ОДНОЯРУСНАЯ ДАМБА ХВОСТОХРАНИЛИЩА Российский патент 2003 года по МПК E02B3/10 E02B7/06 E21C41/00 

Изобретение относится к области горнодобывающей промышленности и может быть использовано при строительстве хвостохранилищ для складирования отходов обогатительных фабрик.

Известна земляная насыпная плотина, которая создается с механическим уплотнением (Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения. М., Стройиздат, 1983, с.162).

Недостатком данной насыпной плотины являются неконтролируемые уплотнение и, соответственно, коэффициенты фильтрации грунтов, формирующих плотину.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является одноярусная дамба хвостохранилища, содержащая насыпь из горизонтальных слоев грунтового материала трапециевидного поперечного сечения, ограниченную сверху гребнем, снизу - грунтами основания, а с боков - наклонными плоскостями верхового и низового откосов, образующую совместно с грунтами основания искусственный накопитель с емкостью для складирования отходов обогатительных фабрик, транспортируемых в виде пульпы, для строительства которой применяют различные грунты и твердые фракции складируемых отходов обогащения, физико-механические свойства которых позволяют обеспечить требуемую низкую проницаемость тела дамбы и устойчивость ее откосов на протяжении всего срока службы накопителя. Дамбу возводят в две очереди. Сначала возводят первичную плотину из малопроницаемого грунта. Затем на протяжении всего времени работы хвостохранилища наращивают эту дамбу с низовой стороны с использованием твердых фракций складируемых отходов обогащения. (Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения. М., Стройиздат, 1983, с. 515).

Недостатком данной одноярусной дамбы хвостохранилища является то, что она возводится в две очереди грунтом с различными физико-механическими свойствами и без уплотнения.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание дамбы с использованием типового строительного и горного оборудования и технологий, обеспечивающих ее устойчивость при максимальном заполнении хвостохранилища, и выполнение нормативных требований по охране окружающей среды вокруг хвостохранилища.

Достигаемый при этом технический результат состоит в создании одноярусной дамбы, насыпь которой, несмотря на неоднородность грунтового материала, составит целостную конструкцию вместе с основанием и исключит риск возникновения гидродинамических аварий при складировании отходов с заполнением хвостохранилища до расчетного уровня.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной одноярусной дамбе хвостохранилища, содержащей насыпь из горизонтальных слоев грунтового материала трапециевидного поперечного сечения, ограниченную сверху гребнем, снизу - грунтами основания, а с боков - наклонными плоскостями верхового и низового откосов, образующую совместно с грунтами основания искусственный накопитель с емкостью для складирования отходов обогатительных фабрик, транспортируемых в виде пульпы, горизонтальные слои грунтового материала уложены в насыпь с уплотнением до коэффициента фильтрации, равного или меньше 1•10^-3 м/сут, причем сопротивление сдвижению насыпи по грунтам основания под действием гидростатических и гидродинамических сил, создаваемых напором складируемых до уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов, составляет
tgϕ₀S_д•γ_д≥(hmaxв

)²γ_вK_з,
где S_д - площадь поперечного сечения насыпи, регулируемая заложением ее откосов, м²;
ϕ_o - угол трения между насыпью и грунтами основания, град;
γ_д и γ_в - объемный вес грунтового материала в насыпи и воды, соответственно, т/м³;
h_в ^max - максимальная высота напора (разность отметок открытой поверхности прудка-отстойника отходов и основания дамбы), м;
К_з - коэффициент запаса (1,1-1,3);
при этом уровень гребня насыпи выполнен выше уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов на высоту, по меньшей мере на 1 метр превышающую максимальную высоту паводковой волны по прудковой воде, а параметры поперечного сечения насыпи определены в соответствии с рельефом основания и его уклоном.

В данную совокупность включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Одноярусная дамба хвостохранилища поясняется чертежом, на котором представлен ее поперечный разрез.

Одноярусная дамба хвостохранилища состоит из насыпи 1, выполненной из горизонтальных слоев 2 грунта, уложенных на грунты, слагающие ее основание 3 с уплотнением до коэффициента фильтрации 1•10^-3 м/сут. Насыпь 1 ограничена сверху гребнем 4, с боков - низовым 5 и верховым 6 откосами и снизу - грунтами, слагающими ее основание 3. Сопротивление сдвижению насыпи 1 по грунтам ее основания 3 под действием гидростатических и гидродинамических сил, создаваемых напором намываемых хвостов 7 до уровня открытой поверхности 8 прудка-отстойника 9 отходов, составляет
tgϕ₀S_д•γ_д≥(hmaxв

)²γ_вK_з,
где S_д - площадь поперечного сечения насыпи, регулируемая заложением ее откосов, м²;
ϕ_o - угол трения между насыпью и грунтами, слагающими ее основание, град;
γ_д и γ_в - объемный вес грунта в насыпи и воды, т/м³;
h_в ^max - максимальная высота напора (разность отметок зеркала прудка и основания насыпи), м;
К_з - коэффициент запаса (1,1-1,3);
При этом уровень гребня 4 насыпи 1 выполнен выше уровня открытой поверхности 8 прудка-отстойника 9 отходов на высоту, по меньшей мере на 1 метр превышающую максимальную высоту паводковой волны по прудковой воде, а параметры поперечного сечения насыпи 1 определены в соответствии с рельефом ее основания 3 и его уклоном.

