авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Геология УДК 622.693:549 Докт. геол.-мин. наук, ПАНОВ Б.С. (ДонНТУ) ...»

-- [ Страница 2 ] --

Головними причинами цього є: 1) зменшення з поглибленням кар'єру вмісту в складі залізорудної сировині гіпергенно змінених залізних руд;

2) поступовий пере хід до нових рудних покладів або нових їх частин у процесі експлуатації родовища;

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… 3) залучення до розробки нових родовищ (наприклад, на Північному ГЗКу — Ган нівського, на Центральному — Петровського і Артемівського, на Новокриворізько му — Валявкинського).

Для кожного хвостосховища характерна також горизонтальна мінералогічна зональність, формування якої обумовлене, головним чином, динамікою осадження відходів збагачення руд. Фактори, які впливають на цей процес, вивчені відносно слабко. Їх сумарний вплив визначає закономірне зменшення у напрямку від дамби до центру хвостосховищ вмісту крупнозернистої складової хвостів і кількості розкри тих часток магнетиту і залізної слюдки (табл. 2).

Табл.2. Мінеральний склад (об'ємн.%) текучих і лежалих хвостів хвостосховища Північного гірничозбагачувального комбінату Лежалі хвости Мінерали Текучі хвости придамбових частин центральних частин кварц 59,01 56,19 60, магнетит, 7,25 20,43 3, в т.ч. розкритий 3,88 11,92 1, гематит, 7,64 9,70 6, в т.ч. розкритий 4,09 5,65 6, гетит + лепідокрокіт 0,13 0,11 0, гранат 1,33 1,25 0, кумінгтоніт 9,66 5,02 10, рибекіт, магнезіори 5,57 3,03 6, бекіт егірин 1,50 0,72 1, біотит 2,31 1,17 2, тетраферибіотит 0,33 0,10 0, Fe-тальк 0,48 0,15 0, селадоніт 0,49 0,18 0, стильпномелан 0,83 0,20 0, хлорит 1,25 0,29 1, карбонати 0,92 0,18 1, пірит 0,31 0,46 0, піротин 0,06 0,10 0, інші мінерали 0,93 0,72 0, Всього 100,00 100,00 100, Наслідком цього є утворення в придамбових частинах хвостосховищ вторин них концентрацій рудних мінералів (магнетиту до 12–15% від об'єму хвостів, гема титу — до 15–20%), які за своїми якісними показниками можуть розглядатися як ви сокоякісна техногенна залізорудна сировина [1–5, 10]. За попередніми підрахунками, об'єм техногенних рудних покладів для різних хвостосховищ складає від 15 до 25% від їх загального об'єму.

Певну роль у формуванні вертикальної і горизонтальної мінералогічної зона льності хвостосховищ відіграють техногенні фактори, в першу чергу — періодич ність зміни місцезнаходження хвостозливних труб. Вони обумовлюють більш тонкі варіації мінерального складу хвостів.

Авторами були виконані дослідження мінерального складу понад 60 проб ле жалих хвостів ПнГЗКу з використанням традіційного мікроскопічного, а також ди ференційного термічного і рентгеноструктурного методів. Це дозволило виявити у їх складі 25 мінералів і мінеральних різновидів. Тонкозернистий матеріал хвостів (кру Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… пність часток менше 0,16 мм) складається, переважно, з переподрібненого кварцу, силікатів (тальк, Fe-тальк, рипідоліт, біотит, тетраферибіотит, тюрингіт, вермикуліт, монтморилоніт, амфіболи і піроксени), карбонатів (кальцит, сидерит, сидероплезит, гідросидероплезит), сульфатів (ярозит), сульфідів (пірит, пірротин). Рудні мінерали в цьому матеріалі представлені, переважно, мономінеральними частками магнетиту і залізної слюдки. В більш крупнозернистому матеріалі (понад 0,16 мм) переважають полімінеральні частки. До їх складу входять, головним чином, оксиди (кварц, мен шою мірою магнетит, залізна слюдка) і силікати (кумінгтоніт, рибекіт, магнезіорибе кіт, глаукофан, актиноліт, егірін).

Результати топомінералогічних досліджень хвостосховищ Кривбасу є осно вою їх оцінки як техногенних родовищ і можуть бути використані при розробці ефе ктивної технології повторного збагачення хвостів з метою одержання високоякісно го залізорудного концентрату [11, 12], будівельних матеріалів, декількох різновидів неметалічної мінеральної сировини, а також рідкісних і благородних металів.

Бібліографічний список 1. Барышников В.Г., Горелов А.М., Папков Г.И. и др. Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Т. 2. Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железный купорос. — Москва: Экономика, 1986. — 344 с.

2. Евтехов В.Д., Паранько И.С., Евтехов Е.В. Альтернативная минерально-сырьевая база Криворожского железорудного бассейна. — Кривой Рог: Криворожский технический университет, 1999. — 70 с.

3. Федоров И.С., Захаров М.Н. Складирование отходов рудообогащения. — Москва: Недра, 1985. — 228 с.

4. Евдокимов П.Д. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. — Москва: Госгортехиздат, 1960. — 420 с.

5. Евтехов В.Д., Федорова И.А. Гранулометрический состав отходов обогащения Северного горнообогатительного комбината Криворожского бассейна // Геолого-мінералогічний вісник Кри ворізького технічного університету, 2001. — №1. — С. 38–46.

6. Белевцев Р.Я., Беляев О.Я., Ветренников В.В. и др. Железисто-кремнистые формации докембрия Европейской части СССР. Метаморфизм. — Киев: Наукова думка, 1989. — 148 с.

7. Белевцев Я.Н., Тохтуев Г.В., Стрыгин А.И. и др. Геология криворожских железорудных месторождений. — Киев: Изд. АН УССР, 1962. — Т.1. — 487 с.

8. Евтехов В.Д., Зарайский Г.П., Балашов В.Н., Валеев О.К. Экспериментальное исследо вание натриевого метасоматоза в железистых кварцитах докембрия / Метасоматиты докембрия и их рудоносность. — Москва: Наука, 1989. — С. 248–259.

9. Елисеев Н.И., Никольский А.П., Кушев В.Г. Метасоматиты Криворожского рудного поя са / Труды Лаборатории геологии докембрия АН СССР. — Москва-Ленинград: Изд. АН СССР, 1961. — Вып. 13. — 204 с.

10. Одинцов Б.Н. Вторичные продукты горнообогатительных комбинатов Кривбасса — цен ное строительное сырье // Разведка и охрана недр, 1976. — №3. — С. 27–31.

11. Коц Г.А., Чернопятов С.Ф., Шманенков И.В. Технологическое опробование и картиро вание месторождений. — Москва: Недра, 1980. — 288 с.

12. Пирогов Б.И., Поротов Г.С., Холошин И.В., Тарасенко В.Н. Технологическая минера логия железных руд. — Ленинград: Наука, 1988. — 302 с.

Євтєхов В.Д., Федорова І.А., Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… УДК 550.8.05 + 622. Канд.геол.-мин.наук МЕЛЬНИКОВ В.С., инж. ГРЕЧАНОВСКАЯ Е.Е. (ИГМР НАН Украины, г.Киев) МИНЕРАЛОГЕНЕЗИС В ГОРЯЩИХ УГОЛЬНЫХ ОТВАЛАХ:

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ НЕОМИНЕРАЛОГИИ Современное минералообразование в горных отвалах — это результат слож ных физико-химических процессов, инициированных рудодобывающей деятельно стью человечества. Наиболее негативное проявление этих процессов мы наблюдаем в горящих угольных отвалах — терриконах. Причины, вызывающие горение отваль ной породы, хорошо известны. Комплекс минералов, образующих породу, сформи ровался много миллионов лет назад и, до извлечения на поверхность, находился в состоянии термодинамического равновесия. Это равновесие было нарушено пере мещением породы в среду богатую кислородом. Углистое вещество в этих условиях относительно устойчиво, но неустойчивыми минералами оказываются сульфиды железа — пирит и марказит. При участии тионовых бактерий процесс окисления пи рита происходит чрезвычайно интенсивно. Поскольку реакция окисления пирита сильно экзотермична [1], это приводит к самоускорению процесса, в который вовле кается ассоциирующее с пиритом органическое вещество. При самовозгорании большой массы породы террикон превращается в открытый химический реактор, выбрасывающий в окружающую среду значительные объемы вредного вещества в виде газообразных и твердых продуктов реакций.

В горящей угольсодержащей породе происходит большое число химических реакций (окисления, дегидратации, пиролиза, синтеза), продукты которых могут или оставаться на месте или перемещаться в виде газов (растворов) в трещинном про странстве отвалов. В зависимости от летучести газообразные продукты могут быть или отложены в холодных участках (на термальном барьере) или вынесены в атмо сферу. В состав исходной породы входят глинистые водосодержащие минералы – монтмориллонит, каолинит, гидрослюда, хлорит. При высокой температуре дегидра тация этих минералов обеспечивает поступление в газовую фазу большого объема пара воды. Эксгаляция продуктов горения и термического разложения минералов образуют «псевдофумаролы». Аналогия с вулканическими эксгаляциями не только в фазовом составе неоминерализации, но также в высокой температуре газов. Пере мещаясь от очагов горения к холодной поверхности террикона, водосодержащие ки слотные газы конденсируются в жидкость с низким значением рН. Высокая темпера тура породы способствует интенсивному извлечению щелочных и частично щелоч ноземельных элементов. Выщелоченные породы (обогащенные SiO2, Al2O3, Fe2O3) подвергаются воздействию высокой температуры (800–1000°С) и перекристаллизо вываются в новые фазы — муллит, кристобалит, кордиерит (индиалит), маггемит (термальный метаморфизм Гольдшмидта). Новообразованные минералы — это, главным образом, безводные силикаты и окислы. Характерно образование высоко температурных полиморфов (кристобалит, индиалит, маггемит). Газообразные про дукты реакций горения, перемещаясь в холодные зоны, испытывают ряд превраще ний. Некоторые компоненты газа вступают в химические реакции друг с другом об разуя новые, но менее летучие соединения (кислоты, нашатырь, сера). Более инерт ные компоненты (CO2, N2) уходят в атмосферу. Чрезвычайно важной особенностью газов горения, содержащих водяной пар, является их высокая транспортная способ Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… ность. Перенос Al, Mg, аммония газообразной фазой является одним из ведущих факторов минералогенезиса в горящих угольных отвалах. Однако, иногда трудно определить, какие минералы относятся к продуктам фумарольных возгонов, а какие кристаллизовались in situ из растворов. Как исключение могут быть только наша тырь и сера, которые считаются типичными представителями вулканических субли матов.

