CC BY
203
УДК 69.035.4:622.4
Н.Г. Валиев, А.Н. Хайдаршин
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ ОСНОВАНИЯ ШТАБЕЛЯ ПРИ КУЧНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ
Семинар № 13
0 снование штабеля (кучи) для выщелачивания должно обеспечить эффективный сбор продуктивного раствора и полную гидроизоляцию от окружающих пород. Наиболее ответственной частью в экологическом аспекте является создание водонепроницаемого основания. В настоящее время нет специальных нормативных материалов для КВ, поэтому при сооружении гидроизоляции порядок и правила строительства основаны на требованиях СНиП 2.01.28-85 и СН 551-82. Согласно этим требованиям в случае присутствия в растворах токсичных веществ в количестве, превышающем ПДК, противофильтрационный экран должен быть комбинированным или двухслойным. На рис. 1. приводятся типовые конструкции экранов накопителей токсичных растворов.
Двухслойный экран представляет собой два непрерывных слоя из малопроницаемого материала (уплотненного глинистого грунта, полимерной пленки), разделенных дренажным слоем из сильно проницаемого грунта (песка, гравийно-песчаной смеси). Сверху укладывают защитный слой из местного грунта. Профильтровавшаяся через верхний слой жидкость перехватывается дренажом и отводится к насосной станции, перекачивающей ее обратно в накопитель. В этих условиях снижается напор, действующий на нижний малопроницаемый
слой (градиент снижается до величины, близкой к единице), следовательно, резко уменьшаются фильтрационные утечки. Толщина слоев из малопроницаемого грунта 50-60 см, а дренажного слоя 30-40 см.
Комбинированный экран представляет собой слой из полиэтиленовой пленки или асфальтобетона (асфальтополимербетона), покрытый сверху слоем из малопроницаемого глинистого грунта. Сверху укладывается защитный слой из местного фунта. В комбинированном экране обеспечивается совместная работа полимерной пленки или слоя из асфальтобетона с глинистым слоем, что обеспечивает эффективность и надежность работы экрана на весь срок его службы. Экран этого типа даже в случае проколов пленки или образования трещин в слое из асфальтобетонного покрытия сохраняет свою эффективность и может рассматриваться практически как непроницаемый.
Глинистые грунты (суглинки, глины), предназначенные для устройства экрана, должны удовлетворять требованиям СНиП П-53-73 и обладать надлежащей стойкостью против агрессивного действия производственного раствора. Коэффициент фильтрации глинистого грунта может существенно измениться в результате физических, химических и физикохимических процессов, происходящих при долговременной фильтрации через него рас-
Рис. 1. Конструкции экранов накопителей токсичных растворов: а - двухслойный глинистый экран; б - двухслойный пленочный экран; в - двухслойный глинисто-пленочный экран; г - комбинированный экран; 1 - защитный грунтовый слой, 2 - уплотненный слой глинистого грунта; 3 - грунт основания; 4 -полимерная пленка; 5 - подстилающий слой; 6 - слой грунта основания, обработанный гербицидами; 7 - дренажный слой; 8 - дренажная труба; 9 - слой глинистого грунта
твора. Степень его изменения зависит от свойств грунта, состава и свойств фильтрующейся жидкости и др.
Значение коэффициента фильтрации глинистого материала экрана должно быть не выше 1-10'7 см/с (1-10-4 м/сут). Грунты должны поддаваться разработке и уплотнению строительными механизмами. В ряде случаев уплотнение грунта до рсух = 1,55 1,70 г/см3 обеспе-
чивает требуемые противофильтрационные качества. Толщину грушевого экрана рекомендуется принимать в пределах до 0,60-0,75 м.
Конструкция одноразового водонепроницаемого основания предусматривает следующие виды работ:
- снятие растительного слоя и планирование участка под углом 2^7о в направлении сборников растворов;
- обработку участка гербицидами для исключения появления растительности;
- укладывание слоя глины с коэффициентом фильтрации менее 10-4 м/сут;
- обвалование участка этой же глиной на высоту 0,85-1,0 м (вместо обваловки возможно огораживание бетонной перемычкой);
- участок и обваловка закрываются пленочным покрытием толщиной 0,5 мм;
- на пленку отсыпается вручную слой песка толщиной 150 мм;
- на песок насыпается защитно-дренажный слой из песчано-гравийного материала (крупность частиц более 0,5 мм без глинистых фракций) толщиной 700 мм;
- на расстоянии 3-5 м от основания проходится водосбросная канава (траншея) для отвода ливневых вод.
