РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СООРУЖЕНИЙ ШЛАМОХРАНИЛИЩ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ. КАНАЛИЗАЦИИ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (ВОДГЕО)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СООРУЖЕНИЙ ШЛАМОХРАНИЛИЩ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Издание 2-е, переработанное и дополненное

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

Москва — 197 1

24. На стадии составления рабочих чертежей в результате гидрологических изысканий должны быть установлены следующие данные: общая гидрографическая и гидрологическая характеристика района шламохранилища, химический состав вод водотоков, границы и площади бассейнов каждого водотока, качество воды, нормы стока, расходы, режим уровней, скорость течения, твердый сток, ледовый и волновой режим, сведения о растительности, паводковом и бытовом режиме водотоков в месте расположения узла сооружений шламохранилища.

К гидрологическим изысканиям относится также установление следующих климатических характеристик района шламохранилища:

а)    среднемесячных и среднегодовых температур воздуха, а также их максимумов и минимумов;

б)    среднемесячных и среднегодовых количеств осадков, а также их суточных максимумов;

в)    средней, наибольшей и наименьшей месячной высоты снегового покрова;

г)    абсолютной влажности воздуха и дефицита влажности;

д)    среднемесячных и среднегодовых скоростей ветра и наибольшей его скорости в летний и зимний периоды (роза ветров);

е)    наименьшего, среднего и наибольшего испарения с водной поверхности по месяцам.

2. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания

25.    Инженерно-геологические изыскания проводят для установления строения бортов и оснований шламохранилищ, а также для разведки карьеров грунтов, пригодных для возведения сооружений шламохранилищ.

26.    Инженерно-геологические изыскания и геотехнические исследования, выполняемые для обоснования проектов ограждающих дамб шламохранилищ, проводят в обычном порядке по программе изысканий, составленной на основе технического задания, выдаваемого проектировщиками.

Для составления технического проекта и рабочих чертежей в результате инженерно-геологических изысканий должны быть получены геологические разрезы по трассам пульповодов и водоводов, по осям гидротехнических сооружений и насосных станций.

27.    Гидрогеологические изыскания проводят в комплексе с геологическими для получения следующих данных: сведений о режиме грунтовых вод и их агрессивности — на стадии технического проекта; сведений об уровнях грунтовых вод, нанесенных на геологические разрезы, с указанием их колебаний, о водопроницаемости пород, залегающих в основании сооружений и чаши шламохранилища, — на стадии рабочих чертежей. Для

10

бесплотинных шламохранилищ указанные изыскания проводить не обязательно.

28.    Геотехнические исследования на стадии технического проекта должны быть представлены общей характеристикой физических и механических свойств грунтов района шламохрани-лища и трассы пульповода, а на стадии рабочих чертежей — следующими материалами:

а)    по грунтам трасс пульповодов и водоводов — краткой инженерно-геологической характеристикой;

б)    по грунтам оснований гидротехнических сооружений — удельным весом, пористостью, влажностью, пределами пластичности, объемными весами во влажном и сухом состоянии (скелета), углом внутреннего трения, сцеплением, компрессионными характеристиками и коэффициентом фильтрации;

в)    по грунтам ложа шламохранилища — коэффициентом фильтрации и данными о способности к выщелачиванию.

29.    Исследованиям фильтрационных свойств грунтов основания и грунтов карьеров, намеченных для возведения дамб, должно быть уделено особое внимание в случае, когда в шламохрани-лище сбрасывают вредные стоки.

30.    Для выявления последствий загрязнения воздушного пространства, а также поверхностных и грунтовых вод промышленными стоками, сбрасываемыми в шламохранилище и фильтрующимися из него в основание и ограждающие дамбы, необходимо проводить санитарные обследования.

31.    Для возможности использования местных строительных материалов при возведении плотинных шламохранилищ должны быть получены следующие данные:

а)    при поисковой разведке — план района шламохранилища с указанием карьеров глинистых грунтов, песка, гравия в масштабе 1 : 10 000 и план карьеров камня в масштабе 1 :5000 с горизонталями через 1—2 м\

б)    при детальной разведке для проектирования разработки карьеров песка и глинистых грунтов — план в масштабе 1:2000; карьеров строительного камня — план в масштабе 1:1000 или 1 :5000 с горизонталями через 1 м\

в)    разрезы карьеров и разведочных выработок;

г)    физико-механические характеристики и свойства глинистых грунтов, песка, гравия, камня, шламов, которые могли бы быть использованы для строительных целей;

д)    сведения о грунтах полезных выемок (вскрыш карьеров месторождений и т. п.) промышленной площадки с календарным планом производства работ.

