авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

Техногенная трансформация геологической среды верхнекамского соленосного бассейна

-- [ Страница 6 ] --

Другой важнейший комплекс методов при ведении мониторинга геологической среды - геофизические методы исследования. Результаты данных исследований используются для выявления потенциально опасных зон, при прогнозе возникновения и развития негативных процессов. В комплекс геофизических методов, используемых, в первую очередь, на участках с аномальным строением водозащитной толщи, кроме сейсмологического контроля, входит, сейсмо-, электро-, гравиразведка.

Мониторинг подземной гидросферы - составная часть мониторинга геологической среды. Его цель – изучение состояния и динамики изменения подземных и поверхностных вод под влиянием как техногенных, так и естественных факторов для обоснования мероприятий по предотвращению негативных последствий влияния горного предприятия. Необходимо отметить, что в соответствии с действующим законодательством о недрах, объектный мониторинг гидросферы осуществляется в пределах горного отвода и зоны существенного влияния горного предприятия.

Основные задачи при ведении мониторинга природных вод следующие:

- выявление гидрогеодинамических изменений в режиме надсолевых вод как индикаторов процессов, представляющих потенциальную опасность затопления для калийных рудников;

- определение масштабов техногенного загрязнения природных вод и разработка способов его снижения.

Объектом исследования является верхняя геодинамическая зона – зона активного водообмена. Мониторинг природных вод проводится на участках складирования солеотходов по сети наблюдательных скважин и гидропостов. Наблюдения включают в себя замеры уровня и гидрохимическое опробование подземных вод в скважинах, измерения уровней, расходов воды и гидрохимическое опробование поверхностных водотоков на гидропостах и водопунктах. Режимная сеть калийных предприятий состоит из десятков гидрогеологических скважин, гидрологических постов и водопунктов. В результате наблюдений вокруг участков складирования солеотходов выявлены и контролируются ореолы засоления природных вод.

При существующей техногенной нагрузке на недра Верхнекамский регион отнесен в настоящее время к районам, где возможны землетрясения силой 6-7 баллов (по сейсмической шкале МSК–64 для средних грунтовых условий). Исходя из этого, создание надежной системы оперативного прогноза землетрясений представляется неотложной задачей. Разработанные к данному моменту разнообразные методы прогноза сейсмособытий пока не обеспечивают достаточного уровня достоверности. Наиболее перспективно в этом отношении применение технологии REPS, базирующейся на слежении за эволюциями открытой Г.С. Вартаняном в 1982 г. новой разновидности естественного поля – гидрогеодеформационным полем Земли (ГГД – поле).

Деформационные процессы, тектонодинамические эффекты, волновые явления, как медленно, так и пульсационно развивающиеся, мгновенно отражаются на поведении гидросферы. Контролируя ее, можно видеть текущее состояние тектонических нарушений, возникновение критических напряжений на их границах, формирование очаговых зон будущих землетрясений.

Изучение ГГД-поля основано на наблюдениях за колебаниями уровней подземных вод в скважинах, обусловленных изменениями напряженно-деформированного состояния горного массива. Кроме того, различные

пликативные нарушения, зоны приразломной трещиноватости, газовые полости и другие «жесткие» и «мягкие» неоднородности в таком массиве, нарушенном горными работами, вызывают изменения в поле напряжений, растрескивание соляных пород и их дегазацию. В результате концентрация газов в вышезалегающем горизонте повышается, что также фиксируется в процессе наблюдений.

В настоящее время наблюдения за вариациями ГГД-поля на территории Верхнекамского соленосного бассейна ведутся на трех пунктах (скважины № 5мг, 5мг/1, 8 мг), концентрации газов - на одном пункте (скважина № 5мг). Скважины № 5мг и 5мг/1 расположены в эпицентре землетрясения, произошедшего 09.10.97 г.

Изменения уровня 1 раз в час фиксируются автономным уровнемером, работающим в скважинах в автоматическом режиме. Датчик абсолютного давления в приборе поочередно измеряет величину данного показателя в измерительной трубке, а также атмосферное давление для коррекции получаемых значений. Полученные величины уровней сохраняются в запоминающем устройстве. Через инфракрасный интерфейс накопленные данные переписываются еженедельно бесконтактно в привозимый на скважину ноутбук.

