9.3. Эксплуатация накопителей
Предаварийное состояние многих накопителей объясняется ошибками при проектировании, строительным браком и отсутствием правильной эксплуатации. Наличие постоянного подразделения, оснащенного необходимыми техникой и материалами, позволяет своевременно замечать и устранять нарушения в работе сооружений, проводить ремонтные работы, квалифицированно эксплуатировать системы гидротранспорта отходов и поддерживать положение уреза воды на безопасном расстоянии от дамб, а уровень воды в пруде не выше проектной отметки, своевременно переключать выпуски пульпы и водосбросные сооружения, отмывать качественные защитные пляжи.
Основой грамотной эксплуатации накопителя является паспорт сооружения с указанием проектных параметров, результатов ежегодной исполнительной съемки, положения и отметок опорных реперов, контрольных параметров дренажных систем, контрольного положения уровня воды в пь-езометрах, проектного температурного режима, минимально допустимого размера пляжа и т.д. Обязательным приложением к паспорту должна быть инструкция по эксплуатации с поквартальной технологической картой заполнения емкости. В инструкции должны быть указаны наиболее опасные возможные нарушения в работе сооружения, требующие проведения аварийных работ, сроки их выполнения и список специалистов, вызываемых в аварийных случаях.
При эксплуатации накопителей обслуживающий персонал обязан:
ежедневно контролировать положение уровня воды в отстойном пруде, состояние водосбросных сооружений и ограждающих дамб;
еженедельно контролировать работу дренажных устройств, измерять фильтрационный расход, отмечать цвет фильтрата и наличие взвеси (вынесенных фильтрационным потоком частиц отходов и грунта);
один раз в 2–3 месяца производить замеры уровня воды в пьезометрах и наблюдательных скважинах;
в начале и конце морозного периода контролировать температурный режим сооружений;
по ежеквартальной технологической карте заполнения емкости переключать выпуски пульпы, по условиям эксплуатации переключать водосбросные сооружения, по мере заполнения емкости и повышения уровня воды в пруде устанавливать шандоры в колодцах, включать или отключать регулируемые дренажные устройства, менять положение плавучих водоприемных устройств (все действия должны фиксироваться в эксплуатационном журнале);
при ежедневном осмотре ограждающих дамб все замеченные нарушения фиксировать в журнале с описанием основных параметров нарушений – размеров, ориентации трещин и их раскрытий, местоположения провалов и промоин, размеров и местоположения участков высачивания фильтрата на откосах, расхода фильтрующейся воды и наличия в ней взвешенных частиц и т.п.;
в конце летнего периода и перед началом снеготаяния проверять состояние водоотводящих сооружений, в летний сезон по мере необходимости проводить на них ремонтно-восстановительные работы;
постоянно проводить осмотр и устранение протечек на разводящих пульпопроводах, устранять промоины на откосах и проводить текущий ремонт крепления откосов;
ежегодно, в конце летнего периода, выполнять исполнительную геодезическую съемку полного профиля откоса во всех контрольных пьезостворах с указанием положения уреза воды, отметок уровня воды в пруде и пьезометрах на момент съемки.
Необходимо проводить нивелировку верха наблюдательных скважин, отметок поверхности грунта около них, отметок берм, выверять уклоны и расстояния. Следует выявлять и контролировать осадки, выпучивания, смещения всех пьезометров, термоскважин, осадочных марок и другой закладной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) – по их деформациям можно своевременно выявить опасные осадки и оползневые смещения откосов и принять меры по их закреплению. Необходимо проводить систематические замеры глубин пруда и определять остаточную емкость накопителя. При выявлении в процессе эксплуатации подъема уровня воды в пьезометрах более чем на 1 м по сравнению с безопасным положением депрессионной поверхности по паспорту сооружения и появлении внешних признаков фильтрации на поверхности откоса (обводнение, наледи, суффозия и др.) следует устанавливать ежедневные наблюдения за выявленными нарушениями и проводить оперативные контрольные расчеты устойчивости с учетом изменений фильтрационного и температурного режима (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Основные формы фильтрационно-температурного режима намывных ограждающих дамб талого типа
а, б - нормальный режим фильтрации (безнапорная фильтрация в русловом створе защищенного от промерзания дренажа); в - аварийный режим (безнапорно-напорная фильтрация в русловом створе с высачиванием на поверхность откоса выше гребня нефильтрующей первичной дамбы при отсутствии дренажа или его неэффективной работе); г - неблагоприятный режим фильтрации в центральном и боковых створах при сплошном промерзании откоса и нефильтрующей первичной дамбы; 1 - талые фильтрующие отложения; 2 - водонепроницаемые мерзлые отложения; 3 - нижняя граница многолетнего промерзания откоса; 4 - слой сезонного оттаивания; 5 -поверхность мерзлоты в основании; 6 - оттаявший слой грунта основания; 7 - кривая депрессии; 8 - нефильтрующая первичная дамба с внутренней дренажной призмой; 9 -наледь; 10 - отстойный пруд; 11 - дренажный выпуск; 12 - теплоизолирующий слой грунта; 13 - нефильтрующая первичная дамба
Ежегодно после схода снежного покрова рекомендуется проводить осмотр ограждающих и других сооружений и оборудования и составлять план выполнения ремонтно-восстановительных работ.
