Введение к работе
Актуальность работы. Тепловые электрические станции (ТЭС) многих промышленно-развитых стран мира используют для выработки электроэнергии твердое органическое топливо: угли, торф, горючие сланцы, при этом большая доля приходится на угли.
В балансе израсходованного топлива иа электростанциях бывшего СССР в 70-е годы доля горючих распределялась следующим образом: всего 275 млн т условного топлива, из них угля 227 млн т (82.5%), торфа 33 млн т (12%), сланцев 15 млн т (5.5%).
В топливном балансе ТЭС США доля угля в 1984-85 годы составляла 56.7%, -в Великобритании 45.6%, в Китае 74%.
Использование в теплоэнергетической отрасли твердого топлива приводит к выходу огромного количества золошлакозого материала, который с помощью гидротранспорта удаляется.и складируется на золоот-валах. Так, на семи крупных электростанциях Среднего Урала ежегодный выход золошлаков составляет 6.7 млн т. Площади, отводимые под. золоотвалы, занимают от сотен до нескольких тысяч гектаров,
Поступающее на станции топливо имеет различную зольность; например, у экибастузского угля она составляет 39-40%, подмосковного бурого 26%, львовско-волынских углей 18-24%. В последние годы отмечается общая тенденция ухудшения качества топлива за счет роста зольности, что непосредственно приведёт к увеличению выхода еоло^ шлаковых отходов.
Утилизация отходов ТЗС является одной из актуальных проблем. В нашей стране около 10% золошлаков полезно используется б народном хозяйстве, а остальные 90% складируются в золоотвалы'. Если учесть, что на земном шаре в настоящее время накопилось примерно 1.2 млрл т золощаковых отходов, то можно говорить о назревшей проблеме утилизации отходов ТЭС в мировом масштабе.
Одним из перспективних путей решения этой проблемі) является использование еошш оснований для возведения дамб наращивак-.й <:. целью увеличения ёмкостей эолоотвалов и га счёт этого значительного сокращения отвода новых площадей пот складирование золошлаков.
За последние десятилетия накоплен достаточно большой фактический материал по изучению свойств золы, имеется опыт зозеєд&ния гл^ дельных сооружений на ряде золоотвалов. Олнозр^м-энко' следует обкотить, что действующие нормативный документы не соответствуй?
-з -..
общепринятым требованиям к золе как _ грунтам оснований. Согласно С'НиП 2.02.01-83 нормирование зольных оснований выполняется только но величине расчётного сопротивления в зависимости от степени влажности и уплотнённости грунтов (с уплотнением или без уплотнения).
Золоотвалы тепловых электростанций являются ответственными гидротехническими сооружениями, поэтому обеспечение надёжности и безопасности сооружений при рациональном использовании несущей способности зольных оснований представляет особую актуальность.
Цель исследований: разработка научно обоснованных методов изучения физако-механических и фильтрационных свойств волы с учётом её особенностей.
Основная идея работы заключается в том, что, несмотря на особенности золи по составу и сложению, при изученші её свойств должны применяться комплексные методы инженерно-геологических исследований, повводявдие обоснованно и с достаточной надёжностью получать фивико-механические характеристики этих грунтов.
Научные положения:
-
Свойства волы зависят от вида теплив. Изменчивость химического и минералогического состава объясняет физическую сущность фракционирования материала при намыве.
-
Зола как полиминеральная и высокодисперсная система обладает большой изменчивость» физико-механических свойств не только % на разных зшоотвалах, но и в пределах каждого из них в отдельности. Специфические, особенности золы заключаются в низких значениях плотности частиц и плотности сухого грунта, высокой пористости и сжимаемости, которые по сравнению с паяеватьши природными песками являются аномальными.
'Л. .Деформационные и прочностные свойства золы непосредственно зависят от плотности сложения. На сжимаемость влажность влияния не оказывает. Щ*>чнастиии характеристики (особенно сцепление) снижают-са при замачивании грунтиа.
Досаадернооть научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается шшйиоц литературных источников, достаточным осгемом п.'Лсраторншс определений, высокой сходимостью расчетных и аксиерн-' мсипадьнья показателей. Материалы предыдущих исследований использо-шш при й'.ушгщчш дамо нараадвашш на золоотьгілах Троицкой, Се-
ГЛЙСКС.Я. [і(?[Х1іЄ?аГ1Ш'СК0.!: 14'фТЦНЄКОІІ IVX.
Научная новизна работа заключается в том, что в результате анализа и статистической обработки:
-
Выявлены зависимости физических свойств золы от видов сжигаемых топлив.
-
Установлены взаимосвязи между отдельными показателями физических и механических характеристик.
3.- Установлена зависимость между коэффициентом фильтрации и средневзвешенным диаметром частиц. Практическая значимость работы:
-
Разработана инженерно-геологическая классификация волн эки-бастузских, подмосковми, львовско-Волынских углей и донецкого антрацита.
-
Составлены таблицу расчётных сопротивлений и нормагивгшх значений характеристик золы-пыли и.пылеватой золы.
-
Предложена эмпирическая формула для определения коэффициента фильтрации в зависимости от средневзвешенного диаметра частиц.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований, анализе и обобщении полученных результатов, непосредственном участии в проведении исследований на золоотвалах крупных ГЭС Урала.
Метода исследований включают: анализ материалов предыдущих исследований на различных золоотвалах; статистическую обработку данных лабораторных определений; установление корреляционных зависимостей между отдельными показателями физико-мехачическпх свойств; использование опыта строительства сооружений на зольном основгогеи.
Объектом исследований является зола пяти видов тоилкв: экибас-тузских, кизеловских, подмосковных, львовско-вслынских углей и донецкого антрацита. Всего проанализировано и обработано около 500 проб нарушенной и около 200 проб ненарушенной структуры по 13 золо-отвалам. Учитывая большую неоднородность намытых в аолоотЕалы отложений, а также разную степень их изученности, в работе рассматриваются свойства золы, не обладающей пластичностью, как наиболее распространённой на многих золоотвалах.
Поскольку в настоящее время нет чёткого определения,' что тако*
"зола" и "золошлаковый материал" (по количественному содержании
фракций различной крупности), в описательной части при употреблении
этих терминов в них вкладывается обобтэнный (произэодотввнный)
смысл, т.е. равнозначные ПОНЯТИЯ. -. ::
Реализация результатов работы. Результаты проаедОнкнх їіхледа-
вашій использованы при проектировании дамб наращивания на ряде зо-лоотвалов крупных ТЭС Урала.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы док-" ладивались на семинарах: "Проблемы инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий и инвентаризации земель и инженерных коммуникаций в Уральском регионе" (Екатеринбург, 1995); "Вопросу инженерно-геологических и инженерно-экологичесглх изысканий в Уральском регионе" (Екатеринбург, 1996); "Проблемы экологии и 'охраны окружающей среды" Международной выставки "Уралэкология - 96" (Екатеринбург).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ. Основные рекомендации по проведению полевых работ на зодоотвалах и изучению свойств золоишакового материала вошли в ВСН 34.72.111-92.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, зак- » лючения, изложенных на 179 страницах машинописного текста, включан 23 таблицы, 42 рисунка, список использованных источников из 104 наименований и б приложений.
