Кондиционирование шахтных вод

 
В. А. Низов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ШАХТНЫХ ВОД 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва  
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
 
 
1
 

УДК 622.5+502.1 
ББК 33.17 
    Н61 
Рецензенты: 
кандидат технических наук, профессор кафедры водного хозяйства 
и технологии воды УрФУ им. первого Президента России Б. Н. Ельцина  
Аксенов Валентин Иванович; 
доктор химических наук, заведующий лабораторией Института  
химии твердого тела УрО РАН Линников Олег Дмитриевич; 
кандидат технических наук, доктор педагогических наук, профессор,  
проректор РГППУ Федоров Владимир Анатольевич 
Низов, В. А. 
Н61  
 
Кондиционирование шахтных вод : монография / В. А. Низов.  
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 164 с. : ил., табл. 
      ISBN 978-5-9729-0710-6 
Освещены вопросы сохранения качества водных ресурсов. Приведены 
типы сточных вод горно-обогатительных комбинатов.  Проанализированы физико-химические превращения минеральной основы и подземных вод в условиях разработки месторождений. Рассмотрены варианты технологических 
схем кондиционирования шахтных вод.        
Для инженерно-технических специалистов. Может быть полезно студентам природоохранительных специальностей всех форм обучения и аспирантам.  
УДК 622.5+502.1 
       ББК 33.17 
ISBN 978-5-9729-0710-6 
” Низов В. А., 2021 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие  
............................................................................................................ 4 
Введение   
................................................................................................................. 6 
Глава I. Общая ситуация в решении задачи сохранения  
качества водных ресурсов. Типы сточных вод ГОКов.  
Их классификация в современных условиях.  
Постановка проблемы и частных решений ........................................................... 8 
Глава II. Анализ физико-химических превращений минеральной  
основы и подземных вод в условиях разработки месторождений .................... 39 
Глава III. Моделирование процессов кондиционирования  
шахтных вод 
........................................................................................................... 73 
Глава IV. Разработка метода контроля концентрации коллоидной  
составляющей ...................................................................................................... 112 
Глава V. Варианты технологических схем кондиционирования  
шахтных вод  
........................................................................................................ 126 
Заключение  ......................................................................................................... 150 
Библиографический список  ............................................................................... 154 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
 

 
 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Творческий период инженерной практики поколения, к которому я имею 
честь принадлежать – последняя четверть прошедшего столетия. Примечательной особенностью этого времени являются перемены отношения к водным ресурсам, к воде, как основе жизни и процветания общества. В далекие 
50-е чистота рек, озер и прочих природных источников воспринималась, как 
что-то само собой разумеющееся и незыблемое. К концу века ситуация изменилась кардинальным образом. И вот мы вынуждены затрачивать все больше 
усилий, чтобы сохранить себя и свое здоровье от пагубного воздействия испорченной нами же природной среды, наиболее уязвимым компонентом которой оказалась та самая вода – основа всего живого на земле. 
Первые увлечения проблемами очистки воды можно отнести к концу 
«лихих 90», когда после возврата из Красноярска на Урал моим пристанищем 
оказалось ЗАО «ФЭН» в Екатеринбурге под руководством генерального директора Кравцова Евгения Станиславовича. Очень небольшая фирма, тем не 
менее, имела довольно широкий спектр производственной деятельности: 
начиная от фасовки и йодирования поваренной соли «Соль-Илецкого» месторождения, производства линолеума с подосновой, строительства жилья и 
наконец производства очистных сооружений мойки автотранспорта. Вторым 
лицом в фирме и главной движущей силой технического развития был Корлыханов Александр Андреевич. Друг с детства не слишком задолго до этого момента сам вернулся к «мирной» жизни из Сарова. Судьба после долгих лет независимого существования свела нас на некоторое время на одном поприще. 
Десятки моек транспорта с замкнутым циклом в короткое время были освоены, усовершенствованы и внедрены в городе, обеспечив пристойный вид 
транспорта, сократив дикий помыв около водоемов, внеся некоторый вклад в 
сохранение их от загрязнения в эпоху экстремального численного увеличения 
автотранспорта. 
Вторая отметка привлечения к проблеме сточных вод связана с именем 
известного уральского специалиста по водоподготовке Аксеновым Валентином Ивановичем – лауреатом государственной премии СССР, создателем замкнутого водооборотного цикла Верхисетского завода в 70 годах прошлого 
столетия. Именно он направил на праведный путь безалаберного верхогляда, 
стал вдохновителем совместной монографии, выпущенной в 2011 году по 
4
 

