Кумторское хвостохранилище – уникальное гидротехническое сооружение в горах Тянь-Шаня, эксплуатирующееся в суровых условиях вечной мерзлоты, вблизи от активных ледников и прорывопасного оз. Петрова. В состав его комплекса входят: бассейн для приѐма пульпы (продукт после извлечения золота на ЗИФ, состоящий на 50% из воды и на 50% из мелкодисперсной породы), ограждающая дамба с проектной высотой 40.5 м, система трубопроводов для транспортирования пульпы, очистные сооружения, водоотводные каналы, система геотехнического и температурного мониторинга.
В технико-экономическом обосновании, разработанном компанией «Килборн Вестерн Инк.», предусматривалась система оборотного водоснабжения: «Компания Килборн подтверждает, что…большая часть производственной воды будет повторно выработана из хвостового хозяйства». Однако впоследствии под предлогом якобы низкого извлечения золота при использовании оборотной воды от неѐ отказались поставив под угрозу долговременного кумулятивного загрязнения поверхностные воды в верховьях р. Нарын.
Следует отметить, что компания «Килборн Вестерн Инк.» была ответственна за подготовку общих мероприятий по проектированию и строительству объектов хвостового хозяйства.
Хвосты представляют собой песчаные и илистые отложения (42% песок, 53% ил,5% глинистый материал). Илистые отложения хвостов содержат до 15% сульфидов от их общего объѐма. Помимо химических веществ (флотоагентов) хвосты содержат различные соединения цианидов со средней концентрацией примерно 30 мг/л. Согласно технико-экономического обоснования, на хвостохранилище в сутки доставляется 13,2 тыс. тонн хвостов. Объѐм «хвостов» на 1 июля 2012 г. составил 59,9 млн. м3, в том числе объѐм твѐрдой фазы составлял 55,5 млн. м3, объѐм жидкой фазы – 4,4 млн. м3.
Площадку под хвостохранилище специально не готовили, поэтому его основанием служат естественные высокольдистые отложения пород долины р.Арабель. Строительство дамбы хвостохранилища было начато в феврале 1995 года, завершено летом 1996 года, а складирование хвостов началось в декабре этого же года. При проектной высотной отметке гребня дамбы 3670,5 м полная вместимость хвостохранилища составит 87,7 млн. м3 (по данным «Килборн Вестерн Инк» - 93,0 млн. м3), что при нынешней производительности золотоизвлекательной фабрики достаточно до середины 2021 г. На основе текущего плана добычи, общая масса образовавшихся и хранящихся твѐрдых хвостов к 2021 года будет составлять около 134 млн. тонн.
Для отвода вод реки Арабель в обход хвостохранилища на участке ее прежнего русла проложены верхний отводной канал (ВОК) длиной 4 км и нагорная канава нижний отводной канал (НОК) по периметру хвостохранилища для перехвата и отвода вод поверхностного стока из зоны, лежащей ниже верхнего отводного канала (ВОК).
Хвостохранилище относится к гидротехническим сооружениям так называемого наливного овражно-балочного типа. Для складирования и последующего долговременного хранения хвостов была выбрана площадка в долине реки Арабель, с сооружением ограждающей подковообразной дамбы, перекрывающей русло и долину р. Арабель с запада на восток. Дамба хвостохранилища, возводимая из местных аллювиальных материалов (суглинки, галечник), имеет трапецеидальное сечение с заложением откосов 1:3. Длина дамбы в настоящее время составляет около 3 км, высота 36 м, ширина гребня 10 м при его абсолютной отметке 3664.0 метров над уровнем моря. Поэтапное наращивание дамбы осуществляется со стороны низового откоса, объем уложенного грунта в тело дамбы по первоначальному проекту в конечной фазе достигнет 9.0 млн. м3.
