Хвостохранилища имеют важное значение для горнодобывающей промышленности. В связи с резким ростом спроса на металлы с этих рудников операторы ищут более безопасные и устойчивые методы строительства хвостохранилищ (1).
Один из подходов заключается в использовании специализированных геомембран, которые обеспечивают все преимущества типичного геосинтетического вкладыша, а также позволяют строить более крутые склоны для более рентабельных хвостохранилищ (ХХ).
Почему геомембраны важны для хвостохранилищ?
Исторически сложилось так, что горнодобывающая промышленность утилизировала хвосты через водохранилища, засыпку подземных рудников, свободно стоящие сваи и карьеры. Регулирование привело к введению ФБО для решения экологических проблем (1). К сожалению, не все TSF сделаны одинаково. За последние несколько десятилетий имело место постоянное количество отказов ФБО и по крайней мере три серьезных инцидента за предыдущие пять лет (2).
Важно отметить, что сбои на хвостохранилищах также происходят в регионах с многолетним опытом добычи полезных ископаемых и передовыми системами регулирования, таких как США, Канада, Австралия и Европа (3). Например, в Соединенных Штатах выход из строя завода в Новом Уэльсе в Малберри привел к выбросу 840 000 м3 жидкого загрязнения под землю, которое достигло водоносного горизонта Флориды (2).
Отказы TSF часто связаны с переливом, нарушениями устойчивости забоя и землетрясениями. Переливы и устойчивость откосов можно контролировать за счет более строгих проектных мер и более высоких коэффициентов безопасности. Напротив, защита от землетрясений требует более глубокого моделирования для точного прогнозирования интенсивности землетрясений на протяжении всего ожидаемого срока службы объекта, а иногда и на неограниченный срок. Геомембраны предлагают способ поддерживать лучшие конструкции TSF.
Геомембраны изготавливаются из полимерных смол в сочетании с такими добавками, как наполнители, сажа, смазочные материалы, антиоксиданты и пластификаторы. Эти тонкие термопластичные листы гибки, имеют низкую проницаемость и долговечны при правильной установке. Использование геомембран в качестве облицовки в хвостохранилищах помогает поддерживать целостность конструкции, контролируя миграцию жидкости и обеспечивая локализацию (4, 5).
Геомембраны также могут быть изготовлены с выступами, шпильками или другими физическими характеристиками для поддержки конструкций с более крутыми склонами.
Четыре главных преимущества геомембран в хвостохранилищах
Современные конструкции TSF могут выиграть от включения в их конструкции геомембран.
#1 – Стабилизация откосов и защита от эрозии
Геотехническая безопасность хвостохранилища является первостепенной задачей. Первым шагом является понимание механических параметров и параметров упругости для определения потенциального смещения, уделяя особое внимание ситуациям, когда накопление отходов может привести к обрушению склона (6).
Структурированные геомембраны могут включать в себя физические выступы, которые помогают обеспечить устойчивость склона. Геомембраны были исследованы и широко оценены как стабилизирующие механизмы на крутых склонах. Одна статья, например, подробные лабораторные и полевые испытания с использованием утрамбованного грунта в ящиках с углом наклона 50%. Лабораторные образцы по отдельности подвергались моделируемому ливню силой 122 мм. Испытанные геомембраны значительно уменьшили сток и рассеяли воздействие дождевых капель. Полевые испытания на склонах от 33% до 60% в течение двух лет дали сопоставимые результаты (7).
Использование этих структурированных геомембран на насыпях или стенах плотин может помочь минимизировать эрозию и повысить прочность на сдвиг. Геомембраны даже использовались для облицовки крутых скальных склонов для расширения хвостохранилищ (13).
