Особенности проектирования и эксплуатации гидротехнических сооружений горнодобывающей промышленности России
Ключевые слова: геомембрана, гидроизоляция, полигоны, хвостохранилища, кучное выщелачивание, изоляция, полимерно-битумная геомембрана, битумная мембрана.
Основное требование к строительству и эксплуатации гидротехнических сооружений — надежные системы и материалы для гидроизоляции, что должно полностью предотвращать попадания растворов и загрязненной воды в почву и грунтовые воды. Многочисленные аварии на ГТС заставляют обратить внимание на новые материалы для повышения надежности гидроизоляции.
В настоящее время при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов допускается применение полиэтиленовой пленки в качестве составного элемента для гидроизоляции хвостохранилищ, площадок кучного выщелачивания (КВ), прудов-накопителей, отстойников, водохранилищ и т.д. Проектировщики руководствуются требованиями СН 551 (Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки для искусственных водоемов), в частности, п.п. 1.1. Требование настоящей инструкции должны выполняться при проектировании и строительстве противофильтрационных устройств полиэтиленовой пленки для обеспечения водонепроницаемости ГТС, а также обязательно наличие защитных и подстилающих слоев из глины и песка (п.п. 1.10 СН 551). Двухслойное пленочное противофильтрационное устройство должно применяться при наличии в сточной жидкости токсичных загрязнений п.п. 1.11. Для уменьшения водопроницаемости в двухслойном пленочном противофильтрационном устройстве следует заменить нижний пленочный элемент слоем уплотнённого глинистого грунта (суглинок, глина), при этом после уплотнения он должен иметь толщину не менее 0,6 м при плотности сухого грунта не менее 1,6 г/см3. Использование грунтовых слоев (подстилающего и защитного) регламентировано п.п. 2.3 СН 551 в п.п. 4.1–4.7 и зависит от физических свойств самой полиэтиленовой пленки и гранулометрических свойств по дстилающего грунта.
Рис. 1. Комплексная структура битумной геомембраны
Расчет по СН 551 показывает, что в реальной практике необходимо использовать полиэтиленовую геомембрану толщиной не менее 3 мм. Все другие рекомендации и Правила, которые противоречат СН 551, не допускаются. В настоящее время это инженерное требование, изложенное в СН 551, не соблюдается.
В последнее время некоторые производители полимерных мембран утверждают о том, что монтаж полимерных пленок можно проводить при минусовых температурах. При этом необходимо соблюдать правила монтажа при минусовых температурах, помимо проведенных тестов на прочность шва, также необходимо осуществлять предварительный прогрев целой мембраны перед сваркой швов. Работы должны проводиться под покрытием брезента для предотвращения потери тепла во время производства работ и понижения риска усталостных трещин после сварки. Также распространено утверждение о возможности на длительное время оставлять полимерные геомембраны в открытом состоянии без покрывного слоя, что не рекомендуется в связи с высоким коэффициентом теплового расширения полимерных мембран и появления волн, складируемые отходы превратят волны в складки, что незамедлительно приведет к дополнительным напряжениям и дефектам, а в следствии протечкам. Воздействие солнечных лучей на непокрытые участки мембран приведет к преждевременному старению полимерной геомембраны, появлению трещин и нарушению гидроизоляционных свойств. В целом можно сказать, что срок службы такой гидроизоляции будет значительно меньше срока работы гидротехнического сооружения.
Как при проектировании, так и при строительстве объектов наблюдается существенное отклонение от вышеприведённых строительных норм с целью минимизировать затраты и удешевить проект за счет использования более дешевых материалов, пользуясь свободной интерпретацией ключевых положений строительных норм и правил, расчетов ГТС, что приводит в последствии к загрязнению окружающей среды и потерям для бизнеса.
Для успешного выполнения и строительства объектов с гидроизоляцией во всем мире в настоящее время применяют битумно-полимерные геомембраны (далее «битумная геомембрана») с высокой степенью надежности, гарантией качества и безопасности. Многослойная гидроизоляционная битумно-полимерная геомембрана изготавливается в заводских условиях и состоит из пяти слоев заключенных в единую полимино-битумную композицию (рис. 1).
Пятислойная битумная геомембрана позволяет достаточно надежно использовать ее на любых гидротехнических сооружениях. При строительстве ГТС мембрану достаточно только расстелить на выровненный уплотненный грунт, сварить края при помощи обычной газовой горелки без привлечения подрядчика и без специального сварочного оборудования (рис. 2).
Рис. 2. Соединение швов: горелка и пропан
На поверхность геомембраны можно сразу укладывать руду (шлам) без обязательного устройства защитного грунтового слоя. Данное условие проверяется способом тестирования на механическую стойкость (рис. 3). Допуская движение тяжелой колесной техники по поверхности геомембраны, специальных требований к рабочей обуви нет.
Возможно укладывать руду с высотой штабеля до 100 м. В сочетании с нулевым коэффициентом температурного расширения все вышеперечисленное является явным преимуществом битумных геомембран. Для полиэтиленовых геомембран это не достижимый показатель.
Рис. 3. Тесты на устойчивость к проколам
Например, битумная геомембрана применяется для гидроизоляции оснований при строительстве гидротехнических сооружений, дамб, плотин, водохранилищ, прудов накопителей, отстойников, хвостохранилищ, площадок кучного выщелачивания, хранилищ производственных и бытовых отходов, включая высокотоксичные химические и радиоактивные, при строительстве автомобильных и железных дорог, каналов, оросительных систем, широко используется в высокогорных и сейсмоопасных районах, при гражданском и промышленном строительстве для гидроизоляции фундаментов, строительных площадок, для обустройства внешних и внутренних коммуникаций, ливневых канализационных устройств, СБС полимерная битумная геомембрана является гарантией качества гидроизоляции (рис. 4).
Рис. 4. Хранилище отходов ниобия и ниобиевых сплавов в г. Араша, Бразилия
Такая геомембрана отличается из применяемых в настоящее время многослойных или однослойных полиэтиленовых геомембран высокой прочностью, гибкостью, отсутствием остаточных напряжений, нулевым коэффициентом теплового растяжения, скоростью строительства и низкой стоимостью строительных работ, так как не требует дополнительных гидроизолирующих слоев, уплотненных глины и песка, а также защитных слоев из инертных и синтетических материалов. Битумной геомембране эти материалы не нужны. Также не нужен защитный и подстилающий геотекстиль. При кучном выщелачивании руды битумная геомембрана выдерживает высоту штабеля до 100 м. Значительно упрощается процесс рекультивации. Сварка геомембраны осуществляется обычной газовой горелкой, и нет необходимости в покупке дорогостоящего термосварочного оборудования. При использовании геомембраны в 1,5–3 раза сокращается инвестиционные затраты на строительство ГТС и в разы уменьшаются сроки строительства. Срок службы битумной геомембраны определен Европейскими лабораториями и составляет в открытом состоянии 100 лет и в закрытом более 300 лет. Укладывать геомембрану возможно на выровненное и уплотненное основание при температуре от -50 до +70 °С, а эксплуатировать — от -70 до + 80 °С. Битумная геомембрана широко применяется во всем мире, снижая капитальные затраты и сроки строительства передовых компаний при строительстве и эксплуатации объектов горнопромышленного комплекса.
ООО «Восток ГеоСинтетикс»
Тел. +7 (495) 720-61-04,
8 (966) 327-42-93.
E-mail: info@geovostok.ru
www.geovostok.ru
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (54)/декабрь 2021 г.