Управление охраны природы

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ в УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ВНИИОСуголь)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И СКЛАДИРОВАНИЯ ОСАДКА НА ПОВЕРХНОСТИ ШАХТ ПРИ ОЧИСТКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОДОСБОРНИКОВ

Пермь

1965

Управление охраны природы

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В УГОЛЬНОЙ ПРСиЫШЛЕННОСТИ (ВНИИОСуголь)

УТВЕРЖДЕНО Начальником Управления охраны природы Министерства угольной промышленности СССР Г.Г.Вознюкоы 21.09.1981 года.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И СКЛАДИРОВАНИЯ ОСАДКА НА ПОВЕРХНОСТИ ШАХТ ПРИ ОЧИСТКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОДОСБОРНИКОВ

Пермь

I9B3

глубокие траншеи, в которых основная часть влаги осадка удаляется через боковую фильтрующую поверхность. Этот принцип принят по гой причине, что осадок шахтных вод быстро оседает I уплотняется, а коэффициент фильтрации уплотненного осадка значительно ниже, чем грунтов. Вследствие быстрого уплотнения осадка иловая вода интенсивно фильтруется через боковые стенки иловой площадки, заполненные дренажной загрузкой, и отводится по дренажным трубам на очистные сооружения.

Иловые площадки этого типа могут применяться при дефиците земельных площадей в любых климатических условиях при уровне грунтовых вод более 3,5 м.

Конструктивно площадки (модули) выполняются из деревянных свай с зазором 25-40 мм, связанных поверху продольными деревянными стяжками. За сваями с внешней стороны устраивается трехслойная фильтрующая призма, состоящая из щебня S’ * 30-ТО мм, гравия <Гж Ю-20 мм и песка S’ = 3-5 мм. Под призмой закладываются асбестоцементные дренажные трубы диаметром 150 мм с отверстиями. Дренажные трубы связаны в единую дренажную сеть. Для въезда уборочной техники (бульдозера) о обеих сторон устраиваются бетонные пандусы с ^клоном 1:5. Для передвижения бульдозера на дне укладываются бетонные или железобетонные колеи.

Иловые площадки-уплотнители (рис. 1.4, 1.5) представляют собой прямоугольные карты-резервуары с водонепроницаемыми днищвми и стенками. Они монтируются обычно из сборных типовых бетонных и железобетонных элементов. Иловая вода сбрасывается через боковые вертикально расположенные отверстия, перекрываемые шиберами. Расстояние между боковыми шиберными устройствами по горизонтали должно быть не менее 14 м. Шиберные устройства, вмонтированные в стенку иловой площэдки, располагаются в колодце, непосредственно примыкающем к стенге площадки. Для отвода сливаемой через шиберные устройства иловой воды от колодцев к насосной станции прокладывается канализационный коллектор.

Длд въезда уборочной техники и выгрузки обезвоженного осадка с обеих сторон площадки устраиваются пандусы из бетона о уклоном 1:5 в сторону площадок.

Иловые площадки-уплотнители могут применяться при любом уровне грунтовых вод, в любых климатических зонах страны, на шахтах, испытывающих дефицит земельных площ8дей,при скорости уплотнения осадка не менее 0,05 м/час.

Иловые площадки с дренажным основанием (рис. 1.6, 1.7) конструктивно выполняются как обычные типовые площадки с водонепроницаемым основанием и дренажными лотками, но есть и существенные отличия. Ширина иловой площадки, исходя из того, что расстояние между дренажными лотками должно составлять не менее 10 м, принята равной 13,5 м. Рабочая глубина площадки по периметру (высота налива осадка) составляет I м.

На иловой площадке укладывается дренажная система, состоящая из железобетонных лотков и дренажных труб, укладываемых в зернистую дренажную загрузку.

Дренажные лотки представляют из себя трапециевидную железобетонную конструкцию, размер наибольшей стороны которой в свету составляет I м, глубина также равна I м. На дно лотков укладываются асбестоцементные или стальные перфорированные трубы. Диаметр труб, диаметр дренажных отверстий и расстояние между ними рассчитываются в каждом конкретном случае из расчета подачи промывной воды с интенсивностью 4-5 л/с«м* в течение 2-3 минут. Фильтрующую загрузку необходимо предусматривать из нескольких слоев. При этом нижний слой, покрывающий дренажные трубы и выполняющий роль поддерживающего, укладывают из щебня крупностью 30-70 мм, средний и верхний - из гравия крупностью соответственно 10-20 и 3-5 мм.

