Самотечное дренажное устройство гидроотвала отходов промышленных предприятий

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при складировании в гидроотвалы отходов промышленных предприятий, например золошлаков тепловых станций, хвостов рудообогащения. Самотечное дренажное устройство гидроотвала включает горизонтальную дрену, водосбросный колодец, размещенный полностью в отходах и сообщенный в пределах водоприемной части посредством сливного устройства с горизонтальной дреной, а в пределах фундаментной части - с отводящим коллектором, и перегораживающее устройство, отделяющее отходы от отводящего коллектора, которое размещено в фундаментной части колодца и выполнено водопроницаемым. Колодец заполнен фильтрующим материалом, коэффициент фильтрации которого удовлетворяет соотношению: К ≥ Q/ω, где Q - расчетный расход воды дрены; ω - площадь поперечного сечения водоприемной части колодца. Сливное устройство выполнено в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала, заключающего в себя верх водоприемной части колодца и гидравлически сообщенного с горизонтальной дреной. Перегораживающее устройство выполнено в виде решетки или в виде перекрытия с проходящей через него перфорированной трубой. Изобретение обеспечивает снижение затрат на создание дренажного устройства гидроотвала, повышает надежность и упрощает эксплуатацию дренажного устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при создании самотечного дренажного устройства гидроотвала отходов промышленных предприятий, например золошлаков тепловых станций, хвостов рудообогащения и др.

Известно дренажное устройство гидроотвала, включающее горизонтальную дрену и отводящий водовод, пересекающий упорную призму гидроотвала и далее размещаемый за пределами тела гидроотвала (Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков А.Д. Гидроотвалы на карьерах. - М.: Недра, 1977, с. 130, рис. VI.4).

Недостатком известного дренажного устройства гидроотвала является большая протяженность отводящего водовода, пересекающего упорную призму, при этом в суровых климатических условиях требуется надлежащая эксплуатация открытого (наружного) участка отводящего водовода. Все это увеличивает затраты а создание гидроотвала, снижает его надежность и усложняет эксплуатацию.

Известно также дренажное устройство гидроотвала, включающее горизонтальную дрену, сообщенную посредством сливного устройства с действующим (по своему прямому назначению) водосбросным колодцем (авторское свидетельство СССР N 1301911, кл. E 02 B 7/06, 1987).

Недостатком этого дренажного устройства является то, что для его постоянного функционирования колодец долен быть выполнен на полную высоту гидроотвала, что экономически не всегда целесообразно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самотечное дренажное устройство гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающее горизонтальную дрену и водосбросный колодец, размещенный полностью в отходах, сообщенный в пределах водоприемной части посредством сливного устройства с горизонтальной дреной, а в пределах фундаментной части - с отводящим коллектором, при этом колодец снабжен размещенным на его боковых стенках перегораживающим устройством, плотно закрывающим колодец сверху и отделяющим отходы от отводящего коллектора (Евдокимов П.Д., Сазонов Г.Т. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. Изд. 2, перераб. и доп. - М.: Недра, 1978, с. 232, рис. 100).

Недостатком такого дренажного устройства гидроотвала являются высокие затраты на его создание. Это обуславливается тем, что гидроскладивароние отходов над закрытым сверху полым колодцем ведет к существенному увеличению нагрузок на несущие элементы колодца, прежде всего на шандоры и стойки. Дополнительно, фундаментная часть такого колодца подвергается воздействию падающей дренажной воды в течение всего срока функционирования гидроотвала. Все это обуславливает дополнительные затраты на устройство водосбросного колодца, которые по сути являются затратами на дренажное устройство, задействование которого обычно осуществляется через 5-10 лет после этих затрат.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение затрат на создание дренажного устройства гидроотвала. Технический же результат от использования изобретения заключается в снижении нагрузок от отходов и дренажной воды на элементы водосбросного колодца после выведения его из цикла гидравлического складирования отходов и использования его в качестве водоотводящего (водосборного) элемента дренажного устройства при создании гидроотвала практически на неограниченную высоту.

