CC BY
98
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ТЕРРИТОРИИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ
© Миронов Н.А.*, Агеев С.В.**
Филиал Московского технологического института «ВТУ», г. Оренбург
В статье предлагается технология переработки бурового шлама -промышленного отхода IV класса опасности в грунт техногенный (ор-гано-минеральную смесь) неопасного класса (V класса) с использованием его при строительстве внутрипоселковых дорог.
Ключевые слова: буровой шлам, класс опасности, грунт техногенный, органо-минеральная смесь, промышленные отходы, нефть, скважины.
Оренбургская область по объемам ежегодного образования производственных отходов занимает первое место в Приволжском федеральном округе, после нее следует Пермский край. На долю Оренбургской области приходится почти 50 процентов всех отходов округа. Статистические данные свидетельствуют о том, что на территории области накоплено более 1 миллиарда ста пятидесяти миллионов тонн отходов производства и потребления.
Более 90 процентов всех отходов составляют отходы четвертого и пятого класса опасности для окружающей среды. Однако только немногим более 20 процентов из них обезвреживаются, что приводит к значительному нарастанию объемов отходов.
В большей степени объемы образования и накопления отходов связаны с осуществлением производственной деятельности крупных промышленных предприятий, организаций нефтегазового комплекса Оренбуржья. В связи с этим приобрела актуальность проблема утилизации и размещения отходов нефтегазовой промышленности.
Участниками этой хозяйственной деятельности принимаются меры, направленные на избежание размещения промышленных отходов на собственных объектах. Буровые и нефтяные шламы, имеющие Ш-^ классы опасности, образующиеся в результате разработки нефтяных и газовых месторождений, передаются сторонним организациям для обезвреживания и утилизации. Те, в свою очередь, вывозят буровые и нефтяные шла-мы в отработанные карьеры, естественные овраги, специально вырытые котлованы, после чего обрабатывают отходы для понижения класса опасности и оставляют на хранение в таком виде.
* Доцент.
** Студент.
Настоящий проект разработан с целью не оставлять промышленные отходы (в нашем случае буровой шлам) на вечное хранение, а использовать для строительства автомобильных дорог. В результате достигается многократный положительный эффект. Снижается негативное воздействие на окружающую природную среду, отходы бурения используются как сырьевой материал для устройства дорожного полотна. Снижается стоимость строительства, сокращается потребность в природных строительных материалах: щебне, гравии, песчано-гравийной смеси, песке.
В соответствии с законодательством РФ, все отходы, которые образуются в результате осуществления различными предприятиями и организациями своей деятельности, должны быть отнесены к определенному классу опасности, которую они могут представлять по отношению к окружающей среде.
Определение качественного и количественного анализа состава отходов и расчет класса опасности отходов необходимы как для индивидуальных предпринимателей, так и для юридических лиц.
Класс опасности отходов - характеристика относительной экологической опасности отхода, которая устанавливается по степени его возможного негативного воздействия на окружающую среду.
На сегодняшний день законом устанавливается пять классов отходов, различающихся по степени опасности для окружающей природной среды в ходе непосредственного или опосредованного влияния на нее. Классы опасности отходов устанавливаются в соответствии с принятыми критериями.
1. I класс - чрезвычайно опасные отходы.
2. II класс - высокоопасные отходы.
3. III класс - умеренно опасные отходы.
4. IV класс - малоопасные отходы.
5. V класс - практически неопасные отходы.
Так, к первому классу опасности относятся чрезвычайно опасные отходы, степень вредоносного влияния которых очень высокая. Критерием определения отходов как чрезвычайно опасных является то, что экосистема получает необратимые нарушения, и ее восстановительный период попросту отсутствует. Соответственно, к пятому классу относятся практически неопасные отходы, степень негативного воздействия которых очень мала. Сам процесс отнесения отходов к какому-либо классу может осуществляться двумя путями: экспериментальным и расчетным методами.
Нефтегазовая промышленность Оренбургской области - ведущая отрасль региона, является одним из основных источников пополнения регионального бюджета.
Разведка, добыча нефти, эксплуатация нефтяных месторождений неизбежно сопровождается образованием отходов бурения, среди которых наиболее объемным является буровой шлам.
В результате происходит наращивание объемов промышленных отходов, которые неблагоприятно воздействуют на окружающую среду и здоровье человека. В связи с этим, остро встает вопрос по утилизации промышленных отходов - буровых шламов, переводу их из опасного IV класса в неопасный V класс.
