Способ возведения насыпного золошлакоотвала в зоне распространения вечной мерзлоты

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к возведению насыпных золошлакоотвалов в зоне распространения вечной мерзлоты. Способ включает возведение из грунта первичной дамбы, поярусную отсыпку золошлаков в секции и их промораживание естественным путем в холодное время года и отвод в водосборную емкость стоков, образовавшихся из осадков и загрязненных в секции, в теплое время года. Водосбросную емкость создают в пределах площади секции и с отметкой дна, повышающейся в процессе отсыпки золошлаков в ярус, а наружной поверхности яруса придают уклон в сторону водосборной емкости. В теплое время года в секции осуществляют пылеподавление водой, взятой из водосборной емкости и с интенсивностью, обеспечивающей, по меньшей мере, полуопорожненное состояние водосборной емкости на начало холодного времени года. Повышается эффективность возведения насыпного золошлакоотвала мерзлого типа и улучшается экологическое состояние окружающей среды. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к возведению насыпных золошлакоотвалов в зоне распространения вечной мерзлоты.

Известен способ возведения золоошлакоотвала, в котором заданная скорость наращивания золошлакоотвала по высоте обеспечивает аккумулирование всей инфильтрующей в него влаги атмосферных осадков и пылеподавления за счет "свободно удерживаемой" равновесной влажности золошлаков W_max, то есть только за счет "бессточного" повышения влажности золошлаков (А.с. СССР №1792462, МПК Е 02 В 7/06, опубл. 30.01.93).

Влажность W_max у золошлаков обычно не превышает величины 0,4, которая обеспечивает степень влажности (отношение объема воды к объему пор в единице объема золошлаков) G около 0,3, поэтому большая часть объема пор остается не заполненной водой, что обуславливает высокую скорость наращивания такого "бессточного" золошлакоотвала. В Северной же строительно-климатической зоне в продолжительное холодное время года твердые осадки (снег) послойно консервируются в промерзающих золошлаках, что ведет к непроизводительному использованию емкости золошлакоотвала, а в теплое время года, особенно весеннее, загрязненный сток с промороженной поверхности золошлакоотвала ухудшает экологическое состояние окружающей среды.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения насыпного золошлакоотвала в зоне распространения вечной мерзлоты, включающий возведение из грунта первичной дамбы, поярусную отсыпку золошлаков в секции и их промораживание естественным путем в холодное время года, отвод за пределы золошлакоотвала в водосборную емкость стоков, образовавшихся из осадков и загрязненных в заполняемой секции, в теплое время года и создание на наружном откосе золошлакоотвала выше гребня первичной дамбы рекультивационного слоя. При этом первичной дамбой огараживают всю площадь золошлакоотвала, который водопроницаемыми внутренними дамбочками разделяют на секции с годовым объемом складирования золошлаков, а всю загрязненную в секции складирования воду отводят последовательно через незаполненные секции (А.с. СССР №1693178, МПК Е 02 В 7/06, опубл. 23.11.91).

В этом способе, как и в предыдущем, при отсыпке золошлаков в холодное время года осадки не заполняют поры в золошлаках, а послойно в них консервируются. При отводе же в теплое время года загрязненного стока с заполняемой секции происходит его смешивание с чистым стоком незаполненных секций, что увеличивает объем водосборной емкости, создание которой за пределами золошлакоотвала связано с усложнением работы, увеличением затрат и занимаемых площадей. При этом сама водосбросная емкость может стать источником загрязнения среды.

