СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗАПОЛНЕННОЙ ОТХОДАМИ СЕКЦИИ НАМЫВНОГО НАКОПИТЕЛЯ
RECULTIVATION METHOD OF COMPARTMENT OF INWASH STORAGE UNIT, WHICH IS FILLED WITH WASTES

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при рекультивации (консервации) заполненных отходами секций намывных накопителей, таких как хвостохранилища, шламонакопители и золошлакоотвалы.
Конечное состояние поверхности существующих секций намывных накопителей не обеспечивает удобный рельеф [1 и 2]. Поэтому при планировке центральную часть секции наращивают отходами, взятыми из пляжной зоны, и привозным карьерным грунтом, создавая, таким образом, над секцией тело планировки, как элемента технической стадии рекультивации (далее: тело рекультивации). Конечный коэффициент заполнения секции при таком способе рекультивации равен 0,75-0,85, а планировочные работы и затягивание рекультивации обуславливают аномальное поступление в атмосферу мелких фракций отходов в виде пыления, особенно на золошлакоотвалах. Все это ведет к высоким затратам средств и к существенным экологическим издержкам.
Известен способ рекультивации заполненной отходами секции намывного накопителя, включающий формирование над секцией, созданной ограждающими дамбами, из отходов тела рекультивации (тела намыва) путем точечного выпуска пульпы в центральную часть из пульповода, расположенного над секцией, и покрытие наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы. При этом избыточную воду, поступающую в секцию, посредством водовода направляют в систему водоснабжения гидротранспорта отходов, а высотное положение наружной поверхности тела рекультивации обеспечивает ему после осадки отложений в секции сохранение выпуклой формы, необходимой для стока воды с его поверхности [3].
Недостатки этого способа, снижающие его эффективность, заключаются в следующем:
- непосредственно вдоль ограждающих дамб по всему периметру секции образуется узкий пруд-канал, вода которого обуславливает высокое гидравлическое воздействие на ограждающие сооружения, что снижает надежность заполненной отходами секции;
- в зимнее время года вода под напором воздействует на слой сезонного промерзания отходов с образованием бугров пучения и ключей, что снижает надежность создаваемого тела рекультивации, следовательно, и накопителя в целом;
- необходимо постоянно осуществлять пылеподавление на всей практически без прудковой поверхности секции, что связано с высокими затратами средств и с существенными экологическими издержками;
- уклон наружной поверхности тела рекультивации формируется неравномерно, а его величина может не обеспечить формирование оптимально заданной формы тела рекультивации.
Известен способ возведения хвостохранилища, в котором по продольной оси накопителя хвостов от одной ограждающей дамбы до противоположной зенитным намывом из хвостов формируют разделительную дамбу, гребень которой превышает гребень ограждающих дамб. Затем по длине разделительной дамбы участками переходят на двусторонний рассредоточенный выпуск пульпы, вследствие чего по мере заполнения накопителя его поверхность приобретает выпуклый профиль. Это обеспечивает сток воды с поверхности хвостохранилища, увеличивает его вместимость и обеспечивает возможность участками выполнять все работы технической стадии рекультивации [4].
Недостатки этого способа, снижающие его эффективность, заключаются в следующем:
- высокая степень готовности ограждающих дамб к началу рассредоточенного намыва;
- ограждающие дамбы по всему периметру хвостохранилища длительное время находятся под высоким гидравлическим воздействием поверхностных и грунтовых вод;
- недостаточная возможность осуществления рекультивации до полного заполнения хвостохранилища;
- невозможность формирования оптимальной выпуклости на всей поверхности накопителя.
Известен также способ рекультивации (консервации) заполненной отходами секции намывного накопителя (гидроотвала), включающий формирование над заполненной секцией из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости секции, и в покрытии наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы. По меньшей мере, нижнюю часть тела рекультивации формируют ярусами, каждый из которых намывают под защитой ограждающего элемента, возведенного по периметру яруса, путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода с образованием отстойного пруда в центральной части яруса 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 [5].
Недостатки этого способа, снижающие его эффективность, заключаются в следующем.
1. Водосбросные колодцы секции после ее заполнения 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, а в золошлакоотвалах и в зольной зоне пляжа, дело сложное 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 (водозаборного сооружения) по мере формирования тела консервации уменьшаются, что снижает 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, а также усложняет выполнение технического этапа рекультивации.