проблеме техногенных отходов и заразил задачей очистки шахтных вод 
ГОКов, которыми так богат уральский регион. 
Особенность проблемных ситуаций, возникающих в современных условиях, наиболее ярко отражает их комплексный характер. Дифференцированный подход, присущий современным научным отечественным школам, в решении такого рода задач малопродуктивен. Это основная причина, почему в 
своей стезе я, как разработчик, исповедую несколько своеобразную «тактику». 
Имеется в виду обращение к проблеме без опоры на авторитетные и устоявшиеся тенденции. Детальная предварительная проработка авторитетного опыта таит в себе опасность попадания в чужую колею. Мой подход: от общего к 
частному, выстраивание гипотезы решения по узловому вопросу проблемы, 
проверка гипотезы в режиме моделирования, далее отказ от принятой гипотезы или ее развитие. И так до бесконечности, пока не найдено удовлетворительное решение. Без новизны подхода не может быть неожиданного и плодотворного решения. Это мое убеждение и пока оно оправдывалось. 






















5
 

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Состояние окружающей нас среды меняется на рубеже столетий столь 
стремительно, что это становится заметным в пределах жизни одного поколения. Факт неоспорим и большинство исследователей связывают его с неразумной активностью самого совершенного продукта эволюционного развития 
на планете – человеческого сообщества. Воздух и вода ௅ два самых главных 
фактора от которых зависит наше будущее. В то же время качество этих факторов имеет устойчивую обратную связь от степени развития коллективного 
разума, знаний и умения адекватно реагировать на неизбежные конфликтные 
ситуации, порождаемые хозяйственной деятельностью численно возрастающего населения. Вполне естественно, что роль науки в этом смысле может 
быть неоценимой, если она объективна, ответственна и беспристрастна. В 
этом смысле научное сообщество призвано играть роль общественного доктора, от правильности диагноза которого постоянно зависит характер корректирующих процедур, назначаемых иногда не вполне адекватному коллективному пациенту. И горе тому сообществу, которое не прикладывают усилий в 
поддержании должного статуса общественного доктора и его авторитета. 
Изучение системы «вода – порода», как научное направление заложено 
работами В. И. Вернадского и практически начало развиваться после публикации им книги «История природных вод» (1933 г.). Важное значение для его 
становления имело издание в 1965 г. книги американских ученых Р. М. Гаррелса и Ч. Л. Крайста «Растворы, минералы, равновесия», спустя три года 
опубликованной в переводе в нашей стране. Окончательно сформировалось 
оно с проведением в 1974 г., а затем регулярно раз в три года международных 
симпозиумов 
«Взаимодействие 
вода 
– 
порода» 
(WATER 
– 
ROCK 
INTERACTION), собирающих в последние годы до 500 специалистов со всего 
мира. Предпоследний такой симпозиум (WRI-15) состоялся в 2016 г. в Португалии, по решению Генеральной ассамблеи которого следующий симпозиум 
WRI-16 состоялся в 2019 г. в г. Томске. 
В этой монографии речь пойдет о проблемах сточных вод многообразие 
которых прогрессирует и угрожает природному равновесию не смотря на 
предпринимаемые усилия или обозначаемые таковыми. Невозможно объять 
необъятное. Рассмотрению подлежат проблемы, связанные с шахтными и карьерными водами. Водами ГОКов, от успешной производственной деятельно6
 