3. Требования к изысканиям для проектирования менее ответственных шламохранилищ

32.    Требования к изысканиям для проектирования шламохранилищ IV и V классов капитальности несколько- снижаются:

II

а)    для топографической основы технического проекта следует использовать материалы ведомств по ранее выполненным съемкам и нивелировкам, устанавливая по ним площадь и объем шла-мохранилища, уровни воды в нем и отметку ограждающей дамбы, оси сооружения, профили и объемы их; имеющиеся топографические материалы уточняют и пополняют по результатам рекогносцировки, упрощенной съемки и упрощенной нивелировки;

б)    инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания должны обеспечивать общее представление о геологии и гидрогеологии участка расположения шламохранилища с узлом его сооружений и карьеров грунта, пригодного для возведения ограждающих дамб.

Для этой цели следует использовать имеющиеся материалы по* геологии и гидрогеологии района, обследовав естественные обнажения пород по берегам рек и оврагам и отметив выходы грунтовых вод;

в)    гидрологические изыскания проводят для установления максимального расхода водотока и составления гидрографа за средний гидрологический год на основе данных литературных источников и материалов метеорологических станций.

В случаях, когда такие материалы отсутствуют, для получения сведений допускается использовать данные опроса старожилов. Полученные сведения об уровнях воды, поперечном сечении водотока и следах деятельности водотока должны быть зафиксированы.

4. Оценка грунтов оснований чаши шламохранилища и его сооружений

33.    При оценке грунтов оснований шламохранилищ и ограждающих дамб можно руководствоваться принципом, что практически в качестве оснований могут быть использованы все природные грунты.

34.    При наличии в основании ограждающих дамб макропористых грунтов должно быть обращено внимание на возможность неравномерных осадок их как в продольном, так и в поперечном направлении, особенно в процессе намыва шламов в хранилища, поскольку эти осадки могут вызвать нежелательные деформации в виде сквозных трещин в дамбах.

Примечание. Для уменьшения неравномерности осадок применяют различные приемы, например постепенный подъем волы в прудке с целью промачивания тела, бортов и основания плотины (дамбы).

35.    При наличии в основании ограждающих дамб торфянистых переувлажненных грунтов необходимо предусматривать такую конструкцию дамб и водонепроницаемых устройств, чтобы при значительных деформациях основания (до 1,5 м) в них не появлялись катастрофические трещины.

Для основания пригодны все виды торфа при мощности слоя

12

не более 5 м. При наличии торфа со степенью разложения менее 50% следует производить посадку ограждающей дамбы на минеральное дно путем выдавливания торфа в стороны различными способами, в том числе и взрывным способом. Для этого в торфянистый грунт помещают заряды, располагая их в шахматном порядке. Затем возводят ограждающую дамбу на заданную первоначальную высоту (8—10 м). После этого заряды взрывают. Под действием взрыва насыпь опускается на минеральное дно.

Примечание. Посадку насыпей на минеральное дно болот производят согласно техническим правилам ведения взрывных работ на дневной поверхности.

36.    При наличии в основании ограждающих дамб слабых иловатых суглинков следует уделять особое внимание его дренированию. При этом расчет устойчивости откосов должен учитывать возможность появления в грунтах основания порового давления, значительно уменьшающего сопротивление грунтов сдвигу.

37.    При наличии в основании ограждающих дамб шламохра-нилищ I—III классов капитальности грунтов с большим содержанием растворимых солей должна быть оценена возможность их выщелачивания с течением времени и должны быть намечены мероприятия по предотвращению опасных для сооружения деформаций или усиления фильтрации во времени.

38.    Мероприятия по улучшению оснований шламохранилищ должны намечаться в каждом конкретном случае в зависимости от класса капитальности сооружения.

Вопрос об использовании в качестве оснований сильно водопроницаемых грунтов решают в зависимости от класса капитальности сооружения и вредности сбрасываемых вод. При возможности загрязнения сточными водами грунтового потока должны предусматриваться изыскания не только для основания шламо-хранилища, но и для прилегающей к нему территории с целью разработки мероприятий, предупреждающих загрязнение подземных вод.

13

Глава III ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШЛАМОХРАНИЛИЩ

1. Общие вопросы

39.    Проект шламового хозяйства является частью проекта обогатительной фабрики и должен быть увязан с комплексом сооружений горнорудного предприятия (рудником, фабрикой, сооружениями по очистке промышленных стоков и др.), включая рабочий поселок.