Сущность предлагаемой технологии заключается в переводе бурового шлама из опасного класса (IV класс) в неопасный класс (V) путем получения (приготовления) грунта техногенного (органо-минеральной смеси).
Приготовление грунта техногенного (органо-минеральной смеси) происходит в результате перемешивания бурового шлама (не более 50 весовых частей) с компонентами: песком (не менее 45 весовых частей), вяжущим компонентом (не менее 2,5 весовых частей), сорбентом (не менее 2,5 весовых частей).
В качестве компонентов для переработки бурового шлама используются:
- природный песок или песок из отсевов дробления категорий средний, мелкий и очень мелкий согласно ГОСТ 8736, либо песчано-гравий-ная смесь (ПГС);
- вяжущие: а) портландцемент марки ПЦ-400-Д 20 по ГОСТ 10178, сульфатостойкий цемент по ГОСТ 22266, цемент по ГОСТ 30515, ГОСТ 31108, ГОСТ 25328; б) сорбент - глауконит.
Грунт техногенный (органо-минеральная смесь), произведенный с использованием бурового шлама, представляет собой дисперсный грунт, образованный в результате перемешивания компонентов природного и антропогенного происхождения, измененный физико-химическими процессами (табл. 1).
Грунт техногенный по своим свойствам и характеристикам должен относиться к V классу техногенных дисперсных грунтов в соответствии с классификацией по ГОСТ 25100-95.
Для использования грунта техногенного в качестве строительного материала его характеристики (прочность на сжатие, предел прочности при изгибе водонасыщенных грунтов, морозостойкость, сопротивление срезу) должны соответствовать грунтам, обработанным неорганическими вяжущими материалами по ГОСТ 23558-94.
Таблица 1
Содержание компонентов, входящих в состав грунта техногенного
№ п/п Наименование основных компонентов Содержание в получаемом грунте техногенном (объемные части)
1 Шлам буровой Не более 50
2 Песок, ПГС Не менее 45
3 Вяжущие Не менее 2,5
4 Сорбент Не менее 2,5
Ограничения в применении технологии использования бурового шлама для производства грунта техногенного установлены в целях охраны природной среды и сохранения здоровья людей в соответствии с нормативными правовыми актами Российской Федерации:
- Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ;
- Земельный Кодекс РФ (ЗК РФ) от 25.10.2001 № 136-ФЗ (статья 13);
- Водный Кодекс РФ от 03.06.2006 № 74-ФЗ;
- Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30.03.1999 № 52;
- СанПиН 2.1.4.1110-02. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения;
- Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях» от 14.03.1995 № 33-ФЗ.
Процесс использования бурового шлама для производства грунта техногенного (органо-минеральной смеси) определяется «Технологическим регламентом использования бурового шлама для производства грунта техногенного (органо-минеральной смеси)».
Технологическое решение использования бурового шлама для производства грунта техногенного предусматривает перемешивание бурового шлама с компонентами, обладающими мелиорирующими и сорбционны-ми свойствами, которые улучшают свойства бурового шлама: природный песок или песчано-гравийная смесь (ПГС), цемент, глауконит.
В основе получения экологически безопасного грунта техногенного (органо-минеральной смеси) лежат следующие процессы, улучшающие свойства бурового шлама:
- механическое преобразование бесструктурного бурового шлама путем введения песка или ПГС, что приводит к улучшению физических свойств и структурообразованию;
- связывание относительно небольшого по количеству загрязняющих веществ, присутствующих в сырье, но способных оказать негативное влияние на окружающую среду, за счет применения вяжущих компонентов (цемент);
- капсулирование образующейся смеси и придание структорности и механической прочности за счет введения цемента;
- сорбция загрязняющих веществ за счет сорбирующих веществ (глауконит).
Буровой шлам (промышленный отход), образующийся при бурении скважин на территории Оренбургской области (код опасного отхода по ФККО-3410000000044), относится к IV классу опасности для здоровья человека, обладает высокой реакционной способностью. Агрегатное состояние - жидкий. Согласно «Протоколу результатов количественного химиче-
ского анализа» № 51 от 29 июня 2013 года, выданному Филиалои «ЦЛАТИ по Оренбургской области» ФБУ «ЦЛАТИ по Приволжскому Федеральному округу» Росприроднадзора, физико-химический состав опасного отхода (в процентном отношении) нижеследующий: влажность - 25,75; нефтепродукты - 4,80; хлориды - 30,50; сульфат-ион - 0,69; песок - 35,06; отходы природного растительного происхождения - 3,20.
