Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ На правах рукописи
ЫСАКОВ АБИБИЛЛА ЖААНБАЕВИЧ
Методика разведки и уменьшения экологических проблем на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызстана Специальности:
25.00.11. - Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения;
25.00.36. - Геоэкология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Москва - 2012
Работа выполнена в Российском университете дружбы народов (Россия) и Институте горного дела и горных технологий им. академика У. Асаналиева (Кыргызстан) Научные руководители: доктор технических наук, профессор Воробьев А.Е.
доктор геолого-минералогических наук, профессор Шамшиев О.Ш.
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Рогов В.М.
доктор геолого-минералогических наук, профессор Хуторской М.Д.
Ведущая организация: Российский государственный геологоразведочный университет им.
С.Орджиникидзе
Защита диссертации состоится л16 мая 2012 г. в 1530 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.203.25 при Российском университете дружбы народов по адресу: г. Москва ул. Орджоникидзе 3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУДН по адресу:
117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
Автореферат разослан л___ ___________2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук Е.В. Карелина ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. Исследуемый регион относится к Южно Ферганской сурьмяно-ртутной провинции, где геолого-поисковые работы проводились с 30-х годов ХХ века. Здесь расположена преобладающая часть сурьмяных, ртутных, а также комплексных месторождений Кыргызстана, эксплуатация которых продолжается до настоящего времени. Интенсивность развития геологоразведочных, а также эксплуатационных работ (с применением как традиционных, так и новых современных технологий) неизбежно оказывает влияние на сложившиеся экосистемы.
Основными составляющими экосистемы являются поверхностные и подземные воды, а также ледники в виде твердых запасов воды. Водные артерии исследуемого региона берут начало из осевой части известных гор Алайского хребта, и охватывают практически весь южный регион Кыргызстана. К ним относятся реки:
ейлек, Бирксу, Сох, Шахимардан, Исфайрам, Абшир, Кыргызата, Акбура, Гулча, Карадарья, которые питают главную реку Центральной Азии Сырдарью. Сырдарья, являясь основной водной артерией государств Кыргызстана, Узбекистана и Таджикистана имеет стратегическое значение для данных республик.
Сохранение экологической безопасности при геологоразведочной и горнодобывающей деятельности на сурьмяно-ртутных месторождениях может предотвратить возможные нарушения исходного равновесия экосистемы Центральной Азии.
Поисково-разведочные работы в рудных районах, а также в пределах эксплуатируемых месторождений проводились, как правило, буровыми скважинами.
Большая часть бурения скважин осуществляется с применением буровых растворов, основанных на довольно токсичных химических реагентов.
С учетом того, что в каждой скважине после ликвидационных работ сохранятся остаточные буровые растворы (примерно около 1 м3), то этот объем бурового раствора в сумме по всем скважинам исследуемого региона нанесет огромный ущерб его экологии. Любые геотехногенные, сейсмические процессы могут благоприятствовать попаданию буровых растворов, как в подземные, так и поверхностные воды. Благодаря геологическим особенностям рассматриваемого региона подземные и поверхностные воды нередко связаны между собой.
Сохранение буровых растворов в разведочных скважинах, а также дальнейшее их попадание в подземные воды наблюдаются почти повсеместно на сурьмянортутных месторождениях Хайдаркан, Кадамжай, Чаувай, Улутоо и Терексай, что негативно влияет на биосферу региона.
В связи с вышесказанным, весьма актуальным является геоэкологическое изучение существующих сурьмяно-ртутных объектов исследуемого региона с целью обеспечения охраны и рационального использования природной среды, а также хозяйственной деятельности человека при проведении геологоразведочных работ.
Главной задачей данной работы является геоэкологическое изучение сурьмяно-ртутной провинции Кыргызстана, а также выявление влияния природных и антропогенных факторов на экосистему в процессе поисково-разведочных, горных работ в данном регионе.
Для достижения данной цели и решения задачи, необходимо выполнение следующих исследований:
1. Выявить морфогенетические принадлежности сурьмяно-ртутных оруденений Кыргызской Республики и провести геоэкологический анализ.
2. Разработать классификацию по физико-механическим свойствам рудных и рудовмещающих горных пород с целью определения оптимального расхода взрывчатых веществ химически не влияющих на природную среду.
3. Разработать и рекомендовать буровой раствор, экологически мало влияющий на загрязнение почв, поверхностных и подземных вод.
4. Выдать рекомендации по сокращению применения бурового раствора с химическими реагентами, негативно влияющими на хозяйственную деятельность человека и сложившуюся экосистему региона.
5. Оценить эколого-экономический эффект экологически безвредного бурового раствора на пектиновой основе.
Методы исследований.
1. Метод актуализма использован при анализе опубликованной, фондовой литературы в сравнении с описанием известных рудных объектов региона и объектами за его пределами.
2. При анализе экспериментальных материалов использованы современные и математические методы с применением разработанных компьютерных программ.