Для предотвращения или сведения к минимуму просачивания хвостовых вод через тело дамбы на еѐ верхнем откосе и прилегающем к нему участке дна хвостохранилища шириной 100 м уложена защитная пленка из высокоплотного полиэтилена (Δ = 1,5 мм) с закреплением кромок пленки по периметру в траншеях глубиной до 2,5 м. Предполагалось, что мѐрзлые грунты в основании дамбы и бассейна хвостохранилища, а также противофильтрационная плѐнка, уложенная на верховом откосе дамбы и вглубь бассейна будут сводить к минимуму просачивание. Однако из-за оттаивания грунтов основания и начавшегося в апреле 1999 года смещения дамбы в сторону нижнего бьефа, по-видимому, имело место проскальзывание противофильтрационной плѐнки по ложу хвостохранилища, что стало причиной просачивания фильтрационных вод из его чаши.
Принципиальные проектные решения объектов хвостового хозяйства на основе ограниченного объѐма, видов и низкого качества инженерных изысканий были намечены в технико-экономическом обосновании (ТЭО). Рабочее проектирование сооружений выполнялось канадской компанией «Golder Associates» , выполнявшей функции генерального проектировщика с привлечением местных проектных организаций. По данным Министерства экологии и чрезвычайных ситуаций КР компания «Golder Associates» не имела лицензии на право проведения проектных работ на территории Кыргызской Республики. Генеральным подрядчиком строительства выступила «Килборн-Энка», причѐм «Кумтор Оперейтинг Компани» добилась разрешения Правительства Кыргызстана осуществлять разработку рабочей документации и параллельное строительство объектов рудника без надлежащих в таких случаях процедур экспертизы проектной документации.
Для возведения дамбы был избран принцип строительства с максимальным сохранением мерзлоты под хвостохранилищем и внутри него в течение всего срока его эксплуатации. Однако этот важный для криолитозоны тезис о необходимости сохранения грунтов основания и дамбы в мѐрзлом состоянии на весь период эксплуатации, провозглашѐнный на первоначальных стадиях проектирования, по ряду объективных и субъективных причин реализовать на последующих этапах строительства и эксплуатации не удалось, что стало причиной неустойчивости и медленных смещений ограждающей дамбы хвостохранилища.
По официальным документам «Кумтор Оперейтинг Компани» в апреле 1999 года т.е. через 2 года после начала наполнения хвостохранилища была обнаружена подвижка тела дамбы хвостохранилища в сторону нижнего бьефа. Инклинометры зафиксировали движение, развивающееся в грунтах основания дамбы на интервале глубин 1,5 – 4 м ниже естественной поверхности на участке протяженностью около 500 м. По данным инклинометрического мониторинга скорость субгоризонтального смещения дамбы составляла 3,5 мм в месяц. Наибольшие смещения дамбы наблюдались на участке прежнего меандрирующего русла реки Арабель.
За период с 1999 года по декабрь 2006 года смещение дамбы составило 283 мм, причѐм средняя скорость смещения оставалась постоянной. В результате проведения детальных инженерно-геологических и специальных геокриологических исследований было установлено, что основной причиной нарушения устойчивости является глубинная ползучесть материала основания дамбы, представляющего собой оттаявший до – (0,5-0,3)°С суглинок мощностью до 2 м, залегающий на глубинах от 4 до 6 м от естественной поверхности долины реки Арабель, по которому и происходит смещение западного участка дамбы. Суглинистый прослой в основании дамбы хвостохранилища имеет уклон, близкий к естественному уклону местности и несколько превышает угол внутреннего трения, что в общем и определило потерю долговременной устойчивости дамбы. Таким образом, основной причиной смещения дамбы стало оттаивание суглинистых грунтов в еѐ основании в процессе наполнения хвостохранилища за счѐт аккумуляции значительных запасов тепла, пополняемых как за счѐт постоянного притока пульпы (температура пульпы при укладке хвостов в зависимости от сезона колеблется в пределах от 8 до 20ºС), так и за счѐт интенсивной солнечной радиации, характерной для высокогорья.
