Гидрогеологические условия закачки рассолов в надсолевую толщу горных пород в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей
|
Аннотация 2
Введение 4
Глава 1. Общая характеристика изучаемой территории 6
1.1. Физико-географический очерк 6
1.2. Геологическое строение 8
1.3. Стратиграфия и литология 9
1.4 Структурно-тектонические особенности 12
1.5. Гидрогеологические условия 15
1.6 Химическая зональность ВМКМС 17
Глава 2. Параметры полигона закачки 19
2.1 Постановка задачи и пути её решения 19
2.2 Конструкция скважин на полигоне закачки 25
Глава 3. Интерпретация результатов опытно фильтрационных работ 29
Глава 4. Характеристика современного химического состава подземных вод. ... 38
Глава 5. Прогнозная оценка закачки рассолов на полигоне в толщу СМТ 2 42
5.1 Оценка избыточного давления над устьями закачивающих скважин 42
5.2 Расчёт ореола засоления 44
Заключение 48
Список литературы 50
Введение 4
Глава 1. Общая характеристика изучаемой территории 6
1.1. Физико-географический очерк 6
1.2. Геологическое строение 8
1.3. Стратиграфия и литология 9
1.4 Структурно-тектонические особенности 12
1.5. Гидрогеологические условия 15
1.6 Химическая зональность ВМКМС 17
Глава 2. Параметры полигона закачки 19
2.1 Постановка задачи и пути её решения 19
2.2 Конструкция скважин на полигоне закачки 25
Глава 3. Интерпретация результатов опытно фильтрационных работ 29
Глава 4. Характеристика современного химического состава подземных вод. ... 38
Глава 5. Прогнозная оценка закачки рассолов на полигоне в толщу СМТ 2 42
5.1 Оценка избыточного давления над устьями закачивающих скважин 42
5.2 Расчёт ореола засоления 44
Заключение 48
Список литературы 50
Аннотация
В работе рассмотрены условия захоронения рассолов из затапливаемого рудника СКРУ-2 (Верхнекамское месторождения калийно-магниевых солей). Доказана экологическая безопасность закачки рассолов в скважины, оборудованные на нижнюю часть надсолевой толщи горных пород. Рассчитаны избыточные давления над устьями закачивающих скважин и конфигурация ореола засоления подземных вод.
Ключевые слова: полигон закачки, коэффициент фильтрации, индикаторные графики, Верхнекамское месторождение.
В современных условиях повсеместного загрязнения окружающей среды особенно актуальным является вопрос экологической безопасности во время разработки месторождений калийно-магниевых солей.
Одна из основных проблем связана с наличием бассейнов, которые содержат концентрированные рассолы. Их утилизация является одним из самых серьезных эколого-экономических задач (Шикломанов, 2002). Методы, которые традиционно использовались во время обезвреживания этих отходов, уже не могут быть экологически приемлемыми и на сегодня они уже не решают полностью вопросов утилизации высокоминерализованных рассолов, что со временем может привести к значительным экологическим катастрофам (Шикломанов, 2002).
Так при разработке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей рассолы фильтруются сквозь тело дамбы без соответствующего их сбора и откачки. Жидкая фракция сейчас накоплена в хвостохранилищах. Сквозь тело дамбы таких хвостохранилищ уже просачиваются высокоминерализованные рассолы и загрязняют прилегающие территории и речку Усолка. Ежегодно в соляных отвалах Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, в результате растворения соляных залежей атмосферными осадками, образуются сотни тысяч кубуческих метров высокоминерализованных рассолов. Заполнение отходами близко к пределу проектного объема. При прорыве дамб этих гидросооружений рассолы могут попасть в водную систему реки Кама и повлечь экологическую катастрофу регионального масштаба.
В ноябре 2014 года в северо-восточной части шахтного поля Соликамского калийного рудного управления (СКРУ-2) произошел провал земной поверхности. Сформировалась гидравлическая связь между водоносными горизонтами надсолевой толщи и подземными горными выработками. В результате чего началось затопление этих выработок подземными водами из надсолевой толщи. Дебит водопритоков этих вод в рудник различен от времени года и варьируется в диапазоне от 50 до 560 м3/час.
Основной задачей настоящей работы является максимально возможное продление срока эксплуатации рудника СКРУ-2. Для этого предполагается рассолы из рудника откачивать на поверхность через стволы шахты и закачивать их в нижнюю часть надсолевой толщи, т.е. в СМТ2. В качестве основного (первого) полигона закачки выбран участок к западу от солеотвала СКРУ-2.
Во время предыдущего этапа исследования было проведено изучение особенностей геологического строения и условий гидрогеологии исследуемой территории, анализа разработки и современного состояния гидродинамики Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. В итоге была обнаружена геологическая структура, благоприятная для захоронения высокоминерализованного рассола.
В рамках настоящей работы произведена количественная оценка возможности закачки на данном полигоне.