Этот технический результат достигается тем, что в самотечном дренажном устройстве гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающем горизонтальную дрену и водосбросный колодец, размещенный полностью в отходах, сообщенный в пределах водоприемной части посредством сливного устройства с горизонтальной дреной, а в пределах фундаментной части - с отводящим коллектором, и снабженный перегораживающим устройством, сопряженным с боковыми стенками водосбросного колодца и отделяющим отходы от отводящего коллектора, согласно изобретению перегораживающее устройство размещено в фундаментной части колодца и выполнено водопроницаемым, а колодец заполнен фильтрующим материалом, водопроницаемость которого обеспечивает пропуск через себя расчетного расхода воды в безнапорном режиме. Дополнительно, сливное устройство выполнено в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала, заключающего в себя верх водоприемной части колодца и гидравлически сообщенного с горизонтальной дреной, при этом в пределах фильтрующего материала боковые стенки колодца выполнены водопроницаемыми. Перегораживающее устройство целесообразно выполнять в виде решетки или в виде перекрытия с проходящей через него трубой, причем верхняя часть трубы, находящаяся над перекрытием, выполнена с закрытым торцом и посредством перфорации гидравлически сообщена с фильтрующим материалом, а нижняя часть трубы, находящаяся под перекрытием, гидравлически сообщена с отводящим коллектором.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что колодец заполнен фильтрующим материалом заданной водопроницаемости, который отделен от отводящего коллектора водопроницаемым перегораживающим устройством. Именно это предотвращает элементы замытого складируемыми отходами колодца от перегрузки и обеспечивает длительную работу колодца в качестве элемента самотечной дренажной системы гидроотвала.

На фиг. 1 показан план дренажной системы гидроотвала; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1 в пределах водосбросного колодца, сливное устройство в виде трубы и перегораживающее устройство в виде решетки; на фиг. 4 - то же, что и на фиг. 3, сливное устройство в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала и перегораживающее устройство в виде перекрытия с перфорированной трубой.

Дренажное устройство гидроотвала 1, емкость которого по мере ее заполнения отходами 2 образуют дамбами первичной 3 и наращивания 4 (фиг. 2), включает горизонтальную дрену 5 и водосбросный колодец 6 с отводящим коллектором 7. Колодец 6 размещен полностью в отходах 2 (замыт складируемыми отходами), заполнен фильтрующим материалом 8, коэффициент фильтрации которого удовлетворяет соотношению: где Q - расчетный расход воды дрены; ω - площадь поперечного сечения водоприемной части колодца.

Водоприемная (шандорная) часть 9 колодца 6 в своей верхней части гидравлически сообщена с горизонтальной дреной 5 посредством сливного устройства, выполненного в виде сливной трубы 10, один конец которой сообщен с дренажной трубой 11 дрены 5, а другой - с полостью 12 (фиг. 3), созданной под плитой 13, опирающейся на стенки колодца 6 и накрывающей его. Дно полости 12 покрыто металлической решеткой 14, размещенной на слое 15 крупного щебня (гравия), и снабжено расщепителем потока 16. Фундаментная же часть 17 колодца 6 сообщена с отводящим коллектором 7 посредством соединительной трубы 18 (фиг. 1), водное отверстие 19 которой перекрыто водопроницаемым перегораживающим устройством, выполненным в виде решетки 20, отделяющей фильтрующий материал 8 (следовательно, и отходы 2) от отводящего коллектора 7. Решетка 20 размещена в пазах направляющих элементов 21, выполненных на глухой (бесшандорной) боковой стенке 22 колодца 6 между его стойками 23.

Сливное и перегораживающее устройства могут иметь отличное от описанного выполнение. Так, при выполнении дрены 5 в виде дренажной ленты (безтрубной) и в непосредственной близости от колодца 6 сливное устройство может быть выполнено в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала 24 (фиг. 4), заключающего в себя верх водоприемной части 9 колодца 6 и гидравлически сообщенного соединительной дренажной лентой 25 с дреной 5. В пределах фильтрующего материала 24 шандорами 26 выполнены щели 27, которые обеспечивают водопроницаемость боковых стенок колодца 6, а сам фильтрующий материал 24 со всех сторон заключен в водопроницаемый геотекстиль 28.

Перегораживающее устройство может быть выполнено в виде перекрытия 29 с проходящей через него трубой 30. Перекрытие опирается на фундаментную часть 17 колодца 6, верхняя часть трубы 30, находящаяся над перекрытием 29 выполнена с закрытым крышкой 31 торцом, посредством отверстий перфорации 32 гидравлически сообщена с фильтрующим материалом 8 и покрыта геотекстилем 28, а нижняя часть трубы 30, находящаяся под перекрытием 29, опирается на дно 33 колодца 6 и посредством выпускных отверстий 34 гидравлически сообщена с соединительной трубой 18, а следовательно, и с отводящим коллектором 7.

