Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние изученности вопроса инженерно-геологического обеспечения размещения отходов производства фосфорных удобрений 11
1.1 Проблема размещения отходов переработки фосфатного сырья 11
1.2 Анализ изученности намывных массивов - объектов промышленной гидротехники 17
1.3 Анализ изученности фосфогипса 25
1.4 Цели и задачи диссертационных исследований 31
ГЛАВА 2 Закономерности формирования инженерно-геологических условий намывных гипсонакопителей .. 34
2.1 Оценка инженерно-геологических условий гипсонакопителя ООО
«Метахим» 34
2.1.1 Характеристика технологических условий эксплуатации гипсонакопителей ООО «Метахим» 34
2.1.2 Природно-климатические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия территории отвального хозяйства ООО «Метахим» 38
2.1.3 Результаты инженерно-геологических исследований гипсонакопителя №2 ООО «Метахим» в 2012-2013 гг 42
2.2 Изучение гранулометрического состава намывных отложений гипсонакопителей 54
2.3 Изучение физико-механических свойств намывного фосфогипса... 63
2.3.1 Программа и задачи исследований 63
2.3.2 Исследование влажности фосфогипса 64
2.3.3 Исследование прочностных свойств фосфогипса 67
2.3.4 Исследование деформационных свойств фосфогипса 77
2.3.5 Исследование водопроницаемости фосфогипса з
2.4 Закономерности формирования состава, состояния и свойств
техногенных грунтов намывных гипсонакопителей 90
2.5 Выводы по главе 2 99
ГЛАВА 3 Инженерно-геологическая характеристика намывного фосфогипса как материала для строительства ограждающих дамб гипсонакопителей ... 101
3.1 Требования к материалам грунтовых дамб гидротехнических объектов 101
3.2 Исследование водопрочности фосфогипса 105
3.2.1 Изучение размываемости фосфогипса 105
3.2.2 Изучение размокаемости фосфогипса 122
3.3 Обоснование оптимальных плотности и влажности фосфогипса при укладке в тело дамб 131
3.4 Выводы по главе 3 137
ГЛАВА 4 Научное обоснование оптимальных технических решений при проектировании намывных гипсонакопителей 139
4.1 Обоснование комплекса мероприятий по обеспечению устойчивости и безопасности гипсонакопителей при их строительстве и эксплуатации 139
4.1.1 Анализ причин возможных аварий при строительстве и эксплуатации гипсонакопителей 139
4.1.2 Технологические правила по формированию дамб из фосфогипса... 143
4.1.3 Рекомендации по обоснованию оптимальной конструкции ограждающих дамб гипсонакопителей и технологических мер безопасности 144
4.2 Расчеты геофильтрационного режима гипсонакопителей 146
4.2.1 Гидродинамическая модель гипсонакопителя №2 146
4.2.2 Гидродинамическая модель гипсонакопителя №3 151
4.3 Расчетное обоснование устойчивости гипсонакопителя 155
4.3.1 Рекомендуемая конструкция ограждающих дамб гипсонакопителя №3 ООО «Метахим» 155
4.3.2 Оценка устойчивости намывных гипсонакопителей 160
4.3.3 Обоснование фильтрационной прочности тела и основания ограждающей дамбы 173
4.4 Организация мониторинга безопасности намывных гипсонакопителей 176
4.4.1 Организация мониторинга безопасности намывных гипсонакопителей 176
4.4.2 Обоснование критериев безопасности для оценки состояния устойчивости гипсонакопителей по результатам ведения монторинга 177
4.4.3 Допустимые значения деформаций ограждающей дамбы 178
4.4.4 Инструментальные средства наблюдений 185
4.5 Выводы по главе 4 189
Заключение 191
Список литературы
- Анализ изученности намывных массивов - объектов промышленной гидротехники
- Природно-климатические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия территории отвального хозяйства ООО «Метахим»
- Исследование водопрочности фосфогипса
- Анализ причин возможных аварий при строительстве и эксплуатации гипсонакопителей
Анализ изученности намывных массивов - объектов промышленной гидротехники
Одни из первых упоминаний о гидротехнических сооружениях в России относятся к XIII в., в которых говорится о сооружениях для рыбного промысла (прудах и заграждениях рек) и о силовых установках - водяных мельницах. В 1528 г. под руководством некоего Невежы Псковитина была сооружена ряжевая плотина, которая перегораживала часть русла реки Волхов, создавая необходимые условия для привдения в действие мельничных колес.