Задача изобретения заключается в аккумуляции в порах золошлаков всех атмосферных осадков, загрязненных при возведении насыпного золошлакоотвала мерзлого типа и обеспечении его "бессточности", что ведет к повышению эффективности возведения насыпного золошлакоотвала мерзлого типа за счет упрощения работ, сокращения затрат, уменьшения занимаемых площадей и улучшения экологического состояния окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в способе возведения насыпного золошлакоотвала в зоне распространения вечной мерзлоты, включающем возведение из грунта первичной дамбы, поярусную отсыпку золошлаков в секции и их промораживание естественным путем в холодное время года и отвод в водосборную емкость стоков, образовавшихся из осадков и загрязненных в секции, в теплое время года, согласно изобретению водосбросную емкость создают в пределах площади секции и с отметкой дна, повышающейся в процессе отсыпки золошлаков в ярус, а наружной поверхности яруса придают уклон в сторону водосбросной емкости. В теплое время года в секции осуществляют пылеподавление водой, взятой из водосбросной емкости и с интенсивностью, обеспечивающей, по меньшей мере, полуопороженное состояние водосбросной емкости на начало холодного времени года.

Кроме того, золошлаки отсыпают сразу на полную высоту яруса, при этом объем золошлаков в ярусе равен их годовому объему отсыпки, а высота яруса h_я удовлетворяет условию

где q_и - расчетная величина годовых атмосферных осадков, подлежащих аккумулированию в секции золошлакоотвала;

n - расчетная пористость золошлаков в ярусе;

G_я - расчетная степень влажности золошлаков в полностью отсыпанном ярусе после приема им в себя расчетных годовых атмосферных осадков q_и;

G_н - начальная степень влажности золошлаков при их расчетной начальной влажности перед отсыпкой и при их расчетной пористости n в ярусе.

Кроме того, водосбросную емкость создают в средней части площади секции между частью яруса, отсыпанного в холодное время года, и частью яруса, отсыпанного в теплое время года. Часть яруса, отсыпанного в холодное время года, размещают над такой же частью предыдущего яруса и отсыпают ее в плане в такой же последовательности, при этом наружную поверхность каждого яруса покрывают слоем фильтрующего грунта или грунтоподобного материала, который непосредственно примыкает к водоприемной емкости. Одновременно с отсыпкой золошлаков в ярус в водоприемную емкость, по меньшей мере, дискретно отсыпают фильтрующий материал, причем с опережением повышающегося дна этой емкости.

Целесообразно при отсыпке золошлаков в ярус снег, находящийся перед торцом яруса, перемещать, причем загрязненный - в водоприемную емкость, а чистый - на наружный откос вторичной дамбы. При необходимости отсыпку золошлаков в ярус осуществляют послойно.

Предлагаемый способ складирования золошлаковых отходов позволяет при возведении насыпного золошлакоотвала мерзлого типа заполнить поры золошлаков замерзающей водой более полно, чем заполнение пор водой в насыпном золошлакоотвале талого типа только за счет свободно удерживаемой влажностью W_max, и возвести таким образом бессточный золошлакоотвал с относительно высокой скоростью его наращивания.

На фиг.1 изображен равнинный золошлакоотвал, план; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - овражно-балочный золошлакоотвал, план; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3. На фиг.2 и фиг.4 степень уменьшения горизонтальных размеров в 2 раза превышает степень уменьшения вертикальных размеров.

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1 (фиг.1 и фиг.2).

Насыпной золошлакоотвал равнинного типа на мерзлом основании 1 возводят путем последовательного заполнения золошлаками 2 секции 3. Сначала по периметру секции 3 из грунта возводят первичную дамбу 4 мерзлого типа, которая образует емкость для складирования первого яруса 5 золошлаков. Емкость для каждого последующего яруса создают путем возведения из грунта вторичных дамб 6. При возведении первичной дамбы 4 используют грунт основания 1 с образованием в средней части секции 3 углубления 7, которое образует нижнюю часть водосборной емкости 8. Золошлаки 2 отсыпают в ярус 5 с их промораживанием естественным путем в холодное время года и сразу на его полную высоту по схеме "под откос", при этом объем золошлаков в ярусе 5 равен их годовому объему отсыпки в секцию 3. В каждом ярусе 5 в средней части площади секции 3 над углублением 7 между частью 9 яруса 5, отсыпаемой в холодное время года (то же: зимняя часть яруса), и частью 10 яруса 5, отсыпаемой в теплое время года (то же: летняя часть яруса), путем несмыкания этих частей яруса создают водосбросную емкость 8, отметку дна 11 которой в процессе отсыпки золошлаков повышают путем заполнения водосборной емкости 8 золошлаками. Наружной поверхности ярусов 5 придают уклон в сторону водосборной емкости 8. Это обеспечивает в теплое время года отвод стоков, образовавшихся из жидких и зимних твердых осадков и загрязненных в секции, в водосборную емкость 8 и использование этих стоков для пылеподавления в секции преимущественно над летней частью 10 яруса (средства подачи воды не показаны). Пылеподавление водой осуществляют с интенсивностью, обеспечивающей, по меньшей мере, полуопороженное состояние водосборной емкости 8 на начало холодного времени года.

