Обґрунтування параметрів нейтралізації технологічних розчинів та шахтних вод при підземному видобутку корисних копалин - Автореферат

Інтенсивний видобуток корисних копалин в Україні супроводжується значними змінами геохімічних циклів у гірському масиві, гідродинамічному і гідрохімічному режимах підземних вод. Мета роботи полягає в обґрунтуванні параметрів в етапах циклу відпрацювання родовищ корисних копалин підземним способом, що забезпечують локалізацію технологічних розчинів і шахтних вод шляхом активної нейтралізації інгредієнтів. Задачі, вирішені в дисертаційній роботі, зводяться до наступного: 1) обґрунтувати математичні моделі фізико-хімічної нейтралізації залишкових продуктів дії технологічних розчинів при відпрацюванні родовищ корисних копалин і алгоритми реалізації моделювання; Оптимізація вибору параметрів фізико-хімічної нейтралізації залишкових продуктів дії технологічних розчинів при відпрацюванні родовища підземним вилуджуванням здійснюється на основі представлення рівняння руху нейтралізатора у вигляді лінійного функціонала, який визначається зі сполученого розвязку задачі хімічної рівноваги для заданих концентрацій кислоти і лугу, що є керівним у процесі нейтралізації. Ефективність фізико-хімічної нейтралізації залишкових продуктів технологічних розчинів після відпрацювання родовищ способом підземного вилуджування визначається місцем та інтенсивністю введення нейтралізатора, площею його контакту з розчинами, різницею сорбційних властивостей взаємодіючих речовин, що призводить до формування рухомого барєра нейтралізації.Переміщення великої маси порід на поверхню призводить до утворення техногенних ґрунтів, які інтенсивно змінюються внаслідок механічних, хімічних та біологічних процесів. Особливого значення у технологічному циклі видобутку корисних копалин набувають залишкові компоненти, що містять сполуки сірки (сульфіди), важкі та радіоактивні метали. Включення цих елементів до геохімічних циклів через їх скидання або тимчасове зберігання у хвостосховищах і відстійниках призводить до суттєвих змін у гірському масиві. Навіть безпечніша, у порівнянні з відкритим або шахтним способами, технологія підземного вилуджування спричиняє значні зміни гідрогеохімічного режиму в зонах видобутку. Вплив залишкових твердих компонентів підсилюється скиданням до гідрографічної мережі шахтних вод - побічного продукту вуглевидобутку.Рівняння виду (2) застосовується для прогнозування міграції як залишкових продуктів видобутку, так і нейтралізаторів. Розрахунок хімічної взаємодії виконується на основі мольного балансу: , (3) де j1 - концентрація нейтралізатора, k та m - коефіцієнти у рівнянні хімічної реакції нейтралізації, m та m1 - молярні маси, - концентрація після взаємодії за певний проміжок часу. Складні за формою ділянки розташування технологічних розчинів та гідрогеологічні особливості рудоносних горизонтів відображуються в моделі за допомогою певних маркерів на кінцево-різницевій сітці. Перевага запропонованого підходу до оцінювання оптимальних параметрів нейтралізації полягає у тому, що замість багаторазового розрахунку вихідного рівняння переносу нейтралізатора для всіх можливих варіантів достатньо виконати один розрахунок концентрації, виходячи зі спряженого рівняння. Модель нейтралізації шахтних вод базується на принципі диференційованого за рівнем мінералізації водовідлива, змішування вод з різною мінералізацією з урахуванням динаміки річкового стоку та ємності ставків-накопичувачів.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена наукова і прикладна задача ефективної та безпечної нейтралізації технологічних розчинів та шахтних вод на основі врахування закономірностей фізико-хімічних змін у гірських породах, формування природних барєрів і диференційованого водовідливу шахтних вод з їх регульованим скиданням, що дозволяє знизити вплив на гірський масив та поверхню при підземному видобутку корисних копалин. Розроблений алгоритм чисельного моделювання адекватно відображає фізико-хімічну взаємодію залишкових розчинів з нейтралізатором, забезпечуючи баланс маси продуктів реакції. Оптимізація параметрів фізико-хімічної нейтралізації залишкових продуктів видобутку масою до 200 тис. тонн на основі спряженого розвязку задачі масопереносу дозволяє врахувати її найважливіші параметри: форму і розташування ділянок, що підлягають нейтралізації, положення закачувальних свердловин, їхні дебіти, час запуску і концентрацію нейтралізуючих розчинів у зоні, що сягає 1000 м. Розроблена схема нейтралізації шахтних вод шляхом поєднання диференційованого водовідливу і регульованого скидання оптимізується на основі синхронізації з динамікою річкового стоку, переходом на рівномірне скидання протягом весняної повені та використанням максимального обєму головного ставка протягом осені. Встановлено, що ефективність нейтралізації залишкових розчинів у відпрацьованому горизонті залежить від площі контакту з нейтралізатором.

Основний зміст роботи