СЕКЦИЯ ГИДРООТВАЛА ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
COMPARTMENT OF SLUDGE POND OF INDUSTRIAL ENTERPRISES WASTES

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при создании шламонакопителей, хвостохранилищ и золоотвалов.
Известна секция гидроотвала, созданная первичной дамбой обвалования и непрерывно наращиваемая односторонним намывом зернистых отходов. При намыве крупные фракции оседают на пляже и образуют массивную упорную призму ограждающего сооружения, а мелкие фракции откладываются в отстойном прудке [1, стр.515 и 516, рис.21.4, б]. Однако создание такой экономичной секции возможно, когда исходные отходы содержат фракции диаметром менее 0,074 мм не свыше 50% по весу, что ограничивает область применения секции [2, стр.71, п.8.30]. При этом такая секция обычно загрязняет подземные и поверхностные воды.
Ограждающее сооружение секции практически полностью может быть возведено из отходов пляжа в виде дамб вторичного обвалования (дамб наращивания) посредством землеройных машин [1, стр.510, рис.21.1]. Создание такой секции возможно, когда исходные отходы содержат фракции диаметром менее 0,074 мм не свыше 60% по весу, что недостаточно расширяет область применения плотины [2, стр.75, п.8.38].
При более мелких пылеватых отходах выполняется наливная секция гидроотвала, которая создается ограждающим сооружением, возводимым из грунта, чаще всего насыпным способом сразу на полную высоту или отдельными очередями. Такое ограждающее сооружение состоят из центральной части и низовой и верховой упорных призм [1, стр.509 и 510] или [3, стр.10 и 11, рис.2, тип IV и стр.26, рис.7].
Недостатком такой секции является ее высокая стоимость из-за большого объема ее ограждающего сооружения. При этом верховая упорная призма составляет обычно до 40% объема ограждающего сооружения и занимает часть емкости гидроотвала. Это обуславливает высокие затраты на возведение ограждающего сооружения и уменьшает полезную емкость гидроотвала.
Известна секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающая ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство основания, выполненное из рулонного материала, покрытого защитным слоем из грунтового материала, и противофильтрационное устройство ограждающего сооружения, выполненное из рулонного материала в виде экрана или диафрагмы. При этом противофильтрационное устройство обычно выполняют из полимерного рулонного материала, т.е. полиэтиленовой пленки [4].
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известной секции гидроотвала, принятой за прототип, является отсутствие в секции эффективно и надежно работающих дренажей. Это обусловлено тем, что выводу воды из секции препятствует противофильтрационное устройство ограждающего сооружения, выполнение водопроводящего устройства через которое сложно и не достаточно надежно. Напорная же вода, находящаяся после заполнения секции в порах отходов, со временем, порою через многие годы после консервации (рекультивации) секции с неизбежностью проникает через противофильтрационное устройство и загрязняет подземные и поверхностные воды.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности работ при создании секции и экологической безопасности секции. Технический же результат от использования изобретения заключается в повышении интенсивности и полноты обезвоживания отходов перед консервацией секции.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающей ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство основания, выполненное из рулонного материала и покрытое защитным слоем из грунтового материала, и противофильтрационное устройство ограждающего сооружения, выполненное из рулонного материала в виде экрана или диафрагмы, согласно изобретению защитный слой противофильтрационного устройства основания выполнен из дренирующего грунта и примыкает к внутреннему дренажу. Этот дренаж расположен на противофильтрационном устройстве основания и примыкает к противофильтрационному устройству ограждающего сооружения. С безнапорной стороны к противофильтрационному устройству ограждающего сооружения примыкает перехватывающий дренаж, расположенный в основании ограждающего сооружения и снабженный отводящим устройством и выполненным из рулонного материала подстилающим противофильтрационным устройством, которое с верховой стороны сопряжено с противофильтрационным устройством основания. Противофильтрационное устройство ограждающего сооружения в месте одновременного примыкания по разным сторонам к нему внутреннего и перехватывающего дренажей в противофильтрационном отношении выполнено разрушаемым нагрузкой на заданной стадии заполнения секции отходами. Это обеспечивает задействование гидравлического сообщения внутреннего дренажа с отводящим устройством перехватывающего дренажа.
Дополнительно:
- противофильтрационное устройство ограждающего сооружения в месте одновременного примыкания по разным сторонам к нему внутреннего и перехватывающего дренажа выполнено из материала с низкой химической стойкостью, снижающего долговечность противофильтрационного устройства в этом месте;
- в случае выполнения противофильтрационного устройства ограждающего сооружения в виде диафрагмы ограждающее сооружение в поперечном сечении может содержать поярусно возведенную стенку, отделяющую поярусно возведенную низовую упорную призму сооружения от поярусно намытых отходов, удерживающих стенку в вертикальном положении и образующих собой после лежания верховую упорную призму сооружения, при этом стенка выполнена из связанных между собой габионов, корзины которых имеют коробчатую форму, выполнены из проволочной сетки и заполнены каменным материалом, а диафрагма поярусно расположена между стенкой и отходами.
