Влияние степени водонасыщенности хвостохранилища обогатительной фабрики горнодобывающего предприятия на гидрогеомеханическое состояние ограждающей дамбы: 3D-моделирование

Объектом исследования является хвостохранилище обогатительной фабрики горнодобывающего предприятия – как сложная гидротехническая система, промышленная и экологическая безопасность которой в значительной степени определяется как объемом и состоянием намывных отложений, так и степенью их водонасыщенности. Вода в хвостохранилище должна быть в текущих проектных отметках, с формированием намывных пляжей у ограждающих дамб достаточной длины. Вместе с тем, в силу природных (ливни, паводки) и технических (сбросы промышленных вод) причин степень водонасыщенности хвостохранилища может достигать, а иногда и превышать, максимальное проектное значение. Поэтому целью работы являлось выявление закономерностей влияния степени водонасыщенности хвостохранилища обогатительной фабрики горнодобывающего предприятия на гидрогеомеханическое состояние и фильтрационнодеформационную устойчивость ограждающей дамбы. Метод исследования заключался в построении 3D-модели фрагмента хвостохранилища, на примере одного из горнодобывающих предприятий Кольского региона, и компьютерном моделировании формирующихся фильтрационно-деформационных процессов при различных уровнях воды в емкости хвостохранилища. В результате исследования получены расчетные показатели, характеризующие результирующее гидрогеомеханическое состояние ограждающей дамбы в зависимости от степени заполнения водой емкости хвостохранилища. Предложен подход к формированию научно-технической основы для решения задач по обеспечению промышленной безопасности хвостохранилища обогатительной фабрики горнодобывающего предприятия, водонасыщенность емкости которого находится в сильной зависимости от природных и техногенных влияющих факторов.

Калашник Н. А. Влияние степени водонасыщенности хвостохранилища обогатительной фабрики горнодобывающего предприятия на гидрогеомеханическое состояние ограждающей дамбы: 3D-моделирование // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 5. – С. 144–155. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_5_0_144.

Калашник Надежда Анатольевна — научный сотрудник, Горный институт КНЦ РАН, e-mail: n.kalashnik@ksc.ru, ORCID ID: 0000-0001-7651-6562.

1. Калашник А. И. Комплексные исследования и мониторинг хвостохранилищ горнопромышленных предприятий Кольского региона // Горный журнал. — 2020. — № 9. — С. 101—106. DOI: 10.37490/S221979310025285-6.

2. Tao M., Zhang X., Wang S., Cao W., Jiang Y. Life cycle assessment on lead—zinc ore mining and beneficiation in China // Journal of Cleaner Production. 2019, vol. 237, article 117833. DOI: 10.1016/j. jclepro.2019.117833.

3. Абдыгазиев К. К., Чукин Р. Б., Самаган уулу Б. Исследование развития гидродинамической аварии, связанной с распространением потока неконсолидированной жидкости при переливе через гребень дамбы хвостохранилища рудника Кумтор // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. — 2022. — Т. 22. — № 12. — С. 93—99. DOI: 10.36979/1694-500X-202222-12-93-99.

4. Fortuna J., Waterhouse J., Chapman P., Gowan M. Applying practical hydrogeology to tailings storage facility design and management // Mine Water and the Environment. 2021, vol. 40, pp. 50—62. DOI: 10.1007/s10230-020-00739-x.

5. Zongjie L., Junrui C., Zengguang X., Yuan Q., Jing C. A comprehensive review on reasons for tailings dam failures based on case history // Advances in Civil Engineering. 2019, article 4159306. URL:https://www.hindawi.com/journals/ace/2019/4159306/ (дата обращения: 22.03.2022).

6. Owen J. R., Kemp D., Lèbre É., Svobodova K., Pérez Murillo G. Catastrophic tailings dam failures and disaster risk disclosure // International Journal of Disaster Risk Reduction. 2020, vol. 42, article 101361. DOI: 10.1016/j.ijdrr.2019.101361.

