Обеспечение безопасности хвостохранилищ

При переработке минерального сырья на горно-обогатительных предприятиях существует высокий риск для экологической безопасности. Он обусловлен хранением и утилизацией токсичных вскрышных пород и хвостов обогащения. Предназначенные для хранения таких отходов хвостохранилища могут стать источником загрязнения грунтовых вод, экосистем и атмосферы, разрушения близкорасположенной инфраструктуры, угрозой жизни людей.

Рис. 1 Устройство армогрунтовой «Системы Террамеш»
Рисунок. 1 – Устройство армогрунтовой «Системы Террамеш»

Чаще всего, такие нештатные ситуации возникают в результате прорыва дамбы хвостохранилища или нарушения целостности защитного покрытия основания сооружения.

Рисунок. 2. Хвостохранилище Синаикоха в процессе строительства и по его окончании

Например, в 2009 году в результате перенаполнения Карамкенского хвостохранилища в Магаданской области произошёл прорыв ограждающей дамбы. Возникший селевый поток затопил посёлок.

Ядовитые отходы из хвостохранилища попали в реки Хасын и Армань по берегам которых стоит множество посёлков и проживают десятки тысяч людей.

Рис. 2. Хвостохранилище Синаикоха в процессе строительства и по его окончании
Рисунок. 2. Хвостохранилище Синаикоха в процессе строительства и по его окончании

Случаются трагедии и национального масштаба, как при прорыве дамбы в Тренто в 1985 году, где число жертв среди населения достигло 268 человек.

Чтобы предотвратить загрязнения окружающей среды отходами обогащения и защитить прилегающую инфраструктуру на долгий срок, необходима эффективная изоляция продуктов переработки минерального сырья. Изоляция отходов обогащения необходима и на период после закрытия ГОКа, когда контроль за состоянием инженерных сооружений может ослабнуть.

Габионные технологии и армогрунтовые системы позволяют с успехом решить эту проблему. Основное отличие этих технологий от традиционных железо-бетонных заключается в укреплении удерживающих грунтовых массивов высокопрочными геоматериалами.

Строительство армогрунтовых дамб

Для строительства защитных дамб хвостохранилищ существует эффективное решение, которое основано на технологии армирования грунтовой насыпи с помощью «Системы Террамеш».

Этот вариант укрепления представляет собой модульную систему армирования грунта, используемую взамен традиционных гравитационных подпорных стен. Модули системы располагаются слоями, причём в лицевой части устраивается габионный блок, а грунт обратной засыпки послойно армируется. Для заполнения лицевого габионного блока и устройства обратной засыпки зачастую возможно применить местные материалы.

Рис. 3. Защитная дамба на месторождении Подероса
Рисунок 3. Защитная дамба на месторождении Подероса

Особенностью «Системы Террамеш» является возможность устройства удерживающей конструкции неограниченной высоты, что весьма важно при строительстве накопительных дамб хвостохранилищ.

Для возведения стен значительной высоты используется дополнительное армирование насыпи высокопрочными георешётками «Паралинк» и «Парагрид».

Эти материалы способны в разы увеличить несущую способность насыпи, благодаря их высоким прочностным характеристикам — до 1 350 кН/м. Армированная таким образом насыпь выдерживает тяжёлую технику вплоть до карьерных самосвалов под нагрузкой, проезжающих по гребню дамбы.

Армогрунтовая «Система Террамеш» является достаточно гибкой, так как габионные блоки лицевой части способны эффективно перераспределять напряжения внутри конструкции. Такая особенность армогрунтовой системы даёт возможность создавать как симметричные, так и асимметричные дамбы.

Дамба хвостохранилища, сооружённая с применением армогрунтовой «Системы Террамеш», показана на рисунках 2 и 3.

Значительное число случаев прорыва дамбы происходит под влиянием подвижек земной коры и деформаций грунтов в основаниях дамб, вызванных землетрясениями. Гибкая армогрунтовая система приспосабливается к относительной осадке грунта лучше, чем традиционные конструктивные решения из железобетона.

Именно поэтому армогрунтовая «Система Террамеш» является сейсмоустойчивой конструкцией. Железобетон не допускает просадок в связи с его жёсткостью в отличие от армогрунтовой системы, которая лучше воспринимает деформации. Подтверждение тому — массовое применение армогрунтовых конструкций на ГОКах на территории Перу, который является одним из самых сейсмически опасных районов Земли.

Показательным примером использования «Системы Террамеш» является устройство новой дамбы хвостохранилища на месторождение Подероса в Перу (рисунок 3).

Укрепление уже существующей дамбы

Рис. 4. Стабилизация потенциально опасных участков бортов хвостохранилища, рудник Изкаикруз, Перу, 2005
Рисунок 4. Стабилизация потенциально опасных участков бортов хвостохранилища, рудник Изкаикруз, Перу, 2005

С помощью армогрунтовых систем реализуются не только проекты новых дамб хвостохранилищ, но и осуществляется локальное укрепление участков существующих дамб. Старые хвостохранилища нередко становятся источником экологической опасности, так как они в большей степени подвержены деструктивным процессам.

В этих случаях решение может быть основано на возведении армогрунтовых структур из «Системы Террамеш», поддерживающих существующие подпорные стены.

Например, на руднике Изкаикруз в Перу были укреплены действующие, потенциально опасные участки бортов хвостохранилища, выполненные из железобетона.

Больше по теме: Строительство подпорной стены в районе дробильной установки на Михеевском ГОК

Наращивание высоты дамбы

Зачастую владельцу месторождения экономически эффективнее увеличить ёмкость уже существующего хвостохранилища, чем строить новое.