- диафрагма расположена на прокладке, примыкающей непосредственно к стенке и выполненной из проволочной сетки, размеры ячейки которой меньше размеров ячейки проволочной сетки корзины габиона, при этом в месте примыкания внутреннего дренажа к диафрагме проволочная сетка прокладки, по отношению к ее остальной части, имеет более низкую коррозионную стойкость, и/или более низкую прочность, и/или более крупные ячейки, что обеспечивает разрушение нагрузкой диафрагмы в этом месте на заданной стадии заполнения секции отходами.
Именно выполнение противофильтрационного устройства ограждающего сооружения в нижней части разрушаемым на заданной стадии заполнения секции отходами (обычно перед консервацией секции) обеспечивает включение в работу внутреннего дренажа, а выполнение защитного слоя противофильтрационного устройства основания дренирующим обеспечивает высокую эффективность работы этого дренажа. При этом дренажи, внутренний и перехватывающий, обеспечивают собой суффозионную устойчивость отходов в месте задействования гидравлической связи между дренажами. Все это обеспечивает на заданной стадии заполнения секции интенсивное и полное обезвоживание отходов.
Осуществление изобретений поясняется чертежами, на которых для трех примеров изображены поперечные сечения секции, а также типы проволочной сетки прокладки, при этом степень уменьшения горизонтальных размеров на фиг.2 и 3 в два-три раза превышает степень уменьшения вертикальных размеров, именно:
- на фиг.1 ограждающее сооружение выполнено с экраном в две очереди на полную высоту, пример 1;
- на фиг.2 ограждающее сооружение содержит первичную дамбу, выполненную с экраном, и вторичные дамбы, выполненные из отходов посредством землеройных машин, пример 2;
- на фиг.3 ограждающее сооружение выполнено с диафрагмой на полную высоту, пример 3;
- на фиг.4 - типы проволочных сеток для прокладки по ГОСТ 2715-75: а - плетеная; б - крученая; в - тканая.
Пример 1. Секция образована ограждающим сооружением 1, выполненным из грунтового материала, и снабжена противофильтрационным устройством (ПФУ) 2, 3 и 4, а также дренажами: внутренним 5 и перехватывающим 6. Каждое ПФУ 2, 3 и 4 выполнено из полимерного рулонного материала, например, полиэтиленовой пленки, расположено на подстилающем слое 7 и снабжено защитным слоем 8. ПФУ 2 расположено на грунтовом основании (дне) 9 секции, ПФУ 3 - на верховом откосе ограждающего сооружения 1 и образует его экран, а ПФУ 4 - в основании перехватывающего дренажа 6 и является подстилающим.
Защитный слой 8 ПФУ 2 выполнен из дренирующего грунта и примыкает к внутреннему (беструбному) дренажу 5, расположенному на ПФУ 2 непосредственно у ПФУ 3. С безнапорной стороны к ПФУ 3 примыкает перехватывающий дренаж 6, который расположен в основании ограждающего сооружения 1 на ПФУ 4 и снабжен дренажной трубой 10. ПФУ 3 в месте одновременного примыкания по разным сторонам к нему дренажа внутреннего 5 и перехватывающего 6 в противофильтрационном отношении выполнено разрушаемым нагрузкой на заданной, например, на завершающей стадии заполнения секции отходами. Это обеспечивает задействование гидравлического сообщения внутреннего дренажа 5 с перехватывающим дренажом 6, следовательно, и задействование всей дренажной системы: защитный слой 8, внутренний дренаж 5, перехватывающий дренаж 6 с дренажной трубой 10. Эта дренажная система посредством отводящих труб 11 и их коллектора (не показан) сообщена с системой гидротранспорта отходов.
Разрушение ПФУ 3 в пределах дренажей внутреннего 5 и перехватывающего 6 обеспечивается преимущественно тем, что полиэтиленовая пленка полотнища 12, расположенного в указанном месте, в отношении реагентов отходов выполнена с низкой химической стойкостью, что снижает долговечность полотнища 12. На разрушение полотнища 12 также влияют размеры и форма фракций материала дренажа 5 и дренажа 6 (прокалывание), прилегающих к полотнищу 12 и имеющих вид дренирующей грунтовой присыпки, а также умеренная толщина полиэтиленовой пленки в полотнище 12. Снижение долговечности полиэтиленовой пленки может быть осуществлено при ее изготовлении путем введения в структуру полиэтилена специального расщепителя.
