Header Image

Осенью 2012 года в Ирландии состоится крупная ярмарка вакансий, которая будет проведена работодателями из России.

Подробнее ...
7.2. Формирование сульфатной агрессивности подземных вод при использовании отвалов угольных шахт Печать E-mail
15.12.2014 13:19

Исследование формирования сульфатной агрессивности к подземным конструкциям было проведено на территории ПО «Метанол». Объект расположен в г. Губаха Пермского края на склоне долины р. Косой (бассейн р. Камы). Здесь на алевролитах и аргилитах залегают элювиальные глины с дресвой и щебнем кварцевого алевролита мощностью 0,5 -17,0 м (рис. 7.4). Они перекрыты делювиальными глинами с включениями щебня и дресвы кварцевого песчаника и алевролита мощностью 2,0 - 16,0 м (Максимович, Горбунова, 1990).


Рис. 7.4. Инженерно-геологический разрез площадки: 1 — насыпные грунты; 2 — элювиально-делювиальные отложения; 3 — породы нижнего карбона; 4 — уровень подземных вод; 5 — скважины; 6 — контур фундамента; 7 — дренаж

При планировочных работах и формировании насыпей наряду с грунтом, перемещенным в пределах площадки, использовались породы отвалов угольных шахт Кизеловского бассейна (детальная их характеристика дана в разделе 4). В состав насыпных грунтов вошли как горелые, так и негорелые породы с включениями угля. Общий объем завезенных на площадку пород отвалов не учитывался. Как показало обследование, на некоторых участках их содержание достигает 40—90% объема насыпных грунтов.
Насыпной грунт неоднороден по составу и свойствам. По данным химического анализа техногенного грунта, отобранного в различных частях площадки, в грунтах содержится много серы и железа (табл. 7.2).

Таблица 7.2. Химический (%) и минералогический состав пород отвалов по данным микрозондового и рентгеноструктурного анализа

Порода

SiO2

TiO2

Аl2О3

МnО

MgO

K2O

Na2O

СаО

Fe2O3

Сl2О

ВаО

SO3

Установленные минералы

Алевролит

76,03

1,29

18,32

0,52

0,00

1,58

0,21

0,16

1,36

0,56

Кварц, муллит, тридимит, кристобалит

Алеврит

76,99

1,28

16,16

0,06

0,33

2,11

0,21

0,37

1,19

0,05

0,03

1,24

Кварц, гетит, иллит, хлорит, серицит

Углистый сланец

52,24

2,93

36,28

1,75

3,21

0,29

0,0

2,35

0,96

Каолинит, пирит

Песчаник

46,15

1,51

33,13

0,84

1,87

2,69

0,39

0,11

9,68

0,12

0,00

3,51

Муллит, гематит, ярозит

Породы отвалов характеризуются высоким содержанием сульфатной и сульфидной (пирит) серы, достигающим 8,7 %. Рентгенометрическое исследование грунта показало, что в нем присутствуют пирит, ярозит, гипс, алунит, гематит; муллит, гетит, каолинит, кварц (рис. 7.5). Значительное ее количество входит в водорастворимые соединения. Содержание SO42- по данным анализа водной вытяжки может достигать сотен грамм на килограмм грунта.
Процессы взаимодействия пород шахтных отвалов с водой изучались в лабораторных условиях. Пробы измельченного грунта весом 100 г помещались в колбы и заливались 500 мл дистиллированной воды. Через определенные промежутки времени раствор анализировался. Значительная часть компонентов перешла в раствор в течение первого часа от начала опыта, затем их содержание медленно нарастало на протяжении года (рис. 7.6). Процесс сопровождался выделением газа. В лабораторных условиях при взаимодействии воды с грунтом сформировались кислые сульфатные натриевые растворы с повышенным содержанием железа и минерализацией до 5 г/л.


