Примечание. Данные таблицы приведены по приложению 1 СНиП II-И.4-62*.
При выборе расчетных характеристик грунта необходимо учитывать следующее:
при намыве связных грунтов карьера с коэффициентом неоднородности Kн происходит четкое фракционирование грунта по зонам; в упорной призме откладываются в основном частицы диаметром более 0,1 мм;
естественная влажность и объемная масса скелета намытого грунта упорной призмы изменяются во времени: за период 4-6 суток W уменьшается от 17-20 до 12-10 %, ??ск увеличивается от 1,45-1,50 до 1,55-1,60 г/см3;
для грунтов упорной призмы характерна тонкослоистая текстура отложений, которая возникает в результате периодического изменения режима намыва и гранулометрического состава твердого компонента пульпы; намытые тонкослоистые грунты имеют различный коэффициент фильтрации Kф в продольном направлении Kф больше, чем в поперечном.
Гранулометрический состав намытых грунтов упорной призмы следует рассчитывать графоаналитическим методом, исходя из состава карьерного грунта и характера фракционирования (приложение 4). Основные расчетные физико-механические характеристики грунта при наращивании гидроотвалов высотой до 30 м принимают по табл. 5. При отклонении состава карьерного грунта более чем на 5 % характеристики грунта должны быть проверены дополнительными расчетами.
Объемную массу скелета намытого грунта можно определить по рис. 6, 7, 8, угол внутреннего трения - по рис. 9.
Для песчаных грунтов упорной призмы в зависимости от ??ск необходимо определять угол внутреннего трения и коэффициент фильтрации (табл. 6 и 7) по СНиП II-И.5-62*.
Таблица 5
|
Показатель |
Усредненные значения характеристик |
|||
|
|
грунта карьера |
намытого грунта |
||
|
|
|
упорная призма |
промежуточная зона |
центральная зона |
|
Естественная влажность грунта, % |
13,0 |
18,0 |
31,0 |
76,0 |
|
Объемная масса грунта, г/см3 |
1,83 |
1,88 |
1,84 |
1,58 |
|
Объемная масса скелета грунта, г/см3 |
1,62 |
1,60 |
1,40 |
0,90 |
|
Плотность, г/см3 |
2,69 |
2,68 |
2,70 |
2,73 |
|
Коэффициент пористости |
0,66 |
0,68 |
0,93 |
2,03 |
|
Пористость, % |
39,5 |
40,3 |
48,2 |
62,1 |
|
Коэффициент водонасыщения |
0,53 |
0,72 |
0,91 |
> 1,0 |
|
Консистенция |
< 0 |
0 - 0,5 |
0,75 - 1,0 |
> 1,0 |
|
Коэффициент фильтрации, м/сутки |
0,43 - 3,88 |
Песок - 0,9, супесь - 0,2 |
< 0,01 |
10-5 |
|
Угол внутреннего трения, град |
26 |
30 |
4 - 10 |
0 - 3 |
|
Сила сцепления, кгс/см2 |
0,25 |
0,01 - 0,04 |
0,2 - 0,4 |
< 0,2 |
|
Содержание частиц, %: |
|
|
|
|
|
d > 0,05 мм |
44,0 |
74,0 |
47,0 |
4,0 |
|
d = 0,05??0,005 мм |
21,0 |
17,0 |
27,0 |
47,0 |
|
d < 0,005 мм |
35,0 |
9,0 |
26,0 |
49,0 |
Рис. 6. Область возможной объемной массы скелета намытого грунта через 2-6 суток после намыва
Рис. 7. Область возможного изменения объемной массы скелета грунта при длине намываемого откоса
Рис. 8. Усредненные показатели объемной массы скелета грунта с учетом консолидации во времени при наращивании гидроотвалов
1 и 2 - для центральной зоны при глубине прудка-отстойника соответственно 0,4-0,6 и 0,2-0,4 м; 3 - для промежуточной зоны; 4 - для упорной призмы
Рис. 9. Корреляционная зависимость угла внутреннего трения от объемной массы скелета намытого грунта:
1 - для супесей при Wе < 20 %; 2 - для глин и суглинков при Wе > 30 %
Таблица 6
|
Пески |
Объемная масса скелета ??ск, г/см3 |
Угол внутреннего трения ??, град |
|
Пылеватые |
1,38 |
24 |
|
|
1,40 |
25 |
|
|
1,45 |
26 |
|
|
1,50 |
27 |
|
Мелкие |
1,45 |
29 |
|
|
1,50 |
30 |
Таблица 7
|
Эффективный, или действующий, диаметр частиц d10, мм |
Коэффициент фильтрации песков Kф, см/с |
|
|
|
при ??ск = 1,5 г/см3 |
при ??ск = 1,8 г/см3 |
|
0,05 |
0,006 |
0,0038 |
|
0,08 |
0,016 |
0,0100 |
|
0,10 |
0,025 |
0,0160 |
|
0,20 |
0,090 |
0,0600 |
Естественную влажность грунтов по длине пляжа намыва следует определять по зависимости
(7)
гдеWa - массовая влажность грунта у выпуска пульпы, составляющая 10-15 %;
n - коэффициент, равный 20-25;
x/L - относительное расстояние, равное отношению расстояния x от выпуска пульпы до рассматриваемого участка к общей длине пляжа L.
Песчаные грунты имеют следующую степень влажности g (по СНиП II-15-74):
Маловлажные0-0,5
Влажные0,5-0,8
Насыщенные0,8-1
Определение размеров прудка-отстойника
5.14. Прудок-отстойник, образуемый в центре гидроотвала должен выполнять две основные функции:
улавливание и осаждение мелких фракций;
обеспечение запасов воды для организации оборотного водоснабжения, которое обычно применяют на гидроотвалах.
5.15. Осветленная в прудке-отстойнике вода отводится за пределы гидроотвала самотеком через водосбросные колодцы либо ее откачивают плавучими насосными станциями (оборотная вода). Способ отвода осветленной воды в каждом конкретном случае предусматривается в ППР. Водосбросные колодцы и плавучие насосные станции должны располагаться в зоне чистой воды прудка-отстойника и осуществлять водозабор из верхнего слоя воды, освобожденного от взвеси.
5.16. При проектировании водосбросных колодцев необходимо учитывать следующее:
водосбросные колодцы используют для отвода осветленной воды, а при необходимости и для пропуска паводковых или ливневых вод, что должно быть обосновано в ППР;
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 = Qп + Qс + Qи + Qф + Qпор + Qкар,(8)
гдеQ и Qп - количество воды, поступающее соответственно с гидроотвала в забой и на гидроотвал в составе пульпы;
Qс - естественный приток воды к прудку-отстойнику с водосборного бассейна гидроотвала, включая талые, ливневые и паводковые воды;
Qи и Qф - потери воды соответственно на испарение с площади намыва и на фильтрацию;
Qпор - количество воды, остающейся в порах намытого грунта;
Qкар - потери воды в карьере (на фильтрацию и испарение).
Значения Qс, Qи, Qф и Qкар необходимо определять с учетом климатических и гидрогеологических условий района расположения гидроотвала по общепринятым методам расчета.
Количество воды в порах намытого грунта
,(9)
гдеQгр - объем грунта, поступившего в течение года, м3;
??ск - средняя объемная масса скелета водонасыщенного грунта, г/мс3;
?? - 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:
Qс < Qи + Qф + Qпор + Qкар(10)
Или
Qс < Q
В случае Qс > 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):