На фиг.1 обозначены и другие элементы секции, а именно:
13 - первая очередь ограждающего сооружения;
14 - пульповод;
15 - пляжная зона;
16 - пляж;
17 - прудковая зона;
18 - отстойный пруд;
19 - вторая очередь ограждающего сооружения.
Создание секции гидроотвала и ее работа осуществляется следующим образом.
На подготовленном грунтовом основании 9 выполняют подстилающее ПФУ 4 и перехватывающий дренаж 6 с дренажной трубой 10, одновременно укладывают отводящие трубы 11. Затем возводят первую очередь 13 ограждающего сооружения 1, выполняют ПФУ 2 и ПФУ 3 с полотнищем 12 в его нижней части и отсыпают внутренний дренаж 5. После чего по пульповоду 14 осуществляют подачу пульпы в первую очередь секции и намывают пляжную зону 15 с пляжем 16 над ней и прудковую зону 17 с отстойным прудом 18 над ней. После возведения второй очереди 19 ограждающего сооружения 1 аналогичным образом осуществляют заполнение отходами второй очереди секции.
При намыве отходов в секцию первой очереди и при исправном состоянии ПФУ 2 и ПФУ 3 практически отсутствует фильтрация из секции загрязненной воды. В дальнейшем же при намыве отходов в секцию второй очереди быстро стареющее под действием реагентов химически не стойкое полотнище 12, испытывающее действие возросшей нагрузки, по меньшей мере, местами разрушается. В результате этого происходит задействование гидравлического сообщения внутреннего дренажа 5 с перехватывающим дренажом 6. Фильтрующая же из секции полностью очищенная от взвеси вода по отводящим трубам 11 сливается в их коллектор и направляется в систему гидротранспорта отходов.
После завершения намыва отходов в секцию в результате эффективной работы дренажной системы происходит слив воды из отстойного пруда 18 и интенсивное и полное обезвоживание отходов. Это упрощает работы и ускоряет консервацию (рекультивацию) секции и повышает экологическую безопасность за счет полного вывода напорной воды из секции.
Пример 2. Секция образована ограждающим сооружением 1, которое содержит первичную дамбу 20, выполненную из грунтового материала с ПФУ 3 в виде экрана, и вторичные дамбы (то же: дамбы наращивания) 21, выполненные из отходов посредством землеройных машин.
Основная конструктивная особенность секции, в отличии от секции по примеру 1, заключается в том, что, во-первых, ограждающее сооружение 1 содержит первичную дамбу 20 и вторичные дамбы 21, при этом ПФУ 3 снабжена только первичная дамба 20, во-вторых, дренажная труба 10 перехватывающего дренажа 6 расположена у низового откоса первичной дамбы 20.
Основная особенность работы такой секции заключается в том, что, во-первых, при своевременном разрушении полотнища 12 и задействовании, таким образом, всей дренажной системы секции происходит эффективное обезвоживание отходов пляжной зоны 15, что упрощает возведение вторичных дамб 21, следовательно, обеспечивает экономию средств и повышает надежность секции при сейсмическом сотрясении. Во-вторых, отводящие трубы 11 не пересекают ПФУ 4 перехватывающего дренажа 6, а дренажная труба 10 обладает ремонтопригодностью, что повышает надежность секции.
яс
яп
ях
Пример 3 (фиг.3 и 4). Секция образована ограждающим сооружением 1, которое выполнено с ПФУ 3 в виде диафрагмы. Ограждающее сооружение 1 содержит поярусно возведенную стенку 22, h, отделяющую поярусно возведенную низовую упорную призму 23, h, от поярусно намытых пылеватых отходов, например, хвостов 24, h. Эти хвосты 24 намыты способом «от плотины», они удерживают стенку 22 в вертикальном положении и после лежания образуют собой качественную верховую упорную призму 25 ограждающего сооружения 1.
Стенка 22 выполнена из связанных между собой габионов 26, корзины 27 которых имеют коробчатую форму, выполнены из проволочной сетки (сетка на чертежах не показана) и заполнены каменным материалом 28. На напорной (верховой) поверхности 29 стенки 22 расположено ПФУ 3. Это ПФУ 3 составлено из лент 30, выполненных из полимерного рулонного материала, преимущественно из полиэтиленовой пленки, и всегда превышает перед стенкой 22 уровень хвостов 24.
