Гидрогеомеханическое обоснование устойчивости бортов карьеров при размещении в них жидких промышленных отходов

Рассмотрено решение актуальной проблемы утилизации промышленных отходов в РФ на фоне интенсификации процессов горнопромышленного техногенеза в экономически развитых районах. Обосновывается возможность использования выработанного пространства карьеров для размещения жидких промышленных отходов – гидровскрыши и хвостов обогатительных фабрик. Преимущества данного мероприятия заключаются в сокращении техногенно нарушенных территорий, минимизации экологических рисков, улучшении условий устойчивости бортов, выполнении рекультивации отработанных горных выработок. Приводятся практические примеры реализации подобных проектов, подтверждающие практическую применимость и эффективность такого подхода. Рассмотрены основные геомеханические аспекты складирования жидких промышленных отходов в открытые горные выработки; установлены основные факторы, определяющие устойчивость бортов, главными среди которых являются изменяющиеся гидрогеологические условия прибортовых и намывных массивов. Обоснованы геомеханические схемы оценки устойчивости бортов карьеров при их заполнении. Рассмотрено влияние состава, состояния и свойств складируемого материала и интенсивности его намыва на изменение напряженно-деформированного состояния пород формируемой природно-технической системы. Результаты исследования могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими организациями при выполнении расчетного обоснования устойчивости бортов ликвидируемой открытой горной выработки при ее заполнении жидкими промышленными отходами.

Кутепов Ю. Ю. Гидрогеомеханическое обоснование устойчивости бортов карьеров при размещении в них жидких промышленных отходов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 9. – С. 65–77. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2024_9_0_65.

Кутепов Юрий Юрьевич — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Kutepov_YuYu@pers.spmi.ru, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, ORCID ID: 0000-0003-3698-3072.

1. Singh A. Sustainable waste management through systems engineering models and remote sensing approaches // Circular Economy and Sustainability. 2022, vol. 2, pp. 1105—1126. DOI: 10.1007/ s43615-022-00151-3.

2. Соколовский А. В., Гончар Н. В. Оценка направлений использования техногенных ресурсов при отработке различных видов минерального сырья // Горная промышленность. — 2023. — № 5. — С. 102—107. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-5-102-107.

3. Silva Rotta L. H., Alcântara E., Park E., Negri R. G., Lin Y. N., Bernardo N., Mendes T. S. G., Souza Filho C. R. The 2019 Brumadinho tailings dam collapse: possible cause and impacts of the worst human and environmental disaster in Brazil // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2020, vol. 90, article 102119. DOI: 10.1016/j.jag.2020.102119.

4. Кутепов Ю. И., Миронов А. С., Кутепов Ю. Ю., Саблин М. В., Боргер Е. Б. Обоснование безопасных условий подземной отработки свиты угольных пластов под гидроотвалом // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 8. — С. 217—226. DOI: 10.25018/02361493-2018-8-0-217-226.

5. Соколовский А. В., Лапаев В. Н., Темникова М. С., Гордеев А. И. Технологические особенности ликвидации разреза «Коркинский» // Уголь. — 2018. — № 3 (1104). — С. 91—95. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-3-91-95.

6. Калмыков В. Н., Зотеев О. В., Зубков А. А., Гоготин А. А., Зубков Ар. А. Опытно-промышленные испытания технологии закладки выработанного пространства Учалинского карьера отходами обогатительного передела // Известия вузов. Горный журнал. — 2013. — № 7. — С. 4—8.

7. Cacciuttolo C., Atencio E. In-pit disposal of mine tailings for a sustainable mine closure: A responsible alternative to develop long-term green mining solutions // Sustainability. 2023, vol. 15, article 6481. DOI: 10.3390/su15086481.

8. Semeraro T., Arzeni S., Turco A., Margiotta S., La Gloria G., Aretano R., Medagli P. Landscape project for the environmental recovery of a quarry // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019, vol. 603, no. 3, article 032020. DOI: 10.1088/1757-899X/603/3/032020.

9. Sarp G., Ozcelik M. Evaluation of an abandoned aggregate quarry used for uncontrolled waste disposal using remote sensing technologies (Atabey, Isparta-Turkey) // Arabian Journal of Geosciences. 2018, vol. 11, article 557. DOI: 10.1007/s12517-018-3907-6.

10. Al Zaghrini A. F., Srour J., Srour I. Using GIS and optimization to manage construction and demolition waste: The case of abandoned quarries in Lebanon // Waste Management. 2019, vol. 95, pp. 139—149. DOI: 10.1016/j.wasman.2019.06.011.

