Хранение и утилизация токсичных вскрышных пород и хвостов обогащения на горно-обогатительных предприятиях – источник риска для экологической безопасности грунтовых вод, атмосферы, а также жизни экосистем и людей. Предназначенные для хранения отходов переработки минерального сырья хвостохранилища обычно защищает дамба. Прорыв дамбы хвостохранилища или нарушение целостности защитного покрытия основания сооружения – больше чем просто нештатная ситуация – это техногенная катастрофа, ликвидация которой обходится очень дорого.
К сожалению, такие случаи бывают, и масштабы трагедии могут быть разными. К примеру, в 2009 году в Магаданской области произошёл прорыв ограждающей дамбы. Причиной стало перенаполнение Карамкенского хвостохранилища. Возник селевый поток, который затопил посёлок. Ядовитые отходы из хвостохранилища попали в реки Хасын и Армань по берегам которых стоит множество посёлков и проживают десятки тысяч людей. В1985 году в Тренто (Италия) произошла трагедия национального масштаба: при прорыве дамбы среди населения число жертв достигло 268 человек.
Чтобы защитить окружающую среду от подобных выбросов отходов обогащения, защитить прилегающую инфраструктуру на длительный срок, необходима эффективная изоляция продуктов переработки минерального сырья. Важно обеспечить эффективную защиту хвостохранилищ не только на время работы ГОКа, но после его закрытия, когда контроль за состоянием инженерных сооружений может ослабнуть. Как показывает опыт, 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. Оно базируется на технологии армирования грунтовой насыпи с помощью «Системы Террамеш»®.
Этот тип укрепления представляет собой модульную систему армирования грунта, которая заменяет традиционные гравитационные подпорные стены. Модули системы Террамеш® располагаются слоями. В лицевой части устраивается габионный блок. Грунт обратной засыпки армируется послойно. Лицевой габионный блок заполняют местными материалами. Их же используют и для устройства обратной засыпки.
Преимущество «Системы Террамеш»® в том, что у нее нет ограничений по высоте устройства удерживающей конструкции, что весьма важно при строительстве накопительных дамб хвостохранилищ. При возведении стен значительной высоты используется дополнительное армирование насыпи высокопрочными георешётками «Паралинк»® и «Парагрид»®. С помощью этих материалов несущая способность насыпи возрастает в несколько раз. Это возможно благодаря высоким прочностным характеристикам георешеток, достигающих 1 350 кН/м.
Насыпь, армированная с помощью системы Террамеш® и усиленная георешетками «Паралинк»® и «Парагрид»®, выдерживает высокие нагрузки. Так, по гребню дамбы может свободно двигаться карьерный самосвал под нагрузкой без вреда для инженерной конструкции.
Еще одна особенность армогрунтовой «Системы Террамеш»® является достаточная гибкость, благодаря которой можно создавать как симметричные, так и асимметричные дамбы. Это возможно благодаря тому, что габионные блоки лицевой части способны эффективно перераспределять напряжения внутри конструкции.
Армогрунтовая «Система Террамеш»® является сейсмоустойчивой конструкцией, что решает проблему прорыва дамбы из-за подвижек земной коры и деформации грунтов в основаниях дамб, связанные с землетрясениями. Гибкая армогрунтовая система приспосабливается к относительной осадке грунта лучше, чем традиционные конструктивные решения из железобетона.
В Перу, где сейсмическая активность довольно высокая, на ГОКах используют армогрунтовые конструкции повсеместно. Несмотря на сейсмически опасный регион здесь аварии на хвостохранилищах ГОКов – редкость. Показательным примером использования «Системы Террамеш»® является устройство новой дамбы хвостохранилища на месторождение Подероса в Перу.
Армогрунтовые системы для укрепления существующей дамбы
Армогрунтовые системы подходят не только для строительства новых дамб на хвостохранилищах, но и для локального укрепления отдельных участков существующих дамб. Это актуально, поскольку старые хвостохранилища более подвержены деструктивным процессам и нередко становятся источником экологической опасности.
