книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик
..pdfА-А
Рис. 105. Тип водоприемника с отверстиями, перекрыва емыми шандорами: *
1 — сливные окна; 2 — шандорные пазы; 3 — тандоры; 4 — соеди нение с водоспускным коллектором; 5 — отверстие, закрываемое же лезобетонной плитой после окончания работы водоприемпого колодца
Рис. 106. Расположение водоприемных колодцев па про дольном профиле хвостохранилшца овражного (речного) типа:
1 — плотина первой очереди (насыпная); 2 — экран плотины первой очереди; з — намывная плотина из хвостов; 4, 5, б, 7, 8 , 9, Ю — горизонты воды к концу соответственно 1, 2, з, 5, 7, 9, 13-то годов эксплуатации; 11 — максимальный горизонт воды отстойного пруда; 12 — гребень намывной плотины; 13 — железобетонный водоспускной коллектор; 14 — водоприемные колодцы; 15 — водобойный колодец
лонной воды производить через отверстия в водоприемниках вто рой линии.
Хвостохранилища равнинного типа имеют, как правило, малые площади водосбросных бассейнов, и поэтому водосбросные соору жения для отвода осветленных вод обеспечивают пропуск павод ковых вод.
Типичный случай расположения водоприемников по продоль ному профилю водоспускных коллекторов изображен примени тельно к хвостохранилищу овражного (речного) типа, образу емому путем перегораживания небольших речек, балок и оврагов
а 6 б
Рис. 107. Типы конструкций водоприемных колодцев:
1 — с водосливными окнами прямоугольного сечения, закрываемыми деревянными щи тами, б — со сливными окнами из стальных патрубков, в — с водобойным углублением
(рис. 106). Водоприемники шахтпого типа и отверстия в их стен ках располагаются таким образом, чтобы при сбросе осветленной воды через верхнее отверстие предыдущего водоприемника можно было осуществлять сброс воды через нижнее отверстие последу ющего водоприемника. Высоты водоприемников должны назна чаться с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточную, в смысле осветления, длину пути движения пульпы от места ее выпуска к местам слива. Типы конструкций водоприемных колодцев показаны на рис. 107.
При устройстве хвостохранилищ овражного (речного) типа площади водосбросных бассейнов часто бывают значительными и расходы паводковых вод заданной обеспеченности не могут быть сброшены через отверстия водоприемников шахтного типа, рас
242
считанных только на сброс осветденпых вод. В этих случаях в целях уменьшения размеров водосбросных сооружений устра ивают плотину первой очереди такой высоты, чтобы в различные периоды эксплуатации пруда-хвостохранилища была обеспечена необходимая дополнительная емкость для аккумулирования па водков заданной обеспеченности. В периоды между паводками горизонт воды в пруде-хвостохранилище снижается до ППГ путем сброса воды через отверстия в стенках водоприемников шахтного типа.
Может оказаться, что стоимость повышения плотины для соз дания аккумулирующего паводок объема превышает стоимость строительства водосбросных сооружений увеличенного размера. В этом случае нужно устраивать водосбросные сооружения, рас считанные на сброс паводковых расходов. Могут также прини маться решения, при которых водосбросной коллектор, рассчи танный на пропуск паводковых расходов заданной обеспеченности, устраивается только на части длины хвостохранилища до соответ ствующей отметки, выше которой емкость пруда, образуемого намывной плотиной из хвостов, обеспечивает аккумулирование паводков (с учетом уложенных в пруд хвостов за период намыва плотины до указанной отметки). При этом для дальнейшей экс плуатации хвостохранилища предусматривается устройство водо сбросного коллектора с водоприемниками шахтпого типа, рассчиданного на отвод осветленных вод и слив аккумулированных вод в период между паводками.
Решения об аккумулировании паводковых вод заданной обеспе ченности следует принимать только тогда, когда осветленные воды не требуют химической очистки или когда химическая очи стка хвостовых вод производится до их поступления в прудхвостохранилище. Указанное положение обосновывается тем, что в случаях, когда осветленные воды требуют химической очистки, аккумулирование паводков обуславливает необходимость и их очистки, что должно привести к недопустимому удорожанию устройства по химической очистке воды.
