Резервное складирование золошлаков Красноярской ТЭЦ-2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Золоотвалы являются звеном технологического цикла тепловых энергетических станций, работающих на твердом топливе, и предназначены для организованного складирования золошлаковых отходов. По своему функциональному назначению золоотвалы относятся к специальным гидротехническим сооружениям - накопителям вторичных материальных ресурсов.

Золоотвалы, как и другие накопители, характеризуются непрерывным изменением во времени конструктивных и технологических параметров -действующего напора, контуров сооружения в плане, поперечных и продольных профилей ограждающих сооружений, материала тела дамб наращивания, мощности и физико-механических свойств золы, интенсивности намыва, рельефа откосов и дна отстойного пруда и др.

Во всех регионах страны золоотвалы располагаются, как правило, на малоценных землях, в самых неблагоприятных инженерно-геологических и гидротехнических условиях.

Характерной особенностью золоотвалов является высокая аварийность, отражающая неудовлетворительное состояние их проектирования, строительства и эксплуатации. Эксплуатации золоотвалов действующих ТЭЦ уделяется недостаточное внимание. Эксплуатационные подразделения, как правило, не оснащены достаточным числом необходимых механизмов; персонал не обладает необходимой квалификацией. Качество строительства в большинстве случаев низкое.

Золоотвалы и другие накопители промышленных отходов и стоков являются распространенными и мощными источниками загрязнения длительного действия, создающие серьезные экологические проблемы на обширных территориях. Любое вторжение в карьер означает появление участков или зон, при которых массив теряет свою прочность. В результате фильтрации - движения жидкости в пористой или трещиноватой среде, может произойти вынос загрязняющих веществ.

Для того чтобы эксплуатация гидрозолоотвала Красноярской ТЭЦ-2 была безопасной, необходимо:

- сделать расчет фильтрации через борт карьера и через ограждающие дамбы;

- провести расчет статистической устойчивости откоса;

- проанализировать загрязнение окружающей среды фильтрационными водами;

- предложить рекомендации по безопасной эксплуатации золоотвала №1.

1. Природные ресурсы

1.1 Общие сведения об объекте

Вид основной хозяйственной деятельностью предприятия Красноярская ТЭЦ - 2 является производство, отпуск в сеть тепловой и электрической энергии в соответствии с диспетчерскими графиками электрических и тепловых нагрузок в энергосистеме «Красноярская генерация». Красноярская ТЭЦ-2 расположена на двух промплощадках. Промышленная площадка № 1 ТЭЦ -2 расположена в южной части г. Красноярска на правом берегу реки Енисей, в Свердловском районе. Промплощадка № 1 предприятия граничит с западной стороны с поселком «Металлист», с северной стороны с территорией ХМЗ, с экспериментальным участком ОАО «СибВТИ», с ОАО «Цемент», с восточной стороны с поселком Цементников, с южной стороны с горной грядой, на которой расположено Торгашинское месторождение цементных известняков. На промплощадке № 2 размещается золоотвал № 2, он размещается в 1,5 км от промплощадки № 1.

Площадь земельного участка, занимаемого предприятием - 1026400 м Красноярская ТЭЦ-2 введена в эксплуатацию в 1979 г, проектировщик - Томское отделение института «Теплоэлектропроеке».

Гидрозолоотвал расположен в отработанном карьере «Увал промартели» и находится в 0,4 км южнее корпуса электростанции. Карьер разработан до отм. 146,0 м. Отметки верхнего уступа карьера от 186 до 251 м. Площадь золоотвала 10 га.

Проектно-сметная документация разработана Государственным Томским научно-исследовательским и проектно-изыскательским институтом «Томсктеплоэлектропроект» в 1977 г. Для организации работы золоотвала до отметки заполнения 191,0 сооружена каменно-набросная дамба в месте въезда в карьер. Общий объем заполнения до отм. 191,0 составил 2300 тыс. м3. Для увеличения емкости золоотвала на 1400 тыс. м3 с 1988 г. по 1993 г. по проекту ТомТЭПа выполнено наращивание каменно-набросной дамбы I, II, III ярусов до отметки. 192,5 м. Общие параметры дамбы составили: длина 350 м, ширина по гребню 6 м, ширина по подошве 56 м, высота 7 м. Фактический объем заполнения золоотвала отходами составил 1980 тыс. м3. В связи с тем, что фильтрационные параметры грунтов основания карьера не отвечают установленным требованиям СНИП 2.01.28-85, по откосу дамбы в качестве противофильтрационного мероприятия выполнен суглинистый экран. По днищу карьера противофильтрационный экран не выполнялся, однако роль его в настоящее время выполняет намытый массив сильно сцементированных золошлаковых образований, обладающих (по данным Красноярского института «Гидропроект») коэффициентом фильтрации (Кф) от 0,5 до 0,05 м/сут.

В настоящее время емкость золоотвала поделена насыпными дамбами на четыре секции. Секции № 2 и № 3 предназначены для поочередного заполнения золошлаками. Емкость секций при глубине 6 м равна: для секции № 2 83,0 тыс. м3, для секции № 3 - 78,0 тыс. м3, что обеспечивает работу золоотвала с длиной цикла 1 год. Кроме рабочих секций золоотвал включает в себя промежуточную секцию № 1 и бассейн осветленной воды (секция № 4). Объем секции - 51,0 тыс. м3, при глубине 6,5 м. Объем секции № 4 - 51,3 тыс. м3, при глубине 3,0 м.