В скважине № 5мг наблюдения ведутся с 31.03.99 г. Минимальная абсолютная отметка уровня подземных вод, равная 112,2 м, была зафиксирована 20 апреля 1999 г. Зарегистрированное сейсмостанцией «Березники» 9 апреля 1999 г. сейсмическое событие с выделением энергии в количестве около 1 кДж совпало с повышением уровня на 8 см.

Начиная с 2000 г. измерения уровня подземных вод уровнемерами типа “ORPHIMEDES” сопровождались непрерывным контролем атмосферного давления с помощью барометра БРС-1М со стандартным интерфейсом, позволяющим подключать его к компьютеру для накопления и последующего считывания данных. Один раз в неделю из скважины № 5мг отбирались газовые пробы. Анализ газовых проб показал, что содержание метана, газа-индикатора разрушения сильвинитовых и карналлитовых пластов, относительно высокое весной, летом, осенью (0,4-0,9 %) и низкое зимой - менее 0,4 % (рис.11).

В данном случае представляется приемлемой связь содержания метана с изменением гидростатического давления на метаносодержащие породы (с усилением питания подземных вод, например в весеннее половодье, повышенное

- Уровень подземных вод, м - концентрация метана, %

Рис. 11. Вариации уровня подземных вод и концентрации

метана в скважине № 5мг.

 Графики изменения уровня подземных вод и энергии сейсмособытий в-14

Рис.12. Графики изменения уровня подземных вод и энергии сейсмособытий в скважине № 5 мг.

гидростатическое давление вызывает увеличение выделения метана). Рис. 11 и 12 иллюстрируют характер изменения уровня подземных в скважине № 5мг.

На рис.12 четко выделяется начало затопления рудника БКПРУ-1 резким снижением уровня подземных вод в скважине, начиная с 19 октября 2006 г. и двумя сейсмособытиями с выделением энергии в количестве 5 и 10 кДж.

4. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений, экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства (глава 5).

Одним из важнейших разделов современной геоэкологии является повышение уровня безотходности технологических процессов, максимальное использование всех видов природного сырья при минимальном ущербе окружающей среде. «Комплексная идея, - подчеркивал еще в 1932 г. академик А. Е. Ферсман, - есть идея в корне экономическая, создающая максимальные ценности с наименьшей затратой средств и энергии, но это идея не только сегодняшнего дня. Это идея охраны наших природных богатств от их хищнического расточения, идея использования сырья до конца, идея возможного сохранения наших запасов на будущее». Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов, осуществляемое на основе безусловного соблюдения мер по обеспечению безопасности подработки водозащитной толщи, охране подрабатываемых объектов и защите рудников от затопления, производится путем тщательного изучения вещественного состава и геоэкологических характеристик соляной толщи. При этом кроме калийных удобрений на рудниках ВКСБ получают экологически чистую пищевую соль, смесь природных минералов галита и карналлита, перемешанных в определенном соотношении для приготовления искусственной морской воды в плавательных бассейнах, отрабатывают технологию получения золота из глинистых отходов и др.

Пищевая каменная соль. Месторождение пищевой соли в пределах ВКСБ нами открыто в результате поисково-оценочных работ 1991-1993 гг. на 4-м блоке 1 северо-восточной панели шахтного поля БКРУ-4. Идея попытаться найти залежи пищевой соли в пределах подстилающей каменной соли ВКСБ возникла в 1991 году в условиях ее острого дефицита и распределения пищевой поваренной соли среди населения по талонам.