Сложность минералогенезиса в отвальной угольсодержащей породе обуславли вается множественностью факторов, влияющих на этот процесс. К ним следует отне сти: а) минеральный состав породы, количество сульфидов железа и органического вещества;

б) масса породы и ее проницаемость;

в) температурные градиенты и их из менение во времени;

г) количество атмосферных осадков и др. Процесс горения раз вивается стадийно и каждой стадии присущ определенный комплекс продуктов реак ций, но лишь некоторые могут оказаться стабильными фазами, то есть неоминерала ми. Кристаллохимия неоминералов отражает не только геохимические особенности исходной породы и термодинамические параметры процесса, но также те изменения, которые они испытывают в процессе охлаждения (гидратация, регидратация, поли морфные превращения). Уникальная способность органического вещества к их хемо сорбции имеет следствием поступление в газообразные продукты горения широкого спектра вредных элементов (ртуть, мышьяк, свинец, цинк, бериллий и др.). Хотя большая часть из них будет выброшена в атмосферу, но в виде микропримесей они могут быть зафиксированы в кристаллической структуре неоминералов. Таким обра зом, изоморфные примеси в продуктах минералогенезиса угольных терриконов можно использовать в качестве индикатора уровня экологической опасности продуктов тер мического преобразования горной породы в условиях земной поверхности.

Неоминералы горных угольных отвалов.

Число новообразованных минералов, образующихся в процессах окисления по род, содержащих дисульфиды железа и органическое вещество, лимитируется мине ральным составом породы и химией процесса горения. Продукты трансформации гор ных пород в горящих терриконах могут быть разделены на несколько генетических ти пов. 1. Минералы — продукты термального метаморфизма, образовавшиеся in situ в ус ловиях а) низкой и б) высокой фугитивности кислорода. В пространстве террикона они локализуются в зонах пиролиза и горения соответственно. 2. Минералы псевдофумарол.

3. Минералы термальных растворов. Граница между вторым и третьим типом условная, так как продукты выщелачивания могут переноситься в газовой фазе. Следующий пере чень характеризует минералогию, главным образом, угольных отвалов Донбасса [2] и Челябинского угольного бассейна [3–6]. В этот список внесены также минералы, гене зис которых связан с окислением пиритовых и магнетитовых сланцев, но не включены минеральные фазы, образовавшиеся по предметам техногенного происхождения (же лезная и медная проволока, кабель и пр.).

Аналоги самородных элементов.

Сера (моноклинная и ромбическая), графит, железо.

Карбиды.

Когенит (Fe3C).

Сульфиды.

Троилит (FeS), пирротин (Fe1-xS), пирит (FeS2), ольдгамит (CaS), баженовит (CaS5CaS2O36Cа(OH)22H2O).

Галогениды.

Нашатырь (NH4Cl), селлаит (MgFe2), флюорит (CaF2), рорисит (СаFCl), хло рид кальция (CaCl2), лавренсит (FeCl2), молизит (FeCl3), редикорцевит Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… (NH4MgCl36H2O), ((NH4)2FeCl5H2O), копейскит феррикадваладерит 3+ (Fe (OH)2Cl2H2O), гидраты хлоридов железа и кальция.

Оксиды.

Периклаз (MgO), ферропериклаз ((Mg,Fe)O), известь (CaO), вюстит (FeO), ко рунд (Al2O3), гематит (-Fe2O3), маггемит (-Fe2O3), кварц (SiO2), тридимит (SiO2), кристобалит (SiO2), перовскит (CaTiO3), сребродольскит (Ca2Fe2O5), псевдобрукит (Fe2TiO5), армолколит ((Mg,Fe)Ti2O5), шпинель (MgAl2O4), герцинит (FeAl2O4), маг незиоферрит (MgFe2O4), магнетит (FeFe2O4), ацикулит (CaFe2O4) Гидроокиси.

Гетит (-FeOOH), лепидокрокит (-FeOOH), брусит (Mg(OH)2), портландит (Ca(OH)2).

Силикаты.

Форстерит (Mg2[SiO4]), оливин ((Mg,Fe)2[SiO4]), фаялит (Fe2[SiO4]), норбергит (Mg2[SiO4]·Mg(F,OH)2), хондродит (2Mg2[SiO4]2·Mg(F,OH)2), энстатит (Mg2[Si2O6]), (CaFe3+[SiAlO6]), гиперстен ((Mg,Fe)2[Si2O6]), эссенеит кордиерит (Mg2Al3[AlSi5O18]), андалузит (Al2[O/SiO4]), муллит (Al9Si3O19(OH,F)), топаз (Al2[SiO4](F,OH)2), моноклинный пироксен (Ca(Mg,Fe)[Si2O6]), андрадит (Ca3Fe2[SiO4]3), титанит (Ca,Ti[SiO4](OH,F,O)), ларнит (-Ca2[SiO4]), волластонит ( Ca3[Si3O9]), анортит (Ca[Al2Si2O8]), святославит (ромб. CaAl2Si2O8), дмиштейнбергит (гекс. CaAl2Si2O8), сперрит (Ca5[CO3/[SiO4]2]), гиролит (Ca2[Si4O10]·4H2O), таумасит (=челябинскит) (Ca3[Si(OH)6][SO4][CO3]·12H2O), мелилит ((Ca,Na)2(Al,Mg)[(Si,Al)2O7]), роговая обманка ((Na,K)Ca2(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)8O22](OH,F)2), санидин ((K,Na)[AlSi3O8]), лейцит (K[AlSi2O6]), осумилит ((K,Na)(Fe2+,Mg)2(Al,Fe3+)3[(Si,Al)12O30]·H2O), флогопит-биотит (K(Mg,Fe)2[AlSi3O10](OH/F)2).

Бораты.

Варвикит ((Mg,Al,Fe,Ti)2[AlBO3]) Фосфаты Фтор-апатит (Ca5[PO4]3F) Сульфаты.

Простые соли.

Масканьит ((NH4)2[SO4]), тенордит (Na2[SO4]), гексагидрит (Mg[SO4]6H2O), эпсомит (Mg[SO4]7H2O), алуноген (Al2[SO4]318H2O), ангидрит (Ca[SO4]), гипс (Ca[SO4]2H2O), сомольнокит (Fe[SO4]H2O), мелaнтерит (Fe[SO4]7H2O), лаузенит (Fe2[SO4]36H2O), кокимбит (Fe2[SO4]39H2O), англезит (Pb[SO4]).

Основные соли.

Метабазоалюминит (Al4[SO4](OH)10), ростит (Al[SO4](OH)5H2O), гидробазаа люминит (Al4[SO4](OH)1036H2O).

Двойные соли.

Летовицит ((NH4)3H[SO4]2), чермигит (NH4Al[SO4]212H2O), годовикит (NH4(Al,Fe)[SO4]2), ефремовит ((NH4)2Mg2[SO4]3), буссенготит ((NH4)2Mg[SO4]26H2O), ((NH4)2Ca[SO4]2H2O), коктаит морит 2+ ((NH4)2Fe [SO4]26H2O), (NaAl[SO4]212H2O), Na-квасцы тамаругит (NaAl[SO4]26H2O), К-квасцы (KAl[SO4]212H2O), астраханит (Na2Mg[SO4]24H2O), (MgAl2[SO4]222H2O), лангбейнит (K2Mg2[SO4]3), пиккерингит ромбоклаз 2+ 3+ (HFe[SO4]24H2O), галотрихит (FeAl2[SO4]422H2O), ремерит (Fe Fe2 [SO4]414H2O).

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Двойные основные соли.

Аммониоярозит ((NH4)Fe3[SO4]2(OH)6), алунит (KAl3[SO4]2(OH)6), ярозит (KFe3[SO4]2(OH)6), копиапит (Fe2+Fe43+[SO4]2(OH)220H2O).

Карбонаты.

Кальцит (CaCO3), арагонит (CaCO3), несквегонит (MgCO33H2O), дипингит (Mg5(CO3)4(OH)25H2O), (Mg5(CO3)4(OH)28H2O), иосикаваит пироаурит (Mg6Fe2(CO3)(OH)164H2O), колингит (Mg10Fe2(CO3) (OH)242H2O).

Нитраты.

Натриевая селитра (NaNO3).

Чесноков Б.В. и Щербакова Е.П. [5] указывают на находки следующих фаз (не получивших названия):

NH4Al[SO4]22H2O, (NH4)2Mg[SO4]24H2O, Fe2[SO4]3, NH4Fe3+[SO4]2. Кроме то го, ими описан сульфат-силикат состава Са10[SO4]3[SiO4]3F2 со структурой апатита (флюороэлестидит).

Особенности минералогенезиса в угольных терриконах.

В горелых угольных породах установлено более 120 минеральных видов, принадлежащих к различным классам. В исходной угольсодержащей породе число породообразующих минеральных видов не превышает 10–15. Это вызвано особен ностями минералогенезиса в горящей отвальной массе породы. Отметим наиболее важные: 1. Минералообразование в горящем терриконе происходит в широком ин тервале температур, фугитивности кислорода, концентрации воды. 2. Кристаллиза ция большинства минеральных фаз происходила в условиях открытой системы. Ис ключение, по-видимому, представляют те очаги переплавления и термального мета морфизма породы, в которых произошла «самоизоляция» небольших областей кри сталлизации, а также области пиролиза углистой породы (черные «блоки» по [5]). 3.

Кристаллизация минералов происходила в разнообразной среде — силикатный рас плав, газ, водный раствор. В образовании новых минералов значительную роль иг рали твердофазные реакции и полиморфные превращения. 4. Многие минеральные виды относятся к продуктами гидратации солей, переносимых псевдофумаролами.

