Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы складирования и использования зол ТЭС 9
1.1 Проблемы эксплуатации золоотвалов 9
1.2 Сведения о воздействии золошлакоотвалов на окружающую среду 21
1.3 Использование гидратированных золошлаков 27
1.4 Складирование ЗШО в карьерных выработках 30
2 Геохимическое взаимодействие золошлаковых отходов ТЭС и геологической среды 44
2.1 Минеральный и химический состав золошлаков 44
2.2 Минеральный и химический состав отвальных пород 50
2.3 Оценка токсичности золошлаков и отвальных пород 52
2.5 Сравнительный анализ химического состава золошлаков и отвалов 56
2.6 Мелиорация отвалов золошлаковыми отходами 60
2.7 Экспериментальные исследования химического взаимодействия золошлаков и отвальных пород 62
3. Формирование массива золоотвала и управление его состоянием 71
3.1 Прелагаемая конструктивно-технологическая схема складирования ЗШО 71
Формирование массива насыпного золоотвала в карьере и управление его состоянием необходимо для обеспечения его промышленной безопасности и предотвращения загрязнения геологической среды и подземных вод 71
3.2 Моделирование фильтрационного режима 76
4. Расчет инфильтрационного влагопереноса в массиве ЗШО 91
4.1 Теоретические основы процесса влагопереноса в сыпучих средах 91
4.2 Анализ результатов расчетов 105
Заключение 119
Список использованных источников 121
- Сведения о воздействии золошлакоотвалов на окружающую среду
- Минеральный и химический состав отвальных пород
- Моделирование фильтрационного режима
- Анализ результатов расчетов
Введение к работе
Актуальность работы. Золошлаковые отходы тепловых электростанций (ТЭС) представляют одну из глобальных экологических проблем. На теплоэнергетических предприятиях юга Красноярского края ежегодно образуется более 1,2 млн.т золы и шлака. На территории Сибири нет золоотвалов, полностью отвечающих основным требованиям по надежности и экологической безопасности, предъявляемым действующими инструктивно-нормативными документами.
Многие гидрозолоотвалы находятся в предаварийном состоянии по ряду параметров: переполнение; неудовлетворительная работа водосбросов; несоответствие профилей дамб и заложения откосов проектным величинам; неэффективная работа или отказы дренажей и противофильтрационных устройств; деформации дамб на слабых основаниях; несоответствие проектных решений сложным мерзлотно-климатическим условиям региона; технологические осложнения, связанные с гидроледотермическими и криогенными процессами; пыление и отсутствие апробированных способов борьбы с ним; отсутствие контрольно-измерительной аппаратуры и систематических наблюдений и, как следствие, низкий технический уровень эксплуатации гидрозолоотвалов.
Проблема расширения, наращивания и ввода в эксплуатацию новых гидрозолоотвалов будет решена более эффективно при соблюдении современных экологических требований. Несмотря на устройство отвалов из вскрышных пород в отработанном пространстве, дефициты объема в карьерных выработках достигают свыше 10 миллионов кубометров в год. Захоронение золошлаков в карьерах будет иметь положительный экологический эффект и рекомендуется для широкого внедрения в Канско-Ачинском бассейне.
Главными преимуществами этой технологии является значительное сокращение площадей, занятых под золоотвалы, снижение объемов
4 естественных почвогрунтов, необходимых для рекультивации выработок и расходов на их доставку и укладку а также компенсация дефицита объема карьерного пространства, образовавшегося после извлечения угля.
Цель исследований. Обоснование и разработка конструктивно-технологического решения насыпного золоотвала в отработанных пространствах угольных разрезов в условиях Восточной Сибири.
Задачи исследования, поставленные и решённые для достижения указанной цели.
Выполнить анализ известных технологий складирования зернистых (сыпучих) отходов промышленных производств в карьерных выработках добывающих предприятий.
Выполнить экспериментальные исследования физико-химических свойств смеси золошлаковых отходов и отвальных пород и проанализировать их взаимодействие и влияние на окружающую среду при совместном складировании в карьере.
Обосновать предлагаемую конструкцию карьерного насыпного золоотвала с комбинированной дренажной системой на основе численного моделирования ее фильтрационного режима.
