CC BY
76
--------------------------------------- © С.Е. Гавришев, И. Т. Мельников,
И.И. Мельников, И. А. Пыталев, 2008
УДК 622.7.006.3’17
С.Е. Гавришев, И. Т. Мельников, И.И. Мельников,
И.А. Пыталев
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫХ ЭКРАНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ХВОСТОХРАНИЛИЩ
Предложена новая технология, основанная на использовании находящихся в прудках-отстойниках хвостов в качестве гидроизолирующего материала.
Семинар № 16
Ж Жа каждого жителя планеты еже-Л. Л. годно приходится 45 т добываемого сырья, которое перерабатывается в продукты потребления с использованием 800 т свежей воды, 2,5 кВт мощности
-I 2
и отторжения 2 м поверхности земли. Только 2 % добываемых твердых полезных ископаемых используются человечеством, остальные складируются в накопителях промышленных отходов [1]. Отходы горно-обогатительного производства складируются в отвалы и хво-стохранилища, металлургических предприятий в шлакоотвалах, ТЭС в золоот-валах, бытовые отходы на специально отведённых территориях - полигонах. Атмосферные осадки и талые воды, проникая через антропогенные массивы, насыщаются солями тяжелых металлов и попадают в поверхностные или подземные воды. Постоянно действующие промышленные предприятия приводят к распространению ореола загрязнения не только на прилегающих к накопителям отходов территориях, но и значительное расстояние, порой в соседние области и регионы. Окружающая природная среда в горно-металлур-гических регионах в силу исчерпания ее ассимиляционных способностей становится все более и
более уязвимой и при этом снижается качество жизни людей, проживающих в данных регионах. В связи с этим возникает жизненно важная необходимость исключения поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. Одним из способов предотвращение распространения загрязнения почвы, воздуха и гидросферы является создание высокоэффективных и недорогих противо-фильтрационных экранов.
В настоящее время существует огромное количество материалов и технологий производства противофильтраци-онных экранов для защиты подземных вод от загрязнения: глиняные однослойные или двухслойные, грунтобитумные, из железобетонных плит, полимербе-тонные, бетонопленочные, асфальтобетонные однослойные с битумным покрытием, асфальтобетонные двухслойные с дренажной прослойкой, асфальтобетонные с покрытием битумнолатексной эмульсией, асфальтополи-мербетонные, из синтетических пленок, кроме того, в некоторых случаях применяют различные виды противофильтра-ционных завес, перемычек и комбинации этих способов. [2, 3]. Однако применение любого из перечисленных спо-
Рис. 1. Особенности строения области питания и фильтрации гидроотвала
соба экранирования требует больших капитальных затрат на получение самого материала и эксплуатационных расходов непосредственно на сооружение противофильтрационных экранов. Поэтому поиск подходящего дешевого материала и совершенствование технологии возведения противофильтрационной защиты является актуальной научнопроизводственной задачей. Одним из перспективных вариантов является использование донных отложений пруд-ков-отстойни-ков хвостохранилищ в качестве водонепроницаемого материала.
Результаты многолетних исследований строения намывных хвостохранилищ Соколовско - Сарбайского, Качканарского и Лисаковского ГОКов позволяют сделать следующие выводы. В процессе намыва хвостов происходит их дифференциация по крупности вдоль надводного пляжа и коэффициент фильтрации ограждающих дамб от мес-
та выпуска пульпы до уреза воды в прудке - отстойнике уменьшается на два порядка в диапазоне от 100 до 1 м/сут. Самые мелкие фракции хвостов уносятся в прудок - отстойник и постепенно оседают на дно, формируя донные отложения, а технологическая вода осветляется и поступает в систему оборотного водоснабжения обогатительных фабрик. Донные отложения неоднородны по своему составу и их коэффициент фильтрации изменяется от 3 10-3 до 5 10-7 см/сек и в районе водозаборных сооружений достигают 110-8 см/сек (рис. 1).
Сущность предлагаемой технологии заключается в том, что пульпа с консистенцией Т:Ж = 1:5—1:7 подается на участки отведенные под строительство полигонов (рис. 2). При этом участки земной поверхности с повышенной проницаемостью кольматируются пылеватыми хвостами за счет инфильтрации, создавая единый и прочный водонепрони-
5 6 7
1-пионерная дамба;
2-низовой горизонтальный трубчатый дренаж;
3-депрессионная кривая;
4-ограждающая дамба из намываемых хвостов;
5-донные отложения прудка-отстойника;
6-прудок-отстойник;
7-земснаряд;
8-пульпопровод;
9-многослойный экран из пылеватых и мелкозернистых хвостов;
10-потоки инфильтрации на изолируемых объектов.
Рис. 2. Технологическая схема создания водонепроницаемых экранов
цаемый массив. Плотность намытого материала всегда значительно выше, а проницаемость ниже, чем насыпного с последующим уплотнением. Замыв защищаемой поверхности производится по всей площади или всему периметру отработанных карьеров. Затем с пляжной или переходной зоны эксплуатируемого хвостохранилища на намытый слой тонкозернистого материала земснарядом подаются мелко- и среднезернистые хвосты.
