гидроотвал отходов промышленных предприятий

Формула изобретения

1. Гидроотвал отходов промышленных предприятий, включающий первичную дамбу обвалования, размещенную на основании гидроотвала и образующую его первый ярус, вторичные дамбы, каждая из которых размещена большей частью на пляже намыва и образует последующий ярус гидроотвала, и дрену, размещенную вдоль вторичной дамбы, отличающийся тем, что одна или более вторичная дамба снабжена понуром, покрывающим пляж намыва, при этом дрена размещена на понуре.

2. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что, в случае снабжения понуром ряда вторичных дамб, эти понуры по отношению друг к другу выполнены одни короткими, другие длинными, при этом в ярусах по высоте гидроотвала они чередуются, а дрена размещена на каждом длинном понуре.

3. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что понур выполнен из грунтового материала, коэффициент фильтрации которого К_п удовлетворяет соотношению

К_п<0,2К₀, где

К₀ - коэффициент фильтрации отходов пляжа намыва.

4. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что, в случае выполнения в основании гидроотвала экрана, он включает дренажный слой, покрывающий часть экрана, прилегающую к первичной дамбе, при этом дренажный слой снабжен дренажной трубой, а его ширина превышает длину понура любой вторичной дамбы.

5. Гидроотвал по п.2, отличающийся тем, что по мере увеличения в нем количества ярусов длина длинного понура по отношению к предыдущему такому понуру уменьшается.

6. Гидроотвал по п.2, отличающийся тем, что дрена выполнена в виде дренажной ленты и снабжена дренажной трубой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при складировании отходов промышленных предприятий, например хвостов рудообогащения, золошлаков тепловых станций, преимущественно в районах с высокой сейсмической активностью.

Известен гидроотвал отходов, ограждающая дамба которого выполнена на всю высоту отвала в виде массивной упорной призмы из проницаемого (дренирующего) грунтового материала, обеспечивающего глубинный перехват фильтрационного потока (Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. /Под общей редакцией В.П.Недриги/. М.: Стройиздат, 1983, с.515, рис 21.4, б).

Создание такого гидроотвала связано с высокими затратами из-за расходования большого объема качественного карьерного грунта на выполнение упорной призмы, а также высокая степень загрязнения поверхностных и подземных вод из-за фильтрации загрязнений из отвала через упорную призму и основание.

Известен также гидроотвал отходов промышленных предприятий, включающий первичную дамбу обвалования, размещенную на основании гидроотвала и образующую его первый ярус, вторичные дамбы, каждая из которых размещена большей частью на пляже намыва и образует последующий ярус гидроотвала, и самотечную дренажную систему перехвата фильтрационного потока в виде двух дрен, размещенных непосредственно у дамб с их верховой стороны, одна из которых - вдоль первичной дамбы, а другая - вдоль вторичной дамбы (Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. /Под общей редакцией В.П.Недриги/. М.: Стройиздат, 1983, с.510, рис 21.1).

Требования охраны окружающей среды налагают на такой гидроотвал условие: основание гидроотвала должно иметь естественную водонепроницаемость или быть экранированным. При складировании отходов непосредственно у дамб происходит намыв пляжа из зернистых фракций. Но поскольку в таком гидроотвале дрены размещены непосредственно у дамб, то они работают не эффективно. Даже при значительном удалении отстойного пруда от дамб вода, фильтрующая из блуждающих на пляже намыва потоков пульпы, насыщает у дамб отходы до основания гидроотвала, а порою и высачивается на низовом откосе дамбы. При сейсмическом сотрясении отходы разжижаются во всей водонасыщенной зоне, что часто приводит к прорыву дамб и к аварийному изливу разжиженных отходов, порою с катастрофическими последствиями (Мелентьев В.Д., Павчиг М.П. Катастрофические аварии хвостохранилищ. //Гидротехническое строительство. 1986. №11). В случае мелкодисперсных отходов угроза такого прорыва может существовать в течение ряда лет и после вывода гидроотвала из эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение надежности гидроотвала. Технический же результат от использования изобретения заключается в предотвращении водонасыщения отходов в примыкающей к дамбе пляжной зоне, ширина которой достаточна для обеспечения устойчивости борта гидроотвала.

