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 | 2 ||

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

-- [ Страница 3 ] --

Экономические выгоды этих направлений детально рассмотрены авторами в работах [7–9]. Использование технологии извлечения и утилизации метана из зон рас Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… слоения в условиях шахт производственных объединений «Донецкуголь», «Красноар мейскуголь», «Артемуголь» позволит на 70–75% увеличить объемы извлекаемого газа и снизить выбросы метана в атмосферу, и повысить экономическую эффективность предприятий минимум в 1,3–1,5 раза. Реализация проектов извлечения и утилизации шахтного метана возможна в проектах разного срока. Краткосрочные (1–2 года) про екты на отдельных шахтах для улучшения дегазации и повышения безопасности ве дения горных работ, увеличения нагрузки на очистной забой. Газ используется для удовлетворения текущих потребностей предприятия. Проекты средней продолжи тельности (2–5 лет) — с внедрением новых технологий извлечения газа и с создани ем систем передачи и распределения газа. Долгосрочные проекты (5–10 лет) предпо лагают использование метана в рамках энергетической стратегии развития региона.

Эффективность проектов оценивалась путем экономического анализа альтернативных вариантов для 6 угольных объединений Донбасса.

В настоящей работе предлагается внедрение в практику технологии извлече ния и утилизации шахтного метана из техногенных месторождений в отрабатывае мых и уже отработанных шахтных полях (в частности из зон расслоения). В основу технологии извлечения положена модель деформирования массива с образованием полостей расслоения, вскрываемых направленными вертикально-горизонтальными скважинами, которые бурятся с поверхности или вышележащих горизонтов. Вне дрение технологии извлечения и утилизации газа позволит снизить дефицит энерго ресурсов в регионе и стране. Применение указанных технологий в сочетании с мето дами активного управления состоянием массива (управления деформационными процессами) позволит предотвратить техногенные и экологические катастрофы.

Библиографический список 1. Шамаев В.В. Исследование деформационных полей в массиве горных пород при отработке месторождений полезных ископаемых в сложных геотехнических условиях Центрального района Донбасса. — М.: ИПКОН АН СССР, 1988. — 48 с.

2. Шамаев В.В. Влияние технологии извлечения полезных ископаемых на состояние геоде формационного поля и деформирование горных пород // Физика и техника высоких давлений. — Ки ев, Наукова думка, 1989. — Вып. № 32. — С. 57–66.

3. Шамаев В.В. Закономерности эволюции расслоений в массиве горных пород обусловлен ные геодеформационными полями // Физика и техника высоких давлений. — Киев, Наукова думка, 1990. — Вып. № 33. — С. 58–70.

4. Лабасс А. Управление кровлей посредством обрушения. // Международная конференция по горному давлению. — М.: Углетехиздат, 1957. — С. 61–85.

5. Шамаев В.В., Рязанцев Н.А. О природе формирования деформационных структур в мас сиве горных пород и их связи с аномальными геодинамическими явлениями. // Физика и техника вы соких давлений. — Киев, Наукова думка, 1990. — Вып. № 34. — С. 46–55.

6. Шамаев В.В. Развитие концепции деформационных структур в проблеме контроля и про гноза состояния массива горных пород // Физика и техника высоких давлений. — Киев, Наукова дум ка, 1992. — Т. 2. — № 1. — С. 58–69.

7. Шамаев В.В., Варзар Л.Э. Технология утилизации шахтного метана // Изв. Донецкого горного института, 1999. — №2. — С. 110–114.

8. Кулиш Е.В., Шамаев В.В. Экономические аспекты использования шахтного газа в разви тии инфраструктуры энергоресурсов региона // Материалы 2 международной конференции молодых ученых «Экономика и маркетинг», ДонНТУ, 2001. — С. 94–95.

9. Кулиш Е.В., Шамаев В.В. Эколого-экономические аспекты использования шахтного газа в регионе // Материалы 1 международной конференции «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», ДонНТУ, 2002. — С. 89–91.

Шамаев В.В., Кулиш Е.В., Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… УДК 556.314:551.491. Канд. геол.-мин. наук ВЫБОРОВ С.Г., инж.-гидрогеолог ПАВЕЛКО А.И., инж.-геолог ЩУКИН В.Н. (Промышленно-экологический союз «Донбасс-Азовье, XXI век») ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВОДОВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ Эпигенетические изменения водовмещающих пород имеют широкое распро странение в пределах геологической среды. Наиболее полно они изучены в связи с месторождениями полезных ископаемых [1].

Под действием различных эпигенетических процессов формируются разнооб разные по структурно-вещественным признакам эпипороды или вторичные породы.

