книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик
..pdfводоупорность плотины (дамбы обвалования) хвостохранилища обеспечивается намывом хвостов по описанной выше технологии, особых мер по сопряжению с берегами, какие обычно предусматри ваются при проектировании плотин в гидроэнергетике, проекти ровать не следует. Достаточно снятия в подошве плотины первой очереди и на участке заложения намывного откоса из хвостов выше гребня плотины первой очереди почвенного слоя. Кроме того, мы считаем необходимым на протяжении всей намывной части хвостохранилища в подошве его намывного откоса предусматри вать устройство дренажной призмы.
Особо следует рассмотреть вопрос об устройстве плотин хвостохранилищ на водонасыщенных глинистых, малоплотных, мало проницаемых грунтах, в которых й процессе памыва плотины развивается избыточное поровое давление, которое снижает несу щую способность осповапия плотины и грозит обрушением низо вого откоса дамбы обвалования хвостохранилища и может вы звать аварию с изливом водного бассейна хвостохранилища вместе с хвостами в близлежащий естественный водоем. Такой слу чай произошел на одном из хвостохранилищ в Ленинградской области.
В целях предупреждения подобных случаев необходимо пред усматривать устройство как минимум развитого дренажа, а в не которых случаях и устройство специальной траншеи, заполняемой песком для надлежащего снижения избыточного порового да вления.
В последнее время сотрудниками Теплоолоктроироекта про пагандируется идея устройства дренированного золошлакохранилища. В принципе эта идея может быть использована при устрой стве хвостохранилища и состоит в том, чтобы осветлять пульпу и отводить воду из хвостохранилища путем устройства дренажа но всему ложу хвостохранилища или по его частиПри этом в нрииципе достигается эффект уменьшения размеров водоспуск ных устройств (шахтных колодцев и водоспускного коллектора) и в некоторых случаях исключения необходимости в их постройке. При этом достигается полное осветление хвостовой пульпы. Однако до сих пор эта идея не осуществлена, так как возникли большие трудности реального ее осуществления в связи с прониканием воды через отложения золы и шлака (в отложениях хвостов филь трация через пих не подчиняется закону Дарси) и вследствие неопределенностей движения пульпы но пляжу. Следовательно, авторы не могут рекомендовать реальное осуществление этой идеи до окончательного ее научного обоснования.
Наиболее ответственным элементом плотины (дамбы обвалова ния) хвостохранилища являются дренажные устройства. Их основпое назначение:
организовать отвод воды, профильтровавшей через дамбу обвалования хвостохранилища, так, чтобы предотвратить выход кривой депрессии на низовой откос намытой из хвостов дамбы
201
обвалования (если откос соответственно не защищен) с возможным при этом местным выпором и предотвратить заболачивание тер ритории, расположенной ниже хвостохранилища;
понизить положение кривой депрессии и тем самым повысить устойчивость низового откоса дамбы обвалования хвостохрани лища с возможным повышением крутизны низового откоса дамбы обвалования и увеличением емкости хвостохранилища, что яв ляется важным при устройстве хвостохранилища в горных рай онах.
Рациональные тины конструкций дренажных устройств пока заны на рис. 83.
При устройство хвостохранилищ в районах с температурами ниже нуля, необходимо довести воду до водоприемного колодца
Рас. 80. Плотина пз гли нистых грунтов на лёс совом основании:
гJ
1 — те л о п л о ти н ы и з гл и н и с т о г о г р у н т а ; 2 — л ё ссо в ы е
с у гл и н к и е ст е ст в е н н о г о |
с л о |
ж е н и я ; 3 — к о р е н н ы е |
п о |
р о д ы ; 4 — го р и з о н т ы п о с л е д о в а т е л ь н о го н а п о л н е н и я х в о ст о х р а н и л и щ а ; 5 — т р е щ ины в те л е п л оти н ы
станции оборотного водоснабжения с положительной температу рой. Для этого необходимо собрать воду, профильтровавшую через дамбу обвалования хвостохранилища, в одном месте и транс портировать ее в водоприемный колодец станции оборотного водоснабжения с заложением водовода ниже глубины промер зания.