Определить минимальную высоту годового слоя складируемых золошлаковых отходов на основе исследований процесса инфильтрационного насыщения насыпи и составить рекомендации по технологии складирования отходов в выработках карьеров.
Методы исследований.
При численном моделировании фильтрационного режима использовалось алгоритмическое и математическое обеспечение с применением метода конечных разностей.
Геохимические и геоэкологические натурные исследования золошлаковых отходов ТЭС и отвальных пород угольных разрезов проводились с использованием полуколичественного спектрального анализа и метода химического анализа водных вытяжек.
5 Расчет инфильтрации влаги в неоднородной сыпучей среде проведен с использованием достаточно апробированных аналитических зависимостей. Научная новизна полученных результатов.
Впервые разработаны научные основы складирования золошлаковых отходов ТЭС в карьерных выработках Канско-Ачинского угольного бассейна, обеспечивающие сохранение высокой водопоглощающей способности золошлаков и бессточность насыпного золоотвала.
Обосновано новое конструктивно-технологическое решение насыпного золоотвала с дренажной системой в основании и по борту карьера, отделяющей природный подземный поток от инфильтрующихся атмосферных осадков и предотвращающей загрязнение подземных вод.
Впервые исследован процесс инфильтрации атмосферных осадков в насыпи золоотвала при нижнем граничном условии, определяемом заданным уровнем воды в дренажном слое основания.
Впервые обоснованы рекомендации по складированию золошлаковых отходов ярусами определенной высоты, обеспечивающей накопление и консервацию влаги в поровом пространстве насыпи.
Практическая значимость исследования.
Разработана комбинированная дренажная система с наклонным дренажем по борту карьера и дренажным слоем в основании, обеспечивающая полный перехват притока подземных вод и предотвращающая их проникновение в золошлаковый массив.
Рекомендована упрочняющая планировка борта карьера, включающая послойную отсыпку и уплотнение призмы из вскрышных грунтов и обеспечивающая устойчивость борта и возможность устройства наклонного участка дренажа.
Для обеспечения полного перехвата природного подземного потока и исключения проникновения сточных вод в основание рекомендуется безнапорный режим работы дренажной системы.
Сформулированы рекомендации по определению минимальной высоты отсыпаемого яруса, достаточной для удерживания инфильтрационного притока атмосферных вод в поровом пространстве золошлакового массива.
Предложенное конструктивно-технологическое решение складирования осушенных золошлаков из гидроотвалов ТЭС в выработанном пространстве карьеров может быть использовано при проектировании природоохранных и рекультивационных мероприятий.
Основные положения, выносимые на защиту.
Экспериментально установленные закономерности, характеризующие влияние золы на химические свойства и токсичность грунтов угольных карьеров.
Результаты исследований фильтрационного режима насыпного золоотвала, определяющие природоохранную технологию его возведения.
Результаты исследования процесса инфильтрационного стока в насыпи золоотвала при нижнем граничном условии, определяемом заданным уровнем воды в дренажном слое основания.
Предложения по технологии поярусного складирования золошлаковых отходов в выработанном пространстве горных выработок, обеспечивающие полную консервацию в насыпи атмосферных вод.
Конструктивно-технологическое решение насыпного золоотвала с дренажной системой в основании, позволяющее минимизировать загрязнение окружающей среды.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы рекомендованы для внедрения на предприятиях энергосистем Центральной и Восточной Сибири.
Выполнены экологические обоснования удаления золошлаковых отходов в отвалы угольных разрезов для Назаровской ГРЭС и Березовской ГРЭС-1, утвержденные Государственной экологической экспертизой.
7 Получены акты об использовании материалов диссертационных исследований при проектировании и эксплуатации мест хранения золошлаковых отходов Назаровской ГРЭС и Березовской ГРЭС-1.
Результаты работы нашли применение в учебном процессе по дисциплине «Экологически безопасная добыча полезных ископаемых» на кафедре «Инженерная экология» ПИ СФУ.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных вычислительных программ и методик, подтверждается натурными наблюдениями за формированием насыпного золоотвала в Назаровском разрезе.
Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке задачи и проведении экспериментальных исследований химических свойств золошлаков и грунтов, разработке технологии складирования золошлаковых отходов, обосновании модели инфильтрации атмосферных вод в массиве золошлаков.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на VII Всероссийской научной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» -Красноярск, 2003 г; III научно-практической конференции «Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» - Красноярск, ИВМ СО РАН, 2003 г; XVII Всероссийском совещании по подземным водам Востока России -Красноярск, 2003 г; научно-практической конференция «Современные проблемы водохозяйственного и гидроэнергетического строительства» Новосибирск, 2003 г; Шестом международном конгрессе «Вода: экология и технология», Экватэк-2004 - Москва, 2004 г; Четвертом Международном конгрессе по управлению отходами ВэйстТэк-2005 - Москва, 2005 г; XI Всероссийском угольном совещании - Ростов-на-Дону, 2005 г; 10-й Международной конференции ACUUS «Подземное пространство: экономика
8 и окружающая среда» и региональному симпозиуму ISRM «Механика горных пород для подземной среды» - Москва, 2005 г;
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Из них 1 - в рецензируемых изданиях по перечню ВАК, 4 - в сборниках материалов международных конференций.
9 1 Анализ проблемы складирования и использования зол ТЭС
Сведения о воздействии золошлакоотвалов на окружающую среду
Виды воздействия золоотвалов на окружающую природную среду рассмотрены в работах Э.Л. Добкина /25, 26/, В.Г. Пантелеева /26, 75/.
Золоотвалы характеризуются сложным и многофакторным взаимодействием с окружающей средой, в результате чего возникает негативное воздействие на живые организмы и, в том числе, на человека. Последствия эксплуатации золоотвалов описываются следующими основными видами воздействия: местным загрязнением воздушной среды при пылении; влиянием по почвы и растительность; фитотоксичностью; воздействием на подземные воды; воздействием на поверхностные воды; катастрофическими прорывами воды и золошлаков.
Местное загрязнение воздушной среды. Принято считать, что золошлаковые отходы из канско-ачинских углей (КАУ) вследствие их способности к цементации не загрязняют воздушную среду. Однако это утверждение справедливо только в случае, если намытые золошлаквые отходы не подвергались гидравлическому или механическому воздействию. На золоотвалах неоднократно наблюдалось интенсивное пылевыделение (например, Красноярская ТЭЦ-1, Назаровская ГРЭС, Иркутские ТЭЦ-9 и ТЭЦ-10 и другие объекты). Многие из таких золоотвалов расположены в пределах населенных пунктов, где эмиссия пыли создает угрозу для здоровья населения. Достоверная количественная оценка пылевой эмиссии на золоотвалах в рассматриваемом регионе не проводилась.
Воздействие золошлакоотвалов на воздушную среду определяется также и выхлопными газами от работающей на них техники.Проблема пылеподавления на золошлакоотвалах.Вопросы пыления и пылеподавления на золоотвалах рассмотрены в работах /8, 22, 37/.
Пылеподавление путем кратковременного повышения уровня воды в пруде и затопления пылящего пляжа, применяемое наиболее часто, сопровождается усилением фильтрации в поверхностном слое тела дамбы и местными фильтрационными деформациями водонасыщенного низового откоса. Особенно опасным является совпадение сроков подъема уровня воды и начального этапа сезонного оттаивания - в этом случае фильтрационный поток кратчайшим путем через гребень дамбы поступает в оттаявший поверхностный слой на низовом откосе, подстилаемый пока еще мерзлым водонепроницаемым грунтом сезонномерзлого слоя. Двигаясь по этому наклонному водоупору, поток высачивается на поверхность откоса, что приводит к его избыточному водонасыщению и солифлюкционному оплыванию. В предельном развитии этот процесс может распространиться и на гребень дамбы, что создаст предпосылки для ее прорыва и вытекания водозоловой гидросмеси на прилегающую территорию.
