Охрана водного бассейна в горном производстве

В основу разработки и реализации мероприятий по охране природных вод положены три методологических принципа:

1) сохранение ресурсов и предотвращение нарушения состояния и качества вод;

2) при необходимости на­рушения - рациональное использование; 3) в процессе и после использования - восстановление качества и состоя­ния, восполнение запасов.

В соответствии с этими принципами комплекс мероприятий по охране природных вод подразделяется на две группы.

К первой группе относятся мероприятия предохранительного характера, направленные на сохранение запасов, режимов и качества поверхностных и подземных вод.

Ко второй группе относятся мероприятия восстановительного характера, включающие рациональное использование, очистку и возврат вод в поверхностные водоемы и водотоки, подземные горизонты.

Сохранение запасов, режимов и качества поверхностных и подземных вод. В случае, если месторождение обводнено, но дренажные воды не могут быть использованы по назначению, следует предусмотреть следующие мероприятия по сохранению запасов подземных вод: сбрасывание или перекачку подземных вод разрабатываемой толщи пород в нижележащие водоносные горизонты; сооружение барражей типа "стена в грунте", противофильтрационных завес, гидро- и пневмозавес.

Первый метод получил достаточно широкое применение в практике горных работ и реализуется в основном посредством проходки с поверхности земли водопоглощающих или нагнетательных скважин. Этим же методом производится восполнение запасов пресных подземных вод. Для этой цели могут быть использованы запасы пресных вод, накопленные или сосредоточенные в поверхностных водо­емах и водотоках. Пресные воды с поверхности подаются в соответствующие подземные водоносные горизонты или естественные подземные емкости (карстовые полости, трещиноватые толщи скальных пород и пр.).

В последний период во многих странах мира с целью охраны окружающей среды входит в практику захоронение в недрах промышленных стоков, особенно токсичных, путем их нагнетания через скважины. В отдельных случаях, с учетом геологических и гидрогеологических особенностей массива, степени токсичности и концентрации загрязняющих веществ в сточных водах, создают подземные водохранилища методом выщелачивания солей.

Для воспроизводства эксплуатационных запасов подземных вод, особенно напорных, часто залегающих на большой глубине (200-300 м и более), захоронения промышленных стоков может быть использован опыт, накопленный в нефтедобывающей промышленности при применении способов законтурного и внутриконтурного заводнения нефтяных залежей на глубине 1000 м и более.

Реализация метода требует выполнения обстоятельных изысканий, прежде всего для определения приемной способности подземных коллекторов, их изолированности, надежности их состояния, особенно в районах тектониче­ской активности, и других условий, при которых обеспечи­ваются накопление запасов, сохранение их качества, пре­дотвращение загрязнения пресных вод в результате выщелачивания вмещающих пород или проникновения минерализованных вод, предотвращение загрязнения подземных вод захороненными промышленными стоками.

Хотя еще не зафиксированы серьезные случаи загрязнения недр захороненными промышленными стоками, однако этот метод потенциально опасен, и его применение требует научного и экономического обоснования, тщательности исполнения, организации постоянно действующего гидрогеологического контроля.

В отличие от традиционных методов осушения месторождений полезных ископаемых, когда срабатываются статические и динамические ресурсы подземных вод, метод создания противофильтрационных завес различного типа позволяет не только подготовить месторождение к освоению и обеспечить нормальные и безопасные условия про­изводства горных работ, но и решить другие важные задачи:

• уменьшить или предотвратить водопритоки в зону
горных работ и соответственно сократить объемы
дренажных вод, сбрасываемых в открытые водоемы и водотоки;

• сохранить ресурсы подземных вод в прилегающем
к месторождению районе;

• сохранить естественный режим подземных вод.

Противофильтрационные завесы различного типа все более широко применяются в промышленно развитых странах при строительстве и горных работах. Особенно часто применяются барражи типа "стена в грунте" как один из прогрессивных, эффективных и экономичных способов предотвращения притока подземных и подрусловых вод. Сущность способа заключается в устройстве вертикальных стен из водонепроницаемых материалов, пересекающих водоносные горизонты и перекрывающих притоки грунто­вых и подземных вод в горные выработки или в выемки при строительстве крупных промышленных и гражданских объектов.