Они образовались при взаимодействии с конденсированным водяным паром и атмо сферными осадками.

Характер образующихся минералов и их ассоциаций зависит от многих фак торов — минерального состава исходной породы, содержания в ней органического вещества и сульфидов, массы отвальной породы и ее пористости. Известно также, что в сравнительно небольшом (с геологической точки зрения) объеме отвальной породы вследствие больших градиентов фугитивности кислорода, среда минерало образования изменяется от сильно окислительной (горение) до резко восстанови тельной (пиролиз). Диапазон изменения фугитивности иллюстрируется минераль ным рядом железо (Fe) — вюстит (FeO) — магнетит (FeFe2O4) — гематит (Fe2O3), все члены которого встречаются в пределах одного террикона, но, естественно, в разных зонах «метаморфизма». Восстановительная среда минералогенезиса поддер живается присутствием в породе органических веществ (уголь, битум). Некоторая часть элементарного углерода в виде сажи образуется в результате пиролиза углево дородов и СО2. Теплота для этих реакций поступает из зоны горения. В условиях крайне низкой фугитивности кислорода образуются редкие минералы, характерные для метеоритов и пород луны (самородное железо, когенит, троилит, ольдгамит, ар молколит, вюстит). Градиенты температуры оказываются также значительные. Мак симальная температура достигает 1200С в участках плавления, но ближе к перифе Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… рии она понижается до нескольких сотен градусов [5]. Многие неоминералы из клас са оксидов и силикатов представлены высокотемпературными полиморфами и раз новидностями (кристаболит, тридимит, маггемит, муллит, индиалит, мелилит). Для горящих терриконов характерны интенсивные эксгаляции, причем, источником га зов служит отвальная порода. При высокой температуре водосодержащие минералы подвергаются дегидратации, а органическое вещество и сульфиды термическому разложению. В глубину террикона доступ атмосферного кислорода ограничен. При повышении температуры здесь формируется зона пиролиза остатков каменного угля.

В этом процессе, подобном коксованию, образуются восстановительные газы, среди которых преобладает Н2 и СН4. Перемещаясь в область, обогащенную кислородом, они окисляются в зоне горения. Выделившаяся теплота обеспечивает высокую тем пературу для поддержки пиролиза и термального преобразования породы.

Среди продуктов горения присутствуют оксиды серы — основной агрессивный компонент «фумарольных» газов. Вследствие неоднородного распределения темпера туры в терриконе, некоторая часть «коксового» газа проходит через породу, не окисля ясь. Среди них аммиак — важный солеобразующий компонент. Около тридцати мине ралов можно отнести к псевдофумарольной деятельности. Многие из них встречаются в вулканических фумаролах. По-видимому, это обусловлено присутствием в составе га зов оксидов серы и углерода, хлора, аммония, сероводорода, которые являются веду щими компонентами вулканических газов. С псевдофумаролами связано отложение не только характерных для них минералов (сера и нашатырь), но также хлоридов и гидро оксидов Fe, Mg, Ca и большей части сульфатов. Вода (атмосферная и дегидратации) растворяет значительную часть продуктов газовых эксгаляций, образуя солевые раство ры. Химический состав образовавшихся гидротермальных минералов показывает, что они кристаллизовались при значительных колебаниях значений Еh и рН. После кон денсации водяного пара в воде растворяется значительная часть кислых газов (SO3, HCl, H2S, NO2, CO2) и аммиак. При взаимодействии кислых растворов с породой из нее ин тенсивно выщелачиваются Al, Fe, Mg, Na и K. Эти элементы — главные видообразую щие катионы большинства сульфатов и хлоридов. Особое положение в этом процессе занимает ион аммония. Он образуется при растворении в воде аммиака, большая часть которого генерируется в зоне пиролиза. Кристаллизация таких минералов как наша тырь, масканьит, летовицит не только не зависит от присутствия в растворе металлов, но может совершаться непосредственно из газовой фазы. Половина сульфатов из пере численного списка – это двойные соли с участием NH4. Предполагается, что высокая летучесть обеспечивает их перенос в газовой фазе псевдофумарол. Однако, нахождение в составе продуктов конденсации псевдофумарол сульфатов, не содержащих аммония, указывает на определяющую роль в газовом транспорте физико-химических особенно стей самой газовой фазы, прежде всего, наличие водяного пара. Присутствие среди во дорастворимых минералов большого числа кристаллогидратов указывает на образова ние на определенной стадии минералогенезиса водного раствора. Несомненно, что рас творение в воде кислых газов будет поддерживать низкие значения рН. На это указыва ет кристаллизация алюминита и кислых солей — летовицита и ромбоклаза. Интересно, что в составе продуктов кислотного выщелачивания не обнаружен алунит. Надо пола гать, что он замещается при высокой кислотности раствора смесью квасцов и алуноге на. В то же время, большое число сульфатов представлено основными солями, не ус тойчивыми в кислых растворах. Можно предположить, что экстремальные значения рН быстро нивелировались при взаимодействии с породами и, в результате, преобладали рас-творы с небольшими отклонениями от нейтральности. Среди сульфатов железа Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… встречаются соли Fe3+, поэтому можно говорить о высоком окислительном потенциале постфумарольных растворов, по крайней мере, на каком-то этапе минералогенезиса.

Характер продуктов термального метаморфизма зависит от минерального со става угленосной породы. Воздействие высокой температуры (~1200С) вызывает разрушение первичных минералов (каолинита, слюд, хлоритов и др.) и образование новых высокотемпературных фаз. Некоторые из них не содержат железа и одинако во устойчивы в зоне пиролиза и горения (муллит, кордиерит, анортит, шпинель).

Другие — зависят от уровня окислительного потенциала и поэтому приурочены к определенной зоне (гематит, вюстит, магнетит, магнезиоферрит, герцинит). Присут ствие в породе карбонатов вызывает образование редких минералов, характерных для скарнов (-ларнит, -волластонит, андрадит, мелилит, сидерит, периклаз и др.).

Образование минеральных ассоциаций в подобных «скарноидах» обусловлено, пре жде всего, высокой активностью СаО, образовавшейся при дегидратации карбона тов. Открытость минералообразующей системы, которую представляет большая часть объема террикона, предопределяет временное сосуществование термодинами чески «несовместимых» минералов в близко расположенных участках отвальной по роды. Возможно, что быстрому достижению равновесия препятствует отсутствие воды и фазообразование осуществляется в существенно сухой системе.

Значение процессов минералогенезиса.

Условия минералогенезиса в угольных отвалах соответствуют разнообразным генетическим ситуациям, наблюдаемым на геологических объектах. Среди продук тов трансформации углеродсодержащих пород мы находим минералы или их анало ги, характерные для эффузивных пород, пород контактного метаморфизма, вулкани ческих фумарол и сольфатар, зоны окисления сульфидных месторождений. В зоне «пиролиза» образуются редкие минералы, устойчивые в условиях космоса (метеори ты и лунные породы). Изучение неоминералогии терриконов значительно расширяет список минеральных фаз, устойчивых в условиях земной поверхности. С другой сто роны, сходство вулканических фумарол и псевдофумарол терриконов создает сти мул для поиска в горных отвалах минеральных фаз, известных как продукты вулка низма. Угольный террикон можно рассматривать как «полигон», на котором в не большом масштабе и за короткий промежуток времени «моделируются» (воспроиз водятся) важные минералообразующие процессы. Изучение неоминералогии терри конов предоставляет ценную информацию о минералогенезисе в условиях экстре мальных значений параметров кристаллообразующей среды Т, рН, Еh, fO2. Процессы минералогенезиса в терриконе можно хронометрировать и получить, таким образом, объективные данные о скорости роста минералов. Такие измерения очень актуаль ны, так как существующие представления о скорости кристаллообразования в при родных системах весьма противоречивы. Результаты исследования продуктов псев дофумарол существенно расширяет наши представления о процессе переноса веще ства в газовой фазе. Эти знания могут быть использованы при построении генетиче ских моделей пневматолитового рудогенеза.

Минералогенезис в терриконах имеет непосредственное отношение к экологи ческим проблемам. Горящий террикон — это мощный генератор вредных веществ, поступающих в атмосферу и почву. Токсические вещества могут находится в разной форме: а) эксгаляций, содержащих NH3, HCl, CO, CS2, SO2, Hg, As, Br;

б) солей с при месями токсичных элементов (P, As, NH3);

в) аэрозолей с HgS, AsS, NH4, Cl2. Некото рые минералы могут содержать в структуре вредные элементы в качестве изоморфной примеси. Например, очень «опасны» такие изоморфные замещения: Mg — Zn, K — Pb, S — As, Fe3+ — Cr3+. В сульфатах возможно замещение тетраэдров [SO4] на равно Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… зарядные тетраэдры [PO3OH]. Экологическая опасность террикона во многом зависит от того, на какой стадии преобразования отвальной породы он находится. Поэтому, необходим мониторинг процессов минералогенезиса в горящих терриконах с привле чением современных методов геохимии, минералогии и термобарогеохимии.

Возможности практического использования горелых пород полностью не ис следованы. Диапазон их применения может быть значительно расширен, если при менять новейшие методы сепарации полезных минералов. Отметим, что породы пре терпевшие термальный метаморфизм, содержат неоминералы, которые традиционно относятся к огнеупорам (муллит, кордиерит, шпинель, анортит, форстерит).

Библиографический список 1. Панов Б.С. Некоторые вопросы экологической минералогии Донецкого бассейна // Мин.

Журнал, 1993. — 15. — №6. — С. 43–50.

2. Панов Б.С., Проскурня Ю.А., Мельников В.С., Гречановская Е.Е. Неоминерализация горящих угольных отвалов Донбасса // Мин. Журнал, 2000. — 22. — №4. — С. 37–46.

3. Суставов С.Г. Аммонийсодержащие минералы из отвалов Копейского месторождения бу рых углей. — В кн: Минералы месторождений Южного и среднего Урала. — Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. — С. 59–65.