3. При оценке эффективности разработанной технологии проводились лабораторные и экспериментальные исследования.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Выявлены синдиагенетические, синэпигенетические, экзогенноэпигенетические особенности оруденения стратиформных сурьмяно-ртутных оруденений, влияющие на утечку и миграции бурового раствора при проведении геологоразведочных работ.
2 Составлена классификация по физико-механическим свойствам горных пород и руд, а также зависимость расхода взрывчатых веществ от группы пород.
3 Разработан и рекомендован буровой раствор на пектиновой основе, обезвреживающий загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод, при проведении геологоразведочных и горных работ для каждой из выделенных групп пород.
4 Выдана рекомендация по сокращению применения бурового раствора с химическими реагентами, негативно влияющими на хозяйственную деятельность человека при проведении геологоразведочных, горных и эксплуатационных работ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
а) подтверждены полигенность и полихронность стратиформно сурьмянортутного оруденения Кыргызской Республики и выявленных их морфогенетические особенности, влияющие на расходы и миграции бурового раствора;
б) дополнена ранее существующая классификация горных пород сурьмянортутных месторождений (по буримости) по физико-механическим свойствам горных пород, влияющая на хозяйственную деятельность человека и экосистему региона при эксплуатации природных ресурсов;
в) определены оптимальные соотношения компонентов и параметров пектинового раствора для бурения скважин на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызской республики, которые снижают экологическое загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод.
Практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:
а) Определенные морфогенетические особенности стратиформного сурьмянортутного оруденения позволяют вычислить объем расходов бурового раствора и выявить основные пути его миграции в приповерхностной части литосферы;
б) разработанная классификация горных пород и руд по физико-механическим свойствам оптимизирует расход взрывчатых веществ и буровых растворов;
в) рекомендованный экологически чистый буровой раствор на пектиновой основе является экологически безопасным и не влияет на экосистему исследуемого региона.
Реализация результатов. Отчеты с результатами исследований и рецептурой бурового пектинового раствора, а также рекомендация по применению данного раствора были переданы в распоряжение Южно-Кыргызской геологической экспедиции для практического использования. Внедрение результатов исследования позволило получить экономический эффект в сумме 1 040 790 сомов при стабильном ведении геологоразведочных работ.
ичный вклад. Автором проведены все лабораторные и экспериментальные исследования. Разработан экологически безвредный буровой раствор на пектиновой основе. Составлена классификация горных пород по физико-механическим свойствам, абразивности и дополнена классификация горных пород по буримости.
На основе системного анализа фондовой и опубликованной литературы классифицированы стратиформные морфологические типы сурьмяно-ртутных оруденений исследуемого региона.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждены на научно-технической конференции Перспективы развития и использования минеральных ресурсов Кыргызской Республики (Бишкек, 1995 г.), конференции, посвященной Международному году гор (Бишкек, 2002 г.), Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова (Бишкек, 2009 г.); IX Международной конференции Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр. Москва (Россия) - Котону (Бенин) (Москва; РУДН, 2010 г.), I Международной научно-практической конференции Образование. Инновации. Карьера (Междуреченск, 2011 г.), X Международной конференции Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр (Махачкала, 2011 г.), а также содержаться в статьях и докладах вестниках Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова, КыргызскоЦУзбекского университета, Ошского государственного университета, Высшей школы Казахстана, журналах национальной аттестационной комиссии Кыргызской Республики и Естественные и технические науки (по перечню ВАК РФ).
Основные результаты исследований, представленные в диссертационной работе, опубликованы в 27 научных трудах (в том числе, в рецензируемых журналах).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендации, списка использованной литературы из 120 наименований и 1 приложения, содержащих первичные материалы результатов исследований. Текст диссертации содержит 110 машинописных страницы, 12 таблиц, 25 рисунок.
Благодарности. Автор работы выражает искреннюю признательность академику НАН Кыргызской Республики У.А. Асаналиеву. Им была поставлена задача исследований и под его руководством начиналась работа. Автор глубоко благодарен своим руководителям - профессору А.Е. Воробьеву и профессору О.Ш. Шамшиеву, которые оказывали неоценимую помощь и поддержку на всем протяжении исследований и в процессе подготовки.
Положение 1.
Выявлены синдиагенетические, синэпигенетические, экзогенноэпигенетические морфогенетические типы оруденения стратиформных сурьмянортутных оруденений, влияющие на утечку и миграцию бурового раствора при проведении геологоразведочных работ.
Поисково-разведочные работы в рудных районах Кыргызстана, а также в пределах эксплуатируемых месторождений проводились, как правило, буровыми скважинами. Общий объем, которых приблизительно составляет более 100 тыс. погонных километров (рис. 1).
Рис. 1. Карта размещения объектов на Юге Кыргызской Республики При бурении скважин применяются многочисленные химические реагенты зачастую обладающими вредными свойствами для биосферы региона.
При миграции и поглощении по трещинам, разрывным нарушениям, пустотам и другим каналам вмещающего горного массива буровых растворов с химическими реагентами, они попадают на водные артерии, поверхностные и подземные воды впоследствии это приводит к огромному геоэкологическому ущербу исследуемого региона.