В ряде случаев ниже основания сооружается контрольный гравийно-песчаный слой толщиной 150-300 мм, который служит для индикации протечек основания, или укладывается дренажная труба.
Часть основания ниже полиэтиленовой пленки называют подстилающим слоем. По правилам устройства противофильтрационных систем с использованием пленочных элементов формирование подстилающего слоя должно опережать работы по укладке и сварке в полевых условиях рулонов (полотнищ) полиэтиленовой пленки не более чем на двухсменный объем этих работ.
Подготовленная поверхность подстилающего слоя должна быть очищена от предметов и включений, способных повредить пленочный экран. После подготовки подстилающего слоя проезд по нему автотранспорта и механизмов запрещается.
Строительство пленочного противофильт-рационного устройства целесообразно проводить по схеме, предусматривающей предварительное соединение рулонов пленки в укрупненные (до 6-9 м шириной) полотнища в специально приспособленном помещении.
Пленка, доставленная к месту укладки а рулонах или полотнищах, свободно, без напряжения укладывается на подстилающем слое. Их настилка разрешается при скорости ветра, не превышающей 5 м/с. Необходимо одновременно с укладкой производить пригрузку полотнищ. На гребне контурных дамб края пленки заводятся в траншею глубиной 0,3 м, шириной 0,7 м и засыпаются глиной. Надпленочный защитный слой формируется с опережением дренажного слоя.
Для площадок многоразового применения предложены следующие типы оснований:
- на спланированный участок укладывается слой бетонных плит (толщиной 0.1-0.2 м), покрываемых слоем кислотоустойчивого битумного асфальта (толщиной 0.1-0.2 м), поверх укладывается подушка из песчано-галечной смеси, в которой размещают дренажные трубы;
- на руднике «Блюберд» (США) на поверхности предварительно спланированной площадки укладывается слой бетона толщиной 0,1 м, на бетон укладываются пластиковые дренажные трубы с перфорацией и засыпаются буферным слоем гравия;
- на предприятиях штата Аризона (США) на очищенную площадку отсыпается слой песка толщиной 0.25 м. который покрывают полиэтиленовой пленкой, поверх пленки отсыпается еще один слой песка толщиной 0,3 м и укладываются асбоцементные трубы с перфорированной поверхностью (диаметр отверстий 13 мм) для сбора продуктивных растворов, трубы сверху закрываются деревянными щитами;
- на руднике «Агнью-Лейк» (Канада) площадку покрывают полиэтиленовой пленкой, поверх которой отсыпается слой песка и гравия толщиной 0.45 м.
Нашло применение асфальтовое основание, иногда двухслойное (фирма «Голд Филдс Майнин») два слоя асфальта (180 мм) с резиновой прокладкой посредине или один слой гидравлического асфальта (51 мм).
Надежность конструкции оснований из глины, полиэтиленовой пленки, песчаногравийного материала, несмотря на имеющийся опыт эксплуатации, вызывает сомнение у природоохранных организаций. Имеется большая вероятность появления трещин, разрывов, отверстий появляющихся от механических и температурных воздействий, неравномерной сжимаемости и осадки основания при формировании штабеля. Предложена конструкция гидроизолирующего основания, включающая слои синтетических волокнистых полимеров. Достоинства синтетических волокнистых полимеров - высокая степень деформации на растяжение, контактное взаимодействие, сжатие.
В комбинированных экранах широко используется геомембраны.
Основной частью всех изготовленных в промышленности геомембран являются полимеры. Они могут быть классифицированы на термопластики (например, поливинилхлорид), кристаллические термопластики (высокоплотный полиэтилен), термопластичные эластомеры (гипалон) и эластомеры (бутиловая резина). Для усиления геомембран используют тканые материалы, называемые «скрим».