При проектировании хвостовых хозяйств, когда основания плотин и дамб сложены из лессовых грунтов, необходимо учиты вать просадочпость последних при замачивании. В связи с этим возводимые на лсссах плотины при заполнении прудов-хвосто- хранилищ могут испытывать неравномерные осадки с образованием трещин в теле плотины (рис. 80) и в основании. Наиболее при способленными к осадкам основаниями являются плотины из гравелистых и песчаных грунтов. Запроектированная институтом Механобр плотина первой очереди Чашинского хвостохранилища Леииногорских обогатительных фабрик на лессовых просадочных грунтах выдержала испытание при наполнении ируда и в насто ящее время удовлетворительно выполняет свое назначение. Такие плотины проектируются тогда, когда возможно постеленное по вышение НПГ по мере намыва па верховом откосе плотины экрана из хвостов.
При необходимости устройства водоудержателыюй плотины, когда поднятие НПГ до проектной отметки производится сразу
202
жо после началй эксплуатации хвостохранилища (до намыва экрана из хвостов), в условиях'основания лёссовых просадочных грунтов наиболее рациональным является тип песчаной плотины (см. рис. 75). Однако откосы такой плотины должны быть более пологими, особенно верховой откос (1 : 3—1 : 4). Иногда при основаниях из просадочных лёссов приходится устраивать и тело плотины также из лёсса. Лёссовые суглинки являются хорошим материалом для устройства земляных плотин. При разработке
иукладке лессовых суглинков в тело нлотипы они уплотняются
итеряют свойства просадочности. Однако необходимо иметь в виду возможность образования трещин в теле плотины при наполнении нруда-хвостохранилища вследствие неравномерного замачивания лёссового основания (см. рис. 80). Поэтому при устройстве в этих условиях плотин из лёссовых суглинков не надо стремиться к их большому уплотнению. Необходимо создать тело плотины такой плотности, чтобы оно хорошо приспосабливалось к осадкам осно вания без образования трещинОбщая рекомендация для этих случаев состоит в том, чтобы верховой откос таких плотин делать более пологим, чем при обычных основаниях из непросадочпых грунтов. Уклон верхового откоса надо назначать в зависимости от высоты плотины. При откосе плотин до 5 м верховой откос
может |
быть |
1 : 2,5—1 : 3, при высоте 5—15 м — 1 : 3—1 : 3,5 |
и при |
высоте |
больше 15 м — 1 : 4—1 : 4,5. |
Б практике проектирования хвостовых хозяйств встречаются случаи, когда образование плотины первой очереди возможно из отвалов вскрыши горных работ. Устройство таких плотин первой очереди разработано в ряде проектов хвостовых хозяйств, соста вленных институтом Механобр. Общие принципы проектирования таких плотин не отличаются от принципов проектирования плотин из обычных грунтов. В этих случаях надо обращать особое вни мание на оценку свойств пород вскрыши по их гранулометри ческому составу и другим физиКо-механическим характеристикам на возможные изменения свойства пород при их замачивании, водостойкость пород, их сопротивляемость процессам выветрива ния. Вопрос о рациональности применения материалов вскрыши горных работ для устройства плотины решается путем технико экономического апализа равнопрочных вариантов конструкций плотин.
А. \1. Беляев [2] указывает на применение для устройства цдотип хвостохранилищ материалов вскрыш и горных работ, отмечает удачи и неудачи этого опыта на Урале. Успех дела во всех случаях решает осторожная- и продуманная система заполнения хвостохранилища, система намыва экрана из хвостов на верховом откосе плотины из материалов вскрыши. Можно допускать значи тельные упрощения в конструкции плотин хвостохрапилшц, если есть уверенность, что при их строительстве и эксплуатации будут обеспечены квалифицированный надзор и квалифицированное руководство работами.
203
При строительство плотин в гидроэнергетике, ирригации, водном трапснорте и водоснабжении накладываются определенные ограничения в отношении качеств грунтов. Так, панример, не применяются для устройства плотин грунты, содержащие значи тельное количество органических примесей (более 1%) и водо растворимых солей (более 3% по массе). При строительстве плотин первой очереди для устройства хвостохрапилищ можно повысить допускаемое количество органических примесей до 5% и водо растворимых солей до 10%.
Большие затруднения при строительстве плотин возникают при укладке в них переувлажненных глинистых грунтов. Такие грунты не уплотняются при их механической укатке. В практике гидро технического строительства в Советском Союзе применяют методы образования плотин из таких грунтов нутем их отсыпки в воду [32]. Для укладки грунтов в тело плотины в этих случаях образуются
вграницах плотины (путем обвалования) водные бассейны глу биной от 0,2 до 1 м. Укладка грунта в эти бассейны слоями от 0,4 до 1,5 м ведется автомашинами пионерным способом. В результате прямого и капиллярного увлажнения грунтов, уплотнения про ходящими самосвалами получается достаточно нлотное и изотроп ное груптовое тело. При таком способе строительство плотин из глинистых грунтов может производиться не только в летнее время, но и в зимний период при морозах до —15—20е С, с употреблением
вдело частично мерзлых грунтов. Этот способ берет свое начало с так называемого узбекского способа устройства земляных пло тин из лёссовых грунтов [33]. В дальнейшем этот способ был при менен на Нивагэсстрое при строительстве земляной плотины из моренных грунтов. На Ириклагэсстрое и Ангаргэсстрое способ отсыпки глинистых грунтов в воду был применен при устройстве водоупорных элементов земляных плотин. Научное обоснование этого способа было произведено лабораторией механики грунтов ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.