Образующийся на предприятиях нефте- и газодобычи Оренбургской области буровой шлам складируется на шламонакопителях - сооружениях, построенных в соответствии с нормативными требованиями.
Гидроизоляция карт шламонакопителей производится путем укладки двуслойной прослойки из полиэтилена, защищенного геотекстилем типа «Дорнит», укрепленной по верху слоем грунта.
Перемешивание бурового шлама с компонентами для получения грунта техногенного (органо-минеральной смеси) производится на площадке в непосредственной близости от шламонакопителей либо непосредственно на выходе из-под бурильного станка при текущем бурении в «приемник» -резервуар (емкость).
В качестве «приемника» бурового шлама рекомендуется использовать резервуары разборные (легкие) в металлическом каркасе емкостью от 30 м3 до 500 м3 и диаметром соответственно от 6 м до 25,2 м при их высоте, равной 1 м.
В результате технологического процесса, заключающегося в принудительном перемешивании бурового шлама (около 40 %) с компонентами: песчано-гравийной смесью (ПГС) в объеме до 50 %, цементом (около 5 %), сорбентом-глауконитом (около 5 %), буровой шлам, имеющий IV класс опасности, превращается в безопасный продукт - техногенный грунт (органо-минеральную смесь), основные (контролируемые) параметры которого указаны в табл. 2.
Таблица 2
Основные (контролируемые) параметры грунта техногенного (органо-минеральной смеси)
№ п/п Наименование показателя Единица измерения Количество Метод испытания
1 Относительная деформация набухания Д. е. 0-0,07 ГОСТ 24143
2 Относительная деформация просадности Д. е. 0-0,20 ГОСТ 23161
3 Зерновой состав Мм 1,25-40 ГОСТ 12536
4 Прочность на сжатие МПа >6,0 ГОСТ 10180
5 Предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов МПа >0,8 ГОСТ 10180 с дополнениями по ГОСТ 5180
6 Морозостойкость Циклы >25 ГОСТ 10060.2
Полученный продукт - техногенный грунт (органо-минеральная смесь) предназначен к использованию в качестве составляющего компонента для производства грунто-бетонных, органоминеральных смесей при устройстве внутрипоселковых автомобильных дорог, а также автомобильных дорог и подъездов к площадкам производства буровых работ.
Решение об экономической целесообразности строительства внутрипо-селковых дорог, подъездов к местам дислокации буровых скважин с использованием грунта техногенного (органо-минеральной смеси) принимается в большинстве случаев во взаимосвязи с расстоянием от места их строительства до шламоотвалов, либо мест бурения нефтяных и газовых скважин.
На строительство дорог требуется значительное количество щебня, песка, песчано-гравийной смеси (ПГС). Для их доставки к месту строительства по железной дороге либо автомобильным транспортом требуются значительные финансовые затраты, которые отражаются, в конечном счете, на стоимости сооружения.
Использование бурового шлама в объеме до 40 процентов от общего объема всех материалов для устройства дорожного полотна (щебень, песок, ПГС), затраты на доставку которого в силу приближения строительства дорог к шламохранилищам значительно сокращаются, позволяет снизить стоимость строительства, объем промышленных отходов, находящихся на хранении в шламохранилищах, и, что особенно важно, негативное воздействие на окружающую среду, а значит, и человека.
Конструкция дорожной одежды определяется и назначается согласно расчету, в зависимости от интенсивности движения и нагрузки на ось подвижного состава, проходящего по дороге.
Приготовление грунта техногенного производится непосредственно вблизи буровой скважины или шламохранилища, и доставляется к месту работ. Приготовление смеси может осуществляться в грунтосмесительной установке на месте строительства дороги. Укладка смеси на месте производства работ производится асфальтоукладчиком.
Технологическая последовательность приготовления и укладка смеси показана на схемах и фотографиях.
Предлагается три варианта дорожной одежды из нескольких возможных (см. рис. 1).
Подборы смесей и испытания образцов проводились в Испытательной лаборатории ООО «ПКФ «Орион» (Свидетельство № 1399 от 17.04.2013). Применялись буровые шламы с месторождений Оренбургской области.