Прямое влияние процесса сезонного промерзания-оттаивания откоса на устойчивость ограждающих дамб и соответственно на экологическую безопасность золоотвалов проявляется не только при пылеподавлении путем затопления пляжа, но и при формировании напорной фильтрации под промерзающим слоем. В дальнейшем целесообразно экологические аспекты процесса сезонного промерзания-оттаивания фильтрующих откосов выделить в отдельный вопрос для специального комплексного анализа и разработки соответствующих рекомендаций.
Эксплуатация золоотвалов в суровых климатических условиях не только сопровождается сложностями, обусловленными воздействиями криогенных процессов, но и позволяет применять нетрадиционные способы борьбы с пылением. Эти способы, обладающие определенными технико-экономическими преимуществами, предусматривают использование льда и композитных льдозолошлаковых материалов для устройства временных пылеподавляющих покрытий. Такие покрытия могут многократно возобновляться ежегодно в конце зимнего периода (февраль-март); их толщина и скорость оттаивания регулируются нанесением теплоизолирующих быстротвердеющих пенообразующих материалов таким образом, чтобы разрушение покрытия совпадало по срокам с окончанием бездождевого периода активного пыления (в южных регионах Сибири -июнь; в Якутии и других районах Крайнего Севера эти сроки могут быть другими).
Влияние на почвы и растительность. Влияние выпадающих из атмосферы частиц золы на почвы и растительность выражается в трансформации первичных почв в почвы особого рода - вторично-поверхностно-карбонатные почвы с содержанием карбоната кальция до 10-12 %. Значительную трансформацию претерпевают и почвенные воды - их минерализация возрастает до 500-1000 мг/дм3, в составе появляются сульфаты, а показатель рН приобретают выраженную щелочную реакцию. Условия для поступления зольных частиц в почвы существуют вокруг золоотвалов Назаровской ГРЭС, где вплотную к ним примыкают садовые участки. Помимо химического загрязнения почв макро- и микроэлементами, поступление зольных частиц способно изменить важные физические свойства почв (плотность, проницаемость для газов и воды, пористость, влагоемкость и др.). Изменение состава почв влечет за собой трансформацию растительности. Поступление выщелачиваемых из золошлаковых отходов растворенных солей и токсичных элементов и их миграция в почвенные воды вблизи отвалов во многих случаях создает проблемы для растительности, а также для людей и животных. Учитывая то, что почвы рассматриваемого региона в основном кислые, поступление золы КАУ обычно оценивают положительно, сравнивая его с известкованием почв. Последствия фитотоксичности растений, выращиваемых в районе влияния золоотвалов, на людей и животных до настоящего времени не изучены.
Воздействие на подземные воды. Несовершенство гидравлической изоляции золошлакоотвалов приводит к внедрению в подземную гидросферу массы техногенных вод, отличающихся повышенной температурой, щелочностью, своеобразным химическим составом, что ведет к заболачиванию прилегающих территорий и к загрязнению природных вод /19/.
Золошлакоотвалы относятся к поверхностным источникам загрязнения подземных вод, площадь которых значительно превосходит мощность водоносных комплексов. Как правило, золоотвалы расположены в поймах рек, что определяет их воздействие на подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта.Влияние золоотвалов на состояние грунтовых вод в районе их размещения определяется следующими факторами:
Минеральный и химический состав отвальных пород
Внутренние отвалы вскрышных пород Назаровского угольного разреза (таблица 6) представлены углевмещающими породами итатской свиты среднеюрского возраста /85/. В минеральном составе песчаников и алевролитов преобладают кварц (S1O2) до 44%, калиевые полевые шпаты (KSi308) - 25-46%, обломки кремнистых пород - 17-30% /15, 78, 90/.