4. Чесноков Б.В., Михаль Т.А., Дерябина Т.М. Типы техногенной минерализации отвалов Челябинского угольного бассейна. - В кн.: Минералы месторождений Южного и Среднего Урала. — Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. — С. 47–59.

5. Чесноков Б.В., Щербакова Е.П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна. Опыт минералогии техногенеза. — М.: Наука, 1991. — С. 151.

6. Чесноков Б.В., Баженова Л.Ф., Бушмакин А.Ф. и др. Новые минералы из горелых отва лов Челябинского угольного басейна (сообщение второе) // Новые данные по минералогии эндоген ных месторождений и зон техногенеза Урала, АНСССР, Уральское отделение, 1991. — С. 5–14.

Мельников В.С., Гречановская Е.Е., УДК 551.3.051:504/551.435.842/843:549.79)](477-25) Канд. геол.-мін. наук ШЕХУНОВА С.Б., інж. СЕЛІВАЧОВА У.М. (ІГН НАН Ук раїни, м. Київ) КАРБОНАТНІ НОВОУТВОРЕННЯ ДРЕНАЖНИХ ШТОЛЬНЕВИХ СИСТЕМ ПАРКУ ВІЧНОЇ СЛАВИ В М.КИЄВІ Природні та штучні порожнини поширені в геологічному середовищі ур банізованих територій;

зокрема, дренажні штольневі системи (ДШС) глибокого закла дання, створені в дніпровських схилах на території Києва, стали невід’ємним елемен том геологічного середовища міста — його центральної історичної частини. В межах схилів, що прилягають до парку Вічної Слави, пройдено підземні гірничі виробки, се ред яких найдоступнішими для систематичних спостережень є — дренажні штольневі системи №№ 16, 27, 27-bis та випуск Голованя. Зазначені виробки у їх сучасному ви гляді були споруджені (або реконструйовані) у ХХ ст. з метою стабілізації екзогенних (ерозійно-гравітаційних) процесів, які обумовлювали розвиток значного морфо логічного елементу — Панкратіївського (Спаського) яру, на схилах якого з 1895 р.

існував Аносівський (Комендантський) сквер, а з 1957 р. — Парк Вічної Слави [2].

Штучно створені порожнини стали своєрідними техногенно-геологічними системами, які є середовищем, де відбуваються геологічні процеси та явища.

Вплив ДШС та інших підземних споруд на перебіг природних процесів на схилах Дніпра на території Києва розглядався в роботах М.Г.Демчишина, Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… І.М.Киричка, А.М.Драннікова, проте мінеральні новоутворення ДШС, що опосеред ковано відбивають розвиток техногенно стимульованих природних процесів, до ос таннього часу не досліджувалися. Тільки у 2002 на замовлення інституту “Київгео” ВАТ “Київпроект” відділом інженерної геології Інституту геологічних наук НАН України під керівництвом доктора технічних наук М.Г.Демчишина було виконано комплексні роботи з оцінки стійкості схилів Парку Вічної Слави. До програми робіт входили дослідження суфозійного виносу ґрунтів в діючі дренажні виробки. Під час виконання зазначених робіт було зібрано матеріали щодо мінеральних новоутворень ДШС, які лягли в основу цієї публікації.

Дослідження мінеральних новоутворень має як теоретичне, так і практичне значення. З теоретичної точки зору воно дозволить уточнити фізико-хімічні процеси, що призводять до утворення, зміни та руйнування мінералів;

оцінити швидкість та умови накопичення мінеральної речовини;

з’ясувати геохімічні особливості ново утворених мінералів та оцінити антропогенний вплив міської агломерації на елемен ти геологічного середовища. Практичний аспект зазначених досліджень полягає у визначенні джерел, об’ємів мобілізації та шляхів міграції мінеральної речовини, яка накопичується в ДШС у вигляді мінеральних новоутворень, що сприятиме уточнен ню інженерно-геологічних умов центральної історичної частини столиці.

Об’єктом вивчення були ДШС №№ 16, 27, 27-bis, які споруджувалися для пере хоплення підземних вод першого водоносного горизонту, що розвантажувалися на схи лах Панкратіївського яру у вигляді окремих джерел. Виробки дренажних систем розта шовані на глибині 8–15 30 м від поверхні. ДШС №27, 27-bis проходять у плато у верхів’ях яру в бурих глинах;

ДШС №16 у його схилі під корінним урвищем у пріс новодних суглинках, бурих глинах, строкатих глинах, насипних ґрунтах. Зараз штольні, випуски і колодязі систем мають залізобетонне кріплення. Проникність порід навколо ДШС визначається складом і умовами залягання грунтів, що вміщують виробку, технологією проходки, умовами її експлуатації та суфозійним виносом. Останній проявляється у вилуговуванні хлоридних, хлоридно-сульфатних та карбонатних солей з грунтів, порушенні їх мікроагрегатного стану та переміщенні найдрібніших частинок грунтів підземними водами. Речовина, мобілізована в процесі суфозії водами, що дре нуються ДШС, частково накопичується у виробках системи, а частково виноситься дре нажними водами у витоки. В результаті у виробках системи накопичуються мінеральні новоутворення — різні форми відкладів важкорозчинних солей та глиниста речовина.

Як показують спостереження, місця їх скупчень у виробках корелюються з місцями надходження вод, що дренуються. Накопичення важкорозчинних солей відповідає ділянкам нормальної фільтрації, а винос глинистої та інших складових грунтів фіксує місця підвищеної грунтопроникності та/або градієнтів потоку, ділянки неоднорідності грунтів. З’ясувавши, як розподіляються у просторі глиниста і соляна складові су фозійного виносу і зафіксувавши ці ділянки, ми далі зосередимося на результатах вив чення мінеральних новоутворень, що робилося вперше, з’ясуванні закономірностей їх формування. Для досягнення зазначеної мети вирішувалась низка наступних завдань:

обстежувалися ДШС з метою документування (картування, фотографування, опису та ін.) процесів і явищ, що в них відбуваються, та складалися схеми поширен ня мінеральних новоутворень в підземних штучних порожнинах;

визначалися особливості морфології, мінерального та геохімічного складу но воутворених мінералів;

з’ясовувалися механізми утворення їх різних форм та обґрунтовувалися мо делі накопичення мінеральної речовини.

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Умови мінералоутворення у виробках ДШС та печерного низькотемператур ного мінералоутворення досить схожі, бо характеризуються стабільністью темпера тури, підвищеною вологістю, pH, Eh. Мінералізуючими розчинами є дренажні води:

гідрокарбонатно-кальцієві, нейтральні або слаболужні, з мінералізацією 0,6–1,8 г/л, загальною жорсткістю від 2,1 до 5,6 мг-екв/л з незначним вмістом нітратів. У вироб ках з цих розчинів, що височуються або течуть по відкритих поверхнях, і виникають мінеральні новоутворення. Як і вторинні відклади печер [3, 4 та інші], мінеральні новоутворення ДШС відрізняються різноманіттям форм, які визначаються характе ром руху води (краплі, цівки, потоки, плівки, калюжі та ін.). Натічні утворення ви никають на балках кріплення стелини та стояках стін, між ними, на кільцях кріплення колодязів та інших предметах, що потрапляють у виробки. За морфо логією та місцем утворення натічні форми, які ми спостерігали у дренажних штоль невих системах у схилах парку Вічної Слави, поділяються на утворення на балках стелини, що формуються краплями:

тверді консолідовані бурульки — білі, сіруваті, буруваті 2–3 см довжиною, до 1 см завтовшки, не мають центрального каналу;

зародки сталактитів — білі свіжі крихкі утворення (мають канал всередині), вологі, до 12 см довжиною, до 0,8 см завтовшки;

зародки гребінців та гребінці — сіруваті, буруваті нарости до 1 см завтовшки, що звисають на 1–10 см (рис. 1 а);

струминні утворення — патьоки на балках стелини та стояках стін виробок — сірі, руді, чорні;

кірки та гроноподібні утворення з гладкою поверхнею та кірки з поверхнею, що нагадує плетений кошик на стояках стін (рис. 1 б, г). Формуються в результаті плівкового розтікання насичених дренажних розчинів по балках кріплення.

На дні виробок встановлено новоутворення, що сформувалися в результаті осадження карбонатної речовини в субаквальних умовах. Серед них виділено:

пізоліти та ооліти — чорні, бурі та білі печерні перли (рис. 1 в);

невеличкі дамби та їх скупчення (рис. 1 г);

тверді суцільні шари, що покривають дно виробки, верствуватої будови з домішками теригенної складової;

скупчення пухких неконсолідованих утворень.

Встановлено два різновиди пізолітів і оолітів: щільні порцеляноподібні, що утворюються в субаквальних умовах у відгалуженнях в стоячій воді, та пористі, які формуються в потоках.

Мінеральний склад новоутворень визначався петрографічними та рентгеност руктурними методами, які показали, що всі вони складені магнезіально марганцевисто-залізистим кальцитом. Рентгеноструктурний аналіз виконувався в лабораторії рентгеноструктурних досліджень Казенного підприємства Кіровська ек спедиція із застосуванням спеціальної методики виявлення ізоморфних домішок в кальцитах за Г.К.Кривоконевою. Аналізи виконувалися методом дифрактометрії (кількісний фазовий аналіз), зразки знімалися на дифрактометрі ДРОН-3 з Cu ано дом. За результатами аналізу з’ясовано, що тонкі білі консолідовані бурульки з ДШС №16 містять до 9,48% ізоморфних домішок марганцю, заліза та магнію;

крихкі во логі білі бурульки з ДШС №16 (ділянка з горизонтальним кріпленням біля колодязя №11) містять до 7,98% зазначених домішок. Печерні перли з дна ДШС №-27 bis (чорні та коричневі) на 99% складені кальцитом з 9,42–9,45% ізоморфних домішок Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… марганцю, заліза, магнію та кварцом — 1%. Білі перли (ДШС №-27 bis) не містять кварцу, а ізоморфні домішки марганцю, заліза, магнію складають в них біля 8,75%.