Барражные завесы типа "стена в грунте" широко применялись в Польше при ограждении серных карьеров от проникновения притоков инфильтрационных потоков вод Вислы, а также притоков грунтовых вод. Применение противофильтрационных барражей проводились в Германии при разработке буроугольных карьеров и также подтвердили их эффективность

В нашей стране впервые этот способ был применен в 1968-1970 гг. на Украине при строительстве Подорожненского серного карьера Роздольского ПО "Сера". Длина барражной траншеи составила 11 км.

Противофильтрационные завесы для перехвата подземных вод в глубоко залегающих водоносных горизонтах выполняются посредством нагнетания через скважины различных тампонажных материалов.

Этот способ был успешно применен в начале 50-х годов в Венгрии для предотвращения водопритоков в горные выработки при разработке угольного месторождения Дорога, отличающегося сложными инженерно-геологическими условиями.

Противофильтрационные завесы имеют большое ресурсоохранное значение.

Применение предохранительных мероприятий при разработке водообильных месторождений полезных ископаемых способствует сохранению природных водных ресурсов и имеет большой народнохозяйственный эффект.

Восстановительные мероприятия по охране водного бассейна. Комплекс восстановительных мероприятий включает очистку дренажных (карьерных, шахтных, рудничных) и сточных вод горных производств, использование их для обеспечения деятельности горных предприятий, организацию оборотного водоснабжения, предотвращение или сокращение сброса дренажных и сточных вод в поверхностные водоемы и водотоки, их загрязнения и засорения

Очистка больших объемов шахтных вод, ежегодно откачиваемых на поверхность и сбрасываемых в различные водоемы и водотоки, требует огромных затрат. С целью сокращения этих объемов создаются схемы перехвата дренажных вод при помощи опережающих, восстающих и разгрузочных скважин, приема их в специальные коллекторы, исключающие смешение с шахтными водами и загрязнение их биологическими, химическими и механическими примесями. Эти воды используются для питьевого и технического водоснабжения без дополнительной очистки, и только при наличии в них газа и диоксида железа подвергаются аэрации. Система скважин предварительного дренажа позволяет обеспечить перехват около 65-70 % притока вод и только лишь 30-35 % поступает в горные выработки и требует прохождения очистки перед их сбросом. Это позволяет вдвое сократить затраты на строительство очистных сооружений, которые составляют от 6 до 15 % стоимости основных фондов.

Рациональность проектируемой или действующей схемы водоснабжения и водоотведения (включая канализацию) горного предприятия может оцениваться коэффициентом использования воды в системе водного хозяйства, который должен быть, возможно, близким к единице. Коэффициент определяется отношением

K=(V_3a6-V_c6)/V_3a6,

где V_3a6 и V_c6 - соответственно количество воды, забираемой из источников водоснабжения и сбрасываемой (включая канализацию), отнесенное к принятой единице продукции горного предприятия.

Очистка вод. Для предотвращения загрязнения и засорения природных вод дренажные и сточные воды подвергаются очистке. Выбор метода очистки зависит от размера частиц, физико-химических свойств и концентрации загрязняющих веществ, расхода сточных вод и необходи­мой степени очистки.

Во всех случаях очистки вод первой стадией является механическая очистка, обеспечивающая удаление взвесей и дисперсно-коллоидных частиц. К группе способов механической или гидромеханической очистки относятся: процеживание, отстаивание (гравитационное и центробежное), фильтрование. При последующей, более глубокой очистке сточных вод применяются самостоятельно или в различных комбинациях следующие методы: физико-химические (флотация, абсорбция, ионообмен, дистилляция, обратный осмос и ультрафильтрация, кристаллизация, десорбция и др. химические (нейтрализация, коагулирование, окисление и восстановление - реагентная очистка, электрохимические (электролиз), биологические, термические.