Геомембраны устойчивы по отношению к цианидам, что повышает их долговечность. Первым материалом для экранов были поливи-нилхлориды (ПВХ) с толщиной 0.5-1 мм; они соединяются сваркой в растворителе. Их недостаток - низкое сопротивление ультрафиолетовому воздействию, поэтому их используют только в местах, где они надежно защищены. По последним сведениям, ПВХ как противо-фильтрационный экран успешно конкурируют
Рис. 2. Схема расположения многослойного основания при кучном выщелачивании: 1 - штабель руды; 2 - система орошения; 3, 7 - геотекстильный материал; 4, 6 - гидроизолирующий
слой; 5 - герметик; 8 - коллектор сбора раствора
с высокоплотным полиэтиленом. В последующем стали использовать хлорсульфинированный полиэтилен (гипалон), содержащий для увеличения сопротивления на разрыв специальную ткань. Гипалон более устойчив к ультрафиолетовому излучению. Полосы этого материала толщиной 1 мм соединяют сваркой в растворителе. Широкое распространение в КВ золота в последние годы получил высокоплотный полиэтилен (ВПП). Толщина полос - 0,5-2,5 мм. Они соединяются горячей экструзией. ВПП устойчив к ультрафиолетовому излучению, не требует упрочняющей спецткани. Кроме листовых и мембранных экранов доступны напыляемые синтетические материалы. Они состоят из тканевой основы, на которую наносится до заданной толщины нефтепроизводный материал. Получается пленка толщиной до 25 мм. Товарное название этих покрытий - «Шеврон индастриал мембрана» и «Эйрли Ойл Компани». Также в качестве экранов применяют асфальт и гидроасфальтобетон, особенно для площадок повторного использования. Они хорошо выдерживают нагрузку от строительных механизмов. Хотя первоначальные затраты здесь велики, стоимость в расчете на 1 т руды будет ниже, чем при других геомембранных покрытиях на площадках постоянного использования.
Гидронепроницаемое основание является одной из главных частей штабеля и предназначено для предотвращения потерь рабочих и продуктивных растворов и обеспечения мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения. В настоящее время систематизированы типы площадок КВ и оснований, применяемых на зарубежных геотехнологических предприятиях. Основанием для площадок КВ служит слой гравия, дробленой руды, смеси глин и шламовой фракции хвостов ЗИФ, бентонитовых глин и других материалов. Площадка с целью обеспечения стока растворов планируется так, что ее основание наклонено в направлении сборников под углом 2-7°. Мощ-
ность слоя основания от 100-450 до 600 мм. На основание укладывается гидронепроницаемое покрытие.
Основными элементами площадки, определяющими в конечном итоге затраты на строительство, экологическую безопасность реализации проекта и эффективность сбора продуктивных растворов, является гидроизолирующий и дренажный слои.
При выборе конструкции и материалов для гидроизолирующего слоя учитывают его устойчивость к действию выщелачивающих растворов, а также к статической нагрузке, создаваемой штабелем, и к локальным динамическим нагрузкам от оборудования при отсыпке и формировании штабеля.
При укладке гидроизолирующего слоя из глинистого материала обязательно проводится контроль его влажности и плотности, а после укладки - водопроницаемости (определение коэффициента фильтрации методом налива).
Увеличение водопроводимости глиняного слоя гидроизолирующего основания в процессе эксплуатации связано с его разрушением, основными причинами которого являются:
1. Неравномерная усадка основания площадки, вызывающая локализованное растрескивание глинистого слоя.
2. Уменьшение влажности глиняного слоя, приводящее к образованию микротрещин.
3. Увеличение коэффициента фильтрации слоя из-за химических реакций между глинистыми минералами и выщелачивающим раствором.
Первый тип разрушения (неравномерная усадка) может быть уменьшен тщательной планировкой и уплотнением основания под штабель. Глины обладают высокой пластичностью в случае уплотнения при оптимальной влажности и могут сопротивляться напряжениям, возникающим при усадке. Однако большие напряжения при усадке и растяжении приводят к образованию трещин.
Образование трещин при высушивании глиняного слоя может быть предотвращено путем поддержания его оптимального влагосо-держания при уплотнении. При коротком промежутке времени между сооружением гидроизолирующего слоя и отсыпкой штабеля поверхность глины может регулярно опрыскиваться водой. В случае длительного промежут-
ка времени наилучшим способом является засыпка поверхности глины слоем песка или руды толщиной не менее 20 см.