В этой связи были изучены морфогенетические особенности оруденения стратиформно сурьмяно-ртутных оруденений.
Минеральные и генетические типы оруденения. Проведенные исследования показали, что процесс формирования стратиформного сурьмяно-ртутного оруденения в осадочных формациях был длительным и многостадийным.
В стадии седиментогенезиса и диагенеза осадков формировались послойновкрапленные, вкрапленные и конкреционные (желваковые) концентрации поликомпонентного (Мо,V, Au, Ag, Hg, Sb, Pb, Си и т.д.) и диметального (Hg, Sb) оруденения синдиагенетического типа.
Впоследствии на стадии катагенеза в связи с региональными трансформациями металлосодержащих толщ происходило изменение и преобразование ранее возникших синдиагенетических руд, а также мобилизация рассеянных элементов вмещающих пород в зонах межпластовых сдвижек, дробления, на восстановительных геохимических барьерах и т.д. с формированием сингенетическиэпигенетического оруденения.
Синдиагенетическое оруденение локализуется преимущественно в терригенных и карбонатно-терригенных формациях и представлены углеродистыми, углеродисто-кремнистыми сланцами, алевролитами и их переходными разностями.
Оруденение встречается в виде рудных конкреций, которые приурочены к углеродисто-кремнисто-карбонатным, углеродисто-глинистым и углеродистокарбонатным алевролитам и сланцам (Аксай). Основными рудными минералами являются пирит, валентинит, антимонит, в меньшей степени развиты марказит и халькопирит.
Синэпигенетический тип оруденения отмечается в пределах Абширского, Кадамджайского и Турукского рудных полей и локализованы преимущественно в терригенных формациях. Они представлены линзами углеродисто-кремнистых сланцев и средне - мелкозернистыми песчаниками мощностью от 0,4 до 2,0 метров и протяженностью от первых до сотни метров и более. К ним относятся рудные объекты Верхнепумское, Учкол, Турук, Гезарт. Отличительной особенностью данного типа является эпигенетическое изменение вмещающих пород. Оруденение носит вкрапленный и прожилково-вкрапленный характер, нередко сопровождается жильными минералами: кварцем, кальцитом и в меньшей степени баритом.
Экзогенно-эпигенетический тип оруденения в исследуемом регионе локализуется в карбонатных, известково-доломитовых формациях и представлен рудными палеокарстами. Данный тип оруденения имеет следующий набор минералов: антимонит, кермезит, валентинит, флюорит. Антимонит встречается в виде мелких и тонких микроигольчатых вкрапленностей. Широко распространены вторичные минералы сурьмы представленные кермезитом и валентинитом.
В процессе проведения геологоразведочных и горных работ во избежание потерь и попадания в окружающую среду буровых растворов с химическими реагентами требуется обращать внимание на особенности выявленных типов оруденения.
Результаты исследований приведены на рис. 2 и рис. 3.
180 55 45 40 20 5 1 2 3 4 5 6 7 Т,время (сут.) Cиндиагенетические морфогенетические типы руд Синэпигентические морфогенетически типы руд Экзогенно-эпигенетические морфогенетически типы руд Рис. 2. Утечки буровых растворов Объем утечки растворов, м 3,%.
2180 11160 11111160 43 30 1 2 3 4 5 6 7 Т, время (сут.) Синдиагентический морфогенетически типы руд Экзогенно-эпигенетический морфогенентически типы руд Синэпигенетический морфогенетически типы руд Рис. 3. Скорость миграции буровых растворов Выводы. Выделенные типы стратиформного оруденения имеют различную морфологию. Морфология синдиагенетических руд имеет преимущественно пластовую форму. Син - эпигенетические и экзогенно-эпигенетические типы оруденения подвергались ряду наложенных тектоно-магматогенных процессов и имеют сложную морфологию рудных тел с интенсивным развитием трещиноватостей, закарствованных участков и т.д. Интенсивность потери бурового раствора увеличивается от первого к последним морфогенетическим типам.
Положение 2.
Составлена классификация по физико-механическим свойствам горных пород и руд, а также зависимость расхода взрывчатых веществ от группы пород.
Комплексное изучение физико-механических свойств горных пород исследуемого региона способствует раскрытию довольно сложной морфологии рудных тел с интенсивным развитием трещиноватостей, закарствованных участков.
В состав исследуемой Южно Ферганской сурьмяно-ртутной провинции входят известные в мире крупные месторождения сурьмы и ртути Хайдаркан, Кадамджай и Терек-Сай.
В геологическом строении Хайдарканского месторождения участвуют главным образом среднепалеозойские отложения (рис. 4) Силурийские отложения представлены глинистыми и углисто-глинистыми сланцами, углисто-глинистыми сланцами с линзами известняков и массивными плиточными известняками. Девонские отложения представлены песчаноглинистыми сланцами, алевролитами и песчаниками. Каменноугольные отложения сложены конгломератовидными известняками, кремнисто-глинистыми и песчаноглинистыми сланцами.
Горные породы сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики имеют следующие структуры: алевролитовая, крупнозернистая, гранобластовая, Скорость миграции растворов, м / сут.