В XVIII веке появляются разнообразные конструкции плотин, для сооружения которых широко используются местные строительные материалы. Выдающийся изобретатель И.И. Ползунов руководил постройкой первой в России гидросиловой деривационной установки. Крупнейшим новатором в строительстве плотин явился К.Д. Фролов, создавший в 80-х годах XVIII в. грандиозную подземную гидросиловую установку.
В XIX веке строительство плотин и мельниц заметным образом расширяется, внедряются в практику гидравлические турбины. Крупнейшим гидротехником середины XIX в. является ученик К.Д. Фролова К.К. Ушков. Из трудов, появившихся в первой четверти в. по вопросам гидротехники, должно быть отмечено исследование Дмитрия Лачинова - «Рассуждение о устроении и укреплении плотин» (1816 г.) - одна из первых в нашей стране оригинальных работ по этому вопросу. В 1856 г. выходит труд В.И. Рожкова - «О гидравлическом горнозаводском хозяйстве, с описанием устройств, в нем употребляемых». Существенно важное значение для своего времени имел и трехтомный труд Д.Д. Неелова - «Устройство плотин» (1864 г.).
Среди ученых XX в., занимавшихся проектированием и строительством плотин стоит отметить Н.П. Пузыревского, который предложил строить плотины из недефицитных материалов, сооружаемых методом наброса, также он является автором системы оригинальной системы подвижной судоходной плотины. Следует упомянуть и ряд других известных гидротехников, которые принимали участие в создании значимых гидроэлектростанций, среди которых: Г.О. Графтио, являющийся одним из основателей геотехники в России; И.Г. Александров, создавший генеральную схему проекта Днепровской ГЭС; Н.Н. Павловский - автор «Теории движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями»; Б.Е. Веденеев, под контролем которого велось строительство крупнейших ГЭС того времени Волховской и Днепровской, а также других важных объектов [131].
В горнотехнической практике намывные массивы формируются, как правило, при складировании разрабатываемых гидравлическим способом вскрышных пород (гидроотвалы), гидравлической укладке отходов обогащения твердых полезных ископаемых (хвостохранилища) и золошлаков ТЭЦ (золоотвалы), а также в шламонакопители специальных типов, предназначенных для длительного хранения различных отходов производства [25]. Общей конструктивной особенностью этих сооружений является наличие дамб обвалования, препятствующих разливу вмещающих отходов.
Обобщающий обзор использования промышленных отходов для устройства оснований зданий и сооружений приводится в работе Ю.М. Лычко [85], в которой приведены данные об особенностях и физико-механических характеристиках наиболее распространенных видов промышленных отходов: породных отвалов, минеральных хвостов обогащения, шлаков, золошлаков и различных шламов; дана классификация данных отходов в качестве используемых для основания зданий и сооружений материалов. Данный вопрос освещает и его обзорная статья [84], посвященная инженерно-геологической характеристике наиболее распространенных техногенных грунтов, образующихся в коммунальном хозяйстве и основных отраслях горнорудной, энергетической, металлургической и химической промышленности.
Хорошим обобщающим источником информации о намывных и насыпных техногенных массивах является учебное пособие под авторством A.M. Гальперина, В. Фёрстера и Х.-Ю. Шефа [25], в котором рассмотрено воздействие на окружающую среду различных видов техногенных массивов, создаваемых в горнотехнической практике, - отвальных насыпей, гидроотвалов и хвостохранилищ. Также в нем изложены вопросы их мониторинга, освещены проблемы защиты окружающей среды, приведены исходные положения для оценки и изучения техногенных массивов.
