Гидро-механизированная реконструкция Захарковского карьера в охранной зоне Р. Москвы

© В.В. Шультайс, Ю.П. Горбатов, Ю.В. Кириченко, 2006

В.В. Шультайс, Ю.П. Горбатов, Ю.В. Кириченко

ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗАХАРКОВСКОГО КАРЬЕРА В ОХРАННОЙ ЗОНЕ р. МОСКВЫ

Захарковский песчаный карьер расположен на древнеаллювиальной террасе р. Москвы в Красногорском районе Московской области. В основании и бортах карьера залегают верхнечетвертичные аллювиальные песчано-гравий-ные отложения с супесчано-суглинистыми линзами мощностью 1-4 м. Подстилающие породы представлены переслаивающими известняками, мергелями и глинами карбонового возраста.

Уровень подземных вод залегает на глубине 1-2 м. Гидрогеологический режим карьера определяется режимом р.Москвы, с которой он соединен протокой перекрытой земляной плотиной с отметкой гребня 128.5 м с регулируемым водосбросом (рисунок).

После окончания гидромеханизированной добычи песка выработанное пространство Захарковского карьера с 1979 года использовалось для отстаивания и осветления промышленных стоков Рублевской водопроводной станции (РВС). Промстоки от промывки фильтров и отстойников подавались по дюкеру через р. Москву и далее самотеком по железобетонному трубопроводу диаметром 2,0 м в южную часть карьера. Осветленная вода сбрасывалась по протоке шириной 50-60 м в р. Москву.

К концу 2003 г. емкость карьера была практически полностью заполнена илистым желеподобным водопроводным осадком с малым содержанием минеральных частиц. Мощность техногенных отложений варьирует в пределах 6,3-13,7 м. Слой осадка покрыт водой глубиной 0,05-0,35 м. Поверхность карьера и берега заросли камышом и другой болотной растительностью.

Дальнейшая эксплуатация карьера в качестве пруда-осветлителя стала невозможной. В 2003 г. МГУП «Мосводоканал» разработал «Технические условия на прием водопроводного осадка из Захарковского карьера в канализацию» Условия предусматрива-

ли гидромеханизированную разработку и подачу осадка (после предварительного выделения песка и грубодисперсных примесей) через систему водоотведения от РВС в Филевский канализационный канал d = 3500 мм и далее на Курьяновскую станцию аэрации (КСА).

Основным требованием к подаваемому на КСА осадку заключались в следующем:

- содержание грубодисперсных включений (крупностью свыше 5,0 мм) - не более 5 % массы сухого вещества осадка;

- содержание песка (крупностью свыше 0,07 мм) - не более 10 % от массы сухого вещества осадка;

- сброс очищенного осадка из карьера и Рублевских очистных соору-жений в систему Московской канализации должен производится равномерно в течение суток с общим расходом не более 0,5 м3/с (1800 м3/час).

На основании «Техусловий...» проектная контора «Гидромех-проект» разработала проект организации строительства по реконструкции Захарковского карьера, имеющего следующие основные характеристика:

- площадь зеркала воды - 34 га;

- глубина воды (с осадком) - 5,8.13,5 м.

Илистые осадки обладают практически по всей территории карьера двухслойным строением:

- верхняя часть в текучем состоянии средней мощностью 5,16.4 м и сцеплением 0,04 МПа;

- нижняя часть текучепластичного состояния средней мощностью 1,1-3,2 м и сцеплением 0,09-0,9 МПа.

Усредненный грансостав приведен в таблице.

Наимено-

Содержание фракций, %

вание грунта >10 мм 10-5 мм 5-2 мм 2-1 мм 1-0,5 мм 0,5-0,25 мм 0,25-0,1 мм <0,1 мм

Ил глинистый 0,0 0,0 0,1 0,5 1,7 3,5 94,2

Песок среднезер- нистый 0,6 2,1 4,8 10,3 10,4 26,9 12,2 32,7

Примечание: в части проб содержание песчаных фракций крупностью более 0,07 мм превышает 10% от массы сухого вещества____________________________________

Подстилающий слой представлен коренными песками (от средних до гравелистых) и техногенными отложениями (сброс с карт намыва).