Исходя из установленных факторов нарушения устойчивости дамбы, были рекомендованы мероприятия по еѐ стабилизации. Действия, направленные на стабилизацию дамбы, были предприняты уже после явного проявления процессов оттаивания высокольдистых суглинков, залегающих в основании дамбы. Для стабилизации дамбы и, в частности, для остановки ее смещения, было предпринято ряд мер. В 2003 году в 3-х месячный срок (февраль – апрель) было построен клин шириной 20 м глубиной 5-6 м из уплотненного гранулированного материала. Однако по истечении некоторого времени после возведения клина инклинометры показали продолжающиеся подвижки на этом участке дамбы, которая стала надвигаться на клин.
В 2006 году был сооружѐн клин шириной по дну до 38 м, глубиной 10-12 м. В 2009 году клин был расширен ещѐ на 40 м по дну, глубиной 10-12 м, а поверху клина обустроена упорная призма высотой 14 м по всей дине дамбы.
За период с января 2007 года по март 2012 года максимальное смещение дамбы составило 12,4 см (около 2,3 см/год), что значительно меньше по сравнению с периодом 1999-2006 гг. (3,5-4,5 см/год).
Работы по сооружению расширенного клина планируется завершить в 2016 году. Устойчивость дамбы по заверениям проектировщиков будет обеспечена путѐм еѐ поэтапного укрепления и наращивания до конечной отметки 3670,5 м, то есть максимальная проектная высота дамбы составит 42,5 м.
Окончательное заключение об эффективности принятого решения по стабилизации дамбы можно будет дать через некоторое время, поскольку остаются опасения, что принятые меры лишь снизили скорость смещения дамбы.
Здесь следует отметить, что для обеспечения безопасной эксплуатации хвостохранилищ в зоне вечной мерзлоты необходимо строить дамбы мѐрзлого типа, а при нарушении температурного режима грунтов основания и тела дамбы применять мероприятия по их принудительному охлаждению (термосифоны).
При строительстве дамб хвостохранилищ в большинстве случаев искусственное замораживание рассматривается как безальтернативный способ сохранения инженерного объекта в устойчивом состоянии, особенно, если в проекте предусмотрен мѐрзлый тип сооружения. К сожалению, этот опыт строительства и эксплуатации хвостохранилищ в криолитозоне был проигнорирован.
Согласно, Акта Государственной приѐмочной комиссии общая стоимость сооружений, предъявленных к приѐмке, составила 13, 7 млн. долларов США. В пункте 16 указанного Акта приводится стоимость отдельных сооружений Хвостового хозяйства в долларах США:
- пульпопровод и сооружения на нѐм - 2 548 457 дол.США.
- дамба хвостохранилища - 4 251 179 дол.США.
- очистные сооружения - 4 809 630 дол.США.
- отводной канал р. Арабель и нагорная канава - 1 966 887 дол.США.
- гидрометрический лоток (р. Кумтор) - 126 605. дол.США.
По поводу подписания этого очень важного Акта Государственной приѐмочной комиссии (Председатель – Вице-премьер-министр КР Силаев Б.И.), назначенной распоряжением Правительства КР от 3 ноября 1999 г №477-р, необходимо отметить следующее важное обстоятельство, характеризующее безответственное, попустительское и бесконтрольное отношение правительственных органов (Госгортехнадзор, Госархстройинспекция, Госгеолагентство, тогдашнего Министерства охраны окружающей среды и т.д.) к приѐмке столь опасного в экологическом отношении объекта как хвостохранилище.
Акт Госприѐмки подписывается в декабре 1999 года, но как было отмечено выше в апреле 1999 года, то есть за 9 месяцев до подписания этого Акта была обнаружена подвижка дамбы в сторону нижнего бьефа и в это же время были обнаружены повышенные концентрации цианидов в поверхностном водотоке прежнего русла реки Арабель.