4. В случае отходов, способных после намыва твердеть и образовывать, таким образом, хрупкое тело (золошлаковые материалы горючих сланцев, углей Канско-Ачинского бассейна и торфа, нефелиновые шламы глиноземного производства и другие), могут образоваться трещины деформаций, которые могут повредить коллектор и этим вывести водосбросной колодец из эксплуатации. В этом случае снижается надежность работы системы оборотного водоснабжения для гидротранспорта отходов.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности способа рекультивации.
Достигаемый при этом технический результат при осуществлении способа заключается в следующем:
- упрощено возведение нового водозаборного сооружения, осуществляемого преимущественно в виде водосбросного колодца;
- повышено качество осветления воды, забираемой водозаборным сооружением из отстойного пруда;
- созданы благоприятные условия для предстоящего, после завершения поярусного намыва тела рекультивации, замывания отходами емкости отстойного пруда, что увеличивает вместимость тела рекультивации и упрощает выполнение технического этапа рекультивации;
- повышена надежность работы системы оборотного водоснабжения для гидротранспорта отходов в случае образования из отходов хрупкого тела.
к
Указанный технический результат достигается тем, что предложенный способ рекультивации заполненной отходами секции намывного накопителя заключается в формировании над заполненной секцией из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости секции, 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, возведенного по периметру яруса. Этот намыв осуществляют путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода с образованием отстойного пруда в центральной части яруса 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. При этом на отходах пляжной зоны секции или яруса тела рекультивации выполняют, по меньшей мере, один водозаборный ковш в виде образованного дамбами канала, соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом, причем во время поярусного формирования тела рекультивации гребни дамб каналов поддерживают выше уровня воды в отстойном пруде, воду из канала посредством водозаборного сооружения направляют в водовод системы водоснабжения гидротранспорта отходов, а изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l приводят в соответствие с условием:
к
з
п
под
l≥(h-h)/i,
з
где h - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;
п
h - глубина воды на входном пороге канала;
под
i - средний уклон откоса подводного намыва отходов.
Дополнительно:
- водозаборное сооружение выполняют на безопасном от отстойного пруда расстоянии в виде водосбросного колодца, отвод воды из которого осуществляется по коллектору;
- формирование верхней части тела рекультивации осуществляют путем замывания отстойного пруда, производимое с вытеснением воды из отстойного пруда в канал;
- при замывании отстойного пруда интенсивность намыва отходов ограничивают;
- после замывания отходами отстойного пруда производят срезку дамб канала с одновременной засыпкой канала, планировку поверхности верхнего (последнего) яруса тела рекультивации, покрытие этой поверхности слоем почвы и мелиоративные работы.
Целесообразно, по продольной оси замытого отстойного пруда от одного ограждающего элемента верхнего яруса тела рекультивации в направлении противоположного такого ограждающего элемента выполнить разделительную дамбу, гребень которой превышает гребень ограждающего элемента верхнего яруса. После чего можно с гребня разделительной дамбы двусторонним рассредоточенным выпуском пульпы замыть отстойный пруд до приобретения верхним (последним) ярусом тела рекультивации выпуклой формы.
Именно, выполнение водозаборного ковша с водозаборным сооружением 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, на которых степень уменьшения горизонтальных размеров в 10 раз превышает степень уменьшения вертикальных размеров. На фиг.1-5 изображено:
- на фиг.1 - рекультивируемая секция гидроотвала, поперечный разрез после выполнения 8-го яруса тела рекультивации;
- на фиг.2 - 8-й ярус тела рекультивации, фрагмент плана с водозаборным ковшом;
- на фиг.3 - секция после выполнения десятого (последнего) яруса тела рекультивации и в процессе замывания отходами отстойного пруда, план;
- на фиг.4 - разрез 1-1 на фиг.3;
- на фиг.5 - намыв отходов в верхнюю часть тела рекультивации, осуществляемого с разделительной дамбы после намыва отходов в отстойный пруд, поперечный разрез.
ф
пл
под
Секция 1 (далее: секция) создана на равнинной местности ограждающими дамбами 2 и заполнена 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, i<0,005, доля единицы, а сам пляж 4, особенно его зольная зона, 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 путем их заделки.
