Очистка кислых стоков породных отвалов Кизеловского угольного бассейна // Экологические проблемы промышленных регионов: материалы седьмой всерос. науч.-практ. конф. – Екатеринбург, 2006. – С. 120-121. — Лаборатория геологии техногенных процессов

Ликвидация шахт Кизеловского угольного бассейна не решила многих его экологических проблем, одну из которых представляют стоки породных отвалов, оказывающие негативное влияние на окружающую среду. За время работы бассейна в более чем 70 отвалах накоплено свыше 35 млн. м³ пород, более половины из которых неперегоревшие (Красавин, 2005).

Породные отвалы состоят из обломков аргиллита, песчаника, известняка с включениями угля. В породах отвалов протекают процессы физического выветривания, окисления, гидролиза, гидратации, метасоматоза. Процесс окисления пирита, содержание которого в отвалах достигает 4%, идет с образованием серной кислоты, окислов и гидроокислов железа. Реакции окисления идут с выделением тепла и сопровождаются самовозгоранием отвалов, обжигом, переплавлением пород, фумарольными процессами. Атмосферные осадки, взаимодействуя с породными отвалами, обогащаются растворимыми соединениями. Стоки с отвалов характеризуются сильнокислой реакцией среды (рН 1–3), высокой концентрацией сульфат-иона (до 30 г/л), железа (до 8 г/л), тяжелых металлов и минерализацией до 50 г/л. Инфильтрация стоков с отвалов и шахтных вод в зону аэрации отражается на химическом составе поверхностных и подземных вод, физико-механических и фильтрационных свойствах грунтов. Воды приобретают агрессивность к бетону. Все это приводит к интенсивному загрязнению почв, грунтов, поверхностных и подземных вод. Для очистки подземных вод в районах отвалов предлагается создавать искусственные щелочные геохимические барьеры. Опытные работы проводились на участке, расположенном вблизи отвала шахты 4. В качестве реагента использовались отсевы, образующиеся при добыче известняка. Карбонатные породы в пределах главной Кизеловской антиклинали и других геоструктур бассейна имеют достаточно широкое распространение. На территории региона имеется ряд крупных карьеров разрабатывающих известняк, поэтому использование отходов, образующихся при его добыче, обходится относительно дешево.

Для очистки стоков с отвалов известняк укладывался в траншею, пройденную до водоупора. В выше и ниже по потоку от канавы пройдены шурфы для наблюдения за составом подземных вод. Выработки пройдены до водоупора, которым является черная плотная глина, залегающая на глубине 1,0–1,2 м. Подземные воды распространены в желтых и светло-серых суглинках с включениями дресвы и щебня кварцевого алевролита. Уровень грунтовых вод в выработках в начальный период наблюдений находился на глубине 0,3–0,4 м. Вода на участке до начала опытных работ имела сульфатно-железисто-натриевый состав, содержание сульфатов достигало 19,7 г/л, железа — 5,3 г/л. Минерализация изменялась от 16,9 до 27,5 г/л, рН находится в пределах 1,7–2,1. Исследования показали, что в результате применения метода на опытном участке водородный показатель подземных вод повысился с 1,8 до 6,8 и сохранял близкие значения в течение года наблюдений. Химический состав воды сменился на сульфатно-гидрокарбонатный кальциевый. Существенно снизилась минерализация воды — с 28 до 3,5 г/л, а также содержание основных загрязняющих компонентов (рис.1). Изменились фильтрационные свойства грунтов. Это объясняется тем, что в известняковой крошке, а также в массиве грунтов, расположенном ниже по потоку от канавы, на щелочном геохимическом барьере происходит интенсивное осаждение гидроокислов железа, алюминия, некоторых сульфатов и гидросульфатов.

Рис. 1. Схема проведения опытных работ по очистке стоков с породного отвала

По данным рентгеноструктурного анализа в составе суглинков приконтактной зоны обнаружены: гетит 7–32%, ярозит — до 41%, гипс — до 8%, гематит — до 4%. Образующийся осадок заполняет поровое пространство и затрудняет фильтрацию. Изменились также деформационные свойства суглинков. По данным компрессионных испытаний модуль деформации грунтов увеличился в два и более раз.

Проведенные опытные работы показали принципиальную возможность использования щелочных геохимических барьеров для очистки стоков кислых вод с отвалов — проблемы остро стоящей при разработке многих твердых полезных ископаемых.

Для реализации метода разработаны технологические схемы для различных природно-техногенных условий, в том числе с использованием эффекта уменьшения проницаемости грунтов в ходе очистки стоков с отвалов.