40.    Шламохранилище рекомендуется использовать для приема шламовой пульпы и складирования шламов. Если шламы содержат ценные компоненты и подлежат дальнейшему использованию в промышленности, то в шламохранилище не следует сбрасывать другие материалы и промышленные стоки.

41.    Проектирование шламохранилища ведется на основе технологического задания, выдаваемого организацией, выполняющей проектирование технологической части обогатительной фабрики.

Содержание технологического задания на проектирование шламохранилища

Технологическое задание на проектирование шламохранилища должно содержать следующие сведения:

1)    выход шламов с фабрики в т или ж³ за 1 ч в процессе развития фабрики;

2)    число часов работы фабрики в год;

3)    расчетное число лет эксплуатации фабрики;

4)    удельный вес шламов в т/м⁹;

среднее значение объемного веса скелета шламов в шламохранилище

7)    консистенцию шламовой пульпы на выходе с обогатительной фабрики, определяемую по формуле (1);

8)    температуру пульпы на выходе с обогатительной фабрики;

9)    химический состав пульпы, характеристику и содержание вредных примесей, в частности флотационных реагентов 12, 3];

10)    необходимость использования оборотного водоснабжения и максимальное количество воды, допустимое для повторного использования на обогатительной фабрике;

11)    требования к воде, используемой при оборотном водоснабжении, в отношении ее осветления и очистки;

12)    результаты исследовательских работ по очистке воды, сброшенной со шламами, от вредных примесей.

Примечание. Исходные характеристики шламов для реконструируемого шламохранилища должны быть определены по данным натурных исследований. Вместе с технологи-

ческим заданием на проектирование шламового хозяйства выдается генеральный план обогатительной фабрики с указанием координат и отметок точек выдачи шламовой пульпы с фабрики, а также отметок для подачи воды из шламохраннлнща при использовании оборотного водоснабжения.

Зерновой состав

Зерновой состав шламов, являющийся показателем крупности помола руды, необходим для установления целого ряда расчетных характеристик, используемых при проектировании и расчете пульповодов и шламохранилищ.

Зерновой состав шламов определяют различными способами. Ситовым анализом без промывки водой выделяют частицы диаметром более 0,5 мм. Ситовым анализом с промывкой водой выделяют частицы диаметром менее 0,1 мм. Методом отмучивания (Сабанина) выделяют частицы диаметром от 0,1 до 0,01 мм. Частицы диаметром менее 0,01 мм при использовании этого метода вычисляют по разности между исходной навеской и суммарным весом фракций частиц крупнее 0,01 мм. Если необходимо выделить частицы диаметром от 0,01 до 0,005 мм и менее, используют пипеточный анализ.

Для ситового анализа применяют следующие сита:

а)    штампованные с круглыми отверстиями диаметром Г, 2; 5 и 10 мм\

б)    проволочные с квадратными отверстиями размером 0,5; 0,25 и 0,1 мм (последние два сита применяют при анализе с промывкой водой).

Сопоставление размера отверстий в мм с числом отверстий на один погонный дюйм сита (меш) приведено в табл. 1.

Таблица I Соотношение числа отверстий (меш) с размером отверстий в мм

Размер Размер Размер меш отверстий меш отверстий меш отверстий в ММ в ММ в ММ 10 1,651 32 0,495 0,417 100 0,147 12 1,397 35 150 0,104 14 1,168 42 0,351 200 0,074 16 0,991 48 0,295 230 0,062 20 0,833 60 0,246 250 0,061 24 0,701 65 0,208 270 0,053 28 0,589 80 0,175 325 0,043

Результаты определения зернового состава шламов оформляют в виде таблиц с выделением по весу фракций частиц со следующими диаметрами: менее 0,005; 0,005—0,01; 0,01—0,05; 0,05—0,1; 0,1—0,25; 0,25-0,5; 0,5—1; 1—2; 2—5 и 5—10 мм.

Шламы обогатительных фабрик металлургической промышленности подразделяют в зависимости 9т крупности частиц на следующие виды:

крупнозернистые — вес всех частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%;

среднезернистые — вес всех частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%;

мелкозернистые — вес всех частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75% ;

пылеватые— вес всех частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75%.

Примечание. При определении вида шламов последовательно суммируют процентное содержание (по весу) частиц: сначала крупнее 0,5 мм, затем крупнее 0,25 мм и т. д.