Рис. 4. Геологическая карта Хайдарканского месторождения гранолепидобластовая, псаммитовая, крупно и мелкозернистая, разно гравийная, криптокристаллическая, псефитовая, пелитовая и массивная.
По текстуре характерна сланцеватость и массивность, но преобладает сланцеватость. Форма зерен горных пород угловатая, уплощенная, слоистая, средне и угловато окатанная, мелкозернистая. Состав горных пород - углистое и углистоглинистое вещество, карбонаты, кальциты, слюды, кварц, кремнистые и серицитизвестковистые образования.
Результаты исследований горных пород сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики по физико-механическим свойствам приведены в табл. 1.
Как показывает анализ, первая группа представлена высокопластичными, плотными углистыми и углисто-глинистыми породами. Твердость - 185 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 108,5 МПа, предел прочности на растяжение - 13,0 МПа, пористость - 1,2%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес 2,58 г/см3, содержание SiOдо 2%, коэффициент динамической прочности - 12,44, коэффициент абразивности - 0,49.
Вторая группа состоит из двух подгрупп. Подгруппа 2а характеризуется плотными песчано-глинистыми, глинистыми, алевролитовыми сланцами, а также известняками (кроме тонкослоистых пород). Твердость - 223 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 141,0 МПа, предел прочности на растяжение - 9,75 МПа, пористость 2,6 - 4%, удельный вес - 2,73 г/см3, объемный вес - 2,63 г/см3, содержание SiO2 - 35%, коэффициент динамической прочности - 10,0, коэффициент абразивности - 0,70. Подгруппа 2б представлена трещиноватыми, слабо окварцованными и мелкозернистыми мраморами. Твердость - 239 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 110,5 МПа, предел прочности на растяжение - 8,0 МПа, пористость - 2,8 %, удельный вес - 2,44 г/см3, объемный вес - 2,40 г/см3, содержание SiO2 - 6-7%, коэффициент динамической прочности - 10,6, коэффициент абразивности - 0,8.
Третья группа пород также разделена на две подгруппы. Подгруппа 3а представлена плотными карбонатными мелкозернистыми песчаниками и среднезернистыми гравелитами. Твердость - 258 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 149,МПа, предел прочности на растяжение - 18,3 МПа, пористость - 1,7%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес - 2,54 г/см3, содержание SiO2 - 8-10%, коэффициент динамической прочности - 18,00 и коэффициент абразивности - 0,55. Для подгруппы 3б характерны плотные, трещиноватые, слабо окварцованные сланцы и конгломераты (кроме девонского периода). Твердость - 288 кг/мм2 предел прочности на сжатие - 152,5 МПа, предел прочности на растяжение - 18,6 МПа, пористость - 2,8%, удельный вес - 2,63 г/см3, объемный вес - 2,60 г/см3, содержание SiO2 - 15-17%, коэффициент динамической прочности - 7,40, коэффициент абразивности - 1,33.
Группа 4 состоит из двух подгрупп. К подгруппе 4а отнесены плотные окремненные, тонкослоистые известняки и тонкозернистые песчаники силура. Твердость - 320 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 167,5 МПа, предел прочности на растяжение - 16,10 МПа, пористость - 2,3%, удельный вес - 2,67 г/см3, объемный вес - 2,66 г/см3, содержание SiO2 - 18%, коэффициент динамической прочности - 22,09, коэффициент абразивности - 0,61. Трещиноватыми конгломератами девона и пермскими туфопесчаниками представлена подгруппа 4б. Твердость - 390 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 213,5 МПа, предел прочности на растяжение - 14,МПа, объемный вес - 2,65 г/см3, содержание SiO2 - 10-14%, коэффициент динамической прочности - 16,16, коэффициент абразивности - 0,95.
Пятая группа состоит из двух подгрупп. Подгруппа 5а представлена плотными и крепкими сланцами, кремнистыми и кварцитовидными песчаниками, глинистокремнистыми и кремнистыми сланцами. Твердость - 500 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 266МПа, предел прочности на растяжение - 16,40 МПа, пористость - 2,7%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес - 2,57 г/см3, содержание SiO2 - 30%.
К подгруппе 5б отнесены трещиноватые и окварцованные известняки, кварцево-сланцевые, известняково-сланцево-кремнистые и кварцевые брекчии. Твердость - 590 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 310 МПа, предел прочности на растяжение - 15,60 МПа, пористость - 4,5%, удельный вес - 2,7 г/см3, объемный вес - 2,г/см3, содержание SiO2 - 50-70%, коэффициент динамической прочности - 14,30, коэффициент абразивности - 1,54.
Последняя - шестая группа представлена такими породами как, черный трещиноватый кремень, кварцит, роговик, джаспероид, роговиково-джаспероидные и роговиково-кремнистые брекчии. Они имеют весьма высокую твердость и абразивность. Структура метасоматическая, гранобластовая, текстура массивная, форма зерен уплощенная, размеры зерен - 0,3 мм флюорит, а кальцит до 2-5 мм, твердость - 665 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 404,0 МПа, предел прочности на растяжение - 18,18 МПа, пористость - 5,1%, удельный вес - 2,75 г/см3, объемный вес - 2,58 г/см3, содержание SiO2 - 45-90%, коэффициент динамической прочности - 18,18, коэффициент абразивности - 2,58.