На основе исследования и обобщения результатов химических анализов подстилающей каменной соли, полученных в ходе предварительной и детальной разведки калийных руд, было установлено, что продуктивный по пищевой каменной соли пласт залегает между пластом Красный III и «маркирующей» глиной. Поисково-оценочными работами на 4-м блоке 1-й северо-восточной панели рудника БКРУ-4 выявлен продуктивный горизонт мощностью 8 м. Его нижняя часть мощностью около 1,5 м сложена пищевой поваренной солью I сорта ( в соответствии с ГОСТ 13830-91 – массовая доля хлористого натрия не менее 97,70 %, кальций-иона – 0,50 %, нерастворимого остатка – 0,45 %), а верхняя - мощностью 6,5 м - солью II сорта (массовая доля хлористого натрия не менее 97,00 %, кальций-иона – 0,65 %, нерастворимого остатка – 0,85 %). Нами разработан и внедрен способ селективной выемки пищевой соли I cорта методом подрубки. В процессе разведочных на пищевую соль работ в подстилающей и нижней каменной соли выделено 45 слоев (нумерация от 1 до 45 сверху – вниз) (Кудряшов, 2001). Ритмичность строения соляной толщи, заключающаяся в чередовании глинистых, глинисто-ангидритовых прослойков с прослоями перистого, шпатового и зернистого галитов, позволила выделять маркирующие прослои, которые принимались за границы слоев. Как правило, это наиболее контрастные по цвету и текстуре литологические разновидности соли и (или) прослойки галопелитов.

Пласт, объединяющий слои 9-16, имеет наиболее высокие качественные показатели по сравнению с другими горизонтами. При этом содержания регламентируемых кондициями и ГОСТ 13830-91 компонентов удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пищевой поваренной соли II сорта не только в среднем по всему пласту, но и по каждому разведочному пересечению. Что касается закономерностей изменения содержаний основных породообразующих компонентов в пласте 9-16, то, прежде всего, нужно отметить высокую стабильность качества пищевой соли. Содержание в солях токсичных элементов и других регламентируемых примесей, по данным химико-аналитической лаборатории ПГО «Уралгеология» (г. Екатеринбург) и лаборатории ОАО «Уралкалий», не превышает допустимых уровней.

Геологоразведочные работы, выполненные на 10-й юго-восточной панели рудника БКРУ-4, характеризовались высокой детальностью и полнотой, отвечающей требованиям нормативных документов. В результате выполненных работ подсчитаны балансовые запасы пищевой поваренной соли на 1 января 1995 года в количестве 54462,4 тыс. т (Квиткин, 1996). На изобретение «Способ получения пищевой поваренной соли», включающий селективную добычу соли различных сортов, нами получен патент РФ № 2083835 (авторы Папулов Л.М., Белоусов А.Н., Березин Б.К., Белкин В.В. и др.). Заявка о выявлении признаков месторождения пищевой поваренной соли в пределах ВКСБ отправлена нами в Пермгеолком в 1997 г. (исх. № 05/ 59-5-7 от 05.09.97 г., соавторы Кузнецов Н.В., Николаев А.С., Березин Б.К.).

Лечебные природные соли. Известно применение природных морских солей в лечебных целях. На курортах Мертвого моря хорошо лечатся псориаз (кожная и суставная формы), склеродермия, нейродермиты, экземы, эхтиоз, витилиго, артрит ревматоидный, болезнь Бехтерева, деформирующий остеохондроз и др. Cоль Мертвого моря имеет следующий химический состав: NaCI 14-16 %, КС1 18-22 %, MgCI2 25-31 %, CaCI2 0,5-1 %, бромиды 0,2-0,3 %, кристаллизационная вода 26—32 %, нерастворимые компоненты (железо, фтор) 0,2 %.

Примерно 250-270 миллионов лет назад в центре материка Лавразия находилось Пермское море. Оно располагалось в зоне засушливого (аридного) климата, что привело к осолонению моря вплоть до садки солей - сильвина (химическая формула КСl), карналлита (MgCl2KCl6Н2О) и каменной соли (NaCl) с примесью ангидрита (CaSO4) и образованию здесь в конечном итоге Верхнекамского соленосного бассейна. Природные соли отличаются своей экологической чистотой. Добывая раздельно природные минералы, а затем смешивая галит и карналлит, можно получить лечебную смесь, приближенную по своему составу к соли Мертвого моря (патент РФ № 2207136,  авторы Белкин В.В. и др.). Это изобретение позволяет использовать природные соли для получения искусственной морской воды путем растворения их в пресной воде. Для получения морской воды используется сухая смесь природных соляных минералов, добытых с разных горизонтов ВКСБ. Природные соли смешиваются в соответствующей пропорции: галит и карналлит в соотношении 1:2,5–5,0. При растворении данной смеси солей в нужном количестве воды получим   воду, близкую по своему составу к воде Мертвого моря.

