Промышленная безопасность высоконагружаемых гидроотвалов
|
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Общие сведения 10
2. Гидрологические условия 14
2.1 Техногенные воды шламовых образований 14
2.2 Аллювиальный водоносный горизонт 16
2.3 Структура гидродинамического потока 17
3 Моделирование плановой фильтрации 22
3.1 Расчетные сечения карта №1 26
3.2 Расчетные сечения карта №2 28
3.3 Расчетные сечения карта №3 29
3.4 Построение модели 32
3.4.1 Физико -механические свойства грунтов 33
3.4.2 Сравнительный анализ результатов моделирования 35
3.4.3 Сечение по створу 1-1 карты №1 37
3.4.4 Сечение по створу 2-2 карты №1 40
3.4.5 Сечение по створу 1-1 карты №2 43
3.4.6 Сечение по створу 2-2 карты №2 45
3.4.6 Сечения по створам 2-2 и 5-5 карты №3 47
3.5 Расчет полного расхода шламохранилища 50
4 Локальная устойчивость накопителя 55
5 Моделирование гидрогеологической обстановки 58
5.1 Структура геофильтрационной модели 60
5.2 Варианты построения модели 61
5.3 Результаты моделирования 62
6 Анализ и оценка риска аварий ГТС шламохранилища 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
1. Общие сведения 10
2. Гидрологические условия 14
2.1 Техногенные воды шламовых образований 14
2.2 Аллювиальный водоносный горизонт 16
2.3 Структура гидродинамического потока 17
3 Моделирование плановой фильтрации 22
3.1 Расчетные сечения карта №1 26
3.2 Расчетные сечения карта №2 28
3.3 Расчетные сечения карта №3 29
3.4 Построение модели 32
3.4.1 Физико -механические свойства грунтов 33
3.4.2 Сравнительный анализ результатов моделирования 35
3.4.3 Сечение по створу 1-1 карты №1 37
3.4.4 Сечение по створу 2-2 карты №1 40
3.4.5 Сечение по створу 1-1 карты №2 43
3.4.6 Сечение по створу 2-2 карты №2 45
3.4.6 Сечения по створам 2-2 и 5-5 карты №3 47
3.5 Расчет полного расхода шламохранилища 50
4 Локальная устойчивость накопителя 55
5 Моделирование гидрогеологической обстановки 58
5.1 Структура геофильтрационной модели 60
5.2 Варианты построения модели 61
5.3 Результаты моделирования 62
6 Анализ и оценка риска аварий ГТС шламохранилища 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
Целью работы является оценка влияния шламохранилища намывного типа высотой более 100 м на гидрогеологический режим в основании сооружения и на прилегающей местности методами натурных наблюдений и численного моделирования геофильтрационных процессов в системе основания-шламохранилища.
При проектировании инженерной защиты территории от затопления и подтопления надлежит разрабатывать комплекс мероприятий, обеспечивающих предотвращение, устранение отрицательных воздействий затопления и подтопления территорий в зависимости от требований их функционального использования и охраны окружающей среды.
Шламохранилище является высоконапорным гидротехническим сооружением, что обуславливает неизбежные фильтрационные потери и безусловное влияние на подземную гидросферу, и поверхностные воды. Динамика фильтрации промстоков в процессе заполнения карт шламохранилища постоянно меняется за счет увеличения и перераспределения напоров, а также уплотнения и консолидации грунтов и шлаков за счет возрастания статического давления.
Существует проблема затопления и подтопления городских, градостроительных, производственно-технических, коммуникационных, транспортных объектов.
Защита сельскохозяйственных земель и природных ландшафтов должна: способствовать интенсификации производства сельскохозяйственной, лесной и рыбной продукции; создавать оптимальные агротехнические условия; регулировать гидрологический и гидрогеологический режимы на защищаемой территории в зависимости от функционального использования земель; способствовать комплексному и рациональному использованию и охране земельных, водных, минерально-сырьевых и других природных ресурсов.
Глиноземный комбинат, осуществляет комплексную переработку нефелиновой руды с получением глинозема и другой сопутствующей
8
продукции, по величине валовых выбросов в атмосферу является предприятием I категории. В связи с этим, должно быть соблюдение правил и норм экологической безопасности для предотвращения загрязнения окружающей среды отходами, загрязнения поверхностных и подземных вод. Необходимо произвести оценку влияния возведения шламохранилища намывного типа высотой более 100 м на гидрогеологический режим в основании сооружений и на прилегающей местности методом численного моделирования геофильтрационных процессов в системе.