Частным случаем проявления эпигенеза являются гидротермально метасоматические образования (гидротермалиты), с которыми связаны многочис ленные месторождения полезных ископаемых [2].

Эпигенетически процессы выходят за рамки превматолитово гидротермального и средне-низкотемпературного гидротермального метосамотоза.

Они широко проявлены в приповерхностных условиях зоны гипергенеза. Формиро вание кор выветривания, различных зон окисления, в целом развитие вторичной ми нерализации под действием определенно направленных физико-химических процес сов обязано эпигенезу.

В связи с этим эпигенетические изменения можно определить как структурно вещественные преобразования материнских пород, когда их первичные структур ные, физико-механические, минерало-петрографические и геохимические параметры под действием неравновесных условий в системе вода-порода, обусловленных раз личными природными или техногенными процессами, изменяются и при этом воз никает совершенно новая среда с набором эпипород различной степени замещения.

Изъятые из недр земли разнообразные полезные ископаемые и продукты их переработки создают в приповерхностной части земли неравновесные условия, ко торые приводят к различного рода изменениям. Широкий круг химических элемен тов, вовлеченных в кругооборот под действием техногенных процессов, загрязняет подземные воды. Известно, что гидрохимическая специализация грунтовых вод во многом обусловлена составом водовмещающих пород [3]. Природные воды находят ся в относительном равновесии с вмещающей их средой.

Химически агрессивные загрязненные техногенные воды, попадая в водонос ные горизонты, нарушают сложившееся равновесие в системе вода-порода. При этом под действием техногенных вод загрязняется не только вода, но и происходят интен сивные эпигенетические преобразования водовмещающих пород. Неизбежно, хими чески агрессивная вода приводит к изменению их структурно-вещественных пара метров до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие в системе раствор-порода. В результате вокруг очага загрязнения формируется ореол эпигенетического замеще ния водовмещающих пород, имеющий закономерное внутреннее строение. Породы, изменяясь под действием техногенеза, локализуют данный негативный процесс в пределах ограниченного пространства, аккумулируют большие объемы загрязните лей, которые слагают минеральную основу и определяют геохимическую специали зацию вновь образующихся эпипород.

Гидрохимические параметры техногенных вод определяются набором макро и микрокомпонентов. При этом макрокомпоненты определяют состав минерализа ции вод, к ним относятся вещества, содержания которых превышают 10 мг/дм3. Это Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, реже нитраты, фториды, фосфаты, карбонаты, а также кальций, магний, натрий, реже железо. Микроэлементы характеризуют гид рогеохимическую специализацию вод, их концентрация не превышает 10 мг/дм3.

Данное деление условно, однако имеет под собой определенное обоснование. Со держание макрокомпонентов в воде более устойчиво. Оно имеет относительно рав номерное распределение в пределах водоносного горизонта. Их концентрация изме няется постепенно. Распределение микроэлементов в пределах водоносных горизон тов носит неравномерный дискретный характер. Высокие концентрации на незначи тельном расстоянии сменяются низкими, с разницей в 100 и более раз. Несмотря на это, микрокомпоненты закономерно локализуются в пределах эпигенетического оре ола, концентрируясь в определенных зонах.

Это обусловлено тем фактором, что по отношению к любому природному или техногенному процессу замещения все макро- и микрокомпоненты подразделяются на:

главные, которые концентрируются в эпицентрах аномалий и определяют фи зико-химическую и минералого-геохимическую направленность процесса;

сопутствующие, концентрация которых возрастает в пределах аномалий и связана с содержанием главных компонентов;

деконцентрирующиеся, которые испытывают вынос из эпицентров ореола эпигенеза, локализуясь в его периферийных зонах;

инертные, концентрация которых остается практически неизменной.

При этом существует закономерность — чем масштабнее и полнее проявлен процесс эпигенетического замещения, тем отчетливее выражены зональность, диф ференциация макро- и микрокомпонентов, тем больший их круг вовлечен в данный процесс и тем более четко определена позиция компонентов в пределах выделенных групп.

Представленная теоретическая база имеет большое практическое значение при определении источников загрязнения и масштабов его проявления. Последнее связано со способностью водовмещающих пород локализовать большие объемы за грязнителей и тем самым ограничить распространение загрязненных вод в пределах определенного пространства. Зная закономерности строения ореолов эпигенеза, можно, при регулярных наблюдениях, определить скорость продвижения процесса загрязнения. Все это делает весьма актуальным проведение более полного изучения закономерностей строения ореолов эпигенеза, их минералого-геохимических осо бенностей.