После поступления золошлаковой пульпы в рабочую секцию, сброс осветленной воды из работающей секции в промежуточную осуществляется по трем трубопроводам Д 300, установленным на отм. 191,0 м. Осветленная вода из бассейна осветленной воды через два шахтных водосброса по двум металлическим трубопроводам Д 630 мм самотеком поступает в камеру переключений, расположенную у подошвы дамбы. Далее из камеры вода по трем трубопроводам диаметром 500 мм проходит под автодорогой и поступает во вторую камеру переключений, откуда по 2 крайним трубопроводам Д 500 мм подается в главный корпус на всос насосов смывной воды. Средний водовод после второй камеры переключений и со стороны главного корпуса отглушен заглушками и используется как дренаж пруда осветленной воды в золовой канал котла № 1. Пруду осветленной воды расположен между дамбой и автодорогой. Размеры пруда 40x20 м при глубине 4 м. Минимальный уровень воды в пруде - отм. 163,0 м, максимальный - 168,0 м (работает аварийный перелив в нагорную канаву). В пруд осветленной воды поступает профильтровавшаяся через дамбу вода, а также заведен дренаж водоводов осветленной воды из первой камеры переключений Д 500 мм и аварийный перелив из бассейна осветленной воды (секции № 4). Рабочий уровень осветленной воды; в бассейне на отм. 190,0 м поддерживается установкой и снятием деревянных шандор на шахтные водосбросы. Для избежания попадания в колодцы водосбросов посторонних предметов, золовой пленки, вокруг них предусмотрены плавающие запани. Расход осветленной воды через водоводы составляют около 1000 м3/час. После заполнения золошлаковой пульпой рабочей секции, пульповыпуски переводятся в очищенную резервную секцию. После осушения отключенной секции производится ее очистка экскаваторами с вывозом золошлаковой массы на новый золоотвал автомобильным транспортом.

В систему внешнего гидpозолоудаления входят:

- золошлакоотвальное хозяйство (золоотвал, шлакоприёмное устройство);

- пульпопроводы;

- оборотное водоснабжение (пруды осветлённой воды, трубопроводы осветлённой воды и две камеры переключений);

- три водозаборных оголовка.

Характеристика оборудования внешнего ГЗУ:

Емкость под золоотвал располагается в отработанном карьере. Карьер разработан до отметки 146 м. Отметки верхнего уступа карьера изменяются от 186 до 251 м. Площадь золоотвала 10 Га. Общий объем заполнения до отметки 191,0м составляет 2300 тыс.м3. Для организации работы золоотвала до отметки заполнения золошлаками 191,0 м сооружена дамба в месте въезда в карьер. Каменно-набросная дамба построена в 3 яруса, отметка гребня 3-го яруса дамбы составляет 193,5 м. Ширина дамбы по верху 6 м. с откосами 1:1,5. Длина дамбы по гребню 3 яруса - 200 м.Для контроля положения кривой депрессии в теле ограждающей дамбы золоотвала установлено семь шахтных пьезометров. Измерения пьезометрических напоров производить 1 раз в месяц. Предельно допустимое значение абсолютной отметки уровня воды в пъезометрической шахте по БС (балтийская система отсчета): пш-1-186,5 м; пш-2-182,0 м; пш-3-174,5 м; пш-4-186,5 м; пш-5- 181,5 м; пш-6- 172,5 м; пш-7- 186,5 м.

Емкость золоотвала поделена насыпными дамбами на четыре секции. Вторая и третья секции предназначены для поочередного заполнения золошлаками. Емкости секций при глубине 6 м. равны: для 2-й секции 83,0 тыс.м3 , для секции №3 - 78,0 тыс.м3 , что обеспечивает работу золоотвала с длиной цикла в 1 год.

Золоотвал включает в себя промежуточную секцию №1, в которой установлен шахтный водосброс, обеспечивающий оборотное снабжение системы ГЗУ при выводе из работы секции №4 и бассейн осветлённой воды (секция №4). Объем 1-й секции -51,0 тыс.м3 при глубине 6,5 м. Объем 4-й секции-51,3 тыс.м3 , при глубине 3,0 м. Сброс воды из работающей секции в промежуточную и из промежуточной в бассейн осветлённой воды осуществляется по четырем трубам Д 300 соответственно, установленным на отметке 192,0 м. Осветлённая вода из бассейна осветлённой воды через два шахтных водосброса по двум металлическим трубопроводам диаметром 630 мм. самотеком поступает в камеру переключений, расположенную у подножия дамбы, из промежуточной секции через один шахтный водосброс по металлической трубе Д 500. Далее из камеры вода по трем трубопроводам Д 500 мм. проходит под автодорогой и поступает во вторую камеру переключений, откуда по трем трубопроводам диаметром 500 мм. поступает в главный корпус на всос насосов смывной воды. Второй справа по ходу воды водовод после второй камеры переключений и со стороны главного корпуса отглушен заглушками и используется как дренаж пруда осветлённой воды в золовой канал котла №1.