Дренажные лотки располагают вдоль площадки параллельно Друг другу, причем верх их должен иметь одну и ту же отметку. Лотки и дренажные трубы должны иметь продольный уклон к середине площэдки 0,02. Водонепроницаемому основанию на участке между соседними лотками придают уклон 0,02 (поперечный уклон) от лотков к середине участка. В центре площадки для приема промывных вод устраивается приемный колодец, перекрываемый крышкой.

Для предотвращения повреждений основ® ия, лотков и дренажной загрузки во время уборки обезвоженного осадка бульдо-

Чои паки с «<ния осюмаиа

lirna uomui с    oocohimi

Уэ#д Г

У/20

too tooo too

П^«миш: I. «Uticrpu K^tCftt^iKHriua ш ctiimmi ^cuitki    яирспа    u    ш    ■ p*: от самки »c uj hub eapaeuotci

00 NTUftt MUli ^вДрМ*ЛМ Сол НО ГО CWPOTUMKMKHV

{. Рамерм адом лотке! щаимыгтся I ссопгт.гш о к;атД1Гш«остм смммго я»:ос».

3.    Нссто»»* »r*Aj Mt|CKl« осади г.;*к»*ае?си ю Соме 2С

4.    Димгр «апорш т^соа;с»одо» ^оссчктамогоя и росит» »:д«ч1 :; димсд мд» с а«т»всм1еаотп 4-S    ^

xpeusM0« мгр;ш.

>. С4р»«ач»11ио4 4«гд/С(4ни ajm^h«‘»w tpjC a;»m»r:i ме аеме* ф u of оомриосга мгр|зжа.

эером на основание площадки укладывают бетонные или железобетонные плиты или балки (колеи). Для въезда бульдозера на площадку с обоих её концов устраиваются бетонные пандусы с уклоном 1:5 в сторону площадок.

Отличие данной конструкции иловой площадки от аналогичных площадок, применяемых для обезвоживания осадка хозбыто-вых сточных вод, состоит в том, что расстояние между дренажными лотками составляет не менее 10 м, причем они располагаются не на низких, а на самых высоких участках основания иловой площадки. Такое конструктивное отличие иловой площадки способствует образованию на дренвжной звгрузке тонкого слоя осадка, который вследствие меньиего гидростатического давления обладает рыхлой структурой. По этой причине скорость фильтрации воды через такой слой значительно увеличивается, что приводит к повышению удельной нагрузки на иловую площадку.

Иловая площадка данного типа может быть рекомендована для применения в теплых районах с климатическим коэффициентом не менее 1,0 в тех случаях, когда нет дефицита земельных площадей.

Иловые площадки на естественных гр.унтэх (с естественным дренажным основанием и боковой фильтрующей поверхностью) рекомендуется устраивать в районах, имеющих песчаные грунты с коэффициентом фильтрации 50 м/ч и более, если допускается фильтрация иловых вод в грунт (рис. 1.8). Б этом случае конструкция значительно упрощается: она представляет собой оформленное углубление в грунте без каких-либо искусственных устройств. Ширина иловой площадки принята в 3,5 м. Первоначальная рабочая глубина площадки (высота налива осадке) принята равной I метру. Дренажная система площадки отсутствует.

С обеих сторон площадки (по длинной стороне) устраиваются пандусы с уклоном 1:5.

Для восстановления фильтрующей способности естественного дренажного основания рекомендуется после уборки подсушенного осадка производить срезку грунта основания площадок на глубину 100-150 мм.

В таблице 1.5 приведены обобщенные денные для выбора типа иловых площадок.

Таблица 1.3

Область применения рекомендуемых иловых площадок

1клИЫ8ТИЧ0О-1^УР°^ВвНЬ    (Скорость {скорость

PISSSS.    ter"¹ ! осадка^6НИЯ

С боковой    не ограни- ^ 3,5 м не ограни- не ограни-

фильтрующей    чены    чена    чена

поверхностью

Площадки-    -"-    не    ограни-    -"-    >    0,05 м/ч

уплотнители    чен

С дренажным климатичес- > 4,5 м основанием кий коэффициент > I

Не естествен-    >    2,5    м    >50    м/ч

ных грунтах

Осадок, образующийся в водосборниках и на очистных сооружениях шахт, будет обезвоживаться на одних и тех же иловых площадках.

Иловые площадки экономически целесообразно использовать при количестве обезвокивземого осадка до 1000 т/год, при больших количествах необходимо применять механические методы обезвоживания.

Исходя из изложенного выше, в качестве модуля целесообразно принять иловую площэдку производительностью 200 т осадка в год, рассчитанную на разовый прием 100 т осадка.

