ВСН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния

- средневзвешенное значение объемной массы скелета грунта в соответствующей зоне, т/м³;

G - масса карьерного (вскрышного) грунта, т;

(3)

здесь v_j - объем грунта j-го слоя, м³;

h_j - средняя мощность j-го слоя, м;

S_j - площадь j-го слоя вскрыши, м²;

- объемная масса скелета карьерного грунта j-го слоя, т/м³.

Объемная масса скелета намытого грунта и диаметры частиц по зонам приведены ниже (см. табл. 2 и приложение 2).

Объем намытого в отвал грунта равен сумме объемов грунта по зонам и может быть определен из выражения

(4)

Результаты расчетов по формуле (4) должны быть сопоставлены с произведением b₀v₀ [формула (1)]. В случае расхождения более 5 % расчеты следует пересмотреть.

Рис. 2. Зоны фракционирования намытого грунта:

I - упорная призма; II - промежуточная зона; III - центральная (прудковая) зона; 1 и 2 - дамбы соответственно первичного и вторичного обвалования; 3 - разводящий пульпопровод; 4 - прудок-отстойник; 5 - шандорный колодец; 6 - основание; 7 - возможные кривые скольжения

Таблица 2

Зона

Уклон откоса намыва

Характеристика намытого грунта

Объемная масса скелета (числитель) и коэффициент гидроразрыхления b_i намытых грунтов (знаменатель)

наименование грунта

средняя медианная крупность частиц d₅₀, мм

характерная крупность частиц d, мм

пределы изменения

средние значения при высоте гидроотвала Н

< 10 м

10 - 30 м

I

0,01 - 0,07

Пески, супеси

0,15-0,3

0,1

II

0,01 - 0,015

Супеси, суглинки

0,01 - 0,15

0,01 - 0,1

III

0,005

Глины, суглинки

0,005 - 0,01

< 0,01

Примечание. При наращивании гидроотвала свыше 30 м объемная масса скелета грунта должна быть уточнена контрольным определением.

4. НАМЫВ ОТВАЛОВ Технология намыва

4.1. Выбранная технология намыва отвала должна обеспечить устойчивость гидроотвала и минимальную стоимость производства работ, а также требуемую степень осветления сточной воды в отстойном прудке.

Технология намыва должна предусматривать:

обеспечение приема грунта на отвале без нарушения режима работы оборудования;

создание упорной призмы из супесчаных грунтов с несущей способностью, обеспечивающей возможность производства работ и устойчивость внешних откосов;

механизацию подготовительных и вспомогательных работ на гидроотвале.

4.2. При выборе схемы намыва связных грунтов необходимо учитывать следующие обстоятельства:

осаждение песчаных фракций намываемого грунта происходит в среде повышенной плотности, поэтому скорость их выпадения замедляется, а объемная масса намытого грунта уменьшается;

при выпадении песчаных частиц поры между ними заполняются пылеватыми и глинистыми частицами, намытый грунт имеет микрослоистую текстуру, что резко ухудшает фильтрационные свойства намытого грунта;

в процессе намыва в пляжной зоне грунт может быть уложен с плотностью, не обеспечивающей достаточной несущей способности для работы людей и механизмов, что усложняет технологию работ;

роль технологии намыва не всегда ограничивается укладкой грунта, в ряде случаев появляется необходимость в выборе химических или других способов ускорения осветления воды, а также консолидации больших объемов разжиженной массы, поступающей в отвал;

в зависимости от типа гидроотвала схема намыва принимается односторонней, двусторонней или кольцевой; взятый за основу низкоэстакадный способ не исключает возможности выбора других способов намыва гидроотвалов (низкоопорный, зенитный и др.).

4.3. Принципиальная основа технологии намыва должна отвечать следующим требованиям.

Гидроотвал необходимо возводить так, чтобы по всей его периферии был образован пляж шириной не менее 60 м, а отстойный прудок прижат к естественному откосу или расположен в центре гидроотвала.

Площадь отстойного прудка должна обеспечивать осветление отработанной воды (с учетом допускаемого содержания мелких фракций) и создавать условия для работы на водообороте. Излишек площади прудка нежелателен, так как он способствует снижению объема грунта, намываемого в надводной части, и увеличению разжижения глинистого грунта в прудке.

Скорость поднятия уровня воды в прудке определяется интенсивностью наращивания гидроотвала по всей его площади.

При намыве пляжа должна максимально использоваться возможность фракционирования грунта для образования надводного профиля, при котором крупность фракций закономерно возрастает в сторону наружного откоса.

Пляж намывают тонкими слоями, с перерывами для консолидации грунтовой массы, требующейся по условиям устойчивости гидроотвала. При этом необходимо учитывать, что уплотнение намытого слоя происходит в результате понижения депрессионной кривой фильтрационного потока и испарения, в то время как длительный намыв в одном месте может привести к переувлажнению намытого грунта на значительную глубину. Толщину слоя намыва принимают: для глин 0,25 - 0,30 м, для суглинков 0,3 - 0,4, для супесей 0,4 - 0,5 м. Максимальную продолжительность непрерывного намыва слоев во избежание переувлажнения уже уплотненных нижележащих слоев ограничивают временем: для глин 18 ч, для суглинков 24 ч. Возобновление намыва на ранее намытый супесчаный слой допускается после снижения влажности грунта на пляже до 18 - 20 % (примерно через 4 - 6 суток).