Гипсонакопители являются объектами промышленной гидротехники, схожими по конструкции и технологической схеме эксплуатации с гидроотвалами вскрышных пород на открытых разработках угольных и рудных месторождений, хвостохранилищами обогатительных фабрик, золоотвалами теплоэлектростанций. В этой связи для изучения инженерно-геологических условий устойчивости гипсонакопителей могут быть использованы методические принципы исследования техногенных массивов, результаты оценки состояния и свойств намывных грунтов, расчетные методы обоснования устойчивости, которые применяются в практике на других гидротехнических объектах, сформированных по намывной технологии.
Эксплуатация гидроотвалов ведется на карьерах КМА, разрезах Канско-Ачинского и Кузнецкого угольных бассейнов и рудниках Латненского месторождения огнеупорных глин в районе г. Семилуки Воронежсекой области. В разное время исследованиями этих объектов занимались разные научные, проектные и изыскательские организации: на КМА - МГТК, ВНИМИ, НИИКМА, в Канско-Ачинском бассейне - ВНИМИ, в Кузнецком - ВНИМИ, УкрНИИПроект, МГГУ, Кузбассгипрошахт и Сибгипрошахт, на рудниках Семилуки - ВНИИГС, МИСИ, ВТИСЗ, грунтовая лаборатория Треста гидромеханизации.
Основоположниками в области разработки рациональных технологий гидроотвалообразования на карьерах являются Г.А. Нурок, А.Г. Лутовинов и А.Д. Шерстюков [100], в работе которых помимо технологических аспектов гидравлического складирования вскрышных пород большое внимание уделяется рассмотрению гидрогеологических условий при формировании намывных сооружений, вопросам консолидации и устойчивости намывных массивов.
Гидроотвалы вскрышных пород с точки зрения инженерной геологии, начиная с 1960 г., изучались сотрудниками института ВНИМИ (г. Ленинград). Одним из первых объектов был гидроотвал «Южный» Назаровского разреза в Красноярской области. Под руководством В.А. Мироненко исследования проводились на намывных сооружениях КМА. Сотрудниками института ВНИМИ выполнялись исследования на гидроотвалах Кузбасса с целью решения задач, связанных с увеличением высоты намывных сооружений, размещения на гидроотвалах «сухих» отвалов, подземной подработки гидроотвалов. По результатам данных исследований были подготовлены различные методические указания и рекомендации [126, 147, 148].
Природно-климатические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия территории отвального хозяйства ООО «Метахим»
Изучение прочностных свойств фосфогипсов производилось на образцах-моделях, приготовленных из образцов нарушенного сложения, отобранных из пляжной зоны, а также на образцах ненарушенного сложения, отобранных из разрабатываемого карьера (карты №1). Целью исследований являлось установление характера изменения параметров сопротивления сдвигу в зависимости от физического состояния грунтов и степени нарушенности структурных связей.
Параметры прочности: угол внутреннего трения (ср) и сцепление (с) определялись в лабораторных условиях при помощи устройств одноплоскостного сдвига фирмы ELE (рисунок 2.16).
Сдвиговые испытания фосфогипсов выполнялись по схеме неконсолидированно-дренированного сдвига без предварительного уплотнения при вертикальных нагрузках, равных и меньших величины нормальных напряжений в массиве, которые будут иметь место при возведении гипсонакопителя до проектных отметок. При максимальной высоте намыва гипсонакопителя до 50 м (I класс) и средней плотности фосфогипса 1,5 т/м максимальные напряжения в массиве от собственного веса техногенных грунтов с учетом эффекта гидростатического взвешивания будут достигать 0,375 МПа. Соответственно, диапазон вертикальных нагрузок составлял от 0,025 до 0,3 МПа (единично до 0,4 МПа); ступени: 0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,3; 0,4 МПа. Испытания производились со скоростью среза 2 мм/мин - быстрый сдвиг.