Выводы. Проведенные исследования позволили классифицировать горных пород и руд сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики по физико-механическим свойствам. Согласно этой классификации все горные породы и руд разделены на шесть групп. Группа пород, в свою очередь разделена на подгруппы Таблица Классификация горных пород сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики по физико-механическим свойствам Основные Твердость, Предел проч- Предел проч- Пористость, Удельный Объемный Размеры Содер- Коэфф. Коэфф.
Группа Наименование и характеристики горной породы породообра- кг/мм2 ности на ности на %. вес, г/см3 вес, г/см3 зерен, жание абразив- Динамичес пород зующие (среднее сжатие, МПА растяжение, (среднее (среднее (среднее мм, см SiO2, % ности, кой проч.
минералы значение) (среднее МПа (среднее значение) значение) значение) (Кабр.) ности, значение) значение) (Fд.) Углистое вещеСланцы углистые и углисто-глинистые. Породы 0,1 мм 1 185 108,5 13,0 1,2 2,72 2,58 до 2 0,49 12,ство высокопластичные и плотные Глинистый МелкоСланцы песчано-глинистые, глинистые, алевро2а 223 141,0 9,75 2,6-4,0 2,73 2,63 3-5 0,70 10,материал, алевритолитовые. Известняки кроме тонкослоистых.
карбонат вые Породы плотные Карбонат Гальки до Мраморы мелкозернистые не окварцованные 2б 239 110,5 8,00 2,8 2,44 2,40 6-7 0,80 10,5 см, зерна или слабо окварцованные. Породы трещиновадо 4 мм тые Известняки0,3-0,5 мм Песчаники мелкозернистые, гравелиты средне3а 258 149,5 18,30 1,7 2,72 2,54 8-10 0,55 18.50%, углистое зернистые. Породы плотные.
вещество - 40% Углистое веще0,02Ц0,Конгломераты разно галечные, кроме девона.
3б 288 152,5 18,60 2,8 2,63 2,60 15-17 1,33 7,ство, кварц, мм Сланцы слабо окварцованные. Породы трещибиотит новатые Карбонат, от 0,4-0,Известняки тонкослоистые, окремненные. Пес4а 320 167,5 16,10 2,0-2,3 2,67 2,66 18 0,61 22,кальцит мм до 8 см чаники тонкозернистые силурийского периода.
Породы плотные.
Кремний, 0,1-0,2 мм Конгломераты девона, туфопесчаники перм4б 390 213,5 14,10 2,2 2,67 2,65 10-14 0,95 16,карбонат, ские. Породы трещиноватые кальцит, углистое вещество Кремний, 0,1-0,2 мм Крепкие сланцы. Песчаники кремнистые и 5а 500 266,0 16,40 2,2-2,7 2,72- 2,57 до 30 0,81 16,карбонат, кварцитовидные. Сланцы глинисто-кремнистые 2,углистое вещеи кремнистые. Породы плотные ство Кремний, 0,2-0,4 мм Известняки окварцованные. Брекчии кварцево5б 590 310,0 15,60 2,4-4,5 2,7 2,72 50-70 1,54 14,слюда, карбосланцевые, изветняково-сланцево-кремнистые и нат, кварц кварцевые. Породы трещиноватые Кварц, кремний 0,1-0,3 мм, Кремни черные. Кварциты, Роговики. Джаспе6 665 404,0 18,18 2,4-5,1 2,54- 2,58 45-90 2,58 18,45-90%, карбофлюорит, роиды. Брекчии роговиково-джаспериодные и 2,нат, флюорит кальцит - роговиково кремнистые. Породы хрупкие и до 2Ц5 мм трещиноватые а и б, кроме 1-й и 6-й группы пород. Это объясняется тем, что породы одной группы имеют различные свойства по плотности и трещиноватости.
Все дальнейшие исследования проводились согласно данной классификации горных пород по физико-механическим свойствам.
Классификация горных пород разделена на 6 групп и базируется по плотности и трещиноватости. Удельный расход взрывчатых веществ (рис. 5) для: 1 группы пород - 1,15 кг/м3, 2а подгруппы - 1,3 кг/м3; подгруппы 2б - 1,4 кг/м3; подгруппы 3а - 1,6 кг/м3; подгруппы 3б - 1,5 кг/м3; подгруппы 4а - 1,7 кг/м3; подгруппы 4б - 1,кг/м3; подгруппы 5а -1,8 кг/м3; подгруппы 5б - 1,9 кг/м3 и 6 группа пород составляет 2,15 кг/м3. С нарастанием группы пород увеличивается удельный расход взрывчатых веществ, кроме подгруппы 3б и 4б. В подгруппе 3б уменьшается удельный расход ВВ по сравнению с 3а подгруппой. Подгруппе 3б характерна трещиноватость пород. Аналогичная картина наблюдается и в 4б подгруппе.