#2 – Эффективная система дренажа в хвостохранилищах
Адекватный дренаж необходим для всех геотехнических сооружений, особенно для хвостохранилища. Геомембраны могут помочь свести к минимуму риск накопления жидкости и разжижения насыщенных материалов, поддерживая эффективные дренажные системы. Типичная дренажная система хвостохранилища включает коллекторную канаву для сбора стоков, насосы и систему сбора и очистки. Идеальная система сводит количество хранимой воды к нулю, поскольку большинство проблем, связанных с TSF, часто возникают из-за сжижения (8).
В системе стен фильтрационной дамбы структурированная геомембрана со шпильками и фильтрующим геотекстилем может эффективно отводить воду из хвостохранилищ, уменьшая скопление влаги (9).
#3 – Долговечный и прочный
Ожидаемый срок службы хвостохранилища может меняться по мере развития технологии, а когда бесполезные хвосты находят новую цель (10). По этой причине TSF рассчитаны на десятилетия. Это представляет собой уникальную инженерную задачу, поскольку погодные и сейсмические данные в определенных регионах ограничены по объему.
Однако одна область, где инженеры могут с уверенностью предсказать долговечность, — это геомембранный вкладыш. Геомембранные вкладыши из полиэтилена высокой плотности (HDPE) имеют срок службы более 100 лет при условии защиты и правильной установки (11). Инженеры могут строить с высокими коэффициентами безопасности, используя прочные компоненты, такие как геомембранный вкладыш из полиэтилена высокой плотности, внутри хвостохранилища.
#4 – Защита от утечек и сдерживание
Загрязняющие вещества, опасные для здоровья человека, вызывают озабоченность в горнодобывающей промышленности, производстве и сельском хозяйстве. К счастью, достижения в области горнодобывающих технологий и геомембран позволили создать лучшие барьеры между хвостохранилищем и окружающей средой. Кроме того, достижения в области полимеров и материаловедения привели к созданию более качественных смол для более устойчивых мембран (12).
Современные геомембраны могут противостоять разрушению под воздействием УФ-излучения, химических реакций, окисления и экстремальных температур. Кроме того, выбор геомембраны у авторизованного и заслуживающего доверия производителя или поставщика имеет важное значение для обеспечения использования геомембраны и технологии самого высокого качества. Геомембраны должны быть гибкими и прочными, чтобы выдерживать растрескивание под напряжением в течение многих лет под нагрузкой от хвостов и жидкости (12).
Большинство современных геомембран создаются из полимерной смолы в сочетании с добавками (стабилизаторами, техническим углеродом, смазочными материалами и антиоксидантами), чтобы обеспечить долгосрочную работу и защиту от деградации как можно дольше. Геомембраны обычно изготавливаются из пяти типов материалов, включая ПЭВП, которые чаще всего имеют низкую прочность на сжатие, непрозрачны и обладают более высокой химической стойкостью, чем другие типы (5, 10).
Для достижения наилучших результатов геомембраны должны быть установлены с использованием надлежащих методов и процедур контроля качества. Такие компании, как AGRU America, предлагают техническую поддержку и обучение, чтобы максимизировать производительность геомембраны с помощью эффективных методов установки. Смотрите наше видео о технике сварки.
Геомембраны AGRU
АРГУ предлагает различные геосинтетические решения для хвостохранилищ. AGRU поддерживает проекты с исключительным техническим опытом, превосходной поддержкой клиентов и расширяющимся ассортиментом инновационных продуктов для решения любых задач. AGRU использует метод экструзии с плоской головкой для более стабильного контроля толщины и улучшения свойств при растяжении в своих геомембранах, чем те, которые создаются с помощью процесса производства пленки с раздувом.
Две недавние инновации AGRU включают FrictionSpike и CleanSeam.
FrictionSpike — это первое в своем классе запатентованное многоуровневое решение в виде геомембраны, которое позволяет инженерам увеличивать углы наклона, максимизировать защитное воздушное пространство и повышать коэффициент безопасности. Владельцы могут использовать FrictionSpike для полигонов, шахт и регионов с уникальными требованиями к прочности на сдвиг, чтобы соответствовать условиям стабильности откосов проекта и открывать новые возможности и конструкции.
