СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАМЫВНОГО НАКОПИТЕЛЯ ОТХОДОВ, ПРИМЫКАЮЩЕГО К СКЛОНУ
METHOD FOR RECULTIVATION OF INWASH TAILINGS POND ADJACENT TO SLOPE

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при рекультивации (консервации) заполненных отходами намывных накопителей, таких как хвостохранилища, шламонакопители и золошлакоотвалы, которые примыкают к склону косогора или балки.
В зависимости от рельефа местности, на которой сооружают намывные накопители отходов, они подразделяются на следующие наиболее распространенные типы: балочно-овражный; косогорный; равнинный; пойменный. В ряде случаев устраивают накопители смешанного типа, например пойменно-косогорный [1].
В накопителе балочно-овражного типа используется объем оврага, поэтому накопитель этого типа отличает высокая экономичность. Однако в таком накопителе необходим перехват поверхностного стока, который обычно осуществляют посредством нагорных канав с водосбросами. Эти сооружения, особенно в условиях вечной мерзлоты, могут быть затратными и часто должны эксплуатироваться даже после полной консервации накопителя на неопределенный срок, т.е. эксплуатироваться вечно, создавая экологические проблемы будущим поколениям.
В накопителе равнинного или пойменного типа обычно не требуется перехват поверхностного стока или он существенно упрощается. Однако в таком накопителе при заполнении его отходами практически всегда применяется кольцевая схема намыва, обеспечивающая из условия безопасности создание возле ограждающих дамб пляжной зоны. Это усложняет, особенно при большой высоте накопителя, выполнение расположенных обычно в центре отстойного пруда водозаборных сооружений и их эксплуатацию, а так же не всегда удается обеспечить заданную из условий безопасности ширину пляжа надводного намыва - расстояние между ограждающими дамбами и урезом отстойного пруда. Все это еще более усложняется при рекультивации накопителя такого типа, когда над накопителем из намываемых отходов формируют тело рекультивации с выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости накопителя, как это предусмотрено в источнике [2].
В накопителе косогорного или пойменно-косогорный типа, примыкающем к склону (то же: косогору), недостатки вышеуказанных типов накопителей отсутствуют или они легко преодолеваются. Это объясняется тем, что как при заполнении накопителя отходами, так и при его рекультивации, намыв отходов можно вести от ограждающего сооружения к склону. Это обеспечивает создание широкого пляжа у ограждающих дамб и отстойного пруда у склона и последовательное, по мере подъема уровня воды в отстойном пруде, выполнение водозаборных сооружений, преимущественно в виде водосбросных колодцев, на естественном основании склона.
Известен способ рекультивации (консервации) заполненного отходами намывного накопителя (гидроотвала), включающий формирование над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости накопителя, и покрытие наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы. По меньшей мере, нижнюю часть тела рекультивации формируют ярусами, каждый из которых намывают под защитой ограждающего элемента путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода с образованием отстойного пруда и пляжа заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента, обеспечивающего в пределах высоты яруса придание телу рекультивации заданной формы наружной поверхности. Избыточную воду из отстойного пруда посредством водосбросного колодца, снабженного отводящим водоводом, направляют в систему водоснабжения гидротранспорта отходов. После намыва ярусной части тела консервации формируют ее верхнюю часть [3].
Известный способ рекультивации может быть признан ближайшим к заявляемому способу. Однако в заявляемом способе признак «склон» внесен в название объекта изобретения, а в известном способе этот признак отсутствует. Дополнительно, при поярусном намыве тела рекультивации применена кольцевая схема намыва, которая в заявляемом способе прерывается склоном. Все это затрудняет составление формулы изобретения, которая ниже будет приведена без разделения на ограничительную и отличительную части.
Недостатки известного способа, снижающие его эффективность относительно заявляемого способа, заключаются в следующем.
1. Водосбросные колодцы после заполнения накопителя отходами до проектного уровня обычно не обеспечивают формирование из отходов тела рекультивации заданной высоты, а возведение новых водосбросных колодцев, как и водозаборных сооружений любого иного типа, в пределах прудковой зоны сложно и затратное.
2. Площадь яруса и, следовательно, ширина пляжной зоны (расстояние от ограждающего элемента до уреза отстойного пруда), площадь отстойного пруда и глубина воды перед водоприемником водосбросного колодца по мере формирования тела консервации уменьшаются, что снижает надежность накопителя в целом и качество осветления воды, забираемой водосбросным колодцем из отстойного пруда.
