Геосинтетические материалы в добывающей отрасли

Мощнейшие грязевые потоки, сметающие всё на своём пути на протяжении десятков километров; зловонные химические массы, сворачивающие постройки и погребающие под собой всё живое, а после мгновенно впитывающиеся в когда-то плодородную землю.

Нет, это не эпизод из фильма-катастрофы или ужастика про апокалипсис. Такие вещи происходили на самом деле после прорывов и аварий на хвостохранилищах горнодобывающих и горно-обогатительных предприятий.

Например, на медном руднике Эль-Кобра в Чили или на ГОКе в бразильском штате Минас-Жерайс. Эксперты, устраняющие последствия этих катастроф, не раз отмечали, что одной из причин прорывов было отсутствие у объектов качественной гидроизоляция днища и бортов.

Однако страны Южной Америки не единственные, где остро стоит проблема некачественной организации хвостохранилищ и прудов-отстойников. Значительную часть наших российских горно-обогатительных предприятий создали ещё в конце, а то и в середине XX века однозначно без применения спецсредств.

Да и  многие нынешние добытчики часто пытаются снизить свои издержки за счёт экономии на гидроизоляции объектов хранения. Хотя сегодня на рынке представлено достаточно подходящих по цене решений, способных эффективно решить этот вопрос. К  ним относятся и геосинтетические материалы, в том числе геомембранные системы.

Преимущества геомембран

Безусловно, после того как в мире произошло столько катастроф, специалисты, говоря о достоинствах геомембран, в первую очередь упоминают преимущества материала для экологии.

«Горнодобывающая промышленность является не только одной из отраслей, наиболее влияющих на мировую экономику, но и крупнейшим производителем отходов в мире. Ведь для получения грамма золота необходимо измельчить и переработать тонну минералоносной породы, в том числе с использованием специальных реагентов.

Воздействие на окружающую среду химических веществ, выделяемых в результате горных процессов, является серьёзной проблемой, и именно этот вопрос решает высокоэффективная система футеровки — геомембрана, снижающая любой возможный риск загрязнения», — отмечает менеджер по проектам «ATARFIL, S.L.» Хавьер Паес.

Однако, если отойти от темы угрозы для окружающей среды и копнуть поглубже, то окажется, что применение этого гидроизолирующего материала в горнодобывающей отрасли практически не ограниченно. Помимо способности отлично задерживать воду, он обладает высокой плотностью и сейсмостойкостью за счёт своей эластичности, а также легко выдерживает воздействие агрессивных сред и перепады температур. Поэтому он с одинаковой эффективностью будет работать в любом климате и ландшафте: от подземных шахт до открытого карьера и от северных широт с мёрзлым грунтом до влажных болот и торфяников.

Именно благодаря этой совокупности характеристик материал используют для разделения слоёв грунта, армирования неустойчивых оснований, укрепления естественных и искусственных склонов. Это, в свою очередь, позволяет исключить образование на местах добычи оползней, трещин и ухода грунта под плавуны.

То есть этот продукт предупреждает возникновение весьма дорогостоящих проблем. Эти же полезные качества пригодятся и при строительстве дорожного полотна на заболоченных и подтопляемых грунтах.
И даже это далеко не все преимущества геосинтетических материалов.

«Я сделаю акцент на таком решении, как битумные геомембраны. Их использование актуально для решения множества задач при строительстве объектов добывающего комплекса — это гидроизоляция ложа хвосто- и шламохранилищ, дамб, рекультивация объектов хранения и  складирования отходов, устройство ложа породных отвалов, гидроизоляция прудов-накопителей и прудов-отстойников. Такие решения наиболее активно используют для защиты от  проникновения в почву и  грунтовые воды отходов обогащения и  полезных ископаемых в технологическом процессе, который влечёт за собой угрозу окружающей среде»,  — объясняет руководитель проектов ООО «ВостокГеоСинтетикс» Вячеслав Осиновский.

И, наконец, различные виды геосинтетических материалов, применяемых в России в качестве гидроизоляции, способны не только защищать от убытков, но и буквально приносить прибыль, собирая ценный ресурс. При кучном выщелачивании, которое считается одним из самых эффективных способов добычи драгоценного металла, растворённое реагентами золото попросту вытекает, проходя сквозь руду.

Утечка золотой эссенции в почву грозит не только экологическими неприятностями, но и убытками от потери полезного ископаемого. Ведь в дальнейшем из этого «химического коктейля» необходимо выделить материальное золото путём осаждения электролизом. Поэтому различные виды геомембран используют в том числе для организации специальных площадок для кучного выщелачивания золотой руды.

«На одном из объектов для подготовки основания штабеля для кучного выщелачивания возникла сложность с организацией гидроизоляции. Вокруг комплекса не было месторождения глины необходимого качества, которая требовалась для создания подстилающих слоёв под полиэтиленовые неармированные геомембраны по строительным правилам в СНГ.

Для решения этой проблемы применили тип битумной композитной геомембраны Coletanche ES3. Предварительно провели испытания на продавливание кусками горной породы, которые подтвердили способность этого материала выдерживать давление столба породы высотой до 100 метров без необходимости применения дополнительных мероприятий или специальных подстилающих и покровных слоёв.