Площадь секции назначают из условия, что бы при заданном годовом объеме отсыпки в секции золошлаков высота яруса h_я, а следовательно, скорость наращивания секции по высоте, удовлетворяла ранее приведенному условию:

Зимнюю часть 9 яруса размещают над такой же частью 9 предыдущего яруса и отсыпают в плане в такой же последовательности. Последнее обеспечивает относительно равномерное промораживание по всей площади этой части яруса.

Наружную поверхность каждого яруса 5 от ветровой и водной эрозии защищают слоем 12, который выполняют толщиной обычно не более 0,05-0,1 метра из фильтрующего грунта или шлака и примыкают его к водоприемной емкости 8. Одновременно с отсыпкой золошлаков в ярус 5 в водоприемную емкость 8 дискретно и с опережением повышающегося дна 11 этой емкости отсыпают фильтрующий материал, образуя, таким образом, фильтрующий канал 13, который обеспечивает гидравлическую связь фильтрующих слоев 12 с водосбросной емкостью 8. Последнее в существенной мере способствует распространению стоков из водосбросной емкости 8 по всему объему отсыпаемых в секцию 3 золошлаков. Этому также способствует то, что при высоте яруса 1,5-2,0 метра и более у подошвы яруса, обычно временно, сохраняется талая прослойка.

При отсыпке золошлаков в зимнюю часть 9 яруса снег, находящийся перед торцом яруса, перемещают, при этом загрязненный снег - в водосбросную емкость 8, а чистый снег (при необходимости) - на наружный откос вторичной дамбы 6. Первое предотвращает захоронение в золошлаках слоя снега, а второе уменьшает расчетную величину годовых атмосферных осадков q_и. Зимняя часть 9 яруса может быть отсыпана послойно. Это обеспечивает его качественное промораживание, но при этом усложняется пылеподавление.

Первичная дамба 4 и вторичные дамбы 6 возводят обычно в теплое время года с последующим промораживанием их в холодное время года. Эти дамбы возвышаются на отсыпаными золошлаками и предотвращают истечение загрязненных стоков из секции, а так же уменьшают вынос из секции продуктов ветровой эрозии, в том числе и в виде загрязненного снега. Одновременно с этим дамбы 4 и 6 защищают наружный откос от ветровой и водной эрозии и выполняют функции рекультивационного слоя.

Въезд в секцию 3 осуществляют через пандус 14, который по мере заполнения секции 3 поярусно наращивают. После отсыпки верхнего (пятого) яруса 15 поверхность золошлаков планируют и защищают рекультивационным слоем 16. Со временем вся секция 3 в зоне распространения вечной мерзлоты приобретает состояние вечномерзлого массива.

Дальнейшую отсыпку золошлаков осуществляют в последующую секцию 17, примыкающую к заполненной. При этом водосборная емкость 8 может непосредственно примыкать к наружному откосу заполненной секции.