3. После завершения поярусного намыва тела рекультивации замывание отходами отстойного пруда из-за недостаточной глубины воды перед водосбросным колодцем может быть осуществлено только частично, что недоиспользует потенциальную вместимость тела рекультивации, следовательно, и накопителя в целом, усложняет выполнение технического этапа рекультивации и часто не обеспечивает эстетическую привлекательность ландшафта.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и эффективности способа рекультивации. Достигаемый при этом технический результат при осуществлении этого способа заключается в следующем:
- упрощено возведение нового водосбросного колодца, необходимого для осуществления способа;
- повышены надежность накопителя в целом и качество осветления воды, забираемой водозаборным сооружением из отстойного пруда;
- созданы благоприятные условия для предстоящего, после завершения поярусного намыва тела рекультивации, замывания отходами отстойного пруда, что увеличивает вместимость накопителя, упрощает выполнение технического этапа рекультивации и повышает эстетическую ценность ландшафта.
k
Указанный технический результат достигается тем, что предложенный способ рекультивации намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, заключается в формировании над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды, увеличения вместимости накопителя и повышения эстетической ценности ландшафта, и в покрытии наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы, при этом, по меньшей мере, нижнюю часть тела рекультивации формируют ярусами, каждый из которых намывают под защитой ограждающего элемента путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода с образованием отстойного пруда, примыкающего к склону, и пляжа заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента, обеспечивающего в пределах высоты яруса придание телу рекультивации заданной формы наружной поверхности, после чего формируют верхнюю часть тела рекультивации. Для осуществления всего этого на склоне выполняют, по меньшей мере, один водозаборный ковш в виде соединяющего водосбросной колодец с отстойным прудом канала, борта которого образуют выемкой и/или насыпью выше уровня воды в отстойном пруде. Верхнюю часть тела рекультивации формируют путем замывания отходами отстойного пруда с вытеснением воды в канал, производимого рассредоточенным выпуском пульпы из пульповода со стороны склона, при этом изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала от формируемого отходами входного порога до водосбросного колодца l приводят в соответствие с условием:
к
з
п
под
l≥(h-h)/i,
з
где h - заданная глубина воды перед водосбросным колодцем;
п
h - глубина воды на входном пороге канала;
под
i - средний уклон откоса подводного намыва отходов.
Дополнительно:
- длину участка канала приводят в соответствие путем продления канала в сторону отстойного пруда;
над
- при формировании верхней части тела рекультивации ее поверхности придают уклон от склона в направлении ограждающего элемента, равный уклону откоса надводного намыва i, т.е. пляжа;
- при формировании верхней части тела рекультивации интенсивность выпуска пульпы из пульпопровода ограничивают, при этом используют пульпу с преобладанием песчаных фракций;
- по меньшей мере, при формировании верхней части тела рекультивации в пульпу вводят инертную аморфную сверхтонкую (менее 0,1 мкм) добавку в виде микродисперсных реагентов-дешламаторов (МРД), многократно увеличивающих скорость осаждения отходов.
Именно, намыв отходов в тело рекультивации с примыканием отстойного пруда к склону, выполнение на склоне водозаборного ковша с водосбросным колодцем по указанным правилам и особенности их эксплуатации во время поярусного формирования тела рекультивации и при замывании отстойного пруда обеспечивают достижение ранее указанного технического результата.
Изобретение поясняется чертежами, фиг.1-5, на которых изображено:
- на фиг.1 - накопитель после выполнения 12-го, завершающего яруса тела рекультивации, план;
- на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, степень уменьшения горизонтальных размеров примерно в 10 раз превышает степень уменьшения вертикальных размеров;
- на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг 1;
- на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1;
- на фиг.5 - разрез Д-Д на фиг.4.