Основными минералами аргиллитов являются каолинит и гидрослюды. Переэкскавация вскрышных пород в процессе добычи угля приводит к аэрированию пород и возникновению окислительных процессов, ведущую роль среди которых играет окисление акцессорных сульфидных минералов /88/:
Образующаяся серная кислота вызывает сернокислотное выщелачивание отвальных пород, что минерализует водную среду. Одновременно развиваются процессы десульфуризации в результате взаимодействия сульфатов с углистыми породами по действием десульфурирующих бактерий:
Указанные процессы являются ведущими в формировании состава внутрикарьерных вод, которые в карьерной выемке Назаровского разреза имеют следующий состав:Близкий состав имеют дренажные воды, отобранные из дренажных канав в районе площадки складирования золошлаковых отходов:
Атомно-эмиссионным (спектральным) анализом в золошлаках не были обнаружены Ge, Bi, Cd, Sb, Се ,Li. Химическими анализами в золошлаках не были обнаружены ртуть, олово, мышьяк, пестициды и нефтепродукты и сульфидная сера (S"). Содержания почти всех элементов (кроме кремния, алюминия, титана и фтора) в золошлаках несколько выше, чем в отвалах разрезов /85/.
Определение класса токсичности указанных материалов произведено нами на основе ПДК содержащихся в почве химических элементов. Из приведенных в таблицах 2, 3 химических элементов ПДК установлены для V, Co, Mn, Cu, Ni, Pb, Cr и Zn /24/. Показатель степени опасности компонента отхода для окружающей природной среды К\ рассчитывается по формуле:где С\ - концентрация і-го компонента в опасном отходе (мг/кг отхода); V\ -коэффициент степени опасности і-того компонента опасного отхода для окружающей природной среды (мг/кг). Концентрацию компонента определяем на основании таблиц 4 и 5.
Учитывая то, что эти элементы не образуют самостоятельных минеральных видов (химических соединений), в качестве растворимости (5) принимались полученные нами средние значения растворимости золошлаков (0,00284 д.е.) и отвальных пород (0,00149 д.е.). В расчет не были включены те элементы, которые не были обнаружены в отходах (содержания ниже чувствительности метода использованного химического анализа): пестициды, мышьяк, олово, ртуть, сульфидная сера, нитраты (для золошлаков). Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливаются по составу исходного сырья и технологическим процессам его переработки или по результатам количественного химического анализа.
Исходные данные для данного расчета приведены в таблице 7.Показатель степени опасности отхода для окружающей природной среды К рассчитывают по следующей формуле:где Zc - показатель степени опасности отхода для окружающей природной среды; К\ - показатели степени опасности отдельных компонентов опасного отхода для окружающей природной среды.
Полученные результаты приведены в таблице 8.Таблица 8 - Суммарные индексы токсичности Zc золошлаков и отвальных породчто степень воздействия отходов на окружающую среду очень низкая и экологическая система практически не нарушена. Однако в случае отнесения производителями отходов отхода расчетным методом к 5-му классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения 5-го класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к 4-му классу опасности.
Расчеты показали, что по уровню токсичности и опасности золошлаковых отходы и вскрышные породы относятся к четвертому классу токсичности и являются малоопасными, т.к. согласно «Критериям отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды» к четвертому классу опасности относятся отходы, у которых показатель степени загрязнения Zc не превышает 100. По суммарному индексу токсичности зола имеет несколько более высокую токсичность, чем отвальные породы, но в целом токсичность этих материалов незначительна. Столь низкая токсичность обусловлена очень малыми содержаниями нормируемых элементов в рассмотренных золошлаковых отходах. Хотя содержания некоторых из этих элементов и превышают ПДК, в целом содержания таких микроэлементов очень малы. Макрохимические соединения исследованных отходов не относятся к токсичным /85/. Поэтому токсичность не может служить ограничивающим фактором для размещения золошлаковых отходов в выработанном пространстве угольного разреза.
В золошлаковых отходах присутствуют естественные радионуклиды (ЕРН) - уран, торий и калий-40. Последний изотоп входит в состав общего калия в содержании 0.01% /14/. Удельная эффективная активность строительных материалов АЭфф рассчитывается по формуле /55/:
Моделирование фильтрационного режима
Вычислительное моделирование фильтрации выполнено с использованием программного обеспечения, достаточно апробированного на аналогичных объектах путем сопоставления прогнозируемых и фактических параметров. Рассматривался квазистационарный режим фильтрации в плоско-вертикальной постановке для расчетного сечения, выбранного в средней части сооружения.