CleanSeam представляет собой защитную полосу на вкладыше из полиэтилена высокой плотности (HDPE), которую монтажники могут снять, чтобы значительно сократить время, необходимое для подготовки зон сварки вкладыша.
В AGRU мы стремимся производить вкладыши из HDPE и LLDPE высочайшего качества, соответствующие или превосходящие тестовые значения GRI GM13/17. Кроме того, вкладыши AGRU HDPE и LLDPE наматываются на пластиковые сердечники шириной 23 фута, что обеспечивает простоту установки за счет меньшего количества сварных швов. Вы планируете строительство хвостохранилища? Обратитесь к представителю AGRU за консультацией и помощью в выборе лучших решений для вашей работы.
Узнать больше
Рекомендации
1. «ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ: Проектирование и оценка дамб хвостохранилища». АООС. (1994) Доступ онлайн 28 мая 2022 г. https://archive.epa.gov/epawaste/nonhaz/industrial/special/web/pdf/tailings.pdf.
2. «Хронология крупных прорывов дамб хвостохранилища (с 1960 г.)». Мудрый Уран. (2022). Доступ онлайн 29 мая 2022 г. https://www.wise-uranium.org/mdap.html#USCOLD.
3. Д. М. Чемберс. «Растущее число аварий на хвостохранилищах: на пути к десятилетию 2020–2029 гг.», Центр науки при участии общественности. (2019). Доступ онлайн 28 мая 2022 г. http://www.csp2.org/files/reports/Increasing%20Number%20of%20Tailings%20Facility%20Failures%20-%20Chambers%20Oct19.pdf.
4. И.В. Мураликришна и В. Маникам. “Управление окружением.” Наука Директ. (2017). Доступ онлайн 3 июня 2022 г. https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/geomembranes.
5. В. В. Мюллер и Ф. Заатхофф. « Геосинтетики в геоэкологической инженерии». Наука и технология перспективных материалов. 16 (3): 034605. (2015). Доступ онлайн 16 июня 2022 г. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5099829/.
6. К. Кода и др., «Улучшение устойчивости откосов полигона за счет усиления в процессе рекультивации с применением метода наблюдения». Прикладные науки – МДПИ. 2020.
7. М. Агасси. «Стабилизация крутых склонов с помощью геомембраны». Почвенная технология. (1997). Доступ онлайн 3 июня 2022 г.
8.«Вопросы управления водными ресурсами при обычном хранении». Хвосты. Доступ онлайн 15 июля 2022 г. https://www.tailings.info/technical/water.htm.
9. Хедин С. и соавт. «Пассивная очистка дренажных стоков из хвостохранилища с использованием кислородного гранитного слоя». https://www.hedinenv.com/pdf/IMWA%202015_toe_drain_discharges_full%20paper.pdf.
10. Руис и др. «Планирование обезвоживания хвостохранилища». Шахтная вода Энвиро. (2021). По состоянию на 3 июня 2022 г. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10230-020-00745-z.pdf.
11. М. Кернер и соавт. «Прогнозирование срока службы геомембраны: условия без воздействия и воздействия». Геосинтетический институт. (2011). По состоянию на 3 июня 2022 г. https://geosynthetic-institute.org/papers/paper6.pdf.
12. К. Роу и К. С. Бергер. «Обновление исследований геомембран на хвостохранилищах». (2017). По состоянию на 3 июня 2022 г. https://www.klohn.com/blog/kcblog-research-update-geomembranes-tailings-storage-facilities/.
13. Дж. Пурди и др. «Облицовка крутых скальных откосов геомембранной облицовкой для облегчения расширения хвостохранилища». Tierra Group International, LTD. (частное издание). (2013). Доступ онлайн 28 мая 2022 г. https://www.tierragroupinternational.com/assets/documents/Lining-Steep-Rock-Slopes.pdf.