Основания плотин хвостохрапилищ обогатительных фабрик па севере Советского Союза нередко сложены из моренных грун тов. Материалом для возведения плотин являются также моренные грунты.
Гранулометрический состав моренных грунтов следующий:
валуны крупностью более 100 мм |
............................. |
20% |
галька от 100 до 10 мм ............................................ |
|
17% |
гравий от 10 до 2 мм ............................................... |
|
9% |
песок от 2 до 0,05 м м ................................................... |
|
43% |
пыль от 0,05 до 0,005 м м ........................................... |
' |
4% |
глина 0,005 м м ........................................ .................... |
7% |
Естественная влажность моренных грунтов — 6—8%. Влаж ность предела раскатывания — 0%, влажность на пределе теку чести — 11—12%, плотность — 2,70—2,74 г/см3. Объемная масса моренного грунта в естественном залегании очепь высока — до 2,3 т/м3.
204
Из моренных грунтов построены: плотины Нивских гидро электростанций, плотины па р. Пиренга, Иало-Коргская пло тина 134].
Для первой очереди хвостохранилшца комбината «Апатиты» была запроектирована земляная плотина из моренных грунтов (рис. 81). 11а некоторых участках плотина отсыпалась непосред ственно на водопасыщешшй слой торфа мощностью до 1,5—2 м. Плотина но была рассчитана на подъем НТ1Г до устройства экрана из хвостов. Однако по сложившимся условиям эксплуатация хвостохранилшца была начата до устройства экрана из хвостов. При этом напор на плотину первой очереди достигал 8 м. На одном из участков плотины па слое торфа произошел оползень верхового откоса.
Для второй очереди хвостохранилшца АНОФ-1 на р. Жемчуж ной была запроектирована к институте Механобр Г. Т. Сазоновым глухая водоудерживающая плотина на р. Черной из моренного грунта высотой 20 м. Плотина была возведена путем отсыпки морепы в воду. За время эксплуатации с 1902 по 1976 г. напор воды увеличился постепенно с 5 до 18 м. Институт Механобр в насто ящее время выполняет нроект наращивания этой плотины па 5 м до отмотки 215.0.
Для второй очереди хвостохранилшца АНОФ-2 комбината «Апатит» в губе Белой озера Имапдра запроектирована огражда ющая (разделительная) дамба из скального грунта (выемки капала
для отвода реки |
Белой) и моренного |
грунта. Проектирование |
и производство |
работ осуществлялось |
в институте Механобр |
Г. Т. Сазоновым и другими в 1965—1967 гг. Отсыпка скального грунта производилась пионерным способом в воду на глубину до 10 м с выдавливанием слоя диатомитовых озерных илов мощ ностью до 7,5 м. Рыхление илов производилось путем массовых взрывов (от 500 до 1500 кг тротила) по подошве фронтального откоса дамбы зарядов по 100 кг; при этом мгновенная осадка дамбы после взрыва достигала 1—2 м. Проведенные Э. Л- Добки-
1 ым1 |
исследования |
при помощи ультразвукового грунтографа |
|
в ВНИИГ им. Б. |
Е. Веденеева показали, что дамба |
продавила |
|
илы |
примерно на |
половину глубины, их залеган-ия. |
За время |
эксплуатации с 1968 г. заметных деформаций откосов и гребня дамбы не произошло. J3 1975 г. дамба была наращена на 2 м .до отметки 132.0 моренным грунтом и на ней был намыт экран из хвостов.
Опыт строительства и эксплуатации этой дамбы подтвер ждает, что в самых сложных геологических условиях могут при меняться достаточно простые конструкции ограждающих соору жений хвостохрапилищ первой очереди.
Конструкция плотины первой очереди Ковдорского хвостохрапилища показана на рис. 82 в условиях сильно фильтрующего основания (проект). Предусматривается постепенное и медленное поднятие НИ Г по мере намыва экрана из хвостов.