В пункте 18 описываемого Акта записано: «Кумтор оперейтинг компании», заказчик проекта, подтверждает соответствие законченных строительством сооружений объекта «Хвостовое хозяйство» проектным решениям замечаний к генеральной проектной и подрядным организациям не имеет и принимает на себя ответственность за эксплуатацию сооружений».
Очевидно, что руководство «Кумтор Оперейтинг Компани», безусловно знало о проблемах с неустойчивостью дамбы хвостохранилища в момент подписания этого документа, но не довело их до сведения членов Госкомиссии. Выходит, что проектные организации либо не осуществляли должным образом авторский надзор, либо также замалчивали фактически свои просчѐты и ошибки проектирования или скрывали возникшие проблемы от местных контролирующих органов.
По экспертному заключению Л.М.Хазбулатова проект хвостохранилища разработан «Килборн Вестерн Инк» на основании следующих критерий:
Производимый продукт золото
Рудные запасы 78 000 000
прогноз (+30%) 101 000 000
Эксплуатационный период: 16,1 год с учетом прогноза 20,8 лет
Средне суточный объем производства 13 272 т/день
Плотность сбрасываемого раствора 55% от перв. веса
Объем сбрасываемой воды в хвостах 452 м3/час
Циркуляция воды в хвостах 68,8% в среднем Разнородное поступление в бассейн 0
Давление хвостов 1,16 т/ м3 (опред)
Минимальное содержание на верхней кроме дамбы 0,75%
Хвосты: Не содержит кислот
На начальном этапе должно было размещено 2 метра дробленного материала на мерзлую поверхность. Отсыпка материала продолжалась в теплое время и в течение зимы.
Предполагалось, что окончательный объѐм хвостов, хранящихся в хвостохранилище, должен находится в пределах от 68 до 101 млн. тонн. требуемый объѐм хранения должен находится в пределах от 67 млн. м3 до 87 млн. м3. Подсчитано, что минимальный уровень нижней кромки в 3670,5 м над уровнем моря будет соответствовать приблизительно объѐму 87 млн. м3 хвостов. Предполагается, что окончательный объѐм хвостов составит 93 млн. м3 Окончательный уровень дамбы хвостохранилища намечается подсчитать по происшествии нескольких первоначальных лет работ, после приобретении определенного опыта и получения информации о плотности складируемых хвостов.
Геомембранный материал (полиэтилен высокой плотности толщиной 1,5мм) для дамбы хвостохранилища и бассейна должен был размещаться на верхнем участке дамбы хвостохранилища и будет продолжаться на 100 м в глубь бассейна, где хранятся хвосты. Объединенный, приблизительный планхвостохранилища составляет 300 000 м2. Дополнительный мембранный материал должен быть уложен на каждом берегу по мере увеличения уровня хвостов в бассейне. Плѐнка должна была быть увеличена летом до того момента как хвосты в бассейне будут размещены и выйдут за края существующей пленки. Геомембранный материал для дамбы хвостохранилища и бассейна должен был уложен на стенке по верхнему течению дамбы хвостохранилища, а потом на 100 м в глубь бассейна хвостов. Это покрытие должно было быыть цельноприпаяным к уже существующему пленочному покрытию.
В связи тем, что хвостохранилище располагалось в долине реки Ара-Бель возникла необходимость строительства верхней отводной траншеи для отвода реки Ара-Бель и дальнейшего еѐ прохождения вокруг хвостохранилища, построить которую намечалось построить осенью 1995 года. Для уменьшения стоков от осадков в бассейн хвостохранилища предполагалось устройство траншеи по периметру хвостохранилища.
Для подачи хвостов от фабрики до хвостохранилища протянут специальный трубопровод, который разветвляется на две ветки, одна ветка предназначена для выброса хвостов вдоль дамбы при помощи сливных труб, а вторая ветка предназначена для открытого сброса в стороне от дамбы. Длина трубопровода 9,2 км. Уклон трубопровода значительно различается на всем его протяжении от 5% до 10% и 1,6 на восточной стороне дамбы хвосохранилища. Уклон вдоль верха дамбы хвостохранилища различен от 0,75 до 0,75. Труба трубопровода сделана из Полиэтилена Высокой Плотности (ПЭВП) с прорезиненными металлическими соединительными частями.
