Секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, способ ее создания и способ ее консервации
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при создании шламонакопителей, хвостохранилищ и золоотвалов при складировании в них отходов и при их консервации. Секция гидроотвала содержит ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство, выполненное из полимерного рулонного материала, расположенное на основании секции и верховом откосе ограждающего сооружения и покрытое фильтрующим защитным слоем, водосбросной колодец с отводящим коллектором, систему гидротранспорта отходов и дренажную систему, трубчатые дрены которой в плане размещены в пределах пляжной зоны в фильтрующем защитном слое противофильтрационного устройства и по периметру секции образуют дренажные участки. Распределительный пульповод системы гидротранспорта расположен на ограждающем сооружении и снабжен группами выпусков, а дренажные участки снабжены отводящими коллекторами, каждый из которых за пределами секции снабжен запорным устройством и водоводом сообщен с системой гидротранспорта. При создании секции каждую группу выпусков распределительного пульповода располагают в плане над одним дренажным участком, а секцию снабжают средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны. После намыва в секцию отходов первого яруса посредством средства ведут наблюдение за уровнем поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, а из дренажных участков забирают воду и направляют в систему гидротранспорта отходов с интенсивностью, обеспечивающей установление по периметру секции безопасной отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны намываемого яруса. При консервации секции гидроотвала осуществляют намыв над секцией тела консервации, после чего осуществляют рекультивацию поверхности тела консервации. Перед намывом тела консервации из условий безопасности определяют максимальную отметку поверхности грунтовой воды в отходах перед ограждающим сооружением ▼макс и объем воды q, направляемой из дренажной системы в систему гидротранспорта отходов. При намыве тела консервации ведут наблюдение за отметкой поверхности грунтовой воды перед ограждающим сооружением ▼нам, а поступление в секцию из пульпы объема воды а ограничивают условием ▼нам≤▼макс, т.е. водный годовой баланс воды Б секции обеспечивают отрицательным или равным нулю. Группа изобретений повышает надежность секции и снижает затраты. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при создании шламонакопителей, хвостохранилищ и золоотвалов при складировании в них отходов и при их консервации.
Известна секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающая первичную дамбу обвалования, выполненную из грунтового материала, и тело секции, непрерывно наращиваемое односторонним намывом зернистых отходов. При намыве крупные фракции оседают на пляже и образуют упорную призму ограждающего сооружения, а мелкие фракции откладываются в отстойном пруде [1, стр.515 и 516, рис.21.4, б]. Однако создание такой экономичной секции возможно, когда исходные отходы содержат фракции диаметром менее 0,074 мм не свыше 50% по весу, что ограничивает область применения секции [2, стр.71, п.8.30]. При этом такая секция загрязняет подземные и поверхностные воды.
Известна секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающая ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала в виде первичной дамбы обвалования и дамб наращивания, систему гидротранспорта отходов, распределительный пульповод которой расположен на ограждающем сооружении и снабжен группами выпусков. Эти выпуски осуществляют отбор пульпы из распределительного пульповода и направляют пульпу в секцию, где поярусно намывается пляжная зона с пляжем намыва над ней и прудковая зона с отстойным прудом над ней. Секция также содержит дренажную систему, трубчатые дрены которой выполнены с фильтрующей подготовкой и в пределах пляжной и прудковой зон образуют дренажные участки с отводящими коллекторами, расположенными по периметру секции. В такой дренированной секции обычно предусматривается водосбросный колодец с водоотводящим коллектором, который является резервным [3].
Такая секция недостаточно надежна в эксплуатации и не отвечает современным экологическим требованиям. Во-первых, точность прогнозирования объема выводимой дренажной системой из секции фильтрующей воды не достаточна для практики. Во-вторых, в мелкодисперсных отходах фильтрующая подготовка и фильтры дренажных труб могут кольматировать, причем тем плотнее и быстрее, чем выше входные градиенты фильтрации в них и чем дольше дренажный участок находится в работе, поэтому не регулируемая при работе дренажная система не может постоянно оставаться надежным источником воды для системы гидротранспорта отходов. В-третьих, такая секция без противофильтрационного устройства загрязняет подземные и поверхностные воды. Первые два недостатка обуславливают необходимость выполнения в секции затратного резервного водосбросного колодца с коллектором, а третий создает экологические проблемы.
Вышеописанная секция дополнительно может содержать противофильтрационное устройство, выполненное из рулонного материала, расположенное на основании секции и верховом откосе ограждающего сооружения и покрытое защитным слоем из грунта [4]. Это устраняет ранее указанный третий недостаток секции, однако надежность такой секции при постоянной работе дренажной системы остается недостаточной из-за кольматажа отходами фильтрующей подготовки и фильтров дренажных труб.