сти которых на современном этапе развития во многом зависит отечественное 
финансовое благополучие. Основная особенность производственной деятельности ГОКов, как правило, связана с шахтными или карьерными выработками 
и с неизбежностью отвода подземных вод. Казалось бы что природные воды 
не должны по определению вносить нарушение в сложившееся системное 
равновесие. Но дело как раз и состоит в том, что вмешательство в равновесные природные условия приводит к непредсказуемым изменениям физикохимических свойствах откачиваемых избыточных вод. Их сброс в открытую 
гидрографическую сеть зачастую содержит скрытую угрозу для прогрессирующей деградации последней.  
Длительное время в отечественной практике действующих предприятий 
широко использовались согласованные допустимые нормативы сбросов, которые назначались в каждом конкретном случае в зависимости от природных 
условий и их способности к разбавлению и нивелированию вмешательств в 
природную естественную среду. Эта практика сохранена по сей день для 
большинства существующих предприятий. И мало сказать, что это положение 
отнюдь не способствует оздоровлению естественной природной среды. Оно 
усугубляет проблемы конкуренции вновь создаваемых предприятий, так как к 
ним требования достижения ПДК для сброса в открытую гидрографическую 
сеть объявляются непреложными. При этом сами нормативы установлены на 
уровне превышающих самые жесткие требования для развитых зарубежных 
стран. Налицо старый, устаканившийся принцип: строгость отечественного 
норматива компенсируется необязательностью его исполнения. Повлиять на 
парадоксальность законотворческих инсинуаций нет никакой возможности. 
Остается единственный путь более глубокого исследования процессов, связанных с техногенным вмешательством в природную среду и разработки приемов компенсации нежелательных последствий. Непредвзятый читатель сможет оценить, насколько удался заявленный замысел. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7
 

 
 
 
ГЛАВА 1 
 
ОБЩАЯ СИТУАЦИЯ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ  
СОХРАНЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ. 
СТОЧНЫЕ ВОДЫ ГОКОВ. 
ИХ СОСТОЯНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ.  
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ  
И ЧАСТНЫХ РЕШЕНИЙ 
 
Подземные воды по мнению гидрогеологов, наиболее пригодный и 
перспективный источник питьевой воды на обозримое будущее. Ресурсный 
потенциал России составляет около 900 млн м3/сут, распределен по территории неравномерно, что определяется разнообразием гидрогеологических 
условий и климатическими особенностями. Доля подземных вод в балансе 
хозяйственно-питьевого водоснабжения (из поверхностных и подземных водоисточников) составляет 45 %. Более 60 % городов и поселков городского 
типа удовлетворяют потребности в питьевой воде, используя подземные воды, а около 20 % из них имеют смешанные источники водоснабжения. В 
сельской местности на подземные воды в хозяйственно-питьевом водоснабжении приходится 80–85 % общего водопотребления. Основной же состав 
гидросферы – соленые воды. На пресную воду приходится менее 3 % всего 
объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли 
находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых 
еще предстоит открыть. В зависимости от окружающих условий, таких как 
температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым 
образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные 
горизонты». Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из 
важнейших стратегических ресурсов.  
 
 
8
 

Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов: 
x поровые, залегающие в песках; 
x трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород; 
x карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах. 
 
Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, насыщается солями и минералами. В зависимости от 
концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы. Выделяют следующие виды подземных вод по 
условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды. 
Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах 
слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет 
аллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод 
связано с процессами конденсации водных паров, помимо перечисленных 
выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие 
запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 5 м. Существенное влияние на образование 
верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое 
время или отсутствует совсем. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более 
устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые 
воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной 
или слабоминерализованной.  
Грунтовые воды  это часть подземных вод [1]. Они расположены на 
первом водоносном горизонте от поверхности, выдержанном по площади. В 
основном это безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с 
локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и 
физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, 
фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и 
внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из 
нижерасположенных водоносных горизонтов. 
9
 

Артезианские воды – это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве 
случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в 
скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.  
 
 
Рис. 1. Типичное расположение водных горизонтов 
 
Почвенные воды приурочены к почвенному водному слою, принимают 
участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на 
химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. 
Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в 
различных направлениях. На рис. 2 представлено распределение эксплуатационных вод по территории России. 
10