Отвалы и захоронения из отходов Сокского карьера карбонатных пород

Полный текст

Сокское месторождение карбонатных пород расположено в Красноглинском районе г. Самары, в восточных отрогах Жигулевских гор, на левом берегу р. Сок при впадении в р. Волгу, между 32–38 км железнодорожной ветки Самара – Красная Глинка, в 40 км севернее центра города [1].

Массив, к которому приурочено Сокское месторождение, характеризуется выраженным гористым рельефом и носит название Сокольих гор, являющихся продолжением Жигулевских гор. Вершины Сокольих гор достигают абсолютных отметок 250–280 м. Речная сеть района месторождения представлена р. Волгой и ее левым притоком р. Сок [2].

Месторождение разведано в 1953, 1958, 1963 и 1975–1976 гг. Куйбышевской ГРЭ НВТГУ по заданию Сокского карьероуправления с целью обеспечения предприятия сырьевой базой.

Последняя детальная разведка и переоценка запасов Сокского месторождения была осуществлена в 1976–1978 гг. Известны данные по балансовым запасам на 01.01.1982 г. Анализ оставшихся запасов по Сокскому месторождению карбонатных пород был произведен геолого-маркшейдерской службой карьероуправления на 01.01.2001 г. Распределение запасов месторождения представлено в таблице.

 

Распределение запасов по Сокскому месторождению карбонатных пород

Год оценки	Категория запасов	Балансовые запасы, тыс. м3	В том числе, тыс. м3
			потери в бортах	целики	извлекаемые запасы
1978	В	101 163	-	-	-
	С1	15 840	-	-	-
	В + С1	117 003	-	-	-
На 01.01.1982	В	86303
	С1	15840
	В + С1	102 143
На 1.01.2001	В	36 310	16 013	10 996	9 301
	С1	12 063	6 333	781	4 949
	В + С1	48 373	22 346	11 777	14 250

 

Как видно из таблицы, общие запасы карбонатных пород с 1978 по 2001 гг. сократились в 2,4 раза. По данным на 2001 г. потери в бортах составляют более 46 % от добываемого объема.

Полезная толща месторождения представлена известняками и доломитами и их переходными разностями (известняки доломитизированные, доломиты известковистые, мука известково-доломитовая со щебнем карбонатных пород).

Верхняя часть полезной толщи состоит преимущественно из доломитов с подчиненными значениями известняков, в нижней части преобладают известняки и доломитизированные известняки, а доломиты залегают в виде прослоек небольшой мощности. Максимальная мощность полезной толщи достигает 112 м.

Минералогический состав ископаемого – кальцит и доломит. Петрографические разности представлены четырьмя основными группами [2]:

• доломиты кристаллические мелко- и микрозернистые;
• доломиты известковистые;
• известняки кристаллические;
• известняки органогенные и органогенно-обломочные.

По качеству породы Сокского карьероуправления подразделяются на четыре сорта.

Первый сорт – карбонатные породы с прочностью более 600 кг/см², средняя плотность 2,5 г/см³ и выше, морозостойкость не менее 50 циклов.

Второй сорт – карбонатные породы с прочностью не менее 400 кг/см², средняя плотность 2,3 г/см³ и выше, морозостойкость не менее 50 циклов. К ним относятся доломиты органогенные и известняки.

Горизонты, содержащие известняки, имеют следующий минеральный состав, масс. %: CaCO₃ 91,5-91,6; MgCO₃ 0,5-14; глинистые примеси 1,2–5,44.

Третий сорт – породы с прочностью не менее 200 кг/см², средняя плотность 2,0 г/см³ и выше, морозостойкость не менее 25 циклов. К ним относятся песчановидные доломиты, пористые известняки.

Четвертый сорт – несортовый камень со средней плотностью менее 2,0 т/м³ и известняково-доломитовая мука со щебнем.

При добыче полезного ископаемого проводят вскрышные работы. Дробление и сортировка горной породы производились на пяти дробильно-сортировочных заводах (ДСЗ). В настоящее время работают два завода [3].

Выпуск щебня предусмотрен в двух вариантах:

• смеси фракций 5–20 и 20–40 мм;
• смеси фракций 5–20 и 20–70 мм.

Выпуск обеспечивается применением трехстадийной двухпоточной схемы дробления с частично-открытым циклом на третьей стадии дробления. Технологический процесс на ДСЗ представлен следующим образом: добыча сырья проводится открытым способом (рис. 1). Горная масса транспортируется с карьеров автотранспортом и разгружается в приемный бункер. Из бункера горная масса подается питателем на первую стадию дробления, которая представлена щековыми дробилками. После первичной стадии дробления продукт с помощью сырьевого транспортера и серии грохотов подается на вторую стадию дробления. Вторая стадия дробления представлена одной или двумя конусными дробилками. После второй стадии дробления продукт поступает на серию грохотов и сортируется по фракциям щебня 5–20, 20–40 и 40–70 мм.