Известен способ создания секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающий выполнение из грунтового материала первичной дамбы обвалования и непрерывное наращивание односторонним намывом из отходов тела секции с намывом упорной призмы из крупных фракций и отстойного пруда из мелких фракций [1, стр.515 и 516, рис.21.4, б]. Однако применение такого простого способа возможно, когда исходные отходы содержат фракции диаметром менее 0,074 мм не свыше 50% по весу, что ограничивает область применения способа. При этом происходит загрязнение подземных и поверхностных вод.
Известен способ консервации секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, согласно которому в секцию намывают отходы до проектной отметки, после чего намыв прекращают и осуществляют консервацию [2, стр.123-124]. Однако конечное состояние поверхности гидроотвала не обеспечивает удобный для консервации рельеф, поэтому при планировке центральную часть секции наращивают отходами, взятыми из пляжной зоны, и привозным карьерным грунтом. При этом ограждающие дамбы, воспринимавшие в процессе намыва отходов в секцию расчетные гидравлические нагрузки, срезают по высоте до 20 процентов. Дополнительно, наличие неконсолидированных водонасыщенных отходов в центральной части секции не позволяет начать работы по консервации длительное время после завершения намыва отходов, что затягивает консервацию секции и передачу ее площади для дальнейшего использования. Кроме этого, конечный коэффициент заполнения гидроотвала при таком способе консервации равен 0,75-0,85, а планировочные работы и затягивание консервации обуславливают аномальное поступление в атмосферу мелких фракций отходов в виде пыления, особенно на золоотвалах. Все это ведет к высоким затратам средств и к существенным экологическим издержкам.
Известна секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающая ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство, выполненное из полимерного рулонного материала, расположенное на основании секции и на верховом откосе ограждающего сооружения и покрытое защитным слоем из грунта, водосбросный колодец с отводящим коллектором, систему гидротранспорта отходов, распределительный пульповод которой расположен на ограждающем сооружении, снабжен группами выпусков, осуществляющих отбор пульпы из распределительного пульповода, и обеспечивает подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней. Секция также включает дренажную систему, трубчатые дрены которой в плане размещены в пределах пляжной зоны отходов и по периметру секции образуют дренажные участки, отводящие коллекторы которых выведены за пределы секции [1, стр.509-523, рис.21.1, 21.7 и 21.10].
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известной секции гидроотвала, является отсутствие средств управления дренажной системой и контроля результата ее работы. Это не позволяет оптимизировать работу дренажной системы, а также использовать ее в качестве резервного и/или дополнительного средства подачи воды из секции в систему гидротранспорта отходов при создании секции и единственного такого средства после вывода из эксплуатации водосбросного колодца, например, при консервации секции, что увеличивает затраты на создание секции.
Известен способ создания секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающий выполнение из грунтового материала ограждающего сооружения, выполнение из полимерного рулонного материала на основании секции и верховом откосе ограждающего сооружения противофильтрационного устройства с защитным слоем из грунта, размещение в пределах пляжной зоны отходов трубчатых дрен дренажной системы с образованием по периметру секции дренажных участков с отводящими коллекторами, выведенными за пределы секции, и возведение водосбросного колодца с отводящим коллектором. После чего на ограждающем сооружении располагают распределительный пульповод системы гидротранспорта с группами выпусков, обеспечивающих отбор пульпы из распределительного пульповода, и производят подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней [1, стр.509-523].
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа создания секции гидроотвала, является то, что режимом работы дренажной системы не управляют. Поэтому дренажная система работает в неоптимальном естественном режиме, что не обеспечивает работоспособность дренажной системы на весь срок намыва отходов в секцию и в ее тело консервации.
Известен способ консервации секции гидроотвала, образованной ограждающим сооружением и заполненной до проектной отметки отходами, включающий намыв из подаваемых по пульповоду отходов над секцией тела консервации с выпуклой формой наружной поверхности путем точечного выпуска в центральной части секции пульпы из торца пульповода, расположенного над наружной поверхностью секции, сброс посредством водовыпусков воды из секции с одновременным опорожнением отстойного пруда и последующую рекультивацию поверхности тела консервации. При этом воду из секции через водовыпуски в верхней части ограждающего сооружения вместе с пылевато-глинистыми фракциями сбрасывают в последующую секцию гидроотвала [5].
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа консервации секции гидроотвала, является его недостаточная надежность при намыве тела консервации и сложность организации сброса из секции воды посредством водовыпусков, пересекающих тело ограждающего сооружения в его верхней части, особенно при отрицательных температурах наружного воздуха. Во-первых, отсутствие эффективного водовыпуска в нижней части секции обуславливает растекание пульпы по всей поверхности намываемого тела консервации, что при низких отрицательных температурах наружного воздуха и снегопаде приводит к образованию наледи, причем может замерзнуть вся содержащаяся в пульпе вода, что нарушит оборотное водоснабжение в системе гидротранспорта отходов. Во-вторых, водовыпуски расположены в верхней части секции, поэтому они не обеспечивают существенное снижение гидравлической нагрузки на ограждающее сооружение и обезвоживание отходов в секции, а обезвоживание отходов тела консервации происходит недостаточно интенсивно.
Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, способ ее создания и способ ее консервации, является повышение надежности секции и снижение затрат.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является оптимизация конструкции дренажной системы и ее работы за счет управления режимом работы дренажной системой, а также использование дренажной системы в качестве резервного и/или дополнительного, а при консервации как единственного средства подачи воды из секции в систему гидротранспорта отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающей ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство, выполненное из полимерного рулонного материала, расположенное на основании секции и верховом откосе ограждающего сооружения и покрытое защитным слоем из грунта, водосбросный колодец с отводящим коллектором, систему гидротранспорта отходов, распределительный пульповод которой расположен на ограждающем сооружении, снабжен группами выпусков, осуществляющих отбор пульпы из распределительного пульповода, и обеспечивает подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней, и дренажную систему, трубчатые дрены которой в плане размещены в пределах пляжной зоны отходов и по периметру секции образуют дренажные участки, отводящие коллекторы которых выведены за пределы секции, согласно изобретению трубчатые дрены размещены в защитном слое противофильтрационного устройства, который выполнен из фильтрующего грунта, а отводящий коллектор каждого дренажного участка за пределами секции снабжен запорным устройством и водоводом гидравлически сообщен с системой гидротранспорта отходов. Каждая группа выпусков распределительного пульповода расположена в плане над одним дренажным участком, а секция снабжена средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны. Трубчатые дрены могут быть размещены также в пределах прудковой зоны, где они образуют дополнительный дренажный участок с отводящим коллектором.
Именно выполнение защитного слоя противофильтрационного устройства фильтрующим и размещение в таком слое трубчатых дрен оптимизирует конструкцию дренажной системы, а снабжение отводящих коллекторов дренажной системы запорными устройствами и расположение в плане каждой группы выпусков распределительного пульповода над одним дренажным участком позволяет оптимизировать режим работы дренажной системы. Все это позволяет сохранить работоспособность дренажной системы на протяжении всего срока намыва отходов в секцию.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе создания секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающем выполнение из грунтового материала ограждающего сооружения, выполнение из полимерного рулонного материала на основании секции и на верховом откосе ограждающего сооружения противофильтрационного устройства с защитным слоем из грунта, размещение в пределах пляжной зоны отходов трубчатых дрен дренажной системы с образованием по периметру секции дренажных участков с отводящими коллекторами, выведенными за пределы секции, возведение водосбросного колодца с отводящим коллектором, расположение на ограждающем сооружении распределительного пульповода системы гидротранспорта с группами выпусков, обеспечивающих отбор пульпы из распределительного пульповода, и подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней, согласно изобретению защитный слой противофильтрационного устройства выполняют из фильтрующего грунта, в котором размещают трубчатые дрены, а отводящий коллектор каждого дренажного участка за пределами секции снабжают запорным устройством и посредством водовода гидравлически сообщают с системой гидротранспорта отходов. Одновременно с этим каждую группу выпусков распределительного пульповода располагают в плане над одним дренажным участком, а секцию снабжают средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, причем после намыва в секцию отходов, по меньшей мере, первого яруса посредством средства ведут наблюдение за уровнем поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, а из дренажных участков забирают воду и направляют в систему гидротранспорта отходов с интенсивностью, обеспечивающей установление по периметру секции контролируемой средством безопасной отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны намываемого яруса. Дополнительно, воду из дренажного участка, над которым осуществляют подачу пульпы в секцию, забирают интенсивно в течение всего периода подачи пульпы над этим дренажным участком.
Именно забор воды из каждого участка системы с интенсивностью, обеспечивающей безопасную отметку поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны на каждом участке дренажной системы, позволяет оптимизировать режим работы дренажной системы и сохранить за счет этого работоспособность дренажной системы на протяжении всего срока намыва отходов в секцию, включая и период ее консервации. Одновременно с этим такая работоспособная дренажная система обеспечивает обезвоживание отходов пляжной зоны на «отдыхающем» участке пляжной зоны, что упрощает работы по наращиванию из отходов ограждающего сооружения на его полную высоту.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе консервации секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, образованной ограждающим сооружением и заполненной до проектной отметки отходами, включающем намыв из подаваемых по пульповоду отходов над секцией тела консервации с выпуклой формой наружной поверхности, отвод из секции воды с одновременным опорожнением отстойного пруда и последующую рекультивацию поверхности тела консервации, согласно изобретению в случае содержания в основании секции дренажной системы воду из дренажной системы забирают и посредством водовода направляют в систему гидротранспорта отходов, а перед намывом тела консервации из условий безопасности определяют максимальную отметку поверхности грунтовой воды в отходах перед ограждающим сооружением ▼макс и объем воды q, направляемой из дренажной системы в систему гидротранспорта отходов, причем при намыве тела консервации ведут наблюдение за отметкой поверхности грунтовой воды перед ограждающим сооружением ▼нам, а поступление в секцию из пульпы объема воды а ограничивают условием
▼нам≤▼макс,
т.е. водный годовой баланс Б секции обеспечивают отрицательным или равным нулю, при этом баланс Б рассчитывают по уравнению
Б=(a+b+δ)-(ν+d+Lф+u)≤0,
причем a=q+e, и Lф=q+lф,
где b - опорожнение объема прудка;
δ - вода из поверхностного стока;
ν - вода, идущая на заполнение пор в отвале отходов;
d - среднемесячные потери воды на испарение;
Lф - вода, фильтрующая из отходов;
u - безвозвратные потери в технологическом процессе предприятия, которые учитываются по местным условиям;
e - дополнительный объем воды, направляемый в систему гидротранспорта отходов из источника;
lф - безвозвратные потери на фильтрацию.