яп
як
яп
як
яп
як
Каждая лента 30 образует ярус ПФУ в пределах яруса стенки 22, состоящего обычно из 2-3-х расположенных друг над другом рядов габионов 26. Ленты 30 по высоте стенки 22 соединены нахлестом 31. Между каждой лентой 30 и напорной поверхностью 29 стенки 22 расположена прокладка 32, выполненная из проволочной сетки. Прокладка 32 расположена также в основании стенки 22. Проволочная сетка прокладки 32 может быть плетеной, или крученой, или тканой (фиг.4), при этом выполняется условие: ω<ω, но обычно 9ω≤ω, где ω - площадь ячейки 33 проволочной сетки прокладки в свету (фиг.4); ω - площадь ячейки проволочной сетки корзины 27 габиона 26 в свету (на чертежах ячейки габиона не показаны).
Как и в примере 1 и 2, секция содержит ПФУ 2, ПФУ 4, внутренний дренаж 5, перехватывающий дренаж 6 с дренажной трубой 10 и отводящие трубы 11. Внутренний дренаж 5 примыкает к ПФУ 3 по всей высоте первого яруса стенки 22. В месте этого примыкания проволочная сетка прокладки 32, по отношению к ее остальной части, имеет более низкую коррозионную стойкость (отсутствует противокоррозионное покрытие), и/или более низкую прочность (более тонкая проволока), и/или более крупные ячейки 33. Все это обеспечивает разрушение нагрузкой ПФУ (диафрагмы) в пределах первого яруса стенки 22 на заданной стадии заполнения секции хвостами и задействование всей дренажной системы секции.
При необходимости такое ограждающее сооружение, как и в примере 2, может содержать вторичные дамбы 21 (не показаны).
На чертеже обозначены и другие элементы плотины, а именно:
34 - заполненные грунтом мешки;
35 - заданный уровень намыва хвостов в ярусе;
36 - конечный уровень плотины;
37, 38 и 39 - очереди наращивания плотины;
40 - анкерный элемент;
α - угол наклона стенки.
Основная особенность работы такого поярусно возводимого ограждающего сооружения при заполнении секции хвостами заключается в следующем:
- лента 30 ПФУ 3, выполненная из полимерной пленки, придавливается хвостами 24 к прокладке 32, выполненной в виде проволочной сетки, размер а ячейки 33 (фиг.4) которой ограничен, например, 10-20 мм, что обуславливает толщину δ полимерной пленки обычно не более 1-2 мм;
- активное давление на стенку со стороны неконсолидированных хвостов 24, примерно, в 3-4 раза превышает активное давление грунта со стороны низовой упорной призмы 23 ограждающего сооружения 1;
- проникшая через ПФУ 3 вода дренируется стенкой 22, собирается перехватывающим дренажом 6 и отводящими трубами 11 направляется в систему гидротранспорта хвостов.
При намыве отходов в верхние яруса секции лента 30 первого яруса, прилегающая к выполненной по указанным правилам прокладке 32 и испытывающая действие возросшей нагрузки, по меньшей мере, местами разрушается. В результате этого происходит задействование всей дренажной системы секции, следовательно, и интенсивное и полное обезвоживание хвостов перед консервацией (рекультивацией) секции.
Источники информации
1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. / Под ред. В.П.Недриги. М.: Стройиздат, 1983.
2. Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности. / ВНИИ ВОДГЕО. - М.: Стройиздат, 1986.
3. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электрических станций: П26-85. / ВНИИГ, Л., 1986.
4. Рекомендации по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полимерных рулонных материалов. - СПб. НИИ АКХ им. К.Д.Памфилова, 1999. Стр. 4-9.
Обозначения
1 - ограждающее сооружение
2 - ПФУ основания (дна)
3 - ПФУ ограждающего сооружения (экран или диафрагма)
4 - ПФУ перехватывающего дренажа
5 - внутренний дренаж
6 - перехватывающий дренаж
7 - подстилающий слой
8 - защитный слой
9 - основание(дно)секции
10 - дренажная труба
11 - отводящая труба
12 - полотнище (полиэтиленовая пленка)
13 - первая очередь ограждающего сооружения
14 - пульповод
15 - пляжная зона
16 - пляж
17 - прудковая зона
18 - отстойный пруд
19 - вторая очередь ограждающего сооружения
Пример 2
20 - первичная дамба (обвалования)
21 - вторичная дамба (наращивания)
Пример 3
22 - стенка (ограждающего сооружения)
23 - низовая упорная призма
24 - хвосты
25 - верховая упорная призма (ограждающего сооружения)
26 - габион
27 - корзина (габиона)
28 - каменный материал (габиона)
29 - напорная поверхность (стенки) 30-лента (ПФУ 3)
31 - нахлест (лент)
32 - прокладка(проволочная сетка)
33 - ячейка (проволочной сетки, фиг.4)
34 - заполненные грунтом мешки;
35 - заданный уровень намыва хвостов в ярусе
36 - конечный уровень плотины
37, 38 и 39 - очереди наращивания плотины
40 - анкерный элемент
α - угол наклона стенки.