При проведении обследований и ремонтно-восстановительных работ на участках с увлажненной поверхностью без выраженных фильтрационных выходов рекомендуется применять неглубокое (до 4-5 м) разведочное бурение. Заплывание и разжижение намывных отложений и грунтов вокруг пробной скважины укажет на приток фильтрационных вод. Выполнять такое бурение можно только на поверхности, свободной от увлажнения талыми водами, или в зимнее время. В результате такого обследования устанавливаются границы участков, на которых требуется устройство дополнительных локальных дренажей и пригрузок (рис. 9.4).
Рис. 9.4. Осушение и стабилизация заболоченного участка у подошвы дамбы (выполняется на золоотвале Иркутской ТЭЦ-10)
1 – низовой откос; 2 – внешняя упорная призма; 3 – водопропускная труба; 4 – обратный фильтр; 5 – дренирующий слой (0,5 – 1,0 м) или локальные дренажные ленты; 6 – теплозащитный слой; (1,0 - 2,0 м), намываемый из золошлаков (хвостов); 7 – рекультивационный слой; 8 – поверхность укрепляемого основания
При появлении на поверхности откосов и в нижнем бьефе в непосредственной близости от подошвы дамбы опасных сосредоточенных выходов фильтрации необходимо зафиксировать их на плане и привязать к контрольным пьезостворам. На каждом выходе необходимо один раз в 10 дней измерять расходы и температуру воды, а при наличии суффозионного выноса частиц грунта отбирать пробу фильтрата и проводить количественную оценку фильтрационных деформаций, определяя зерновой состав, количество вынесенных частиц и принадлежность их к отходам или грунта тела дамб и основания. При образовании над фильтрационными выходами или ниже их наледей необходимо выполнять ежемесячную съемку, характеризующую их размеры и динамику развития. При выявлении локальных нарушений прочности низового откоса – трещин, провалов, промоин, местных оползней и обрушений берм необходимо фиксировать их на плане и вести ежедневные наблюдения за развитием указанных деформаций с их измерением. При прогрессирующем развитии этих нарушений необходимо проводить аварийно-восстановительные мероприятия.
В случае деформации откосов в виде оползней мероприятия по укреплению дамбы и восстановлению деформированного откоса должны выполняться по проекту аварийно-восстановительных работ, разработанному на основании материалов детального натурного обследования состояния сооружения. Проектированию укрепительных мероприятий должна предшествовать подробная топосъемка, устанавливающая фактический рельеф поверхности откосов, гребня, пляжа, участков бортовых примыканий и расположения водосбросов. При этом должны быть четко выявлены внешние контуры деформированных и фильтрующих участков. Основным индикатором постоянной локальной фильтрации, угрожающей устойчивости намывного сооружения, можно считать провальные карстово-эрозионные воронки и наледи (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Основные формы образования наледей и гидролакколитов над сосредоточенными выходами напорных фильтрационных вод и рекомендуемые схемы установки незамерзающей каптажной камеры в пунктах высачивания на поверхности промерзающего откоса и у его подошвы
1 - мерзлая зона на низовом откосе; 2 - фильтрующая талая зона; 3 - наледь; 4 -гидролакколит; 5 - незамерзающий дренажный колодец; 6 - теплоизолированный дренажный выпуск; 7 - грунтовая теплоизоляция; 8 - нефильтрующая первичная дамба
Восстановительный намыв (рис. 9.6) и отсыпку грунта на деформированных участках низового откоса, гребня и пляжа необходимо выполнять в течение одного строительного сезона при стабильном или пониженном уровне воды в отстойном прудке. Проектом должна быть предусмотрена тщательная заделка всех воронок, промоин, эрозионных русел и понижений, ослабляющих откос. На поверхности укрепляемого откоса должны быть предусмотрены бермы и крепления из крупнообломочного грунта, исключающие повторную эрозию, сплывы и другие деформации поверхностного слоя. При проведении упрочняющего намыва не допускается замыв отходами снежников и обнажений погребенных техногенных льдов. В этом случае снег полностью удаляется, а замытый лед подвергается искусственному оттаиванию
Рис. 9.6. Незамерзающий дренаж и восстановительный намыв на укрепляемых участках низового откоса, деформированных в процессе сосредоточенной фильтрации, наледеобразования, термокарста и термоэрозии
1 - границы мерзлых зон; 2 - деформированная поверхность фильтрующего участка откоса; 3 - дренирующая пригрузка; 4 - теплогидроизолирующий слой; 5 -незамерзающий дренажный выпуск;6 - намытый или отсыпанный грунтовый материал, выравнивающий откос и предохраняющий дренаж от промерзания
Термокарстовые воронки на пляже и откосе следует своевременно и тщательно засыпать глинистым грунтом и замывать отходами, не допуская попадания в них воды из отстойного пруда. При восстановительном и упрочняющем намыве на пляже не допускается образование застойных зон, способствующих скоплению мельчайших илистых частиц и образованию локальных ослабленных прослоек.