Для приготовления образцов-моделей порошкообразный фосфогипс, отобранный из различных точек пляжа намыва, смешивался до однородной массы. Для достижения различного физического состояния приготовленная масса предварительно подсушивалась (при температуре 22С), затем насыщалась подгипсовой водой (насыщенным раствором фосфогипса) и уплотнялась. Также испытывались отдельные образцы, отобранные из конкретных точек на пляже при их естественной влажности.
По результатам исследований можно сделать следующие выводы, касающиеся влияния влажности (W) на сопротивление сдвигу фосфогипсов, не обладающих жесткой кристаллизационно-цементационной структурой: - сопротивление сдвигу фосфогипса в диапазоне напряжений до 0,3 МПа характеризуется следующими параметрами: угол внутреннего трения р =29-44, сцепление с=10-36 кПа; - сцепление фосфогипса в значительной мере зависит от физического состояния; выделяется три диапазона влажностей с характерными величинами сцепления: при W 22% сцепление составляет в среднем 25 кПа; в диапазоне W =22 -28% - возрастает до 36-38 кПа, а при дальнейшем увеличении W свыше 28% (в диапазоне до 45%) - резко снижается до 10-15 кПа; - угол внутреннего трения фосфогипса слабо зависит от показателей физического состояния, составляя в среднем для всех образцов 38; при W 22% величина р составляет в среднем 40, при W 22% - в среднем 37.
Следует заметить, что в данной серии испытаний фосфогипса получены высокие углы внутреннего трения, хотя, если рассматривать результаты изучения фосфогипса в целом (по различным методикам и на различных объектах), то можно сказать, что среднее значение для этого вида техногенных грунтов составляет 27.
Для оценки влияния нарушения жесткой цементационной структуры фосфогипса на его прочностные параметры образцы монолитных фосфогипсов (из карьера) после основного среза испытывались повторно методом «плашка по плашке» (по сформированной плоскости сдвига). Для оценки возможного быстрого формирования цементационной структуры в процессе уплотнения фосфогипса гравитационными нагрузками повторному сдвигу подвергались образцы-модели, которые и до основного испытания характеризовались как нарушенные. Ниже приводятся характерные графики сдвиговых испытаний образцов монолитного фосфогипса ненарушенного сложения (рисунок 2.19), методом «плашка по плашке» (рисунок 2.21), а также после дробления с сохранением естественной влажности (рисунок 2.22). Для оценки влияния водонасыщения на прочность структурных связей приводится график испытания монолитного образца в водном окружении после предварительного водонасыщения без нагрузки (рисунок 2.20). Естественная влажность и плотность образца составляли: W=31-33%;/?= 1,44 г/см ; после водонасыщения: W=40%;p =1,27 г/см3. Peak Angle of Shear Resistance
Для сравнения результатов оценки влияния на прочность фосфогипсов нарушений структуры монолитного образца приводятся также результаты испытаний порошкообразного фосфогипса с первоначально нарушенной структурой, взятого с пляжа намыва (рисунок 2.23). Последний образец имел естественную влажность W=31%, близкую к первому монолитному образцу.
