Отвалы и захоронения из отходов Сокского карьера карбонатных пород
- Авторы: Чумаченко Н.Г.1, Тюрников В.В.1, Калинина М.Г.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 12, № 4 (2022)
- Страницы: 60-66
- Раздел: СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/127361
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2022.04.08
- ID: 127361
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Статья посвящена отходам, которые образуются при добыче, дроблении и сортировке карбонатной горной породы в целях получения готовой продукции – щебня. Приведены сведения по Сокскому месторождению карбонатных пород. В результате производства на Сокском карьероуправлении образуются две группы отходов: вскрышные породы и отвалы; доломитовая и известняковая мука. Объем вскрышных пород и отвалов постоянно увеличивается. Доломитовая и известняковая мука, образуемая при дроблении и сортировке горной породы, с включениями щебня направляется в отвалы высевок без разделения на виды. Большая часть отходов производства размещена в отвалах непосредственно на территории карьера. Отходы дробления размещаются вдоль левого берега р. Сок. Значительные объемы накопленных и постоянно образующихся отходов производства щебня ухудшают экологическую обстановку в данном районе. Для решения экологических проблем необходимо изучить отходы, образуемые при получении щебня, и разработать строительные материалы с использованием этих отходов.
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.
- На Сокском карьероуправлении отходы образуются при добыче, дроблении и сортировке горной карбонатной породы в целях получения готовой продукции – щебня.
- В результате производства щебня образуются 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.
- 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.
- Площади, занимаемые отходами Сокского карьероуправления, постоянно расширяются, объем техногенных образований увеличивается.
- 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, 244Владимир 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, 244Мария 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, 244Список литературы
- Объяснительная записка к обзорной карте месторождения строительных материалов Куйбышевской области / Министерство геологии РСФСР. М., 1986. 187 с.
- Гвоздовский В.И. Научно-технический отчет по теме № 38/79. Исследование степени загрязненности реки Сок отходами производства Сокского карьероуправления и разработка схем защитных мероприятий: промежуточный отчет. Куйбышев, 1979. 109 с.
- Технологический регламент производства щебня из природного камня для строительных работ ГОСТ 8267-93, готовых песчано-щебеночных смесей ГОСТ 25607-94 и муки известняковой для сельского хозяйства ГОСТ 14050-93. ЗАО «Сокское карьероуправление». Куйбышев, 2001.
- Гвоздовский В.И. Научно-технический отчет по теме № 38/79. Исследование степени загрязненности реки Сок отходами производства Сокского карьероуправления и разработка схем защитных мероприятий: промежуточный отчет. Куйбышев, 1984. 40 с.
- Баранова М.Н., Чумаченко Н.Г., Тюрников В.В. Геоэкологические проблемы при карьерной добыче минерального сырья для производства строительных материалов // Градостроительство и архитектура. 2014. Вып. № 1 (14). С. 80–85. doi: 10.17673/Vestnik.2014.01.14.
- Чумаченко Н.Г. Ресурсосберегающий подход к сырьевой базе стройиндустрии // Градостроительство и архитектура. 2011. Вып. № 1. С. 112–116. doi: 10.17673/Vestnik.2011.01.22.
- Доманин А.Б. Экономика и рациональное природопользование на рубеже веков // Вестн. Моск. ун-та. Сер.6. Экономика. 2000. № 3. С. 54–59.
- Формирование местной сырьевой базы на основе отходов стройиндустрии с ревизией отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэсксплуатируемых месторождений Самарской области: отчет о НИР (заключит.): договор 5-1, часть I / СГАСУ; рук. Н.Г. Чумаченко. Самара, 2004. 264 с.
- Гридчин А.М., Ядыкин В.В. и др. Перспективы использования минеральных порошков из отходов промышленности при производстве асфальтобетона // Пятые академические чтения РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения»: материалы междунар. конф. Самара, 2004. С. 105–108.
- Ергешев Р.Б., Родионова А.А. и др. Сухие смеси с использованием минеральных отходов промышленности Казахстана // Строительные материалы. 2001. № 11. С. 9–11.
- Коренькова С., Макридин Г. Применение карбонатных отходов в производстве строительных материалов // Строй-инфо: Строительные материалы. 1998. № 2. С. 25–26.
- Чернышев Е.М., Потамошнева Н.Д., Кукина О.Б. Портландитовые и портландито-карбонатные бесцементные системы твердения // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. № 5 (40). С. 8–9.
- Шентяпин А.А. Сухие смеси для отделочных и общестроительных работ / СГАСУ. Самара, 2004. 119 с.
- Дубинецкий В.В., Гурьева В.А., Бутримова Н.В. Особенности подготовки шихты с добавкой карбонатсодержащего отхода бурения в производстве керамического кирпича на основе суглинков // Строительные материалы. 2019. № 4. С. 12–17. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-769-4-12-17.