Дополнительно:
- водный годовой баланс Б секции рассчитывают по уравнению
Б=(e+b+δ)-(ν+d+lф+u)≤0;
- в случае намыва тела консервации путем точечного выпуска в центральной части заполненной секции пульпы из торца пульповода сначала к намеченному месту выпуска пульпы из крупнозернистого материала выполняют дорогу, а затем вдоль дороги над наружной поверхностью секции располагают пульповод;
- пульповод располагают на эстакаде, сооруженной вдоль дороги;
- пульповод располагают на обочине дороги, при этом в центральной части секции концевому участку пульповода придают крутонаклонное или вертикальное положение;
- место выпуска пульпы из торца пульповода периодически меняют.
Именно сохранение работоспособности дренажной системы в полной мере до завершения консервации секции позволяет посредством дренажной системы установить поверхность грунтовой воды в отходах перед ограждающим сооружением на безопасной отметке ▼нам ниже максимально допустимой отметки ▼макс. Это позволяет выполнить в представленном выше виде водный годовой баланс Б и осуществить забор воды из дренажной системы в объеме q, обеспечивающем гидротранспорт отходов в период консервации. Выполнение водного баланса Б предотвращает повышение поверхности грунтовой воды в отходах перед ограждающим сооружением и позволяет удерживать этот уровень воды на отметке ▼нам ниже максимально допустимой отметки ▼макс. Указанные выше уравнения водного годового баланса Б получены путем преобразования применительно к заявляемому способу консервации известного уравнения водного баланса [2, стр.93, уравнение 78]. При этом создаются благоприятные условия для безопасного намыва, по меньшей мере, верхней части тела консервации путем выпуска пульпы в центральную часть секции, что обеспечивает снижение затрат на консервацию секции.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемых секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, способа создания секции гидроотвала и способа консервации секции гидроотвала, 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 секция, способ ее создания и способ ее консервации предназначены для гидравлического складирования промышленных отходов. Заявляемые изобретения решают одну и ту же задачу - повышение надежности секции и снижение затрат за счет оптимизации конструкции дренажной системы и ее работы путем управления режимом работы дренажной системы. При этом дренажная система используется в качестве резервного и/или дополнительного, а при консервации как единственного средства подачи воды из секции в систему гидротранспорта отходов.
Осуществление изобретений показывается на примере, в котором рабочая секция 1 и резервная секция 2 гидроотвала промышленных предприятий расположены на косогорно-равнинной местности, имеющей уклон поверхности i, при этом пример поясняется чертежами, а именно:
- на фиг.1 схематически изображен гидроотвал на момент завершения заполнения рабочей секции 1 до проектной отметки (поверхность восьмого яруса секции), план;
- на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, степень уменьшения горизонтальных размеров в три-четыре раза превышает степень уменьшения вертикальных размеров.
Рабочая секция (далее: секция) 1 образована ограждающим сооружением 3, выполненным из грунтового материала, и снабжена противофильтрационным устройством 4, выполненным из полимерного рулонного материала (геомембрана), дренажной системой, состоящей из дренажных участков 5, 6, 7, 8 и 9, двумя водосбросными колодцами 10 с отводящим коллектором 11 каждый и системой гидротранспорта отходов с распределительным пульповодом 12 по периметру секции 1.
Ограждающее сооружение 3 состоит из первичной дамбы 13, выполненной из местного грунта и образующей 1-й ярус секции 1, и, например, семи дамб наращивания 14, выполненных из отходов 15 (далее без позиции) и образующих ярусы 2-8 секции 1. Противофильтрационное устройство (то же: геомембрана) 4 расположено на основании 16 секции 1 и верховом откосе первичной дамбы 13 и покрыто защитным слоем 17, выполненным из фильтрующего грунта.