Рис. 1. гребінці карбонатів на балках стели ни (ДШС №27 bis, випуск Голованя, 15 м від Рис. 2. потужна карбонатна кірка на К-8) кріпленні колодязя №8 ДШС № Рис. 4. потужна кірка на балках стін (нага дує плетений кошик) дамби та їх скупчення Рис. 3. карбонатні пізоліти, що утворилися в на дні гірничої виробки (ДШС 27 bis) субаквальних умовах на дні виробки ДШС № Мінеральні новоутворення важкорозчинних солей на балках стелини та верх ній частині стояків.

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Висновок щодо джерела важкорозчинних солей вимагає подальших детальних робіт. Найвірогіднішим є зв’язок джерела карбонатів з лесовими відкладами. Вміст CaCO3 в лесах цього району змінюється від 6 до 10% [1]. У гранулометричному складі лесів переважають крупнопилуваті фракції 0,05–0,01 мм — понад 58%, гли нистих частинок — біля 15% [1]. Коефіцієнти неоднорідності лесу та лесовидних суглинків для певних різновидів цих грунтів сягають 14,5. Проте для аргументовано го висновку щодо масштабів суфозії та джерел соляної складової виносу необхідний детальний аналіз розрізів над місцями утворення натічних форм, з’ясування гео хімічних та мінералогічних особливостей їх складу, проведення ізотопних досліджень.

Дослідження ДШС Парку Вічної Слави м. Києва показали, що:

виробки ДШС утворюють техногенно-геологічну систему з властивими їй геологічними процесами та явищами;

мінералоутворення в ДШС за своїми умовами подібне до низькотемператур них процесів що відбуваються у природних порожнинах, проте відрізняється діапазоном коливань температури, вологості, складу мінералоутворюючих розчинів, вмістом СО2 та деякими іншими параметрами;

в ДШС встановлено як субаеральні натічні форми мінеральних новоутворень, так і субаквальні та їх різновиди;

всі новоутворення складені магнезіально-марганцевисто-залізистим кальци том;

детальні літологічні та геохімічні дослідження новоутворень є шляхом до роз криття як теоретичних так і практичних питань не тільки літологічних, а й пов’язаних з оцінкою впливу урбанізованих територій на геологічне середовище.

Автори щиро вдячні доктору технічних наук М.Г.Демчишину, кандидату ге ол.-мін. наук В.Ф.Рибіну за допомогу і поради, канд. геол.-мін. наук І.А.Черевко, Л.В. Самойленко, В.О. Куцибі, І.І.Колтунову за підтримку, сприяння та допомогу у роботі, а також працівникам СУПЗР та інституту “Київпроект” за сприяння дослі дженням.

Бібліографічний список 1. Демчишин М.Г. Геологическая среда Киева // Геол. журн., 1991. — №2. — С. 14–24.

2. Киев. Энциклопедический справочник / ред. А.В.Кудрицкий. – Главная редакция УСЭ, Ки ев, 1982. — 694 с.

3. Рогожников В.Я. Воднохемогенные отложения в карстовых пещерах-лабиринтах подоль ского Приднестровья. — В кн.: Пещеры. Межвуз. Сб. Научн. Трудов. — Пермь: Перм. Ун-т, 1984. — С. 46–55.

4. Speleogenesis evolution of Karst Aquifers / Eds. A. Klimchouk, D. Ford, A. Palmer, W. Drey brodt. — National Speleological Society, Inc., Huntsville, Alabama, 2000. — 527 p.

Шехунова С.Б., Селівачова У.М., Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… УДК 548.3+622. Докт.геол.-мин. наук ПАНОВ Б.С., канд.геол.наук ПРОСКУРНЯ Ю.А. (ДонНТУ) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ КАК НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ДОНБАССЕ Экология как наука сформировалась в прошлом веке и представляет собой раздел биологии, изучающий взаимоотношения (взаимодействия) между организма ми и средой их обитания. В Х1Х веке экологи изучали, в основном, закономерности биологического взаимодействия в биосфере, причем роль человека в этих процессах считалась второстепенной. В ХХ веке ситуация изменилась, экологов все чаще стала беспокоить роль человека в изменении окружающего нас мира. В этот период био сфера постепенно утрачивала свое господствующее значение и в населенных людь ми регионах стала превращаться в техносферу, где возникли новые условия взаимо действия живой и неживой материи: взаимодействие человека с техносферой, взаи модействие техносферы с биосферой (природой) и др. [2] Поэтому главной задачей экологии в настоящее время является сохранение и обеспечение жизни на Земле путем глубокого изучения взаимодействия человека и общества с природой в условиях коренного изменения окружающей среды. Исследо вания проводятся по многим направлениям — экология человека, животных, расте ний, урбоэкология, техноэкология, экологическая геология и др. Экологические нау ки в настоящее время бурно развиваются, охватывая все новые области знания, в том числе и минералогию.

В последнее время широкое развитие получила геологическая наука об изуче нии условий образования и существования минералов в условиях техногенеза, а также определении взаимосвязей между минералом и средой, в которой существует минерал. Такая наука получила название экологической минералогии. Экологиче ская минералогия является составной частью общей минералогии, а ее основы были заложены еще в учении о биосфере В.И.Вернадского.

Минералы, возникшие в зонах техногенеза (на отвалах рудников и шахт, на стенках подземных и открытых выработок, в трубопроводах, в складах руд и кон центратов, при изменении древних и современных металлических предметов) из давна являются объектами исследований. Много сульфатов, карбонатов, арсенатов, хлоридов и других минералов было впервые найдено в этих условиях.

В настоящее время экологическое направление в минералогии привлекает многих ученых из разных стран мира — в основном, это исследования минеральных образований, связанных с добычей и переработкой полезных ископаемых. Выделя ются исследования, проведенные на горящих отвалах Пенсильвании (США), в Ин дии (район Ихария), Франции, Чехии (Остравско-Карвинских угольных бассейн и бассейн Кладно), Силезии, Монголии, на терриконах Челябинского буроугольного бассейна (Россия) и Львовско-Волынского бассейна (Украина) [3].

Основные положения экологической минералогии на Украине были сформу лированы Павлишиным В.И. [4]. Он выделил несколько наиболее актуальных для Украины направлений исследований экологической минералогии: 1) минералогия отвалов горно-обогатительных комбинатов, карьеров, терриконов шахт;

2) роль ми нералогических исследований в создании безотходных технологий и развитии сырь евой базы Украины;

3) создание минералогических музеев и заповедников.

Наиболее актуальным для Донецкого угольного бассейна является первое из предложенных направлений — это минералогия отвалов горно-обогатительных ком Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… бинатов и терриконов угольных шахт. За 200 лет промышленной разработки в Дон бассе добыто свыше 8 млрд. т угля и накоплено громадное количество отходов про изводства в виде 1257 терриконов общим объемом 1056519,9 тыс.м3, 35% которых склонны к самовозгоранию [5].

В настоящее время на горящих терриконах происходят уникальные процессы современного минералообразования, которые представляют собой новый вид геоло гических процессов литосферы, вызванных производственной деятельностью чело века. Эти минералы не имеют солидного возраста, они рождаются и исчезают, чуть ли не на наших глазах — продолжительность их жизни от нескольких дней до не скольких лет. Большинство таких минералов легко растворяются в воде, исчезают и вновь кристаллизуются из водных или газовых растворов на поверхности отвалов или вблизи нее. Такие минералы часто называют «сезонными» минералами [7]. По этому изучение неоминерализации отвалов имеет важное значение для понимания процессов образования минеральных индивидов и их совокупностей (зарождение, рост, изменение, длительность формирования, разрушение);

физико-химических ус ловий среды образования (температура, давление, химизм среды), выявления пара генезисов техногенных минералов и т.д.

С целью более детального изучения новообразованных минералов горящих терриконов угольных шахт Донбасса нами были проведены исследования около проб техногенных минералов. Применялся рентгеноструктурный анализ (рентгенов ский дифрактометр ДРОН-2 — CuK-излучение), сканирующее электронное микро зондирование (электронный микроскоп-микроанализатор JSM-T300) и другие мето ды исследований, выполненные в лабораториях Института геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины (г.Киев) и в лаборатории Донецкого научно исследовательского института черных металлов (г.Донецк) [3]. Была проведена ди агностика минералов, установлены кристаллографические и морфологические осо бенности кристаллов и агрегатов новообразованных минералов, парагенетические ассоциации, физические свойства, типоморфизм, особенности распределения, усло вия образования.

В результате проведения данных исследований было выявлено 22 техноген ных минерала: сера — S, нашатырь — NH4Cl, реальгар — AsS, гематит — Fe2O3, масканьит — (NH4)2[SO4], галотрихит — FeAl2[SO4]422H2O, пиккерингит — MgAl2[SO4]422H2O, тамаругит — NaAl[SO4]26H2O, алуноген — Al2[SO4]317H2O, эпсомит — MgSO47H2O, гексагидрит — MgSO46H2O, мелантерит — FeSO47H2O, халькантит — CuSO45H2O, летовицит — (NH4)3H(SO4)2, сомольнокит — FeSO4H2O, ангидрит — CaSO4, гипс — CaSO42H2O, чермигит — NH4Al[SO4]212H2O, калиевые квасцы — KAl[SO4]212H2O, натриевые квасцы — NaAl [SO4]212H2O, селитра аммо ниевая — NH4[NO3], муллит — Al6Si2O13.. Наиболее распространенными минерала ми являются сера, нашатырь, масканьит и пиккерингит, встреченные на большинст ве изученных терриконов. Такие минералы, как тамаругит (установленный лишь на отвалах Остравско-Карвинского угольного бассейна Чехии), летовицит (найденный только во Франции и на отвалах угольного бассейна Кладно — Чехия) и аммонистая селитра в Донбассе были установлены и изучены впервые [3].

Тамаругит встречен на терриконе шахты 1–7 «Ветка», где образует белые, светло-желтые корочки толщиной до 1 см. Кристаллы пластинчатого, таблитчатого облика, часто образуют параллельные сростки размерами до 20 мкм с развитыми гранями пинакоидов. Основные линии на рентгенограмме: 4,18(100)-4,20(80) Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… 3,95(50)-3,65(60), параметры элементарной ячейки: ao=7,353Ao, bo=25,225Ao, co=6,097Ao, =95o12. Встречается совместно с пиккерингитом и алуногеном.