Если осветленные воды требуют химической очистки после сброса их из хвостохранилища, следует устраивать две независи мые системы: для отвода приточных и для сброса хвостовых вод. Осветленные воды сбрасываются системой водоприемников шахт ного типа и водоспускных коллекторов. Паводковые воды отво дятся специальными сооружениями, которые в принципе могут быть типа деривационных каналов, располагаемых выше паивьтсшей точки (отметки) отложений хвостов, достигнутой за про ектный период эксплуатации фабрики или типа водосбросных коллекторов или туннелей на отметках русла речки, балки или оврага.
Представляется рациональным устройство сооружений для отвода паводковых вод в виде водосбросных коллекторов или на отметке существующего русла по следующим соображениям.
243
1. При устройстве деривационного канала сечепие его должно быть значительно больше водоспускного коллектора или туннеля соответственно разнице в уклонах. Соотношение площадей сечений канала и коллектора или туннеля можно определить по выра жению
рде Юд — площадь сечения деривационного канала; сок — пло щадь сечения коллектора или туннеля; 1К — уклон дна коллектора или туннеля; / д — уклон дна деривационного канала.
2.Устройство деривационного капала на крутых склонах долины речки, балки или оврага представляет значительные труд ности и сопряжено с большими работами. На трассе деривацион ного канала, как правило, встречаются притоки в виде речек, балок и оврагов, пересечение которых требует устройства слож ных и дорогих акведуков или дюкеров.
3.Длина деривационного капала больше, чем длина коллек тора или туннеля.
4.В устье деривационных каналов, у плотины хвостохранилища, приходится устраивать быстротоки со сложными устрой ствами гасителей вредпой энергии или систему ступенчатых пере падов. Эти сооружения должны быть рассчитаны на пропуск паводкового расхода заданной обеспеченности.
При устройстве водосбросных коллекторов или туннелей га шение энергии в основном происходит в самом коллекторе. Не которые сторонники деривациоппых решений ссылаются на опыт строительства деривационных гидроузлов. Следует, однако, по мнить, что при строительстве последних паводковые расходы про пускаются по естественному руслу реки, а по деривации — только установленные расходы гидроэлектростанций.
Из приведенных выше соображений не следует, что устройство коллекторов или туннелей не имеет своих особенностей, проблем
итрудностей. Здесь также имеют место сложности и трудности, однако, как правило, преодоление их связано с меньшими за тратами.
Вусловиях хвостохранилищ овражного типа обычным реше нием для отвода паводковых вод является устройство коллектора по дну хвостохранилища, на отметках соответствующего русла речки, балки или оврага. Трасса таких коллекторов в основном совпадает с руслом речки, балки или оврага и должна назначаться
с учетом как гидравлических и статических соображений, так и соображений производства работ. По гидравлическим сообра жениям наилучшей является прямолииейпая трасса без изломов в плане и в продольном профиле. По гидравлическим и стати ческим соображениям наилучшим является круговое сечение коллекторов.
244
Существует и другая система отвода паводковых и осветленных вод, в которых эта задача решается устройством в сопряжениях плотины с берегами отводящих каналов и водосбросов (рис. 108). При этой системе водоотводные каналы устраиваются при каждой ступени подъема горизонта воды в пруде-хвостохранилище на обоих берегах так, чтобы при памыве плотины на одном сопряже нии с берегом осветленная вода отводилась каналом на другом
Рис. 108. Система отвода паводковых и осветленных вод водосливами в обход плотин хвостохраннлшц:
I — подводящие каналы; г — плотина первой очереди (насыпная); з — гребни этажей намыва плотины на хвостов; 4 — порог-стенка; 5 — водобойные колодцы; в — канал; 7 — быстроток; S - - водобойный колодец
берегу. Только при этом может быть обеспечено осветление пульпы. Такая система отвода осветленных и особенно паводко вых вод (см. рис. 109) уступает системе отвода вод при помощи водосбросных коллекторов с водоприемниками шахтного типа по достигаемому осветлению пульпы. Преимущества и недостатки каждой из описанных систем водоотвода более конкретно оцени ваются путем сопоставления равнопрочных вариантов. Эксплу атация системы, показанной на рис. 108, сложнее системы с кол лекторами, хотя по капитальным затратам она может в ряде слу чаев оказаться дешевле.
