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

качество воды и условия спуска осветленной воды в реки и другие естественные водоемы должны удовлетворять соответствующим нормам (см. п. 4.19).

5.17. При необходимости отвода осветленной воды с помощью плавучих насосных станций должны быть учтены:

возможность применения станций при оборотном водоснабжении для подачи воды к гидромониторам;

расположение станций у естественного борта прудка-отстойника или в центре прудка при замкнутом обваловании гидроотвала;

возможность подключения станций к береговому водоводу шарнирным плавучим трубопроводом для забора чистой воды из прудка-отстойника;

необходимость определения нормы водоосветления для оборотной воды из условия наименьшего износа насосов оборотной воды и трубопроводов.

При проектировании принимается, что:

оборудование практически не изнашивается при содержании в воде частиц размером менее 0,05 мм с концентрацией до 1500 мг/л;

загрязненность оборотной воды зависит от площади, конфигурации и глубины прудка-отстойника, длины пути осветления, расхода воды, гранулометрического состава и плотности грунтовых фракций, осаждающихся в прудке, а также от направления и силы ветра.

5.18. При расчете размеров и емкости прудка должны быть обеспечены заданные нормы водоосветления.

Для создания условий осаждения частиц в прудке-отстойнике скорость потока пульпы необходимо задавать в соответствии с их средней крупностью (табл. 8).

Таблица 8

Крупность частиц, мм

Скорость потока пульпы, м/с

Крупность частиц, мм

Скорость потока пульпы, м/с

0,1

0,095

0,04

0,025

0,08

0,071

0,02

0,0062

0,06

0,045

0,001

0,0018

Объем прудка должен быть минимальным, обеспечивающим заданное водоосветление и водоснабжение. Вторичные отстойники целесообразно устраивать при наличии выработанных пространств после выемки полезного ископаемого. В случае устройства отстойника на гидроотвале следует провести технико-экономическое сравнение различных вариантов ускорения водоосветления: применения коагулянтов магнитной обработки пульпы, увеличения площади гидроотвала или сооружения вторичного отстойника с дамбами обвалования и системой водоосветления.

5.19. При определении емкости прудка (приложение 5) необходимо учитывать производительность водозаборного устройства и баланс воды в гидроотвале.

Годовой баланс воды (м³)

Q = Q_п + Q_с + Q_и + Q_ф + Q_пор + Q_кар, (8)

где Q и Q_п - количество воды, поступающее соответственно с гидроотвала в забой и на гидроотвал в составе пульпы;

Q_с - естественный приток воды к прудку-отстойнику с водосборного бассейна гидроотвала, включая талые, ливневые и паводковые воды;

Q_и и Q_ф - потери воды соответственно на испарение с площади намыва и на фильтрацию;

Q_пор - количество воды, остающейся в порах намытого грунта;

Q_кар - потери воды в карьере (на фильтрацию и испарение).

Значения Q_с, Q_и, Q_ф и Q_кар необходимо определять с учетом климатических и гидрогеологических условий района расположения гидроотвала по общепринятым методам расчета.

Количество воды в порах намытого грунта

, (9)

где Q_гр - объем грунта, поступившего в течение года, м³;

g_ск - средняя объемная масса скелета водонасыщенного грунта, г/мс³;

g - плотность частиц грунта, г/см³.

При этом принимают, что грунт находится в состоянии полного влагонасыщения.

При определении годового баланса предполагают, что объем прудка по мере наращивания гидроотвала от яруса к ярусу существенно не изменяется.

Если годовой расход воды превышает Q, рекомендуется организовать подпитку гидроотвала, которая должна покрывать дефицит воды.

Подпитка необходима в случаях неравенства расхода и притока воды в прудке-отстойнике:

Q_с < Q_и + Q_ф + Q_пор + Q_кар (10)

Или

Q_с < Q

В случае Q_с > Q следует предусмотреть выпуск избытка воды из гидроотвала.

При ориентировочных расчетах на 1 м³ грунта гидровскрыши можно принимать до 1 м³ воды подпитки. Минимальный объем прудка должен быть равен не менее чем двухсуточному объему воды, поступающей на гидроотвал с пульпой.

