ДВУСТУПЕНЧАТЫЙ БАЛОЧНО-ОВРАЖНЫЙ ГИДРООТВАЛ ЗЕРНИСТЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Российский патент 2006 года по МПК E02B3/16 E02B7/06 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при гидравлическом складировании в понижении местности зернистых отходов промышленных предприятий, преимущественно хвостов обогатительных фабрик.

Известен балочно-овражный гидроотвал отходов, емкость которого образована грунтовой плотиной (дамбой), выполненной непрерывно на полную высоту или отдельными частями при значительной ее высоте [1]. В таком гидроотвале наливом могут складироваться отходы независимо от их зернового состава, в том числе и с образованием из отходов слабонесущего пляжа. Однако создание такого гидроотвала связано с высокими затратами из-за большого объема земляных работ по возведению плотины. Дополнительно недостаточно полно используется объем понижения, а в случае пылеватых отходов, содержащих значительное количество тонкодисперсных частиц, осветление оборотной воды в отстойном пруду гидроотвала происходит медленно и недостаточно качественно [2].

Известен двуступенчатый (каскадный) балочно-овражный гидроотвал отходов, нижняя и верхняя емкости которого последовательно образованы дамбами обвалования, возводимыми из отходов пляжа намыва в процессе заполнения емкости [3]. Создание такого гидроотвала не связано с высокими затратами. Однако он имеет недостаточную надежность, а его область использования ограничена складированием отходов, в которых содержание частиц диаметром свыше 0.074 миллиметра по весу составляет более 50% [4].

Известен многоступенчатый, а следовательно, и двуступенчатый балочно-овражный гидроотвал зернистых отходов промышленных предприятий, включающий перегораживающие понижение две грунтовые плотины, нижняя из которых создает нижнюю емкость, а верхняя - верхнюю емкость, нагорные канавы, нижние концевые участки которых расположены в нижнем бьефе нижней плотины, систему гидротранспорта и средства возврата воды из отстойного пруда на предприятие. Плотины размещены на естественном основании понижения, при этом верхняя плотина выполнена первой [5].

Недостатки такого гидроотвала-прототипа заключаются в следующем:

- высокие затраты из-за большого объема земляных работ по возведению двух плотин, каждую на полную высоту и каждую с противофильтрационным элементом;

- низкая эффективность использования объема понижения местности из-за значительного расстояния между плотинами;

- сложность эксплуатации (создания) гидроотвала из-за медленного и недостаточно качественного осветления оборотной воды в отстойном пруду такого наливного гидроотвала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение затрат на создание гидроотвала и упрощение работ при его эксплуатации. Технический же результат от использования изобретения заключается в уменьшении работ и в их упрощении при возведении плотин, а также в более полном использовании объема понижения местности и в повышении качества осветления оборотной воды.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в двуступенчатом балочно-овражном гидроотвале зернистых отходов промышленных предприятий, включающем перегораживающие понижение две грунтовые плотины, нижняя из которых создает нижнюю емкость, а верхняя - верхнюю емкость, нагорные канавы, нижние концевые участки которых расположены в нижнем бьефе нижней плотины, систему гидротранспорта и средства подачи воды из отстойного пруда на предприятие, согласно изобретению верхняя плотина размещена на отходах пляжа, намытого в нижнюю емкость до заданного перед нижней плотиной уровня, и на расстоянии от нижней плотины, достаточном для образования перед верхней частью нижней плотины емкости под пруд осветленной воды. Верхняя плотина выполнена фильтрующей для обеспечения осветления воды и ее перетекания из отстойного пруда верхней емкости в пруд осветленной воды. Пруд осветленной воды выполнен в виде открытого водоема или в виде емкости, частично или полностью заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, а сам гидроотвал снабжен средствами усиления несущей способности отходов в основании верхней плотины и средствами подачи воды из пруда осветленной воды на предприятие.

Средства усиления несущей способности отходов в основании верхней плотины может быть выполнено в виде:

- пригрузочно-дренажной призмы из высокофильтрующего грунта, расположенной в основании и у подошвы верхней плотины;

- одной или более армирующей геопрослойки;

- песчаных свай - дрен;

- одного или более дренажного слоя, размещенного в отходах при их намыве в нижнюю емкость и содержащего дренажную трубу, гидравлически сообщенную с атмосферой или с вакуумным насосом;

- ядра, выполненного в основании верхней плотины из фильтрующего грунта, причем к ядру с обеих ее боковых сторон примыкают отходы пляжей, намытых с этого ядра в нижнюю емкость.

