1.4. Выбор площадки, назначение емкости и другие вопросы проектирования накопителей

Выбор площадки под строительство – наиболее важный, сложный и ответственный первоначальный этап проектирования.

Основными факторами при выборе площадки являются: обеспечение возможности создания необходимой емкости накопителя; условия согласования площадки и трассы пульпопроводов и водоводов осветленной воды с контролирующими и заинтересованными организациями; технико-экономические показатели строительства накопителя и затраты на эксплуатацию.

Необходимую вместимость накопителя определяют по формуле

(1.1)

где n – число лет эксплуатации; – объем выхода твердых отходов в конкретный год эксплуатации,

. (1.2)

Здесь – годовой выход отходов, поступающих в нвкопитель в i- й год, в т; – коэффициент заполнения емкости (для гидроотвалов =0,80÷0,9); – осредненная плотность сухого материала, укладываемого в отвал, т/м³, определяется по справочным данным [14, 16, 34, 35, 36] или по результатам изысканий на действующих аналогах.

Выбор площадки под строительство накопителя должен проводиться в соответствии с основами земельного, природоохранного и водного законодательства.

Прежде всего следует исходить из наличия свободного места, так как сложности инженерно-геологических условий, как правило, не являются препятствием к строительству; практически все природные грунты могут служить основаниями ограждающих сооружений накопителя при своевременном выполнении эффективных противофильтрационных и укрепительных мероприятий.

Накопители рекомендуется размещать на незастроенных территориях, на малоценных землях, не пригодных для сельского хозяйства или других нужд, с подветренной стороны по отношению к жилой или иной застройке, ниже зон санитарной охраны водозаборов питьевого водоснабжения и рекреационных зон. Не допускается размещение накопителей в зонах санитарной охраны водозаборов, в водоохранных зонах водоемов питьевого назначения, в зонах питания подземных вод. Запрещается размещать накопители в водоохранных зонах рек, ширина которых назначается по берегам рек от среднемноголетнего уреза воды в летний период в зависимости от длины рек. При длине реки до 50, 100 и более 100 км расстояние от уреза воды до накопителя, соответственно, равно 100, 200 и 300 м. Вокруг накопителей должна быть предусмотрена санитарно-защитная зона шириной 300 м.

Рассмотрим вопрос размещения накопителей, высотное положение которых в случае аварии представляет потенциальную опасность затопления нижележащих объектов. Строительство накопителей на таких площадках, как правило, не допускается. В то же время любой накопитель, за исключением бездамбового, является потенциально опасным напорным сооружением, в котором уровень воды и отходов, наполняющих чашу, превышает отметки окружающих территорий. Поэтому представляется обоснованным подход, опирающийся на исследование возможного затопления окружающих территорий при прорыве дамб накопителя, для чего введено понятие "механическая защитная зона" (зона, которая обеспечивает сохранность объектов, расположенных рядом с накопителем, при его аварийном прорыве и растекании воды и пульпы).

При выборе площадки защитные мероприятия назначаются в зависимости от высоты дамбы и уклона местности. При высоте дамбы 30 м и уклоне местности до 0,03 ширина механической защитной зоны составляет не менее 600 м, а с изменением высоты дамбы и уклона местности ширина зоны может меняться в ту или иную сторону в 1,5-2 раза. При положительных уклонах местности, превышающих 0,03, следует предусматривать дополнительные мероприятия - обвалование защищаемых объектов, сооружение специальных обводных каналов для пропуска потока пульпы. Возможно также устройство буферных емкостей, расположенных ниже основной дамбы накопителя и образованных защитными дамбами с водопропускными отверстиями, рассчитанными на сброс безопасного для нижележащих сооружений расхода вытекающей воды или пульпы.