Расчеты гидроотвалов на фильтрацию

5.20. Гидроотвалы должны быть рассчитаны на фильтрацию в соответствии с положениями СНиП II-53-73 и рекомендациями Водгео.

5.21. Для определения положения депрессионной кривой, фильтрационного расхода и критической фильтрационной устойчивости гидроотвала в период намыва и по окончании намывных работ, а также при решении вопросов о целесообразности применения дренажа следует рассчитывать отвалы на фильтрацию, учитывая требования охраны окружающей среды.

5.22. Расчеты на фильтрацию (приложение 6) производят для отдельных, наиболее характерных поперечных сечений тела или основания гидроотвала шириной 1 м. Характерность поперечных сечений определяется высотой гидроотвала, положением прудка-отстойника, литологическими разрезами тела гидроотвала, рельефом местности, геологическим строением основания и очертанием врезки подошвы гидроотвала в его основание.

Эти расчеты могут быть выполнены, если во всех зонах поперечного профиля гидроотвала будут известны гранулометрический состав намытого грунта, объемная масса скелета грунта и коэффициент фильтрации.

5.23. Фильтрационный поток в теле гидроотвала подпитывается в основном за счет инфильтрации воды из намываемого слоя в пределах упорной призмы, а также за счет подпитки избыточной поровой водой из глинистых грунтов центральной зоны.

5.24. Отвалы на фильтрацию следует рассчитывать для различных отметок уровня воды в прудке-отстойнике, из которых наиболее неблагоприятной является отметка, когда намыв отвала завершается и прудок-отстойник занимает наивысшее положение.

Каждый расчетный случай положения кривой депрессии с учетом положения уровня воды в прудке-отстойнике должен быть разработан в проекте для ряда промежуточных стадий намыва в соответствии с его условиями. Это позволит выбрать оптимальный режим намыва, обеспечивающий устойчивость сооружения. Кроме того, при расчетах фильтрации следует учитывать, что наиболее высоким положение кривой депрессии будет при водонепроницаемом основании.

Расчеты отвалов на фильтрацию на проницаемом основании следует выполнять отдельно для гидроотвала и его основания.

5.25. Положение депрессионной кривой во время намыва определяется местоположением прудка-отстойника. Минимально допустимое расстояние от уреза прудка-отстойника до бровки наружного откоса, при котором не происходит выход фильтрационного потока на откос, рекомендуется вычислять по формуле В.А. Мелентьева (рис. 10):

Рис. 10. Расчетная схема минимально допустимого расстояния от уреза отстойного прудка до бровки наружного откоса m₀ в зависимости от положения депрессионной кривой m

L_мин = H₀(m - m₀), (11)

где H₀ - высота от основания гидроотвала до поверхности рассматриваемого яруса гидроотвала;

m - отношение горизонтальной проекции кривой депрессии к превышению уровня воды в прудке над основанием гидроотвала;

m₀ - отношение горизонтальной проекции наружного откоса к его высоте.

Значение

(12)

где J_кр - критический градиент фильтрационного потока в теле гидроотвала.

Критические градиенты фильтрационного потока и соответствующие им заложения кривой депрессии можно принять исходя из состава и текстуры намытого грунта (табл. 9).

Таблица 9

Грунт

J_кр

m

Суглинок

0,70

1,43

Супесь

0,40

2,50

Мелкий лесок

0,30

3,33

Крупный песок

0,17

5,90

Влияние анизотропности намытого грунта, обусловленной тонкослоистой текстурой, на положение депрессионной кривой можно не учитывать, если коэффициент анизотропии А £ 4. Коэффициент анизотропии определяется отношением K_ф в продольном направлении относительно напластований грунта к K_ф в нормальном направлении.

При А > 4 влияние анизотропии следует оценивать на основе расчетов или моделирования по методу электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).

В расчетах фильтрационных расходов действительного профиля гидроотвала следует учитывать усредненный коэффициент фильтрации.

