НАМЫВНОЙ НАКОПИТЕЛЬ ОТХОДОВ, ПРИМЫКАЮЩИЙ К СКЛОНУ, СПОСОБ ЕГО СОЗДАНИЯ И СПОСОБ ЕГО РЕКУЛЬТИВАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК E02B7/06 E21C41/32 

Изобретения относятся к области гидротехники и могут быть использованы при создании и рекультивации намывных накопителей зернистых отходов, таких как хвостохранилища, шламонакопители и золошлакоотвалы, которые примыкают к склону косогора или балки.

В зависимости от рельефа местности, на которой сооружают намывные накопители отходов, они подразделяются на следующие наиболее распространенные типы: балочно-овражный, косогорный, равнинный, пойменный. В ряде случаев устраивают накопители смешанного типа, например пойменно-косогорный [1].

В накопителе балочно-овражного типа используется объем оврага, поэтому накопитель этого типа отличает высокая экономичность. Однако в таком накопителе необходим перехват поверхностного стока, который обычно осуществляют посредством нагорных канав с водосбросами. Эти сооружения, особенно в условиях вечной мерзлоты, могут быть затратными и часто должны эксплуатироваться даже после полной консервации накопителя на неопределенный срок, т.е. эксплуатироваться вечно, создавая экологические проблемы будущим поколениям.

В накопителе равнинного или пойменного типа обычно не требуется перехват поверхностного стока или он существенно упрощается. Однако в таком накопителе при заполнении его отходами практически всегда применяется кольцевая схема намыва, обеспечивающая из условия безопасности создание возле ограждающих дамб пляжной зоны. Это усложняет, особенно при большой высоте накопителя, выполнение расположенных обычно в центр отстойного пруда водозаборных сооружений и их эксплуатацию, а также не всегда удается обеспечить заданную ширину пляжа надводного намыва - расстояние между ограждающими дамбами и урезом отстойного пруда. Все это еще более усложняется при рекультивации накопителя такого типа, когда над накопителем из намываемых отходов формируют тело рекультивации с выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости накопителя, как это предусмотрено в источнике [2].

В накопителе косогорного или пойменно-косогорный типа, примыкающем к склону (то же: косогору), недостатки вышеуказанных типов накопителей отсутствуют или они легко преодолеваются. Это объясняется тем, что как при заполнении накопителя отходами, так и при его рекультивации, намыв отходов можно вести от ограждающего сооружения к склону. Это обеспечивает создание широкого пляжа у ограждающих дамб и отстойного пруда у склона и последовательное, по мере подъема уровня воды в отстойном пруде, выполнение водозаборных сооружений, преимущественно в виде водосбросных колодцев, на естественном основании склона.

В [1] известен намывной накопитель отходов, примыкающий к склону, включающий земляную емкость, созданную ограждающими дамбами и склоном, систему намыва, выполненную в виде распределительного пульпопровода с выпусками, и водозаборное сооружение в виде водосбросного колодца, водоприемник которого забирает воду из образованного при намыве отходов отстойного пруда и по замываемому отходами отводящему водоводу без напора подает эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов.

Недостатки, препятствующие получению указанного ниже технического результата при использовании известного намывного накопителя отходов, особенно при его большой высоте, заключаются в следующем:

- сложность возведения водосбросного колодца и обеспечения надежности его замываемого отходами отводящего водовода (коллектора);

- низкое качество забираемой из отстойного пруда воды в случае малой площади отстойного пруда и малой глубине воды перед водоприемником водосбросного колодца;

- сложность выполнения технического этапа рекультивации накопителя после его заполнения до проектного уровня;

- не приспособленность водозаборного сооружения к использованию потенциальной энергии воды отстойного пруда и затратное гашение этой энергии при сбросе воды в безнапорный водовод.

Там же в [1] известен способ создания намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, включающий поярусное создание ограждающими дамбами и склоном земляной емкости, выполнение системы намыва в виде распределительного пульповода с выпусками и водозаборного сооружения в виде водосбросного колодца, посредством водоприемника которого забирает воду из образованного при поярусном намыве отходов отстойного пруда и по замываемому отходами отводящему водоводу без напора подает эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов.

Недостатки, препятствующие получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа создания намывного накопителя отходов, особенно при его большой высоте, заключаются в следующем:

- сложно возвести водосбросной колодец и обеспечить надежность его замываемого отходами отводящего водовода;

- сложно обеспечить заданное качество забираемой из отстойного пруда воды в случае малой площади отстойного пруда и малой глубине воды перед водоприемником водосбросного колодца;

- сложно выполнить технический этап рекультивации накопителя после его заполнения до проектного уровня;

- не используется потенциальная энергия воды при ее затратном сбросе в безнапорный водовод.

