gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2025-16-3-0832xgjonwgtcrust-2046Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSСОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ДАМБЫ ХВОСТОХРАНИЛИЩА МИРНИНСКОГО ГОКА КАК ФАКТОР ЕЕ УСТОЙЧИВОСТИSTATE AND STRENGTH-DEFORMABILITY PROPERTIES OF THE MIRNY MINING AND PROCESSING PLANT (MPP) TECHNOGENIC TAILINGS DAM DEPOSITS AS A FACTOR OF DAM STABILITYДушкинЕ. П.DushkinE. P.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

Egor P. Dushkin

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

dushkin@crust.irk.ruАкуловаВ. В.AkulovaV. V.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

РыбченкоА. А.RybchenkoA. A.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

ЯнниковА. М.YannikovA. M.

678174, Мирный, ул. Ленина 39, Республика Саха (Якутия)

39 Lenin St, Mirny, 678174, Republic of Sakha (Yakutia) 

Институт земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут «Якутнипроалмаз», АК АЛРОСА (ПАО)РоссияInstitute Yakutniproalmaz, ALROSA PJSCRussian Federation202518062025163832832Copyright © Душкин Е.П., Акулова В.В., Рыбченко А.А., Янников А.М., 20252025Душкин Е.П., Акулова В.В., Рыбченко А.А., Янников А.М.Dushkin E.P., Akulova V.V., Rybchenko A.A., Yannikov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/2046

Формирование и развитие экзогеодинамических процессов, обусловленных разжижением и текучестью отложений, слагающих ограждающую дамбу, могут спровоцировать возникновение аварийных ситуаций (прорыв). Для предотвращения такого исхода, как правило, на подобных объектах организуется регулярный геомониторинг.

В данной статье представлены результаты изучения современного состояния техногенных отложений, слагающих намывной массив ограждающей дамбы хвостохранилища обогатительной фабрики № 3 Мирнинского ГОКа (г. Мирный, Якутия). Ввиду суровых климатических, структурно-геологических и мерзлотно-гидрогеологических условий размещения объекта исследования, а также талого состояния техногенной толщи (температура от +0.5 до +3.1 °С) необходимо осуществлять строгий контроль за состоянием дамбы с целью обеспечения ее эффективного и безопасного функционирования.

Исследования вещественного состава и свойств техногенных отложений проведены по материалам бурения пяти скважин (глубина 31–58 м) с поинтервальным опробованием. Выполнено определение гранулометрического и минералогического состава, а также физических, физико-химических и деформационно-прочностных свойств по стандартным методикам с использованием современного оборудования (анализатор гранулометрического состава Analysette 22 NanoTec, автоматизированный испытательный комплекс АСИС).

Установлено, что техногенная толща сложена рыхлыми образованиями, представленными преимущественно пылевато-глинистым (супеси, суглинки и глины), реже – песчаным материалом. Состояние глинистых разновидностей варьируется в основном от твердого до текучепластичного. Наиболее распространенной литологической разностью являются суглинки пылеватые, занимающие ~40 % от общего объема исследованных образцов. Минеральный состав отложений характеризуется повышенным содержанием доломита, кальцита, кварца, серпентина и глинистых минералов. Выявлена низкая прочность (C=0.003–0.050 МПа, φ=3.9–15.7°) и высокая деформируемость (E=1.6–5.6 МПа) у всех типов глинистых отложений. Отмечено проявление ими «опасных» процессоформирующих свойств – пластичности, плывунности и текучести, обусловливающих развитие экзогеодинамических процессов (эрозия, сплывы, оползни и др.) и, следовательно, осложняющих состояние ограждающей дамбы хвостохранилища.

The occurrence and development of exogeodynamic processes caused by liquefaction and fluidity of deposits that comprise the mine tailings dam may provoke emergency situations (breakthroughs). To prevent such situations, objects like these are covered by regular geomonitoring.

The article presents the results of the study of the current state of the technogenic tailings dam deposits of the enrichment factory No.3 of the MPP (Mirny, Yakutia). Severe climatic, structural-geological and permafrost-hydrogeological conditions of the study area, as well as the thawed state of the technogenic strata (+0.5 to +3.1 °C) require to carry out a thorough control over the state of the dam in order to ensure its effective and safe operation.

Studies of the material composition and properties of technogenic deposits were carried out based on the data on five drilled 31–58 m deep boreholes and sampling intervals. The granulometric and mineralogical compositions, as well as physical, physical-chemical and mechanical properties were determined according to standard methods using modern equipment (Analysette 22 NanoTec granulometric analyser, automated test complex ASIS).