Результаты испытаний образцов отвечают требованиям:
- ГОСТ 23735-79 Смеси песчано-гравийные для строительных работ;
- ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ;
- ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ.
I вариант
/ ]. Двойная поверхностная обработка
2. Органомннеральная смесь Н=10 см
........................:....... ■ 3, Органомннеральная смесь Н=15 см
4. Подстилающий слой Н= 15-20 см (дренирующий материал)
11 вариант
1 Мелкозернистый асфальтобетон Н=б см
2. Органом и неральная смесь Н= 18 см
3, Подстилающий слой :1 15-20 см
III вариант
I. Органомннеральная смесь Н- Ш см
2. Грунтобетон М-50 Н=15 см
3. Подстилающий слой Н= 15-20 см
Рис. 1. Три варианта дорожной одежды
В качестве минеральной составляющей для приготовления смесей могут применяться песок, щебень фракции 5-20 или 20-40, гравийно-песча-ная смесь, шлаковый щебень фракции 0-20.
Составляющая буровых шламов в смеси колеблется в пределах 1620 %.
Приготовление смеси осуществляется в грунтосмесительной установке, с точной дозировкой всех компонентов.
Укладка смеси на месте производства работ производится асфальтоукладчиком.
Технологическая последовательность приготовления и укладки смеси показана на схемах и фотографиях (см. рис. 2-5).
Технологическая схема приготовления грунтобетона(органоминеральной смеси)
Ц - емкость с цементом И - емкость с известью Н - емкость с ннкофлоком БШ - буровой шлам П - песок
1 - бункера инертиш материалов
2 - смеситель ГСУ
3 - поворотный транспортер ГСУ
Рис. 2. Технологическая схема приготовления грунтобетона
Ц - емкость с цементом
И - емкость с известью
Н - емкость с ннкофолком
ПАА - емкость с полнакриломидом
БШ - буровой шлам
П - песок
1 - бункера инертных материалов
2 -смеситель ГСУ
3 - поворотный транспортер ГСУ
Рис. 3. Технологическая схема приготовления смеси БШ + П + основные добавки
Рис. 4. Технологическая схема приготовления смеси бурового шлама и песка
Технологические карты производства работ определяют порядок и последовательность проведения операций по выполнению комплекса работ по рекультивации нарушенных участков.
Следует учесть, что набор операций, объемы работ носят отчасти прогнозный характер, так как рассчитаны по состоянию на момент предпро-ектных изысканий и могут изменяться к моменту начала работ и в процессе их проведения. В связи с этим руководитель или технолог работ должны внести в технологические карты необходимые коррективы по результатам обследования перед началом работ.
Технический этап рекультивации направлен на подготовку нарушенных земель для последующего целевого использования. Он включает следующие работы: очистка рекультивируемых участков от строительных и бытовых отходов, выполаживание дна и откосов карьерной выемки, создание рекультивационного слоя.
Биологический этап рекультивации осуществляется после завершения технического и направлен на восстановление плодородия нарушенных земель и естественного растительного покрова.
Приведенные технологические карты рассчитаны на соблюдение всех природоохранных требований при строительстве и ликвидации промышленных объектов. Если строительство проектируемого объекта выполнено с отклонением от природоохранных требований, а уровень и масштабы разрушения растительного покрова и почв превышают запроектированные, технологическая карта подлежит соответствующей корректировке на основании натурного обследования.
Список литературы
1. ГОСТ25100-2011. Грунты. Классификация. - М., 2013. - 42 с.
2. ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия. - М., 1995. - 12 с.
3. Водный Кодекс РФ от 03.06.2006 № 74-ФЗ // Российская газета. - 08.06.2006. -№ 121.
4. Земельный Кодекс РФ (ЗК РФ) от 25.10.2001 № 136-ФЗ (ст. 13) // Российская газета. - 30.10.2001. - № 211-212.
5. СанПиН 2.1.4.1110-02. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения. - Министерство здравоохранения Российской Федерации. - М., 2002.
6. Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях» от 14.03.1995 № 33-ФЗ // Российская газета. - 22.03.1995. - № 57.
7. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ // Российская газета. - 12.01.2002. - № 6.
8. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30.03.1999 № 52 // Российская газета. - 06.04.1999. - № 64-65.