Известен способ рекультивации (консервации) заполненного отходами намывного накопителя (гидроотвала), включающий формирование над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды и увеличения вместимости накопителя, и покрытие наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы. По меньшей мере, нижнюю часть тела рекультивации формируют ярусами, каждый из которых намывают под защитой ограждающего элемента путем рассредоточенного выпуска пульпы из пульпопровода с образованием отстойного пруда 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 замываемым отходами отводящим водоводом, без напора подают в систему водоснабжения гидротранспорта отходов. После намыва ярусной части тела консервации формируют ее верхнюю часть [3].

Известный способ рекультивации может быть признан ближайшим к заявляемому способу. Однако в заявляемом способе признак «склон» внесен в название объекта изобретения, а в известном способе этот признак отсутствует. Дополнительно при поярусном намыве тела рекультивации применена кольцевая схема намыва, которая в заявляемом способе прерывается склоном. Все это затрудняет составление формулы настоящего изобретения, которая ниже будет приведена без разделения на ограничительную и отличительную части.

Недостатки, препятствующие получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа рекультивации намывного накопителя отходов, заключаются в следующем:

- водосбросные колодцы после заполнения накопителя отходами до проектного уровня обычно не обеспечивают формирование из отходов тела рекультивации заданной высоты, что обуславливает необходимость возведения новых водосбросных колодцев;

- площадь яруса, следовательно, ширина пляжной зоны, площадь отстойного пруда и глубина воды перед водоприемником водосбросного колодца по мере формирования тела консервации уменьшаются, что снижает надежность накопителя в целом и качество осветления воды, забираемой водосбросным колодцем из отстойного пруда;

- после завершения поярусного намыва тела рекультивации замывание отходами отстойного пруда из-за недостаточной глубины воды перед водоприемником водосбросного колодца может быть осуществлено только частично, что недоиспользует потенциальную вместимость тела рекультивации, следовательно, и накопителя в целом, усложняет выполнение технического этапа рекультивации и часто не обеспечивает эстетическую привлекательность внешнего вида - ландшафта;

- не используется потенциальная энергия воды при ее затратном сбросе в безнапорный водовод.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые намывной накопитель отходов, примыкающий к склону, способ его создания и способ его рекультивации, является повышение надежности и экономической эффективности наливного накопителя.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является следующее:

- упрощение возведения и повышение надежности водозаборного сооружения, функционирующего как при заполнении намывного накопителя отходами до проектного уровня, так и при техническом этапе его рекультивации;

- повышение надежности накопителя в целом и качества осветления воды, забираемой водозаборным сооружением;

- создание благоприятных условий для выполнения технического этапа рекультивации накопителя, увеличение его вместимости и повышения эстетической ценности ландшафта;

- практически полное использование потенциальной энергии воды отстойного пруда, обусловленной отметкой уровня воды в пруде, т.е. линией начального напора, при направлении этой воды в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном намывном накопителе отходов, примыкающем к склону, включающем земляную емкость, созданную ограждающими дамбами и склоном, систему намыва, выполненную в виде распределительного пульпопровода с выпусками, и водозаборное сооружение, снабженное водоприемником, забирающим воду из образованного при намыве отходов отстойного пруда, и отводящим водоводом, подающим эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, согласно изобретению накопитель снабжен, по меньшей мере, одним водозаборным ковшом, выполненным на склоне в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала, борта которого образованы выемкой и/или насыпью, при этом гребень бортов канала превышает уровень воды в отстойном пруде, водоприемник водозаборного сооружения выполнен плавучим и снабжен насосом и/или сифоном, а отводящий водовод снабжен, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой. Одновременно с этим изменяющаяся при намыве отходов длина участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к удовлетворяет условию

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;

h_п - глубина воды на входном пороге канала;

i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

Дополнительно шарниры вставки могут быть выполнены из автопокрышек.