205
а
Рис. 81. Земляная плотина первой очереди хвостохраншшща |
комбината «Апатит»: |
|||||
а — |
п р о д о л ь н ы й п р оф и л ь п л о ти н ы , |
б — п оп ер еч н ы й п р о ф и л ь п о А — А , в — п оп ер еч н ы й п р о ф и л ь п о Б — Б ; 1 — в о д о с п у с к н о й к о л л е к т о р ; |
||||
2 — |
в а л у п п о -га л е ч н и к о в ы е |
гр у н ты |
с гр а в и е м и р а зн о зе р н и сты м |
п е ск о м |
е ст е ств е н н о го с л о ж е н и я : 3 — тор ф сл а б о р а з л о ж и в ш и й ся , н асы щ ен н ы й |
|
в о д о й ; 4 - - те л о п л оти н ы и з |
в а л у н н о -га л е ч н и к о в ы х г р у н т о в с |
гр а в и е м |
п |
р а зп о зе р п и е ты м п е ск о м |
||
Рис. 82. Земляная пло тила хвоетохранилища Ковдорской обогатитель ной фабрики (проект):
а — продольный профиль плотины; б — поперечный разрез но А —А, в — попе речный разрез по В —В, 1 —
водоспускной |
коллектор |
|
0 1700 мм; |
г — песок раз |
|
нозернистый с включениями крупнообломочного мате риала, К ~ до 10 м/сут; 3 —
валунно-галечниковые * и гравийные отложения с раз-
нозернистьш песком до 40 %, К = 160 — 180 м/сут; 4 — биотитовый гнейс, разрушеппый до супесчаного со стояния с включением щебня и лреевы, К = 0 ,6 м/сут; 5 — апатитовый гнейс монолит ный, к = до 1 м/сут; 6 — песчаные групты; 7 — пес чано-галечные грунты; s — наслоенный дренаж; 9 — кювет
Для понижения кривой депрессии в тело плотины, предотвра щения выхода фильтрующей воды на низовой откос и организован ного отвода фильтрационных вод в плотинах при возведении их на малопроницаемых основаниях или при высоком стоянии быто вых грунтовых вод в нижнем бьефе устраиваются дренажные призмы из камня. Дренажи снабжаются обратными фильтрами в целях предотвращения выноса мелких частиц грунтов из основ ного тела плотины и ее основания.
Типы дренажных устройств и обратных фильтров приведены на рис. 83. 11а атом чертеже показаны дренажные устройства с обратными фильтрами, которые укладываются на глинистых грунтах. На песчаных грунтах устраиваются двухслойные филь тры с исключением песчаного слоя.
Составы обратных фильтров в зависимости от грунтов основа ния и тела плотины приведены в табл. 39, а спецификация и объемы материалов, необходимых для устройства дренажных призм, —
втабл. 40.
Втабл. 39 приведены составы обратных фильтров для плотин первой очереди, рассчитываемых па длительную эксплуатацию (3—5 лет) как водоудерживающих (без экрана из хвостов).
При отсутствии камня и в целях понижения стоимости устрой
ства дренажной призмы устраиваются дренажные тюфяки
Т а б л и ц а 39
Г р у н т ы , на к о т о р ы е у к л а д ы в а е тся о б р а т н ы й ф и л ь т р
№ с л о я , |
Т о л щ и н а |
гл и н а |
су п е с и |
считая с п и з у |
с л о я , см |
и су г л и н к и |
и м еп к и е |
|
|
|
п е ск и |
ср е д и е п е р н и - сты е п е ск и
к р у п н о з е р н и сты е л е ск и
Г р у н т ы , в х о д я щ и е в с о с т а в |
ф и л ь т р а |
и р а зм е р и х ф р а к ц и и , |
мм |
10.2
0,3
20,2
0,4-0,3
30,2
0.4—0,3
П е с о к |
Л е с о к |
Гравий |
Гравий |
||
. |
1 |
|
dj о= Ю -5 |
||
dю - 0,25-- |
rf10 = i —о,б |
ОII |
0 5 |
||
0,20 |
|
|
|
|
|
Гравии |
Гравий |
Галька |
|
Галька |
|
d 1 0 - ~ 2— 20 |
rfto“ 5— 30 |
</ю=- 35 -25 |
d10=-50-35 |
||
Галька |
Галька |
— |
|
|
— |
<}ц) — 20—15 ,ZJ0^ 30—20
П р и м е ч а н и я .