It has been found that the technogenic strata are layers of loose rock represented mainly by silty-clayey (sandy loam, loam and clay), less often by sandy material. Most of the clay varieties transform from solids to fluid-plastics. The most common lithological variety is silty loam, comprising ~40 % of the total volume sampled. The mineral composition of sediments is characterized by a high content of dolomite, calcite, quartz, serpentine and clay minerals. All clay deposits types have been found to have low strength (C=0.003–0.050 MPa, φ=3.9–15.7°) and high deformability (E=1.6–5.6 MPa). They also exhibit "dangerous" process-forming properties – plasticity, fluidity and flowability, which give rise to the development of exogenous geological processes (erosion, slumps, landslides, etc.), and consequently, influence the stability of the mine tailings dam.

деформационно-прочностные свойствалабораторные исследованияМирныйхвостохранилищетехногенные отложенияstrength-deformability propertieslaboratory studiesMirnymine tailings damtechnogenic depositsИсследование проведено при поддержке Минобрнауки РФ (грант № 075-15-2024-533, проект «Фундаментальные исследования Байкальской природной территории на основе системы взаимосвязанных базовых методов, моделей, нейронных сетей и цифровой платформы экологического мониторинга окружающей среды»). Работа выполнена с использованием оборудования и инфраструктуры ЦКП «Геодинамика и геохронология» ИЗК СО РАН.The study was carried out with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (grant No. 075-15-2024-533, project "Fundamental research of the Baikal natural territory on the basis of a system of interconnected basic methods, models, neural networks and a digital platform of ecological environmental monitoring"). The work was conducted using equipment and infrastructure of the Centre for Geodynamics and Geochronology at the Institute of the Earth’s Crust SB RAS.ReferencesАнискин Н.А., Малаханов В.В., Антонов А.С., Анализ работы дренажной системы дамбы хвостохранилища Мирнинского ГОК // Вестник МГСУ. 2016. № 12. С. 91–102. DOI:10.22227/1997-0935.2016.12.91-102.Aniskin N.A., Malakhanov V.V., Antonov A.S., 2016. Analysing the Operation of the Drainage System of the Dam of the Tailings Dump of Mirny Mining and Processing Plant. Vestnik MGSU 12, 91–102 (in Russian) DOI:10.22227/1997-0935.2016.12.91-102.Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов / Ред. Г. Браун. М.: Мир, 1965. 599 с.Brown G. (Ed.), 1965. The X-Ray Identification and Crystal Structures of Clay Minerals. Mir, Moscow, 599 p. (in Russian)Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 507 с.Drozdov A.V., Iost N.A., Lobanov V.V., 2008. Cryohydrogeology of Diamond Deposits in Western Yakutia. ISTU Publishing House, Irkutsk, 507 p. (in Russian)Готовцев С.П., Климовский И.В. О геокриологической изученности южной части Западной Якутии // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2020. Т. 25. № 2. С. 81–86. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-6.Gotovtsev S.P., Klimovsky I.V., 2020. On the Geocryological Studies on the Southern Part of Western Yakutia. Arctic and Subarctic Natural Resources 25 (2), 81–86 (in Russian) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-6.Гузенков С.Н., Стефанишин Д.В., Финагенов О.М., Шульман С.Г. Надежность хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. Белгород: Везелица, 2007. 674 с.Gusenkov S.N., Stefanishin D.V., Finagenov O.M., Shulman S.G., 2007. Reliability of Tailing Facilities of Enrichment Plants. Vezelitsa, Belgorod, 674 p. (in Russian)Hubbard C.R., Snyder R.L., 1988. RIR – Measurement and Use in Quantitative XRD. Powder Diffraction 3 (2), 74–77. https://doi.org/10.1017/S0885715600013257.Hubbard C.R., Snyder R.L., 1988. RIR – Measurement and Use in Quantitative XRD. Powder Diffraction 3 (2), 74–77. https://doi.org/10.1017/S0885715600013257.Islam K., Murakami S., 2021. Global-Scale Impact Analysis of Mine Tailings Dam Failures: 1915–2020. Global Environmental Change 70, 102361. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2021.102361.Islam K., Murakami S., 2021. Global-Scale Impact Analysis of Mine Tailings Dam Failures: 1915–2020. Global Environmental Change 70, 102361. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2021.102361.Иванов И.П. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1990. 302 с.Ivanov I.P., 1990. Engineering Geology of Mineral Deposits. Nedra, Moscow, 302 p. (in Russian)Лолаев А.Б., Бутюгин В.В. Геоэкологические проблемы промышленной гидротехники в криолитозоне. М.: Недра, 2005. 