Каждый дренажный участок 5-9 состоит из трубчатых дрен 18, которые размещены в защитном слое 17, снабжен промежуточным коллектором-дреной 19 и отводящим коллектором 20. Каждый отводящий коллектор 20 за пределами секции 1 снабжен задвижкой 21 и посредством насоса 22 и водовода 23 гидравлически сообщен с системой гидротранспорта отходов, т.е. с замкнутой системой оборотного водоснабжения. Дренажные участки 5-8 в плане размещены по периметру секции 1 в пределах пляжной зоны 24 отходов, а дренажный участок 9 размещен в пределах прудковой зоны 25 и является дополнительным дренажным участком.
Распределительный пульповод 12 расположен на ограждающем сооружении 3, снабжен группами выпусков 26, осуществляющих отбор пульпы из распределительного пульповода 12, и обеспечивает подачу пульпы в секцию 1 с поярусным намывом пляжной зоны 24 с пляжем намыва 27 над ней и прудковой зоны 25 с отстойным прудом 28 над ней. Каждая группа выпусков 26 (разбивка выпусков на группы на чертежах не показана) расположена в плане только над одним дренажным участком 5-8, а секция 1 снабжена средством (КИА), обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды 29 в отходах пляжной зоны 24. Такими средствами обычно является группа пьезометров, гидронаблюдательных скважин, манометров на отводящих коллекторах (на чертежах не показаны).
На чертежах обозначены и другие элементы секции, а именно:
30 - магистральный пульповод;
31 - первый ярус намыва;
32 - аэрозона;
33 - граница не разжижаемых отходов;
34 - пульповод консервации;
35 - тело консервации;
36 - наружная поверхность тела консервации;
37 - слой рекультивации;
38 - дамба наращивания (тела консервации);
39 - временная призма (дамбы наращивания);
40 - погребенный водосборник.
Способ создания вышеописанной секции 1 гидроотвала отходов промышленных предприятий осуществляют следующим образом.
Из местного грунта выполняют первичную дамбу 13, а на подготовленном основании 16 секции 1 и на верховом откосе первичной дамбы 13 из полимерного рулонного материала выполняют противофильтрационное устройство 4 с защитным слоем 17 из фильтрующего грунта и возводят два водосбросных колодца 10 с отводящим коллектором 11 каждый.
Над противофильтрационным устройством 4 выполняют дренажную систему, состоящую из дренажных участков 5-9. Каждый дренажный участок 5-9 выполняют из размещенных в защитном слое 17 трубчатых дрен 18, которые снабжают промежуточным коллектором-дреной 19 и отводящим коллектором 20. Каждый отводящий коллектор 20 за пределами секции 1 снабжают задвижками 21 и посредством насоса 22 и водовода 23 гидравлически сообщают с системой гидротранспорта отходов. Дренажные участки 5-8 в плане размещают по периметру секции 1 в пределах будущей (намеченной) пляжной зоны 24 отходов, а дренажный участок 9 размещают в пределах будущей прудковой зоны 25, создающейся вокруг водосбросных колодцев 10. Одновременно на гребне первичной дамбы 13 располагают распределительный пульповод 12 системы гидротранспорта отходов с размещенными на нем группами выпусков 26, каждую из которых располагают в плане над одним дренажным участком 5-8 дренажной системы (разбивка выпусков на группы на чертежах не показана).
После всего этого по магистральному пульповоду 30 в секцию 1 подают пульпу и задействуют (открывают заглушки) одну группу выпусков 26. Эти выпуски 26 обеспечивают отбор пульпы из распределительного пульповода 12 и подачу пульпы в первый ярус намыва 31 секции 1. Тем самым осуществляется намыв пляжной зоны 24 с пляжем намыва 27 над ней и прудковой зоны 25 с отстойным прудом 28 над ней. Секцию снабжают средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны.
Завершение намыва 1-го яруса осуществляют с одновременным возведением из отходов участками дамбы наращивания 14 второго яруса намыва. При этом на «отдыхающем» участке (обычно полупериметре) задействуют один или два участка дренажной системы. Это обеспечивает понижение поверхности грунтовой воды 29 на этом участке первого яруса 31, что упрощает возведение бульдозером дамбы наращивания 14, причем относительно высокой, последующего (второго) яруса наращивания, намыв отходов в который осуществляют по известным технологиям.
Возведение дамб наращивания 14 с 3-го яруса по 8-й ярус и намыв отходов в эти ярусы осуществляют с соблюдением условий, которые заключается в следующем. Посредством средств ведут наблюдение за уровнем поверхности грунтовой воды 29 в отходах пляжной зоны 24. Одновременно из дренажных участков 5-8 забирают воду и направляют ее в систему гидротранспорта отходов с интенсивностью, обеспечивающей установление по периметру секции 1 контролируемой средствами безопасной отметки ▼без поверхности грунтовой воды 29 в отходах пляжной зоны 24. Причем воду из дренажного участка, над которым осуществляют подачу пульпы в секцию 1, забирают интенсивно в течение всего периода подачи пульпы над этим дренажным участком, обеспечивая тем самым создание над поверхностью грунтовой воды 29 аэрозоны 32 между блуждающими на пляже намыва 27 руслами, которые создаются действующими выпусками 26.