Именно снабжение накопителя водозаборным ковшом, выполненным на склоне по указанным правилам, и выполнение водозаборного сооружения плавучим и способным подать в систему оборотного водоснабжения воду под напором, в существенной мере обеспечивает ранее указанный технический результат, достигаемый заявляемой группой изобретений: упрощение возведения и повышение надежности водозаборного сооружения и накопителя в целом; повышение качества осветления воды, забираемой водозаборным сооружением; создание благоприятных условий для выполнения рекультивации накопителя; полное использование потенциальной энергии воды отстойного пруда.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе создания намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, включающем поярусное создание ограждающими дамбами и склоном земляной емкости, выполнение системы намыва в виде распределительного пульповода с выпусками и водозаборного сооружения, посредством водоприемника которого забирают воду из образованного при поярусном намыве отходов отстойного пруда и по отводящему водоводу подает эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, согласно изобретению накопитель отходов снабжают, по меньшей мере, одним водозаборным ковшом, который выполняют на склоне в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала, борта которого образуют выемкой и/или насыпью выше уровня воды в отстойном пруде, водоприемник водозаборного сооружения выполняют плавучим и снабжают насосом и/или сифоном, отводящий водовод снабжают, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой, а воду забирают из канала и в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов подают под напором. При намыве отходов отстойный пруд примыкают к склону, ширину пляжа возле ограждающей дамбы задают из условия безопасности, а изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к путем продления канала приводят в соответствие с условием

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;

h_п - глубина воды на входном пороге канала;

i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

Дополнительно продление канала производят преимущественно в сторону склона участками, каждый из которых обычно обеспечивает намыв, по меньшей мере, одного яруса отходов, при этом водозаборное сооружение при намыве отходов перемещают по каналу в сторону склона на заданную величину.

Именно подача водоприемником воды из канала под напором в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов посредством насоса и/или сифона по гибкому отводящему водоводу обеспечивает, прежде всего, практически полное использование потенциальной энергии воды отстойного пруда. При этом вся совокупность признаков способа создания намывного накопителя способствует обеспечению ранее указанный технический результат, достигаемый заявляемой группой изобретений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе рекультивации намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, заключающемся в формировании над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды, увеличения вместимости накопителя и повышения эстетической ценности ландшафта, 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 путем рассредоточенного выпуска пульпы из распределительного пульпопровода с образованием отстойного пруда, примыкающего к склону, и пляжа, заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента, обеспечивающего в пределах высоты яруса придание телу рекультивации заданной формы наружной поверхности. На склоне выполняют, по меньшей мере, один водозаборный ковш в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала рекультивации, борта которого образуют выемкой и/или насыпью выше уровня воды в отстойном пруде, водозаборное сооружение выполняют с плавучим водоприемником, снабженным насосом и/или сифоном, и с отводящим водоводом, снабженным, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой, а воду по этому отводящему водоводу в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов подают под напором. Изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала рекультивации от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к путем продления канала рекультивации приводят в соответствие с условием

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;

h_п - глубина воды на входном пороге канала;

i_под - средний уклон откоса подводного намыва отходов.

Дополнительно:

- после формирования ярусной части тела рекультивации формируют верхнюю часть тела рекультивации путем замывания отходами отстойного пруда с вытеснением воды в канал рекультивации, производимого рассредоточенным выпуском пульпы из распределительного пульповода со стороны склона;

- канал рекультивации выполняют путем продления преимущественно в сторону склона канала, который обеспечивал соединение водозаборного сооружения с отстойным прудом при создании накопителя отходов;

- телу рекультивации задают форму наружной поверхности, которая повышает эстетическую ценность ландшафта;

- при формировании верхней части тела рекультивации интенсивность выпуска пульпы из распределительного пульпопровода ограничивают, при этом используют пульпу с преобладанием песчаных фракций;

- продление канала рекультивации производят участками, при этом каждый участок канала рекультивации обеспечивает намыв, по меньшей мере, одного яруса отходов тела рекультивации, а водозаборное сооружение при намыве отходов перемещают по каналу рекультивации в сторону склона на заданную величину.

Именно намыв отходов в тело рекультивации с примыканием отстойного пруда к склону, выполнение на склоне водозаборного ковша с водосбросным колодцем по указанным правилам и особенности их эксплуатации во время поярусного формирования тела рекультивации и при замывании отстойного пруда, а также подача водоприемником воды из канала рекультивации под напором в систему оборотного водоснабжения, обеспечивают достижение ранее указанного технического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемых намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, способа его создания и способа его консервации, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых изобретений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусмотренных существенными признаками каждого из заявляемых изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку накопитель, способ его создания и способ его консервации предназначены для намывного складирования промышленных отходов. Заявляемые изобретения решают одну и ту же задачу - повышение надежности и экономической эффективности намывного накопителя за счет упрощения возведение и повышения надежности водозаборного сооружения и накопителя в целом, повышения качества осветления воды, забираемой водозаборным сооружением, создания благоприятных условий для выполнения рекультивации накопителя и полного использования потенциальной энергии воды отстойного пруда. При этом водозаборное сооружение с плавучим водоприемником может практически непрерывно без существенного переустройства функционировать, как при создании намывного накопителя, так и при его техническом этапе рекультивации независимо от высоты накопителя, причем при постоянном и полном использовании потенциальной энергии воды отстойного пруда.