В таких условиях на расстоянии от отстойного пруда 6 на отходах преимущественно золошлаковой части пляжной зоны 5 секции выполняют два водозаборных ковша, каждый в виде образованного дамбами 7 канала, соответственно, 8 и 9, соединяющих водосбросные колодцы 10 и 11 с отстойным прудом 6. Эти колодцы 10 и 11 расположены от отстойного пруда на безопасном расстоянии и снабжены отводящими водоводами, выполненными преимущественно в виде безнапорных коллекторов, соответственно, 12 и 13, которые гидравлически сообщены с водоводом 14 системы оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов.
p
После этого, над заполненной секцией из отходов формируют тело рекультивации 15, нижнюю и среднюю часть которого формируют путем намыва ярусов 16 - всего десять ярусов. Каждый ярус 16 намывают под защитой ограждающего элемента 18, возведенного по периметру яруса 16, путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода (не обозначен). Намыв ярусов 16 производят с образованием отстойного пруда 6 в центральной части яруса 16 и заданной из условия безопасности пляжной зоны, т.е. пляжа, 17 вдоль ограждающего элемента 18. Высота яруса 16 обычно не превышает двух метров, а ограждающий элемент 18 выполняют из карьерного грунтового материала и/или отходов. Ограждающий элемент 18, после срезки его временного оголовка 19, обеспечивает в пределах своей высоты придание телу рекультивации 15 заданной формы наружной поверхности 20, например, с уклоном рекультивации i=0,05, т.е. с заложением 1:20. Эту поверхность 20 каждого ограждающего элемента 18 покрывают слоем почвы 21, при этом используют грунтовый материал временного (срезаемого) оголовка 19, ниже расположенного яруса 16.
под
Во время поярусного формирования тела рекультивации 15 гребни дамб 7 каналов 8 и 9 поддерживают выше уровня воды в отстойном пруде 6. Воду из каналов 8 и 9 посредством водосбросных колодцев 10 и 11 по коллекторам 12 и 13 направляют в водовод 14 системы оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов. Одновременно с этим в каждом канале 8 и 9 естественным путем происходит формирование из отходов входного порога 22 и дна 23 с уклоном откоса подводного намыва отходов i<0,03 в направлении водосбросного колодца.
к
Во время формирования тела рекультивации 15 изменяющуюся длину l каждого канала 8 и 9 от его входного порога 22 до водосбросного колодца 10 и 11 путем продления дамб 7 приводят в соответствие с условием:
к
з
п
под
l≥(h-h)/i,
з
где h - заданная глубина воды перед водосбросным колодцем (перед водоприемником водозаборного сооружения);
п
h - глубина воды на входном пороге канала;
под
i - средний уклон откоса подводного намыва отходов.
Дамбы 7 каналов 8 и 9 выполняют преимущественно из карьерного грунтового материала, а по высоте и по длине наращивают, например, в три очереди (фиг.4) с выполнением, при необходимости, противофильтрационных устройств и дренажей (не показаны).
Одновременно с этим создаются благоприятные условия для предстоящего, после завершения поярусного намыва тела рекультивации 15, замывания отходами отстойного пруда 6, которое осуществляют с вытеснением из отстойного пруда 6 воды в подводящий канал 8.
Особенности вышеописанного в примере водосбросного колодца заключаются в следующем:
- удаление водосбросного колодца от отстойного пруда на более качественные отходы пляжа упрощает его создание, а в случае отходов, способных после намыва твердеть, это удаление повышает безопасность относительно короткого коллектора водосбросного колодца при возможном образовании трещин деформаций в затвердевших отходах;
- обеспечение посредством пандусов (не показаны) доступа техники на гребни дамб упрощает эксплуатацию водосбросного колодца;
под
- формирование в канале дна из отходов постоянно осуществляется с уклоном откоса подводного намыва отходов в направлении от входного порога к водосбросному колодцу, что, например, уже при i≈0.03, 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.
Одновременно с этим упрощается предстоящее, после завершения поярусного намыва тела рекультивации 15, замывание отходами отстойного пруда 6, которое осуществляют с вытеснением из отстойного пруда 6 воды в подводящий канал 8.
под
к
Глубина воды перед колодцем при намыве нижних ярусов 16 тела рекультивации 15 определяется преимущественно глубиной воды на входном пороге 22 канала, а при намыве верхних ярусов - преимущественно уклоном дна 23 канала, т.е. уклоном откоса подводного намыва i, и длиной канала l.