В борту понижения, между верхней плотиной и нижней, выполнена насосная станция, обеспечивающая подачу воды на предприятие из отстойного пруда верхней емкости и из пруда осветленной воды. Насосная станция сообщена с отстойным прудом посредством водосбросного колодца и напорного водовода с запорным устройством на его концевом участке, а с прудом осветленной воды - посредством водоприемника. В случае выполнения пруда осветленной воды в виде емкости, частично или полностью заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, емкость создается, по меньшей мере, частично в нижней части верхней плотины и с включением указанного материала в тело нижней части верхней плотины и/или в тело ее низовой пригрузочно-дренажной призмы. В этом случае нижняя часть верхней плотины может примыкать к верхней части нижней плотины.

Гидроотвал снабжен аварийно-маневренной емкостью, образованной дополнительной плотиной, перегораживающей понижение между нижней плотиной и концевыми участками нагорных канав [4].

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что усиление посредством ранее указанных средств несущей способности отходов пляжа, намытого в наливной нижней емкости, позволило разместить на таком усиленном пляже фильтрующую, без противофильтрационного элемента, а следовательно, и менее требовательную к прочности основания, верхнюю грунтовую плотину, которая образует наливную верхнюю емкость в своем верхнем бьефе и пруд осветленной в процессе фильтрации через верхнюю плотину воды в своем нижнем бьефе или в своей нижней части. Все это превращает гидроотвал в полуналивной (то же: полунамывной) и позволяет достичь ранее указанного технического результата.

Предлагаемый гидроотвал иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5, при этом на фиг.2-4 степень уменьшения горизонтальных размеров в 2.5 раза превышает степень уменьшения вертикальных размеров.

На фиг.1 показан план гидроотвала.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, вариант с прудом осветленной воды в виде открытого водоема, а средства усиления несущей способности отходов в основании верхней плотины в виде двух пригрузочно-дренажных призм, двух армирующих геопрослоек и одного дренажного слоя.

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, вариант с прудом осветленной воды в виде емкости, заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, а средства усиления несущей способности отходов в виде пригрузочно-дренажной призмы и песчаных свай-дрен.

На фиг.4 - средства усиления несущей способности отходов в виде пригрузочно-дренажной призмы и ядра из фильтрующего грунта.

На фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1, пруд осветленной воды в виде открытого водоема.

Гидроотвал (хвостохранилище) расположен в понижении, образованном оврагом 1 (фиг.1), на естественном основании 2 (фиг.2) и включает перегораживающие понижение две грунтовые плотины, нижняя 3 из которых создает нижнюю емкость 4, а верхняя 5 - верхнюю емкость 6. Вокруг гидроотвала выполнены нагорные канавы 7, нижние (сливные) концевые участки которых расположены в нижнем бьефе нижней плотины 3 и снабжены каждый водобойным колодцем 9. Система гидротранспорта включает пульпопроводы магистральные 10 и распределительные 11 (на чертежах показаны частично). Нижняя плотина 3 размещена на грунтовом основании 2, а верхняя 5 - на отходах (хвостах) 12 пляжа 13, намытого в нижнюю емкость 4 до заданного перед нижней плотиной 3 уровня 14, и на расстоянии от нижней плотины 3, достаточном для образования перед верхней частью нижней плотины 3 емкости 15 под пруд осветленной воды 16. Нижняя плотина 3 выполнена с противофильтрационным экраном 17, а верхняя плотина 5 - фильтрующей из гравийно-галечниковых грунтов и вскрышных пород.

