Гидроотвалообразование

Способом гидромеханизации возможно укладывать грунт в земляные плотины и дамбы, насыпи под шоссейные и железные дороги, золу – в золоотвалы при эксплуатации тепловых станций, отходы (хвосты) обогатительных фабрик – в хвостохранилища, заполнять грунтом котлованы, траншеи и пазухи, сооружать основания под гидротехнические и промышленные сооружения, подготавливать площадки для гражданского строительства и аэродромов, выполнять закладку старых шахт, штолен и выработанных пространств карьеров после добычи полезных ископаемых и т.д.

Процессы приема гидросмеси с последующим выделением породы и размещением ее в отвал, а также осветлением и удалением воды называют гидроотвалообразованием. Часто встречается и такой термин, как намыв отвалов, гидросооружений и т.д. Эти процессы являются обязательным элементом любых гидромеханизированных работ.

Существует два способа гидроотвалообразования, различающихся в зависимости от условий, окружающих зону выпуска гидросмеси среды:

• Надводный;

• Подводный.

В первом случае зона выпуска гидросмеси находится в атмосфере, во втором заглублена под воду.

В процессе намыва при уменьшении скорости движения потока гидросмеси происходит выпадение и отложение твердой фазы. Уменьшение скорости движения потока гидросмеси объясняется его растеканием и потерями воды по пути следования, происходящими вследствие инфильтрации и фильтрации. По мере удаления от зоны выпуска гидросмеси частицы твердого откладываются неравномерно. Так наиболее мелкие частицы откладываются на периферии гидроотвала, где скорости потока становятся минимальными, а крупные – вблизи зоны выпуска. Часть частиц, образовавших с водой суспензию, может уноситься со сбросной водой за пределы гидроотвала. Следует отметить, что некоторая часть мелких частиц откладывается и на небольшом расстоянии от этой зоны, заполняя промежутки между крупными частицами. Подобная дифференциация твердой фазы наблюдается только при надводной укладке. При подводном намыве она практически отсутствует.

Гидроотвал на поверхности состоит из дамб начального или первичного обвалования, распределительного участка трубопровода (лотка) с выпускными патрубками, водосбросных колодцев или специальных водосборных устройств и отводящих водоводов или каналов. Дамбы служат для ограждения и создания емкости для приема гидросмеси. При системах оборотного водоснабжения гидроотвалы целесообразно совмещать с водохранилищами [9].

П лощадь отвала, на которой в данный момент производится намыв, называется картой намыва.

При организации отвалообразования важно правильно определить место расположения отвала. Для достижения этого должны выполняться следующие требования [9]:

• отвалы располагаются на землях, не пригодных для сельского хозяйства (в оврагах, заболоченных участках и т. п.);

• должен использоваться рельеф местности для достижения самотечного транспортирования или опорожнения технологических трубопроводов;

• обычно для гидроотвалов выбирается площадка с уклоном 0,03 и меньше.

Для отсыпки дамб начального обвалования целесообразно использовать вскрышные породы, содержащие наиболее крупные фракции.

Намечаются и сравниваются различные варианты расположения гидроотвалов. Принимается вариант, обеспечивающий наименьшую высоту и длину дамб начального обвалования и плотин при достижении возможности дальнейшего использования территории (рис. 37).

В зависимости от условий расположения гидроотвалов на местности, характеристики пород основания отвала и намываемой гидросмеси, темпа работ и т.д. различают три класса ответственности сооружения:

Гидроотвалы I класса сооружаются вблизи населенных пунктов;

Гидроотвалы II класса возводят в менее ответственных (чем гидроотвалы I класса) случаях;

Гидроотвалы III класса – на других участках – вдали от населенных пунктов и промышленных объектов.

Различают несколько способов гидравлической укладки пород в отвалы: низкоопорный, эстакадный и безэстакадный. Эти способы различаются условиями размещения распределительного трубопровода. От их размещения зависит технология выпуска гидросмеси и, следовательно, намыв породы.

При низкоопорном способе размещения распределительных трубопроводов укладка труб производится на деревянные или металлические опоры высотой до 3 м, а их монтаж – на быстроразъемных соединениях. Намыв породы осуществляется на высоту опор. После этой операции трубы снимают с опор, отсыпают дамбу попутного обвалования, опоры наращивают или устанавливают новые. При таком способе намыва гидросмесь выпускается из торца трубы (лотка) или рассредоточено – из отдельных отверстий по длине распределительной линии.

При эстакадном способе намыва (рис. 38) гидросмесь подается на поверхность отвала (иначе называемую картой намыва) по деревянным (металлическим) эстакадам высотой до 6 м. Намыв гидроотвала производится ярусами, высота которых зависит от годового повышения отвала (а следовательно, и его емкости) на отдельных участках. Ширина участков и число одновременных выпусков определяются в зависимости от конкретных условий предприятия.

