All
 
|
 
 


Multilevel integrated studies and monitoring of natural and technical objects of Kola region
 
PIIS221979310025285-6-1
DOI10.37490/S221979310025285-6
Publication type Article
Status Published
Authors
Anatolii Kalashnik 
Occupation: Lead Researcher, Head of laboratory
Affiliation: Mining Institute KSC RAS
Address: Russian Federation, Apatity
Journal namePskov Journal of Regional Studies
EditionVolume 19. No2/2023
Pages65-77
Abstract

The relevance of research, diagnostics and study of natural and technical objects belonging to I–II hazard classes is shown. Methodological approaches to the application of interdisciplinary methods for a complex of observations and observation of such objects are proposed: visual observations and photodocumentation, geophysical survey, hydrological measurements, geomechanics methods, satellite geodesy, digital photography using UAVs, remote sensing, hydrogeomechanical modeling. Comprehensive natural observations of various incidents on the earth's surface: underground, explosive, high-altitude and satellite. The underground level includes hydrological measurements, seismic tomography and georadar sounding. At the surface level, geodetic surveys, horizontal and vertical measurements, geodetic referencing and precise positioning of objects are performed. Various types of digital aerial photography are used for the high-altitude level. The basis of the satellite level is the processing and analysis of multispectral and radar images (ERS). The data obtained as a result of field studies are used to develop hydrogeomechanical 3D models, with the help of which scenario modeling of various hydrogeological and geomechanical conditions is performed. Such an approach to solving monitoring problems, which consists in integrating interdisciplinary studies at various levels, makes it possible to control a natural and technical object in a hierarchy: from a structure as a whole to its individual structural elements and local sections. A description is given of examples of the application of multilevel integrated research and monitoring of natural and technical objects of mining enterprises in the Kola region.

Keywordsinterdisciplinary research, multilevel, monitoring, complex method, natural and technical objects, geoecology, Kola region
Received28.06.2023
Publication date29.06.2023
Number of characters15411
Cite   Download pdf To download PDF you should sign in
100 rub.
When subscribing to an article or issue, the user can download PDF, evaluate the publication or contact the author. Need to register.
1 Введение. Произошедшие разрушения природно-технических объектов горнодобывающих предприятий, а также всемирно известные аварии объектов складирования жидких отходов (Бразилия (Брумадинью); Венгрия (Айка), Инд, Пакистан (Инд), и др.), приведшие к огромному природно-техническому ущербу, и даже к гибели людей, обуславливают жёсткие требования к диагностике и контролю таких объектов в целях обеспечения их геоэкологической безопасности [3; 6; 14; 19; 20].
2 Нарушение механической прочности и фильтрационной устойчивости ограждающих сооружений объектов складирования жидких отходов в большинстве становятся причиной чрезвычайной ситуации и аварии. Вследствие этого населению, инженерно-техническим коммуникациям, дорогам, промышленным и гражданским зданиям, и т. п. наносится огромный социально-экономический ущерб. Последствия аварии включают финансовые потери, остановку отдельных цехов или даже всего предприятия, затраты на ремонт, на восстановление сооружений, коммуникаций, дорог, оборудования и механизмов, и др.; затраты на ликвидацию аварийных последствий; реабилитацию окружающей природной среды. Кроме того, не исключены и штрафы за загрязнение природных водных и воздушных сред [3; 20].
3 В Кольском регионе минеральное рудное сырьё добывается и перерабатывается горнопромышленными предприятиями, входящими во всемирно известные холдинги: КФ АО «Апатит» (ФосАгро), АО «Кольская ГМК» (Норникель), АО «ОЛКОН» (Северсталь), АО «Ковдорский ГОК» (ЕвроХим), ООО «Ловозерский ГОК» (Росатом), АО «СЗФК» (Акрон). Суммарно этими предприятиями ежегодно добывается и перерабатывается до 60–80 млн т руды. Обогатительными фабриками предприятий, после переработки руды в концентрат, складируют в хвостохранилища до 40–50 млн т отходов. Необходимо отметить, что хвостохранилища обогатительных фабрик горнодобывающих предприятий западной части российского сектора Арктики построены в оврагах или котловинах рек (ручьёв), на относительно слабых грунтах подстилающего геологического основания [3].
4 Вследствие интенсивного недропользования на протяжении практически 90 лет в Кольском регионе созданы крупные природно-технические объекты, в которых складировано 1 млрд м3 (около 2,43 млрд т) отходов переработанного рудного сырья. При этом площадь этих объектов может достигать 16,5 млн м2 (1650 га) с объёмом заполненной чаши более 318 млн м3 (318,4*109 л) и весом общей массы хвостовых отложений до 732 млн т. Высота ограждающих дамб достигает 70 м, что превышает высоту пятиэтажного дома почти в 5 раз. Хвостохранилища региона относятся к категории особо ответственных (опасных) объектов, с классом опасности I–II.
5 Особого внимания требует гидрогеологический режим месторасположения природно-технических объектов горнопромышленных предприятий, характеризуемый достаточно высоким уровнем грунтовых вод, который вследствие водонасыщенных отходов и сбросов промышленных вод непрерывно изменяется [13]. В грунтах природно-технических объектов хвостохранилища формируется повышенное поровое давление, эффективное напряжение, в свою очередь, становится низким. Поэтому необходимо определённое время для уплотнения грунтов за счёт их консолидации и, тем самым, для безопасной эксплуатации хвостохранилища и ограждающих их дамб [3; 19]. Консолидация грунтов приводит к рассеиванию и снижению избыточного давления воды и приобретению грунтами «скелетной» жёсткости [3; 15; 19].