Большинство аварий накопителей происходит из-за переполнения чаши и перелива через гребень, поэтому дополнительной мерой повышения безопасности может служить, например, специально предусмотренный пониженный участок дамбы. Порог и водосливная грань такого водосброса могут быть устроены с применением армирования грунта, геотекстильных материалов или чешуйчатого покрытия железобетонными плитами. Такой водосброс должен быть оснащен аварийной сигнализацией.

По способу складирования отходов выделяют насыпные и гидравлические отвалы. Емкость (чаша) для складирования отходов ограничивается ограждающей дамбой, поверхностью ложа и бортов накопителя – естественных склонов или бортов карьера. Для заполнения емкости устраивают сеть разводящих пульпопроводов с пульповыпусками. Для отвода из чаши осветленной воды устраивают водоотводящие сооружения, а также бассейны и насосные станции осветленной воды. Для отвода поверхностного стока устраивают перехватывающие и водоотводящие сооружения – отсечные дамбы, нагорные канавы и т.п.

Вода, используемая в оборотных системах гидротранспорта, при контакте с отходами насыщается большим количеством химических соединений и элементов, содержание которых превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК). Поэтому важнейшими элементами накопителей являются противофильтрационные и дренажные устройства, предотвращающие загрязнение грунтовых и поверхностных вод.

В зависимости от способа образования емкости накопители подразделяются на одноярусные и многоярусные.

На одноярусных накопителях емкость создается возведением ограждающих дамб на полную проектную высоту. В основном это намывные накопители овражно-балочного типа и наливные (преимущественно шламонакопители) [14, 35].

Многоярусные накопители возводятся поэтапно; первичная емкость создается возведением относительно невысоких первичных дамб, а затем, по мере ее заполнения отходами, на намытом основании возводятся вторичные дамбы поярусного наращивания, создающие новую емкость для дальнейшего этапа складирования.

По количеству секций различают односекционные и многосекционные (две, три и более секций) накопители.

Стоимость накопителя зависит от местных условий строительства – инженерно-геологических, топографических, гидрогеологических и др. Выбор площадки осуществляется в начальной стадии проектирования, когда необходимо учесть специфические условия (инженерно-геологические, гидрогеологические, сейсмические, наличие вечной мерзлоты, просадочных грунтов и т.д.) для правильного определения расчетной стоимости строительства.

Недостаточные изыскания при выборе площадки вызывают в дальнейшем, как правило, удорожание сооружения. На более поздних стадиях проекта и при выпуске рабочей документации возникает необходимость проведения более подробных изысканий, изменения основных технических решений и основных параметров. Это приводит к переутверждению задания на проектирование и изменению перечня проектно-изыскательских работ. Кроме удорожания работ и увеличения стоимости строительства затягиваются сроки проектирования. Поэтому на ранней стадии проектирования исключительно важна достаточно полная проработка основных строительных и природоохранных решений, определяющих стоимость сооружения.

На основании инженерно-геологических изысканий определяются необходимость противофильтрационных устройств и их тип, по аналогам, нормативной и справочной литературе выбирается конструктивная схема ограждающих сооружений и их параметры (высота дамб, заложение откосов и т.д.), назначаются мероприятия по инженерной защите близко расположенных сооружений от затопления в случае аварии и подтопления, определяется класс сооружений, схема отвода поверхностного стока. Особое внимание в начальной стадии проектирования должно уделяться изысканию карьеров местных строительных материалов.

Изыскания, проводимые при выборе площадки, являются основой для составления задания на проведение инженерно-геологических изысканий на дальнейших стадиях проектирования.

После разработки и утверждения технико-экономического обоснования составляется задание на проектирование. Оно включает следующие исходные технологические данные проектируемого накопителя: выход отходов, параметры гидротранспортной системы, размеры требуемой емкости, перспектива ее развития, требования по защитным и природоохранным мероприятиям, сведения о карьерах грунтов, требования по рекультивации земель, перечень прочих работ и затрат, которые должны быть учтены в сводном сметном расчете.