Наращенный с помощью армогрунтовой технологии гребень существующей дамбы обеспечивает безаварийность её эксплуатации. На базе укреплённых бортов карьера Изкаикруз был возведён третий — удерживающий ярус «Системы Террамеш» для увеличения ёмкости хвостохранилища.

Рис. 5. Гребень дамбы рудника Яурикоха незадолго до окончания строительства
Рисунок 5. Гребень дамбы рудника Яурикоха незадолго до окончания строительства

Компания «Маккаферри» выполняла работы по наращиванию дамбы, используя «Систему Террамеш», на руднике Яурикоха в Перу в 2006-м году. По проекту была осуществлена надстройка симметричной 8-метровой насыпи, по которой свободно перемещалась тяжёлая техника (рисунок 5).

Расчёт устойчивых армогрунтовых сиситем

Для расчёта параметров устойчивости армогрунтовых насыпных дамб хвостохранилищ используется специализированный программный комплекс MacSTARS W. Программа MacSTARS W разработана для проверки устойчивости различных массивов грунта и даёт возможность проводить расчёты, используя Метод предельного Равновесия.

С помощью программы MacSTARS W можно проанализировать несколько вариантов устойчивости.

Полный расчет устойчивости. Выполняется для оценки удерживающей способности укрепления до построения конструктива подпорной конструкции.

Расчёт внутренней устойчивости. Даёт возможность построить такую модель подпорной стенки, которая является необходимой в каждом конкретном случае.

Расчёт несущей способности основания проверка на сдвиг и опрокидывание. Для проведения этих расчётов вся подпорная конструкция, или её часть рассматриваются как единый массив, состоящий из отдельных блоков.

Использование армогрунтовой конструкции «Террамеш» в проектах устройства новых, укрепления и наращивания существующих дамб хвостохранилищ является экономически эффективным, поскольку не требует больших затрат на проведение строительных работ.

Материалы для заполнения габионных конструкций и грунт обратной засыпки могут быть взяты непосредственно на объекте строительства, а устройство самой армированной насыпи требует минимума тяжелой техники.

Защита основания хвостохранилища

Надёжно изолировать грунт основания хвостохранилища возможно с помощью геосинтетических материалов.

Техническое решение в таком случае выглядит как комбинация нетканого геотекстиля «МакТекс», уложенного на спланированную поверхность, поверх которого располагается непроницаемая геомембрана Маклайн из полиэтилена высокой плотности (HDPE).

Толщина и вес нетканого геотекстиля «МакТекс» позволяет успешно использовать этот продукт в качестве защитного слоя геомембраны. Геотекстиль «МакТекс» изготавливается из высокопрочных волокон чистого полипропилена, соединенных посредством иглопробивания и термокаландрования.

Рисунок 6. Устройство непроницаемой защиты бассейна хвостохранилища
Рисунок 6. Устройство непроницаемой защиты бассейна хвостохранилища

Непроницаемая геомембрана на МакЛайн производится из полиэтилена высокой плотности толщиной 2,5 мм и выполняет функцию гидроизоляции поверхности хвостохранилища.

Для сбора и отведения фильтрационных жидкостей из хвостохранилища поверх непроницаемой геомембраны «МакЛайн» укладывается дренажный геокомпозит «МакДрейн».

Геокомпозит «МакДрейн» применяется в качестве дренирующего слоя и отводит жидкую фракцию в дренажные трубки, расположенные на дне хвостохранилища.

Принципиальная схема устройства непроницаемой защиты бассейна хвостохранилища изображена на рисунке 6.

На рисунке 8 отражён пример устройства непроницаемой защиты дна хвостохранилища с использованием комплекса геосинтетических материалов на месторождении Кобрица в Перу.

Рис. 7. Схема устройства защитной и дренажной системы хвостохранилища Тамбомайо
Рисунок 7. Схема устройства защитной и дренажной системы хвостохранилища Тамбомайо

Аналогичное техническое решение также реализовано и на другом горнодобывающем объекте — месторождении Тамбомайо (рисунки 7 и 9).

Рисунок 8. Гидроизоляция и дренаж дна хвостохранилища. Месторождение Кобрица, Перу.
Рисунок 8. Гидроизоляция и дренаж дна хвостохранилища. Месторождение Кобрица, Перу.

Описанные технические решения призваны обеспечить экологичное и безопасное функционирование хвостохранилищ. Использование армогрунтовой «Системы Террамеш» позволяет возводить защитные дамбы хвостохранилищ, которые отвечают всем современным требованиям к эксплуатации.

Рисунок 9. Панорамный вид хвостохранилища Тамбомайо в процессе укладки геомембраны МакЛайн
Рисунок 9. Панорамный вид хвостохранилища Тамбомайо в процессе укладки геомембраны МакЛайн

Прежде всего это долговечность и надёжность.

Такие конструкции подходят для строительства в различных геологических условиях, в частности в зонах с повышенной сейсмической активностью. В силу того, что армогрунтовые дамбы обладают достаточной гибкостью и приспосабливаются к относительной осадке грунта лучше, чем жёсткие конструктивные решения.

С помощью «Системы Террамеш» можно укреплять и наращивать уже существующие насыпи, значительно упрощая весь процесс реорганизации хвостохранилищ.

Это достигается за счёт инженерной продуманности технического решения и относительной простоты возведения конструкции на объекте добычи.

Чтобы получить бесплатную техническую консультацию, обращайтесь в ближайший офис компании Маккаферри.

Больше по теме: Защита от камнепадов в горнодобывающем секторе


Логотип компании Maccaferri

www.maccaferri.ru
г. Москва, ул. Шарикоподшипниковская 13, стр.1
тел.: +7 (495) 937-58-84

info@maccaferri.ru

Текст: Неклюдов Д.Б., директор по развитию ООО «Габионы Маккаферри СНГ,  Кукло Иван Александрович, директор по маркетингу

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №3, 2018,

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.