7. Щипцов В. В., Тишков С. В., Волков А. Д. Современное состояние и перспективы развития хвостохранилища моногорода арктической зоны (на примере АО «Карельский окатыш») // Горный журнал. — 2023. — № 2. — С. 68—73. DOI: 10.17580/gzh.2023.02.11.

8. Song X., Pettersen J. B., Pedersen K. B., Røberg S. Comparative life cycle assessment of tailings management and energy scenarios for a copper ore mine. A case study in Northern Norway // Journal of Cleaner Production. 2017, vol. 164, pp. 892—904. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.07.021.

9. Tost M., Hitch M., Chandurkar V., Moser P., Feiel S. The state of environmental sustainability considerations in mining // Journal of Cleaner Production. 2018, vol. 182, pp. 969—977. DOI: 10.1016/ j.jclepro.2018.02.051.

10. Muniruzzaman M., Karlsson T., Ahmadi N., Role M. Multiphase and multicomponent simulation of acid mine drainage in unsaturated mine waste: Modeling approach, benchmarks and application examples // Applied Geochemistry. 2020, vol. 120, article 104677. DOI: 10.1016/j.apgeochem. 2020.104677.

11. Калашник Н. А. Оценка фильтрационно-деформационных процессов в ограждающей дамбе хвостохранилища на основе 3d-моделирования // Горная промышленность. — 2024. — № 1. — С. 100—104. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-1-100-104.

12. Kalashnik N. A. Influence of water filtration rate on the functionality of the mining tailings dam // Journal of Physics Conference Series. 2022, vol. 2388, no. 1, article 012149. DOI: 10.1088/17426596/2388/1/012149.

13. Храпов С. С. Численное моделирование гидродинамических аварий: размыв дамб и затопление территорий // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. — 2023. — Т. 10. — № 2. — С. 357—373. DOI: 10.21638/spbu01.2023.215.

14. Храпов С. С. Численное моделирование самосогласованной динамики поверхностных и грунтовых вод // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2021. — Т. 24. — № 3. — С. 45—62. DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2021.3.5.

15. Шарипов Д. Ш. Гидродинамические и гидростатические силы как факторы, влияющие на устойчивость хвостохранилищ // Науки о Земле и недропользование. — 2021. — № 44(1). — С. 63—72. DOI: 10.21285/2686-9993-2021-44-1-63-72.

16. Lolaev A., Oganesyan A., Badoev A. S., Oganesyan E. Tailing dams formation algorithm // Arabian Journal of Geosciences. 2020, vol. 13, no. 19, article 974. DOI: 10.1007/s12517-020-05990-8.

17. Белослудцева Ю. О., Котлов О. Н. Прогноз температурного режима гидротехнических сооружений с учетом фильтрационного потока // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. — 2024. — Т. 311. — С. 65—74.

18. Muller S., Lassin A., Lai F., Thiéry D., Guignot S. Modelling releases from tailings in life cycle assessments of the mining sector: From generic models to reactive transport modeling // Minerals Engineering. 2022, vol. 180, no. 6, article 107481. DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107481.

19. Сольский С. В., Гладштейн О. И., Зеленский И. Г. Современные решения применения геосинтетических материалов на грунтовых сооружениях // Гидротехника. — 2023. — № 4 (73). — С. 62—67. DOI: 10.55326/22278400_2023_4_62.

20. Шерхов А. Х., Гергокова З. Ж. Оценка актуального состояния некоторых компонентов комплекса гидротехнических сооружений хвостохранилища Тырныаузского горно-обогатительного комбината // Природообустройство. — 2022. — № 4. — С. 100—106. DOI: 10.26897/19976011-2022-4-100-106.

21. Obrzud R. F., Truty A. The hardening soil model — a practical guidebook. Revised 21.10.2018. 2018, 216 p. URL: http://www.zsoil.com/zsoil_manual_2018/Rep-HS-model.pdf (дата обращения: 11.09.2023).

22. СП 39.13330.2012. Плотины из грунтовых материалов. — М.: Минрегион России, 2012. — С. 34. Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. URL: https:// docs.cntd.ru/document/1200095521?ysclid=lxohf3z2jy963752248.