В задании на проектирование накопителя учитываются также особые условия строительства (сейсмичность, наличие просадочных, вечномерзлых грунтов и др.).

Выбор типа накопителя определяется топографией площадки (овражно-балочный, равнинный, косогорный и т.д.); местом этого сооружения в технологической цепи системы удаления отходов; способом образования емкости для складирования (одноярусный, многоярусный); перспективой расширения (односекционный, многосекционный, каскадный).

Для равнинных накопителей характерны невысокие, но протяженные ограждающие дамбы, поэтому здесь осложняется решение вопросов отвода осветленной воды из чаши и отвода дренажных вод при малых уклонах рельефа.

При проектировании пойменных накопителей сложными вопросами являются защита ограждающих дамб от волновых воздействий и воздействий льда со стороны реки, а также защита противофильтрационных экранов от повреждения при подъеме уровня грунтовых вод во время паводков.

Косогорные накопители отличаются от равнинных и пойменных меньшей протяженностью и большей высотой ограждающих дамб. Особое внимание при проектировании накоптелей этого типа уделяется вопросам обеспечения надежности нижерасположенных сооружений. Более ответственными, по сравнению с равнинными и пойменными схемами, являются водоотводящие сооружения, расположенные с нагорной стороны.

При проектировании бездамбовых накопителей, особенно карьерных, весьма сложными являются технические решения по отводу осветленной воды из чаши и эксплуатации дренажных систем.

Наиболее сложными являются накопители овражно-балочного типа. Вопросом первостепенной важности для них является безопасность нижерасположенных объектов, определение необходимости строительства защитных сооружений. Ограждающие дамбы овражно-балочных накопителей относятся к водоподпорным сооружениям плотинного типа и являются, как правило, самыми высокими и ответственными сооружениями по сравнению с дамбами других типов накопителей.

Важнейшей задачей для обеспечения надежности овражно-балочных накопителей является отвод поверхностного стока с водосборной площади верховий оврага или балки. Аккумуляция стока в чаше, применяемая в некоторых хвостохранилищах, практически не приемлема для золоотвалов. Основным способом отвода воды является сооружение обводного канала, являющегося также и нагорной канавой. Для отвода воды могут использоваться водосбросные трубы и коллекторы, проложенные по бортам или тальвегу оврага.

При проектировании овражно-балочных накопителей с верховыми отсечными дамбами необходимо при выборе площадки учитывать отчуждение территории под верхний пруд, образуемый отсечной дамбой, и рассматривать в проекте возможность его использования; в проектной документации, следует особо выделять отметку возможного затопления территорий выше отсечной дамбы при ливневых и весенних паводках; в проекте рекультивации необходимо предусматривать сооружения по транзиту стока через законсервированный накопитель.

В зависимости от топографических условий выбирают схему и конструкцию водосбросных сооружений для сброса осветленной воды из овражно-балочных накопителей. При этом могут использоваться водосбросные колодцы шахтного типа, наклонные водосбросные галереи на бортах чаши, различного рода сифонные водосбросы, плавучие и передвижные насосные станции. Большая высота дамб и соответственно большая мощность слоя складируемых отходов в овражно-балочных накопителях вынуждают предусматривать в проектах ярусное расположение шахтных водосбросов и мероприятия по тампонажу колодцев по достижении предельной высоты.

Необходимо отметить, что широко используемые традиционные шахтные водосбросные колодцы по особенностям кострукции практически недоступны для ремонта. Аварии водосбросов могут привести весь накопитель в аварийное состояние; поэтому при проектировании применяют 100 %-ное резервирование этих сооружений. Весьма ответственным узлом водосброса является узел пересечения водосбросного коллектора с телом дамбы. Для этого узла обычно используются противофильтрационные диафрагмы, глиняные замки и др. Водосбросные отводящие трубопроводы, прокладываемые в чаше, необходимо пригружать от всплытия слоем грунта.