245
Иногда в случаях устройства хвостохранилищ в долинах с кру тыми (а Зг 25°) берегами проектируются водоприемники «лежа чего» типа (рис. 109). Такой водоприемник представляет собой бетонный или железобетонный лоток, устраиваемый в траншее, вырытой на крутом откосе долины, и перекрываемый по мере повышения горизонтов воды в пруде-хвостохранилище шапдорамиТакио водоприемники в ряде случаев оказываются проще, экономичнее и удобнее в эксплуатации (все операции по закрытию и открытию отверстий водоприемпика производятся с берега без применения плавучих средств, которые обычно требуются при эксплуатации водоприемников шахтного типа).
Могут пайти применение системы отвода воды из прудовхвостохранилищ с устройством трубопроводов сифонного типа (рис. 110). Для облегчения «зарядки» таких систем на конце трубо провода в нижнем бьефе устраивается задвижка, которая откры вается после полного заполнения трубопровода водой из зарядной камеры по всей длине [105]. Возможно также применение для зарядки сифонов вакуум-насосов.
При проектировании систем гидроукладки хвостов с устрой ством намывных плотин из хвостов в период эксплуатации фабрик требуется, во-первых, устройство двух линий сифонпых трубо проводов, располагаемых в сопряжениях плотины с берегами, и, во-вторых, перекладка сифонных линий по высоте по мере роста гребня намывной плотины и подъема горизонта воды в прудехвостохрадилшце.
В практике проектирования хвостовых хозяйств институтом Механобр решения отвода вод из прудов-хвостохранилищ при помощи сифонных липий до сих пор не применялись. Такая система применена на хвостохранилище Норильской обогатитель ной фабрики и работает вполне удовлетворительно. Область при менения этих систем ограничивается случаями, когда расходы паводковых вод невелики или когда паводковые воды аккумули руются в пруде-хвостохранилище.
Диаметры водосбросных коллекторов необходимо принимать в проекте по гидравлическому расчету. Устройство во всех случаях проходных коллекторов является строительным излишеством. При надлежащем качестве проекта и производства работ непро
ходные коллекторы |
могут обладать необходимой прочностью |
и долговечностью. |
Это касается коллекторов, рассчитываемых |
на пропуск сравнительно малых расходов воды (до 1 м3/с). Такие расходы могут быть легко отведены в случае нарушений работы коллекторов или даже полного выхода из строя коллектора путем простейших временных мероприятий, например отвода воды кана вой в обход плотины, с последующим выполнением нового посто янного водоотводящего устройства. Это в ряде случаев оказы вается более экономичным, чем устройство проходных коллекто ров. Это, однако, не касается таких больших хвостохранилищ, как эксплуатируемое в настоящее время хвостохранилище Джез-
2i6
180С.0
Рис. 109. Водоприемник]'«лежачего» типа:
tj |
а — продольный профийь по. линии водосбросных сооружений, |
б — план трассы водосбросных сооружений хвоетохранилища, |
я — про- |
|
Zj |
дольный профиль но водоприемнику «лежачего» типа. / — плотина первой очереди (насыпная); 2 — водоспускной коллектор; |
3 — |
||
|
водоприемные колодцы; 4 — водоприемник «лежачего» типа; |
5 — бетонная подготовка; 6 — температурный шов; 7 — балка |
1-2; |
8 — |
|
балка Т-1 |
|
|
|
казганской фабрики, где устройство проходного коллектора является оправданным и в нем размещаются трубы оборотного водоснабжения-
Применяемые до сих пор конструкции водоприемных колодцев показаны па рис. 105 и 107. Сечения колодцев определяются в основном требованием размещения необходимого числа и раз меров водосливных отверстий (окон). При значительных расходах воды, сбрасываемых через колодец, например при расчете на отвод паводков, приходится развивать водосливной фронт за счет увели чения сечения и периметра колодца, рассчитанного на сброс воды
Рис. 110. Водосброспое сооружение сифонного типа из асбестоцементных труб:
1 — всасывающая труба; |
2 — сварные металлические муфты; 3 |
— трос-проволока d = |
= 3— 4 мм, 4 — ворот, S — муфта; 6 — две крышки зарядной камеры; 7 — асбоцемент |
||
ные трубы; 3 — зарядная |
или вакуум-камера; 9 — двубуртные |
асбоцементные трубы; |
10 — задвижка Л у д л о ; 11 |
— гаситель энергии; 12 — деревянные |
салазки |
в количество до 5 м3/с, при толщине переливающегося через водослив слоя воды 15 см (рис. 111).