Применяют так называемый эстакадный кольцевой намыв, при котором выпуск гидросмеси ведется последовательно участками по всей периферии гидроотвала. Для увеличения интенсивности работ производят укладку и одновременно в два яруса: на каждую землесосную установку выделяется два участка на разных ярусах (на одном ведется подготовка к намыву, а на другом – собственно намыв).

При безэстакадном способе намыва укладка породы в отвал ведется с использованием распределительных трубопроводов которые обычно устанавливаются на лежаках прямо на поверхности дамбы обвалования и состоят из звеньев труб на быстроразъемных (обычно раструбного типа) соединениях. Намыв осуществляется с использованием крана для поддержки последнего звена труб, из которого ведется торцевой выпуск гидросмеси. Безэстакадный способ наименее трудоемок, а следовательно наиболее дешев.

Выбор способа намыва зависит от горнотехнических условий и, прежде всего, от вида намываемых пород. Так, безэстакадный способ целесообразно применять на песчаных или песчано-гравийных породах (т. е. породах, хорошо отдающих воду и допускающих размещение на карте намыва крана и бульдозера). Эстакадный способ применяют при сооружении стационарных гидроотвалов для укладки глинистых и других плохо отдающих воду пород.

При организации отвалообразования важно определить направление фронта перемещения намыва: от плотины или ограждающей дамбы к внешним границам (в очень редких случаях в обратном порядке). Первый вариант обеспечивает укрепление дамбы обвалования и облегчение условий ее подъема. Однако, для этой схемы может потребоваться сооружение трубопровода большой протяженности.

При расположении гидроотвала на равнинной местности часто отдают предпочтение кольцевой форме распределительного трубопровода (с кольцевым намывом) для равномерной укладки пород.

Дамбы, водосборные устройства, перемычки и отстойники гидроотвалов проектируются по нормативам гидротехнических сооружений с учетом классности отвалов.

Дамбы обвалования разделяют на дамбы первичного и попутного обвалования. Последние возводятся в процессе намыва. Первые сооружаются из пород основания отвалов, способных удерживать горизонт воды в прудке-отстойнике. Для их возведения нельзя использовать породы, содержащие более 510% торфа или илистых фракций.

Для дамб первичного обвалования принимаются определенные значения возвышения гребня ее призмы над горизонтом воды в прудке: для I класса гидроотвалов – 1,3, для II класса – 1,0 и III класса – 0,8 м. Если по гребню дамбы прокладываются трубопроводы, то ее ширина устанавливается с учетом размещения труб и трубоукладчика. При этом значения углов заложения наружного откоса дамбы принимаются: при высоте до 10 м – в пределах 1:31:2 (соответственно для мелких песков и гравия), а при высоте 10 – 20м – 1:3,51:2,25. Дамбы, возводимые в процессе намыва, сооружаются по мере наращивания высоты отвала с последующим отводом отделившейся воды к водосборным колодцам [9].

Возведение дамб производится различными способами: намывом (гидравлическим способом), отсыпкой экскаватором или бульдозером и др.

Дамбы возводят с применением бульдозеров, специальных обвалователей (типа многоковшового экскаватора). Обвалователи снабжаются ковшовой рамой, подвешенной на поворотной платформе, и бульдозерным ножом. Они могут использоваться и в качестве подъемного крана. Рассчитаны подобные устройства на производительность до 400 м³/ч на песчаных грунтах. Как правило, все специализированное оборудование для отсыпки дамб выполняется на тракторном ходу.

Контроль за сбросом осветленной воды состоит в установлении ее расхода через водосборные устройства, определение гранулометрической характеристики и количества содержащихся в воде мелких фракций породы. На водосборных колодцах шандорного типаконтролируется заданная высота переливающегося слоя. Объем прудка не должен быть менее 1015 – суточного объема расходуемой предприятием технической воды.

Водосбросные колодцы должны обеспечивать полное удаление освобождающейся из гидросмеси воды. Эти устройства должны пропускать также паводковые и ливневые воды и обеспечивать полное опорожнение прудка-отстойника. Простейшей конструкцией водосборных колодцев является устройство с деревянным креплением и основанием в виде свай (рис. 39).

При малых высотах намыва такие колодцы делают из одной, а при надобности – из нескольких наращиваемых секций. Днище колодца выполняется из двойного деревянного пола с основанием из слоя гравия и песка.

При применении для сбора освобождающейся на карте намыва воды плавучей насосной станции водозабор ведется на участке отвала, где образуется осветленная вода.

Намыв гидроотвалов наиболее эффективен при высоких концентрациях гидросмеси, т. е. при подаче в выпуски гидросмеси с возможно меньшим количеством воды. Поэтому иногда внедряют схемы с включением на распределительных линиях сгустителей (например, гидроциклонов большого диаметра), обеспечивающих отвод большей части воды непосредственно к прудку. Такая схема наиболее целесообразна при подаче в отвал хвостов от обогатительных фабрик.