ф
пл
под
Намывной накопитель пойменно-косогорного типа создан с трех сторон ограждающими дамбами 1, четвертой стороной примыкает к склону 2 и заполнен до проектной отметки отходами, которые являются мелкозернистыми и/или пылеватыми, например золошлаки тепловых электрических станций. Отходы пляжной зоны 3 характеризуются коэффициентом фильтрации k<1 м/сут и средним уклоном откоса надводного намыва, т.е. пляжа 4, i<0,005, доля единицы, а сама пляжная зона 3, особенно в ее зольной зоне, обладает относительно слабой несущей способностью. Средний уклон откоса подводного намыва отходов i=0,03, а прудковая зона 5 сложена из пылевато-глинистых фракций. Избыточная вода, поступавшая в секцию при ее заполнении, посредством не показанных на чертежах водосбросных колодцев и их коллекторов направлялась в водовод системы оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, который осуществлялся по магистральному пульповоду. При этом после заполнения секции отходами наращивание по высоте существующих водосбросных колодцев оказалось технически трудноосуществимым, а по условиям расходования средств и безопасности - неприемлемым. Поэтому водосбросные колодцы секции подлежали выводу из эксплуатации и их заделке.
В таких условиях на расстоянии от отстойного пруда 6 на склоне 2 выполняют два водозаборных ковша, каждый в виде образованного выемкой 7 и насыпью 8 (полувыемкой-полунасыпью) канала, соответственно, 9 и 10, соединяющих водосбросные колодцы 11 и 12 с отстойным прудом 6. Уровень воды в каналах 9 и 10 незначительно отличается от уровня воды в отстойном пруде 6, поэтому требование водонепроницаемости к бортам каналов, образованных выемками 7 и насыпью 8, не предъявляют. Колодцы 11 и 12 расположены от отстойного пруда на расстоянии и снабжены отводящими водоводами, выполненными преимущественно в виде безнапорных коллекторов, соответственно, 13 и 14, которые проложены в грунте склона 2 и гидравлически сообщены с водоводом 15 системы оборотного водоснабжения для гидротранспорта отходов.
я
p
После этого, над заполненным накопителем из отходов формируют тело рекультивации 16, нижнюю и среднюю часть которого формируют путем намыва ярусов 17 - всего двенадцать ярусов. Каждый ярус 17 намывают под защитой ограждающего элемента 18 и склона 2 путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода 19. Намыв яруса 17 производят с образованием отстойного пруда 6, примыкающего к склону 2, и пляжа 4 заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента 18. Высота яруса 17 h обычно не превышает двух метров, а ограждающий элемент 18 выполняют из карьерного грунтового материала и/или отходов по части периметра яруса 17 с примыканием его концевых участков к склону 2. При этом ограждающий элемент 18, после срезки его временного оголовка 20, обеспечивает в пределах своей высоты придание телу рекультивации 16 заданной формы наружной поверхности 21, например, с уклоном рекультивации i=0,05, т.е. с заложением 1:20. Эту поверхность 21 каждого ограждающего элемента 18 покрывают слоем почвы 22, при этом используют грунтовый материал временного оголовка 20.
под
Во время поярусного формирования тела рекультивации 16 обеспечивают постоянное превышение уровня насыпи (бортов) 8 каналов 9 и 10 над уровнем воды в отстойном пруде 6. Воду из каналов 9 и 10 посредством водосбросных колодцев 11 и 12 по коллекторам 13 и 14 направляют в водовод 15 системы оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов. Одновременно с этим в каждом канале 9 и 10 естественным путем происходит формирование из отходов входного порога 23 и дна 24 с уклоном откоса подводного намыва отходов i=0,03 в направлении водосбросного колодца.
k
Во время формирования тела рекультивации 16 изменяющуюся длину l каждого канала 9 и 10 от его входного порога 23 до водосбросного колодца 11 и 12 путем продления, при необходимости, канала насыпью 8 в сторону отстойного пруда 6 приводят в соответствие с условием:
к
з
п
под
l≥(h-h)/i,
з
где h - заданная глубина воды перед водосбросным колодцем;
п
h - глубина воды на входном пороге канала;
под
i - средний уклон откоса подводного намыва отходов.
Особенности водосбросных колодцев 11 и 12 заключаются в следующем:
- расположение водосбросных колодцев на склоне упрощает создание колодцев и их эксплуатацию;
под
- формирование в канале дна из отходов осуществляется с уклоном откоса подводного намыва отходов i≈0,03 в направлении от входного порога к водосбросному колодцу, что, например, уже при длине канала 50 м обеспечивает глубину воды перед водосбросным колодцем более 1,5 м;
- порог обеспечивает поступление воды в канал с верхнего наиболее осветленного слоя;
- отпадает необходимость поддержания в отстойном пруде глубины воды, превышающей 1,0-1,5 м, что ускоряет осаждение отходов на дно отстойного пруда и увеличивает ширину пляжа, повышая, тем самым, надежность накопителя;
- создаются благоприятные условия для предстоящего, после завершения поярусного намыва тела рекультивации 16, замывания отходами отстойного пруда 6, которое осуществляют с вытеснением из отстойного пруда 6 воды в подводящий канал 9.