Рис. 7.5. Типоморфные минералы использовавшихся при строительстве отвалов угольных шахт Кизеловского каменноугольного бассейна: а — пирит FeS2, б — ярозит KFe3(SO4)2(OH)6; в — алунит KAl3(OH)6(SО4)2; г — гематит Fe2O3 на поверхности кристаллов гипса CaSO2·2H2O


Рис. 7.6. Изменение химического состава раствора при контакте с породами шахтных отвалов

Поскольку процесс формирования сульфатных вод ускоряется под действием сероокисляющих микроорганизмов, были проведены микробиологические обследования грунтовых вод на наличие тионовых бактерий. В ходе обследования была обнаружена разнообразная микрофлора при преобладании бактерий, относящихся к группе тиобацилл Thibacillus thiooxidatus (рис. 7.7). Эти бактерии существенно повышают интенсивность окисления соединений серы, содержащейся в породах шахтных отвалов, что, в свою очередь, интенсифицирует процессы формирования агрессивных к бетону кислых сульфатных вод.


Рис. 7.7. Сероокисляющие бактерии в подземных водах, контактирующих с породами отвалов угольных шахт

После планировки площадки и создания террас произошло формирование техногенного водоносного горизонта (рис. 7.4) в результате утечек из водонесущих коммуникаций, водосодержащих емкостей и атмосферных осадков. Фундаменты глубокого заложения на площадке оказались затоплены на глубину более 2 м, считая от подошвы.
Данные режимных гидрохимических наблюдений (более 250 проб) позволили выявить некоторые закономерности в изменении химического состава вод насыпных грунтов на площадке (рис. 7.8)


Рис. 7.8. Изменение химического состава подземных вод на площадке строительства

После окончания строительства наблюдается возрастание минерализации в результате поступления сульфатов из насыпного грунта. Идет процесс формирования техногенных гидрогеохимических аномалий. На начальных стадиях минерализации вод насыпных грунтов преобладают сульфатный и кальциевый ионы, на последующих, при минерализации более 3 г/л, преобладание переходит к более растворимым сульфатам натрия (рис. 7.9).
Наиболее активно процессы формирования сульфатных вод протекают на участках с нарушенным уровенным и температурным режимами вод насыпных грунтов. Например, в скв. 215 (рис. 7.1), уровень воды в которой колеблется в зависимости от утечек технологических вод с температурой свыше 30°С, за период наблюдения минерализация возросла до 6,9 г/л при содержании сульфатного иона до 4,5 г/л (рис. 7.10). В некоторых пунктах минерализация превысила фоновые значения более чем в 40 раз, а сульфатный ион - в 70 раз.


Рис. 7.9. Состав вод насыпных грунтов


Рис. 7.10. Содержание сульфатного иона, его среднегодовые величины и коэффициенты изменчивости вод насыпных грунтов (скв. 215); Kи = Сср.год/Сфон

Увеличение содержания сульфатного иона сопровождается возрастанием агрессивности воды (СНиП 2.03.11.85). Например, в районе цеха демепирализации за период 1984-1985 гг. воды по сульфатам с учетом содержания гидрокарбонатов были неагрессивны или слабо- и среднеагрессивны, в 1986-1989 гг. они становятся сильноагрессивными к бетону на портландцементе ГОСТ 10178-76 (рис. 7.11).


Рис. 7.11. Агрессивность воды в зависимости от содержания сульфатов с учетом гидрокарбонатного иона (СНиП 2.03. 11.85): 1 - неагрессивная; 2 -слабоагрессивная; 3 - среднеагрессивная; 4 - сильноагрессивная; 5- 1984-1985 гг.; 6 - 1986-1987 гг.; 7 - 1988-1989 гг.

Таким образом, взаимодействие подземных вод и пород отвалов угольных шахт с высоким содержанием неустойчивых сульфатных минералов в результате процессов растворения, окисления (в том числе и бактериального) привело к формированию агрессивных к бетону сульфатных вод.
Для борьбы с этим явлением был разработан метод на основе создания искусственного сульфатного геохимического барьера.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.