Технические решения для обеспечения безопасности хвостохранилищ от компании ТОО «Маккаферри Казахстан»
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.
Чаще всего, такие нештатные ситуации возникают в результате прорыва дамбы хвостохранилища или нарушения целостности защитного покрытия основания сооружения.
Например, в 2009 году в результате перенаполнения Карамкенского хвостохранилища в Магаданской области произошёл прорыв ограждающей дамбы. Возникший селевый поток затопил поселок. Ядовитые отходы из хвостохранилища попали в реки Хасын и Армань по берегам которых стоит множество поселков и проживают десятки тысяч людей. 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 железобетонных 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, причем 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. 1. Устройство армогрунтовой «Системы Террамеш»®
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 георешетками «Паралинк»® и «Парагрид»®. Эти материалы способны в разы увеличить несущую способность насыпи, благодаря их высоким прочностным характеристикам – до 1350 кН/м. Армированная таким образом насыпь выдерживает тяжелую 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 дает возможность создавать как симметрические, так и асимметрические дамбы.
Дамба хвостохранилища, сооруженная с применением армогрунтовой «Системы Террамеш»® показана на рис. 2
Рис. 2. Хвостохранилище Синаикоха в процессе строительства и по его окончании
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 жесткостью 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 случаем использованием «Системы Террамеш»® является устройство новой дамбы хвостохранилища на месторождение Подероса в Перу (рис. 3).
Рис. 3. Защитная дамба на месторождении Подероса
Укрепление уже существующей дамбы
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.
Рис. 4. Стабилизация потенциально опасных участков бортов хвостохранилища, рудник Изкаикруз, Перу, 2005
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 ее эксплуатации.
На базе укрепленных бортов карьера Изкаикруз был возведен третий – удерживающий ярус «Системы Террамеш»® для увеличения емкости хвостохранилища.
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 тяжелая техника.
Рис. 5. Гребень дамбы рудника Яурикоха незадолго до окончания строительства
Расчет устойчивости армогрунтовых систем
Для расчета параметров устойчивости армогрунтовых насыпных дамб хвостохранилищ используется специализированный программный комплекс MacSTARS W. Программа MacSTARS W разработана для проверки устойчивости различных массивов грунта и дает возможность проводить расчеты для неукрепленных склонов, 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. Дает возможность построить такую модель подпорной стенки, которая является необходимой в каждом конкретном случае.
• Расчет несущей способности основания, проверка на сдвиг и опрокидывание. Для проведения этих расчетов вся подпорная конструкция, или ее часть, рассматривается 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. Надежно 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.
Непроницаемая геомембрана «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.
Рис. 6. Устройство непроницаемой защиты бассейна хвостохранилища
На рисунке 7 отражен пример устройства непроницаемой защиты дна хвостохранилища с использованием комплекса геосинтетических материалов на месторождении Кобрица в Перу.
Рис. 7. Гидроизоляция и дренаж дна хвостохранилища. Месторождение Кобрица, Перу
Аналогичное техническое решение также реализовано и на другом горнодобывающем объекте – месторождении Тамбомайо (рис. 8, 9)
Рис. 8. Схема устройства защитной и дренажной системы хвостохранилища Тамбомайо
Рис. 9. Панорамный вид хвостохранилища Тамбомайо в процессе укладки геомембраны МакЛайн
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. Прежде всего это долговечность и надежность.
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 жесткие конструктивные решения.
С помощью «Системы Террамеш»® можно укреплять и наращивать уже существующие насыпи, значительно упрощая весь процесс реорганизации хвостохранилищ. Это достигается за счет инженерной продуманности технического решения и относительной простоты возведения конструкции на объекте добычи.
Текст: Неклюдов Д.Б., директор по развитию ООО «Габионы Маккаферри СНГ», Кукло Иван Александрович, директор по маркетингу ООО «Габионы Маккаферри СНГ»
- Создано .