Анализ исследовательских данных и опыта эксплуатации подземных водосборников и очистных сооружений показывает, что при рвсчете конструктивных размеров модуля иловых площадок целесообразно принять следующие значения исходных параметров: - глубина и ширина иловой площадки с боковой фильтрующей поверхностью, площадки-уплотнителя, а также площадки на естественных грунтах - 2 и 5,5 м соответственно;

Технологические схемы обезвоживания и складирования осадка на поверхности шахт при очистке подземных водосборников. -Пермь, Изд. ВНИИОСуголь, 1983, 39 с.

В работе "Технологические схемы обезвоживания и складирования оселка на поверхности шахт при очистке подземных водосборников" приведены данные о притоках шахтных вод и осадка. Даны конструкции ^-х типов модулей иловых площадок, рекомендуемых для применения в угольной промышленности, а также технологические схемы обработки осадка шахтных вод и их тахнико-экономические показатели. Данные технологические схемы предназначены для использования проектными организациями при разработке проектов новых и реконструкции действующих сооружений для обработки осадка шахтных вод.

Рис. 12, табл. 4, список литерах. - 7 назв.

Авторе ⁴ коллектив: канд. техн. наук В.И.Федосеев, А.НЛ    чя,    канд. техн. наук М.В.Лурье,

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский инотитут охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВНИИОСуголь). I9B3.

-    глубина и ширине иловой площадки с дренажным основанием I и 13,5 м соответственно;

-    разовый приток осадка 100 т;

-    концентрация твердого в осадке >, 100 кг/м³;

-    скорость фильтрации дренажной загрузки 0,5 м/сут.;

-    средняя скорость уплотнения осадке 0,05 м/ч;

-    суммарное время заполнения площадки осадком и удаления иловой воды 8 ч.

Расчетные конструктивные размеры модулей иловых площадок приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Конструктивные размеры модулей иловых площадок Тип иловой площадки    |Длин8.|Ширин8,|Глубина,

I С боковой фильтрующей поверхностью	«0	3,5	2
П Площадки-уплотнители	35	3*5	2
ill С дренажным основанием	45	13,5	I
1У Не естественных грунтах	40	3,5	2

Удельная нагрузка на иловые площадки составляет для Ш типа - 3 м³/м²*год, 8 для остальных - 14-16 м³/м².год, то есть рекомендуемые площадки, кроме Ш типа, являются высоко-нагружаемыми.

1.4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЛОВЫХ

плоадск

Для обоснованного выбора технологической схемы и типа иловых площадок, которые целесообразно применять для обезвоживания осэдка, образующегося в подземных водосборниках, необходимы следующие исходные данные:

- климатические условия;

ВВЕДЕНИЕ

При добыче угля подземным способом образуются шахтные воды, загрязненные в различной степени взвешенными веществами. Наиболее крупные взвеси выпадают из шэрстной воды по пути к подземным водосборникам (в канавах) и в самих водосборниках, которые необходимо периодически очищать.

Осадок, образующийся при очистке подземных водосборников, с целью уменьшения его объема перед утилизацией или складированием должен быть обезвожен до необходимой кондиции. Обезвоживание осадка может быть проведено естественным путем на иловых площадках или механическими методами. В настоящее время в СССР и за рубежом наибольшее распространение получил метод естественного обезвоживания. Так, например, в зарубежной практике около 70% осадка хозяйственно-бытовых вод обезвоживается на иловых площадках. Этот показатель ещё более будет увеличиваться в связи с наступлением энергетического кризиса, поэтому естественный метод обезвоживания, не требующий больших энергетических затрат, заслуживает самого широкого распространения. Исследованиями ВНИИОСугля показано, что для обезвоживания осадка подземных водосборников более чем на 85% шахт экономически целесообразно использовать иловые площадки. Выбраны площадки, наиболее пригодные для применения в угольной промышленности СССР, разработаны 4 типа модулей иловых площадок и определены области их применения.

Технологические схемы предназначены для использования проектными организациями при разрабо^’ ^оектов новых и реконструкции действующих сооружений    "ботки    осадка

шахтных вод.

РАЗДЕЛ I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

I.I. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСАДКА ПОДЗЕМНЫХ ВОДОСБОРНИКОВ

Количество осадка, выделяющегося в подземных водосборниках зависит, в основном, от шахтного водопритака и концентрации взвешенных веществ в нем.

На рис. I.I приведен график зависимости количества осадка, осевшего в водосборнике за сутки от нормального часового притока шахтной воды.

Рис. I.I

Зависимость количества освдка в подзеыных водосборниках от величины шахтного водо-притока

Количество осевшего в водосборнике осадка за сутки можно также определить по формуле:

^TBCYT^f^crr вх “ %в вых)* ® ³» ^Т/°У^Т *    (!•!)