Пиккерингит установлен на терриконах шахт 1–7 «Ветка», «Глубокая», им.

Газеты «Правда» и др., где образует корочки и налеты толщиной до 2–3 см, состоя щие из спутанно-волокнистых, игольчатых и призматических агрегатов. Цвет мине рала — светло-серый, зеленовато-серый, желтовато-серый, белый. Кристаллы пик керингита — изометричного, таблитчатого облику, иногда в виде деформированных ромбододекаэдров. Часто кристаллы срастаются гранями призм, образуя своеобраз ные неправильные сростки. Главные линии на рентгенограмме: 6,73(30)-4,78(100) 4,36(30)-3,75(60)-3,49(95). Параметры кристаллической решетки: ао=20,8Ао, bo=24,2Ao, co=6,18Ao. Встречается в парагенезисе с тамаругитом, галотрихитом, ме лантеритом и алуногеном.

Летовицит — образует не очень плотные корочки толщиной 2–3 мм грязно белого цвета, иногда с желтоватыми или розоватыми оттенками. Облик кристаллов таблитчатый или пластинчатый. Основные линии на рентгенограмме: 4,966(28) 3,774(100)–3,388(42)–2,933(20). Встречается в парагенезисе с масканьитом, нашаты рем, чермигитом.

Аммонистая селитра установлена только в Донбассе в продуктах горения тер рикона шахты «Красный партизан». Образует тонкозернистые рыхлые скопления белого цвета вместе с нашатырем и масканьитом. Основные линии на рентгенограм ме аммонистой селитры: 4,91(50)-3,09(100)-2,67(80)-2,25(80), параметры элементар ной ячейки — ао=5,76Ао, co=16Ao [3].

Установлено, что часть минералов образуется в результате псевдофумароль ной деятельности, при возгонке из газов, выделяющихся из глубины отвалов (сера, нашатырь, реальгар, масканьит, летовицит и аммонистая селитра), температура об разования этой группы минералов — 80–300оС. Другая, наиболее многочисленная группа минералов, сформировалась в результате гипергенного изменения пород под воздействием серной кислоты, образующейся в результате химического и биохими ческого окисления пирита (пиккерингит, тамаругит, галотрихит, халькантит и др.), температура образования этой группы минералов — 10–80оС. В результате высоко температурного изменения пород (t=450–1000оС) образуются гематит, муллит, кри стобаллит и др. Для всех этих процессов характерен определенный парагенетиче ский комплекс минералов, который может значительно изменяться со временем и с изменением теплового состояния отвалов [6].

Под влиянием кислородсодержащих атмосферных осадков на поверхности отвалов происходит разрушение азотсодержащих минералов — нашатыря, маскань ита, летовицита, чермигита, аммонистой селитры.


Растворение этих минералов ат мосферными осадками приводит к образованию нитритов и нитратов, которые ин фильтруются в грунтовые воды, загрязняя их токсичными соединениями азота [1]. С поверхности терриконов атмосферными осадками также вымываются легкораство римые сульфаты, содержания которых в отвалах довольно высокие. Поэтому вблизи терриконов, которые находятся в стадии окисления и вымывания, происходит за грязнение поверхностных вод и почв на глубину до 0,2 солями (загрязнение суль фатного типа), что представляет собой опасность для здоровья при использовании воды в бытовых целях, а пород отвалов — в народном хозяйстве.

Таким образом, найденные и изученные нами техногенные минералы шахт ных терриконов Донбасса являются очень редкими и уникальными минеральными образованиями. И, хотя их количества очень малы и практического значения с целью использования этих минералов в качестве вторичного минерального сырья они не Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… представляют, их исследования важны с точки зрения минералогии и кристаллогра фии, для изучения процессов, происходящих внутри и на поверхности отвалов, при водящих к образованию и исчезновению минеральных видов и их паргенетических ассоциаций. Проведенные нами исследования 22 минералов свидетельствуют о том, что данные минералы не являются единственными и список техногенных минералов, которые образуются в специфических условиях в результате горения породных от валов угольных шахт может быть продолжен.

Но, с другой стороны, отходы угледобывающей промышленности, представ ленные многочисленными терриконами и отвалами углеобогатительных фабрик, яв ляются источником ухудшения экологической обстановки в Донбассе. Отвалы обес печивают поступление в атмосферу, почву, воды вредных и токсичных веществ не только из извлеченных на поверхность углевмещающих пород, но также из очагов горения терриконов, в которых формируются многие опасные новообразованные минералы (нашатырь, масканьит, реальгар и др.), содержащие в своем составе ток сичные элементы и соединения [5]. Все это приводит к тому, что вокруг терриконов образуются обширные ореолы загрязнения почв, поверхностных и подземных вод токсичными элементами и их соединениями, что непосредственно сказывается на здоровье населения. Поэтому рассмотренные обстоятельства подчеркивают актуаль ность исследований химического состава пород отходов угледобычи, процессов самовозгорания отвалов и техногенного минералообразования, являющихся одними из важнейших задач нового направления в науке — экологической минералогии.

Библиографический список 1. К геоэкологии Донбасса / Б.С.Панов, О.А.Шевченко, Ю.А.Проскурня, Е.С.Матлак, М.Дудик // Проблемы экологии. — Донецк: ДонГТУ, 1999. — №1. — С. 17–26.

2. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А. и др. Екология и безопасность жизнедеятельности: учеб ное пособие для вузов. — М.:ЮНИТИ-ДАИА, 2002.

3. Неоминерализация горящих угольных отвалов Донбасса / Б.С.Панов, Ю.А.Проскурня, В.С.Мельников, Е.Е.Гречановская // Минерал. Журнал, 2000. — Т. 22. — № 4. — С. 37–46.

4. Павлишин В.П. Проблемы экологической минералогии // Минерал. Журнал, 1993. — Т. 15. — № 6. — С. 8–10.

5. Панов Б.С. Некоторые вопросы экологической минералогии Донецкого бассейна // Мине ралогический журнал, 1993. — Т. 15. — № 6. — С. 43–50.

6. Панов Б.С., Проскурня Ю.А. Особенности генезиса некоторых техногенных минералов горящих отвалов угольных шахт Донбасса // Труды ДонГТУ. Сер. горно-геологическая, 2000. — № 11. — С. 141–145.

7. Сребродольский Б.И. Тайны сезонных минералов. — М.: Наука, 1989. — 144 с.

Панов Б.С., Проскурня Ю.А., УДК 658.567.1/506: Канд. техн. наук БРОЙДЕ З.С., инж. МАКАРОВ Е.А., инж. БРОЙДЕ Г.З. (ГосНТЦ «Экоресурс»).

ВЫЯВЛЕНИЕ, УЧЕТ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ПАСПОРТИЗАЦИЯ В СФЕРЕ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЩЕНИЕМ С ОТХОДАМИ ОТ ИХ ГЕНЕЗИСА ДО СЕРТИФИКАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Виду отсутствия унифицированной терминологии, основные понятия в на стоящей работе применяются в следующих значениях, выработанных для проекта межгосударственного ГОСТ [1]:

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Техногенное месторождение отнесенный в соответствии с действующим законодательством к категории разведанных и утвержденных запасов объект разме щения отходов, характеристика которых позволяет вести его промышленную разра ботку в качестве источника минерального сырья.

Размещение отходов накапливание отходов, не подвергающихся утилиза ции или удалению, на территории предприятии - производителя отходов либо на иных промышленных или коммунальных объектах в окружающей среде.

Характеристика отходов совокупность показателей отходов, методов оп ределения этих показателей (с учетом возможных факторов влияния) и полей значе ний показателей, соответствующих идентифицированному виду или определенной разновидности (классификационной группе) отходов, которая позволяет устанавли вать соответствие данного отхода требованиям действующих нормативных докумен тов.

Системой стандартов [2–4], введенных в действие с 01.01.01, предусмотрен алгоритм управления обращением с отходами и данными об отходах (табл. 1), соот ветствующий современным подходам: оценки жизненного цикла (LCA) ISO 14000, Pollution Prevention (США), Закона о содействии созданию хозяйства замкнутого цикла и обеспечении экологически безопасного удаления отходов (ФРГ), Cleaner Production, Eco-efficiency и др. [5].

Данный подход одновременно формирует а) внутрипроизводственную систе му выявления, учета отходов и «замыкает» материально-энергетические потоки, свя занные с их образованием, б) информационную и нормативную поддержку обраще ния с отходами, выходящими за пределы объектов производства и сферы услуг, в которых они образуются, и в) систему установления соответствия между образовав шимися отходами и технологиями последующего обращения с ними (как со специ альными процессами переработки, утилизации и удаления, так и с производствен ными технологиями, в которых отходы могут быть задействованы в качестве исход ных компонентов или добавок).

Применительно к проблемам формирования, сертификации и использования техногенных месторождений (ТГМ) такой подход позволяет решать следующие за дачи:

способствовать совершенствованию технологических циклов, в которых об разуются отходы, формирующие потенциальные ТГМ;

на основе унифицированной ретроспективной обработки информации произ водителя об образовании и размещении отходов, из которых сформированы потен циальные ТГМ, получать исходные данные и расширить возможности целенаправ ленных геологических исследований и других методов оценки и сертификации ТГМ;

формировать унифицированные базы данных о ТГМ и технологиях их освое ния (переработки, утилизации, использования энергетического потенциала отходов и т.п.) на основе характеристики отходов в формате данных, определенном ДСТУ 2195-99 (ГОСТ 17.9.02-99).