На рис. 112 показаны решения конструкций водоспускных коллекторов. Применение того или иного типа конструкции кол лектора определяется инженерно-геологическими условиями. При жестком, практически педеформируемом основании можно проек тировать коллекторы без устройства железобетонной' подушки (тип III). Стремление ослабить вредное влияние неравномерных осадок на прочность стенок коллектора обуславливает решения
сустройством подушек (типы I и II).
Всвязи с указанным подушки следует устраивать в случаях прокладки коллекторов на толще деформируемых грунтов и зна чительной толще грунтов разной деформируемости по длипе кол лекторов. К деформируемым грунтам относятся пластичные суглипки и глины с пористостью больше 45—50% и высокими пока зателями консистенции (В ;> 0,5).
При прокладке коллекторов на лессовых просадочных грунтах,
в целях предотвращения опасной неравномерной осадки коллек торов, необходимо либо толщу таких грунтов перерабатывать
248
А-А |
и |
1ЯВЗА71 .
ь й
Рис. 111. Конструкция водоприемного колодца при больших расходах сбрасываемой из хвостохранилища воды:
I — железобетонные шандоры; 2 — шандорныс пазы; I, I I — детали шандорных па-
аов
6
Рис. 112. Типы конструкций водоспускных коллекторов:
1 — тип I; 2 — тип II; 3 — тип III; 4 — секция коллектора для типов I и II; 5 — секция колектора для типа III; 6 — подготовка из тощего бетона; 7 — железобетонная иод-ушка; I — муфта. Внешние поверхности коллекторов покрываются слоем гидроизоляции
(вынимать траншею с последующей укладкой тех же грунтов сло ями с замочкой и уплотнением), либо при большой глубине их залегания (> 7 —10 м) принудительно уплотнять с устройством песчаных и известковых свай, либо укреплять методом силикати зации, либо, наконец, нрокладывать коллектор на свайном рост верке (если толщу лёссов подстилают непросадочные грунты). Выбор более рационального решения из указанных производится на основе технико-экономического анализа соответствующих вари антов.
При проектировании водоспускных коллекторов особое вни мание следует обращать на мероприятия по гидроизоляции их стенок, а также на устройство осадочных и температурных швов.
Гидроизоляция необходима для предотвращения выщелачива ния бетона фильтрующими через стенки безнапорного коллектора водами. Коллекторы, как правило, подвергаются давлению вы соконапорных грунтовых (хвостовых) вод, фильтрующих через стенки коллекторов с высокими градиентами-
Так, например, если стенки коллектора имеют толщину 25 см, а столб воды над ними равен 50 м, то градиент фильтрации воды через стенки коллектора I = 50 : 0,25 ■= 200. Такие градиенты фильтрации обуславливают быстрое разрушение бетонных стенок коллектора. Поэтому и представляется особенно важным покрытие стенок коллектора надежным и долговечным гидроизоляционным слоем.
В советской гидротехнике наибольшее распространение имеют асфальтовые гидроизоляции. В разработке последних большая заслуга принадлежит лаборатории гидроизоляций ВНИИГ. При цроектировании гидроизоляций водоспускных коллекторов сле дует руководствоваться указаниями ТУиН «Асфальтовые гидро изоляции гидротехнических сооружений» и информационными брошюрами ВНИИГ [45, 40).
Представляется необходимым указать на примеры лучших решений по гидроизоляциям при проектировании сооружений хвостохранилищ.
В основании коллектора рекомендуется устройство литой асфальтовой гидроизоляции. По внешнему периметру стенок кол лектора рекомендуется устройство штукатурной асфальтовой ги дроизоляции толщиной до 1 см, наносимой в три намета (толщина каждого слоя 0,3 см). Состав материала гидроизоляции в %: битумной эмульсионной пасты — 75—80, порошкообразного за полнителя (известнякового, доломитового, кирпичного, золы ТЭЦ) — 20—25. Состав битумной пасты в %: битума марки БН-Ш-50, извести 1-го сорта — 12, воды — 38.
Перекрытие температурно-осадочных швов рекомендуется по лосовой и профильной резипой с напорной стороны.
Коллекторы рекомендуется, как правило, проектировать из сборных бетонных и железобетонных элементов. Один из типов таких конструкций показан на рис. ИЗ.
250