Изобретения поясняются чертежами, фиг.1-6, на которых изображено:

- на фиг.1 - заполненный отходами накопитель после выполнения 12-го, завершающего, яруса тела рекультивации, план;

- на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, степень уменьшения горизонтальных размеров примерно в 10 раз превышает степень уменьшения вертикальных размеров;

- на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг 1;

- на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1;

- на фиг.5 - разрез Д-Д на фиг.4;

- на фиг.6 - узел I на фиг 5, шарнир из автопокрышек.

Земляная емкость намывного накопителя пойменно-косогорного типа создана с трех сторон ограждающими дамбами 1, а с четвертой стороной склоном 2 и посредством системы намыва, выполненной в виде распределительного пульпопровода 3 с выпусками 4, последовательно четырьмя ярусами 5 заполнена до проектной отметки 6 мелкозернистыми и/или пылеватыми отходами, например золошлаками тепловой электрической станции. Эти отходы в пляжной зоне 7 характеризуются коэффициентом фильтрации k_ф<1 м/сут и средним уклоном откоса надводного намыва, т.е. пляжа 8, i_пл<0,005, доля единицы, при этом сама пляжная зона 7, особенно в ее зольной зоне, обладает относительно слабой несущей способностью. Прудковая зона 9 сложена из пылевато-глинистых фракций, средний уклон откоса подводного намыва которых i_под=0,05.

Накопитель снабжен двумя водозаборными ковшами, каждый из которых выполнен на склоне 2 в виде соответственно канала 10 или 11, соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом 12, образованным при намыве отходов и примыкающим к склону 2. Водозаборное сооружение расположено в каждом канале 10 и 11 и выполнено в виде плавучей насосной станции 13, снабженной водоприемником 14, насосом 15 и гибким отводящим водоводом 16. Насосная станция 13 осуществляет забор воды из канала 10 или 11, т.е. из отстойного пруда 12, и по отводящему водоводу 16 под напором подает эту воду в систему 17 оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов. При этом гибкость отводящему водоводу 16 обеспечивают шарнирные вставки 18, шарниры 19 которых могут быть стандартными шаровыми или выполненными, например, из автопокрышек 20 [4].

Борта каждого канала 10 и 11 образованы выемкой 21 и насыпью 22 (полувыемкой-полунасыпью), при этом гребень бортов канала постоянно превышает уровень воды в отстойном пруде 12, т.е. в канале. Уровень воды в каналах 10 и 11 не значительно отличается от уровня воды в отстойном пруде 12, поэтому требование водонепроницаемости к бортам каналов не предъявляют. Изменяющаяся при намыве отходов длина участка канала 10 и 11 от формируемого отходами входного порога 23 до водоприемника 14 насосной станции 13 l_к удовлетворяет условию

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником насосной станции;

h_п - глубина воды на входном пороге канала;

i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

Особенности работы заявляемого намывного накопителя обусловлены, прежде всего, особенностями работы его водозаборных ковшей, выполненных на склоне, и заключаются в следующем:

- упрощено возведение и повышена надежность водозаборного сооружения, функционирующего как при заполнении намывного накопителя отходами до проектного уровня, так и при техническом этапе его рекультивации;

- формирование в канале дна из отходов осуществляется с уклоном откоса подводного намыва отходов i_под≈0,05 в направлении от входного порога к водосбросному колодцу, что уже при длине канала, например 50 м обеспечивает глубину воды перед водоприемником водозаборного сооружения более 2,5 м;

- порог обеспечивает поступление воды в канал с верхнего наиболее осветленного слоя;

- отпала необходимость поддержания в отстойном пруду глубины воды, превышающей 1,0-1,5 м, что ускоряет осаждение отходов на дно отстойного пруда и увеличивает ширину пляжа, повышая тем самым надежность накопителя;

- созданы благоприятные условия для практически полного использования потенциальной энергии воды отстойного пруда;

- созданы благоприятные условия для выполнения технического этапа рекультивации накопителя.