Возможность разрушения гидроизолирующего слоя из-за химического взаимодействия с выщелачивающим раствором обычно определяется на стадии лабораторных испытаний по определению пригодности глин для сооружения гидроизолирующего слоя.
Для его предотвращения необходимо строго придерживаться рекомендаций по применению глинистых материалов для сооружения гидроизолирующего основания, установленных в результате специальных лабораторных испытаний.
На основании вышеописанного основание штабеля рекомендуется выполнять в виде многослойного экрана, включающего следующие основные элементы:
• Нижний гидроизолирующий слой -глина, укладываемая на природные породы (суглинки, супеси, глины, пески), поверхность которых предварительно планируется. Поверхности глинистого экрана придается окончательная форма и уклоны. Укладка глины производится слоями по 0,2-0,3 мм с увлажнением и обязательным укатыванием.
• Второй гидроизолирующий слой - термосветостабилизированная полиэтиленовая пленка толщиной 1 мм («внахлест» в половину ширины полотна в сторону уклона или на сварке).
• На пленку укладывается дренажноконтрольный слой (гравий или крупнозернистый песок) толщиной 25 см, в котором расположены контрольные трубки для обнаружения утечки технологических растворов.
• Третий гидроизолирующий слой -бикроэласт толщиной 4 мм в один слой. Стыки между лентами свариваются, порядок укладки снизу вверх против уклона.
• Сверху бикроэласта укладывается дренажный слой (гравий толщиной 25 см), для сбора продуктивных растворов, в котором проложены дренажные трубы.
Проектируемая конструкция гидроизоляционного основания обеспечивает надежную защиту от возможного просачивания технологических растворов.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водолазов Л.И., Дробаденко В.П. Геотехнология. Кучное выщелачивание бедного минерального сырья - Учебное пособие. 1999. 300 с.
2. Хохряков А.В., Крупинин Н.Я., Солобоев И.С. Кучное выщелачивание золота. Основы технологии и экологической безопасности - Учебное пособие. Екатеринбург, 2002. - 168 с.
3. Багазеев В.К., Валиев Н.Г., Кравченко А.П. Процессы открытых горных работ: геотехнология добычи золота - Учебное пособие. Екатеринбург, 2001. - 110 с.
4. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Извлечение золота методами физико-химической геотехнологии. 1999. 45 с.
5. Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки для искусственных водоемов - М.: Недра, 1983.
6. Минеев Г.Г., Пунишко О.А. Кучное выщелачивание золота из руд различного состава. Горный журнал, 1998. - №5. 66 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------
Валиев Н.Г., Хайдаршин А.Н. - Уральская государственная горно-геологическая академия.
----------------------------------------- © Е.П Апросимова, 2005
УДК 622.272 Е.П. Апросимова
МОНИТОРИНГ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ УСТЬЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ
Семинар № 13
'И~¥ о данным 1995-1998 годов в Российской Федерации в среднем доля подземных рудников в обеспечении минеральным сырьем составляет всего 20^30 %, но, если учесть, что подземным способом добываются, как правило, более богатые руды, фактическая роль подземной добычи в минеральносырьевом обеспечении значительно выше [1]. Известно, что в России на сегодня около 90 % добычи алмазов производится в республике Саха (Якутия), на территории которой открыто более 800 кимберлитовых тел, 13 из которых рассматриваются как промышленные месторождения. В сочетании с разработкой существующих и вводом в эксплуатацию новых месторождений добычу алмазов в республике планируется до 2007 года поддерживать на уровне 10 млн карат/год [2, 3, 4].
Вследствие отработки запасов полезных ископаемых наиболее благоприятных для открытых горных работ, а так же в связи с серьезными экологическими проблемами роль подземного и комбинированного способов разработки месторождений существенно возрастает.
Кимберлитовые месторождения республики Якутии находятся в зоне распространения многолетней мерзлоты, в связи, с чем эффективность устойчивости надшахтных сооружений определяется, прежде всего, успешным решением использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований.
Устойчивость надшахтных сооружений криолитозоны, в том числе копров, в большей степени определяется сохранением температурного поля устья стволов. Специфика проблемы состоит в том, что тепловой режим оснований фундаментов определяется не столько