где f - коэффициент, учитывающий ту часть взвешенных веществ, которая должна осаждатьоя в водосборнике в зависимости от гидравлической крупности частиц. Этот коэффициент определяется опытным путем с помощью внализа проб воды и далее по формуле

Ятвзх- Я тв вых Ятввх

Qcyt -Чтв.вх

Ятввих-

В табл. 1,1 приведены данные по объемам осадка, образующегося в шахтных водооборниках, для основных бассейнов страны. Из таблицы видно, что годовое количество осадка колеблется в широких пределах, причем меньиие величины характерны для шахт КараГендинекого бассейна, а максимальные значения -для Кузбасса.

Очистке шахтных вод от взвешенных веществ сопровождается выделением значительного количества осадка, достигающего в некоторых случаях 8-10% от объема очищаемой воды. Из гори-8онталъных отстойников, например, осадок удаляется в виде пульпы с концентрацией взвешенных веществ 20-150 кг/м³. Этот показатель для осадка из подземных водооборников значительно повышается.

Количество образующегося на очистных сооружениях осадка по вахтам бассейнов представлено в табл. 1.2.

Максимальная крупность частиц угля и породы достигает в водосборниках 25 му. В основной массе осадок обычно представлен частицами крупностью 1-0,16 мм.

По минералогическому составу осадок шахтных вод обычно содержит частицы угля и породы, кроме этого, встречаются частицы песка, кварца, полевого шпата, аргиллита, рутила, роговой обманки, граната и др. /I/.

Объемный вес полностью обезвоженного осадка кодеблетса от 1,2 до 1,9 г/см³, и при расчетах его значение следует принимать равным 1,5-1,7 г/см³ /2/.

1.2. ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ УДАЛЕНИЯ ОСАДКА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОДОСБОРНИКОВ

Существует несколько способов очистки водосборников: механический, гидравлический и гидромеханический. Из перечисленных способов наиболее прогрессивным, отличающимся многими достоинствами, является гидравлический способ очистки. При гидравлическом способе могут использоваться насосы специального назначения - углесосы, шламовые, песковые и канализационные насосы, струйные насосы, а также насосы главного водоотлива. В настоящее время при гидравлическом способе очистки подземных водосборников обычно применяют насосы главного водоотлива. При этом максимальная концентрация шлама должна составлять T:I = 1:3-1:4, а минимальная - 1:6-1:10 /5/

Общими требованиями при очистке подземных водосборников являются следующие:

-    очистка водосборников должна быть совмещена и увязана с технологическим режимом работы существующих сооружений для очистки шахтных вод;

-    осадок из водосборников необходимо направлять, минуя очистные сооружения шахтных вод (фильтры, отстойники и др.), по отдельному трубопроводу, присоединенному к трубопроводу центрального водоотлива, на иловые площадки для обезвоживания;

-    очистку водосборников необходимо производить не реже двух раз в год;

- очистку водосборников следует производить при образовании пульпы с Т:1^ 1:3-1:**.

1.3. РЕКСЫЕНДУОШБ ТИПЫ ИЛОВЫХ ПЛСЩАДСК И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Основное требование, предъявляемое к иловым площадкам, сводится к тому, что они должны эффективно работать во всех климатических зонах страны и при любых грунтовых условиях.

Эти сооружения должны быть компактными в силу того, что во многих случвях шахты не располагают свободными земельными площадями.

Поскольку очистка подземных водосборников производится периодически согласно "Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах", иловые площадки должны работать в твком же режиме. На обезвоживание поступает осадок как из подземных водосборников, так и с очистных сооружений шахты, поэтому чистка этих сооружений должна быть сдвинута во времени.

Конструкция рекомендуемых иловых площадок должна обеспечивать возможность применения механизированной уборки обезвоженною осадка. Для этой цели предлагается использовать бульдозер. При этом необходимо обеспечить въеэд и выезд бульдозера с обеих сторон иловой площадки, в также сохранность её дна и боковых стенок.

Конструкция иловых площадок должна предусматривать отвод иловой воды через шиберные или дренирующие устройства на очистные сооружения.

Принимая во внимание специфические свойства рассматржва-емого осадка, из многочисленного ряда существующих конструкций можно рекомендовать ** типа иловых площадок /4, 5, 6/:

-    с боковой фильтрующей поверхностью;

-    площадки-уплотнители;

-    с дренажным основанием;

-    на естественных грунтах.

Иловые площадки с боковой фильтрующей поверхностью (рис. 1.2, 1.3) представляют собой конструктивно оформленные