СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ВЫСОТЫ ВОДОСБРОСНОГО КОЛОДЦА СТОЕЧНО-ШАНДОРНОГО ТИПА НАКОПИТЕЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
METHOD TO INCREASE HEIGHT OF OVERTILE OF STAND-GATE TYPE IN INDUSTRIAL WASTE STORAGE

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при увеличении высоты водосбросного колодца стоечно-шандорного типа в накопителях промышленных отходов, таких как хвостохранилища, шламонакопители и золошлакоотвалы.
Высота накопителей нередко превышает 50 м и при соответствующей емкости и выходе отходов такие накопители относят к I классу. В Красноярском крае, например, высота хвостохранилища Олимпиадинского ГОК достигла 50 м, а 4-я очередь его наращивания предусматривает доведение этой высоты до 85 м. На шламохранилище Ачинского глиноземного комбината (ОАО «РУСАЛ Ачинск») карта №1 имеет высоту около 80 м, а на действующей карте №2 намыв шламов уже предусмотрен на высоту до 65 м. Водосбросные колодцы карты №2 выполняются из железобетонных шандор-колец, последовательно устанавливаемых внутри трубчатого портала на фундамент колодца. При этом проектная высота каждого из двух колодцев превышает 40 м, а их отводящие трубы (то же: коллектора) выполнены из металла.
В настоящее время складирование отходов часто осуществляют в накопители, стоечно-шандорные водосбросные колодцы которых не рассчитаны на конечную, иногда при эксплуатации увеличенную высоту заполнения накопителя. При этом водосбросные колодцы, например, серии 4.902-8, альбомы I-XI, утвержденные Главпромстройпроектом Госстроя СССР 28.06.1972, имеют высоту до 25 м, а водосбросные колодцы, разработанные в Атомтеплопроекте и Союзводоканалпроекте, - всего до 15 м [1].
При намыве отходов наращиванию колодцев за пределы их проектной высоты могут препятствовать следующие обстоятельства:
- недопустимость увеличения нагрузки на стенки колодца со стороны водонасыщенных отходов;
- недопустимость увеличения нагрузки на стенки и дно камеры гашения в фундаментной части колодца со стороны падающего потока воды;
- недопустимость увеличения нагрузки на коллектор со стороны отходов и потока воды в случае его не достаточно высокого технического состояния.
Наличие даже одного из выше указанных обстоятельств может оказаться достаточным для принятия решения о выводе колодца из эксплуатации. В этом случае создают новый колодец с коллектором, который заменяет первый колодец и его коллектор, после чего складируемыми отходами отстойный пруд оттесняют к новому колодцу, а первый колодец выводят из цикла гидравлического складирования отходов и вместе с его коллектором заделывают [2].
Недостатки такого технического решения заключаются в том, что, во-первых, создание нового колодца с коллектором связано с высокими затратами, во-вторых, в случае кольцевой схеме намыва, обеспечивающей образование возле ограждающих дамб пляжной зоны (равнинный и пойменный тип накопителя), создание в пределах прудковой зоны нового колодца с коллектором практически всегда не осуществимо.
Во втором случае выполнение насосной станции с отводящей трубой вместо колодца с коллектором может оказаться, в случае остаточной высоты накопителя более 5-10 м, оптимальным вариантом. Однако в случае меньшей остаточной высоты накопителя, особенно при хорошем техническом состоянии коллектора колодца, этот вариант не будет оптимальным. В этом случае целесообразно осуществить наращивание колодца за пределы его проектной высоты при одновременном устранении двух первых ранее указанных препятствий: чрезмерная нагрузка на шандорную стенку со стороны отходов и чрезмерная нагрузка на камеру гашения колодца со стороны падающего потока воды.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в экономии средств, необходимых для создания накопителя промышленных отходов, за счет увеличения высоты водосбросного колодца. Достигаемый при этом технический результат при осуществлении способа заключается в повышении устойчивости стенки колодца, воспринимающей давление со стороны отходов, и в уменьшении нагрузки на камеру гашения колодца со стороны падающего потока воды.
Указанный технический результат достигается тем, что предложенный способ увеличения высоты водосбросного колодца стоечно-шандорного типа накопителя промышленных отходов заключается во временном выводе колодца из эксплуатации, установлении технического состояния колодца и его отводящей трубы (коллектора) и в установке в колодец на подготовленное дно его камеры гашения трубы с заглушенным торцом, длина которой равна или близка высоте полости колодца. При этом снаружи к трубе жестко присоединено поперечное ребро, перекрывающее непосредственно над фундаментной частью колодца полость, образовавшуюся между трубой и стенкой колодца, размер поперечного сечения трубы обеспечивает прием и пропуск трубой заданного расхода воды, а отверстия в нижней части трубы, образующей дополнительную камеру гашения, обеспечивают выход этой воды из дополнительной камеры гашения в камеру гашения колодца. Полость между трубой и стенкой колодца заполняют сыпучим материалом, в основании которого выполняют переходный слой, закрывающий образовавшийся зазор между торцом поперечного ребра и стенкой колодца, а на сыпучем материале из бетона и/или металла выполняют плиту с возможностью опускания при проседании сыпучего материала. После всего этого над колодцем выполняют надстройку путем наращивания на заданную высоту стоек и последующей установки шандоров, нижние ряды которых способны совместно с плитой образовать камеру гашения надстройки.