Насыпь 1 возводят следующим образом. На территории, отведенной под сооружение хвостохранилища, с помощью землеройной техники с учетом рельефа местности проводят необходимые планировочные работы и подготавливают основание для хвостохранилища и в том числе основание под насыпь 1. Насыпь 1 возводят на подготовленном основании по периметру хвостохранилища.

Укладку грунтов в насыпь 1 производят горизонтальными слоями 2 с их уплотнением до коэффициента фильтрации 1•10^-3 м/сут. Заданный коэффициент фильтрации достигается следующим образом. После удаления растительного слоя на полосу на 1-2 м шире основания насыпи 1 завозят грунтовый материал (глины, суглинки, супеси, глинистые пески) из расчета создания элементарного слоя толщиной не более 0,3 м, завезенный грунт разравнивают бульдозером до образования ровной поверхности с последующим уплотнением катком, например, ДУ - 30 за счет его 6-8 кратного прохода по одному следу и с перекрытием стыкуемых проходов не менее чем на 0,25-0,30 ширины катка. После укатки отсыпанного слоя на его поверхность вновь отсыпается грунт из расчета создания следующего слоя толщиной не более 0,30 м. Все операции повторяют до достижения насыпью 1 проектной высоты дамбы.

Контроль за степенью уплотнения осуществляют путем отбора проб из укатанного слоя специальным пробоотборником (возможно использование полевой лаборатории ПЛЛ - 9). Качество уплотнения считается удовлетворительным при плотности скелета, равной и больше 1,60 т/м³, что обеспечивает достижение коэффициента фильтрации 1•10^-3 м/сут.

Использование: горнодобывающая промышленность, а именно строительство хвостохранилищ для складирования отходов обогатительных фабрик. Технический результат заключается в создании одноярусной дамбы, насыпь которой, несмотря на неоднородность грунтового материала, составит целостную конструкцию вместе с основанием и исключит риск возникновения гидродинамических аварий при складировании отходов с заполнением хвостохранилища до расчетного уровня. Одноярусная дамба хвостохранилища содержит насыпь из горизонтальных слоев грунтового материала трапециевидного поперечного сечения, ограниченную сверху гребнем, снизу - грунтами основания, а с боков - наклонными плоскостями верхового и низового откосов, образующую совместно с грунтами основания искусственный накопитель с емкостью для складирования отходов обогатительных фабрик, транспортируемых в виде пульпы. Горизонтальные слои грунтового материала уложены в насыпь с уплотнением до коэффициента фильтрации, равного или меньшего 1•10^-3 м/сут. Сопротивление сдвижению насыпи по грунтам основания под действием гидростатических и гидродинамических сил, создаваемых напором складируемых до уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов, составляет tgϕ_oS_д•γ_д≥(hmaxв

)²γ_вK_з, где S_д - площадь поперечного сечения насыпи, ϕ_o - угол трения, γ_д и γ_в - объемный вес грунтового материала и воды, h_в ^max - максимальная высота напора, К_з - коэффициент запаса. При этом уровень гребня насыпи выполнен выше уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов на высоту, по меньшей мере на 1 м превышающую максимальную высоту паводковой волны по прудковой воде, а параметры поперечного сечения насыпи определены в соответствии с рельефом основания и его уклоном. 1 ил.

Одноярусная дамба хвостохранилища, содержащая насыпь из горизонтальных слоев грунтового материала трапециевидного поперечного сечения, ограниченная сверху гребнем, снизу - грунтами основания, а с боков - наклонными плоскостями верхового и низового откосов, образующая совместно с грунтами основания искусственный накопитель с емкостью для складирования отходов обогатительных фабрик, транспортируемых в виде пульпы, отличающаяся тем, что горизонтальные слои грунтового материала уложены в насыпь с уплотнением до коэффициента фильтрации, равного или меньшего 1•10^-3 м/сут, причем сопротивление сдвижению насыпи по грунтам основания под действием гидростатических и гидродинамических сил, создаваемых напором складируемых до уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов, составляет
tgϕ₀S_д•γ_д≥(hmaxв

)²γ_вK_з,
где S_д - площадь поперечного сечения насыпи, регулируемая заложением ее откосов;
ϕ_o - угол трения между насыпью и грунтами основания;
γ_д и γ_в - объемный вес грунтового материала в насыпи и воды, соответственно;
h_в ^max - максимальная высота напора (разность отметок открытой поверхности пруда-отстойника отходов и основания дамбы);
К_з - коэффициент запаса (1,1-1,3),
при этом уровень гребня насыпи выполнен выше уровня открытой поверхности прудка-отстойника отходов на высоту, по меньшей мере на 1 м превышающую максимальную высоту паводковой волны по прудовой воде, а параметры поперечного сечения насыпи определены в соответствии с рельефом основания и его уклоном.