Такого рода исследования проведены авторами в районе влияния золоотвалов Луганской ТЭС в 2002 году [4].

В геологическом строении территории размещения золоотвалов принимают участие породы мелового и четвертичного возрастов. Верхнемеловые породы пред ставлены светло-серыми глинистыми мергелями, мелоподобными мергелями с вы соким содержанием кремниевой гальки. Мощность отложений составляет около 400 м. Четвертичные аллювиальные отложения представлены в основном, разнозер нистыми песками с прослоями глин, суглинков. Максимальная мощность данных отложений в пределах изучаемого участка составила 21 м.

Выделяемые два горизонта подземных вод связаны с аллювиальными четвер тичными и верхнемеловыми отложениями. Водовмещающие породы водоносных горизонтов разделены регионально выдержанной закольматированной зоной верх ней части трещиноватых меловых отложений. Между водоносными горизонтами и Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… поверхностными водами рек Северский Донец, Айдар и Евсуг существует тесная гидравлическая связь. При этом атмосферные осадки и техногенные воды в резуль тате инфильтрации проникают в аллювиальный водоносный горизонт и далее через гидрогеологические «окна» зоны кольматации в воды верхнего мела. Разгружаются подземные воды в местную гидрографическую сеть в реки Северский Донец, Айдар и Евсуг, куда направлен уклон подземного потока.

Промышленно-экологическим союзом «Донбасс-Азовье, XXI век» в районе влияния золоотвалов Луганской ТЭС организована режимно-наблюдательная сеть, состоящая из 40 скважин. При этом 20 скважин оборудованы на аллювиальный го ризонт и 20 на верхнемеловой.

Однозначно устанавливается значительное техногенное воздействие на под земные воды и водовмещающие породы со стороны золоотвалов Луганской ТЭС.

При этом набор компонентов-загрязнителей для аллювиального и верхнемелового горизонтов одинаков. Аномальные концентрации устанавливаются для: минерализа ции до 2,04 ПДК;

сульфатов до 1,46 ПДК;

хлоридов до 1,73 ПДК;

железа до 2, ПДК;

марганца до 1,5 ПДК;

цинка до 1,5 ПДК;

меди до 1,1 ПДК;

никеля до 5,2 ПДК;

кобальта до 2,2 ПДК;

свинца до 2,1 ПДК;

кадмия до 2,3 ПДК.

Выделенные суммарные ореолы загрязнения имеют тесную пространствен ную и генетическую связи с золоотвалами № 1 и № 2. Их форма согласуется с на правлением движения подземных вод в сторону Счастьинского, Петровского водо заборов питьевой воды и к р. Северский Донец (рис. 1).

Наличие генетически однородного источника загрязнения подземных вод по зволяет утверждать об однонаправленном техногенном процессе, проявленном на исследуемой территории и имеющем отчетливо выраженные физико-химические, гидрогеохимические и минералого-геохимические закономерности развития.

В эпицентрах загрязнения распространены воды с преобладанием сульфат аниона и натрий-катиона. Анионный состав воды закономерно меняется от центра ореола загрязнения к периферии в следующем порядке: сульфатный сульфатно хлоридный хлоридный хлоридно-гидрокарбонатныйгидрокарбонатный.

Этим представлена колонка замещения природных гидрокарбонатных вод техноген ными. Анионы сильных кислот замещают анионы слабых кислот.

Устанавливается также закономерная смена катионного состава воды в на правлении: натриевый натрий-кальциевый кальциевый кальций-магниевый.

Здесь отмечается щелочная направленность процесса загрязнения, когда в эпицентре концентрируются щелочи, которые сменяются субщелочными металлами и далее основаниями.

Ярко выраженная зональность может свидетельствовать о полноте проявле ния процесса преобразования воды и вмещающих ее пород. Загрязненные воды в процессе фильтрации вдоль пласта водовмещающих пород очищаются, загрязняю щие компоненты при этом связываются веществом вмещающих пород, которые в результате этого претерпевают значительные структурно-вещественные изменения.

Процесс замещения имеет определенную щелочно-сульфатную направленность.

В связи с тем, что в системе вода — вмещающая порода с течением времени устанавливается относительное равновесие, состав воды различных зон эпигенеза соответствует минералого-геохимическим особенностям вмещающей среды в преде лах этих зон.