Дополнительно глубина воды h_к перед водоприемником 14 при намыве нижнего яруса 5 накопителя определяется преимущественно глубиной воды на входном пороге 23 канала, а при намыве последующих ярусов 5 - преимущественно уклоном дна 24 канала, т.е. уклоном откоса подводного намыва i_под пылевато-глинистых фракций отходов, и длиной канала 1_к.

Способ создания ранее описанного намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, производится путем поярусного создания ограждающими дамбами 1 и склоном 2 земляной емкости, выполнения системы намыва в виде распределительного пульповода 3 с выпусками 4 и заполнения этой земляной емкости поярусным намывом золошлаков тепловой электрической станции до проектной отметки заполнения 6. Намыв отходов в ярус 5 осуществляют с образованием пляжной зоны 7, ограниченной сверху пляжем 8, заданной из условия безопасности ширины возле ограждающей дамбы 1, и прудковой зоны 9 с отстойным прудком 12 над ней у склона 2.

Избыточную воду из отстойного пруда 12 под напором подают в систему оборотного водоснабжения 17. С этой целью накопитель снабжают двумя водозаборными ковшами, каждый из которых выполняют на склоне 2 в виде соответственно канала 10 или 11, соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом 12, образованным при намыве отходов и примыкающим к склону 2. Водозаборное сооружение располагают в каждом канале 10 и 11 и выполняют его в виде плавучей насосной станции 13 с водоприемником 14, насосом 15 и гибким отводящим водоводом 16. Посредством такой насосной станции 13 осуществляют забор воды из канала 10 или 11, т.е. из отстойного пруда 12, и под напором подают эту воду в систему 17 оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, причем без непродуктивного и затратного сброса воды, уменьшающего энергию положения воды. При этом гибкость отводящему водоводу 16 обеспечивают шарнирными вставками 18, шарниры 19 которых могут быть стандартными шаровыми или выполненными, например, из автопокрышек 20 [4].

Борта каждого канала 10 и 11 образуют выемкой 21 и насыпью 22 (полувыемкой-полунасыпью), при этом гребень бортов канала постоянно поддерживают выше уровня воды в отстойном пруду 12, т.е. в канале. Изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала 10 и 11 от формируемого отходами входного порога 23 до водоприемника 14 насосной станции 13 l_к путем продления канала преимущественно в сторону склона 2 приводят в соответствие с условием

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником насосной станции;

h_п - глубина воды на входном пороге канала;

i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

Каналы 10 и 11 продлевают участками, ограниченными по длине со стороны склона 2 торцами 25 и обеспечивающими каждый раз перемещение по каналу водозаборного сооружения на заданную величину, необходимую для намыва, по меньшей мере, одного яруса 5 отходов. При этом производят переукладку отводящего водовода 16 с частичной ее заменой и переустановку шарнирных вставок 18, а при необходимости производят установку дополнительных вставок 18.

Водозаборное сооружение может быть выполнено в виде плавучего водоприемника, снабженного гибкой сифонной трубой, т.е. сифоном [4] - такой вариант на чертежах не изображен. При этом восходящая часть сифонной трубы при пересечении насыпи 22 (командная точка) может на 6-7 м превышать уровень воды в каналах 10 и 11, а нисходящая часть сифонной трубы может иметь длину до 1000 м и ее прокладывают по склону к насосной станции оборотной воды. При таком водозаборном сооружении наиболее полно используется потенциальная энергия воды отстойного пруда 12.

Пример. Расход забираемой из отстойного пруда воды Q=0,5 м³/с, средневзвешенная во времени высота сброса воды в заменяющий сифон водосбросной колодец Н=10 м, коэффициент полезного действия насоса, компенсирующего потерю напора при сбросе воды в колодец, η=0,8. В этом случае потеря мощности на колодце выразится величиной N=9,81Q·H/η=9,81·0,5·10/0,8=61,3 кВт, а годовая экономия электроэнергии за счет сифона составит Э=61,3 кВт·8784 ч≈538 тыс. кВт·ч.

Способ рекультивации созданного и ранее описанного накопителя отходов, примыкающего к склону, производится путем формирования над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации 26 с заданной выпуклой формой наружной поверхности 27 и последующего покрытия наружной поверхности тела рекультивации слоем почвы 28. Выпуклость телу консервации 26 необходима для обеспечения стока воды, увеличения вместимости накопителя и повышения эстетической ценности ландшафта. Нижнюю и среднюю части тела рекультивации 26 формируют ярусами 29 - всего 12 ярусов. Каждый из ярусов 29 намывают под защитой ограждающего элемента 30 и склона 2 путем рассредоточенного выпуска пульпы из распределительного пульпопровода 3 через выпуски 4. Намыв ярусов 29 производят с образованием отстойного пруда 12, примыкающего к склону 2, и пляжа 8, заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента 30.