views: 155

Readers community rating: votes 0 

1. Deryabin S. A., Misineva E. V. (2022), Hybrid simulation modeling of ecological state of a mining region using a multi-agent approach, Mining informational and analytical bulletin, no. 4, pp. 169–181. (In Russ). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_4_0_169. 
2. Zinovieva O. M., Kuznetsov D. S., Merkulova A. M., Smirnova N. A. (2021), Digitalization of industrial safety management systems in mining, Mining informational and analytical bulletin, no. 2–1, pp. 113–123. (In Russ). https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-113-123. 
3. Kalashnik А. I. (2020), Integrated research and monitoring of mine tailings on the Kola Peninsula, Gornyi Zhurnal [Mining magazine], no. 9, pp. 101–106. (In Russ). https://doi.org/10.17580/gzh.2020.09.15. 
4. Kalashnik A. I., Maksimov D. A., Kalashnik N. A., Dyakov A. Yu., Zaporozhets D. V., Melikhov M. V. (2022), Multilevel integrated studies and monitoring of tailings of mining enterprises in the northwestern part of the Russian sectors of the Arctic, Apatity, FRC KSC RAS Publ., 250 p. (In Russ). https://doi.org/10.37614/978.5.91137.465.5. 
5. Kalashnik A. I. (2022), Model patterns of changes in hydrogeomechanical state of the mining waste storage barrier, Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RAN. Seriya: Estestvennye i gumanitarnye nauki [Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Series: Natural and Human Sciences], vol. 1, no. 2, pp. 107–112. (In Russ). https://doi.org/10.37614/2949-1185.2022.1.2.013. 
6. Kalashnik A. I., Dyakov A. Yu. (2017), Information technologies in problems of monitoring of hydraulic facilities of mining enterprises through subsurface GPR sounding, Mining informational and analytical bulletin, no. 23, pp. 283–291. (In Russ).
7. Kuczyńska G., Stawska M. (2021), Modern applications of terrestrial laser scanning, Mining informational and analytical bulletin, no. 1, pp. 160–169. (In Russ]. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-1-0-160-169. 
8. Mel'nikov N. N., Kalashnik A. I., Zaporozhec D. V., D'yakov A. Yu., Maksimov D. A. (2016), Experience of applying GPR subsurface studies in the western part of the Russian Arctic sector, Problemy Arktiki i Antarktiki [Problems of the Arctic and Antarctic], no 1 (107), pp. 39–49. (In Russ).
9. Mihajlov V. O., Kiseleva E. A., Smol'yaninova E. I., Dmitriev P. N., Golubev V. I., Timoshkina E. P., Hajretdinov S. A. (2016), Insar: new technologies of the satellite monitoring of mineral resources exploration fields and natural and man-made object displacements, Nauka i tekhnologicheskie razrabotki [Science and technological developments], vol. 95, no. 3, pp. 5–11. (In Russ).
10. Musalev D. N., Prohorov N. N., Klabuk A. M. (2018), Experience of GPR application in scientific and engineering supervision of potash mining at the Starobinsk deposit, Gornyi Zhurnal [Mining magazine], no 8, pp. 42–47. (In Russ). https://doi.org/10.17580/gzh.2018.08.05. 
11. Ponomarenko M. R., Kutepov Yu. I., Volkov M. A., Grinuk A. P. (2020), Satellite methods within integrated land surface deformation monitoring in a mine field, Mining informational and analytical bulletin, no. 12, pp. 103–113. (In Russ). https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-12-0-103-113. 
12. Rybnikov P. A., Buzina D. A. (2021), Aerospace multispectral and hyperspectral imagery in mining area studies, Mining informational and analytical bulletin, no. 11–1, pp. 55–70. (In Russ). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_111_0_55. 
13. Tikhonova S. A., Struchkova G. P., Kapitonova T. A. (2021), Manmade pollution assessment in water bodies in Yakutia using color response curves and satellite images, Mining informational and analytical bulletin, no. 12–1, pp. 213–222. (In Russ). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_121_0_213. 
14. Carmo F. F. D., Kamino L. H. Y., Junior R. T. et al. (2017), Fundao tailings dam failures: the environment tragedy of the largest technological disaster of Brazilian mining in global context, Perspectives in Ecology and Conservation, vol. 15, no. 3, pp. 145–151. https://doi.org/10.1016/J.PECON.2017.06.002. 
15. Clarkson L., Williams D. (2020), Critical review of tailings dam monitoring best practice, International Journal of Mining, Reclamation and Environment, vol. 34, iss. 2, рр.119–148. https://doi.org/10.1080/17480930.2019.1625172. 
16. Hartwig M. E. (2016), Detection of mine slope motions in Brazil as revealed by satellite radar interferograms, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, vol. 75(2), iss. 2, рр. 605–621. https://doi.org/10.1007/s10064-015-0832-8. 
17. Melnikov N. N., Kalashnik A. I., Kalashnik N. А. (2018), Integrated multi-level geofluid mechanics monitoring system for mine waterworks, Eurasian Mining, no. 2, pp. 7–10. https://doi.org/10.17580/em.2018.02.02. 
18. Morin R. (2016), Satellite Remote Sensing for Effective Monitoring of Tailings Storage, Engineering and Mining Journal, December 2016.
19. Tailings info. Tailings Related Accidents-Failures. Breaches and Mudflows. (2018). URL: https://www.tailings.info/  (accessed 26.03.2021).
20. Zongjie Lyu, Junrui Chai, Zengguang Xu, Yuan Qin, Jing Cao (2019), A Comprehensive Review on Reasons for Tailings Dam Failures Based on Case History, Advances in Civil Engineering, vol. 2019, article ID 4159306. https://doi.org/10.1155/2019/4159306.

Система Orphus

Loading...
Up