Трубопровод будет установлен в разливособирающей траншее.
Необходимо отметить что при строительстве хвостохранилища были допущены серьѐзные упущения:
- Так, проектирование хвостохранилища произведено без достаточного инженерно-геологического обоснования:
- выполнен перенос русла реки Ара-Бель, но ничего не говорится о возможном подрусловом течении (потоке) реки, действующее в теплое время года;
- отсутствуют сведения о мощности сезоннооттаивающего слоя грунта и не указано на какую глубину выбирался так называемы «активный слой». Вряд ли такое техническое решение способствует устойчивости дамбы. В общепринятой практике в подобных случаях принято грунт с ледяными включения убирать до встречи грунта с массивной текстурой без ледяных включений, при чем это не обязательно монолитные интрузивы;
- нет сведений о свойствах пород, составляющих борта долины реки Ара-Бель, возможности их подвижек.
Отсутствие необходимых инженерно-геологических сведений при проектировании является нарушением СНиП, действовавшим во время проектирования, не соответствует требованиям положения «Общие указания по проектированию гидротехнических сооружений».
Согласно инженерно-геологическим изысканиям, выполненным в 2006 году температурное поле в районе хвостохранилища крайне неоднородное и характеризуется интенсивным техногенным влиянием. Грунты сезонного оттаивания, распространены до глубины 2,7м, не рекомендутся в качестве оснований под сооружения. Грунты, залегающие от 2,7м до 12м по физико-механическим свойства сходны с вышележащими, имеют температуру близкую к 0оС. Этот грунт подвержен
техногенному влиянию изменений температур воздуха и грунта. По результатам замеров на глубине 10,0 метров изменяются +.5оС до -1,7оС. Участки положительной температуры приурочены к руслам и поймам реки Арабель, еѐ правым притокам. Они отмечаются в западной части дамбы и в еѐ нижнем бьефе. Предполагается существование несквозной таликовой зоны под хвостохранилищем по старому руслу реки Арабель. Это косвенно подтверждается тем, что такая зона была установлена ниже дамбы хвостохранилища. Другим подтверждением этого может быть то, что, согласно данным, полученным при проведении указанных изысканий КыргызГИИЗом, химический состав подземных вод испытывает существенное влияние жидкой фазы хвостохранилища. Это означает, что существует гидравлическая связь хвостохранилища с подземными водамии через несквозной талик.
Таким образом, необходимо однозначно признать, что из исследований КыргызГИИЗа следует высокая вероятность наличия увлажненного талого слоя под хвостхранилищем, способствовающего подвижкам дамбы хвостохранилища.
- Строительство дамбы хвостохранилища проводилось поэтапно, то есть по мере заполнения его до предельных значений, после чего наращивалась высота дамбы, что приводило к увеличению ѐмкости хвостохранилища и, соответственно к росту нагрузки на основание ложа бассейна и на дамбу хвостохранилища. Увеличение давления на подстилающие породы не могло не привести к соответственному увеличению сил, действующих на сдвиг дамбы (разложение силы тяжести по параллелограмму, предполагает возникновение силы действующей параллельно линии падения русла реки, хотя не очень значительная по сравнению с силой, действующей перпендикулярно к этой линии, но возрастающая по мере увеличения объѐма хвостов и роста дамбы). Усиление перпендикулярной составляющей силы тяжести из-за увеличения массы хвостов и роста дамбы не могло не вызвать определенное изменение температурного режима у ложа хвостохранилища и подошвы дамбы, чему также способствовала подача в хвостохранилище жидких хвостов, имеющих достаточно высокую температуру для подержания температуры выше нулевой у нижележащих хвостов, подогреваемой сжатием хвостов под воздействием силы тяжести. Достаточно длительное воздействие более теплых хвостов на ложе хвостохранилище, несмотря на двухметровый слой дробленного материала на мерзлом грунте, подстилающем ложе, подушки под геомембраной, а также вероятные донные течения с положительной температурой не могли не поднять температуру подстилающего мерзлого грунта. Результат – смещение дамбы хвостохранилища , апрель 1999 года – декабрь 2006 года оно составило 280 мм, январь 2007 года – июль 2012 года – 124 мм. Смещение вроде бы и небольшое, но вполне достаточное для разрыва геомембраны. Если произошел разрыв геомембраны, то в зависимости от того где, нельзя исключать возможность появления протечек через дамбу, что может привести к негативным последствиям.