Пруд осветлённой воды расположен между дамбой и автодорогой. Размеры 40х20 м и глубина 4 м. Минимальный уровень воды в пруду - отметки 163 м, максимальная отметка 168 м (работает аварийный перелив в нагорную канаву). В пруду предусмотрен водозаборный оголовок. Вода из пруда по трем трубопроводам диаметром 500 мм, расположенным под автодорогой поступает ко второй камере переключений и через перемычки по которому справа по ходу воды водоводу после камеры переключений поступает в цех. В пруд осветлённой воды поступает профильтрованная через дамбу вода, а также заведён дренаж водоводов осветлённой воды из первой камеры переключений диаметром 500 мм и аварийный перелив из бассейна осветлённой воды (секции №4), диаметром 630 мм, т.е. пруд является аварийной ёмкостью объёмом 3200 м3. Аварийный перелив из бассейна осветлённой воды находится на отметке 192,0 м. Рабочий уровень в бассейне 4-ой секции, находится на отметке 191,5 - 192,0 м, в секции №1 рабочий уровень находится на отметках 189,0 - 192,8 м, поддерживается установкой или снятием деревянных шандор на шахтные водосбросы. Максимальный рабочий уровень воды в секции №4 находится на отметке 192,0 м, в секции №1 - 192,8 м. Минимальный (нижний) предел зеркала воды должен быть не менее 191,5 м в секции №4 и 191,6 м в секции №1. Для избежания попадания в колодцы водосбросов посторонних предметов, золовой пленки, вокруг них предусмотрены плавающие запани. Расход осветлённой воды через водоводы составляет около 1000 м3/ч. Заполнение золоотвала производится от трех багерных насосных станций расположенных в главном корпусе. В каждой насосной установлено по три багерных насоса типа ГРТ-800/71 (два из них багерные насосы №1 и №7 установлены типа ГраТ-900/71). В работе находятся по одному насосу в каждой багерной насосной. Для транспорта золовой пульпы от багерной №2 на золоотвал проложено 3 золопровода диаметром 377x10 мм. От багерной №3 проложен один пульпопровод диметром 377х10 мм. Шлаковая пульпа от багерной №1 перекачивается по двум шлакоцроводам диаметром 325x12мм на шлакоприёмное устройство, расположенное у подножия дамбы в месте въезда в карьер. Шлак отгружается потребителям, вода откачивается тремя насосами типа Д 630-90 и 1Д 630-90-УХЛ4 по трубопроводу Д 325х12 мм и сбрасывается в бассейн секции №1 у дамбы. С помощью задвижек, установленных в помещении ШПУ, щлакопроводы из багерной насосной №1 можно переключить на работу в секции № 2, 3 золоотвала помимо ШПУ. Для этого от ШПУ по дамбам проложен один шлакопровод диаметром 377х10 мм. Все золошлакопроводы от главного корпуса до ШПУ проложены по эстакаде и далее по дамбам до окончания дамбы между секциями № 2, 3. Выпуски заведены в секции № 2 и 3. На выпусках предусмотрены фланцы для установки заглушек. В наиболее низких участках золошлакопроводов установлены лючки для слива воды при выводе в ремонт или длительный резерв.

После заполнения золошлаковой пульпой рабочей секции, пульповыпуски переводятся в очищенную резервную секцию.

После осушения отключённой секции, производится ее очистка экскаваторами с вывозом золошлаковой массы на золоотвал №2 автомобильным транспортом.

Поступление золошлаковых отходов на золоотвал производится по пульпопроводу. Заполнение золоотвала осуществляется от трех багерных насосных станций, расположенных в главном корпусе. В каждой насосной расположено по три багерных насоса типа ГРТ-800/71. В работе находится по одному насосу в каждой багерной насосной. Для транспортировки золовой пульпы от багерной насосной № 2 на золоотвал проложено 3 пульпопровода диаметром 377х10 мм.

От багерной № 3 проложен 1 пульпопровод диаметром 377х10 мм. Шлаковая пульпа от багерной № 1 перекачивается по двум шлакопроводам диаметром 325х12 мм на шлакоприемной устройство, расположенное у подножия дамбы в месте въезда в бывший карьер «Увал промартели». Шлак отгружается потребителям, либо с помощью задвижек переключается на работу в золоовал. Все золошлакопроводы от главного корпуса до золоотвала проложены по эстакаде и далее по дамбе. Выпуски заведены в секции № 2 и № 3. После заполнения золошлаковой пульпой рабочей секции, пульповыпуски переключаются на очищенную резервную секцию.

Транспортировка обезвоженных золошлаков из осушенной секции гидрозолоотвала № 1 в золоотвал № 2 выполняется автомобильным транспортом. По проекту вывоз осушенных золошлаков производится круглогодично. Загрузка автотранспорта осуществляется золошлаками влажностью 80 %. что сводит к минимуму пыление при погрузке и транспортировке. Цементация золошлаков при просыхании обеспечивает надежную защиту от ветровой эрозии.

При эксплуатации золоотвала № 1 и золоотвала № 2 должны соблюдаться Инструкции по эксплуатации золошлакоотвалов Красноярской ТЭЦ-2, в которых изложены критерии и переделы безопасного состояния и режимы работы золоотвалов, порядок подготовки к пуску, порядок пуска, остановка и обслуживания при нормальном и аварийном режимах, порядок допуска к осмотру и ремонту оборудования золоотвалов требования по безопасности труда, взрыво- и пожаробезопасности.

1.2 Рельеф

Для полной характеристики качества окружающей природной среды необходимо описать следующие природные условия: климатические, гидрогеологические, геоморфологические особенности, характеристика растительного и животного мира, почвенного покрова. Расположение района г. Красноярска в области сопряжения различных тектонических структур (платформенных и геосинклинальных) предопределяет развитие двух различных типов рельефа: ступенчатого эрозионно-аккумулятивного и низкогорного структурно-эрозионного.

Низкогорный структурно-эрозионный рельеф характерен для территории, которая расположена в области Манского прогиба, В зависимости от геологического строения здесь выделяется несколько морфо-генетических разновидностей, например геоморфологических районов.