Эта задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в гидроотвале отходов промышленных предприятий, включающем первичную дамбу обвалования, размещенную на основании гидроотвала, и образующий его первый ярус, вторичные дамбы, каждая из которых размещена большей частью на пляже намыва и образует последующий ярус гидроотвала, и дрену, размещенную вдоль вторичной дамбы, согласно изображению одна (или более) вторичная дамба снабжена понуром, покрывающим пляж намыва, при этом дрена размещена на понуре.

В случае снабжения понуром ряда вторичных дамб эти понуры по отношению друг к другу выполнены одни длинными, а другие - короткими, при этом в ярусах по высоте гидроотвала они чередуются, а дрена размещена на каждом длинном понуре.

В случае выполнения в основании гидроотвала экрана гидроотвал включает дренажный слой, покрывающий часть экрана, прилегающую к первичной дамбе, при этом дренажный слой снабжен дренажной трубой, а его ширина превышает длину каждого понура вторичной дамбы. Понур выполнен из грунтового материала, коэффициент фильтрации которого К_п удовлетворяет соотношению:

К_п<0.2 К₀, где

К₀ - коэффициент фильтрации отходов пляжа намыва.

Целесообразно, по мере увеличения количества ярусов в гидроотвале длину длинного понура по отношению к предыдущему такому понуру уменьшать, а дрену выполнять в виде дренажной ленты и снабжать ее дренажной трубой.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что длинные понуры, работающие совместно с размещенными по высоте между ними короткими понурами, с размещенными, по меньшей мере на длинных понурах дренами и с дренажным слоем в основании гидроотвала, предотвращают (ограничивают) водонасыщение легко разжижающейся при сотрясении зернистых отходов пляжной зоны, причем на всех этапах поярусного складирования отходов.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен гидроотвал отходов на завершающем этапе его возведения, поперечный разрез.

Гидроотвал отходов включает первичную дамбу обвалования 1, вторичные дамбы (наращивания) 2, 3, 4, 5 и 6 и экран 7, который размещен на основании 8 и верховом откосе первичной дамбы 1. На экране 7 выполнен дренажный слой 9, который размещен на верховом откосе первичной дамбы 1 и прилегающей к ней части экрана 7 и содержит две дренажные трубы 10. Первичная дамба 1 размещена на основании 8 гидроотвала и образует его первый ярус. Каждая вторичная дамба, позиции 2-6, размещена вся или большей частью на пляже намыва 11 отходов 12 и образует последующий ярус гидроотвала - на чертеже номер последующего яруса по высоте гидроотвала соответствует позиции вторичной дамбы. Каждая вторичная дамба 3 и 5 снабжена коротким понуром соответственно 13 и 14, а вторичные дамбы 4 и 6 каждая снабжена более длинным понуром соответственно 15 и 16. Каждый понур, позиции 13-16, покрывает соответствующий пляж намыва, при этом на каждом длинном понуре 15 и 16 размещена дрена, выполненная в виде дренажной ленты 17 с дренажной трубой 18.

Длина короткого понура 13 и 14 обычно не превышает удвоенную высоту h_я соответственно 3-го и 5-го яруса. Длина длинного понура 15 превышает длину длинного понура 16, а ширина В_д дренажного слоя 9 превышает длину I_п понура 15.