Целью работы является разработка основ процесса захоронения высокоминерализованных рассолов Верхнекамского месторождения калийно- магниевых солей в надсолевую толщу.
В работе рассмотрены условия захоронения рассолов из затапливаемого рудника СКРУ-2 (Верхнекамское месторождения калийно-магниевых солей). Доказана экологическая безопасность закачки рассолов в скважины, оборудованные на нижнюю часть надсолевой толщи горных пород. Рассчитаны избыточные давления над устьями закачивающих скважин и конфигурация ореола засоления подземных вод.
Ключевые слова: полигон закачки, коэффициент фильтрации, индикаторные графики, Верхнекамское месторождение.
В современных условиях повсеместного загрязнения окружающей среды особенно актуальным является вопрос экологической безопасности во время разработки месторождений калийно-магниевых солей.
Одна из основных проблем связана с наличием бассейнов, которые содержат концентрированные рассолы. Их утилизация является одним из самых серьезных эколого-экономических задач (Шикломанов, 2002). Методы, которые традиционно использовались во время обезвреживания этих отходов, уже не могут быть экологически приемлемыми и на сегодня они уже не решают полностью вопросов утилизации высокоминерализованных рассолов, что со временем может привести к значительным экологическим катастрофам (Шикломанов, 2002).
Так при разработке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей рассолы фильтруются сквозь тело дамбы без соответствующего их сбора и откачки. Жидкая фракция сейчас накоплена в хвостохранилищах. Сквозь тело дамбы таких хвостохранилищ уже просачиваются высокоминерализованные рассолы и загрязняют прилегающие территории и речку Усолка. Ежегодно в соляных отвалах Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, в результате растворения соляных залежей атмосферными осадками, образуются сотни тысяч кубуческих метров высокоминерализованных рассолов. Заполнение отходами близко к пределу проектного объема. При прорыве дамб этих гидросооружений рассолы могут попасть в водную систему реки Кама и повлечь экологическую катастрофу регионального масштаба.
В ноябре 2014 года в северо-восточной части шахтного поля Соликамского калийного рудного управления (СКРУ-2) произошел провал земной поверхности. Сформировалась гидравлическая связь между водоносными горизонтами надсолевой толщи и подземными горными выработками. В результате чего началось затопление этих выработок подземными водами из надсолевой толщи. Дебит водопритоков этих вод в рудник различен от времени года и варьируется в диапазоне от 50 до 560 м3/час.
Основной задачей настоящей работы является максимально возможное продление срока эксплуатации рудника СКРУ-2. Для этого предполагается рассолы из рудника откачивать на поверхность через стволы шахты и закачивать их в нижнюю часть надсолевой толщи, т.е. в СМТ2. В качестве основного (первого) полигона закачки выбран участок к западу от солеотвала СКРУ-2.
Во время предыдущего этапа исследования было проведено изучение особенностей геологического строения и условий гидрогеологии исследуемой территории, анализа разработки и современного состояния гидродинамики Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. В итоге была обнаружена геологическая структура, благоприятная для захоронения высокоминерализованного рассола.
В рамках настоящей работы произведена количественная оценка возможности закачки на данном полигоне.
Целью работы является разработка основ процесса захоронения высокоминерализованных рассолов Верхнекамского месторождения калийно- магниевых солей в надсолевую толщу.
Основной задачей является максимально возможное продление срока эксплуатации рудника СКРУ-2. Для решения поставленной задачи предполагается откачивать рассолы из рудника на поверхность через стволы шахты и закачивать их в нижнюю часть надсолевой толщи, т.е. в СМТ2. В качестве основного (первого) полигона закачки выбран участок к западу от солеотвала СКРУ-2. Закачка рассолов будет осуществляться именно в СМТ2.
В 2017 году для уточнения фильтрационных параметров терригенно - карбонатной толщи (ТКТ), а также соляно-мергельной толщи (СМТ2) проводились кустовая и одиночные откачки. В результате обработки результатов данных откачек, с помощью программного комплекса ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) по индикаторным графикам были определены основные фильтрационные параметры водоносных горизонтов на участке полигона закачки .
Средние значения параметра водопроводимости (T) соляно-мергельной толщи составили 183,5 м2/сут для линейной субвертикальной зоны повышенной проницаемости, и 67,2 м2/сут в области за пределами этой зоны. Кроме того, были рассчитаны коэффициенты фильтрации (Кф) для этих зон: 2,2 м2/сут и 0,8 м2/сут соответственно.
Полученные фильтрационные параметры использовались в дальнейшем при решении прогнозной задачи, где оценивалось возможное избыточное давление над устьем закачивающих скважин при разных режимах (расходах) закачки.
Воды ТКТ являются хлоридно-натриевыми, современном состоянии являются некондиционными, так как представлены рассолом с минерализацией 75 г/л, по микрокомпонентам и макрокомпонентам не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода..." (по железу, кадмию, марганцу, никелю, стронцию).