Так, низкогорный выпуклосклонный рельеф характерен для части района, сложенной преимущественно карбонатными породами - известняками и доломитами кембрия жистыкской овиты, торгашинской свиты и шахматовской свиты. Этот район имеет сравнительно небольшую расчлененность. Абсолютные высоты положительных форм рельефа достигают 600 м. Возвышенности имеют довольно мягкие очертания, представляющие сглаженные вершины с выпуклой поверхностью склонов. Долины рек глубоко врезаны в коренные породы (р. Базаиха). В частности, в пределах данного района на северном склоне Торгашинского хребта расположен отработанный участок месторождения известняков в карьере «Цветущий лог», где проектируется новый золоотвал КТЭЦ-2.

Увалисто-холмистый среднерасчлененный рельеф приурочен к площади развития более устойчивых к разрушению пород среднего девона, развитых в краевой части Рыбинской впадины. Основными формами этого рельефа являются различно ориентированные увалы с мягкими очертаниями склонов и вершин.

К области развития эрозионно-аккумулятивного рельефа относится долина р. Енисей. Долина р. Енисей представляет собой в целом ступенчато-эрозионно-аккумулятивную равнину и имеет сложную морфологию. В долине р. Енисей на рассматриваемом отрезке четко выделяются VII, II, I надпойменные террасы и пойма. Седьмая надпойменная терраса с абсолютными отметками поверхности 275-280 м встречается в виде отдельных эрозионных останцев очень небольшой протяженности.

Вторая надпойменная аккумулятивная терраса занимает обширную площадь и сочленяется с коренным склоном долины. Относительная высота ее 18 м, цоколь располагается на отметках уреза реки. На поверхности этой террасы находится КТЭЦ-2,

Поверхность террасы ровная, осложнена песчаными дюнами, протягивающимися цепочкой вдоль уступа террасы.

Первая надпойменная аккумулятивная терраса занимает также значительную площадь. От поймы и реки она отделяется четким уступом, имеет ровную близкую к горизонтальной поверхность с абсолютными отметками 133-140 м, высоту 8 м и цоколь, опущенный под урез реки на 2-6 м.Пойма, уступ которой достаточно четко выражен, возвышается над меженным урезом реки на 3-6 м, имеет характерный гривистый рельеф. Однако, следует заметить, что в настоящее время поверхности поймы и первой и второй надпойменных террас в значительной степени видоизменены в связи с городским строительством.

Геодинамические условия и сейсмичность. Геологические процессы и явления являются одним из наиболее важных факторов, определяющих инженерно-геологическую обстановку местности.

Положение района г. Красноярска в области сопряжения различных тектонических структур наложило отпечаток на развитие и проявление геологических процессов, в связи с чем наблюдается определенная закономерность в приуроченности геологических процессов или иным породам.

В частности, на территории рассматриваемого района, относящегося к структуре Восточного Саяна, где на поверхность выходят массивно-кристаллические породы, основное значение имеют процессы выветривания, приводящие к нарушению монолитности пород, а в пределах развития карбонатных пород широко развиты процессы карстообразования. Кроме того, в пределах эрозионно-аккумулятивной долины Енисея получили развитие такие процессы, как боковая и иная эрозии, плоскостной смыв, оползни, проселочные явления. Однако, прямого воздействия эти явления на проектируемый золоотвал КТЭЦ-2 оказывать не будут, поэтому описание их проводится не будет.

Отдельно следует рассматривать вопрос о техногенном воздействии промышленных взрывов в действующем карьере известняков «Черный мыс».

Выветривание. Для района КТЭЦ-2 и в целом г. Красноярска характерно широкое развитие физического выветривания, что обусловлено континентальностью климата - резкими колебаниями суточных и сезонных температур, незначительным снежным покровом и глубоким сезонным промерзанием. Химическое выветривание имеет подчиненное значение. Характер и степень выветрелости пород тесно связаны со степенью тектонической раздробленности толщи, которая обуславливает глубину проникновения агентов выветривания, а также составом и свойствами выветривающихся пород, которые определяют как процесс выветривания, так и характер продуктов выветривания.

В районе проектируемого золоотвала КТЭЦ-2 развиты осадочно-метаморфизованные породы нижнего и среднего кембрия, в частности, известняки и доломиты торгашинской и шахматовской свит.

Высокая прочность доломитов и незначительная растворимость препятствуют развитию в них химического выветривания, за исключением самой поверхностной зоны (до 20-30 см).

Доломиты в коренных обнажениях сильно выветрены, разбиты системой тонких трещин и микротрещин в результате чего при ударе молотком отваливается неправильная кучковатая щебенка размером 3-5 см, часто со сглаженными углами. Стенки щебенки покрыты сплошь светло-серой, местами желтоватым оттенком железисто-карбонатной корочкой, являющейся продуктом химического выветривания доломита. В обнажениях доломиты интенсивно выветрены на глубину до 1,0-1,5 м, максимально до 2 м. Более глубокому проникновению физического выветривания, способствуют тектонические трещины.

Чисто торгашинские известняки отличаются значительно большей восприимчивостью к выветриванию. С дневной поверхности известняки разбиты на неправильную кусковато-плитчатую щебенку размером до 3-5, редко 10 см. Из сахаровидных разностей известняков мелкая щебенка легко раскрашивается на белую мучнистую массу. С поверхности выветривания известняки имеют зализанные изломы и покрыты желтовато-серой карбонатной корочкой. На плоскостях трещин и микротрещин выветривания встречается вишнево-бурый налет, а местами корочка (до 0,5 см) окислов железа.