Дополнительно:
- подготовку дна камеры гашения колодца производят непосредственно перед установкой трубы путем расположения на дне камеры гашения колодца в заданном количестве твердеющей смеси, заключенной в гибкую оболочку;
- трубу в пределах дополнительной камеры гашения снабжают продольными ребрами жесткости;
- переходный слой выполняют из твердой пены, представляющей собой ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами;
- между плитой и трубой, а также между плитой и надстройкой из антифрикционного материала, например битума, выполняют разделительный слой;
- труба выполнена из металла;
- трубу по длине выполняют из частей, соединенных между собой посредством сварки или фланцев, при этом часть трубы, расположенная над дополнительной камерой гашения, выполнена преимущественно из полиэтилена;
- установку трубы производят строительным краном, расположенным на выполненной к колодцу дорожной насыпи;
- установку трубы производят вертолетом;
Именно установка в колодец описанной конструкции трубы по указанным правилам, заполнение сыпучим материалом полости между трубой и стенкой колодца и выполнение над существующим колодцем описанной конструкции надстройки с камерой гашения в основании обеспечивает достижение ранее указанного технического результата.
Изобретение поясняется примером, на поясняющих чертежах которого яруса тела рекультивации, намываемого над заполненным отходами накопителем, а также элементы надстройки колодца показаны пунктиром.
На фиг.1 изображен заполненный отходами накопитель, план; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
На чертежах нанесены следующие обозначения:
1 - ограждающая дамба;
2 и 3 - водосбросные колодцы (далее: колодцы);
4 - тело рекультивации;
5 - отстойный пруд;
6 - коллектор;
7 - стенка (колодца);
8 - стойки (стенки);
9 - шандоры (стенки)
10 - камера гашения (колодца);
11 - фундаментная часть (колодца);
12 - дорожная насыпь;
13 - металлическая труба (далее: труба);
14 - полость колодца;
15 - отверстия;
16 - ребра жесткости;
17 - заглушка;
18 - дополнительная камера гашения;
19 - поперечное ребро;
20 - полость;
21 - дно (камеры гашения);
22 - твердеющая смесь;
23 - гибкая оболочка;
24 - сыпучий материал;
25 - переходный слой;
26 - зазор;
27 - плита;
28 - разделительный слой;
29 - трубчатое кольцо (на входе в трубу);
30 - надстройка;
31 - стенки (надстройки);
32 - стойка;
33 - шандоры;
34 - камера гашения (надстройки);
я
я
Накопитель равнинного типа, земляная емкость которого создана ограждающими дамбами 1, поярусно при кольцевой схеме намыва заполнен отходами до уровня, близкого к предельному уровню (пять ярусов, h=4 м). Водосбросные колодцы 2 и 3 окружены намытыми отходами и водой на высоту, близкую к предельной высоте. При этом принято решение о выводе накопителя из эксплуатации, сопровождаемом поярусным намывом (пять ярусов, h=2 м) над накопителем из отходов нижней и средней по высоте части тела рекультивации 4, имеющего выпуклую форму наружной поверхности [3].
Способ осуществляют следующим образом.
Сначала складируемыми отходами отстойный пруд 5 оттесняют от колодца, например, 2 к колодцу 3, а колодец 2 вместе с его коллектором 6 временно выводят из цикла гидравлического складирования отходов. Устанавливают техническое состояние колодца 2, прежде всего стенок 7, выполненных из стоек 8 и шандоров 9, и камеры гашения 10, расположенной в фундаментной части 11 колодца 2, а также его коллектора 6. На основании этого технического состояния уточняют возможность наращивания колодца 2 предложенным способом и возможность, т.е. допустимость, увеличения телом консервации 4 высоты отходов над коллектором 6 с учетом уточненных физико-механических свойств отходов.