Верхняя плотина 5 снабжена средствами усиления несущей способности отходов 12 в своем основании, каждое из которых может быть использовано самостоятельно или в сочетании с другими. Эти средства имеют следующий вид: пригрузочно-дренажной призмы 18 (фиг.2-4), выполненной из высокофильтрующего грунта и расположенной в основании и у подошвы верхней плотины; одной или более армирующей геопрослойки 19 (фиг.2); песчаных свай-дрен 20 (фиг.3); одного или более дренажного слоя 21 (фиг.2), размещенного в отходах 12 при их намыве в нижнюю емкость 4 и посредством дренажной трубы 22, сообщенной с атмосферой или с вакуумным насосом (не показан); ядра 23 (фиг.4), выполненного в основании верхней плотины из фильтрующего грунта, при этом к ядру 23 с обеих ее сторон примыкают отходы пляжей 24, намытых с этого ядра в нижнюю емкость 4.

В борту понижения, между верхней плотиной 5 и нижней 3, выполнена насосная станция 25, обеспечивающая подачу по трубопроводу 26 воды на предприятие из пруда осветленной воды 16 и из отстойного пруда 27 верхней емкости 6. Насосная станция 25 содержит водоприемный колодец 28 (фиг.5), который сообщен с прудом осветленной воды 16 посредством водоприемного отверстия 29 и с отстойным прудом 27 посредством водосбросного колодца 30 и напорного водовода 31 с задвижкой 32 на его конце.

В особо суровых климатических условиях, в целях улучшения условий забора воды из пруда осветленной воды 16, зимой может оказаться целесообразным емкость 15 пруда осветленной воды 16 частично или полностью заполнить крупнозернистым дренирующим грунтом 33, с размещением в нем водоподводящей дренажной трубы 34 (фиг.3), сообщенной с водоприемным колодцем 28 насосной станции 25. Это дополнительно увеличивает несущую способность основания верхней плотины 5. В этом случае также целесообразно нижнюю часть 35 верхней плотины 5 выполнить из такого же крупнозернистого грунта 33 (фиг.3), что увеличит объем такого "грунтового" пруда (водоема) 16 и одновременно улучшит условие перетекания воды через тело верхней плотины 5. Как крайний случай нижняя часть 35 верхней плотины 5 может быть примкнута непосредственно к верхней части нижней плотины 3.

Гидроотвал снабжен аварийной емкостью 36, образованной дополнительной плотиной 37, перегораживающей понижение между нижней плотиной 3 и концевыми участками 8 нагорных канав 7 и рассчитанной на размещение возможного объема аварийного вытекания воды и разжиженных отходов из емкостей верхней 6 и нижней 4. В нижнем бьефе дополнительной плотины 37 и вдоль ее низового откоса выполнена дамба 38 из суглинистого грунта высотой до 6 метров и с переменной отметкой гребня, повторяющей рельеф понижения. Дамба 38 снабжена противофильтрационной мерзлотной завесой 39, созданной жидкостными термосифонами 40. Полость 41 между дополнительной плотиной 37 и дамбой 38 частично заполнена дренирующим грунтом 42, вода из которого дренажной насосной станцией 43 (фиг.1) подается в пруд осветленной воды 16.

На фиг.1-5 обозначены и другие элементы гидроотвала, а именно:

44 - многоступенчатый перепад (на нагорной канаве 7);

45 - дорога;

46 - автоматический поверхностный водосброс;

47 - переходный слой;

48 - насос;

49 - надземный павильон;

50 - пляж в верхней емкости;

51 - временная емкость.

Создание гидроотвала (хвостохранилища) и его работа осуществляется следующим образом.

Возводится нижняя плотина 3 и выполняются нагорные канавы 7, после чего осуществляется намыв отходов (хвостов) в нижнюю емкость 4. При этом пульпопровод обычно располагают на плотине 3, а отходы укладывают с образованием у плотины 3 пляжа 13, а на противоположном конце нижней емкости 4 - отстойного пруда, забор воды из которого осуществляется плавучим водозабором (не показаны). Целесообразно одновременно выполнять работы по усилению несущей способности отходов 12 в основании будущей верхней плотины 5 как ранее указанными средствами, так и другими известными из уровня техники. При этом в случае устройства ядра 23 (фиг.4) на каждом его ярусе укладывается распределительный пульпопровод 11, и по обе его стороны намываются пляжи 24. Нижняя емкость 4 заполняется до заданного перед нижней плотиной 3 уровня 13, после чего осуществляются и другие работы по усилению основания верхней плотины 5 - прежде всего отсыпка из вскрышных пород пригрузочно-дренажных призм 18.