Вдоль тектонических трещин порода часто брекчирована, что значительно облегчает выветривание и приводит к расширению тектонических трещин до 0,5 м на глубину до 1,5 м. Это, в свою очередь, ведет к расчленению массива и образованию останков. При этом следует заметить, что в процессе заполнения карьера отходами ТЭЦ-2 возможно усиление химического выветривания известняков в зоне их соприкосновения, а также усиление механического выветривания на границе вода-порода. Кроме того, выветривание по тектоническим трещинам одновременно с процессами растворения атмосферными водами приводит к образованию карста.

Максимальная мощность зоны выветривания составляет 1-1,5 м на склонах и несколько меньше на водоразделах.

Карст. Карстовые процессы, развитые в торгашинских известняках, выражены разнообразными морфологическими формами, возраст которых колеблется от силура до современного и подразделяется на два типа:

- карст, ввязанный с дренирующим влиянием близких эрозионных врезов;

- карст, связанный с дренирующим влиянием зон тектонических нарушений.

Древний карст. Его происхождение связано с растворением известняков по трещинам с азимутом падения 310-350° и углом 40-70°. Карстовые полости имеют неправильную форму с многочисленными разветвлениями, изменчивого диаметра поперечного сечения (от 1 до 10-12 м), они секут массив известняков, круто падая под углом от 70-90° до 30-40°, редко 25°, встречаются на глубине 25-85 м от поверхности.

На участке золоотвала карстовые полости встречены в магистральной канаве II, а также в забоях действующего карьера на отметках от 170 до 190 м. Как правило, все древние карстовые полости заполнены до тонкой с мощностью слойков 1-2 см. Обломочная часть песчаника состоит из кварца, каолинита, сидерита, лимонита, чешуек серицита, хлорита. Цемент прочносцементированными породами, представленными:

1. Песчаником бурого и буровато-коричневого цвета, мелкозернистым массивным слоистым, слоистость от очень грубой представлен зернами карбона с большим количеством гидроокислов железа, которые и создают красноватый цвет породы.

2. Алевролитами вишнево-бурыми, сильно дислоцированными, при выветривании распадающимися на щебенку неправильной формы размером до 3-4 см. Встречаются прослои массивноплитчатых алевролитов, пережатых на отдельности овальной формы размером до 10-15 см.

3. Мергелеподобными известковоглинистыми породами красноватого цвета, благодаря обильному содержанию окислов железа.

4. Брекчиями дробления, состоящими из обломков пород с остроугольными очертаниями, образованными, по-видимому, путем дробления породы при минимальном смещении составляющих обломков. Обломки представлены известняками, редко интрузивными породами. Цемент агрегат глинистого вещества, карбоната, гидроокислов железа с примесью обломков кварца, чешуек каолинита, хлорита, серицита. При этом на значительном протяжении порода заполнителя карстовых полостей контактирует с крепкими чистыми известняками.

Заполнитель древних карстовых полостей накапливался за счет выноса мелкого материала из красноцветных девонских пород, по-видимому, в момент их отложения, так как по составу очень похожи на девонские красноцветные песчаники и алевролиты и имеет одинаковую с ними степень цементации. С инженерно-геологической точки зрения древние карстовые полости не представляют большой опасности для гражданского и промышленного строительства, так как они не могут вызвать неравномерных осадок и не будут служить путями повышенной фильтрации, потому что нацело заполнены прочносцементированными нерастворимыми породами. Молодой карст чаще выражен в виде трубообразных воронок шириной 10-13 м и глубиной 6-7 м, полостями, приуроченными к плоскостям трещин шириной 2-4 м, и неправильными формами, осложненными ответвлениями. Непосредственно в золоотвале уступами вскрыты три трубообразных воронки диаметром от 4 до 10 м и глубиной до 30 м. Морфологические особенности всех молодых карстовых воронок являются стандартными для этого рода пустот в известняках и описаны выше. Линейные размеры поперечного сечения незначительны сравнительно с общей протяженностью этих воронок на глубину. Осевая линия воронок следует, в общем, вертикальному направлению, соответственно потоку подземных вод в известняках с отклонениями, являемыми характером трещиноватости породы. Сказанное полностью относится к единичным проявлениям древнего карста, вскрытым в уступах действующего карьера. Как и для молодого карста, для них характерны секущие формы, незначительность размеров в поперечном сечении, линейная вытянутость по направлению, близкому к вертикальному, тенденция к разветвлению с образованием мешкообразных форм.

Молодые карстовые полости выполнены, главным образом, песком серовато-желтым, мелкозернистым с неясной слоистостью, обусловленной ожелезнением. В других полостях этот песок кварцевый с ясно выраженной горизонтальной слоистостью, обусловленной сортировкой материала, т.е. наличием тонких прослоев слабоглинистого мелкозернистого песка. В средне-мелкозернистых песках встречаются прослои тонкозернистого песка мощностью до 5-7 см, обладающих очень тонкой горизонтальной слоистостью.

Кроме того, в песках встречаются линзовидные прослои гравийно-галечникового материала из разнообразных пород. Галька очень хорошей окатанности, размер ее от 2-3 см до 5-10 см. По-видимому, данный заполнитель поступая из аллювия седьмой надпойменной террасы р.Енисей путем его выноса в момент накопления аллювия. Об этом свидетельствует большое сходство состава песка и гравийно-галечникового материала заполнителя карстовых полостей с аллювием VII надпойменной террасы.

С инженерно-геологической точки зрения карстовые полости молодого возраста, выполненные песчаным и гравийно-галечниковым материалом, не представляет большой опасности в смысле неравномерности осадки от сооружений, так как каждая полость имеет очень небольшое поперечное сечение. Но при повышении обводненности массива торгашинских известняков могут возникнуть условия, благоприятные для выноса песчаного заполнителя карстовых полостей и возобновление карстовых процессов.

