Оценка фильтрационно-деформационных процессов в ограждающей дамбе хвостохранилища на основе 3D-моделирования
Н.А. Калашник
Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация
Горная Промышленность №1 / 2024 стр. 100-104
Резюме: На примере одного из горнодобывающих предприятий Кольского региона выполнено 3D-моделирование фильтрационно-деформационных процессов в заполняемом хвостохранилище. В качестве исходных были использованы данные инженерно-геологических и гидрологических исследований хвостохранилища. Основные методы и подходы исследований заключались в построении гидрогеомеханической 3D-модели и конечно-элементном моделировании геомеханических и гидравлических условий. При этом основной акцент был направлен на динамическое изменение фильтрации воды сквозь грунты ограждающей дамбы, реализующееся в результатах расчётов посредством пошагового изменения коэффициента поперечной фильтрации. Целью исследования являлось выявление особенностей фильтрационно-деформационных процессов, происходящих в хвостохранилище горнодобывающего предприятия, с использованием 3D их моделирования. Разработана гидрогеомеханическая модель, отражающая геометрию исследуемого объекта, свойства грунтов, геомеханические и гидравлические условия. По результатам моделирования определены модельные параметрические значения перемещений грунтов ограждающей дамбы и объемов фильтрующейся воды из хвостохранилища. Установлены зависимости параметрических значений показателей от коэффициента поперечной фильтрации. Прослежена динамика изменения общих перемещений грунтов ограждающей дамбы и объемов фильтрации воды из хвостохранилища. Полученные результаты служат научно-технической основой для оценки гидрогеомеханического состояния хвостохранилища посредством использования установленных графических и аналитических зависимостей и тем самым имеют несомненное практическое значение.
Ключевые слова: горнодобывающее предприятие, хвостохранилище, фильтрационно-деформационные процессы, 3D-моделирование
Для цитирования: Калашник Н.А. Оценка фильтрационно-деформационных процессов в ограждающей дамбе хвостохранилища на основе 3D-моделирования. Горная промышленность. 2024;(1):100–104. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-1-100-104
Информация о статье
Поступила в редакцию: 09.01.2024
Поступила после рецензирования: 06.02.2024
Принята к публикации: 06.02.2024
Информация об авторах
Калашник Надежда Анатольевна – научный сотрудник лаборатории Геофлюидомеханики, Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-7651-6562, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Калашник А.И., Максимов Д.А., Калашник Н.А., Дьяков А.Ю., Запорожец Д.В., Мелихов М.В. Многоуровневые комплексные исследования и мониторинг хвостохранилищ горнодобывающих предприятий северо-западной части Российского сектора Арктики. Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН; 2022. 250 с. Kalashnik A.I., Maksimov D.A., Kalashnik N.A., Dyakov A.Yu., Zaporozhets D.V., Melikhov M.V. Multilevel complex research and monitoring of tailings dumps of mining enterprises in the north-western part of the Russian sector of the Arctic. Apatity: FIC KSC RAS, 2022, 250 p. (In Russ.).