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Табл. 1. Общий алгоритм управления обращением с отходами в соответствии с требования ми Закона Украины «Об отходах», действующих стандартов и современными мировыми подходами РЕСУРСЫ ПРОИЗВОДСТВО ПОТРЕБЛЕНИЕ ОБРАЩЕНИЕ С ОТ ХОДАМИ Твердые, жидкие и газообразные ОТ Х О Д Ы Сырьевые Промышленные Муниципальные ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ВЫЯВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПЕРВИЧНЫЙ УЧЕТ ОТХОДОВ по оценке материально-энергетического баланса процессов их генезиса ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ КАК ВЕЩЕСТВ (МАТЕРИАЛОВ) КЛАССИФИКАЦИЯ ИДЕНТИФИЦИРОВАННЫХ ОТХОДОВ В соответствии с национальным законодательством и международными нормами по показателям опасности, ресурсной ценности, возможностей переработки, утили зации, удаления, транспортирования, хранения и т.п.

Нормирование и минимизация Паспортизация отходов по образования отходов унифицированным показате лям ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ минимизации, хранения, транспортирования, переработки, утилизации, удаления (уничтожения) Изменения стоимостных соотношений в сфере обращения с отходами По этапам жизненного цикла (ISO 14040) продукции и услуг Создание унифицированных баз данных (БД) ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДЫ ОБРАЩЕНИЯ Из приведенной таблицы 2 видно, что технологии (без раскрытия их сущно сти) ставятся в соответствие перерабатываемым отходам, идентифицированным по генетическому принципу. Основную «стыковку» данных об отходах и сведений о технологиях обращения с ними осуществляют через характеристику отхода. Соглас но стандарту характеристика, с одной стороны, должна с необходимой полнотой описывать отход (как материал, вещество, продукт) в соответствии с требованиями нормативных актов.

Одновременно характеристика выступает в качестве «технических требова ний» технологии к перерабатываемым (утилизируемым, удаляемым) отходам.

Третьим информационным компонентом являются конечные продукты технологии Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… обращения (целевая продукция и «вторичные» отходы), образующиеся при перера ботке отходов по данной технологии.

Табл. 2. Форма представления унифицированных данных о технологиях обращения с отхо дами Сведения об отходах, перерабатываемых (утилизируемых, удаляемых) по технологии Номенклатурные названия Названия процессов, Названия видов экономической отходов в которых образуются отходы деятельности 24 25 Сведения о технологии Местонахождение (держатель) технологии Название, Код техно- НД, патенты, дру- Название Адрес, теле- Станция от Товарный знак логии гие источники предприятия фон, факс грузки, код 46 47 48 49 50 Требования технологии к перерабатываемым отходам Показатель Единица измере- Методика кон- Значения отхода ния троля Минимальное Номинальное максимальное 52 53 54 55 56 Конечные продукты обращения с отходом по технологии Название, НД, Показатель Единица Методика Значение код па- продукта измерения контроля Минималь- Номиналь- макси тент ное ное мальное 58 59 60 61 62 63 64 Фактический объем переработки отходов Единица измерения Количество 66 Таким образом создаются условия для быстрого формирования баз данных на единой информационной основе как производителями и переработчиками отходов, так и всеми государственными, отраслевыми, региональными и местными органами, выполняющими предусмотренные законодательством функции в сфере обращения с отходами.


Разработанный общий подход к идентификации, унифицированной классифи кации отходов/технологий и «симметричному» поиску технологий для паспортизо ванных отходов компонентов для технологий среди паспортизованных отходов, а также к оценке «непредельных» материальных балансов открывает новые возмож ности для целенаправленной координации всего комплекса работ, связанных с форми рованием, оценкой, сертификацией и освоением потенциальных ТГМ путем выбора оптимальных методов их геологических исследований и технологий утилизации.

При этом, помимо реализации обоснованных инженерных подходов, созда ются также предпосылки для принятия оптимальных экономических решений и це ленаправленного привлечения инвестиций. С учетом реального потенциала более чем 500 потенциальных ТГМ Украины, высокой рентабельности их освоения (когда Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… удельные затраты по ряду основных компонентов в 5–15 раз ниже, чем при разра ботке природных месторождений), а также научно-технических возможностей в сфере материаловедения и перерабатывающих производств целесообразно примене ние предложенной системы нормативных, информационных и организационных ре шений на государственном, региональном, отраслевом уровнях и в международном сотрудничестве.

Библиографический список 1. Унификация терминов в сфере обращения с отходами / З.С.Бройде, Е.А.Макаров и др. // Проблемы сбора, переработки и утилизации отходов Сб. научных статей. Одесса: ОЦЭНТИ, 2000. С. 12– 2. ДСТУ 3911-99 (ГОСТ 17.9.0.1-99) «Охрана природы. Обращение с отходами. Выявление отходов и предоставление информационных данных об отходах. Общие требования». — К.: Госстан дарт Украины, 2000. — 10 с.

3. ДСТУ 3910-99 (ГОСТ 17.9.1.1-99) «Охрана природы. Обращение с отходами. Классифика ция отходов. Порядок наименования отходов по генетическому принципу и отнесения их к классификационным категориям». — К.: Госстандарт Украины, 2000. — 18 с.

4. ДСТУ 2195-99 (ГОСТ 17.9.0.2-99) «Охрана природы. Обращение с отходами. Технический паспорт отхода. Состав, содержание, изложение и правила внесения изменений» (взамен ГОСТ 17.0.0.05-93/ДСТУ 2195-93). — К.: Госстандарт Украины, 2000. — 20 с.

5. Harmonisation of legal basis for management of industrial waste treatment with EU Regulations & Standards /Z.Broyde, Yu.Bespalov, J.-C.Guillaneau // Abstracts of 3rd International Congress on Waste Management: Moscow: 3-6 June 2003. P. 359–360.

Бройде З.С., Макаров Е.А., Бройде Г.З., УДК 622.833/.838:622.84/. Канд. техн. наук ШАМАЕВ В.В., инж. КУЛИШ Е.В. (ДонНТУ) ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННЫХ РЕСУРСОВ ПРИ ОСВОЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Проблема комплексной экономической оценки всех аспектов освоения месторождений полезных ископаемых в начале XXI века стала весьма актуальной.

Только в Украине бюджет выделяет на геологические разработки 347 млн. гривен, а возвращается всего — 67 млн. Начиная с 70-х годов XX столетия общество кроме затрат на разведку, подготовку и эксплуатацию месторождений вынуждено нести затраты и после прекращения добычи полезного ископаемого. Это вызвано рядом причин. Во-первых, процессами деформирования массива горных пород, про должающимися в течение многих лет после отработки пластов.

Горнопромышленный регион — это, как правило, область земной коры с высокой плотностью застройки и неуправляемые процессы деформаций вызывают повреждение и разрушение сооружений, коммуникаций и др. объектов. Во-вторых, миграцией газов и флюидов из выработанного пространства через системы техногенной трещиноватости. В сочетании с процессами деформирования массива перераспределение в массиве горных пород флюидов (в первую очередь подземных вод) приводит к изменению уровня грунтовых вод, засолению и затоплению почв, проникновению агрессивных шахтных вод в водоемы и водоводы (каналы) с питьевой водой, в которой горнопромышленные регионы испытывают острую нехватку. Выделяющиеся из недр газы и токсичные элементы таят ряд опасностей, предотвращение которых требует значительных затрат не только в промышленности, но и в социальной сфере. Так, например, скопления метана могут Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… вызывать взрыв. Продукты разложения полезного ископаемого могут вызывать на рушение деятельности организма, а такие газы как радон — психосоматические рас стройства, что может вызвать даже обострение социальной напряженности в регио не. Накопление отходов горного производства и продуктов переработки приводит к отчуждению плодородных земель, необратимым изменениям почвенного покрова, индуцирует экологически опасные физико-химические процессы. Продолжитель ность протекания таких процессов составляет десятилетия.

Все это обуславливает необходимость затрат в течение длительного времени на поддержание систем дегазации, водоотливов, тушение отвалов, проведение эко логического и геодезического мониторинга и пр. Следовательно модель затрат на освоение месторождения полезных ископаемых можно представить в следующем виде.

Q = Q p + Q э + Q л + Qп + Q к, (1) где Q p — затраты на разведку месторождения;

Qэ — затраты на подготовку объек та к промышленной эксплуатации (строительство предприятий горнопромышленно го комплекса, объектов социального комплекса и т.п.);

Q л — затраты на ликвида цию объекта горнопромышленного комплекса;

Qп — затраты на поддержание сис тем горнопромышленного предприятия от которых зависит состояние экосистемы региона (систем водоотлива, дегазации, геодезического мониторинга и пр.);

Qк — затраты на внедрение компенсационных энергоактивных технологий (извлечение метана, утилизация газов и флюидов, геотермальной энергии, извлечение ценных компонентов из горной породы) использование которых позволяет в определенной мере компенсировать расходы на освоение месторождения.

Использование модели затрат в предложенном варианте позволяет:

1) повысить объективность экономической оценки освоения месторождений;

2) обеспечить комплексный и системный подход к планированию затрат в рамках региона и государства в целом;

3) учесть социальные и экономические последствия разработки месторожде ния, существенно снизить или предотвратить опасность экологических катастроф.

Кроме того, использование этой модели в качестве основы при определении технико-экономических параметров освоения месторождения открывает возможно сти для увеличения жизненного цикла горнопромышленного комплекса, сокращения периода его окупаемости и более рационального расчета эффективности освоения месторождения. Последнее обусловлено включением в модель затрат на внедрение компенсационных технологий Qк. Несмотря на то, что дополнение модели этим элементом, на первый взгляд, увеличивает суммарные затраты, при расчете окупае мости проекта позволяет сократить этот период за счет учета экономических выгод от утилизации полезных компонентов включенных в Qк. Аналогичный подход при меним к расчету эффективности проекта, т.к. как экономические выгоды, получае мые от внедрения компенсационных технологий, превышают затраты на их внедре ние.

Вторым моментом является необходимость комплексного подхода к развитию всей инфраструктуры региона и стратегическому планированию экономики региона вследствие указанных взаимосвязей между разными на первый взгляд отраслями.

Очевидно, что если горная промышленность погубит продовольственную и энерге Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… тическую промышленность, то затраты на поддержание и развитие региона значи тельно возрастут (см. рис.1.).

Нарушение любой из указанных на рисунке 1 связей резко увеличивает рас ходы на освоение месторождения.