к
под
k
Глубина воды h перед колодцем при намыве нижних ярусов 17 тела рекультивации 16 определяется преимущественно глубиной воды на входном пороге 23 канала, а при намыве верхних ярусов - преимущественно уклоном дна 24 канала, т.е. уклоном откоса подводного намыва i илистых фракций отходов, и длиной канала l.
над
над
После завершения поярусного формирования нижней и верхней части тела рекультивации 16 формируют верхнюю часть 25 тела рекультивации 16 путем замывания отходами емкости отстойного пруда 6 с вытеснением воды в канал 9 или 10, производимого рассредоточенным выпуском пульпы из пульпопровода 26 со стороны склона 2. При этом поверхности тела рекультивации 16 придают уклон от склона 2 в направлении ограждающего элемента 18, равный среднему уклону откоса надводного намыва i, т.е. пляжа 27. Верхняя часть 25 тела рекультивации 16 и элементы его формирования, а именно: пульпопровод 26, конечный пляж 27 с уклоном i>0,005 и остаточная часть 28 отстойного пруда 6 на фиг.1 и 2 изображены пунктиром.
При формировании верхней части 25 тела рекультивации 16 целесообразно осуществить следующее:
- интенсивность выпуска пульпы из пульпопровода 26 ограничить 20-50% предшествующей интенсивности и использовать пульпу с преобладанием песчаных фракций;
- ввести в пульпу инертную аморфную сверхтонкую (менее 0,1 мкм) добавку в виде микродисперсных реагентов-дешламаторов (МРД), многократно увеличивающих скорость осаждения отходов [4];
- заполнить отходами или грунтовым материалом остаточную часть 28 отстойного пруда 6 и каналы 9 и 10, а их насыпи 8 срезать;
- произвести покрытие поверхности верхней части 25 слоем почвы 22 с использованием пригодных грунтов склона 2 и срезаемой части 20 ограждающего элемента 18 верхнего яруса 17, которая при возведении может быть выполнена увеличенной в объеме;
- выполнить мелиоративные работы с использованием водосборной канавы 29, расположенной у ограждающей дамбы 2 над дренажной траншеей 30, и с учетом рельефа, обозначенного горизонталями 31.
k
Плановое положение каналов 9 и 10 определяется крутизной склона 2 и длиной участка канала l. Необходимая ширина каналов по дну 24 на любой период рекультивации устанавливается проектом из условия недопустимой величины их заиления, а при необходимости предусматривается периодическое удаление из каналов ила.
Изобретение упрощает возведение водосбросных колодцев и замывание отстойного пруда, повышает вместимость и надежность накопителя, качество осветления воды и эстетическую ценность ландшафта.
В зависимости от местных условий в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от его объема. Например, накопитель может примыкать к склону балки, реже оврага, а в целях придания эстетической привлекательности ландшафту верхняя часть тела консервации может быть выполнена с намывом склада из отходов с последующим перемещением отходов землеройными машинами.
Источники информации
1. Недрига В.П. и др. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. Москва: Стройиздат, 1983, с.509-514.
2. Авторское свидетельство. СССР №1052614. Способ мокрого складирования хвостов обогощения. / Саратов И.Е., Ремизов Б.И., Бондаренко А.И. и др., МПК Е02В 7/06, 1981.
3. Заявка РФ №2007141429. Способ консервации секции гидроотвала зернистых отходов промышленных предприятий. / Вайкум В.А., Руднов В.М., Ягин В.П., МПК Е02В 7/00. Подана Обществом с ограниченной ответственностью «Русская инжиниринговая компания» 07.11.2007. Опубл. 20.05.2009.
4. Зубченко Г.В. Микродисперсные реагенты и кольматанты - новые средства повышения технико-экономических и экологических показателей работы горно-обогатительных предприятий // Горный журнал. 2005. №3.