Скорость потока пульпы на пляже для мелкопесчаных и пылевато-глинистых грунтов может быть определена по рис. 3 или по формуле

,

где d_ср - средневзвешенная крупность намытого грунта, мм;

c_п - массовая консистенция пульпы;

g - ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/с²;

q_п - удельный расход пульпы, л/с.

Требуемую скорость потока пульпы следует подбирать по ходу проектирования путам выбора диаметра и количества одновременно работающих выпусков. Для расхода пульпы 1500 - 2000 м³/ч рекомендуется использовать 6-10 открытых выпусков диаметром 100 - 200 мм.

Расстояние между выпусками не должно превышать 6 - 8 м во избежание образования застойных зон вблизи обвалования.

4.4. Выполнения требований п. 4.3 можно достичь при рассредоточенном выпуске пульпы из отверстий пульпопровода, уложенного на эстакаде. Эстакадный способ обеспечивает высокие качество и производительность намыва.

4.5. При эстакадном способе следует проектировать укладку пульпопровода по периметру площади намыва в непосредственной близости от обвалования. Стойки опор рекомендуется располагать не далее подошвы откоса обвалования.

Рис. 3. Зависимость скорости потока намыва v от удельных расходов пульпы q_п и крупности намываемого грунта:

1 и 2 - песок соответственно крупно- и мелкозернистый; 3 - пылеватый грунт

При высоте обвалования около 3 м высота эстакад должна быть около 2,5 м. В таком случае эстакада имеет простую конструкцию, обеспечивающую благоприятные условия для отсыпки обвалования, и замытые стойки опор можно сравнительно легко извлечь подъемным механизмом.

4.6. Для отсыпки обвалования забор грунта из намытого пляжа не допускается. Грунт для отсыпки обвалования необходимо забирать экскаватором (драглайном) из излишков наружного откоса с одновременной планировкой этого откоса под запроектированное заложение.

Дамбу вторичного обвалования при наращивании гидроотвала на устойчивость не рассчитывают. Во избежание размыва внешнего откоса гидроотвала укладывать распределительный пульпопровод на дамбе обвалования не разрешается.

Для перехода в течение сезона на новые ярусы намыва намывной пульпопровод следует составлять из двух ветвей, противоположно направленных от магистрального пульпопровода. Тогда перекладку одной ветви можно производить без длительной остановки гидромеханизмов.

4.7. Размеры пляжа назначают исходя из гранулометрического состава грунтов карьера и скорости осаждения пылевато-глинистых частиц в прудке-отстойнике. При этом следует избегать образования в верхних горизонтах прудка застойных зон из-за перемещения уреза воды в прудке.

4.8. При проектировании гидроотвалов высотой более 10 м необходимо учитывать, что давление слабых глинистых грунтов центральной зоны на упорную призму увеличивается пропорционально высоте. Незначительные нарушения технологии намыва могут привести к образованию оползней и утечке глинистой суспензии из отстойного прудка. Для предотвращения этих повреждений при намыве отвала следует предусмотреть возможность увеличения устойчивости намытых масс грунта путем пригрузки наружных откосов гидроотвала сухим грунтом с высокими фильтрационными свойствами, а также путем устройства берм на наружном откосе.

Бермы необходимы, кроме того, как проезды и площадки для наращивания последующих ярусов намыва. Расположение и размеры берм следует выбирать исходя из условий и средств производства работ.

4.9. В случае проектирования гидроотвалов высотой более 30 м при расчетных коэффициентах запаса устойчивости откосов менее 1,2 и объеме отстойного прудка, не обеспечивающем требуемого осветления воды, необходимо рассмотреть вариант выноса прудка-отстойника за пределы гидроотвала. Следует учесть, что помимо снижения класса капитальности гидроотвала при этом достигается увеличение его емкости и значительно облегчается работа прудка-отстойника. Однако строительство вторичного отстойника требует более массивного обвалования, которое необходимо рассчитывать согласно СНиП II-53-73 как водоудерживающую плотину. Исходя из этого, вторичный отстойник целесообразно располагать в выработанном пространстве карьера.

Выбор типа дамбы первичного обвалования

4.10. Дамба первичного обвалования обеспечивает образование начальной емкости гидроотвалов и фильтрацию воды из намытого грунта.

Дамбу в основании наружного откоса отвала следует проектировать с таким расчетом, чтобы после окончания намыва начального яруса объем срезаемого грунта обеспечил бы отсыпку дамбы обвалования следующего яруса. Предельно допустимые размеры первичной дамбы обвалования после среза грунта должны быть указаны в проекте.

4.11. Основные параметры и конструкция ограждающей дамбы зависят от типа гидроотвала, рельефа местности и инженерно-геологических условий основания гидроотвала.