 

Рис. 1. Добыча сырья открытым способом. Сокский карьер

 

Продукт фракцией свыше 70 мм поступает на третью стадию дробления и сортировку [2].

На рис. 2 изображен участок действующего дробильно-сортировочного завода.

 

Рис. 2. Действующий дробильно-сортировочный завод

 

ЗАО «Сокское карьероуправление» в настоящее время выпускает:

• щебень из природного камня для строительных работ;
• готовые песчано-щебеночные смеси;
• муку известняковую.

Щебень из природного камня – естественный материал, получаемый дроблением осадочных карбонатных пород. Применяется в качестве заполнителей для бетонов монолитных, сборных бетонных и железобетонных конструкций и для соответствующих видов строительных работ.

Щебень выпускается в виде смеси фракций 5–20, 20–40, 20–70 мм и соответствует ГОСТ 8267. Основной продукцией предприятия является щебень марки 400.

Готовые песчано-щебеночные смеси предназначены для дорожного строительства и соответствуют требованиям ГОСТ 25607.

Мука известняковая вырабатывается из отходов карбонатных пород, предназначена для известкования кислых почв и соответствует ГОСТ 14050.

Выпуск перечисленной продукции осуществляется в соответствии с разработанным и утвержденным технологическим регламентом. Контроль качества осуществляется в соответствии с типовой картой контроля качества товарной продукции [3].

Отходы образуются при добыче, дроблении и сортировке горной породы в целях получения готовой продукции – щебня.

Большие объемы добычи и переработки инертных строительных материалов на базе местных залежей горных пород в районе устья р. Сок приводят, с одной стороны, к значительным вскрышным работам на поверхности земли, а с другой – к образованию большого количества попутных отходов в виде известняковой и доломитовой муки.

В результате производства на Сокском карьероуправлении образуется две группы отходов:

• вскрышные породы и отвалы;
• доломитовая и известняковая мука.

К вскрышным породам на месторождении относятся все слабые разности доломитов и известняков, поверхностные четвертичные образования, некондиционные прослойки, содержащие глину. Вскрышные породы неоднородны, поэтому как сырье для производства строительных материалов они не рассматривались.

Отработка вскрыши делится на «мягкую», «скальную» и «межпластовую» скальную. К «мягкой» вскрыше относится растительный слой и лежащие под ним щебенка и доломитовая мука. Мощность слоя от 3 до 5 м. К «скальной» вскрыше относятся выветренные слабые известняки и доломиты, средняя плотность которых 2,0–2,2 г/см³, а также доломитовая мука. К «межпластовой» вскрыше относятся некондиционные слои, залегающие в толще полезного ископаемого, содержащие доломитовую муку и слабые породы до 70 % или имеющие повышенное содержание (до 7 %) комовой глины [2].

При добыче вскрышные породы направляются в породные отвалы. В настоящее время на территории ЗАО «Сокское карьероуправление» находятся следующие породные отвалы:

• Восточный карьер. Внешний породный отвал (северный борт) – не действующий;
• Центральный карьер. Внутренний отвал (южный борт) – действующий;
• Палаточный карьер (южный борт) – не действующий.

В породных отвалах скопился разнородный материал, который к эксплуатации в качестве сырья для производства строительных материалов в настоящее время не может быть рекомендован.

После дробления кроме щебня получается доломитовая мука (фракции 0–5 мм), которая условно считается отходом производства. На каждый 1 м³ добытого щебня фракции 10–70 мм образуется 0,32 м³ отходов доломитовой муки [2], что составляет около 24 % от общего объема готовой продукции.

Доломитовая и известняковая мука, образуемая при дроблении и сортировке горной породы, с включениями щебня направляется в отвалы высевок без разделения на виды. Такая смесь относится к готовым песчано-щебеночным смесям – ГПЩС.

В настоящее время на территории ЗАО «Сокское карьероуправление» находятся следующие отвалы ГПЩС:

• отвал ГПЩС-12 (напротив ДСЦ-2, пойма р. Сок) – не действующий;
• отвал ГПЩС-12 («причал» у ДСЦ-1) – не действующий;
• отвал Восточного карьера – действующий.