Шламохранилище, состоящее из карт №1, 2, 3, в территориальном отношении находится в г. Ачинске Красноярского края. Шламохранилище расположено на правом берегу реки Чулым, в западной части города. Шлам, складируемый на шламохранилище, является отходами основного производства АГК. Доставляется на шламохранилище по пульпопроводам.
При проектировании инженерной защиты территории от затопления и подтопления надлежит разрабатывать комплекс мероприятий, обеспечивающих предотвращение, устранение отрицательных воздействий затопления и подтопления территорий в зависимости от требований их функционального использования и охраны окружающей среды.
Шламохранилище является высоконапорным гидротехническим сооружением, что обуславливает неизбежные фильтрационные потери и безусловное влияние на подземную гидросферу, и поверхностные воды. Динамика фильтрации промстоков в процессе заполнения карт шламохранилища постоянно меняется за счет увеличения и перераспределения напоров, а также уплотнения и консолидации грунтов и шлаков за счет возрастания статического давления.
Существует проблема затопления и подтопления городских, градостроительных, производственно-технических, коммуникационных, транспортных объектов.
Защита сельскохозяйственных земель и природных ландшафтов должна: способствовать интенсификации производства сельскохозяйственной, лесной и рыбной продукции; создавать оптимальные агротехнические условия; регулировать гидрологический и гидрогеологический режимы на защищаемой территории в зависимости от функционального использования земель; способствовать комплексному и рациональному использованию и охране земельных, водных, минерально-сырьевых и других природных ресурсов.
Глиноземный комбинат, осуществляет комплексную переработку нефелиновой руды с получением глинозема и другой сопутствующей
8
продукции, по величине валовых выбросов в атмосферу является предприятием I категории. В связи с этим, должно быть соблюдение правил и норм экологической безопасности для предотвращения загрязнения окружающей среды отходами, загрязнения поверхностных и подземных вод. Необходимо произвести оценку влияния возведения шламохранилища намывного типа высотой более 100 м на гидрогеологический режим в основании сооружений и на прилегающей местности методом численного моделирования геофильтрационных процессов в системе.
Шламохранилище, состоящее из карт №1, 2, 3, в территориальном отношении находится в г. Ачинске Красноярского края. Шламохранилище расположено на правом берегу реки Чулым, в западной части города. Шлам, складируемый на шламохранилище, является отходами основного производства АГК. Доставляется на шламохранилище по пульпопроводам.
На площадке шламохранилища развиты различные генетические типы подземных вод.
Подземные воды, развитые в техногенных шламовых отложениях, по периметру карт № 1 и № 2 вскрывается скважинами на глубине 1,0 - 5,5 м. Водовмещающими грунтами служат сцементированные шламы различной прочности. Химический состав шламовых подземных вод техн огенного водоносного горизонта карбонатно-гидрокарбонатный натриево - калиевый. Воды с высокой щелочной реакцией (РН 11,49 - 12,64).
Подземные воды, развитые в аллювиальных отложениях поймы, первой и второй надпойменных террасах р. Чулым; Появившийся уровень аллювиальных грунтовых вод зафиксирован при бурении на глубинах 4,2 - 19,8 м и контролируется глубиной залегания аллювиальных песков. По химическому составу аллювиальная вода пресная гидрокарбонатно- сульфатная, щелочная рН - 8,53.
Нижняя граница развития подземного горизонта установлена условно, по лабораторным данным, при переходе суглинков и супесей от пластичных к твердым. Мощность «замоченных» элювиальных грунтов колеблется от 2,8 до 16,0 м.
Проницаемость грунтов аллювиального четвертичного водоносного горизонта, слагаемых песками (ИГЭ 6), гравелистыми песками (ИГЭ 7) и речными графиями и галечниками (ИГЭ 10) оценивается как водопроницаемая. В то же время, коэффициент фильтрации каждого грунта сильно ниже справочных значений, что говорит о физической и химической кольматации, связанной с воздействием подшламовых вод и повышенным давлением на грунты шламовым массивом.
Коэффициенты фильтрации аллювиальных грунтов, полученные по результатам опытно-фильтрационных работ, проведенных по периметру шламохранилища, согласно ГОСТ 25100-2011, классифицируются как: алевролит (ИГЭ 7) - неводопроницаемый; алевропесчаник (ИГЭ 7а) -
77
слабоводопроницаемые - водопроницаемые; песчаник (ИГЭ 9) -
водопроницаемые - сильноводопроницаемые.