Максимальная дальность гидротранспортирования составляет 3570 м при геодезической высоте подъема 14,3 м.

Проектом предусматривается поэтапная разработка карьера, включающая в себя разработку 1-го слоя, разработку 2 -го слоя, зачистку подстилающего слоя. Это позволяет оптимизировать режим работы выемочного оборудования за счет параллельного ведения горных и подготовительных работ, а также обеспечивает экологический мониторинг окружающей среды.

С учетом вышеизложенных требований и параметров карьера для выполнения работ выбран землесосный снаряд блочной конструкции 200-50БК с производительностью по пульпе 400 м3/час и напором 20 м вод.ст., работающий в комплексе с двумя перекачивающими станциями с грунтовыми насосами ГРУ 400/20. Стационарная станция перекачки устанавливается на берегу р.Москвы, а на борту карьера - передвижная (рисунок).

В связи с тем, что в иловом осадке наличествует песчаная фракция принято решение об использовании в гидромеханизированном комплексе передвижного классификатора. Проектом предусмотрено применение гидравлического классификатора ГМД-2-400.

Разработка техногенных илов начинается с участка очистки прилегающей к плотине в направлении к р.Москве. После очистки протоки и затона земснаряд перемещается в акваторию Захарковского карьера.

После разделения грунта на гидроклассификаторе «крупный продукт» ^>0,07 мм) складируется в зоне карьера, а «мелкий продукт» транспортируется в городскую канализационную сеть. С целью создания требуемой влажности W = 98 % и обеспечения бесперебойного гидротранспортирования мелкой фракции в трубопровод после гидроклассификатора подается вода от плавучей насосной станции Q = 400/20 (насос 2К-9А), расположенной в карьере.

В общем случае подлежит разработке:

- илового осадка - 2750 тыс. м3 (173,73 тыс. т);

- песка пылеватого при разработке иловых отложений - 3,5 тыс. м3;

Принципиальная схема разработки: 1 - положение земснаряда при отработке затона; 2 - положение земснаряда при отработке карьера; 3 - магистральные пульпопроводы; 4 - стационарная перекачивающая станция; 5 - передвижная перекачивающая станция; 6 - гидроклассификатор; 7 - плавучая насосная станция; 8 — магистральный пульпопровод в коллекторе; 9 - дюкер; 10 - плавучий переход; 11 - плавпульпопровод

- песка среднего до гравелитового при зачистке подстилающего слоя - 152 тыс.м3.

На всех гидротранспортных участках применяются полиэтиленовые трубы фирмы <^АУГ№>.

Использование песчаного грунта в качестве нерудного материала вследствие значительного количества органических включений проектом не предусматривается. Его складиро-вание планируется производить в прибрежной зоне карьера и в выработанное пространство на участки, очищенные от илового осадка.

Расчеты показывают, что при среднесуточной производительности земснаряда 252 м3/сут общая продолжительность работ составит 9 лет, причем непосредственно удаление илового осадка будет производится 7 лет.

Для обеспечения качества работ и охрана окружающей среды предусматривается система геотехконтроля.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

- применение предложенной технологии и структуры комплексной механизации обеспечивает заданную подачу пульпы 0,12

м3/с;

- гидроклассификация позволяет исключить из подаваемой в канализацию фракцию свыше 0,07 мм;

- ускоряется самовосстановление природной составляющей на данном участке вследствие первоочередной очистки протоки и затона, непосредственно соединенных с р.Москвой;

- схема разработки забоя «свободным всасом» предотвращает образование взвеси в зоне забора грунта и загрязнение отработанных участков и р. Москвы частицами илового осадка;

- применение полиэтиленовых труб значительно улучшает характеристики гидротранспортных систем и уменьшает затраты на монтаж и эксплуатацию пульпопроводов.

— Коротко об авторах ----------------------------------------

Шультайс В.В., Горбатов Ю.П.— ПК «Гидромехпроект»,

Кириченко Ю.В - Московский государственный горный университет.