Все понуры выполнены из грунтового материала, коэффициент фильтрации которого К_п удовлетворяет соотношению К_п<0.2К₀, где К₀ - коэффициент фильтрации отходов пляжной зоны 19. Этому условию могут удовлетворять отходы прудковой зоны 20, образовавшейся в результат осаждения мелкодисперсных отходов на дно отстойного прудка 21. Такие отходы могут быть взяты в обезвоженном состоянии, например из выведенного из эксплуатации гидроотвала (секции). Толщина таких грунтовых понуров определяется условиями работ и обычно не превышает 0.1-0.2 метра.

При соблюдении соотношения К_п<0,2К ₀ профильтрованная через понур вода в зернистых отходах пляжной зоны 19 не образует сплошного потока, а движется вниз в капельном виде, при этом коэффициент водонасыщения пор G будет меньше 0,8. При несоблюдении первого соотношения в условиях отсутствия свободного доступа воздуха поток в пределах понура будет испытывать состояние растяжения, а разрыв его сплошности при этом может и не произойти. При интенсивном сейсмическом сотрясении в воде, заполняющей в отходах поры, возбуждается пузырьковая кавитация, в результате которой большая часть более плотной связной воды, образующей пленки вокруг минеральных частиц, обратимо переходит в менее плотную свободную (обычную) воду, увеличивая тем самым объем воды в порах. В результате последнего и при G>0,8 интенсивно происходит "потеря контактов" в структуре отходов - они разжижаются (Ягин В.П. Новое объяснение перехода водонасыщенного мелкодисперсного грунта в обратимое разжиженное состояние при сильном сотрясении.//Идеи. Гипотезы. Решения. Информационный бюллетень ВНТИЦ. 2003. №2).

Первичная дамба обвалования 1 выполнена из карьерного грунта, а вторичные дамбы 2...6 по мере заполнения гидроотвала чаще всего выполняются из обезвоженных отходов, при этом понуры могут быть выполнены не из грунтового материала.

Создание гидроотвала и его работа осуществляются следующим образом.

Намыв отходов 12 в первый ярус осуществляется после возведения дамбы обвалования 1, создания экрана 7 и дренажного слоя 9. При этом дренажные трубы 10 задействуют путем открытия их запорных устройств (на чертеже не показаны) после покрытия дренажного слоя 9 слоем отходов. Намыв отходов 12 в каждый последующий ярус осуществляется после возведения соответствующей дамбы наращивания, ее понура и дренажной ленты (на длинном понуре).

Каждый понур 13...16 предотвращает под собой водонасыщение отходов пляжной зоны 19 в соответствующей ей границе 22, 23, 24 и 25 (на чертеже показаны пунктиром). Этому способствует отвод воды по дренажным трубам 10 из дренажного слоя 9, а также по дренажным трубам 18 из дренажной ленты 17. Поэтому при сейсмическом сотрясении не происходит разжижение зернистых отходов в зонах, примыкающих к дамбам и ограниченных со стороны отстойного пруда 21 границами водонасыщения 23 и 25, создаваемыми длинными понурами 15 и 16, а при промежуточных наполнениях в 1-м, 2-м и 4-м ярусах границами водонасыщения 22 и 24, создаваемыми короткими понурами 13 и 14, чем и обеспечивается устойчивость всего борта гидроотвала вместе с его дамбами на всех стадиях создания гидроотвала. Устойчивость же дамбы наращивания намываемого яруса, водонасыщенные отходы которого при сотрясении могут принять разжиженное состояние, обеспечивается тем, что эта дамба наращивания имеет в своем основании качественные (не разжижающиеся) зернистые отходы.

Необходимые размеры не разжижающихся при сотрясении зон определяются расчетами и исследованиями. При этом определяется число понуров, длина каждого понура, его водопроницаемость и толщина, а также параметры элементов работающих совместно с понурами самотечных дренажей.

При отсутствии в гидроотвале экрана 7 дренажный слой может и не выполняться, особенно если в основании гидроотвала выполнена иная дренажная система, например, в виде дренажных лучей, сходящихся в водоприемной камере - такой пример выполнения гидроотвала чертежом не представлен.