Результаты математического моделирования показывают, что при разработке проектных решений системы перехвата фильтрационных вод шламохранилища, основным параметром, влияющим на эффективность ее работы, является глубина дренажной канавы. Обводная дренажная канава, расположенная вокруг всего шламового поля кроме южного участка карты № 1, способна обеспечить перехват 50% дренирующих через дамбы вод в случае ее врезки в водоносный четвертичный аллювиальный горизонт через перекрывающие его слабоводопроницаемые суглинки.
По результатам плоско-вертикального моделирования фильтрации через ограждающую дамбу шламохранилища были определены пределы улавливания подшламовых вод в характерных сечениях по характеристикам, установленным в ходе полевых откачек. Графическим способом определен примерный расход в дренаже трехметровой глубины при утечках из всех трех карт, который составил 4,3 тыс. м3/сут, что составило 29% всей фильтрации. Более эффективной признается канава большей глубины, прорезающая перекрывающие водоносный горизонт суглинки, глубиной 6 - 7 м, способная уловить до 53% общего расхода, что численно выражается в 7,8 тыс. м3/сут.
Коэффициент запаса устойчивости получился равный 1,65, что свидетельствует о устойчивости борта шламохранилища карты №2 сечение 1-1.
Все вышеизложенное позволяет считать риск возникновения аварии на ГТС шламохранилища приемлемым, а уровень безопасности сооружения - нормальным.
Подземные воды, развитые в техногенных шламовых отложениях, по периметру карт № 1 и № 2 вскрывается скважинами на глубине 1,0 - 5,5 м. Водовмещающими грунтами служат сцементированные шламы различной прочности. Химический состав шламовых подземных вод техн огенного водоносного горизонта карбонатно-гидрокарбонатный натриево - калиевый. Воды с высокой щелочной реакцией (РН 11,49 - 12,64).
Подземные воды, развитые в аллювиальных отложениях поймы, первой и второй надпойменных террасах р. Чулым; Появившийся уровень аллювиальных грунтовых вод зафиксирован при бурении на глубинах 4,2 - 19,8 м и контролируется глубиной залегания аллювиальных песков. По химическому составу аллювиальная вода пресная гидрокарбонатно- сульфатная, щелочная рН - 8,53.
Нижняя граница развития подземного горизонта установлена условно, по лабораторным данным, при переходе суглинков и супесей от пластичных к твердым. Мощность «замоченных» элювиальных грунтов колеблется от 2,8 до 16,0 м.
Проницаемость грунтов аллювиального четвертичного водоносного горизонта, слагаемых песками (ИГЭ 6), гравелистыми песками (ИГЭ 7) и речными графиями и галечниками (ИГЭ 10) оценивается как водопроницаемая. В то же время, коэффициент фильтрации каждого грунта сильно ниже справочных значений, что говорит о физической и химической кольматации, связанной с воздействием подшламовых вод и повышенным давлением на грунты шламовым массивом.
Коэффициенты фильтрации аллювиальных грунтов, полученные по результатам опытно-фильтрационных работ, проведенных по периметру шламохранилища, согласно ГОСТ 25100-2011, классифицируются как: алевролит (ИГЭ 7) - неводопроницаемый; алевропесчаник (ИГЭ 7а) -
77
слабоводопроницаемые - водопроницаемые; песчаник (ИГЭ 9) -
водопроницаемые - сильноводопроницаемые.
Результаты математического моделирования показывают, что при разработке проектных решений системы перехвата фильтрационных вод шламохранилища, основным параметром, влияющим на эффективность ее работы, является глубина дренажной канавы. Обводная дренажная канава, расположенная вокруг всего шламового поля кроме южного участка карты № 1, способна обеспечить перехват 50% дренирующих через дамбы вод в случае ее врезки в водоносный четвертичный аллювиальный горизонт через перекрывающие его слабоводопроницаемые суглинки.
По результатам плоско-вертикального моделирования фильтрации через ограждающую дамбу шламохранилища были определены пределы улавливания подшламовых вод в характерных сечениях по характеристикам, установленным в ходе полевых откачек. Графическим способом определен примерный расход в дренаже трехметровой глубины при утечках из всех трех карт, который составил 4,3 тыс. м3/сут, что составило 29% всей фильтрации. Более эффективной признается канава большей глубины, прорезающая перекрывающие водоносный горизонт суглинки, глубиной 6 - 7 м, способная уловить до 53% общего расхода, что численно выражается в 7,8 тыс. м3/сут.
Коэффициент запаса устойчивости получился равный 1,65, что свидетельствует о устойчивости борта шламохранилища карты №2 сечение 1-1.
Все вышеизложенное позволяет считать риск возникновения аварии на ГТС шламохранилища приемлемым, а уровень безопасности сооружения - нормальным.