Анализ результатов данной серии испытаний позволяет сделать следующие выводы о влиянии жесткой кристаллизационно-цементационной структуры на прочностные свойства фосфогипса: - фосфогипс в монолитном состоянии с жесткой структурой, сформированной в результате осушения в течение длительного времени, характеризуются более высокой прочностью, чем свежеотложенные фосфогипсы, не обладающие жесткими цементационными связями; - при одной и той же влажности монолитный фосфогипс имеет большую плотность и прочность, чем свежеотложенные образования; например, при естественной влажности W=31-33% свежий фосфогипс (из скважины, пробуренной на действующей карте) характеризуются: /7=1,15 г/см , =23 , С=31кПа, а монолитный образец (из обнажения на недействующей карте): /7=1,44 г/см3, «?=44, С=41 кПа; - разрушение жесткой структуры приводит к снижению прочностных параметров фосфогипса: угол внутреннего трения снижается до =32, сцепление понижается до значения с=35 кПа; - по результатам многочисленных опытов структурная прочность на сдвиг (величина структурного сцепления) фосфогипса оценивается величиной примерно 10-20 кПа (в среднем 13 кПа); - жесткие структурные связи в фосфогипсе не устойчивы по отношению к воде; водонасыщение монолитных фосфогипсов сопровождается понижением их прочности, как за счет угла внутреннего трения, так и за счет сцепления; при длительном водонасыщении (влажность возросла с 31% до 40%) параметры сопротивления сдвигу снизились до значений: =23, С=8 кПа.
Следующая серия сдвиговых испытаний проводилась для оценки характера изменения прочностных свойств фосфогипса при уплотнении. Данные исследования проводились на образцах-моделях с разной влажностью. Схема испытаний - консолидировано-дренированный сдвиг. Образцы уплотнялись в течение суток при статических нагрузках ту1Ш 0,05; 0,1; 0,2; и 0,3 МПа, после чего сдвигались по «обратной ветви компрессии», т.е. при вертикальных нагрузках а, меньших или равныхауш1. Результаты опытов представлены в таблице 2.10 и в виде графиков на рисунках 2.24 и 2.25.
Исследование водопрочности фосфогипса
В соответствии с разработанными ранее положениями техногенеза [71,73], формирование намывных отложений в сооружениях промышленной гидротехники происходит планомерно, подчиняясь определенным закономерностям, что при наличии необходимого объема сведений о специфике технологических процессов дает возможность прогнозировать инженерно-геологическое строение намывных массивов и физико-механические свойства слагающих их грунтов. В общем виде схема техногенеза намывных отложений сводится к трем этапам: образование исходного материала (отходов производства) = транспортировка исходного материала и его складирование (намыв) гидравлическим способом в емкость накопителя = новое породообразование (преобразование отходов в горную породу).
Анализ материалов инженерно-геологических исследований на объектах ООО «Метахим» (раздел 2.1) с учетом результатов лабораторных исследований по изучению природы прочности и деформируемости фосфогипса, позволяет нам конкретизировать данную схему технолитогенеза в отношении намывных гипсосодержащих отложений химической промышленности.
Первый этап в образовании намывных отложений гипсонакопителей связан с технологическими процессами производства фосфорной кислоты и минеральных удобрений. Из рассмотрения этих процессов (раздел 1.1) следует, что в конечном итоге побочным продуктом, поступающим на хранение в отвальное хозяйство, является фосфогипс. В зависимости от принятой технологии фосфогипс может быть получен в двух модификациях - дигидрат или полугидрат сульфата кальция. Для изучения инженерно-геологических условий намывных гипсонакопителей наиболее актуальными являются данные по вещественному составу дигидрата сульфата кальция, т.к. полугидратная форма фосфогипса является не устойчивой и при взаимодействии с водой довольно быстро трансформируется в дигидратную форму. Таким образом, исходным материалом, поступающим в гипсонакопители, является дигидрат сульфата кальция.
Фосфогипс, образуемый по дигидратной технологии, на 93-95% состоит из двуводного гипса CaS04 2H2O с механической примесью 1-1,5% фосфатов в пересчете на Р2О5, некоторого количества кремнезема и других оксидов. Содержание кристаллизационной воды примерно 19-20%. При выходе с технологической линии его влажность составляет 35- 40%, плотность твердых частиц (ps) 2,37 г/см . Твердая фаза более чем на 60% состоит из частиц размером менее 0,1 мм, превалирующей является фракция 0,01-0,05 мм.
Петрографические исследования на сканирующем электронном микроскопе CamScan MV-2300 показали, что структура фосфогипса представлена кристаллами гипса. Двуводный гипс имеет вид правильных кристаллов ромбической и призматической формы размером до 200 мкм, друзами и сростками кристалликов (рисунок 2.38).