Рис. 5 Расходы ВВ от типов горных пород Расход взрывчатых веществ на 100 м3 взорванной породы при площадях сечении выработки до 5 м2, до 10 м2 и до 20 м2. Здесь наблюдается следующая картина:
расход взрывчатых веществ увеличивается с нарастанием группы пород, и уменьшается - с увеличением площади сечения выработки.
Классификация горных пород по абразивности основана на процентном содержании SiO2, размере зерен минералов и коэффициенте абразивности пород. В данной классификации, горные породы разделены на: весьма - малоабразивные;
умеренно - малоабразивные; средне абразивные; повышенно абразивные; высокоабразивные; в высшей степени абразивные. Абразивность горных пород в процессе бурения скважин вместе с другими параметрами играет определяющую роль.
Положение 3.
Разработан и рекомендован буровой раствор на пектиновой основе, обезвреживающий загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод, при проведении геологоразведочных и горных работ для каждой из выделенных групп пород.
Применяемые в настоящее время при разведке и эксплуатации сурьмянортутных месторождений Кыргызстана полимерные, эмульсионные и силикатные растворы являются продуктами химической промышленности.
В процессе бурения и после окончания буровых работ эти химические реагенты через геологические индикаторы попадают в водные артерии, поверхностные и подземные воды, загрязняя их.
При бурении гидрогеологических скважин буровые растворы с химическими реагентами имеют прямые контакты с зонами водоносных горизонтов. Сохранение буровых растворов после окончания буровых работ внутри разведочных скважин и дальнейшее их попадание в подземные воды наблюдается почти повсеместно на сурьмяно-ртутных месторождениях Хайдаркан, Кадамжай, Чаувай и Улутоо.
Данные процессы крайне негативно влияют как на почву, породы, поверхностные и подземные воды, так и на экосистему региона в целом.
В этой связи необходимо разработать альтернативный, экологически чистый буровой раствор, который мог бы по технологическим параметрам, соотношению компонентов и качеству в целом заменить традиционно применяющиеся в настоящее время буровые растворы с целью обезвреживания загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод.
В условиях исследуемого региона взамен традиционно применяющимся в настоящее время буровым растворам предлагается пектиновый раствор.
Пектин это продукт переработки табака, свеклы и яблок. Пектин - природный полимер, широко распространен в природе, встречается во всех наземных растениях. Пектины встречаются в отходах перерабатывающей промышленности, которая может являться поставщиком сырья для производства пектиновых веществ.
Исследованию подвергались свекловичный пектин, пектат натрия и технический пектин. Буровой раствор, приготовленный на основе пектата натрия и пектина, представляет собой трехкомпонентную систему вода + технический пектин + глина.
При стабилизации агрегативной и кинетической устойчивости коллоидных частиц буровых растворов с природными полиэлектролитами образовался буровой раствор с минимальной водоотдачей.
Были рассмотрены характерные полосы ИК-спектра пробы А (комплекс глина + пектин) по мере уменьшения частоты и в сравнении с аналогичными полосами образцов П (пектин) и Гл (глина).
В целях установления оптимального соотношения компонентов вода + глина + пектин и параметров пектинового раствора проводились исследования. В состав пектинового раствора введены следующие количества компонентов пектин от 0,3 до 50 грамма и глина от 1 до 100 грамма, а также вода 1000 мл (постоянно).
По результатам многочисленных исследований оптимальное соотношение компонентов было получено при испытании соотношения компонентов вода - 1000 мл + глина - 40 гр. + пектин - 0,3-3,0 гр., а конкретно при вода - 1000 мл + глина - 40 гр. + пектин - 2 гр. (рис. 6).
Произведено сравнительное исследование по определению расходов (поглощений) буровых растворов (рис. 7) при использовании технической воды, буровых растворов с реагентами и пектинового бурового раствора.
Рис. 6. Результаты исследований пектинового раствора Рис. 7. Зависимость расходов (поглощений) от вида буровых растворов Расход бурового раствора увеличивается с увеличением количества трещин в породах. Огромное поглощение бурового раствора происходит при использовании технической воды и реагентов. Значительно меньше потери раствора при использовании пектинового раствора. Потери бурового раствора происходят по трещинам и узким каналам пород, загрязняя (при использовании реагентов) все на своем пути, включая нижние водоносные горизонты и горные выработки.
Анализ предыдущих буровых работ показал, что для проходки скважин 10 0метров расход (поглощение) бурового раствора с химическими реагентами составил 20 000 м3 объема раствора. Для этого потребовалось 5000 килограммов сухого химического реагента, который наносит существенный экологический ущерб окружающей среде.
Выводы. Существует связь, между дисперсной фазой глинистых растворов и стабилизирующим агентом из пектина, т.е. существуют связи между функциональными группами высокомолекулярных веществ и глинистых минералов. Данный раствор может быть использован в качестве экологически безвредного бурового раствора.
