентов фильтрации и пористости для каждого типа разрезов. Наибольшую трудность вызывает оценка водопроницаемости ннжнеэоценовых кремнисто-глинистых пород, имеющих весьма неравномерную мощность, неоднородную обводненность, различную степень выветривания в связи с неравномерным проявлением трещи новатости, оватывающей все разновидности опок - кремнистых, глинистых, железистых.

При типологическом районировании выделялись по величине мощности слабоводопроницаемых пород - делювиальных и озерно-болотных глин, суглинков с коэффициентом фильтрации 0.05 м/сутки следующие виды районов: при мощности от 0.0 до 2.0 м - Л; от 2.0 до 5.0 -Б; от 5.0 до 10.0 - В; и при мощности более 10.0 м - Г. Внутри районов (№1, 2, 3) оконтурнвались типовые участки по величине мощности зоны аэрации:

1-й - с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 10 м;

2-й - с глубиной залегания уровня грунтовых вод 10-20 м;

3-й - с глубиной залегания уровня грунтовых вод более 20 м.

Выделенные типы участков в свою очередь подразделялись по строению зоны аэрации на литологичсекис типы разрезов:

а - в верхней части разреза развиты покровные отложения с Кф = 0.05 м/сутки, которые подстилаются гравийно-галечниковь:ми отложениями с суглинисто-супесчаным заполнителем полутвердой консистенции с Кф = 0.215 м/сутки;

б - в верхней части разреза развиты покровные отложения, которые подстилаются песчаниками, выветрелыми до суглинистого состояния, глауконито-кварцевого состава и песками того же состава с Кф = 0.09 м/сутки;

в - в верхней части разреза развиты покровные отложения, которые подстилаются опоками, диатомитами, выветрелыми до глинисто-суглинистого состояния с Кф = 0.12 м/сутки.

В процессе типологического районирования нами рассмотрены возможные варианты комбинаций разрезов геологического строения с учетом литологических разновидностей горных пород. Из абсолютных значений времени инфильтрации загрязнения до уровня грунтовых вод видно, что на условия защищенности подземных вод на исследуемой территории главным образом влияют мощность естественного экранирующего слоя, глубина залегания уровня грунтовых вод и водопроницаемость пород зоны аэрации, а также напор на хвостохранилищс. Необходимо отметить, что в расчетных значениях времени инфильтрации (1ИИф) не отражено возможное заиление поверхности ложа хвостохранилища тонкодисперсной твердой фазой хвостов, что несомненно будет снижать водопроницаемость грунтов основания и увеличивать защищенность.

Карта инженерно-геологического типологического районирования послужила основой для составления карты заии^цеиности грунтовых вод на площадке хвостохранилища и установки кучного выщелачивания. По условиям защищенности подземных вод от загрязнения выделяются четыре категории (рис. 2. таблица).

Рис. 2. Карта инжснсрио-тнпологического районирования с оценкой степени защищенности подземных вод

I категория по условиям защищенности характеризуется как неблагоприятная для размещения в ее пределах хвостохранилища с установкой кучного выщелачивания. К данной категории относятся территории, имеющие мощность зоны аэрации менее 10 м, подстилаемые гравийно-галечниковыми отложениями с суглинисто-супесчаным заполнителем, песчаниками, песками глауконит-кварцевого состава, опоками и диатомитами, выветрелыми до глинистого состояния, а также участки, имеющие мощность зоны аэрации более 10 м и подстилаемые гравийно-галечными отложениями (A-1-a, Б-2-a).

В пределах скважины 2141 площадки расположен участок, принадлежащий к данной категории, с мощностью покровных отложений 2.8 м, подстилаемых слабовыветрелыми опоками, имеющими Кф " 1.1 м/сутки. Использование такого участка возможно только после проведения инженерных мероприятий природоохранного характера.

II категория - слабо защищенные территории. Эта категория занимает значительное простанство в пределах площади Сложена покровными отложениями уощностью 0-2 и 2-5 м и мощностью зоны аэрации более 10 м (A-2-б, А-З-б, Б-2-б.в). Покровные отложения подстилаются песчаниками, песками глауконит-кварцевого состава, опоками, диатомитами выветрелыми до суглинистого состояния. Время продвиженния фронта загрязнения на таких участках составляет от 60 до 100 суток.

Эксплуатация таких участков требует специальных инженерных мер защиты.

III - категория - условно защищенные территории. Сложена покровными отложениями мощностью 2-5 и глубиной залегания уровня грунтовых вод более 20 м (Б-З-в) и мощностью 5-10 и глубиной залегания уровня грунтовых вод более 10 м (B-2-в, В-З-б.в). Покровные отложения подстилаются песчаниками и песками глауконит-кварцевого состава, опоками и диатомитами.