Непосредственное интегрирование уравнений фильтрации в пористой сжимаемой среде возможно только в простейших случаях /27, 52/. Для решения практических задач со сложной конфигурацией областей, с различными граничными условиями и при учете постепенности возведения сооружения (например, при поярусном заполнении накопителя) применяются численные методы интегрирования, в частности, способ конечных разностей.
Для реализации этого способа представим уравнение фильтрационной консолидации с постоянными коэффициентами в виде конечно-разностного уравнения, пригодного для численного решения в плоско-вертикальной постановке /27,29, 39,40, 52, 80/.где Н - пьезометрический напор; kx, kz - коэффициенты фильтрации в направлении осей х, z; Ъ, - коэффициент бокового давления; а и у - параметры ползучести; со - параметр, учитывающий наличие газа в порах грунта (при отсутствии газа со = 1); 0 - суммарные напряжения в скелете грунта; е -коэффициент пористости.
Разделив всю область фильтрации в консолидирующемся массиве золы координатной сеткой с шагами Ах, Az, будем рассматривать не любую точку области, а только узлы полученной сетки с координатами Ах, 2А х , ЗА х ..., і Ах и A z, 2А z, ЗА z, kA z.Тогда координаты точек, окружающих рассматриваемую точку с координатами i, к, могут быть записаны так, как это обозначено на рисунке 12. Таким же образом в нестационарных условиях поступают со временем, заменяя его отдельными расчетными моментами времени через промежуток At: 2At, 3At,... kAt.Значение функции напоров Н в какой-либо точке с координатами /, к для момента времени t будем обозначать Н,,,; .
Заменим входящие в уравнение (18) частные производные соответствующими разностями: узлах, расположенных на водопроницаемых участках граничной поверхности рассматриваемой области, принимаем, что напоры равны нулю или заданным значениям H=HS. На водонепроницаемых участках контура области вводятся фиктивные узлы, в которых для выполнения условия дН/дп=0 в любой момент времени напоры принимаются равными напорам в симметрично расположенных узлах внутри области.
В местах обрыва сетки вводятся также дополнительные узлы, в которых напоры для каждого момента времени определяются путем линейной экстраполяции или выполняется условие
При качественном послойном уплотнении насыпи консолидация золошлакового материала незначительно влияет на процесс фильтрации. Поэтому исходное уравнение стационарной фильтрации (18) можно представить в упрощенном виде, без учета консолидационного фактора.
Расчет установившейся плоско-вертикальной фильтрации воды в однородной области при одном постоянном значении коэффициента фильтрации может быть выполнен по следующему алгоритму, позволяющему определить кривую депрессии с участком высачивания и поле пьезометрического напора.
Кривая депрессии (свободная поверхность фильтрационного потока) при расчете выделяется явно и представляется ломаной линией, соединяющей узлы, расположенные на каждой вертикали конечноразностной сетки.
Напор в узлах кривой депрессии, являющейся граничной линией тока,вычисляется с пмощью креста-трафарета, математической основой которогодН является условие — = 0 записанное в где a - угол между нормалью к линии депрессии и положительным направлением оси х.Расчеты выполнены в плоско-вертикальной постановке с использованием методических разработок и программ СибНИИГа и КГТУ и апробированных ранее при оценке состояния аналогичных объектов, оснащенных контрольно-измерительной аппаратурой. Сопоставление результатов расчетов и наблюдений и их удовлетворительное совпадение подтверждают корректность используемых нами программно-методических разработок.
Анализ результатов расчетов
Как уже было сказано выше, основными результатами расчетов при анализе движения инфильтрационных вод через зону аэрации являются следующие параметры: время промачивания, глубина промачивания и скорость движения фронта промачивания, рассчитываемые по формулам 63 - 66, 71.
Граничные условия при решении рассматриваемой задачи полностью соответствуют эксплуатационным характеристикам насыпного золоотвала, возводимого в карьерной выработке: слой воды на поверхности насыпи отсутствует, в том числе и в периоды обильных осадков (это показывают натурные наблюдения на опытном участке разреза «Назаровскии», где осуществляется складирование золошлаков НГРЭС, а также на осушенных пляжах гидрозолоотвалов в Центрально-сибирском регионе); направление инфильтрационного потока воды является практически вертикальным; движение фронта промачивания является функцией влажности ЗШО и времени поступления дождевой воды на поверхность насыпи; движение воды в нижнем дренажном слое является безнапорным.