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Рис. 1. Гидрохимическая зональность эпигенетического ореола: 1 — контур ореола суммар ного загрязнения;

2 — хлоридно-сульфатные натриевые воды;

3 — сульфатно-хлоридные натрий-кальциевые воды;

4 — хлоридные кальциевые воды;

5 — гидрокарбонатно хлоридные магний-кальциевые воды Таким образом, в процессе техногенного загрязнения формируется зонально построенный ореол эпигенетически измененных вмещающих воду пород, которые определяют закономерности изменения состава воды от эпицентров ореола загряз нения к его периферии. Колонка эпигенетического замещения новообразованных минералов в этом направлении выглядит так: сульфаты натрия сульфаты и хлори ды кальция хлориды кальция хлориды кальция и магния гидрокарбонаты кальция и магния гидрокарбонаты и карбонаты кальция. Для неизмененной части колонки характерно преобладание карбонатов кальция, в меньшей степени магния и железа. Новообразованные минералы ореола эпигенеза могут развиваться автоморф но, заполняя поры и пустоты вмещающих пород, и псевдоморфно, замещая первич ные минералы зерно на зерно. При этом наблюдается закономерный баланс вещест ва, сопровождающийся привносом техногенных компонентов и выносом из зон из менения компонентов материнских пород и переотложением их на периферии орео ла. Компонентами претерпевающими значительный вынос в условиях щелочно сульфатного эпигенеза могут быть для песков, вмещающих аллювиальный водонос ный горизонт — SiO2, а для мергелей верхнего мела — CO3, SiO2 и CaO.

Эпигенетические изменения водовмещающих пород под действием… Кроме того, отмеченные вещественные изменения вмещающих пород сопро вождаются структурными преобразованиями и изменениями их физико механических свойств, что, возможно, влияет на скорость заиления скважин РНС.

Меняются также фильтрационные свойства водовмещающих пород, что вносит из менения в гидродинамический режим подземных вод исследуемого района.

Корреляционным анализом устанавливается отчетливая дифференциация микроэлементов в результате техногенеза. Выделяются две ассоциативные группы элементов: 1) Ni-Ge-Cu-Fe;

2) Zn-Mn-Co-Pb-Sr-Cr. Между этими группами устанав ливается значимая отрицательная связь, то есть увеличение концентрации элементов одной группы сопровождается снижением концентрации элементов другой группы.

Это также свидетельствует о различных условиях локализации данных микроэле ментов в пределах ореолов эпигенетически измененных водовмещающих пород. Pb, Co, Mn, Cr, Zn и Sr связаны с компонентами центральных и промежуточных зон оре ола техногенеза: SO42-, Ca2+, Cl-, - то есть они концентрируются ближе к эпицентрам.

В то время как Ni, Cu, Fe и Ge образуют значимую отрицательную связь с SO42-, Na++K+, Ca2+ и Cl- и положительную связь с CO32-, то есть они испытывают вынос на периферию ореола.

Таким образом, процесс загрязнения водоносных горизонтов имеет однона правленный сульфатно-щелочной характер развития, приводящий к формированию зонально-построенного эпигенетического ореола с закономерной дифференциацией макро и микрокомпонентов как в воде, так и во вмещающих ее породах.

Выводы:

1. В процессе техногенного загрязнения подземных вод формируется ореол эпигенетически измененных водовмещающих пород.

2. В пределах ореола эпигенеза локализуются большие объемы компонен тов — загрязнителей, в процессе преобразования вмещающих воду пород происхо дит очищение воды.

3. Ореол эпигенеза имеет закономерное, зональное строение по отношению к источнику загрязнения. В процессе его формирования происходит вполне опреде ленная дифференциация и локализация макро- и микрокомпонентов.

4. Замещение первичных пород сопровождается формированием эпипород, имеющих собственную структуру, минеральный состав и геохимическую специали зацию.

5. Данный подход к изучению процессов техногенного загрязнения имеет большое практическое значение при определении источников загрязнения и масшта бов его проявления.

Библиографический список 1. Омельяненко Б.И. Околорудные гидротермальные изменения пород. — М: Недра, 1978. — 216 с.

2. Плющев Е.В., Ушаков О.П., Шатов В.В., Беляев Г.М. Методика изучения гидротер мально-метосамотических образований. — Л: Недра, 1982. — 262 с.

3. Шварцев С.Л., Пиннекер Е.В., Перельман А.И. и др. Основы гидрогеологии. Гидрогео химия. — Новосибирск: Наука, 1982. — 288 с.

4. Павелко А.И., Щукин В.Н., Выборов С.Г. Мониторинг качества поверхностных и под земных вод в районе промплощадки Луганской ТЭС (с учетом золоотвалов). Информационный от чет — Донецк, 2002. — 65с. Фонды Промышленно-экологического союза «Донбасс-Азовье, XXI век»

Выборов С.Г., Павелко А.И., Щукин В.Н.,

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 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.