Второй этап технолитогенеза намывных осадков занимает относительно небольшой промежуток времени, но происходящие при этом физико-химические и механические процессы оказывают определяющее значение на формирование состава намывных осадков в сооружении (in situ) и в конечном итоге - на формирование неоднородности и изменчивости инженерно-геологических условий техногенного намывного массива.
Складирование фосфогипса осуществляется гидравлическим способом, для чего отходы разбавляются технологической (подгипсовой) водой до состояния пульпы (суспензии) в соотношении твердого и жидкого 1:4. Подгипсовая вода представляет собой насыщенный раствор с минерализацией более 5 г/л. Химический состав подгипсовой воды, отобранной из гипсонакопителя №2 ООО «Метахим» представлен в таблице 2.17 [118].
Из практики изучения инженерно-геологических условий различных гидротехнических объектов известно, что основным технологическим фактором, влияющим на формирование намывных пород, является фракционирование - процесс дифференциации частиц по крупности на карте намыва. Фракционирование приводит к закономерному изменению гранулометрического состава намывных пород в направлении движения пульпы от мест ее выпуска к прудку-отстойнику. Наиболее крупнодисперсные разновидности намывных грунтов формируются в пляжной зоне вблизи от выпусков пульпы, а наиболее мелкодисперсные осадки, обычно глинистые, - в прудковой зоне. Результаты раскладки частиц в сооружении зависят от многих факторов, главными из которых являются: неоднородность намываемого материала, способ выпуска пульпы на карту (сосредоточенный, рассредоточенный, бессистемный), концентрация пульпы и ее расход, уклон поверхности пляжа, изменение положения уреза воды в пруде-отстойнике.
Для исследования закономерностей проявления процесса фракционирования при намыве фосфогипсов проведено изучение состава проб, отобранных на различных расстояниях от места выпуска пульпы на карту намыва гипсонакопителя №2. Намыв пульпы в сооружение осуществлялся торцевым способом из одного выпуска, расположенного в северо-западной части карты (с угла между северной и западной дамбами). Растекание пульпы -веерное с генеральным направлением движения пульпы в юго-восточном направлении и формированием пруда на примыкании к южной дамбе. На карте Google размеры пруда гипсонакопителя №2 хорошо прослеживаются по характерному темно-голубому цвету (рисунок 2.2).
Анализ причин возможных аварий при строительстве и эксплуатации гипсонакопителей
Для построения гидродинамической модели гипсонакопителя №2 использованы результаты длительных наблюдений за изменениями напоров воды во всех пробуренных инженерно-геологических скважинах (рисунок 2.5). Гидрогеологические наблюдения в скважинах выполнялись с использованием контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) - датчиков порового давления, установленных на различных глубинах в скважины. Использованы датчики струнного типа (ПДС-3 и ПДС-10). Датчики позволили измерить напоры в основном в техногенном массиве, за исключением скважины №4, где один датчик был установлен в слой песка, к которому приурочен естественный грунтовый водоносный горизонт [122].
Сокращенная информация, характеризующая станцию гидрогеологического мониторинга на гипсонакопителе №2, приведена в таблице 4.1. Результаты наблюдений по датчикам за 8 месяцев наблюдений приведены в таблице 4.2.
Гидрогеологические наблюдения показали, что в местах, где возле оградительной дамбы на поверхности гипсонакопителя сохраняются открытые скопления воды, уровень воды под дамбой на 4 метра выше (скважины № 2 и № 3), чем там, где скопления воды отсутствуют (скважины № 1 и № 4). По датчикам, установленным в скважине № 4, отмечено наличие нисходящего потока, т.е. фильтрации в сторону основания. Однако, это движение воды достаточно слабое и, скорее всего, ограничивается тонким слоем (0,4 м), но достаточно хорошо проницаемым слоем песка, отмеченным в основании гипсонакопителя. Ниже песка залегает слой суглинка мощностью 3,5 м, водопроницаемость которого вдоль слоистости не превышает 0,001 м/сут.