Монтаж осуществляли на уплотнённый и выровненный местный грунт. Руду складировали на полотно без защитных слоёв из геотекстиля, песка или глины. Высоту насыпи планировалось постепенно наращивать».

На каждый случай свой «геосинтетик»

Как отмечают специалисты, геосинтетические мембраны в странах Европы и Америки стали использоваться с 1960-х, и с тех пор появилось несколько разных видов, каждый из которых наиболее эффективен в своих конкретных случаях (Таблица 1).

«В 1980-х годах геомембраны из ПНД превзошли по популярности более традиционные на тот момент мембраны из ПВХ. Причина была в  их высокой химической стойкости. Они успешно контактировали со щёлоками, включающими растворители, используемые при кучном выщелачивании, такие как цианид натрия для золота/серебра и серная кислота (кислотный раствор) для меди/никеля. То есть сохраняли свои свойства при экстремальных значениях рН растворов.

Кроме того, их было куда проще монтировать: просто соединять швами и не использовать растворяющие цементы и клеи. В дополнение к этому геомембраны этого вида значительно выигрывали по цене. По опыту нашей компании мы можем сказать, что геомембраны ПНД выбирают примерно в 95% случаев», — заметил Хавьер Паес.

Что же касается битумных геомембран, которые стали применять в России относительно недавно, то некоторые специалисты включают их в общую классификацию геомембран. Но многие эксперты отмечают, что этот продукт представляет собой совершенно другое, прежде всего комплексное решение, не требующее дополнительных затрат.

«Битумные геомембраны стали применяться в России с 2000-х годов. При их использовании отсутствует необходимость в дополнительных подстилающих и защитных слоях. Простота монтажа и надёжность не влекут за собой появления большого количества дефектов во  время работ. По мембране может передвигаться техника, и монтаж можно проводить при минусовых температурах, что значительно ускоряет запуск объекта.

Этот вид геосинтетического материала состоит из пяти слоёв различных материалов, которые в совокупности и обеспечивают его рабочие свойства. Первой идёт защитная терфановая плёнка, которая бережёт изделие от прорастания корней. Далее между двух слоёв модифицируемого СБС полимерного битума помещают армирующую прослойку из нетканого геотекстиля и стекло-холста, пропитанного полимерной битумной смесью. И завершает «структурную конструкцию» песчано-гравийное покрытие.

Битумные геомембраны отличаются по толщине, и каждый из вариантов подбирается, исходя из разных задач и условий: нагрузок, которые будут воздействовать на материал, месторасположения объекта, погодных условий и т. д. Например, в ассортимент нашей компании входит 3 типа битумных геомембран с толщиной от 3,5 до 5,8 мм», — разъяснил Вячеслав Осиновский.

«Качественные характеристики геомембран продолжают улучшаться. Например, наша компания постоянно инвестирует в проведение научных исследований, которые проверяют реакцию материала на новые агрессивные раздражители. Такой подход позволил вывести на рынок HD-геомембрану «EVO», вышедшую за рамки минимальных спецификаций. Она более стойкая и долговечная и способна оберегать окружающую среду от воздействия примесей более сотни лет».

Соблюдение условий перед монтажом геосинтетических материалов

Говоря о преимуществах любого материала, важно упомянуть и  о  том, при каких условиях с ним необходимо работать. Потому что даже идеальный по своим качественным характеристикам продукт не  отслужит положенного срока, если не  соблюдать правила его эксплуатации или установки.

Отметим некоторые самые важные моменты.

Укладку геосинтетических материалов производят исключительно вручную с применением специализированного агрегата — экструдера, который под воздействием температуры скрепляет («сваривает») части полотна. Чтобы качества сварки были выше, часто рекомендуют укладывать полотно внахлёст.
Важно, чтобы при этом поверхность была чистой — любой посторонний налёт может привести к тому, что надёжно скрепить швы не получится.

Также нельзя пренебрегать погодными условиями. Не нужно укладывать материал при низких температурах (ниже -5 °С), потому что это снижает его эластичность. Некачественным будет финал укладки и при высоких температурных значениях (выше +40 °С). Нельзя укладывать мембрану во время дождя или сразу после него, а также при силе ветра больше 5 м/с.

Также эксперты настоятельно рекомендуют добытчикам в процессе всей сварки проверять сварные швы на качество и разрыв.

В случае с геомембранами ПНД, ПВД и ПВХ стоит уделить внимание подготовке основания. При необходимости после очистки участка нужно произвести трамбовку катком. В случае использования битумных геомембран подготовка основания может быть минимальной, что часто позволяет добытчикам значительно снизить затраты и сэкономить время.

«Битумную геомембрану позволено уложить на уплотнённое основание с равномерным гранулометрическим составом до 50 мм. Под равномерным имеется в виду состав с достаточным объёмом мелкозернистых частиц.

Он позволит избежать пустот под загруженной битумной мембраной. В целом в случае с  этим видом геосинтетического материала больше ничего не потребуется. Царапины на поверхности не влияют на  срок службы битумной композитной геомембраны (в отличие от других видов), а значит, нет необходимости в нанесении дополнительных защитных слоёв.

Битумную геомембрану, благодаря её низкому коэффициенту теплорастяжения, не обязательно закрывать от УФ-излучения — даже в этом случае полотно однозначно проживёт около 50 лет», — посоветовал Вячеслав Осиновский.

Текст: Мария Бобова