выветрелыми до суглинистого состояния (Б-З-в). Время продвижения фронта загрязнения составляет 100-150 суток.

IV категория - практически защищенные. Представлены участками с покровными отложениями мощностью более 10 м и глубиной залегания уровня грунтовых вод более 10 м, подстилаемых песчаниками, опоками и диатомитами, выветрелыми до суглинистого состояния. Время продвижения фронта загрязнения составляет более 150 суток.

Экспликация к карте инженерно-типологического районирования с оценкой степени защищенности подземных вод

Категория защищенности грунтовых вод Класс участка Литологическое описание порол Время инфильтрации загрязнителей до УГВ Штриховка на карте

Н=0.6 м 11=1.0 м Н-3.0 М

I. Практически не защищенные A-1-a Б-1-в Б-2-a Б-З-а В-З-а С поверхности сложен делювиальными глинами и озерно-болотными суглинками мощностью 0-10 м. мощностью зоны аэрации менее 20 м и подстилаемые гравийно-галечникозыми отложениями с супесчано-глинистым заполнителем, песчаниками, выветрелыми 31.0 69.0 84.0 II 1.0 132.0 27.0 62.0 78.0 N0.0 130.0 20.0 46.0 65.0 $8.0 105.0 //// %

II. Слабо защищенные A-2-в А-З-б Б-2-б Б-2-в С поверхности сложен делювиальными глинами и озерно-болотнымн суглинками мощностью 0-5 м. мощностью зоны аэрации более 10 м и подстилаемые песчаниками, песками глауконит-кварцевого состава, опоками. диатомитами, выветрелыми до суглинисто-глинистого состояния 96.0 121.0 118.0 112.0 90.0 120.0 N0.0 105.0 77.0 96.6 91.0 95.0

III. Условно защищенные Б-3-D B-2-б B-2-в В-З-в С поверхности сложен делювиальными глинами и озерно-болотными суглинками мощностью 2-10 м. мошкостью зоны аэрации более 10 м и подстилаемые песчаниками, песками глауконит-кварцевого состава, опоками. диатомитами, выветрелыми до суглинисто-глинистого состояния 133.0 153.0 139.0 164.0 131.0 143.0 130.0 162.0 Ю5.0 118.0 107.0 130.0 4 \ NNv V \ \ \

IV. Практически защищенные Г С поверхности сложен делювиальными глинами и озерно-болотными суглинками мощностью более 10 м и уровнем фунтовых вод более 10 м 200.0 197.0 124.0

Примечания. ДГ - районы с рахтичной мощностью покровных отложений соответственно: Л - 0 - 2.0 м; Б - 2.0 - 5.0 м. В - 5.0 - 10.0 м, Г - более 10.0 м.

1.2,3 - типы участков с различной мощностью зоны аэрации соответственно: I - менее 10.0 м, 2 - 10.0 -20.0 м, 3 более 20.0 м

а,б,в - участки, различные по строению зоны аэрации Покровные отложения, подстилаемые: а - гравийно-галечниковыми отложениями с супесчано-суглинистым заполнителем; б - песчаниками, песками глауконит-кварцевого состава, выветрелыми до суглинистого состояния, в - опоками, диатомитами, выветрелымк до суглинисто-глинистого состояния

Такие участки не требуют специальных мероприятий по защите подземных вод от загрязнения.

Сорбционная способность горных пород может значительно снижать концентрацию токсичных элементов. Ее влияние зависит от степени дисперсности грунтов, минерального состава, состава обменных катионов, количества органических соединений, реакции рН среды, окислительно-восстановительного потенциала.

Установлено, что емкость катнонного обмена глинистых минералов изменяется от 3-15 мг-экв/100 г у каолинита, 25-50 мг-экб/100 г - у иллита, до 80-120 мг-экв/100 г - у монтмориллонита, 100-150 мг-экв/100 г - у вермикулита, свежеосажденный гидроксид железа 10-25, аморфная кремнекислота 11-34, органическое вещество почвы 150-250 мг-экв/100 г.

Таким образом, глинистый (суглинки, глины) и кремнисто-глинистый (опоки, диатомиты, опоковые песчаники) состав грунтов, их строение, свойства, слабая водоприницаемость, высокая степень дисперсности (пылсватая и глинистая фракции, их минеральный состав) обусловят значительную поглощающую способность пород в отношении токсичных элементов, которые будут

складироваться в хвостохранилище или попадут в грунты в результате аварийной ситуации на установке кучного выщелачивания н обеспечат надежность защиты подземных вод от загрязнения, на участках условно и практически защищенных. В пределах участков, отнесенных нами при инженерно-геологическом типологическом районировании к практически не защещенным и слабо защищенным, необходима отсыпка противофильтрацнонного экрана из уплотненной глины мощностью 1.0 м с коэффициентом фильтрации 0.000001 м/сутки.