В качестве фильтрующих материалов 8 и 24, а также при создании дрены 5 и соединительной ленты 25 в золоотвалах целесообразно использовать сортированный шлак, а между решеткой 20 и фильтрующим материалом 8 выполнять обратный фильтр (на чертеже не показан).

Создание дренажного устройства осуществляют после оттеснения складируемыми отходами отстойного пруда 35 к очередному водосборному колодцу 36 (фиг. 1) и выключения таким образом колодца 6 из цикла гидравлического складирования отходов. При этом намыв отходов 2 осуществляют преимущественно поочередно от бортов 37 гидроотвала 1, что облегчает как создание по частям дрены 5, так и придание ей уклона, необходимого для ее самотечности.

Дренажное устройство работает следующим образом.

Собранная дреной 5 вода самотечно по сливной трубе 10 (фиг. 3) поступает в полость 12 колодца 6. Далее эта дренажная вода под действием гравитации, обеспечивающей гидравлический градиент фильтрации, равный единице, по фильтрующему материалу 8 движется вертикально вниз и через решетку 20 поступает в соединительную трубу 18, а затем в отводящий коллектор 7, по которому вода отводится за пределы гидроотвала 1. Выполнение предъявленного к величине коэффициента фильтрации материала 8 требования обеспечивает самотечное и безнапорное движение воды в колодце. Одновременно материал 8 создает противодавление на стенки колодца 6 и тем самым предотвращает элементы колодца (шандоры) от перегрузки при намыве отходов над колодцем на большую высоту. Решетка 14, слой щебня 15 и расщепитель 16 защищают фильтрующий материал 8 от размыва.

При выполнении сливного устройства в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала 24 (фиг. 4) вода из дрены 5 поступает по соединительной ленте 25 в фильтрующий материал 24 и через открытый торец колодца 6 и по щелям 27 в фильтрующий материал 8. Геотекстиль 28 не препятствует передаче давления от складируемых отходов на материал 8, что положительно сказывается на величине противодавления от материала 8 на стенки колодца 6. Выполнение перегораживающего устройства в виде перекрытия 29 с перфорированной трубой 30 позволяет воде из материала 8 по трубе 30 поступать под плиту 29, а по соединительной трубе 18 - в отводящий коллектор 7.

В результате работы дренажного устройства осуществляется интенсивное осушение наименее устойчивых зон отходов, повышение их прочностных характеристик и устойчивости за счет понижения кривой депрессии 38. Заполнение же по особым правилам водосбросного колодца фильтрующим материалом позволяет с высокой степенью надежности использовать выведенный из цикла гидравлического складирования колодец и его отводящий коллектор для отвода дренажной воды, что снижает затраты на создание дренажного устройства гидроотвала и повышает его надежность.

Формула изобретения

1. Самотечное дренажное устройство гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающее горизонтальную дрену и водосбросный колодец, размещенный полностью в отходах, сообщенный в пределах водоприемной части посредством сливного устройства с горизонтальной дреной, а в пределах фундаментной части - с отводящим коллектором, и снабженный перегораживающим устройством, сопряженным с боковыми стенками водосбросного колодца и отделяющим отходы от отводящего коллектора, отличающееся тем, что перегораживающее устройство размещено в фундаментной части колодца и выполнено водопроницаемым, а колодец заполнен фильтрующим материалом, коэффициент фильтрации которого удовлетворяет соотношению где Q - расчетный расход воды дрены; ω - площадь поперечного сечения водоприемной части колодца.

2. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что сливное устройство выполнено в виде сосредоточенно размещенного фильтрующего материала, заключающего в себя верх водоприемной части колодца и гидравлически сообщенного с горизонтальной дреной, при этом в пределах этого фильтрующего материала боковые стенки колодца выполнены водопроницаемыми.

3. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что перегораживающее устройство выполнено в виде решетки.

4. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что перегораживающее устройство выполнено в виде перекрытия с проходящей через него трубой, причем верхняя часть трубы, находящаяся над перекрытием, выполнена с закрытым торцом и посредством перфорации гидравлически сообщена с фильтрующим материалом, а нижняя часть трубы - с отводящим коллектором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4