Определены следующие соотношения компонентов пектинового раствора:
вода - 1000 мл + глина - 40 гр. + пектин - 2 гр.. При этом установлены следующие параметры данного раствора. Водоотдача - 5 см3/30 мин., плотность - 1,0г/см3, статическое напряжение сдвига - 0,2 Па, вязкость - 21 сек., толщина глинистой корки - 1,8 мм, водородный показатель рН - 8. Получен низкий показатель водоотдачи, которая существенно влияет обезвреживание почв, пород, поверхностных и подземных вод, а также горных выработок.
Выявлены расходы (т.е. попадание буровых растворов на подземные, поверхностные воды и на горные выработки) по видам буровых растворов. Расход технической - 0,3 до 2,7 м3/м, бурового раствора с химическими реагентами - 0,до 2,5 м3/м, пектинового раствора - 0,03 до 0,4 м3/м. Гораздо меньше расхода пектинового раствора происходит благодаря способностью низкой водоотдачи данного раствора.
Экологически чистый пектиновый раствор, при завершении сооружения скважин оставаясь внутри скважины на долгое время, может изолировать контакты с другими подземными водами и различными каналами имеющими загрязнения.
Установлено, что загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод, а также горных выработок исследуемого региона не происходит благодаря способности пектинового раствора: закупоривать трещины, мелкие каналы, а так же низкой водоотдачи (способность впитывать в себя меньше воды и пропускать через себя большое количество жидкости); изолировать водоносные горизонты друг от друга в процессе бурения и после его окончания. Пектин является продуктом растительного происхождения, при взаимодействии с глинами может служить как удобрение для почвенного слоя.
Рекомендация. Разработанный пектиновый раствор можно рекомендовать как экологически чистый, способный обезвреживать загрязнение почв, пород, подземных и поверхностных вод при проходке скважин и шпуров по таким породам как: - углисто-глинистые и глинистые сланцы; - тонко и толстослоистые известняки имеющие тонкие прослои кремния и присутствие в них углистых сланцев; -гидрогеологических скважин, где имеет место загрязнение почв, пород, подземных и поверхностных вод.
Экономическая оценка. Вопросы охраны окружающей среды при проведении геологоразведочных работ становятся очень актуальными для Республики Кыргызстан, в связи с увеличением объема геологоразведочных работ. Кроме того, общество отрицательно настроено на создание горнодобывающих предприятий, начиная с этапа поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, из-за проблем, связанных загрязнением почв, пород, поверхностных и подземных вод. Поэтому использование пектинового раствора при проведении геологоразведочных, горных и эксплуатационных работ имеет важное значение, как в экономическом, экологическом, технологическом, так и в социальном плане.
При использовании пектинового раствора условный экономический эффект составил 1 040 790 сомов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
Данная работа позволяет решить актуальную научно-техническую задачу связанную с решением геоэкологических проблем при разведке и эксплуатации сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики.
1. Выделенные типы стратиформного оруденения имеют различную морфологию.
Морфология синдиагенетических руд имеет преимущественно пластовую форму. Эпигенетические и экзогенно-эпигенетические типы оруденения подвергались ряду наложенных тектоно-магматогенных процессов и имеют сложную морфологию рудных тел с интенсивным развитием трещиноватостей, закарствованных участков и т.д., которое является источником загрязнения почв, пород, поверхностных и подземных вод при миграции бурового раствора.
2. Составлена классификация горных пород по физико-механическим свойствам. Все горные породы и руды сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики разделены на шесть групп. Каждая группа пород, в свою очередь разделена на подгруппы а и б, кроме 1-й и 6-й группы пород. Это объясняется тем, что породы одной группы имеют различные свойства по плотности и трещиноватости. Последнее является геологическим индикатором приводящим к попаданию в почву, породы, поверхностные и подземные воды бурового раствора, который является источником загрязнения.
3. По физико-механическим свойствам рассчитан удельный расход взрывчатых веществ по группам горных пород. С нарастанием группы пород увеличивается удельный расход взрывчатых веществ. Рассчитан расход взрывчатых веществ на 100 м3 взорванной породы при площадях сечении выработки до 5 м2, до 10 м2 и до 20 м2. Расход взрывчатых веществ увеличивается с нарастанием группы пород, и уменьшается - с увеличением площади сечения выработки.
4. Определено что, существует связь, между дисперсной фазой глинистых растворов и стабилизирующим агентом из пектина, т.е. существуют связи между функциональными группами высокомолекулярных веществ и глинистых минералов. Пектиновый раствор можно использовать в качестве экологически безвредного бурового раствора с низкой водоотдачей.
5. Определены следующие соотношения компонентов экологически безвредного пектинового раствора: вода - 1000 мл + глина - 40 гр. + пектин - гр.. При этом установлены следующие параметры данного раствора. Водоотдача - 5 см3/30 мин., плотность - 1,046 г/см3, статическое напряжение сдвига - 0,2 Па, вязкость - 21 сек., толщина глинистой корки - 1,8 мм, водородный показатель рН - 8.
6. Загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод исследуемого региона не происходит из-за того, что пектиновый раствор имеет способность: закупоривать трещины, мелкие каналы; низкой водоотдачи (способность впитывать в себя меньше воды и пропускать через себя большое количество жидкости); изолировать водоносные горизонты друг от друга в процессе бурения и после его окончания. Кроме этого пектин является продуктом растительного сырья, а при взаимодействии с глинами может служить как удобрение для почвенного слоя.
7. Выявлено количество расходов (поглощений) по видам буровых растворов.
Расход технической воды - 0,3 до 2,7 м3/м, бурового раствора с химическими реагентами - 0,2 до 2,5 м3/м, пектинового раствора - 0,03 до 0,4 м3/м.
8. Общий экономический эффект составляет 1 040 790 сомов.
Список опубликованных работ 1. Танатаров Т.Т., Ысаков А.Ж. Новые направления в совершенствовании рецептур промывочных жидкостей // Тез. докл. Международной научнопрактической конференции Перспективы развития и использования минеральных ресурсов Кыргызской Республики. - Бишкек, 1995. - С. 121-122.
2. Ысаков А.Ж. Классификация горных пород Хайдарканского рудного поля по абразивности // Международная конференция. - Бишкек, 1999. - С. 148-154.
3. Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Касымалиева К.К., Аджыбева Г.Г., Адышева А.А. Новые буровые растворы на основе гидрофильных коллоидов // Международная конференция. - Бишкек, 2001. - С. 187-193.
4. Адышева А.А., Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Алдашева Ч.Б., Касымалиева А.А. Получение стабильных буровых растворов на основе коллоидной защиты // Наука и новые технологии. - Бишкек, 2003. - С. 12-15.
5. Ысаков А.Ж., Адышева А.А. Обоснование эффективной и экологически чистой промывочной жидкости для бурения разведочных скважин // Вестник Ошского государственного университета. №3, - Ош 2005. - С. 42-64.
6. Адышева А.А., Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Шаршеналиева З.Ш. Спектроскопическое исследование стабилизированного пектином коллоидных частиц буровых растворов // Известия ВУЗов, Национальная аттестационная комиссия КР. - Бишкек, №3, 2005. С. 191-193.
7. Ысаков А.Ж. Получение эффективной и экологически чистой промывочной жидкости для бурения разведочных скважин // Вестник Ошского государственного университета. №4, - Ош, 2009.
8. Воробьев А.Е., Ысаков А.Ж. Разработка бурового раствора и классификация горных пород для бурения скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики // IX Международная конференция Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр. Москва (Россия) - Котону (Бенин). М., РУДН, 2010. С. 162-171.
9. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Комплексные факторы повышения эффективности бурения скважин в зависимости от геологических особенностей сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызстана // Естественные и технические науки N 5 (49). 2010. С. 279-281.
10. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Геолого-генетические особенности сурьмяно-ртутных объектов Южно-Тянь-шаньского сурьмяно-ртутного пояса // Естественные и технические науки N 5 (49). 2010. С. 282-285.
11. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Нетрадиционные виды буровых растворов и их роль в разведочном бурении сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызстана // Естественные и технические науки N 5 (49). 2010. С. 302-303.
12. Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Технологические особенности поисковоразведочных работ сурьмяных месторождений джаспероидного типа кыргызского Тянь-Шаня // Материалы X Международной конференции Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр.
М., РУДН. 2011. С. 302-303.
АННОТАЦИЯ на кандидатскую диссертацию Ысакова Абибиллы Жаанбаевича по теме Методика разведки и уменьшения экологических проблем на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызстана В диссертации приводятся морфогенетические особенности сурьмянортутного стратиформного оруденения Южного Кыргызстана, а так же классификация рудовмещающих и рудоносных пород по физико-механическим свойствам.
Определены пути миграции традиционно применяемого бурового раствора в условиях сурьмяно-ртутных месторождениях юга Кыргызстана, а также выявлена зависимость его от морфогенетических особенностей рудных объектов. Установлено оптимальное количество взрывчатых веществ в зависимости от физикомеханических свойств рудовмещающих пород и руд.
Вычислен примерный объем вредного бурового раствора для проходки скважин и влияние его на экосистему при проведении геологоразведочных, горных и эксплуатационных работ вышеуказанных объектов. Разработан и рекомендован экологически чистый буровой раствор на пектиновой основе.
Определена эффективность и геоэкологическая оценка пектинового бурового раствора при проведении геологоразведочных, горных и эксплуатационных работ.
ANNOTATION for CandidateТs Dissertation by Abibilla Jaanbaevich Ysakov on the theme: УTechnique of exploration and reduction of environmental problems on stibium-mercury deposits of the KyrgyzstanФ.
The thesis work covers morphogenetical peculiarities of antimony and mercury stratiform mineralization of the South Kyrgyztsan, as well as>
Approximate volume of drilling mud harmful for well drilling and its influence on ecosystem of the foregoing objects were detected. Ecologically harmless drilling mud based on pectic basis was developed and recommended.
Efficiency and geo-ecological estimate of pectic drilling mud was identified under the performance of geological exploration, mining and actual mining works.