На горных предприятиях наибольшее распространение получил один из наиболее экономичных и достаточно эффективных способов осветления сточных и дренажных вод – водоотстаивание. Для этой цели организуются пруды-отстойники, вместимость и размеры в плане которых определяются в зависимости от объема сточных вод, размера и концентрации осаждаемых частиц. Сточные воды обогатительных производств в виде пульпы подаются в хвостохранилище, где происходит осаждение основной части твердых частиц, а затем уже в значительной степени осветленные воды через сбросные колодцы поступают в пруды – отстойники.

Серьезную проблему представляет собой очистка прудов – отстойников от шламов, их обезвоживание, последующее складирование или утилизация. Решение этой проблемы в значительной степени зависит от характеристик минерального и механического составов шламов.

В отечественной и зарубежной горнодобывающей промышленности накоплен большой опыт успешного использования различных методов очистки шахтных вод.

Так в Кузбассе широкое распространение получили открытые горизонтальные отстойники, облицованные бетоном (рис.4). Поступающую в шахту воду собирают в колодце шахтного водоотлива, из которого она подается в отстойник и после осветления хлорируется хлоратором, затем проходит через контактный резервуар и сбрасывается в водоем.

Рис. 4. Схема очистки шахтных вод: 1-колодец шахтного во­доотлива; 2-отстойник; 3-хлоратор; 4- контактный резервуар; 5-водоем

Для нейтрализации кислых рудничных вод обычно используют известковое молоко, щелочные воды подкисляют.

Эффективная очистка шахтных вод Кизеловского бассейна от солей железа достигается при использовании сульфатредуцирующих бактерий.

В США в настоящее время очистке подвергается около 50 % рудничных вод. Для нейтрализации кислых вод, как правило, используется известняк, гашеная и негашеная известь, каустическая сода и другие реагенты.

Оборотное водоснабжение на обогатительных фабриках. Переход от "прямоточного" ("река - предприятие-река") водоснабжения к замкнутому циклу, в котором однажды взятая вода все время находилась бы в обороте (как, например, при охлаждении автомобильного мотора), - основное направление в охране водных ресурсов, предполагающее полное исключение попадания сточных вод в реки и водоемы.

Современными проектами обогатительных фабрик горных предприятий предусматривается достаточно высокий уровень оборотного водоснабжения (до 90-95 % и более).

Осуществление замкнутого водооборота в процессе обогащения определяется необходимостью получения при очистке воды требуемого качества, обеспечивающего стабильность технологического процесса обогащения. Свежая вода расходуется при этом только на восполнение неизбежных потерь.

На горных и металлургических предприятиях Канады основная часть воды находится в замкнутом технологическом цикле. Например, на руднике "Куппер Клифф" 75 % потребляемой воды очищают и возвращают для повторного использования.

Состояние грунтовых и подземных вод, параметры депрессионных воронок определяются гидрогеологической службой предприятия посредством режимных гидронаблюдательных скважин. По данным замеров уровней подземных вод в гидронаблюдательных скважинах прослеживается динамика формирования депрессионной воронки или, наоборот, повышение уровня грунтовых вод при их подпоре и прогнозируется изменение дебитов существующих во­дозаборов в районе месторождения. Изменение химизма (минерализации) подземных вод определяется путем отбора дренажных вод и вод из гидронаблюдательных скважин.

Контроль качества поверхностных вод и эффективности работы очистных сооружений осуществляется санитарно-промышленной лабораторией предприятия, задачи и обязанности которой регламентируются Положением о санитарных лабораториях промышленных предприятий. Санитарно-промышленные лаборатории ведут наблюдения за количеством и качеством воды, поступающей на очистные сооружения, за технической и гигиенической эффективно­стью работы очистных сооружений, а также за состоянием и качеством вод, водоемов и водотоков в местах сброса сточных вод и в пунктах водопользования. Количество воды, поступающей на очистные сооружения и сбрасываемой, должно замеряться водомерами или другими устройствами, регистрирующими расход воды за сутки. Снижение водоемкости горного производства. Перспективное направление в улучшении использования водных ресурсов – снижение водоемкости производства и расхода воды на единицу продукции с последующим переходом (там, где это возможно) на "сухое" производство. Существенное снижение расхода воды дает, например, использование обжига вместо флотационных методов обогащения.