11. Lu H., Qi C., Chen Q., Gan D., Xue Z., Hu Y. A new procedure for recycling waste tailings as cemented paste backfill to underground stopes and open pits // Journal of Cleaner Production. 2018, vol. 188, pp. 601—612. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.04.041.

12. El-Fadel M., Sadek S., Chahine W. Environmental management of quarries as waste disposal facilities // Environmental Management. 2001, vol. 27, no. 4, pp. 515—531. DOI: 10.1007/s002670010167.

13. Polemio M., Romanazzi L. Numerical simulation of ground water protection works for an industrial waste dump // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 1999, vol. 57, pp. 253—261.

14. Privett K. D. The after-use of quarries with specific reference to solid waste disposal / Proceedings of the 2nd Seminar on Solid Wastes. 2014, 15 p.

15. Шабаров А. Н., Носков В. А., Павлович А. А., Черепов А. А. Понятие геомеханического риска при ведении открытых горных работ // Горный журнал. — 2022. — № 9. — С. 22—28. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.04.

16. Архипов А. Г. Последний путь подземного рудника «Мир». Исследование причин катастрофы 4 августа 2017 г. — СПб.: Политехника, 2019. — 264 с.

17. Смирнов В. Б., Пономарев А. В., Карцева Т. И., Михайлов В. О., Chadha R. K., Айдаров Ф. Динамика наведенной сейсмичности при заполнении нурекского водохранилища // Физика Земли. — 2018. — № 4. — С. 110—120.

18. Ташлыкова Т. А., Викулин А. В., Рященко Т. Г. Наведенная сейсмичность от создания водохранилищ (RIS) как ответная реакция геологической среды на техногенное воздействие / Материалы Четвертой тектонофизической конференции в ИФЗ РАН «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле». 2016. — С. 586—589.

19. Пашкевич М. А., Данилов А. С. Экологическая безопасность и устойчивое развитие // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 153—154.

20. Cheskidov V., Kurenkov D., Lipina A., Grobler H. Slope monitoring systems design for mining enterprises // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 174, article 01025. DOI: 10.1051/e3sconf/ 202017401025.

21. Котиков Д. А., Шабаров А. Н., Цирель С. В. Установление связи между распределением сейсмособытий в массиве горных пород и его тектоническим строением // Горный журнал. — 2020. — № 1. — С. 28—32. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.05.

22. Павлович А. А., Хорева А. Ю. Определение прочностных свойств отвальной массы для оценки устойчивости откосов отвалов // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 55—61. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.08.

23. Moendess J., Ramadan A. The role of engineering geology in the assessment of waste disposal facility // Continental Journal of Earth Sciences. 2014, vol. 9, no. 1, pp. 1—15. DOI: 10.5707/cjearthsci.2014.9.1.1.15.

24. Коршунов В. А., Павлович А. А., Бажуков А. А. Оценка сдвиговой прочности горных пород по трещинам на основе результатов испытаний образцов сферическими инденторами // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 606—618. DOI: 10.31897/PMI.2023.16.

25. Маринин М. А., Карасев М. А., Поспехов Г. Б., Поморцева А. А., Кондакова В. Н., Сушкова В. И. Комплексное изучение фильтрационных свойств окомкованных песчано-глинистых руд и режимов фильтрации в штабеле кучного выщелачивания // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 30—40. DOI: 10.31897/PMI.2023.7.

26. Кутепова Н. А., Мосейкин В. В., Кондакова В. Н., Поспехов Г. Б., Страупник И. А. Особенности инженерно-геологических свойств отходов углеобогащения в связи с их складированием // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 77—93. DOI: 10.25 018/0236_1493_2022_12_0_77.

27. Жабко А. В., Жабко Н. М. Расчет критериев безопасности и критических значений контролируемых показателей при мониторинге безопасности намывных гидротехнических сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11-2. — С. 25—38. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_112_0_25.

28. Galperin A. M., Moseikin V. V., Kutepov Yu. I., Derevyankin V. V. Assessment of state of watersaturated mine waste for the justification of engineering structure designs at open pit mines // Eurasian Mining. 2017, no. 1, pp. 6—9. DOI: 10.17580/em.2017.01.02.

29. Chen Q., Niu Y., Xiao C. Study on the influence of wet backfilling in open pit on slope stability // Sustainability. 2023, vol. 15, article 12492. DOI: 10.3390/su151612492.

30. Chen K., Zhang Q., Tao Y., Luo K., Chen Q. The slope safety, heavy metal leaching, and pollutant diffusion prediction properties under the influence of unclassified cemented paste backfill in an open pit // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022, vol. 19, article 12772. DOI: 10.3390/ijerph191912772.