15

В книге, написанной на основе обобщения отечественного опыта проектирования, строительства и эксплуатации сооружений шламохранилищ, а также опыта намыва шламов в хранилища, даются терминология и классификация шламохранилищ, освещаются вопросы топографических и геологических изысканий, проектирования и возведения гидротехнических сооружений шламохранилищ, а также вопросы эксплуатации шламохранилищ. Даны основные сведения по выбору расчетных физико-механических характеристик шламов и по новым методам расчета устойчивости откосов дамб и фильтрации шламохранилищ.

Книга предназначена для специалистов, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией шламохранилищ.

Таблиц 26, иллюстраций 69, библиография —11 наименований.

ВНИИ ВОДГЕО

Рекомендации по проектированию сооружений шламохранилищ металлургической промышленности

Стройиздат Москва, K-3I, Кузнецкий мост, д. 9

Редактор издательства Шершукова М. А. Технический редактор Бочкова Н. Г. Корректор Мороэовская Г. Г.

Сдано в набор 2/IV 1971 г. Подписано к печати 23/IX 1971 г. Т-13942.    Бумага 60x90*/,,—3,5 бум. л. 7 печ. л. (уч.-над. 8,1 л.)

Тираж 1.500 экэ. Изд. К» HVII1—2313. Зак. № 431. Цена 73 коп.

Владимирская типография Главполнграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР Гор. Владимир, ул. Победы, д. 18-6

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рост производства черных и цветных металлов в нашей стране, а также ежегодное введение в промышленную разработку новых рудных месторождений требуют расширения существующих и создания новых крупных горнообогатительных комбинатов. Это, естественно, приводит к необходимости увеличения объема шла-мохранилищ и улучшения ведения шламового хозяйства.

Учитывая важность строительства шламохранилищ для развития металлургической промышленности, на основе исследований, проведенных на шламохранилищах ВНИИ ВОДГЕО, а также исходя из практики проектирования шламовых хозяйств различных обогатительных фабрик составлены настоящие рекомендации по намыву шламов.

В рекомендации включены основные вопросы проектирования шламового хозяйства (выбор физико-механических характеристик шламов, гидравлическая укладка их в хранилища, проектирование и возведение ограждающих дамб, расчеты их осадки, фильтрации, расчет устойчивости откосов), а также вопросы эксплуатации и контрольных наблюдений за шламохранилищем и узлом сооружений.

В разработке рекомендаций принимали участие И. С. Федоров, И. В. Федоров, О. Е. Добровинская, Э. В. Забавина.

3

Глава I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Область применения

1.    Настоящие рекомендации предназначены для проектирования, строительства и эксплуатации шламохранилищ обогатительных фабрик металлургической промышленности.

Ими можно пользоваться при любом методе намыва шламов в ограждающие дамбы, плотины и хранилища любой высоты и любого типа.

2.    При возведении ограждающих дамб из местного материала насыпным способом с уплотнением и без уплотнения, а также намывным способом рекомендуется пользоваться следующими главами СНиП: П-И.4-62 «Плотины земляные насыпные. Нормы проектирования», П-И.5-62 «Плотины земляные намывные. Нормы проектирования», П-И.6-62 «Плотины каменно-набросные. Нормы проектирования».

2. Основная терминология

3.    Ш ламохранилищем называется комплекс сооружений, предназначенных для складирования шламов (отходов) обогатительных фабрик цветной и черной металлургии. ШламохранилЛце состоит из ложа — основания, ограждающих дамб первичного и вторичного обвалования, гидроотвала и других конструктивных элементов.

4.    Дамба первичного обвалования — насыпь из грунта или шламов, служащая для удержания намываемых шламов; дамба вторичного обвалования — дамба, предотвращающая вытекание пульпы за пределы участка намыва (пульпа — смесь шламов с водой, сбрасываемая обогатительной фабрикой).

Для обозначения отдельных частей и элементов ограждающих дамб рекомендуется придерживаться терминологии, приведенной в главе СНиП Н-И.1-62 «Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования».

5.    Участок шламохранилища, на котором производится намыв, называется картой намыва. Последовательность заполнения карт указывается проектом.

6.    Зона между ограждающей дамбой и прудком-отстойником

4

14.    Средневзвешенный диаметр частиц шламов:

_{d =} d_lq_l + d_tqt+--+d_nq_n    (6)

СР    100    ’    ⁴    '

гдed_ltdi.....d_n—- размер частиц в мм;

qi,q_t,...,q„—весовое содержание соответствующих частиц шламов в процентах.