Верхняя плотина 5 возводится фильтрующей из гравийно-галечниковых грунтов и вскрышных пород после выполнения работ по созданию насосной станции 25, водосбросного колодца 30 и соединяющих их напорного водовода 31. Эта плотина 5 менее требовательна к прочности основания и возводится по высоте ярусами (не показаны) и на всю ширину ее основания с интенсивностью, обеспечивающей, с одной стороны, необходимое приращение верхней емкости 6, а с другой - консолидацию под нагрузкой отходов 12 в ее основании. Намыв отходов в верхнюю емкость 6 осуществляется с образованием отстойного пруда 27 непосредственно у плотины 5, причем глубиной, обеспечивающей перетекание из него через тело фильтрующей верхней плотины 5 заданного количества качественной воды, очищенной в процессе фильтрации от взвесей, в пруд осветленной воды 16. Одновременно с этим уточняется зерновой состав материала для последующего яруса плотины 5 в зависимости от фактического перетекания воды, которое не должно превышать количество воды оборотного водоснабжения предприятия. Профильтровавшаяся через плотину 5 качественная вода через водоприемное отверстие 29 (фиг.5) поступает в водоприемный колодец 28 насосной станции 25. Недостающее количество воды в водоприемный колодец 28 поступает из отстойного пруда 27 по напорному водоводу 31. При этом слив воды из отстойного пруда 27 в наполненный до верху водосбросной колодец 30 осуществляется плавно и только из качественного верхнего слоя. В результате в водоприемный колодец 28 поступает только качественно осветленная вода.

При необходимости забор воды из пруда осветленной воды 16 и из отстойного пруда 27 может быть осуществлен плавучим водозабором - на чертежах не показан.

Снабжение верхней плотины 5 ранее указанными средствами усиления основания и выполнение ее фильтрующей позволяет разместить плотину 5 на отходах 12, в которых содержание частиц диаметром менее 0.074 миллиметра достигает 60% и более. При этом крайний предел для конкретных отходов целесообразно каждый раз устанавливать опытной отсыпкой.

Емкость 15 под пруд осветленной воды назначается с учетом возможного аварийного вытекания воды и разжиженных отходов из верхней емкости 6. В случае же выполнения в нижнем бьефе нижней плотины 3 аварийной емкости 36, как это предусмотрено Российским патентом №2157869 с приоритетом 14.01.1997, площадь емкости 15 может быть существенно сокращена. В этом случае верхняя плотина 5 может быть приближена к нижней плотине 3 до смыкания с верхней частью последней (фиг.3). Это позволяет увеличить верхнюю емкость 6 и разместить верхнюю плотину 5 на более качественный участок пляжа 13, где отходы 12 имеют более крупный зерновой состав, а пруд осветленной воды 16 выполнить полностью в виде " грунтовой" емкости, которую от переполнения предохраняет автоматический поверхностный водосброс 44.

В случае усиления несущей способности отходов путем создания ядра 23 (фиг.4) целесообразно до готовности нижней плотины 3 начать складировать отходы во временную емкость 51, образованную нижним ярусом ядра 23.

При большой протяженности балочно-овражного понижения может быть выполнена третья ступень гидроотвала. В этом случае плотина (не показана), образующая новую (дополнительную) емкость, размещается на отходах пляжа 50 верхней емкости 6 на расстоянии от отстойного пруда 27, а сама эта плотина выполняется фильтрующей или с противофильтрационным элементом.

Использованные источники

1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. / Под общей редакцией В.П.Недриги. - М.: Стройиздат, 1983, с.509-511, рис.21.2, а и рис.21.3.

2. Патент Российской федерации №2230154, кл. Е 02 D 17-18, опубл. 10.06.2004.

3. Мелентьев В.А., Павчич М.П. Катастрофические аварии хвостохранилищ // Гидротехническое строительство, 1986, №11.

4. Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Стройиздат, 1986, с.70-72.