Выполнение вышеуказанных условий, во-первых, упрощает возведение из отходов дамб наращивания 14, во-вторых, повышает устойчивость пляжной зоны 24 вместе с дамбами наращивания 14, особенно в случае сильного сотрясения, когда может произойти разжижение водонасыщенных отходов и их вытекание из секции 1. При этом для выполнения этих условий не требуется осуществлять забор из секции дренажной воды в большом количестве, который регулируют задвижками 21. Это ограничивает гидравлическую нагрузку на защитный слой 17 и фильтры трубчатых дрен 18, что уменьшает интенсивность их кольматации и тем самым способствует сохранению ими работоспособности на протяжении всего срока намыва отходов в секцию 1, включая время консервации.
Многие отходы в своем химическом составе содержат гидравлически активные вяжущие, прежде всего оксид кальция CaO. Такие отходы (нефелиновые шламы глиноземного производства, золошлаки углей Канско-Ачинского бассейна и др.) при содержании CaO более 10% в водонасыщенном состоянии отвердевают и со временем значительно упрочняются (цементируются) и образуют из секции единое монолитное тело. При этом удельная сила сцепления с0 может превысить 0,4 МПа [6]. При сотрясении такие отвердевшие отходы не разжижаются. В примере на фиг.2 граница не разжижаемых отходов 33 изображена приближенно на момент окончания намыва 4-го яруса и завершающего 8-го яруса секции 1. На эти же два момента изображена безопасная отметка ▼без поверхности грунтовой воды 29 в отходах пляжной зоны 24.
Такое хрупкое тело секции, особенно при неравномерных деформациях основания 16 и/или сотрясениях, может ломаться. При этом разлом с неизбежностью распространится в основание 16, что может повредить противофильтрационное устройство 4, элементы дренажного устройства, коллектор 11 и даже водосбросный колодец 10. Постоянный же вывод воды из секции 1 посредством дренажной системы сопровождается вымыванием из отходов вяжущих. Это замедляет твердение отходов, следовательно, уменьшает вероятность образования опасного разлома в течение всего периода подачи пульпы в секцию 1, что повышает надежность секции и является дополнительным единым техническим результатом заявляемой группы изобретений.
Способ консервации секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, образованной ограждающим сооружением и заполненной до проектной отметки ▼пр отходами, осуществляют путем намыва над секцией 1 из отходов, подаваемых по пульповоду консервации 34, тела консервации 35 с выпуклой формой наружной поверхности 36, которую в последующем покрывают слоем рекультивации 37 (позиции 34-39 элементов консервации на фиг.2 изображены пунктиром). Одновременно с этим посредством дренажной системы осуществляют вывод воды из секции 1 с опорожнением отстойного пруда 28.
При намыве тела консервации 35 воду из дренажной системы забирают и посредством насоса 22 по водоводу 23 направляют в систему гидротранспорта отходов. При этом перед намывом тела консервации 35 из условий безопасности определяют максимальную отметку поверхности грунтовой воды 29 в отходах перед ограждающим сооружением 3 (точнее: дамбой наращивания 14) ▼макс и объем воды q, направляемой из дренажной системы в систему гидротранспорта отходов, а при намыве тела консервации 35 ведут наблюдение за отметкой поверхности грунтовой воды 29 перед ограждающим сооружением 3 ▼нам. Одновременно при намыве тела консервации 35 поступление в секцию из пульпы объема воды а ограничивают исходя из условия
▼нам≤▼макс,
т.е. водный годовой баланс воды Б секции обеспечивают отрицательным или равным нулю. При этом баланс Б рассчитывают по уравнению
Б=(a+b+δ)-(ν+d+Lф+u)≤0,
причем a=q+e, и Lф=q+lф,
где b - опорожнение объема прудка;
δ - вода из поверхностного стока;
ν - вода, идущая на заполнение пор в отвале отходов;
d - среднемесячные потери воды на испарение;
Lф - вода, фильтрующая из отходов;
u - безвозвратные потери в технологическом процессе предприятия, которые учитываются по местным условиям;
e - дополнительный объем воды, направляемый в систему гидротранспорта отходов из источника;
lф - безвозвратные потери на фильтрацию.
Водный годовой баланс воды Б секции может быть рассчитан по уравнению
Б=(e+b+δ)-(ν+d+lф+u)≤0.
Технология намыва тела консервации 35 может быть следующая.
Сначала намыв тела консервации осуществляют поярусно с отстойным прудом 28 и без существенного изменения технологии, использованной при заполнении отходами секции 1.