Разновидностью молодого карста являются пещеры, глубина залегания которых до 30 м, единичные до 100 м. Для основания сооружений пещеры представляют большую опасность, так как создают реальную угрозу провалов, тем более, что они труднокартируемы.

По данным наблюдений маркшейдерской службы цементного завода (М.М. Лисятинский) сезонные воды снеготаяния (а также ливневые дождевые), которые собираются в распадках между и выше карьерами «Цветущий лог» и «Черный мыс», обычно исчезают в карстовых воронках и соответственно в разрабатываемые горизонты карьеров не попадают. Глубина карстования массива торгашинских известняков контролируется базисом эрозии р.Енисей.

Сейсмичность. Район г. Красноярска и площадка строительства золоотвала, в частности, размещена в регионе с весьма слабой природной фоновой сейсмичностью, равной 5 баллам.

Однако, в непосредственной близости от проектируемого золоотвала расположены карьеры других предприятий г. Красноярска, в которых ведутся в настоящее время и будут продолжаться в будущем массовые взрывные работы с большим (до 30-40 т) количеством одновременно взрываемого аммонита. При этом сооружения золоотвала будут испытывать воздействие наведенной техногенной сейсмичности, эквивалентной по интенсивности воздействия землетрясению в 8 баллов по шкале Рихтера.

1.3 Климатические характеристики

Золоотвалы ТЭЦ-2 проектируется в карьерах известняках, располагающихся на южной окраине площадки ТЭЦ-2 в г. Красноярске, в пределах северного склона Торгашинского хребта, являющимся водоразделом рек Енисея и Базаихи. Абсолютные отметки хребта достигают 380-475 м, отметки склона, где расположен карьер, колеблются в пределах 370-310 м, относительное превышение над II надпойменной террасой, где находится площадка ТЭЦ-2, достигают 150-210 м.

Климат района резко континентальный с большой амплитудой колебания температуры воздуха в течение года и суток. Зима продолжительная, холодная, лето короткое, умеренно теплое. Среднегодовая температура воздуха +0,8°С, средний максимум +31,7°С, средний абсолютный минимум -39,6°С, среднегодовое количество осадков составляет 519,9 мм, большая часть которых выпадает в летний период. Господствующее направление ветра юго-западное.

Температура воздуха. Наиболее теплый месяц - июль, средняя месячная температура которого 18,7-19,9°. Средняя месячная температура наиболее холодного месяца января - минус 17,4°. Дата первого мороза 20.09, дата последнего мороза - 21.05. Единственный месяц июль, когда не наблюдаются заморозки.

Глубина промерзания почвы. Максимальная глубина составляет -- 248 см, наблюдаемая в третьей декаде апреля, средняя - 165 см. Это обусловлено небольшой высотой снежного покрова. Влажность воздуха. Наибольших значений относительная влажность воздуха достигает в августе - 76%, наименьший - в январе - 71%, среднегодовая - 67%. Абсолютная влажность воздуха в июле до 18%.

Ветер. Площадка проектируемого золоотвала расположена в долине р. Енисей, что и обуславливает направление ветра. По данным наблюдений преобладают ветры юго-западного и западного направлений. Средне-месячные скорости ветра колеблются от 1,9 до 3,3 м/с. Ветры с наибольшей скоростью 30-40 м/с наблюдаются в основном в зимний период. Максимальная скорость ветра 1% обеспеченности равна 45 м/с, наблюдаемая максимальная скорость ветра за период наблюдений 34 м/с..

Атмосферные осадки. Среднегодовая сумма осадков составляет 454 мм, наибольшее количество осадков за многолетний период составило 555 мм, наименьшее-255 мм, наибольшая суточная сумма осадков 1% обеспеченности равна 94 мм.

Снежный покров. Средняя дата появления устойчивого снежного покрова разрушение начинается IX,сход снежного покрова IV.Средняя высота снежного покрова за зиму составляет 35 см, наименьшая-20 см, наибольшая-57 см. Среднегодовое число дней с туманом - 14 дней.

1.4 Геологическое строение

Геологическое строение района Торгашинского месторождения известняков, в котором идет разработка карьера «Цветущий лог», определяется его положением среди крупных геологических структур. Данный район расположен в области сочленения Манского прогиба Восточных Саян и Чулымо-Енисейской впадины. По данным геологической съемки масштаба 1:50000, выполненной в 1967 г., и материалам разведки участка «Черный мыс» 1981-1982 региональное геологическое строение данной территории выглядит следующим образом.

Стратиграфия. Наиболее древними породами, развитыми в пределах района, являются докембрийские образования жистыкской свиты вендской системы. Жистыкская свита сложена кварц-полевошпатовыми песчаниками, алевролитами, известняками с примесью терригенного материала, реже гравелитами и конгломератами, развита в тектонических блоках на северо-западе рассматриваемого района.

На размытой поверхности докембрийских образований со стратиграфическим несогласием залегают кембрийские отложения калтатской, торгашинской, шахматовской свит.

Кембрийская система. Нижний отдел. Калтатская свита. Отложения свиты развиты преимущественно в западной части площади района. Сложена она известковистыми алевролитами, часто переслаивающимися с песчаниками и известняками, невыдержанными по простиранию прослоями гравелитов и конгломератов. Мощность свиты 450 м. Нижний-средний отдел Торгашинская свита.Отложения свиты залегают со стратиграфическим несогласием в западной части площади на отложениях колтатской свиты, а в восточной - на докембрийских образованиях жистыкской свиты. Порода торгашинской свиты слагает осевую часть Торгашинского хребта, к ним приурочено Торгашинское месторождение известняков.