Воды СМТ2 являются сульфатными натриево-магниево-кальциевыми, на настоящий момент также являются некондиционными, так как они сильно солоноватые с минерализацией 3,8 г/л, по сульфатам и хлоридам не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода.".
В данный момент в поверхностном рассолосборнике, расположенном рядом с полигоном закачки находится вода, которая откачивается из подземных выработок, поступившая туда через провал. Воды рассолосборника являются хлоридно- натриевыми, это очень крепкий рассол, с минерализацией свыше 300 г/л.
Рассмотрено три возможных варианта закачки воды из рассолосборника с дебитами 50, 100, 150 м3/час. Время закачки 5 лет, так как на рассматриваемом полигоне предполагается сначала организовать только опытно промышленный участок. Был произведён расчёт избыточного давления над устьями закачных скважин. Критическое значение избыточного давления принято равным 10 атмосфер.
Результаты расчётов прогнозного избыточного давления над устьем закачивающей скважины для первого варианта составили 1,6 атм., для второго варианта 5,6 атм., для третьего варианта 9,7 атм.
Так как по третьему варианту получаются значения избыточного давления, близкие к критическим, мы рекомендуем воспользоваться вторым вариантом, учитывая, что средний водоприток подземных вод в рудник в настоящее время составляет 110 м3/час, то есть приблизительно в 2 раза меньше.
С использованием программы ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) были рассчитаны конфигурации ореолов засоления подземных вод в течение 5 лет эксплуатации рассматриваемого полигона закачки. Размеры ореола для второго расчётного варианта составят от 310 до 490 метров. Поэтому можно утверждать, что ореол засоления за 5 лет не достигнет акватории Верхнекамского водохранилища.
В 2017 году для уточнения фильтрационных параметров терригенно - карбонатной толщи (ТКТ), а также соляно-мергельной толщи (СМТ2) проводились кустовая и одиночные откачки. В результате обработки результатов данных откачек, с помощью программного комплекса ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) по индикаторным графикам были определены основные фильтрационные параметры водоносных горизонтов на участке полигона закачки .
Средние значения параметра водопроводимости (T) соляно-мергельной толщи составили 183,5 м2/сут для линейной субвертикальной зоны повышенной проницаемости, и 67,2 м2/сут в области за пределами этой зоны. Кроме того, были рассчитаны коэффициенты фильтрации (Кф) для этих зон: 2,2 м2/сут и 0,8 м2/сут соответственно.
Полученные фильтрационные параметры использовались в дальнейшем при решении прогнозной задачи, где оценивалось возможное избыточное давление над устьем закачивающих скважин при разных режимах (расходах) закачки.
Воды ТКТ являются хлоридно-натриевыми, современном состоянии являются некондиционными, так как представлены рассолом с минерализацией 75 г/л, по микрокомпонентам и макрокомпонентам не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода..." (по железу, кадмию, марганцу, никелю, стронцию).
Воды СМТ2 являются сульфатными натриево-магниево-кальциевыми, на настоящий момент также являются некондиционными, так как они сильно солоноватые с минерализацией 3,8 г/л, по сульфатам и хлоридам не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода.".
В данный момент в поверхностном рассолосборнике, расположенном рядом с полигоном закачки находится вода, которая откачивается из подземных выработок, поступившая туда через провал. Воды рассолосборника являются хлоридно- натриевыми, это очень крепкий рассол, с минерализацией свыше 300 г/л.
Рассмотрено три возможных варианта закачки воды из рассолосборника с дебитами 50, 100, 150 м3/час. Время закачки 5 лет, так как на рассматриваемом полигоне предполагается сначала организовать только опытно промышленный участок. Был произведён расчёт избыточного давления над устьями закачных скважин. Критическое значение избыточного давления принято равным 10 атмосфер.
Результаты расчётов прогнозного избыточного давления над устьем закачивающей скважины для первого варианта составили 1,6 атм., для второго варианта 5,6 атм., для третьего варианта 9,7 атм.
Так как по третьему варианту получаются значения избыточного давления, близкие к критическим, мы рекомендуем воспользоваться вторым вариантом, учитывая, что средний водоприток подземных вод в рудник в настоящее время составляет 110 м3/час, то есть приблизительно в 2 раза меньше.
С использованием программы ANSDIMAT (Sindalovsky, 2011) были рассчитаны конфигурации ореолов засоления подземных вод в течение 5 лет эксплуатации рассматриваемого полигона закачки. Размеры ореола для второго расчётного варианта составят от 310 до 490 метров. Поэтому можно утверждать, что ореол засоления за 5 лет не достигнет акватории Верхнекамского водохранилища.
Содержание ВКР — Гидрогеологические условия закачки рассолов в надсолевую толщу горных пород в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей
Выдержки из ВКР — Гидрогеологические условия закачки рассолов в надсолевую толщу горных пород в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей
Подобные работы
- Гидрогеологические условия закачки рассолов в надсолевую толщу горных пород в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей
Дипломные работы, ВКР, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4300 р. Год сдачи: 2019