Золото в глинистых отходах калийного производства. Повышенные концентрации золота в рудах Верхнекамского соленосного бассейна впервые установлены при аттестации технологических продуктов ПО «Уралкалий» в МХТИ (1984 г.). В 1993 г. институту «Гиредмет» геологическим руководством ОАО «Уралкалий» было поручено провести исследования шламов и галопелитовых составляющих калийных руд под электронным микроскопом. Представленные институтом фотографии золотин явно свидетельствовали о том, что золото имеется в руде и шламах в гравитационной форме. Был сделан вывод о промышленной значимости концентраций золота в минеральных солях Верхнекамского соленосного бассейна.

Пространственное распределение благородных металлов в продуктивных пластах нами изучалось по дубликатам девяти неравномерно расположенных разведочных скважин, покрывающих площадь около 40 км2. Опробованная часть разреза мощностью около 16 м включает пласты В, АБ, Красный II, Крас­ный I и Красный III. Длина интервала опробования соответствовала мощности пересекаемого слоя и колебалась от 0,08 до 2,5 м. Всего было проанализировано 205 проб руды. Содержание благородных металлов определялось также в руде, поступающей на фабрики, в глинистых отходах калийного производства, технологических и оборотных рассолах, что позволило существенно уточнить представления об уровнях содержания и формах нахождения благородных металлов. Пробирные анализы установили золото во всех без исключения пробах от следов до 0,66 г/т. В подавляющем большинстве проб (79,5 %) оно находится в количестве от 0,02 до 0,1 г/т, а в 36 пробах (17,6 %) содержание его было свыше 0,1 г/т, т. е. сопоставимо с содержанием этого металла в промышленных россыпях. Чаще всего повышенные содержания золота отмечаются в маркирующей глине (подстилающая каменная соль). В 1997 г. нами была направлена заявка в Пермгеолком на открытие в пределах ВКСБ месторождения золота (исх. № 05/59-5-2 от 12.02.97 г., соавторы Кузнецов Н.В., Николаев А.С.).

Установлено, что золото входит в состав нерастворимого в воде остатка (Н.О.) соляных пород, а при переработке руд – в Н.О. глинисто-солевых отходов (шламов), из которого и предполагается его извлечение в промышленных масштабах. Нами получен патент РФ № 2132397 ( Папулов Л.М., Николаев А.С., Белкин В.В. и др., 1998) на изобретение «Способ переработки шламов калийного производства», включающий его промывку, выщелачивание золота раствором, содержащим активный хлор и извлечение золота из продуктивного раствора контактированием последнего с анионитом АМ-2Б.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки, затоплением калийных рудников и образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов.

2. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды. Они проявляются зонами влияния тектонических дислокаций и природных мульд оседания, в аномальных геофизических полях, контактами различных литологических толщ, зонами ускоренных оседаний и разрушения горных выработок. Для данных зон предусматриваются соответствующие параметры ведения горных работ, обеспечивающие сохранность водозащитной толщи.

3. До начала эксплуатации участков соленосного бассейна определяются фоновые характеристики геологической и сопредельных сред: состояние горного массива, подземных вод, атмосферного воздуха, качество поверхностных вод, загрязнение снежного и почвенного покровов, радиационный фон, состояние растительности и животного мира.

4. Мониторинг геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений осуществляется комплексом исследований, включающим дистанционное зондирование, инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности, выявление связи ее деформаций с объемами добытой руды, ведение сейсмологического контроля, проведение других геофизических работ (сейсмо-, электро-, гравиразведки ) на участках с аномальным строением водозащитной толщи, регистрацию гидродинамического, гидрогеохимического и газового режима подземных вод.

5. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений, экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации:

Монографии

  1. Белкин В.В. Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна / Пермск. гос. техн. ун-т, ОАО «Уралкалий». Пермь-Березники, 2004, 252 с.
  2. Белкин В.В. Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна / Пермск. гос. техн. ун-т., Березниковский филиал. 2-е изд., Березники, 2006, 252 с.

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.