В качестве примера определим высоту "годового" яруса h_я по ранее приведенному неравенству при следующих параметрах: q_и=0,4 метра; n=0,6; G_я=0,5; G_н=0,1

В Северно-восточных районах России среднее годовое количество осадков обычно менее 0,4 метра. Поэтому возведение бессточного насыпного золошлакоотвала мерзлого типа (среднегодовые температуры отрицательные) в этих районах является осуществимым. При промерзании золошлаков в них постоянно происходит перераспределение влаги. Поэтому соблюдение всей совокупности действий, предусмотренных предложенным способом, позволит насытить золошлаки стоками до величины их степени влажности G_я=0,6-0,7 и осуществить, таким образом, возведение бессточного золошлакоотвала при годовых количествах осадков 0,6-0,7 метра и более. При этом захоронение в ограниченном количестве осадков в виде льда и снега, преимущественно в пределах водосбросной емкости, не ухудшает предложенный способ.

Пример 2 (фиг.3 и фиг.4).

Насыпной золошлакоотвал в овражно-балочном понижении рельефа возводят аналогично описанному равнинному. При этом секции 3 размещают последовательно от вершины понижения (оврага) к его устью. Возведение золошлакоотвала начинают с возведения нефильтрующей мерзлой водоподъемной плотины 18, снабженной временными замораживающими колонками 19 и перегораживающей понижение у ее вершины, и водоотводящих канав 20 в бортах 21 понижения. Емкость под первый выравнивающий ярус 22 золошлаков создают путем возведения первичной дамбы 4, перегораживающей понижение на расстоянии в сторону устья понижения от водоприемной плотины 18, а под верхние яруса - путем возведения вторичных дамб 6. Водоприемную емкость 8 в секции 3 в плане совмещают с тальвегом 23 понижения, а в выравнивающий ярус 22 золошлаки отсыпают слоями 24 (показаны пунктиром).

1. Способ возведения насыпного золошлакоотвала в зоне распространения вечной мерзлоты, включающий возведение из грунта первичной дамбы, поярусную отсыпку золошлаков в секции и их промораживание естественным путем в холодное время года и отвод в водосборную емкость стоков, образовавшихся из осадков и загрязненных в секции, в теплое время года, отличающийся тем, что водосборную емкость создают в пределах площади секции и с отметкой дна, повышающейся в процессе отсыпки золошлаков в ярус, а наружной поверхности яруса придают уклон в сторону водосборной емкости, при этом в теплое время года в секции осуществляют пылеподавление водой, взятой из водосборной емкости с интенсивностью, обеспечивающей, по меньшей мере, полуопорожненное состояние водосборной емкости на начало холодного времени года.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что золошлаки отсыпают сразу на полную высоту яруса, при этом объем золошлаков в ярусе равен их годовому объему отсыпки, а высота яруса h_я удовлетворяет условию

где q_u - расчетная величина годовых атмосферных осадков, подлежащих аккумулированию в секции золошлакоотвала;

n - расчетная пористость золошлаков в ярусе;

G_я - расчетная степень влажности золошлаков в полностью отсыпанном ярусе после приема им в себя расчетных годовых атмосферных осадков q_u;

G_н - начальная степень влажности золошлаков при их расчетной начальной влажности перед отсыпкой и при их расчетной пористости n в ярусе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водосборную емкость создают в средней части площади секции между частью яруса, отсыпанного в холодное время года, и частью яруса, отсыпанного в теплое время года.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть яруса, отсыпаемую в холодное время года, размещают над такой же частью предыдущего яруса и отсыпают в плане в такой же последовательности, при этом наружную поверхность каждого яруса покрывают слоем фильтрующего грунта или грунтоподобного материала, который непосредственно примыкает к водосборной емкости.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водосборную емкость отсыпают, по меньшей мере, дискретно фильтрующий материал, причем с опережением повышающегося дна этой емкости.

6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что при отсыпке золошлаков в ярус снег, находящийся перед торцом яруса, перемещают, причем загрязненный - в водосборную емкость, а чистый - на наружный откос вторичной дамбы.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсыпку золошлаков в ярус осуществляют послойно.