К колодцу 2 отсыпают дорожную насыпь 12 и готовят к установке в колодец 2 металлическую трубу (далее: труба) 13, длину которой принимают равной или близкой высоте полости 14 колодца 2, т.е глубине колодца. При этом в нижней части трубы 13 выполняют отверстия 15, на наружной поверхности закрепляют продольные ребра жесткости 16, а на торце - заглушку 17, образуя, таким образом, в трубе 13 дополнительную камеру гашения 18. Размер поперечного сечения трубы 13 обеспечивает прием и пропуск трубой заданного расхода воды, а отверстия 15 в нижней части трубы 13 обеспечивают выход этой воды из дополнительной камеры гашения 18 в камеру гашения 10 колодца 2. Одновременно с этим снаружи к трубе 13 жестко присоединяют поперечное ребро 19, способное перекрыть непосредственно над фундаментной частью 11 колодца 2 полость 20, образовавшуюся между трубой 13 и стенкой 7 и являющуюся частью полости 14 колодца 2.
Подготовленную таким образом трубу 13 по дорожной насыпи 12 доставляют к колодцу 2, где строительным краном (не показан) трубу 13 опускают в колодец 2 и устанавливают на дно 21 камеры гашения 10. Причем непосредственно перед опусканием трубы 13 производят подготовку дна 21 путем расположения на дне 21 камеры гашения 10 в заданном количестве твердеющей смеси 22, заключенной в гибкую оболочку 23. Образовавшуюся при этом полость 20 заполняют с уплотнением сыпучим материалом 24, в основании которого выполняют переходный слой 25, закрывающий зазор 26 между торцом поперечного ребра 19 и стенкой 7. На поверхности сыпучего материала 24 из бетона выполняют плиту 27. Переходный слой 25 выполняют из твердой пены, представляющей собой ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами. Между плитой 27 и трубой 13, а также между плитой 27 и стенкой 7 колодца 2 из антифрикционного материала, например, в виде битумной обмазки выполняют разделительный слой 28, а посредством трубчатого кольца 29 придают плавность входу в трубу 13.
После всего этого над колодцем 2 выполняют надстройку 30, стенки 31 которой образуют путем наращивания на заданную высоту стоек 32 и последующей установки шандоров 33, нижние ряды которых имеют индивидуальную конструкцию и способны совместно с плитой 27 образовать в настройке 30 камеру гашения 34.
Плита 27, как элемент камеры гашения 34, может быть выполнена с использованием металла и по высоте может быть расположена в пределах надстройки 30 на уровне 1-2-х нижних рядов шандоров 33 и также отделена от них разделительным слоем 28.
Труба 13 по длине может состоять из частей, соединенных между собой посредством сварки или фланцев. При этом части трубы 13 выше дополнительной камеры гашения 18 могут быть выполнены из полиэтилена, что еще в большей степени уменьшит вес монтажной единицы и облегчит тем самым доставку и установку трубы 13.
Установка трубы 13 может быть произведена вертолетом.
Особенность работы водосбросного колодца стоечно-шандорного типа, эксплуатационная высота которого увеличена в соответствии с настоящим изобретением, и его коллектора заключается в следующем.
1. Стенка 7, сыпучий материал 24 и труба 15 воспринимают возрастающее боковое давление отходов как едино работающая конструкция. Этому способствует динамическое воздействие падающего потока воды на плиту 27 и трубу 15, которое эффективно обеспечивает дальнейшее уплотнение сыпучего материала 24, что уменьшает его деформативность. При этом по мере увеличения высоты надстройки 30 увеличивается воздействие потока воды на плиту 27, которая по мере уплотнения сыпучего материала 24 опускается и тем самым повышает эффективность работы камеры гашения 34 надстройки 30.
2. Гашение энергии падающего потока воды в пределах фундаментной части 11 колодца 2 осуществляется главным образом в нижней части трубы 15, т.е. в ее дополнительной камере гашения 18, что в существенной мере уменьшает нагрузку на камеру гашения 10 колодца 2.
3. Техническое состояние коллектора 6 и допустимость дальнейшего намыва над ним отходов в существенной мере зависят от деформативных и прочностных свойств основания и намытых отходов и должны устанавливаться исследованием. Например, самостоятельно твердеющие отходы, такие как кальцийсодержащие золошлаковые, нефелиновые шламы глиноземного производства и другие образуют над коллектором несущий свод. Этот свод ограничивает давление отходов на коллектор практически постоянной бытовой величиной и тем самым обеспечивает допустимость увеличения высоты намыва отходов над коллектором. Однако при неравномерных деформациях основания и/или сотрясениях, массив отвердевших отходов может ломаться с раскрытием трещин, которые при пересечении коллектора могут его повредить.
После включения колодца 2 с надстройкой 30 в цикл гидравлического складирования отходов аналогичным образом может быть увеличена эксплуатационная высота колодца 3.
Источники информации
1. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электрических станций: П 26-85 / ВНИИГ, Л., 1986. С.55.
2. Патент РФ №2164574. Самотечное дренажное устройство гидроотвала отходов промышленных предприятий. / Кузнецов Г.И., Ягин В.П. МПК Е02В 7/06, Е21С 41/26. Опубл. 27.03.2001.
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.