Особенность такого намыва заключается в том, что наружную боковую поверхность дамбы наращивания 38 совмещают с наружной поверхностью 36 тела консервации 35, а оголовок дамбы наращивания 38 возводят в виде временной призмы 39, причем из грунтового материала, пригодного для выполнения из него слоя рекультивации 37.
Такой намыв тела консервации 35 при одновременной рекультивации его наружной поверхности 36 осуществляют до тех пор, обычно 2-3 наиболее емких нижних яруса, пока представляется возможным поддерживать надлежащий отстойный пруд 28 и забирать из него необходимое количество воды. В дальнейшем целесообразно перейти на намыв тела консервации 35 путем точечного выпуска в центральной части секции 1 пульпы из торца пульповода консервации 34. Для этого сначала к намеченному месту выпуска пульпы из крупнозернистого материала выполняют дорогу, а затем вдоль дороги над наружной поверхностью секции располагают пульповод консервации 34, который располагают на эстакаде, сооруженной вдоль дороги (дорога и эстакада на чертежах не показаны).
Пульповод может быть расположен на обочине дороги, при этом в центральной части секции концевому участку пульповода консервации 34 придают крутонаклонное или вертикальное положение, при этом место выпуска пульпы из торца пульповода консервации 34 периодически меняют.
Две особенности этой второй стадии консервации, осуществляемой обычно в относительно теплый период года, заключаются в следующем:
- забор воды из секции 1 осуществляют только посредством дренажной системы, которая работает при открытых задвижках 21 в наиболее приемлемом напорном режиме, поэтому объем воды q, направляемой из дренажной системы в систему гидротранспорта отходов, зависит от пропускной способности дренажной системы;
- в соответствии с водным балансом Б только часть пульпы используют для намыва тела консервации 35, оставшуюся же часть пульпы направляют в резервную секцию 2.
Как следует из вышеизложенного, достижение основного технического результата - повышение надежности секции и снижение затрат - обеспечивается только при строгом неразрывном и взаимосвязанном выполнении всех существенных признаков заявленных секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, способа ее создания и способа ее консервации.
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, подтвержена 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».
Использованные источники
1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика / Под ред. В.П.Недриги. - М.: Стройиздат, 1983.
2. Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности / ВНИИ ВОДГЕО. - М.: Стройиздат, 1986.
3. Руководство по проектированию дренированных золоотвалов тепловых электрических станций: П 64-77 / ВНИИГ, Л., 1977. Стр. 6-7 и 21-22.
4. Рекомендации по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полимерных рулонных материалов. - СПб. НИИ АКХ им. К.Д.Памфилова, 1999. С.4-9.
5. SU 1052614 А1, 07.11.1988.
6. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электрических станций: П 26-85 / ВНИИГ, Л., 1986. Приложение 9.
Обозначения
1 - рабочая секция (далее: секция)
2 - резервная секция
3 - ограждающее сооружение
4 - противофильтрационное устройство (то же: геомембрана)
5, 6, 7, 8 и 9 - участки дренажной системы
10 - водосбросный колодец
11 - коллектор водосбросного колодца
12 - распределительный пульповод
13 - первичная дамба
14 - дамба наращивания
15 - отходы (далее без указания позиции)
16 - основание (секции)
17 - защитный слой (фильтрующий)
18 - трубчатая дрена
19 - промежуточный коллектор-дрена
20 - отводящий коллектор
21 - задвижка (то же: запорное устройство)
22 - насос
23 - водовод
24 - пляжная зона
25 - прудковая зона
26 - выпуск
27 - пляж намыва
28 - отстойный пруд
29 - поверхность грунтовой воды
30 - магистральный пульповод
31 - первый ярус намыва
32 - аэрозона
33 - граница не разжижаемых отходов
34 - пульповод консервации
35 - тело консервации
36 - наружная поверхность тела консервации
37 - слой рекультивации
38 - дамба наращивания (тела консервации)
39 - временная призма (дамбы наращивания)
40 - погребенный водосборник (колодец)
41 - подстилающий слой
42 - водосбросный колодец (секции 2)
1. Секция гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающая ограждающее сооружение, выполненное из грунтового материала, противофильтрационное устройство, выполненное из полимерного рулонного материала, расположенное на основании секции и верховом откосе ограждающего сооружения и покрытое защитным слоем из грунта, водосбросный колодец с отводящим коллектором, систему гидротранспорта отходов, распределительный пульповод, которой расположен на ограждающем сооружении, снабжен группами выпусков, осуществляющих отбор пульпы из распределительного пульповода, и обеспечивает подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней, и дренажную систему, трубчатые дрены которой в плане размещены в пределах пляжной зоны отходов и по периметру секции образуют дренажные участки, отводящие коллектора которых выведены за пределы секции, отличающаяся тем, что трубчатые дрены размещены в защитном слое противофильтрационного устройства, который выполнен из фильтрующего грунта, а отводящий коллектор каждого дренажного участка за пределами секции снабжен запорным устройством и водоводом гидравлически сообщен с системой гидротранспорта отходов, при этом каждая группа выпусков распределительного пульповода расположена в плане над одним дренажным участком, а секция снабжена средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны.
