Обоснование режима открытых горных работ на техногенных образованиях, сопряженных с эксплуатацией медно-колчеданных месторождений

Актуальность работы. Поиск дополнительных источников минерального сырья является одним из наиболее актуальных направлений развития горнодобы- вающей промышленности, обеспечивающих восполнение минерально-сырьевой базы России, что является важнейшей составляющей экономического роста. Ана- лиз современного состояния минерально-сырьевой базы РФ свидетельствует о том, что интенсивная отработка высокорентабельных месторождений привела к истощению благоприятных к выемке запасов и необходимости вовлечения в экс- плуатацию бедных, ранее некондиционных руд и техногенного сырья. В этой связи, в настоящее время важнейшим направлением повышения эф- фективности функционирования горнотехнических систем, особенно при добыче руд цветных, драгоценных и редких металлов, является комплексное использова- ние георесурсов недр Земли. В мировой практике прослеживаются перспектив- ные направления комплексного освоения недр, связанные с управлением отхо- дами недропользования путем их использования в различных сферах. Кроме того, накопление отходов горнопромышленного комплекса приводит к интенсивному загрязнению окружающей среды. Ежегодно в результате освоения месторожде- ний полезных ископаемых на поверхности земли складируется более 8 млрд т твердых отходов. Сложившаяся ситуация в области обращения с отходами не только создает реальную угрозу здоровью населения и жизнедеятельности организмов в горно- промышленных регионах, но и приводит к потере качества складированного тех- ногенного минерального сырья при его хранении. В связи с тем, что уровень эко- логического воздействия хвостохранилищ на экосистему регионов имеет прямую связь с технологией и продолжительностью складирования и хранения отходов, особую опасность представляют старогодние хранилища отходов переработки руд, складирование которых происходило десятки лет назад. Среди огромного количества источников загрязнения окружающей среды следует выделить отходы переработки медно-колчеданных руд в связи с высоким классом их опасности. Это обусловлено тем, что активное окисление минералов в процессе хранения в хвостохранилище ввиду наличия в вещественном составе хвостов сульфидной составляющей, приводит к образованию вторичных минера- лов, способствующих образованию в растворах значительной концентрации сер- ной кислоты, которая служит хорошим растворителем и способствует образова- нию кислотного дренажа с миграцией металлов в окружающую среду. Наряду с ухудшением экологических показателей среды горнопромышлен- ных регионов, следует отметить, что длительная разработка большинства медно- колчеданных месторождений сопровождается устойчивой тенденцией истощения минерально-сырьевых ресурсов и снижения качества добываемых руд. Такая си- туация весьма характерна для минерально-сырьевой базы Южного Урала, где раз- работка медно-колчеданных руд ведется на протяжении длительного времени. Современное состояние горной промышленности требует развития ресур- сосберегающих технологий, предусматривающих высокую полноту извлечения запасов из недр, обеспечение извлечения сопутствующих ценных компонентов, снижение техногенной нагрузки на компоненты окружающей среды с освобожде- нием территорий от складированных отходов. Это предопределяет необходи- мость обоснования режима горных работ, в основу которого должны быть зало- жены результаты комплексных исследований состава, структуры и свойств сырья техногенных образований для районирования разрабатываемого объекта и вы- бора порядка его разработки. Обоснование технологических решений по утилизации техногенного сы- рья посредством его эффективного и своевременного вовлечения в эксплуатацию, сформированных в период складирования и хранения отходов переработки медно-колчеданных руд, является актуальной научно-практической задачей. Целью работы является обоснование режима горных работ, обеспечиваю- щего планомерную, безопасную и эффективную разработку старогодних техно- генных образований, сформированных из отходов переработки медно-колчедан- ных руд, для снижения экологической нагрузки и расширения минерально-сырь- евой базы горнодобывающего предприятия. Идея работы состоит в том, что обоснование режима горных работ, обес- печивающего планомерную, безопасную и эффективную разработку старогодних техногенных образований из отходов переработки медно-колчеданных руд со снижением экологической нагрузки на горнопромышленный регион должно ба- зироваться на определении наличия и особенностей развития зоны гипергенеза, качественно-количественных характеристик преобразованного в ней техноген- ного сырья с учетом влияния закономерностей окислительных процессов на из- менение его физико-механических характеристик. Достижение поставленной цели и реализация идеи обеспечены решением следующих научно-практических задач:  обобщение и систематизация практики оценки и эксплуатации техноген- ных минеральных образований из отходов переработки руд в свете перспектив повышения полноты и комплексности освоения недр;  развитие научно-методического подхода к районированию хранилищ от- ходов переработки медно-колчеданных руд с установлением закономерностей развития процессов сегрегации, цементации и вторичного минералообразования, протекающих в техногенных массивах;  исследование закономерностей изменения в результате гипергенеза ве- щественного состава, физико-механических и физико-химических характеристик техногенного сырья на примере старогоднего хвостохранилища Сибайской обо- гатительной фабрики, как перспективного объекта расширения минерально-сырь- евой базы Южно-Уральского горнопромышленного региона;  выбор технико-технологических решений и обоснование режима откры- тых горных работ на старогоднем хвостохранилище Сибайской обогатительной фабрики с оценкой эколого-экономической эффективности. Предмет исследования: закономерности изменения состава и свойств тех- ногенного сырья по глубине и площади техногенного объекта, с учетом распро- странения зоны гипергенеза, а также особенностей характеристик сырья, опреде- ляющих выбор технологии разработки техногенного образования, сформирован- ного в результате складирования и хранения отходов переработки медно-колче- данных руд. Объект исследования: техногенные образования, сформированные в пе- риод складирования и хранения отходов переработки медно-колчеданных руд ме- сторождений Южного Урала Методы исследования. Анализ и обобщение фундаментальных исследо- ваний в части изучения особенностей преобразования состава и структуры техно- генных образований, сформированных из отходов обогащения медно-колчедан- ных руд, а также выбора технологии разработки с учетом установленных законо- мерностей строения; анализ первичной информации о природных типах руд медно-колчеданных месторождений и изучение горно-геологических условий сформированного в результате их переработки старогоднего хвостохранилища; комплексное исследование химического состава хвостов обогащения в независи- мых лабораториях методами атомно-эмиссионной и рентгенофлуоресцентной спектрометрии; рентгеноструктурный анализ на дифрактометре SHIMADZU XRD-6000; оптико-минералогический анализ хвостов под микроскопом Olympus BX41 на базе анализатора «Минерал С7»; исследование растворимости минераль- ных форм; физико-механические испытания образцов техногенного грунта; со- здание на основе полученных данных геомеханических моделей устойчивости техногенного массива; применение геоинформационных и горно-геологических информационных систем для моделирования рельефа (ArcGIS и QGIS) и создания блочной модели хвостохранилища (ГГИС Micromine).