С этой целью возводятся армогрунтовые структуры из «Системы Террамеш»®, для поддержания существующих подпорных стен. Примером такого поддерживающего укрепления может послужить рудник Изкаикруз в Перу. Там были укреплены потенциально опасные участки бортов действующего хвостохранилища, выполненные из железобетона.
Наращивание высоты дамбы
Одна из причин аварий на хвостохранилищах – прорыв дамбы переполненного бассейна. Строить новое хвостохранилище зачастую дорого и экономически нерентабельно. Экономически эффективнее увеличить ёмкость уже существующего хвостохранилища. Эту задачу можно решить, используя возможности «Системы Террамеш»®. Наращенный с помощью армогрунтовой технологии гребень существующей дамбы обеспечивает безаварийность её эксплуатации. Например, на вышеупомянутом карьере Изкаикруз на базе укреплённых бортов был возведён третий — удерживающий ярус «Системы Террамеш»® для увеличения ёмкости хвостохранилища.
Еще один пример из опыта компании «Маккаферри» – рудник Яурикоха в Перу, где в 2006 году инженеры компании разрабатывали и реализовывали наращивание высоты существующей дамбы. По проекту необходимо было надстроить симметричную 8-метровую насыпь, по которой свободно сможет перемещаться тяжёлая техника.
Как рассчитывается устойчивость армогрунтовых систем
Расчёт параметров устойчивости армогрунтовых насыпных дамб хвостохранилищ инженеры компании выполняют с помощью специализированного программного комплекса MacSTARS W. Эта программа производит расчеты и проверку устойчивости различных массивов по Методу предельного Равновесия. С помощью программы MacSTARS W можно проанализировать несколько вариантов устойчивости.
• Полный расчёт устойчивости. Необходим, чтобы оценить удерживающую способность укрепления до построения конструктива подпорной конструкции.
• Расчёт внутренней устойчивости. Позволяет сконструировать и построить такую модель подпорной стенки, которая является необходимой в отдельно взятом случае.
• Расчёт несущей способности основания, проверка на сдвиг и опрокидывание. Чтобы провести эти расчеты, подпорная конструкция или её часть рассматриваются как единый массив, который состоит из отдельных блоков.
Использование надежного узкоспециализированного ПО для расчета устойчивости существенно ускоряет процесс проектирования и снижает вероятность ошибки в расчетах.
Защита основания хвостохранилища
Основание хвостохранилища требует надежной изоляции грунта. Мы предлагаем использовать для этих целей геосинтетические материалы. Техническое решение в таком случае выглядит как комбинация нетканого геотекстиля «МакТекс»®, уложенного на спланированную поверхность, поверх него располагается непроницаемая геомембрана Маклайн из полиэтилена высокой плотности (HDPE).
Геотекстиль «МакТекс»® изготавливается из высокопрочных волокон чистого полипропилена, соединенных посредством иглопробивания и термокаландрования. Толщина и вес нетканого геотекстиля «МакТекс»® позволяет успешно использовать этот продукт в качестве защитного слоя геомембраны. Непроницаемая геомембрана «МакЛайн»® выполняет функцию гидроизоляции поверхности хвостохранилища. Она производится из полиэтилена высокой плотности толщиной 2,5 мм.
Для сбора и отведения фильтрационных жидкостей из хвостохранилища поверх непроницаемой геомембраны «МакЛайн»® укладывается дренажный геокомпозит «МакДрейн»®, который применяется как дренирующий слой, отводящий жидкую фракцию в дренажные трубки, расположенные на дне хвостохранилища.
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 тяжёлой техники.
Описанные технические решения с использованием армогрунтовой «Системы Террамеш»®, геосинтетических решеток и изоляционных материалов рассчитаны на то, чтобы обеспечить экологичное и безопасное функционирование хвостохранилищ. С помощью описанных технологий можно возводить долговечные и надежные защитные дамбы и строить новые хвостохранилища, которые отвечают всем современным требованиям к эксплуатации и экологической безопасности.
Автор: Кукло Иван Александрович, директор по маркетингу «Маккаферри СНГ»
www.maccaferri.ru
info@maccaferri.ru
г. Москва, ул. Шарикоподшипниковская 13, стр.1
тел.: +7 (495) 937-58-84