В свою очередь эффективность работы предприятий горного комплекса обу словлена внешними и внутренними воздействиями (см. рис 2) Природные геофакторы являются доминантными (первичными) в этой систе ме. Их изменения протекают циклично, и эти закономерности изучают фундамен тальные дисциплины. Остальные факторы вторичны и, следовательно, с целью оп тимизации затрат можно попытаться вывить закономерности их взаимодействия и разработать модель прогноза с учетом изменения первичных геофакторов. Это пер вая часть проблемы.

Рис. 1. Схема взаимосвязи природных и социально-экономических процессов в горнодобы вающем регионе Рис. 2. Схема влияния внешних и внутренних воздействий на предприятие горнопромыш ленного комплекса Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Вторая часть проблемы заключается в поиске новых источников сырья или энергии в том же месторождении, использование которых существенно снизит рас ходы, т.е. повысит эффективность и рентабельность месторождения. Известны пред положения по вторичной переработке отходов горного производства и извлечения полезных минералов. Экономическая эффективность этого направления определяет ся геологией и геохимией шахтного поля, технологией добычи, методами и перио дами складирования или переработки сырья, климатическими особенностями и вре менем существования, а также эффективностью технологии вторичного извлечения ценных компонентов.

Однако кроме этого и аналогичных направлений существует и другое — из влечение энергоресурсов из локальных техногенных месторождений в горном мас сиве, образующихся вследствие поведения горных работ. Типичными примерами таких техногенных месторождений являются области расслоения горных пород, в которых скапливается метан или другие флюиды.

Время жизни таких техногенных месторождений сравнительно невелико (месяцы), а энергетическая и экономическая ценность значительны. По данным исследований выполненных авторами [1–3] объ емы полостей расслоения составляют порядка 10% от объема извлекаемого полезно го ископаемого. В то же время эволюция полостей расслоения обуславливает разви тие термоупругих деформаций, обусловленных перераспределением теплового по тока из недр. В отдельных случаях полости расслоения могут выступать в качестве очага геодинамического явления. Расслоения играют ту же роль, что и полости в уп ругой среде, вызывая концентрацию напряжений в одних направлениях и ослабле ние в других. Наблюдения за зонами расслоения показали уменьшение плотности среды и увеличение аномалии гравитации.

Массив горных пород — это область развития физико-механических явлений и деформационных процессов в результате ведения горных работ. В массиве можно выделить компетентные слои (определяющие процесс деформирования вмещающих его слоев). Слой противостоит давлению при деформировании таким образом, что его мощность изменяется незначительно, в то время как во вмещающих его неком петентных слоях происходит изменение мощности, вызванное неравномерными на грузками при деформировании.

В результате деформационных процессов протекающих в массиве горных по род в нем образуют полости и зоны расслоения. Согласно определению междуна родного общества по механике горных пород, расслоение есть такое нарушение сплошности в породном массиве, которое не связано со сколько-нибудь значитель ным смещением блоков.

Полости расслоения могут образовываться вследствие естественных или ис кусственных (техногенных) процессов. Естественными процессами обусловлены бу динаж, структуры расслоения или разлинзования. Когда толща, сложенная слоями пород с различными деформационными свойствами, подвергается неравномерному сжатию, в ней развиваются пластические деформации. В более жестких слоях обра зуется серия расслоений (будин), разделенных тонкими слоями, а более мягкие слои «обволакивают» эти расслоения. Расслоения также могут формироваться в результа те протекания геохимических реакций (растворения, выщелачивания и др.).

Техногенные процессы образования полостей расслоения, как правило, вызва ны ведением горных работ в массиве горных пород. При различной упругости от дельных слоев возникает значительная концентрация горизонтальных и практически полное отсутствие концентрации вертикальных деформаций. При различной упруго сти отдельных блоков (доменов) внутри слоя, наоборот, возникает высокая концен Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… трация вертикальных деформаций и незначительная — горизонтальных. В реальном массиве за счет изменчивости свойств как внутри слоев, так и между слоями, возни кает довольно сложное перераспределение деформаций, величина которых в локаль ных объемах во много раз (десятки, сотни) превышает деформации, возникающие в однородном массиве, что приводит к образованию полостей расслоения. Впервые теоретически доказал и научно обосновал появление расслоений в процессе дефор мирования массива горных пород А. Лабасс [4]. Образование расслоений при разра ботке пологих угольных и калийных пластов описано во многих работах. Однако для сложных горно-геологических условий крутопадающих пластов появление устойчи вых зон расслоения долгое время было спорным. Для проверки этого положения ав торами выполнены натурные исследования в Центральном районе Донбасса в зоне главной антиклинали. Исследовались процессы деформирования массива горных пород для условий щитовой выемки — наиболее перспективного технологического направления механизации очистных работ в этом районе. Экспериментальные ис следования выполнялись на участке западного крыла шахтного поля шахтоуправле ния им. Ю.А. Гагарина. Исследования охватывали толщу пород до горизонтов 710– 830 м в массиве выбросоопасных пластов «Соленый», «Девятка» и «Мазурка». Тех нология и организация проведения экспериментальных исследований подробно опи саны в работах [1,2,5], там же приведены горно-геологические сведения. Продолжи тельность эксперимента составила 27 месяцев. Развитие зон расслоения контролиро валось комплексным микросейсмическим и сейсмоакустическим методами, монито рингом скважинных глубинных деформометров, использованием волоконно оптического скважинного эндоскопа, а также путем нагнетания в полости расслое ния специального пластифицированного раствора [1].

По результатам комплексного экспериментального исследования установлено, что процессы развития и затухания полостей расслоения протекают периодически.

Выделены четыре основных этапа деформирования горного массива. Первый этап характеризуется плавным сдвижением слоев массива без разрыва сплошности (см.

рис. 3). На этом этапе физико-механические свойства компонентов слагающих мас сиве не меняются. Фазовое состояние минеральных групп и воды также неизменно.

На втором этапе развитие зоны деформирования массива междупластья над вырабо танным пространством вследствие образования несущего пролета, состоящего из крепких и мощных пород, появляются полости расслоения. На третьем этапе в ре зультате перераспределения деформаций в массиве полости расслоения перемеща ются в пространстве. Четвертый этап характеризуется плавным затуханием процес сов сдвижения и деформирования, а также закрытием полостей расслоения. Проис ходит стабилизация состояния геодинамической системы. Период протекания каж дого этапа зависит в первую очередь от горно-геологических условий (мощности вынимаемого пласта, угла падения и т.д.).

Установлено, что процессы сдвижения и деформирования носят циклический характер и сопровождаются образованием систем локальных трещин и полостей рас слоения. Процессы расслоения и деформирования массива начинаются сразу за прохождением забоя, а их развитие протекает в направлении движения забоя со смещением в сторону нетронутого массива (по простиранию пласта). Деформирова ние массива протекает в четыре этапа: плавное сдвижение горных пород, развитие расслоений, смещение расслоений в пространстве и закрытие расслоений. «Муаро вые» пульсации геодеформационного поля прослеживаются и в пульсациях глубин ных деформационных структур, вызывающих попеременные деформации сжатия и растяжения слоев массива. Однако эти пульсации не влияют на цикличность проте Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… кания основных этапов деформирования и расслоения горных пород и не могут при вести к разрушению и расслоению породных слоев, но в тоже время оказывают влияние на величину раскрытия расслоений и вызывают сейсмическую дилатан сию — множественное хрупкое разрушение неоднородного горного массива (явле ние стреляния и растрескивания пород и др.).

Рис. 3. Основные этапы деформирования массива горных пород с образованием областей расслоения Практическая значимость полостей расслоения в первую очередь определяет ся такими параметрами как объем. Выполним оценку этого параметра исходя из по лученных результатов деформирования массива. Как показано в работах [1, 3] фор мулы расчета оседаний слоев во времени имеют вид:

t = max i S t ;

(2) max i = S t, (3) t T где S t, S t — безразмерные коэффициенты, характеризующие оседание и неравно мерность оседания репера во времени. На основании изложенного в работе [1] коэф фициенты принимаются равными соответственно:

S t = e 2,8t ;

(4) S t = 5,6 t e 2,8t. (5) Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Подставив выражения в формулы (2) и (3), получим:

t = max i e 2,8t ;

(6) max i 5,6 t e 2,8t.

t = (7) T Полученные зависимости позволяют определить объемы полостей расслое ния, динамику их развития во времени и пространстве. Так, для определения объема полостей расслоения необходимо проинтегрировать кривую оседания и умножить на площадь основания. Как показано в работах [3, 6], величина оседания слоя составля ет 0,7…0,9 мощности пласта. Следовательно, суммарное раскрытие полостей рас слоения в плане с некоторым запасом можно принять равным площади отработан ной полосы. Отсюда объем развившихся полостей расслоения можно представить в следующем виде:

я = + S V рассл = S пл 0,2 m dz, (8) z я = я = + S где d z = 0,5 — площадь поперечного сечения полости расслоения. Тогда:

z я = S рассл 0,2 m 0, V рассл =. (9) S пл т Vвыр.пр После преобразований получим:

V рассл = 0,1, (10) Vвыр.пр т.е. объем развившихся полостей расслоения 0,1 объема выработанного простран ства.

Этот вывод, а также зависимости (6) и (7) были использованы авторами при разработке способов активного управления состоянием массива горных пород.

Во время проведения эксперимента в зону расслоения массива горных пород было закачано 510 м3 специального пластифицированного раствора, что составило 12% объема выработанного пространства и хорошо согласуется с расчетными дан ными. Режим нагнетания соответствовал изменениям поля деформаций для данного района.

Отработка крыла привела к появлению в массиве междупластья областей рас слоения объемом свыше 5000 м3. Принимая во внимание количество заполнившего эти области свободного и физически связанного метана, энергетическая ценность которого значительно превышает теплотворную способность угля, можно утвер ждать, что использование техногенных месторождений газа экономически оправда но. Используемый газ можно использовать не только для сжигания, но и как мотор ное топливо для автотранспорта, хранить длительное время и транспортировать в виде гидратов метана и в других целях.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.