 

Рис. 3. Приречный склад ГПЩС (отход производства щебня)

 

С 1999 г. по настоящее время на предприятии ведется годовой учет объемов: мягкой вскрыши, добычи, некондиционного сырья и вскрышных пород. Однако оценка объемов направляемых в отвалы высевок, площадей под отвалами, объемов использования не проводится.

Большая часть отходов производства размещена в отвалах непосредственно на территории карьера. Отходы дробления Сокского карьероуправления размещаются вдоль левого берега р. Сок и в основном сосредоточены в шести местах на береговой линии длиной 3 км между железнодорожным и шоссейным мостами. Мониторинг объемов накопленных отходов был выполнен в 1979–1985 гг. Исследования проводились под руководством профессора кафедры гидротехнического строительства Куйбышевского инженерно-строительного института Виктора Ильича Гвоздовского в рамках научно-исследовательской работы «Исследование степени загрязненности реки Сок отходами производства Сокского карьероуправления и разработка схем защитных мероприятий» [2].

Общий объём отходов дробления, располагаемых вдоль береговой линии р. Сок, в 1979 г. составил 3,9 млн. м³ [2]. За период с 1979 по 1982 гг. отвалы напротив ДСЗ № 4 и №5 продвинулись вглубь реки соответственно на 23 и 66 м.

Измерения размеров отвалов заводов № 4 и № 5 показали, что в течение 1984 г. отвалы продвинулись вглубь реки еще на 3–5 м. В 1985 г. местоположение отвалов и количество доломита под водой мало изменилось по сравнению с 1984 г. [4].

По состоянию на 2000 г. площадь, занимаемая отвалами, по сравнению с 1983 г. увеличилась. Увеличилась также площадь, занимаемая отмелями. Такой вывод был сделан в результате анализа карты (масштаб 1:10 000) Сокского месторождения, составленной специалистами Средневолжского аэрогидрогеодезического территориального предприятия. Карта была подготовлена по материалам мензульной съемки местности в 1970, 1983 гг. и обновлена по материалам аэрофотосъемки и полевого обследования местности в 1999–2000 гг.

С 2004 г. мониторинг отходов не проводился, однако постоянное производство щебня, сопровождаемое образованием отходов, и увеличивающиеся площади, занимаемые отходами, подтверждает продолжающуюся динамику их увеличения.

Значительные объемы образованных отходов приводят к ухудшению геоэкологической обстановки при карьерной добыче минерального сырья [5]. Для решения этой проблемы необходим ресурсосберегающий подход [6, 7], основанный на формировании местной сырьевой базы стройиндустрии из природного и техногенного сырья [8].

Известны различные направления использования карбонатных высевок для производства многих строительных материалов: керамических материалов, асфальтобетона, минеральных вяжущих, сухих строительных смесей и др. [9–13]. Для каждого выбранного направления необходимо изучение свойств техногенного сырья, наличие теоретического обоснования роли этого сырья в многокомпонентных композициях, отработка технологических параметров [14].

 

Рис. 4. Схема расположения отвалов доломитовых отходов и расположения отстойников в низовьях р. Сок

 

Выводы.

1. На Сокском карьероуправлении отходы образуются при добыче, дроблении и сортировке горной карбонатной породы в целях получения готовой продукции – щебня.
2. В результате производства щебня образуются две группы отходов:
3. вскрышные породы и отвалы;
4. доломитовая и известняковая мука.
5. К вскрышным породам на месторождении относятся все слабые разности доломитов и известняков, поверхностные четвертичные образования, некондиционные прослойки, содержащие глину. Вскрышные породы неоднородны.
6. Доломитовая и известняковая мука, образуемая при дроблении и сортировке горной породы, с включениями щебня направляется в отвалы высевок без разделения на виды. Такая смесь относится к готовым песчано-щебеночным смесям – ГПЩС.
7. Площади, занимаемые отходами Сокского карьероуправления, постоянно расширяются, объем техногенных образований увеличивается.
8. Актуальность разработки отвалов заключается в дефицитности природного сырья и необходимости использования сырья техногенного, что в свою очередь связано с решением экологических проблем.

Об авторах

Наталья Генриховна Чумаченко

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: uvarovang@mail.ru

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой производства строительных материалов, изделий и конструкций, Академия строительства и архитектуры

Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Владимир Викторович Тюрников

Самарский государственный технический университет

Email: sm-115@mail.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры производства строительных материалов, изделий и конструкций, Академия строительства и архитектуры

Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Мария Григорьевна Калинина

Самарский государственный технический университет

Email: uporova97@mail.ru

аспирант кафедры производства строительных материалов, изделий и конструкций, Академия строительства и архитектуры

Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

Дополнительные файлы