Верхнюю часть 24 тела рекультивации 15 формируют, прежде всего, путем замывания отходами отстойного пруда 6, которое осуществляют с временного оголовка 19 ограждающего элемента 18 верхнего (последнего, десятого) яруса 16. При этом воду из отстойного пруда 6 вытесняют в канал 8 к водосбросному колодцу 10 с приданием поверхности накопителя уклона в сторону порога 22 канала 8 (фиг.3).
Целесообразно при замывании отстойного пруда 6 интенсивность намыва ограничить 20-50% предшествующей интенсивности. Это повысит качество осветления воды, забираемой водосбросным колодцем 10 из остаточной части 25 отстойного пруда 6 (фиг.3).
После такого замывания отходами отстойного пруда 6 следует дополнительно произвести придание верхней части 24 тела консервации 15 выпуклости с разделительной дамбы 26, гребень 27 которой превышает временный гребень 28 оголовка 19 ограждающего элемента 18 верхнего яруса 16 (фиг.5). Разделительную дамбу 26 выполняют преимущественно насыпной по оси замытого отстойного пруда 6 от одного ограждающего элемента 18 верхнего яруса тела рекультивации в направлении противоположного такого ограждающего элемента 18. Замывание отстойного пруда 6 осуществляют путем двустороннего рассредоточенного выпуска пульпы, вследствие чего к моменту окончания замывания поверхность верхней части 24 тела рекультивации 15 приобретает выпуклую форму, и, как крайний и менее благоприятный случай, эта поверхность после осадки отложений прудковой зоны приобретает горизонтальный вид.
Намыв отходов с разделительной дамбы 26 будет тем эффективнее, чем выше уклон надводной поверхности пляжа, и, как крайний случай, не менее 0,005-0,01, для чего следует использовать пульпу с преобладанием песчаных фракций (фиг.5).
После всего этого дамбы 7 каналов 8 и 9 срезают и одновременно эти каналы засыпают. Производят планировку поверхности верхней части 24 тела рекультивации 15, покрытие этой поверхности слоем почвы 21 и осуществляют мелиоративные работы.
На чертежах дополнительными позициями обозначены:
29 - дренажная траншея;
30 - водосборная канава;
31 - кривая депрессии;
32 - уровень воды в канале (то же: в отстойном пруде).
Изобретение упрощает возведение водозаборного сооружения, его эксплуатацию и замывание отходами отстойного пруда на завершающем этапе рекультивации, увеличивает вместимость накопителя и повышает качество осветления воды перед водозаборным сооружением.
В зависимости от местных условий в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от его объема, например:
- водозаборное сооружение может быть выполнено в виде плавучей насосной станции и/или сифона;
- верхняя часть тела консервации может быть выполнена, например, путем намыва склада из отходов и последующего перемещения отходов землеройными машинами.
Источники информации
1. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электрических станций: П 26-85/ВНИИГ, Л., 1986.
2. Рекомендации по рекультивации отработанных золошлакоотвалов тепловых электростанций». РД 34.202-95.М.: СПО ОРГРЭС, 1997.
3. Авторское свидетельство. СССР №1052614. Способ мокрого складирования хвостов обогащения. / Саратов И.Е., Ремизов Б.И., Бондаренко А.И. и др., МПК Е02В 7/06, 1981.
4. Патент РФ №2162151. Способ возведения хвостохранилища. / Макеев А.Ю., Зотеев В.Г., Камкин И.Р. и др. МПК Е02В 7/06, Е21С 41/26. Подано 2000.04.26. Опубл. 2001.01.20.
5. 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.
Обозначения
1 - секция
2 - ограждающая дамба (секции)
3 - пляжная зона
4 - пляж (поверхность)
5 - прудковая зона
6 - отстойный пруд
7 - дамба (канала)
8 и 9 - каналы
10 и 11 - водосбросные колодцы
12 и 13 - коллектора
14 - водовод (системы оборотного водоснабжения)
15 - тело рекультивации
16 - ярус
17 - пляжная зона яруса (пляж)
18 - ограждающий элемент
19 - временный оголовок (срезаемый)
20 - наружная поверхность (тела яруса)
21 - слой почвы
22 - входной порог (канала)
23 - дно (канала)
24 - верхняя часть (тела консервации)
25 - остаточная часть (отстойного пруда)
26 - разделительная дамба
27 - гребень разделительной дамбы
28 - гребень ограждающего элемента
29 - дренажная траншея
30 - водосборная канава
31 - кривая депрессии
32 - уровень воды в канале (то же: в отстойном пруде)