Высота дамбы первичного обвалования должна назначаться с учетом состава карьерного грунта, интенсивности намыва, емкости прудка-отстойника и гидроотвала в целом. Минимальную высоту дамбы следует принимать близкой к высоте намыва, т.е. 3 - 5 м.

Превышение гребня ограждающей дамбы первичного и вторичного обвалований над уровнем воды в прудке должно быть достаточным для предотвращения перелива через него пульпы во время намыва.

Ширину гребня дамбы первичного обвалования следует назначать с учетом условий строительства и эксплуатации гидроотвала, но не менее 4 м при необходимости проезда машины и не менее 3 м при отсутствии такой необходимости.

4.12. Откосы дамбы первичного обвалования должны иметь достаточную устойчивость против оползания при заданных условиях возведения и эксплуатации гидроотвала.

При высоте дамбы первичного обвалования более 3 м заложение откосов следует определять расчетом на устойчивость дамбы.

При проектировании гидроотвалов III класса заложение откосов дамбы первичного обвалования высотой до 3 м должно соответствовать углу естественного откоса грунта.

4.13. Выбор материала для возведения дамбы первичного обвалования должен производиться с учетом возможности использования местных грунтов, применения гидромеханизации, а также с учетом дренирующей способности материала.

Ограждающие дамбы необходимо возводить из песчаных грунтов. Применение суглинков и супесей требует специальных технико-экономических обоснований (СНиП II-53-73).

Грунты для устройства дамбы первичного обвалования следует выбирать с более высокими свойствами по сравнению с грунтами упорной призмы. Фильтрационный поток на отдельных участках при выходе в низовой откос дамбы первичного обвалования не должен вызывать фильтрационных деформаций.

4.14. Для надежного сопряжения тела первичной дамбы обвалования с основанием необходимо удалять со всей площади ее основания почвенно-растительный слой и слабые грунты.

Сопряжение ограждающей дамбы с водосбросными сооружениями должно предотвращать появление опасной для сооружения сосредоточенной фильтрации.

Проектирование водосбросных и водозаборных сооружений. Отвод поверхностных вод

4.15. Водосбросные сооружения предназначаются для отвода осветленной воды за пределы отвала. Они могут выполняться в виде сбросных колодцев, водозаборных плавучих насосных установок или передвижных насосных установок с плавучим водозабором.

Примечание. Необходимость в полном или частичном опорожнении прудка-отстойника может возникнуть в тех случаях, когда первичной дамбе или боковой призме отвала угрожает опасность разрушения вследствие переполнения прудка-отстойника, разрушения пляжа намыва от волновых воздействий, интенсивной фильтрации, сопровождающейся выпором грунта и др.

4.16. При проектировании водосбросных устройств для гидроотвалов овражного и балочного типов должен быть предусмотрен комплекс мероприятий, обеспечивающих пропуск ливневых и паводковых вод с водосбросной площади гидроотвала. Отказ от применения специального водосбросного устройства необходимо обосновать.

4.17. Сооружения и оборудование для сброса воды (водосбросные колодцы и насосные станции) должны быть расположены в зоне наиболее осветленной воды в центральной части прудка-отстойника. При этом необходимо учитывать возможность влияния ветро-волновых течений на процесс отстоя воды в прудке.

Для обеспечения слива верхнего, наиболее осветленного слоя воды на всасывающей трубе плавучих насосных станций рекомендуется предусматривать устройства в виде металлических ящиков, обеспечивающих слой слива толщиной 5 - 8 см.

4.18. Для возмещения потерь и регулирования положения горизонта воды в прудке-отстойнике (с целью обеспечения осветления воды) подпиточную воду необходимо подавать на возможно большем расстоянии от водосбросного колодца или насосной станции. Расход подпиточной воды следует принимать из расчета 0,6 - 1,0 м³ на 1 м³ карьерного грунта.

4.19. Качество осветленной воды при сбросе ее из гидроотвалов во внешние водоисточники должно удовлетворять «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» № 372-61 и нормам «Предельные допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового водопользования» № 847-70.

4.20. Сбросные колодцы следует рассчитывать согласно действующим типовым проектам. Для регулирования уровня воды в прудке-отстойнике на сбросных колодцах следует предусматривать шандоры.

4.21. Для повышения устойчивости откосов гидроотвала за счет снижения кривой депрессии и отвода фильтрационных вод при намыве во избежание обводнения района работ должны быть запроектированы дренажные устройства. Необходимость устройства дренажа на гидроотвалах, а также его конструкция и расположение должны быть обоснованы проектом в зависимости от типа гидроотвала, его высоты, инженерно-геологических условий основания, конструкций первичной дамбы и др. (СНиП II-53-73, пп. 2.53-2.65).

Наиболее простой способ дренирования гидроотвала - возведение первичной дамбы обвалования из водонепроницаемого грунта, коэффициент фильтрации которого больше, чем у намываемых грунтов.

4.22. Для защиты гидроотвала от поступления ливневых и паводковых вод с прилегающей территории следует устраивать дренажные канавы. Сечение канав, уклоны и количество поступающей воды определяют в проекте с учетом площади водосброса, рельефа местности и гидрометеорологических условий.