Контрольные вопросы.
Как выполняется строительство и наращивание накопителей?
Как правильно организовать безопасную эксплуатацию накопителя?
Какие схемы фильтрационных потоков наблюдаются при эксплуатации накопителей на Крайнем Севере?
Как выполняются локальное укрепление дамб на участках высачивания фильтрационных вод?
Заключение
В данном учебном пособии мы обращаем внимание читателей – студентов экологов и теплоэнергетиков на вопросы проектирования и эксплуатации специальных природоохранных гидротехнических сооружений – накопителей дисперсных и жидких промышленных отходов
Функционирование и дальнейшее развитие горно-металлургического и энергетического комплекса, нефтехимических производств и многих других предприятий сопровождается увеличением объемов отходов – хвостов, золошлаков, шламов, промстоков и обострением порождаемых ими экологических проблем. К ним относятся загрязнение подземных вод и водоемов при фильтрации промстоков из накопителей, геотехнические, гидромеханические и геохимические изменения окружающей природной среды под влиянием накопителей, нарушение устойчивости ограждающих дамб, их фильтрационные деформации, воздействие опасных мерзлотных процессов (что особенно актуально в суровых климатических условиях), разрушение накопителей, вытекание из них гидросмеси отходов и промстоков, формирование обширных территорий, затопленных и загрязненных техногенными селевыми потоками, ветровая эрозия и пыление массивов складируемых отходов.
Дисперсные промышленные отходы – хвосты рудообогащения, золошлаки ТЭС и шламы различных производств являются ценным вторичным минеральным сырьем, подлежащим последующей переработке по новым, в т.ч. высоким технологиям с извлечением многих полезных компонентов – драгоценных, цветных и черного металлов, нефтепродуктов, различных химических соединений и др. В последние десятилетия уже осуществляется извлечение из отходов таких ценных компонентов, как алмазы из хвостов кимберлитовых руд в Якутии и платина из хвостов Норильского комбината. По мере развития эффективных методов утилизации отходов номенклатура и количество добываемых из них веществ будут возрастать. В то же время вторичное использование отходов приведут к появлению новых факторов загрязнения окружающей среды, в частности, к образованию вторичных, в т.ч. и более токсичных соединений. Поэтому проблема создания надежных и экологически приемлемых накопителей отходов остается по-прежнему актуальной и требует разработка новых, более совершенных методов и средств, обеспечивающих охрану окружающей среды от загрязнения. Авторы полагают, что данное учебное пособие в некоторой мере уже способствует решению этой перспективной и сложной задачи.
Совершенствование технологий утилизации отходов, рассматриваемых как вторичное минеральное сырье, и частичное сокращение уже накопленных объемов отходов не ослабляет остроты экологического бедствия порожденного рассматриваемыми объектами. Характерным и печальным примером невосстанавливаемой деградации природных ландшафтов при создании хвостохранилищ рудообогатительных фабрик является Норильский промрайон. Тяжелыми экологическими последствиями сопровождается устройство шламохранилищ золотоизвлекательных фабрик на всей территории Сибири и Крайнего Севера, шламонакопителей в нефтедобывающих районах Западной Сибири, хранилищ отходов химико-металургических производств и золоотвалов ряда тепловых электростанций.
Поэтому в пособии рассматриваются не только традиционные технические решения накопителей, методы их проектирования и расчетов, но и перспективные новые разработки, выполненные в последние годы на кафедре «Инженерная экология» Политехнического института Сибирского федерального университета. По нашему мнению, эти предложения могут быть реализованы со значительным эколого-экономическим эффектом на промышленных объектах Сибири и Крайнего Севера. В первую очередь данные материалы рекомендуются нами для использования в курсовых и дипломных проектах при подготовке магистров и аспирантов, в учебной научно- исследовательской работе студентов.
Предлагаемое вниманию читателей пособие существенно отличается от известных аналогов и будет полезным как для студентов, так и для специалистов, решающих сложный комплекс задач по проектированию, строительству и экологическому контролю накопителей.