Тогда как по нормали к слоистости проницаемость этого суглинка должна быть на 1 - 2 порядка еще ниже. Таким образом, можно считать основание гипсонакопителей практически непроницаемым, и перетекание воды из гипсонакопителей № 2 и № 3 в хорошо проницаемые нижележащие известняки не может быть значительным. Такое положение косвенно подтверждается еще и тем, что местность вокруг обоих гипсонакопителей заболочена.
Гидродинамическая модель гипсонакопителя № 2 в рамках коммерческого программного продукта - специализированной программы «MODFLOW», разработанной геологической службой США для моделирования упругой (неустановившейся) трехмерной фильтрации подземных вод методом конечных разностей. При построении модели гипсонакопителя с учетом выполненных гидрогеологических наблюдений были заданы следующие параметры: - атмосферные осадки в количестве 782 мм/год (2,14 мм/сут), - абсолютная отметка стока (дренирования) воды из гипсонакопителя на его южной границе, равная +35,0 м (отметка дна водоотводной канавы между гипсонакопителями №2 и №3), и равная + 27,1 м - на всех остальных его границах (отметка кровли суглинка в основании дамбы); - абсолютная отметка зеркала воды пруда отстойника на поверхности гипсонакопителя, равная + 52,5 м; - абсолютные отметки уровней воды в откосах гипсонакопителя, измеренные 19.06.2013. Приняты следующие допущения: фильтрация подземных вод через четвертичные отложения основания гипсонакопителя не оказывает практического влияния на режим подземных вод в гипсонакопителе и наоборот; все внешние границы модели проницаемые; дренирование воды, вытекающей из гипсонакопителя, происходит на его внешних границах.
Подбор параметров модели показал, что все перечисленные параметры (с учетом принятых допущений) согласуются в гидродинамической модели гипсонакопителя только при средней водопроницаемости (коэффициенте фильтрации) всего массива фосфогипса, равной 0,3 м/сут. Соответствующая такой водопроницаемости схематическая карта гидроизогипс представлена на рисунке 4.1. Средняя высота гипсонакопителя составляет около 20 м.
Для сравнения отметим, что средний коэффициент фильтрации фосфогипса в техногенном водоносном горизонте в отвале ООО «Балаковские минеральные удобрения», полученный с применением аналогичных принципов построения гидродинамической модели 0,25 м/сут. Согласно результатам опытных наливов в скважины (раздел 2.1.3) и опытным работам на других отвалах фосфогипса, водопроницаемость фосфогипса, по мере уплотнения с глубиной, должна постепенно снижаться от 1 - 5 м/сут на глубинах до 5м; далее - до 0,35-0,45 м/сут - на глубинах около 10 м; и ниже 10 м вплоть до основания гипсонакопителя - до 0,01 м/сут [122].
Для создания гидродинамической модели для проектируемого намывного гипсонакопителя были приняты те же допущения и геологические условия, что при построении модели действующего гипсонакопителя. На основе приведенной выше информации была создана однослойная двумерная численная модель неустановившейся (упругой) безнапорной фильтрации гипсонакопителя № 3 с основанием на абсолютной отметке 29,1 м и бровкой верхней ограждающей дамбы на абсолютной отметке 52,5 м. Высота гипсонакопителя в модели была равна 23,4 м, а результирующий угол откосов -18. Площадь гипсонакопителя № 3 по основанию - 60 га, а по верху - 45 га.
Модель водоносного горизонта в массиве гипсонакопителя № 3 состоит из 168 элементарных блоков, расположенных по 12 столбцам и 14 строкам. Размеры блоков в плане в основном 100 на 100 м ив значительно меньшей мере - с размерами сторон 70 на 30 м (рисунок 4.2). Высота блоков равна мощности гипсонакопителя [122].