Высота яруса 29 h_я обычно не превышает двух метров, а ограждающий элемент 30 выполняют из карьерного грунтового материала и/или отходов по периметру яруса 29 с примыканием его концевых участков к склону 2. При этом ограждающий элемент 29, после срезки его временного оголовка 31, обеспечивает в пределах своей высоты придание телу рекультивации 26 заданной формы наружной поверхности 27, например, с уклоном рекультивации i_p=0,05, т.е. с заложением 1:20. Эту поверхность 27 каждого ограждающего элемента 29 покрывают слоем почвы 28, при этом используют грунтовый материал временного оголовка 31.

Для производства намыва ярусов 29 на склоне 2 выполняют два водозаборных ковша рекультивации, каждый в виде канала рекультивации соответственно 32 и 33. Каждый этот канал соединяет водозаборное сооружение с отстойным прудом 12 и выполнен путем продления в сторону склона 2 канала соответственно 10 или 11, который соединял водозаборное сооружение с отстойным прудом 12 при создании накопителя отходов. Борта каналов рекультивации 32 и 33 образуют так же, как и каналов 10 и 11 при создании накопителя, выемкой 21 и насыпью 22 и поддерживают их выше уровня воды в отстойном пруду 12. Водозаборное сооружение выполняют с плавучим водоприемником 14, снабженным насосом 15 и/или сифоном (сифон на чертежах не изображен) и отводящим водоводом 16, снабженным шарнирными вставками 18, а воду по этому отводящему водоводу 16 в систему 17 оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов подают под напором. Изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала рекультивации 32 или 33 от формируемого отходами входного порога 23 до водоприемника 14 водозаборного сооружения l_k путем продления канала рекультивации 32 или 33 преимущественно в сторону склона 2 приводят в соответствие с условием

l_к≥(h_з-h_п)/i_под,

где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;

h_п - глубина воды на входном пороге канала рекультивации;

i_под - средний уклон откоса подводного намыва отходов.

Каналы рекультивации 32 и 33 продлевают участками, ограниченными по длине со стороны склона 2 торцами 25 и обеспечивающими каждый раз перемещение по каналу рекультивации плавучего водозаборного сооружения на заданную величину, необходимую для намыва, по меньшей мере, одного яруса 29 отходов.

После завершения поярусного формирования нижней и средней части тела рекультивации 26 приступают к формированию верхней части 34 тела рекультивации 26 путем замывания отходами отстойного пруда 12 с вытеснением воды в канал рекультивации 32 или 33, производимого рассредоточенным выпуском пульпы из пульпопровода 3 со стороны склона 2. При этом поверхности тела рекультивации 26 придают уклон от склона 2 в направлении ограждающего элемента 30, равный среднему уклону откоса надводного намыва i_над, т.е. пляжа 8. Верхняя часть 34 тела рекультивации 26 и элементы его формирования, а именно: пульпопровод 35, конечный пляж 36 с уклоном i_над>0,005 и остаточная часть 37 отстойного пруда 12 на фиг.1 и 2 изображены пунктиром.

При формировании верхней части тела рекультивации 26 интенсивность выпуска пульпы из распределительного пульпопровода 3 со стороны склона ограничивают, при этом используют пульпу с преобладанием песчаных фракций. Все это позволяет увеличить уклон откоса надводного намыва i_над до заданной величины, например i_над=0,01, и тем самым вместе с уклоном рекультивации i_p=0,05 придать накопителю внешнюю привлекательность, и тем самым повысить эстетическую ценность ландшафта.

После формирования верхней части 34 тела рекультивации 26 выполняют мелиоративные работы с использованием водосборной канавы 38, расположенной у ограждающей дамбы 1 над дренажной траншеей 39, и с учетом рельефа, обозначенного горизонталями 40.

Плановое положение как каналов 10 и 11, так и каналов рекультивации 32 и 33, определяется крутизной склона 2 и длиной участка канала l_к. Необходимая ширина этих каналов по дну 24 на любой период создания накопителя и его рекультивации устанавливается проектом из условия недопустимой величины их заиления, а при необходимости предусматривается периодическое удаление ила из каналов.

Кроме указанного технического результата и преимуществ заявляемых объектов следует отметить также дополнительные их достоинства:

- высокая степень ремонтопригодности водозаборного сооружения и простота вывода его из эксплуатации;

- отсутствие в основании накопителя водоводов (коллекторов), требуемую надежность которых трудно обеспечить, особенно в случае складирования отходов, способных твердеть и образовывать трещины деформации.

Приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия:

- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно: при создании шламонакопителей, хвостохранилищ и золоотвалов при складировании в них отходов и при их консервации;

- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств и методов;

- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности «промышленная применимость».

В настоящие изобретения могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от объема изобретения. Например, продление канала, т.е. восстановление его длины, может быть осуществлено частично от склона в сторону накопителя путем возведения насыпей на поверхности склона или на отходах пляжа - на фиг.4 такая насыпь изображена пунктиром. Это может быть оправданным, например, при создании хвостохранилища, когда имеются отвальные грунты из выработок горного объекта. При этом плавучее водозаборное сооружение может длительное время перемещаться только по высоте, не меняя своего планового положения.

Использованные источники

1. Недрига В.П. и др. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1983, с.509-516.

2. Авторское свидетельство СССР №1052614. Способ мокрого складирования хвостов обогощения. / Саратов И.Е., Ремизов Б.И., Бондаренко А.И. и др., МПК Е02В 7/06, 1981.

3. 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.

4. Букатников В.Д., Мауль В.К. Плавучий водоприемник и сифонный водовод в суровом климате. // Водоснабжение и санитарная техника. 1986. №2.

Обозначения

1 - ограждающая дамба

2 - склон

3 - распределительный пульпопровод

4 - выпуск

5 - ярус (накопителя)

6 - проектная отметка заполнения накопителя

7 - пляжная зона

8 - пляж

9 - прудковая зона

10 и 11 - канал

12 - отстойный пруд

13 - насосная станция (плавучая)

14 - водоприемник

15 - насос

16 - отводящий водовод

17 - система оборотного водоснабжения

18 - шарнирная вставка

19 - шарнир

20 - автопокрышки

21 - выемка (канала)

22 - насыпь (канала)

23 - входной порог (канала)

24 - дно (канала)

25 - торец канала

26 - тело рекультивации

27 - наружная поверхность (тела рекультивации)

28 - слой почвы

29 - ярус (тела рекультивации)

30 - ограждающий элемент

31 - временный оголовок (ограждающего элемента)

32 и 33 - каналы рекультивации

34 - верхняя часть тела рекультивации

35 - пульповод со стороны склона

36 - пляж (со стороны склона)

37 - остаточная часть (отстойного пруда)

38 - водосборная канава

39 - дренажная траншея

40 - горизонтали склона

Изобретения относятся к области гидротехники и могут быть использованы при создании и рекультивации намывных накопителей зернистых отходов, таких как хвостохранилища, шламонакопители и золошлакоотвалы, которые примыкают к склону косогора или балки. Группа изобретений повышает надежность и экономическую эффективность накопителя за счет упрощения возведения и повышения надежности водозаборного сооружения, повышения качества осветления воды, упрощения рекультивации накопителя и использования потенциальной энергии воды отстойного пруда. Накопитель включает земляную емкость, созданную ограждающими дамбами и склоном, систему намыва, выполненную в виде распределительного пульпопровода с выпусками, и водозаборное сооружение, снабженное водоприемником, забирающим воду из отстойного пруда, и отводящим водоводом, подающим эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов. Накопитель снабжен, по меньшей мере, одним водозаборным ковшом, выполненным на склоне в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала, борта которого образованы выемкой и/или насыпью и превышают уровень воды в отстойном пруде. Водоприемник водозаборного сооружения выполнен плавучим и снабжен насосом и/или сифоном, а отводящий водовод снабжен, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой. Изменяющаяся при намыве отходов длина участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к удовлетворяет условию l_к≥(h_з-h_п)/i_под, где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения; h_п - глубина воды на входном пороге канала; i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Намывной накопитель отходов, примыкающий к склону, включающий земляную емкость, созданную ограждающими дамбами и склоном, систему намыва, выполненную в виде распределительного пульпопровода с выпусками, и водозаборное сооружение, снабженное водоприемником, забирающим воду из образованного при намыве отходов отстойного пруда, и отводящим водоводом, подающим эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним водозаборным ковшом, выполненным на склоне в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала, борта которого образованы выемкой и/или насыпью, при этом гребень бортов канала превышает уровень воды в отстойном пруде, водоприемник водозаборного сооружения выполнен плавучим и снабжен насосом и/или сифоном, а отводящий водовод снабжен, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой, причем изменяющаяся при намыве отходов длина участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к удовлетворяет условию:
l_к≥(h_з-h_п)/i_под,
где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;
h_п - глубина воды на входном пороге канала;
i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

2. Накопитель отходов по п.1, отличающийся тем, что шарниры вставки выполнены из автопокрышек.