Отложения свиты представлены известняками с редкими и тонкими прослоями доломитизированных известняков и доломитов. Известняки представляют собой породу серого цвета различных оттенков, реже встречаются темно-серые разности, иногда до черных.

Структура пород преимущественно скрыто-мелкозернистая, текстура массивная, пятнистая, иногда до брекчевидной и довольно редко неотчетливо слоистая. Такие текстуры характерны для известняков сложного рифогенно-хемогенного генезиса, формировавшихся в условиях мелководья шельфовых зон. Возможно порода представляет собой обломки рифовых строений сцементированных хемогенными осадками.

Известняки являются высококальциевыми породами о содержанием СаО - 50-52%, в их минеральном составе преобладает кальций, доломитизированные известняки имеют резко подчиненное распространение и очень не выдержаны, мощность слоя колеблется от 2-3 м до 20-30 м. Для доломитизированных известняков так же как и для чистых разностей, характерны кальцитизация и окварцевание.

Алевролит-песчанистые породы встречаются в различных частях разреза карбонатной толщи и в резко подчиненном количестве. Они образуют маломощные линзовидные - сингенетичные тела (прослои) небольшой протяженности и не могут служить маркирующими горизонтами в толще карбонатных пород.

Карбонатные породы месторождения в значительной степени закарстованы. Форма и размеры карстовых образований весьма разнообразны, интенсивность закарстования неравномерная. По своему положению в разрезе различается поверхностный и внутренний карст, по форме его заполнения он бывает залеченным как полностью, так и частично, либо открытый, в свою очередь заполнитель может быть рыхлым.

1.5 Гидрогеологические условия

Сложность геологического строения района и его геоморфологических условий обуславливает сложность картины распределения, динамики и режима геологической структурой района, на территории которого выделена два структурно-гидрогеологических этажа, которым свойственны своеобразные формы скопления подземных вод. Первый структурно-гидрогеологический этаж объединяет серию осадочных пород кембрийской системы, это уплотненные, частично метаморфизованные и интенсивно дислоцированные породы, обладающие, преимущественно, трещинной проницаемостью. Занимают они юго-западную часть описываемой территории и относятся к схеме гидрогеологического районирования Восточной Сибири к Восточно-Саянской гидрогеологической области. Здесь распространены исключительно пресные гидрокарбонатно-кальциевые воды, аккумулирующиеся в бассейнах трещинно-грунтовых и трещинно-карстовых вод.

Второй структурно-гидрогеологический этаж отделенный от первого региональным несогласием, включает серию девонских терригенных, терригенно-карбонатных отложений, эта толща характеризуется пестрым петрографическим составом, фациальной изменчивостью и, следовательно, сложной картиной распределения подземных вод. В целом она имеет низкую водопроницаемость и водоотдачу, почему и слабо обводнена. Пространственно второй этаж занимает центральную и восточную части территории и представляют окраинную часть Чулымского артезианского бассейна. Четвертичный водоносный комплекс занимает особое место. Он пользуется широким распространением в долине р. Енисея и имеет большое практическое значение.

В зависимости от гипсометрического положения, условия питания, дренажа и времени года, глубина залегания свободной поверхности подземных вод меняется от 47-51 м от дна карьера (скв.1-3) до 90-94 м и более от поверхности склона (скв.4а, 5а), с колебанием абсолютных отметок от 206-209 до 228-230. Уклон подземного потока направлен в сторону р. Енисей и равен 0,071.

Режим подземных вод сложен и неустойчив. Наибольшее влияние оказывают на него атмосферные осадки, то есть величина питания. Максимальное положение уровня воды и максимальные расходы родников приходятся на май, минимальные наблюдаются в марте-апреле, в период полного отсутствия инфильтрационного питания. Годовая амплитуда колебания уровня подземных вод достигает 20м.

Характер изменения водопроницаемости пород по площади в разрезе следует закономерностям развития трещиноватости и карста.

На участке карьера - золоотвала выделяется две зоны, отличающиеся между собой по водопроницаемости. Первая совпадает с зоной поверхностного разуплотнения Б1 и Б2 и характеризуется коэффициентом фильтрации 1 м/сут. Согласно СНиП 2.02.85 породы этой зоны относятся к водопроницаемым. Ниже расположена зона слабопроницаемых пород с коэффициентом фильтрации 0,03 м/сут, в которой отмечаются закарстованные участки повышенной водопроницаемости (Кф=1 м/сут). На глубине 120-130 м залегают практически водонепроницаемые породы.

По химическому составу грунтовые воды от гидрокарбонатно-сульфатно-кальций-натрий-магниевых до гидрокарбонатно-кальциевых, пресные, от мягких до умеренно-жестких. Содержание микрокомпонентов не превышает предельно-допустимых концентраций (скв.4а, 5а и др.). На стадии рабочего проектирования резервного складирования золошлаков КТЭЦ-2 рассмотрены расчеты максимального стока ливневых вод с водосборной площади золоотвалов. По данным рекогносцировочного обследования по ним имеется ряд небольших временных водотоков. В верхней части склоны лога пологие, засеянные (береза, осина и хвойные деревья), сложенные суглинками со щебнем. Уклоны по длине лога от 120 до 130 промиль. Водотоки представляют собой небольшие ручьи шириной 1,5 - 2,0 м, глубиной 0,2 - 0,4 м, ложе русла сложено гравием и песком. Водотоки непостоянные, зависят от выпавших жидких осадков в летний период. Из-за незначительных снегозаносов и небольшой высоты снежного покрова в весенне-зимний период снеготаяние происходит на месте и значительного притока в карьер по «Цветущему логу». Длина бассейна по главному логу составляет около 2 км.