1. С л о й |
г а л ь к и м о ж е т б ы ть за м ен ен б и ты м |
к и р п и ч о м , щ ебн ем |
и л и к а р ь е р н о й |
м е |
|
л о ч ь ю . |
|
|
|
|
|
2 . Р а зм е р ы ф р а к ц и я о т д е л ь н ы х с л о е в ф и л ь т р а у к а з а н ы О р и е н т и р о в о ч н о . С л о и |
|||||
ф и л ь т р а д о л ж н ы п о д б и р а т ь с я с та к и м р а сч е т о м , ч т о б ы д е й ст в у ю щ и й д и а м е тр d 10 |
б о |
||||
л ее к р у п н о г о |
с т о п |
н е п р е в о с х о д и л п я т и к р а т н о й |
к о н т р о л и р у ю щ е й |
к р у п н о с т и <1вл |
с о |
с е д н е го с л о я , |
т . е . |
d i 0 < 5 (<Ц„). |
|
|
|
3 . В о в т о р о й гр а ф е та б л и ц ы в ч и сл и т е л е у к а з а л а т о л щ и п а с л о я ф и л ь т р а п р и |
|||||
у с т р о й с т в е п о с л е д н е г о н а с у х о , а в я н а м сп а те л е — то л щ и н а п р и о тс ы п к е ф и л ь т р а в |
в о - |
||||
208
2 |
е |
О бъ ем м а тер и а л ов , |
м* |
|
||
др |
|
|||||
3 |
|
|
|
|
|
|
а |
сыВо т а жана , м |
|
|
|
|
|
к |
hH |
лаГь к а |
и |
соеПк |
|
|
Е~ я |
|
|||||
3 |
|
X |
|
X |
|
|
|
о |
|
|
|
||
ц С |
|
?! |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
i |
|
|
|
I |
1,0 |
3,22 |
1,30 |
1,34 |
1,40 |
|
|
1,Г> |
3,97 |
1,50 |
1,54 |
1,00 |
! |
|
2 ,0 |
4,72 |
1,70 |
1,74 |
1,80 |
|
п |
•1,0 |
2,90 |
1,99 |
1.87 |
0,90 |
|
|
1,5 |
3,05 |
2,29 |
2,17 |
1,20 |
|
|
2,0 |
4,40 |
2,59 |
2,47 |
1,50 |
|
Т а б л и ц а 40
ыпиТд р е н а аж |
тосыВа д р е ,ажанм |
немаКь |
кьлаГа |
иварГй |
косеП |
|
|
О бъ ем м а т е р и а л о в , м 8 |
|||
ш |
1,0 |
1,90 |
1,06 |
1,21 |
1,30 |
|
1,5 |
4,00 |
1,50 |
1,66 |
1,76 |
|
2,0 |
6,50 |
1,94 |
2,08 |
2,17 |
IV |
1,0 |
_ |
_ |
_ |
— |
|
1,5 |
2,36 |
2,36 |
2,80 |
1,17 |
|
2,0 |
5,15 |
3,27 |
3,64 |
1,44 |
(рис. 84, а) и трубчатый дренаж, вдвинутый в глубь тела плотины (рис. 84, б). Вода, собираемая трубчатыми дренами, отводится в нижний бьеф поперечными дренами. Дренажные тюфяки пред-
а |
5 |
а — тюфячный дренаж и з труб; б — трубчатый дренаж, 1 — тело нлотипы; 2 — тюфяк и з труб или камня; з — обратные фильтры; 4 — труба из камня, окруженная трехслойным обратным фильтром, с толщиной каждого слоя 0,25— 0,30 м; й — поперечная каменная
или трубчатая дрена; в — облегченное наружное дренаншое покрытие; 7 — деталь дре нажной призмы из труб; 8 — одерновка откоса
ставляют собой слои камня, щебня или труб, окруженные обрат ными фильтрами и вдвинутые в глубь тела плотины для более эффективного понижения линии депрессии [30].
Размеры дренажных призм по высоте и расположение вдвину тых дренажей определяются расчетом, исходя из заглубления кривой депрессии па 1—1,5 м. В случае наличия воды в нижнем бьефе превышение отметки гребня дренажной призмы над наивыс шим горизонтом воды должно быть не меньше 0,5 м.
Приведенные выше конструкции дренажей применяются при устройстве плотин гидроэнергетических узлов, в ирригационных сооружениях. При устройстве плотин хвостохранилищ можно допускать снижение требований к дренажным устройствам и осо бенно к обратным фильтрам. Последние следует делать более грубыми и не более чем двухслойными. В большинстве случаев