3. Способ создания намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, включающий поярусное создание ограждающими дамбами и склоном земляной емкости, выполнение системы намыва в виде распределительного пульповода с выпусками и водозаборного сооружения, посредством водоприемника которого забирают воду из образованного при поярусном намыве отходов отстойного пруда и по отводящему водоводу подает эту воду в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов, отличающийся тем, что накопитель отходов снабжают, по меньшей мере, одним водозаборным ковшом, который выполняют на склоне в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала, борта которого образуют выемкой и/или насыпью выше уровня воды в отстойном пруде, водоприемник водозаборного сооружения выполняют плавучим и снабжают насосом и/или сифоном, отводящий водовод снабжают, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой, а воду забирают из канала и в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов подают под напором, причем отстойный пруд примыкают к склону, ширину пляжа возле ограждающей дамбы задают из условия безопасности, а изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к путем продления канала приводят в соответствие с условием:
l_к≥(h_з-h_п)/i_под,
где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;
h_п - глубина воды на входном пороге канала;
i_под - средний уклон поверхности подводного намыва отходов.

4. Способ создания по п.3, отличающийся тем, что продление канала производят преимущественно в сторону склона участками, а водозаборное сооружение при намыве отходов перемещают по каналу в сторону склона на заданную величину.

5. Способ создания по п.4, отличающийся тем, что каждый участок канала обеспечивает намыв, по меньшей мере, одного яруса отходов.

6. Способ рекультивации намывного накопителя отходов, примыкающего к склону, заключающийся в формировании над заполненным накопителем из отходов тела рекультивации с заданной выпуклой формой наружной поверхности, необходимой для стока воды, увеличения вместимости накопителя и повышения эстетической ценности ландшафта, 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 путем рассредоточенного выпуска пульпы из распределительного пульпопровода с образованием отстойного пруда, примыкающего к склону, и пляжа, заданной из условия безопасности ширины возле ограждающего элемента, обеспечивающего в пределах высоты яруса придание телу рекультивации заданной формы наружной поверхности, причем на склоне выполняют, по меньшей мере, один водозаборный ковш в виде соединяющего водозаборное сооружение с отстойным прудом канала рекультивации, борта которого образуют выемкой и/или насыпью выше уровня воды в отстойном пруде, водозаборное сооружение выполняют с плавучим водоприемником, снабженным насосом и/или сифоном, и с отводящим водоводом, снабженным, по меньшей мере, одной шарнирной вставкой, а воду по этому отводящему водоводу в систему оборотного водоснабжения гидротранспорта отходов подают под напором, при этом изменяющуюся при намыве отходов длину участка канала рекультивации от формируемого отходами входного порога до водоприемника водозаборного сооружения l_к путем продления канала рекультивации приводят в соответствие с условием:
l_к≥(h_з-h_п)/i_под,
где h_з - заданная глубина воды перед водоприемником водозаборного сооружения;
h_п - глубина воды на входном пороге канала рекультивации;
i_под - средний уклон откоса подводного намыва отходов.

7. Способ рекультивации по п.6, отличающийся тем, что после формирования ярусной части тела рекультивации формируют верхнюю часть тела рекультивации путем замывания отходами отстойного пруда с вытеснением воды в канал рекультивации, производимого рассредоточенным выпуском пульпы из распределительного пульповода со стороны склона.

8. Способ рекультивации по п.6, отличающийся тем, что канал рекультивации выполняют путем продления преимущественно в сторону склона канала, который обеспечивал соединение водозаборного сооружения с отстойным прудом при создании накопителя отходов.

9. Способ рекультивации по пп.6 и 7, отличающийся тем, что телу рекультивации задают форму наружной поверхности, которая повышает эстетическую ценность ландшафта.

10. Способ рекультивации по п.7, отличающийся тем, что при формировании верхней части тела рекультивации интенсивность выпуска пульпы из распределительного пульпопровода ограничивают, при этом используют пульпу с преобладанием песчаных фракций.

11. Способ рекультивации по п.8, отличающийся тем, что продление канала рекультивации производят участками, а водозаборное сооружение при намыве отходов перемещают по каналу рекультивации в сторону склона на заданную величину.

12. Способ рекультивации по п.11, отличающийся тем, что каждый участок канала рекультивации обеспечивает намыв, по меньшей мере, одного яруса отходов тела рекультивации.