Dumps and landfills from of carbonate rock waste of the river Sok quarry

Full Text

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.

About the authors

Natalia G. Chumachenko

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: uvarovang@mail.ru

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Production of Building Materials, Products and Structures Chair, Academy of Architecture and Civil Engineering

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

Vladimir V. Tyurnikov

Samara State Technical University

Email: sm-115@mail.ru

PhD in Technical Sciences, Associate of the Production of Building Materials, Products and Structures Chair, Academy of Architecture and Civil Engineering

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

Maria G. Kalinina

Samara State Technical University

Email: uporova97@mail.ru

Postgraduate Student of the Production of Building Materials, Products and Structures Chair, Academy of Civil Engineering and Architecture

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

References

Supplementary files