Для применения аналитических зависимостей 63 - 66 былисистематизированы данные о водно-физических свойствах золошлаков на золоотвалах ТЭС, использующих Канско-Ачинские угли, а также назначены расчетные параметры золошлаков Назаровской ГРЭС.
Средняя естественная влажность указанных золошлаков равна 0,99 /65/. На водопроницаемость золошлакового материала влияет дефицит влажности в сыпучей среде ft, выраженный разностью между естественной влажностью и полной влагоемкостью. Численное значение полной влагоемкости равно 1,79.
Известно, что на высоту капиллярного поднятия в сыпучих средах кк влияют влажность, температура, наличие солей и другие факторы /35, 72/. Следует отметить недостаточную изученность этого параметра для гидратированных золошлаков, подвергшихся переэкскавации и уплотнению на месте их складирования в карьере. Капиллярно-поровая структура ЗШО при подобном воздействии существенно изменяется. При устройстве зольных экранов на золоотвалах ТЭС Сибирского региона исследования высоты капиллярного поднятия в золошлаках hK не проводились. Возможность использования существующих аналитических методик для определения этого параметра // недостаточно обоснована. Поэтому нами в расчетах принято значение hK, соответствующее пылеватому супесчаному грунту, ближайшему аналогу рассматриваемых золошлаков по гранулометрическому составу.
Физико-механические свойства и гранулометрический состав назаровских золошлаков приведены в таблицах 16-18 /65/.
Зола по гранулометрическому составу неоднородная. По процентному содержанию различных фракций (гравийных - 2%, песчаных - 33%, пылеватых - 59%о, глинистых - 6%) и по числу пластичности от 5 до 13, она относится к пылеватым суглинкам и супесям и характеризуется следующими физическими свойствами: плотность частиц - 2,49 г/см , плотность - 1,31 г/см , плотность скелета - 0,60 г/см3. Шлаки по гранулометрическому составу (гравий - 32%, песок - 65%), пыль и глина - 3%) относятся к пескам гравелистым и характеризуются следующими физическими свойствами: плотность частиц -3,14 г/см , плотность 1,88 г/см , плотность скелета- 1,52 г/см .
По своим физическим свойствам золошлаковый материал занимает промежуточное положение между золой и шлаком. По гранулометрическому составу он относится к пылеватым супесям.
Проницаемость золошлакового массива характеризуется коэффициентом фильтрации к0. Этот параметр относительно хорошо изучен. Осредненная величина коэффициента фильтрации для намывных массивов золошлаков ТЭС, использующих Канско-Ачинские угли, равна 0,59 м/сут. Для уплотненных золошлаков ко изучался в связи с обоснованием возможности их использования как экранирующих слоев /43, 83/. Назаровские золошлаки имеют проектный коэффициент фильтрации равный 4,0 м/сут. С учетом изменения водопроницаемости массива при уплотнении, кольматации, гидратации величина к0 уменьшается до 0,4 м/сут /38/.
Исследуемый процесс влагопереноса зависит от длительности поступления дождевой воды через верхнюю границу массива (поверхность насыпи). Временные интервалы для расчетов приняты таким образом, чтобы учесть минимальный и максимальный (критический) расходы воды, поступающей с поверхности. При максимальном расходе инфильтрация длится одни сутки, обеспечивая заданный напор на контуре питания. Этот расход принимается постоянным.
Расчеты проведены для двух вариантов, учитывающих возможный диапазон изменения основных фильтрационных параметров золошлаков. В первом варианте использовался проектный коэффициент фильтрации золошлаков (ко = 4,0 м/сут) и соответствующая ему высота капиллярного поднятия (Hz = 1,5 м). Во втором варианте исследовалась возможная инфильтрационная ситуация на проектируемом насыпном золоотвале внутри разреза Назаровский, учитывающая снижение водопроницаемости золошлакового массива (к0 = 0,4 м/сут; hK = 3,5 м). Результаты расчетов по зависимостям (63 - 66) представлены в таблицах 19,20:
