Opis patentowy opublikowano: 30.04.1983 119572 Int. Cl.3 E02B 7/00 CZY i llnIA Urzedu Pateruo^ego lilthlj l*.,,^. .: l._...T| Twórcawynalazku: Stefan Dawid Uprawniony z patentu tymczasowego: Kombinat Górniczo-Hutniczy Miedzi Zaklady Badawcze i Projektowe Miedzi „CUPRUM", Wroclaw (Polska) Sposób i urzadzenie do ciaglego namywania skarpy ziemnej zapory zbiornika osadowego Wynalazek dotyczy sposobu ciaglego namywu skarpy ziemnej zapory, zwlaszcza zbiornika odpadów poflo¬ tacyjnych o stalym przyroscie pietrzenia, z doprowadzanego rurociagiem materialu w formie mieszaniny odpa¬ dów z woda.Stan techniki. Wznoszenie zapory ziemnej namywanej zbiornika odpadów wykonuje sie dotychczas w ten sposób, ze na obwodzie projektowanego zbiornika sypie sie w sposób tradycyjny zapore pierwotna, uklada sie na niej rurociag rozprowadzajacy odpady i wypuszcza sie je na skarpe odwodna zapory pierwotnej przez szereg wylotów, formujac z osadów stozki naplywowe, które lacznie tworza tak zwana plaze, o spadku skierowanym w glab zbiornika. Wyplywajace z wylotów odpady ulegaja segregacji od najgrubszych, sedymentujacych bezpo¬ srednio ponizej wylotu do najdrobniejszych, które wraz z woda splywaja do stawu osadowego, tworzacego sie w glebi zbiornika, gdzie ostatecznie osiadaja na dnie.W ten sposób powstaje zapora strefowana, w której czesc odpowietrzna stanowi nasyp z gruntu dowiezio¬ nego o grubej granulacji, a czesc odwodna plaza, z osadów o granulacji malejacej w glab zbiornika. Nachylenie plazy zmienia sie stopniowo, od kilku procent bezposrednio ponizej wylotów namywajacych, do kilku promil na odcinku koncowym polozonym na granicy stawu osadowego. Tak wykonana zapora strefowana stanowi budowle pietrzaca najdrobniejsze odpady, czesto w stanie plynnym, osadzajace sie w centralnej czesci zbiornika oraz wzdluz jego brzegów utworzonych przez naturalne wzniesienia terenowe.Powyzej opisana technologia bedaca przedmiotem patentu PRL nr 87.357 przewiduje dalsze nadbudowy¬ wanie zapory zbiornika, z wykorzystaniem najgrubszych frakcji odpadów. Praktycznie technologie te mozna realizowac przy podziale trasy zapory na co najmniej trzy odcinki, lub ich wielokrotnosc, o zmieniajacych sie kolejno trzech fazach technologicznych. Na pierwszym odcinku odbywa sie namywanie na plazy warstwy osa¬ dów, przez otwarcie zaworów na rurociagu rozprowadzajacym. Na drugim odcinku trwa osuszanie plazy a na trzecim, poprzednio juz osuszonym, wprowadza sie spychacze, które formuja z materialu pobranego z plazy nasyp zapory kolejnego etapu. Podstawa zapory, kolejnego i dalszych etapów, spoczywa w calosci lub w wiekszej czesci na plazy, która utworzyla sie w poprzednich etapach.2 119 572 Wysokosc takiego etapowego nasypu przyjmuje sie w takim wymiarze, aby utworzyc warstwe zbiornika o pojemnosci potrzebnej najeden lub dwa lata eksploatacji. Wysokosc ta wynosi na ogól 2-4 m. Ogólne nachyle¬ nie skarpy odpowietrznej zapory, utworzonej z nasypów etapowych przyjmuje sie od 1 :3 do 1 : 5, w zaleznosci od wlasnosci wytrzymalosciowych gruntu osadowego osadzonego w zbiorniku. Po zakonczeniu robót ziemnych, na rozpatrywanym odcinku zapory drugiego etapu uklada sie rurociag rozprowadzajacy, zdemontowany z zapory pierwszego etapu, gdzie jest juz niepotrzebny. Opisane fazy technologiczne powtarza sie kolejno na kazdym z wymienionych trzech odcinków trasy zapory.Jednakze technologia wedlug omawianego patentu, nie zawiera rozwiazania zagadnienia przemieszczenia rurociagu odpadów poflotacyjnych na kolejny etap pietrzenia. Znany i powszechnie stosowany sposób przenosze¬ nia rurociagu, to jego pociecie na odcinki, przetransportowanie na nowe miejsce, zabudowanie na podporach i ponowne pospawanie odcinków rury w rurociag. Pociaga to jednak za soba koniecznosc okresowego wylaczania rurociagu z eksploatacji.Przedstawiony wyzej sposób wznoszenia zapór zbiorników odpadów ma ponadto szereg niedogodnosci: — czasochlonny, wymagajacy zastosowania zurawi o duzym udzwigu oraz elektrowni przewoznych, demontaz rurociagu rozprowadzajacego odpady na poziomie dotychczasowej pracy i jego ponowny montaz na koronie kolejnej zapory etapowej - koniecznosc przestrzegania rezimu osuszania kolejnych odcinków plazy dla umozliwienia wejscia spychaczy - koniecznosc stosowania spychaczy dla formowania nasypów zapór etapowych -uzycie do wznoszenia zapór etapowych gruntu osadowego o mniejszej granulacji niz ta jaka posiada osad w strefie bezposrednio przylegajacej do rurociagu namywajacego — dlugie przerwy w namywaniu, zwiazane z osuszaniem odcinków plazy, formowaniu nasypu zapór etapowych i przenoszeniu rurociagu namywajacego.Wymienione niedogodnosci poteguja sie obecnie w zwiazku ze znacznym wzrostem wielkosci obiektów i instalacji, zwlaszcza zbiorników osadowych odpadów poflotacyjnych w przemysle metali niezelaznych, anie wystepujacych dotychczas przy budowie i eksploatacji stawów osadowych np. zuzlów i popiolów w przemysle energetycznym, pluczki z wegla w górnictwie weglowym, odpadów z cukrowni i gorzelni w przemysle spozyw¬ czym itp.I tak wielkosci zrzutów odpadów wzrosly z 200 m3/min. do 400 m3/min., srednice rurociagów z 500 mm do 1000 mm, pojemnosci zbiorników odpadów wzrosly z 10 min m3 do 300, a nawet 700 min m3, powierzchnia zalewu zbiornika z 200 ha do 2000 ha, dlugosc zapór tworzacych zbiornik oraz odpowiednio dlugosc rurociagu rozprowadzajacego 4 km do 20 km.Istota wynalazku. Celem wynalazku jest wyeliminowanie lub co najmniej ograniczenie wymienionych nie¬ dogodnosci na drodze umozliwienia równoczesnego podnoszenia rurociagu namywajacego z formowaniem skarpy zapory w sposób ciagly.Zgodnie z wynalazkiem sposób ciaglego namywania skarpy ziemnej zapory zbiornika osadowego, polega wedlug wynalazku na tym, ze zabudowuje sie rurociag po stronie tworzonej skarpy odpowietrznej i osadza sie go na przesuwnych wraz z rurociagiem elementach podpór, których prowadnice dla tych elementów sytuuje sie pod katem odpowiadajacym wyznaczonemu nachyleniu skarpy odpowietrznej.Rozprowadzajac odpady rurociagiem upuszcza sie je do rozmieszczonych wzdluz rurociagu koryt, z których dopiero poprzez znajdujace sie w ich dnie otwory wypuszcza sie odpady wzdluz korony zapory.Powierzchnie skarpy odpowietrznej ksztaltuje sie za pomoca przemieszczanych w góre wraz z rurociagiem scian oslonowych, które okresowo zaglebia sie ichjedna krawedzia w powierzchnie skarpy odpowietrznej. Po przesu¬ nieciu rurociagu w góre w ramach dysponowanej dlugosci wymienionych prowadnic podpór, przeklada sie wykorzystane juz prowadnice z dolnej czesci skarpy odpowietrznej na strone odwodna rurociagu. Wymienione wyzej czynnosci powtarza sie cyklicznie przez caly czas namywania skarpy zapory.Zgodnie z wynalazkiem przesuwny element podpory w postaci wózka instaluje sie w sposób toczny na przestawnych prowadnicach, ustawionych na regulowanych wspornikach, stycznie do projektowanego nachylenia skarpy odpowietrznej. Rozstaw prowadnic wynika z wielkosci obciazenia konstrukcji rurociagiem i wynosi od kilku do kilkunastu metrów. Do prowadzenia namywu potrzebne sa co najmniej dwa komplety prowadnic. Jeden komplet prowadnic, na dolnym poziomie skarpy odpowietrznej pozostaje zakotwiony w osadach i stanowi opar¬ cie dla drugiego zestawu, montowanego wyzej, na plaszczyznie plazy. Wlasciwa stabilizacje obu prowadnic dolnej i górnej zabezpiecza ich wzajemne zlaczenie. Podparcie drugiego, swobodnego konca górnej prowadnicy realizuje sie za pomoca teleskopowych wsporników zamocowanych przesuwnie w glowicy zwiazanej z prowadni¬ ca. Regulowany przesuw wsporników teleskopowych podpory pozwala na precyzyjne ustawienie prowadnicy, z utrzymaniem równoleglosci calego ukladu oraz zgodnie z projektowanym nachyleniem skarpy. Odpowiedni rozklad obciazen rurociagiem, przekazywanych na powierzchnie osadów przez wsporniki, zabezpieczaja prefa¬ brykowane, zelbetowe plyty fundamentowe.119572 3 Namyw skarpy zapory nastepuje po otwarciu na rurociagu serii zaworów, zlokalizowanych w dolnej czesci rury. Dosc jednoczesnie otwieranych zaworów zalezy od wydajnosci rurociagu, rozprowadzajacego mieszanine odpadów i wody wzdluz trasy namywanej zapory. Rozstaw zaworów namywajacych wynosi od kilku do kilkuna¬ stu metrów. Srednica od 10 do 20% srednicy rurociagu. Front namywu przesuwa sie wzdluz trasy zapory w ten sposób, ze kolejno zamyka sie w okreslonym okresie czasu zawór znajdujacy sie na koncu serii, patrzac w kierun¬ ku przeplywu w rurociagu, ajednoczesnie otwiera sie najblizszy zawór, nieczynny znajdujacy sie przed aktualnie czynna seria zaworów.Dla rozproszenia energii strumienia mieszaniny wyplywajacej przez zawory, ponizej tych zaworów instaluje sie koryto o przekroju najkorzystniej trójkatnym, zamocowane do rurociagu rozprowadzajacego.W dnie kazdego koryta znajduje sie szereg otworów o wielkosci rosnacej w miare oddalania sie od zaworu, co sprzyja równomiernemu podzialowi strumienia miedzy otworami.Dlugosc koryt jest nieco mniejsza od rozstawu prowadnic podpór rurociagu. Zabezpieczenie przed przela¬ niem sie mieszaniny wyplywajacej z koryt na skarpe odpowietrzna zapory stanowia scianki oslonowe z blachy, zamocowane przesuwnie na dwóch sasiednich podporach rurociagu. Na czas otwarcia zaworów scianki oslonowe opuszcza sie w dól zaglebiajac je czesciowo, na kilkanasnie centymetrów w krawedz skarpy.Przesuwanie rurociagu po prowadnicach dokonuje sie w miare przyrostu warstwy osadów do poziomu otworów w dnie koryt. Przesuniecie rurociagu nie wymaga zatrzymania przeplywu, nalezy jednak na danym odcinku zamknac zawory i podniesc w góre scianki oslonowe. Podnoszenie scianek oslonowych dokonuje sie za pomoca znanych mechanizmów, np. zebatki i listwy palczastej.Wielkosc jednego przesuniecia rurociagu wynika z rocznego przyrostu poziomu osadów. Przykladowo, przy rocznym przyroscie osadów 2 m, tygodniowy przyrost wynosi