3. Классификация шламохранилищ

15.    В зависимости от способа устройства каждое шла-мохранилище может быть отнесено к одному из трех типов:

а)    плотинное (наливное) шламохранилище, в котором ограждающее устройство (плотину) возводят сразу на полную высоту;

б)    шламохранилище постепенного возведения, в котором сначала возводят дамбу первичного обвалования небольшой высоты, необходимую для организации намыва, а затем наращивают шламохранилище по высоте путем постепенного возведения дамб вторичного обвалования;

в)    бесплотинное шламохранилище, в котором исключается возведение как плотины, так и дамбы первичного обвалования.

16.    В зависимости от рельефа местности в районе расположения шламохранилища различают следующие его типы (рис. 1):

а)    овражное шламохранилище, располагаемое в овраге или балке, перегораживаемых дамбой первичного обвалования;

б)    пойменное шламохранилище, устраиваемое на пойме реки путем ограждения участка дамбами;

в)    косогорное шламохранилище, устраиваемое на косогоре путем ограждения участка с трех сторон дамбами (с четвертой стороны участок огражден самим косогором);

г)    равнинное шламохранилище, устраиваемое на ровной местности путем ограждения участка по всему периметру дамбами. Эксплуатационное достоинство равнинного шламохранилища — отсутствие необходимости создания дорогих и ответственных сооружений для сброса естественного стока;

д)    котлованное шламохранилище, устраиваемое в котловане старого карьера или резерва; при этом возможно складирование шламов без возведения дамбы;

е)    котловинное шламохранилище, устраиваемое в котловине; при этом также возможно складирование шламов без возведения дамбы или же требуется дамба малой высоты.

4. Требования к ограждающим дамбам

17.    Тип ограждающих дамб выбирается в зависимости от наличия в районе строительства тех или иных грунтов, от принятого способа возведения шламохранилища и на основе данных ин-

6

женерно-геологических и гидрологических изысканий в районе строительства.

18. Основное требование к ограждающим дамбам при намыве, а также после намыва сводится к обеспечению устойчивости

Рис. 1. Типы шламохранилищ а — овражное; б — пойменное; в — косогорное; г — равнинное; д — овражно-равнинное

их откосов и предотвращению распыления намытых шламов. Устойчивость откосов дамб должна быть обеспечена как в отношении оползания, так и в отношении оплывания под действием выклинивающихся на откосе фильтрационных вод. Особое внимание обеспечению устойчивости откосов ограждающих дамб сле-

7

дует уделять при большой интенсивности намыва и слабых маловодопроницаемых грунтах основания (илы, грунты стариц и т.д.), а также при устройстве шламохранилищ в сейсмических районах.

19.    Для возведения ограждающих дамб шламохранилищ могут применяться такие же грунты, как и для возведения водоудерживающих плотин и дамб, а также шламы, сбрасываемые обогатительными фабриками.

20.    Рекомендуются три способа намыва шламов в плотины и дамбы: эстакадный, зенитный и безэстакадный.

Глава II

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Топографические и гидрологические изыскания

21.    Топографические изыскания проводят для получения плана участка расположения шламохранилища, гидрологические изыскания— для установления водного режима на участке расположения шламохранилища.

22.    В результате топографических изысканий должны быть получены следующие материалы:

1)    дл я технического проекта:

а)    план местности в районе шламохранилища и прилегающей к нему территории в масштабе от 1 :5000 до 1 :25 ООО; масштаб определяется сложностью геологического строения и размером хранилища (при средней сложности 1 : 10 000, при простом геоло-I ..ческом строении 1:25 000).

В месте расположения створа дамбы или плотины съемка местности производится в масштабе 1 :500;

б)    план участка расположения шламохранилища с нанесением трасс пульповодов и водоводов, насосных станций и других сооружений, находящихся в районе шламохранилища, в масштабе 1 :500 с горизонталями через 0,5—1 м;

2)    дл я р а бо ч и х ч е р те же й:

а)    план шламохранилища в масштабе 1 :2000—1 :5000 с горизонталями через 1—2 м;

б)    план расположения гидротехнических сооружений, насосных станций и переходов пульповодов и водоводов через реки, овраги и другие препятствия в масштабе 1 :500— 1 : 1000 с горизонталями через 0,5—1 м;

в)    продольные профили поверхности земли по трассам пульповодов и водоводов, по осям гидротехнических сооружений с горизонтальным масштабом 1:2000—1:5000 и вертикальным масштабом 1 : 200—1 : 500.

23.    Гидрологические характеристики на стадии составления технического проекта устанавливают на основании имеющихся материалов наблюдений опорной гидрометрической сети ГУГМС по существующим эмпирическим зависимостям.

9