, (13)

где K_фx и K_фy - коэффициенты фильтрации тела гидроотвала соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Значение коэффициента фильтрации (м/cутки), учитывающего анизотропию намытого грунта, можно проверить по формуле И.П. Федоренко:

, (14)

где n - эмпирический коэффициент (принимается равным 500 и 1000 соответственно для мелкозернистых и крупнозернистых песков);

d_e - эффективный диаметр частиц, отражающий фильтрационные свойства намытого грунта, мм;

(15)

5.26. На основании выполненных расчетов фильтрации следует определять выход фильтрационного потока:

на откос с дамбы обвалования или в дренаж;

в местах примыкания дамбы обвалования к коренному берегу или основанию гидроотвала.

5.27. Результаты расчетов на фильтрацию проверяют в ходе наращивания гидроотвала по данным пьезометрических наблюдений, а также наблюдений за выходом фильтрационного потока на внешний откос. Проверочный расчет устойчивости откоса гидроотвала необходимо производить с учетом уточненного положения кривой депрессии.

В случае отклонения положения фактической депрессионной кривой от допустимой проектом гидроотвал наращивать не следует, а принятые расчетные характеристики необходимо пересмотреть.

Расчеты устойчивости гидроотвала

5.28. Расчеты устойчивости внешнего откоса гидроотвала состоят в определении минимального коэффициента запаса устойчивости при принятых высоте, заложении откосов, положениях кривой депрессии, а также геотехнических характеристик намываемых грунтов.

5.29. Устойчивость следует рассчитывать для наибольших по высоте поперечных сечений упорной призмы при наивысшем положении уровня воды в прудке-отстойнике и с учетом наиболее слабых участков основания. Расчетные створы назначают при проектировании в наиболее характерных местах с учетом застройки территории и возможных зон прорыва.

5.30. Расчеты устойчивости (приложение 7) гидроотвалов типа А, Б, В следует производить для двух случаев:

при наращивании гидроотвалов I и II классов капитальности;

при завершении намыва гидроотвалов всех классов.

5.31. Минимальный коэффициент запаса устойчивости K_зап в зависимости от класса гидроотвала не должен быть ниже указанного в п. 5.8 СНиП II-53-73 (табл. 10).

Таблица 10

Нагрузки

Коэффициент запаса устойчивости K_зап при классе гидроотвала

I

II

III

Основные

1,25-1,3

1,15-1,2

1,10-1,15

Особые

1,05-1,1

1,05-1,1

1,05

Примечание. Полученные расчетные значения коэффициентов запаса при основных нагрузках не должны превышать значений, указанных в табл. 10, более чем на 15 %.

5.32. Внешние откосы гидроотвалов должны иметь заложение, обеспечивающее их устойчивость при намыве и в период эксплуатации гидроотвала. При этом следует учитывать, что устойчивость откосов зависит от:

высоты и заложения внешних откосов гидроотвала;

размеров зон фракционирования;

геотехнических свойств грунтов отдельных зон гидроотвала и его основания;

положения депрессионной кривой;

объема текучих глинистых грунтов центральной зоны и степени их консолидации.

5.33. При проектировании уклоны внешних откосов гидроотвала необходимо назначать по табл. 11 или по формуле

m₀ = 1,3 ctg j×K_зап, (16)

где m₀ - заложение внешнего откоса, равное отношению горизонтальной проекции наружного откоса к его высоте;

j - угол внутреннего трения грунта, намытого в упорную призму, град;

K_зап - коэффициент запаса устойчивости внешнего откоса гидроотвала (см. табл. 10).

Таблица 11

Карьерный грунт

Высота гидроотвала, м

При намыве на основание

фильтрующее

водоупорное

допустимая интенсивность намыва, м/мес

внешний откос упорной призмы

допустимая интенсивность намыва, м/мес

внешний откос упорной призмы

Глина

< 10

2,5

1:3,0

2,0

1:3,5

10-30

2,0

1:3,5

1,5

1:4,0

> 30

1,0

1:4,5

1,0

1:4,5

Суглинок

< 10

3,0

1:2,5

2,5

1:3,0

10-30

2,0

1:3,0

2,0

1:3,5

> 30

1,5

1:4,0

1,5

1:4,0

Супесь