- Исследования НИЦ «Геоприбор» показывают, что из-за существенного потепления климата высокогорья и вызванного этим существенного отступления ледника Петрова происходит значительный прирост объема озера Петрова, растет вероятность прорыва моренно-ледниковой плотины озера с лучшими последствиями для нижерасположенных экологически опасных объектов рудника Кумтор. Нельзя исключать возможность внутри моренного (подземного) прорыва озере Петрова с превращением гидродинамической волны в разрушительный селевой поток. Уязвимым звеном моренной плотины является узкий участок плотины с западной стороны Голубого залива, характеризующийся сильной неоднородностью и таянием ледяного ядра, процессами, термопросадками, зарождением фильтрации талой воды. Этот участок является нестабильным прорывоопасным местом на моренно- ледниковым валом, подпруживающим озера Петрова.
- На конец второго квартала 2012 года объѐм содержимого в хвостохранилище составил 55,5 млн. м3. В проекте указывается, что минимальный уровень нижней кромки в 3670,5 м над уровнем моря будет соответствовать приблизительно объѐму 87 млн. м3 хвостов. По проету предполагается, что окончательный объѐм хвостов составит 93-101 млн. м3 и, что окончательный уровень дамбы хвостохранилища намечается подсчитать по происшествии нескольких первоначальных лет работ, после приобретения определенного опыта и получения информации о плотности складируемых хвостов. Необходимо учитывать, что превышение указанного уровня на 14-15 м сделает высоту дамбы более 50 м, при этом сооружение должно будет относиться к I-му классу гидротехнических сооружений, а не ко II-му как принято проектом. К гидротехническим сооружениям первого класса предъявляются иные требования.
Принимаемые технические решения по периодическому укреплению дамбы с помощью возведения упорных насыпных клиньев (контрфорсов), усиливают устойчивость дамбы, но подвижки дамбы, хоть и не незначительные, продолжаются. Это говорит о недостатках изначальных технических решений. Тем не менее, дамба хвостохранилища достаточно (небольшие подвижки) устойчива в обычных условиях. Однако, с большей доли вероятности можно предложить, что во временном развитии уровень устойчивости сооружения понизится вплоть до разрушительных процессов на дамбе.
К тому же, нельзя исключать вероятность форс-мажорных обстоятельств в виде катастрофического подъѐма уровня воды в озере Петрова и разрушения моренно-ледниковой плотины или внутри моренного прорыва озера с разрушительным грязеселевым потоком. В результате такого развития событий возможен размыв древнеморенного вала в месте сужения днища долины реки Кумтор вблизи восточной конечности и дамбы хвостохранилище и затопление его чаши. Эти проблемы не снимаются и после консервации хвостосхранилища.
Вызывает сомнение возможность складирования дополнительных значительных объѐмов хвостов на данном хвостохранилище, которое первоначально рассчитывалось на 12 лет работы с объѐмом до 40 млн. тонн, затем с доведением до
101 млн. тонн. Переизбыток складируемого материала, при вышеперечисленных инженерно-геологических условиях, даже при незначительных отклонениях от нормальных природных или техногенных воздействий, может привести к весьма негативным последствиям.