240с.Lolaev A.B., Butiugin V.V., 2005. Geological and Ecological Problems of Industrial Hydraulic Engineering in Cryolite Zone. Nedra, Moscow, 240 p. (in Russian)Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. 328 с.Lomtadze V.D., 1990. Physical and Mechanical Properties of Rocks. Methods of Laboratory Research. Nedra, Leningrad, 328 p. (in Russian)McFadden T.T., Bennet F.L., 1991. Construction in Cold Regions: A Guide for Planners, Engineers, Contractors, and Managers. John Wiley & Sons, New York, 615 p.McFadden T.T., Bennet F.L., 1991. Construction in Cold Regions: A Guide for Planners, Engineers, Contractors, and Managers. John Wiley & Sons, New York, 615 p.Охотин В.В. Гранулометрическая классификация грунтов на основе их физических и механических свойств. Л.: ОГИЗ-Ленгострансиздат, 1933. 70 с.Okhotin V.V., 1933. Granulometric Classification of Soils on the Basis of Their Physical and Mechanical Properties. OGIZ-Lengostransizdat, Leningrad, 70 p. (in Russian)Осипов В.И. Природа прочности и деформационных свойств глинистых пород. М.: Изд-во МГУ, 1979. 232 с.Osipov V.I., 1979. Nature of Strength and Deformation Properties of Clay Rocks. MSU Publishing House, Moscow, 232 p. (in Russian) [Осипов В.И. Природа прочности и деформационных свойств глинистых пород. М.: Изд-во МГУ, 1979. 232 с.].Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Кальбергенов Р.Г., Кутергин В.Н., Румянцева Н.А. Реологические свойства глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. Т. 6. С. 41–51.Osipov V.I., Karpenko F.S., Kalbergenov R.G., Kutergin V.N., Rumyantseva N.A., 2017. Rheological Properties of the Clay Soils. Geoecology. Engineering Geology, Hydrogeology, Geocryology 6, 41–51 (in Russian)Phukan A., 1985. Frozen Ground Engineering. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 336 p.Phukan A., 1985. Frozen Ground Engineering. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 336 p.Posukhova T.V., Dorofeev S.A., Garanin K.V., Gao Siaoin, 2013. Diamond Industry Wastes: Mineral Composition and Recycling. Moscow University Geology Bulletin 68, 96–107. https://doi.org/10.3103/S0145875213020087.Posukhova T.V., Dorofeev S.A., Garanin K.V., Gao Siaoin, 2013. Diamond Industry Wastes: Mineral Composition and Recycling. Moscow University Geology Bulletin 68, 96–107. https://doi.org/10.3103/S0145875213020087.Rotta L.H.S., Alcântara E., Park E., Negri R.G., Lin Y.N., Bernardo N., Mendes T.S.G., Filho C.R.S., 2020. The 2019 Brumadinho Tailings Dam Collapse: Possible Cause and Impacts of the Worst Human and Environmental Disaster in Brazil. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 90, 102119. https://doi.org/10.1016/j.jag.2020.102119.Rotta L.H.S., Alcântara E., Park E., Negri R.G., Lin Y.N., Bernardo N., Mendes T.S.G., Filho C.R.S., 2020. The 2019 Brumadinho Tailings Dam Collapse: Possible Cause and Impacts of the Worst Human and Environmental Disaster in Brazil. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 90, 102119. https://doi.org/10.1016/j.jag.2020.102119.Соколов В.Н. Микромир глинистых пород // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 3. С. 56–64.Sokolov V.N., 1996. Microcosm of Clays. Soros Educational Journal 3, 56–64 (in Russian) [Соколов В.Н. Микромир глинистых пород // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 3. С. 56–64].Янников А.М, Корепанов А.Ю., Стручкова А.С., Особенности формирования природно-техногенных систем в пределах участков закачки Далдынского кимберлитового поля (Западная Якутия) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335. № 9. С. 61–72. https://doi.org/10.18799/24131830/2024/9/4455.Yannikov A.M., Korepanov A.Yu., Struchkova A.S., 2024. Features of the Formation of Natural-Technical Systems Within the Injection Areas of the Daldyn Kimberlite Field (Western Yakutia). Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering 335 (9), 61–72 (in Russian) [Янников А.М, Корепанов А.Ю., Стручкова А.С., Особенности формирования природно-техногенных систем в пределах участков закачки Далдынского кимберлитового поля (Западная Якутия) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335. № 9. С. 61–72]. https://doi.org/10.18799/24131830/2024/9/4455.Чжан Р.В. Геокриологические принципы работы грунтовых плотин в криолитозоне в условиях меняющегося климата // Фундаментальные исследования. 2014. Т. 9. № 2. С. 288–296.Zhang R.V., 2014. Geocryology Principles of Earth Dams for Low and Medium Pressures in Permafrost in a Changing Climate. Fundamental Researches 9 (2), 288–296 (in Russian) [Чжан Р.В. Геокриологические принципы работы грунтовых плотин в криолитозоне в условиях меняющегося климата // Фундаментальные исследования. 2014. Т. 9. № 2. С. 288–296].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.