Это обеспечивает формирование слоистой структуры экрана, быструю водоотдачу и консолидацию пылеватых хвостов. Процесс намыва повторяют для создания многослойного противофильт-рационного экрана общей толщиной 1,2—1,6 м. Мощность каждого слоя пылеватых хвостов должна составлять 0,2-
0,3 м, а мелко - и среднезернистых не более 0,1-0,2 м. Качество намываемого водонепроницаемого многослойного экрана по мере заполнения накопителей
со временем возрастает из-за компрессионного сжатия хвостов и снижения их проницаемости. Следует отметить высокую деформационную прочность получаемого экрана по сравнению с полиэтиленовой пленкой, бетонными или асфальтобетонными покрытиями, так как намытый слой пылеватых хвостов деформируется синхронно с просадками отдельных участков основания и разрывов водонепроницаемых слоев не происходит.
Для более эффективного формирования намываемого экрана предусматривается сгущение пульпы перед подачей гидросмеси на защищаемый объект до консистенции Т:Ж = 1:2 или 1:3, а осветленная вода насосами возвращается в хвостохранилище, что требует строительства дополнительной системы оборотного водоснабжения. При необходимости после сгущения возможно дополнительное перемешивание исходного материала с цементом или, по результатам предварительных исследований, полимерными добавками. Возведение водонепроницаемых экранов по предлагаемой технологии на ряде ГОКов показало их надежную работу и низкую себестоимость.
В заключении можно констатировать, что технология основанная на использовании находящихся в прудках -отстойниках хвостов в качестве гидроизолирующего материала является прогрессивной по ряду причин:
1. В хвостохранилищах накоплены значительные объёмы мелкодисперсных хвостов, величина которых достигает десятки миллионов тонн и коэффициент фильтрации не превышает 10-7 см/сек. Это позволяет использовать их в качестве противофильтрационных экранов для накопителей отходов II и III классов опасности согласно [4], кроме того, одновременно повышать вместимость экс-
плуатируемых гидротехнических сооружений.
2. Намывные хвостохранилища, как правило, являются сооружениями поверхностного типа и их высота достигает 50—70 м. Это позволяет применять дешевый сифонный способ подачи гидросмеси, используя разность геодезических высот, или напорный гидротранспорт с использованием типовых земснарядов. Средневзвешенный диаметр донных отложений не превышает 0,05мм и при изменении консистенции Т: Ж в интервале 1:5—1:7 дальность принудительного гидротранспортирования может достигать 5000—7000 м с учетом разности отметок земснаряда в прудке-отстойнике хвостохранилища и гидро-изолируемых объектов.
3. Материал прудковой зоны является ценным георесурсом практически готовым для применения в качестве гидроизоляционного материала и находится в непосредственной близости от основных источников загрязнения природной среды горно-метал-лургических комплексов. Появляется возможность создания противофиль-трационных экранов на подотвальных площадях, на выделенных под новые хвостохранилища участках, при гидроизоляции откосов бортов отработанных карьеров, предназначенных для складирования отходов горно—металлургического производства и так далее.
4. Предлагаемое решение проблемы позволяет отказаться от традиционных технологий сооружения противофильт-рационных экранов, предполагающих использование в качестве изолирующего материала природные грунты — глины и суглинки. При этом отпадает необходимость в строительстве специализированных карьеров, превращение глины в пасту путем перемешивания, а так же её укладку и уплотнение. Все это требует
огромных дополнительных затрат, а также отчуждение земель в случае разработки карьера глин. При замыве пульпой гидроизолируемых поверхностей их уклон и рельеф не играет существенного значения, что не всегда возможно при применении традиционных технологий.
5. Хвостохранилище является техногенным месторождением, так как при мокрой магнитной сепарации в гидроотвал вместе с вмещающей породой класса менее 0,15 может поступать недоизв-леченное железо. В этом случае в технологическую цепь, по формированию
1. Юсфин Ю.С., Карабасов Ю.С., Карпов Ю.А. и др. Ресурсосбережение и экология в металлургии. Научные школы МИСиС 75. лет М. МИСиС. 1997. С.272-283.
2. Васильев А.В., Акиньшин Л.П., Воронцов В. И. Классификация методов противофильтра-ционной защиты хвостохранилищ горнообогатительных комбинатов. М. Горный журнал. 1987. №6. С.55-58.
противофильтрационных экранов из донных отложений целесообразно включать высокоэффективные полигра-диентные сепараторы для мокрой сепарации слабомагнитных шламов конструкции «Механобр». Полиградиентные сепараторы можно устанавливать на плавучих землесосных установках с последующим транспортированием железного концентрата на участок сушки обогатительной фабрики. Это позволит в значительной мере повысить рентабельность и инвестиционную привлекательность предлагаемой технологии.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Батроломей А.А., Брандл Х., Пономарев А.Б. Основы проектирования и строительства хранилищ отходов Учеб. пособие — М.: Изд-во АСВ, 2004. — 144 стр.
4. СНиП 2.01.28-85 Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. иш=з
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Гавришев С.Е., Мельников И. Т., Мельников И.И., Пыталев И.А. -ООО «Маггеопроект»
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.С. Коваленко