okolo 4 cm, a odpowiedni przesuw rurociagu po prowadnicy o nachyleniu 1 :3 wyniesie okolo 12 cm/tydzien. Dla zmniejszenia oporów przesuwania wózka podpory rurociagu po prowadnicy wyposazony on jest w rolki. Przesuniecie rurociagu o odleglosc wyznaczona rozstawem odpowiednich zaczepów w prowadnicach, dokonuje sie równoczesnie na kilku podporach wykorzy¬ stujac sprezyste ugiecia materialu rurociagu.Wydluzenia osiowe rurociagu wystepujace w procesie sprezystego wyginania, niwelowane sa przez znane kompensatory dlawicowe, w które wyposaza sie powszechnie instalacje napowietrzne, w rozstawie kilkudziesie¬ ciu do kilkuset metrów.Przesuniecia rurociagu wraz z wózkami, korytami i sciankami oslonowymi wykonuje sie przy uzyciu znanych podnosników srubowych lub hydraulicznych, instalowanych na czas przesuwu w zaczepach rozmieszczo¬ nych w prowadnicach. Przy przesuwaniu rurociagu, zamocowana do wózka zapadka uchyla sie i blokuje wózek w nowym polozeniu, wchodzac w kolejny zaczep znajdujacy sie na górnej sciance prowadnicy.Po calkowitym przesunieciu rurociagu na górny uklad prowadnic, mozna przystapic do demontazu ukladu dolnego wraz z podporami, które po odblokowaniu w glowicy, wyciaga sie ze skarpy przez otwory znajdujace sie w górnej jej czesci przy uzyciu podnosników srubowych lub hydraulicznych. Zdemontowane prowadnice i wspor¬ niki teleskopowe uzyje sie do kolejnej nadbudowy skarpy. W korpusie zapory pozostaja tylko prefabrykowane plyty fundamentowe wsporników prowadnic. Dla dalszej nadbudowy nalezy sporzadzic nowe plyty. Z pewnym opóznieniem, po usunieciu prowadnic dolnego ukladu mozna przystapic do wykonania na skarpie warstwy ochronnej z gruboziarnistego gruntu dowiezionego. Zadania tej warstwy sprowadzaja sie do zabezpieczenia skar¬ py odpowietrznej przed rozmyciem woda deszczowa, sprawnego i bezpiecznego odprowadzenia w dól skarpy wody filtrujacej z osadów oraz umozliwienia przejazdu maszyn budowlanych i zurawi wzdluz rurociagu rozpro¬ wadzajacego.Opisany sposób namywania skarpy ziemnej zapory zbiornika odpadów pozwala uzyskac nastepujace efek¬ ty: calkowite wyeliminowanie pracy spychaczy formujacych z materialu pobieranego na plazy zapory etapowe, wyeliminowanie w zwiazku z tym z cyklu technologicznego okresu osuszania plazy, wykorzystanie do formowa¬ nia skarpy odpowietrznej zapory namywanej najgrubszego materialu, wyeliminowanie prac zwiazanych z cieciem rurociagu rozprowadzajacego, demontowaniem rur, ukosowaniem, przewozeniem na poziom korony wyzszej zapory i ponownym spawaniem oraz skrócenie przerw w namywaniu plazy.Przyklad realizacji wynalazku. Wynalazek jest przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia urzadzenie obejmujace rurociag oraz podpory w widoku z boku, fig. 2 — widok na rurociag rozprowadzajacy i urzadzenie od strony zbiornika, fig. 3 - widok w przekroju poprzecznym skarpy odpowietrznej zapory zbiorni¬ ka odpadów poflotacyjnych namywanej od powierzchni terenu, a fig. 4 - ta sama skarpe namywana od poziomu korony zapory pierwotnej, wykonanej z gruntów nawiezionych w sposób tradycyjny.Jak pokazano na fig. 1 rozprowadzajacy odpady rurociag 1 zainstalowany jest na podporach zbudowanych w sposób nastepujacy. Rurociag 1 spoczywa na szeregu wózkach 2 kazdy przemieszczany po przestawnej prowad¬ nicy 3, wspartej na regulowanych wspornikach 4 i usytuowanej stycznie do projektowanego nachylenia 5 odpo-4 119 572 wietrznej skarpy 6. Prowadnica 3, roboczego poziomu, polaczona jest z wykorzystana prowadnica poprzedniego etapu budowy odpowietrznej skarpy 6 za pomoca zamka 9. Górny koniec prowadnicy 3 podparty jest na odwodnej skarpie 7 o nachyleniu 8 za posrednictwem teleskopowych wsporników 4, zamocowanych przesuwnie w glowicy 10. Regulowany przesuw teleskopowych wsporników 4, pozwala na precyzyjne ustawienie prowadni¬ cy 3 z utrzymaniem równoleglosci calego ukladu sasiednich prowadnic oraz projektowanego spadku 5 odpowie¬ trznej skarpy 6. Teleskopowe wsporniki 4, przenosza obciazenie na powierzchnie osadów 7 za posrednictwem fundamentowych plyt 11. Namyw skarpy zapory nastepuje przez otwarcie w rurociagu 1 zaworów 12. Wyplywa¬ jaca przez zawór 12 mieszanina trafia do koryta 13, zawieszonego na rurociagu 1 i wózkach 2 poruszajacych sie po sasiednich prowadnicach 3. Otwory 14 wykonane w dnie koryta 13 maja w sposób regulowany tak ustalona wielkosc, aby wyplywajacy strumien mieszaniny dzielil sie na równe czesci. Zabezpieczenie przed cofnieciem sie strumieni mieszaniny na odpowietrzna skarpe 6 stanowia scianki oslonowe 15, zamocowane przesuwnie na dwóch sasiednich wózkach 2 w prowadnikach 16. Przy czynnych zaworach 12, scianki oslonowe 15 powinny byc opuszczone i czesciowo wbite w powierzchnie osadów, na skarpie odpowietrznej 6. Na rysunku nie pokaza¬ no znanych mechanizmów do podnoszenia scianki oslonowej 15 i jej blokowania w górnym polozeniu. Nie pokazano równiez konstrukcji usztywniajacej scianki 15 na rozpietosci miedzy jej prowadnikami 16. Dla zmniej¬ szenia oporów przy przsuwaniu wózka 2 po prowadnicy 3, zaopatrzono go w rolki 17. Przesuniecie rurociagu 1 wraz z korytkami 13 i sciankami oslonowymi 15 po ich uprzednim podniesieniu w górne polozenie, realizuje sie przy uzyciu podnosników 18 srubowych lub hydraulicznych, instalowanych na górnej sciance prowadnicy 3 za pomoca zaczepu 19. Po przesunieciu rurociagu 1 na wyzsze polozenie blokuje sie wózek 2 zapadka 20 wchodza¬ ca w otwór znajdujacy sie w górnej sciance prowadnicy 3 i w tym polozeniu opierajaca sie o element oporowy 21 przymocowany do ramy wózka 2.Na fig. 3 przedstawiono pewna faze budowy zapory zbiornika odpadów poflotacyjnych namywanej od poziomu naturalnego terenu, w której juz wykonana czesc dolna zapory posiada naniesiona warstwe ochronna 22 stanowiaca jednoczesnie droge dla pracy sprzetu potrzebnego do przestawiania prowadnic 3 i wsporników 4.W juz wykonanej czesci dolnej zapory zakotwione sa wykorzystane prowadnice 3 wraz ze wspornikami 4, stanowiac oparcie dla roboczych prowadnic^ kolejnego etapu budowy podpór. W dolnej czesci widoczne sa wykorzystane juz plyty fundamentowe 11. Pokazane linie dzialowe miedzy poszczególnymi etapami budowy podpór nalezy traktowac jako umowne, zwiazane z wysokoscia konstrukcyjna prowadnic 3. Przechodzenie od jednego etapu do wyzej polozonego, odbywa sie w sposób ciagly, bez zmiany wlasnosci wytrzymalosciowych gruntu osadowego.Na fig. 4 przedstawiono pewna faze budowy zapory namywanej sposobem wedlug wynalazku od poziomu korony zapory pierwotnej 23, wykonanej z gruntów nawiezionych w sposób tradycyjny. PL