2. Секция по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые дрены размещены в пределах прудковой зоны, где они образуют дополнительный дренажный участок с отводящим коллектором.
3. Способ создания секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, включающий выполнение из грунтового материала ограждающего сооружения, выполнение из полимерного рулонного материала на основании секции и на верховом откосе ограждающего сооружения противофильтрационного устройства с защитным слоем из грунта, размещение в пределах пляжной зоны отходов трубчатых дрен дренажной системы с образованием по периметру секции дренажных участков с отводящими коллекторами, выведенными за пределы секции, возведение водосбросного колодца с отводящим коллектором, расположение на ограждающем сооружении распределительного пульповода системы гидротранспорта с группами выпусков, обеспечивающих отбор пульпы из распределительного пульповода, и подачу пульпы в секцию с поярусным намывом пляжной зоны с пляжем намыва над ней и прудковой зоны с отстойным прудом над ней, отличающийся тем, что защитный слой противофильтрационного устройства выполняют из фильтрующего грунта, в котором размещают трубчатые дрены, а отводящий коллектор каждого дренажного участка за пределами секции снабжают запорным устройством и посредством водовода гидравлически сообщают с системой гидротранспорта отходов, при этом каждую группу выпусков распределительного пульповода располагают в плане над одним дренажным участком, а секцию снабжают средством, обеспечивающим определение отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, причем после намыва в секцию отходов, по меньшей мере, первого яруса посредством средства ведут наблюдение за уровнем поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, а из дренажных участков забирают воду и направляют в систему гидротранспорта отходов с интенсивностью, обеспечивающей установление по периметру секции, контролируемой средством безопасной отметки поверхности грунтовой воды в отходах пляжной зоны, намываемого яруса.
4. Способ создания секции по п.3, отличающийся тем, что воду из дренажного участка, над которым осуществляют подачу пульпы в секцию, забирают интенсивно в течение всего периода подачи пульпы над этим дренажным участком.
5. Способ консервации секции гидроотвала отходов промышленных предприятий, образованной ограждающим сооружением и заполненной до проектной отметки отходами, включающий намыв из подаваемых по пульповоду отходов над секцией тела консервации с выпуклой формой наружной поверхности, отвод из секции воды с одновременным опорожнением отстойного пруда и последующую рекультивацию поверхности тела консервации, отличающийся тем, что в случае содержания в основании секции дренажной системы воду из дренажной системы забирают и посредством водовода направляют в систему гидротранспорта отходов, а перед намывом тела консервации из условий безопасности определяют максимальную отметку поверхности грунтовой воды в отходах перед ограждающим
сооружением ▼макс и объем воды q, направляемой из дренажной системы в систему гидротранспорта отходов, причем при намыве тела консервации ведут наблюдение за отметкой поверхности грунтовой воды перед ограждающим сооружением ▼нам, а поступление в секцию из пульпы объема воды а ограничивают условием
▼нам≤▼макс,
т.е. водный годовой баланс воды Б секции обеспечивают отрицательным или равным нулю, при этом баланс Б рассчитывают по уравнению
Б=(a+в+δ)-(ν+d+Lф+u)≤0,
причем a=q+e и Lф=q+lф,
где в - опорожнение объема прудка;
δ - вода из поверхностного стока;
ν - вода, идущая на заполнение пор в отвале отходов;
d - среднемесячные потери воды на испарение;
Lф - вода, фильтрующая из отходов;
u - безвозвратные потери в технологическом процессе предприятия, которые учитываются по местным условиям;
е - дополнительный объем воды, направляемый в систему гидротранспорта отходов из источника;
lф - безвозвратные потери на фильтрацию.
6. Способ консервации по п.5, отличающийся тем, что водный годовой баланс воды Б секции рассчитывают по уравнению
Б=(e+в+δ)-(ν+d+lф+u)≤0.
7. Способ консервации по п.5, отличающийся тем, что в случае намыва тела консервации путем точечного выпуска в центральной части заполненной секции пульпы из торца пульповода сначала к намеченному месту выпуска пульпы из крупнозернистого материала выполняют дорогу, а затем вдоль дороги над наружной поверхностью секции располагают пульповод.
8. Способ консервации по п.7, отличающийся тем, что пульповод располагают на эстакаде, сооруженной вдоль дороги.
9. Способ консервации по п.7, отличающийся тем, что пульповод располагают на обочине дороги, при этом в центральной части секции концевому участку пульповода придают крутонаклонное или вертикальное положение.
10. Способ консервации по п.7, отличающийся тем, что место выпуска пульпы из торца пульповода периодически меняют.