2. 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):68–73. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.02.11 Shchiptsov V.V., Tishkov S.V., Volkov A.D. Current condition and potential expansion of tailings storage facilities at an Arctic monotown: A case-study of Karelskiy Okatysh. Gornyi Zhurnal. 2023;(2):68–73. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.02.11
3. 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;237:117833. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117833
4. Калашник А.И. Комплексные исследования и мониторинг хвостохранилищ горнопромышленных предприятий Кольского региона. Горный журнал. 2020;(9):101–106. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2020.09.15 Kalashnik A.I. Integrated research and monitoring of mine tailings on the Kola Peninsula. Gornyi Zhurnal. 2020;(9):101–106. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.09.15
5. Fortuna J., Waterhouse J., Chapman P., Gowan M. Applying practical hydrogeology to tailings storage facility design and management. Mine Water and the Environment. 2021;40:50–62. https://doi.org/10.1007/s10230-020-00739-x
6. Lyu Z., Chai J., Xu Z., Qin Y., Cao J. A comprehensive review on reasons for tailings dam failures based on case history. Advances in Civil Engineering. 2019:4159306. https://doi.org/10.1155/2019/4159306
7. Шарипов Д.Ш. Гидродинамические и гидростатические силы как факторы, влияющие на устойчивость хвостохранилищ. Науки о Земле и недропользование. 2021;44(1):63–72. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2021-44-1-63-72 Sharipov D.Sh. Hydrodynamic and hydrostatic forces as factors affecting tailing dump stability. Earth Sciences and Subsoil Use. 2021;44(1):63–72. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2686-9993-2021-44-1-63-72
8. Kalashnik N.A. Influence of water filtration rate on the functionality of the mining tailings dam. Journal of Physics: Conference Series. 2022;2388:012149. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2388/1/012149
9. 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;42:101361. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2019.101361
10. Максимов Д.А. Влияние фильтрационных нарушений на уровень фильтрующихся вод и состояние насыпного гидротехнического сооружения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(5-1):280–291. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_51_0_280 Maksimov D.A. Impact of impaired permeability on percolating water level and on condition of rock-fill hydrotechnical facility. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(5-1):280–291. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_51_0_280
11. Kalashnik N. Scenario modeling of groundwater filtration in a enclosing tailings dam of a mining enterprise. E3S Web of Conferences. 2023;376:03020. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337603020
12. 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 modelling. Minerals Engineering. 2022;180:107481. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107481
13. Muniruzzaman M., Karlsson T., Ahmadi N., Rolle M. Multiphase and multicomponent simulation of acid mine drainage in unsaturated mine waste: Modeling approach, benchmarks and application examples. Applied Geochemistry. 2020;120:104677. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2020.104677
14. Аргал Э.С. Борьба с фильтрацией в основании западной дамбы хвостохранилища Удоканского ГМК. Гидротехническое строительство. 2023;(10):16–21. Режим доступа: http://www.gts.energy-journals.ru/index.php/GTS/article/view/1267/0 (дата обращения: 09.12.2023). Argal E.S. Control of filtration at the base of the western dam of the tailings dump of the Udokan MMC. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo. 2023;(10):16–21. (In Russ.) Available at: http://www.gts.energy-journals.ru/index.php/GTS/article/view/1267/0 (accessed: 09.12.2023).
15. Саййидкосимов С.С., Раимжанов Б.Р., Умаров Ф.Я., Рахимова М.Х. Прогнозная оценка напряженнодеформированного состояния дамб хвостохранилищ на базе пространственной конечно-элементной модели. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9):38–55. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_9_0_38 Sajjidkosimov S.S., Raimdzhanov B.R., Umarov F.Ya., Rahimova M.H. Predictive stress-strain analysis of tailings dams from 3d fem-based model. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9):38–55. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_9_0_38
16. Храпов С.С. Численное моделирование гидродинамических аварий: размыв дамб и затопление территорий. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2023;10(2):357–373. https://doi.org/10.21638/spbu01.2023.215 Khrapov S.S. Numerical modeling of hydrodynamic accidents: Erosion of dams and flooding of territories. Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2023;10(2):357–373. (In Russ.) https://doi.org/10.21638/ spbu01.2023.215
17. Шерхов А.Х., Гергокова З.Ж. Оценка актуального состояния некоторых компонентов комплекса гидротехнических сооружений хвостохранилища Тырныаузского горно-обогатительного комбината. Природообустройство. 2022;(4):100–106. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2022-4-100-106 Sherhov А.Kh., Gerkova Z.Zh. Assessment of the current state of some components of the complex of hydraulic structures of the tailings pond of the Tyrnyauz mining and processing plant. Prirodoobustrojstvo. 2022;(4):100–106. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/1997-6011-2022-4-100-106