5. Патент Российской федерации №2157869, кл. Е 02 В 7/06, опубл. 20.10.2000.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при гидравлическом складировании зернистых отходов, преимущественно хвостов обогатительных фабрик. Гидороотвал включает перегораживающие понижение две грунтовые плотины, нижняя из которых создает нижнюю емкость, а верхняя - верхнюю емкость, нагорные канавы, нижние концевые участки которых расположены в нижнем бьефе нижней плотины, систему гидротранспорта и средства подачи воды из отстойного пруда на предприятие. Верхняя плотина размещена на отходах пляжа, намытого в нижнюю емкость до заданного перед нижней плотиной уровня, и на расстоянии от нижней плотины, достаточном для образования перед верхней частью нижней плотины емкости под пруд осветленной воды. Верхняя плотина выполнена фильтрующей для обеспечения осветления воды и ее перетекания из отстойного пруда верхней емкости в пруд осветленной воды. Пруд осветленной воды выполнен в виде открытого водоема или в виде емкости, частично или полностью заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, при этом гидроотвал снабжен средствами усиления несущей способности отходов в основании верхней плотины и средствами подачи воды из пруда осветленной воды на предприятие. Изобретение уменьшает объемы строительных работ и повышает качество оборотной воды. 9 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Двуступенчатый балочно-овражный гидроотвал зернистых отходов промышленных предприятий, включающий перегораживающие понижение две грунтовые плотины, нижняя из которых создает нижнюю емкость, а верхняя - верхнюю емкость, нагорные канавы, нижние концевые участки которых расположены в нижнем бьефе нижней плотины, систему гидротранспорта и средства подачи воды из отстойного пруда на предприятие, отличающийся тем, что верхняя плотина размещена на отходах пляжа, намытого в нижнюю емкость до заданного перед нижней плотиной уровня, и на расстоянии от нижней плотины, достаточном для образования перед верхней частью нижней плотины емкости под пруд осветленной воды, причем верхняя плотина выполнена фильтрующей для обеспечения осветления воды и ее перетекания из отстойного пруда верхней емкости в пруд осветленной воды, а пруд осветленной воды выполнен в виде открытого водоема или в виде емкости, частично или полностью заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, при этом гидроотвал снабжен средствами усиления несущей способности отходов в основании верхней плотины и средствами подачи воды из пруда осветленной воды на предприятие.2. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что средство усиления несущей способности отходов выполнено в виде пригрузочно-дренажной призмы из высокофильтрующего грунта, расположенной в основании и у подошвы верхней плотины.3. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что средство усиления несущей способности отходов выполнено в виде одной или более армирующей геопрослойки.4. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что средство усиления несущей способности отходов выполнено в виде песчаных свай-дрен.5. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что средство усиления несущей способности отходов выполнено в виде одного или более дренажного слоя, размещенного в отходах при их намыве в нижнюю емкость и сообщенного с атмосферой или вакуумным насосом.6. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что средство усиления несущей способности отходов выполнено в виде ядра, устроенного в основании верхней плотины из фильтрующего грунта, причем к ядру с обеих ее боковых сторон примыкают отходы пляжей, намытых с этого ядра в нижнюю емкость.7. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что в борту понижения между верхней плотиной и нижней выполнена насосная станция, обеспечивающая подачу воды на предприятие из отстойного пруда верхней емкости и из пруда осветленной воды, при этом насосная станция сообщена с отстойным прудом посредством водосбросного колодца и напорного водовода с запорным устройством на его концевом участке, а с прудом осветленной воды - посредством водоприемника в случае выполнения пруда осветленной воды в виде открытого водоема, или посредством водопроводящей дренажной трубы в случае выполнения пруда осветленной воды в виде емкости, заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, или одновременно посредством водоприемника и водопроводящей дренажной трубы.8. Гидроотвал по п.2, отличающийся тем, что в случае выполнения пруда осветленной воды в виде емкости, частично или полностью заполненной крупнозернистым дренирующим материалом, емкость создана, по меньшей мере частично, в нижней части верхней плотины и с включением указанного материала в тело нижней части верхней плотины и/или в тело ее низовой пригрузочно-дренажной призмы.9. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что он снабжен аварийно-маневренной емкостью, образованной дополнительной плотиной, перегораживающей понижение между нижней плотиной и концевыми участками нагорных канав.10. Гидроотвал по п.8, отличающийся тем, что нижняя часть верхней плотины примыкает к верхней части нижней плотины.