Основной задачей при расчете максимальный расходов ливневых дождей, которые попадают в карьер золоотвала со всей водосборной площади, стояло получение параметров максимального стока различной обеспеченности для I и II этапа проектирования размеров насосных станций и отводящей нагорной канавы, по перехвату поверхностного стока в карьер.

По результатам гидрологическим расчетов получены данные о максимальных расходов дождевого паводка различной обеспеченности для I и II этапа выполнения проектных работ. Результаты подсчета максимальных расходов дождевого паводка, попадающих непосредственно в чашу карьера, с учетом отвода поверхностного стока отводящей нагорной канавы.

Были произведены гидрологические расчеты по оценке минимального летнего стока, по результатам расчетов минимальный летний суточный расход 90% обеспеченности равен 0,59 л/с, минимальный 30-дневный расход 90% обеспеченности-0,79 л/с.Как было указано раньше, максимальные расходы весеннего снеготаяния равны практически нулю. Небольшие снегозапасы оседают и тают на месте, увеличивая только подземный сток, а направленного поверхностного стока в карьер не наблюдается.

Для проектирования инженерно-защитных и гидротехнических сооружений были произведены гидрологические расчеты ординат гидрографа стока дождевого паводка "Цветущего лога".

Относительные координаты гидрографов х, у рассчитаны согласно методический указаний по определению расчетных гидрологических характеристик.

При площади водосбора F 200 км2 для вычисления ординат гидрографа Qi и условной продолжительности подъема tn принимается максимальный мгновенный расход Qp и соответствующий ему модуль стока q (л/с км2),

Коэффициент несимметричности К принят по реке аналогу (Кача К=0,39), ему соответствуют коэффициенты L и d (L=l,3, d=3,7).

1.6 Растительный и животный мир

Большая часть площади покрыта смешанным лесом и кустарником, задернована и лишь местами известняки обнажаются в виде скал и элювиальных развалов.

Растительный покров района относится к горной тайге. Северные склоны и высокие террасы занимают березовые и сосновые леса. Березняки имеют различный травянистый покров. Береза в пригородной зоне угнетена и постепенно начинает вымирать. На высоких террасах встречаются отдельными пятнами осинники. Растительность горной части окрестностей города - таежная и представлена сосной обыкновенной, пихтой сибирской, осиной, лиственницей и кедром.

Город опоясан лесными массивами. Общая площадь их составляет 5332 га, в том числе Базайская лесная зона с максимальной высотой 592 м над уровнем моря, расположенная в предгорьях Восточного Саяна и занимающая самую северную их часть площадью 2529 га. Резкая пересеченность рельефа при относительно небольших абсолютных высотах (200-500 м над уровнем моря) и незначительный перепад высот (до 50-200 м) дает основание отнести эти леса к катгории низкогорных. В рассматриваемом районе преобладают относительно пологие склоны. Крутые (более 30%) уклоны здесь редки. Лесной покров исследуемого района не имеет эксплуатационного значения и поэтому на первое место выступает его экологическая роль. Леса выполняют, в основном, средозащитные функции: водоохранные, почвозащитные, санитарно-гигиенические т.д.

В результате промышленного развития района (разрезы, автодороги, золоотвалы.) и близости города, животное население позвоночных в окрестностях карьера «Цветущий лог» практически отсутствует и представлено исключительно небольшими популяциями птиц. Появление диких лесных животных очень редки и возможны только в случаях лесных пожаров при частичной или полной остановке работ в карьерах. К основным представителям лесных насекомых относятся растительные насекомые с ротовым аппаратом колюче-сосущего типа и божьи коровки.

золоотвал геоморфологический фильтрация грунт

2. Физико-механические свойства пород и грунтов

Чаша золоотвала Красноярской ТЭЦ-2 слагается бескварцевыми хемогенными известняками торгашинской свиты нижнего-среднего кембрия, которые перекрыты делювиальными дресвяно-щебенистыми образованиями четвертичного возраста. Рыхлые отложения залегают сплошным покровным чехлом мощностью 4-6 м на северном склоне Торгашинского хребта, где и расположен карьер «Цветущий лог», используемый под новый золоотвал. У подножия склонов и на выположенных участках мощность делювия достигает 10-15 м.

Литологический состав делювиальных отложений довольно однообразен - суглинки, реже супеси с дресвой и щебнем коренных пород. Содержание обломков от 10 до 25%, ниже по разрезу количество обломочного материала возрастает до 45-60% и грунт, в основном, дресвяно-щебенистый с суглинистым заполнителем переходит в глыбовую кору выветривания. Изучение физико-механических свойств грунтов и пород, в том числе оценка степени сохранности бортов карьера, производилась на основании комплекса инженерно-геологических, геофизических и лабораторных исследований. Свойства пород изучались описанием обнажений и керна, методом сопоставления разрезов скважин, испытанием образцов в лабораторных условиях. Лабораторные исследования рыхлых грунтов и скальных пород выполнены в лаборатории института «Красноярскгидропроект» в соответствии с действующими ГОСТами. При выборе значении расчетных показателей физико-механических свойств грунтов и пород были так же использованы материалы лабораторных исследований Томского отделения института «Теплоэлектропроект» по существующему золоотвалу в карьере «Увал промартели», а также данные Осиновской партии Красноярской гидрогеологической экспедиции ПГО «Красноярскгеология», материалы изысканий института «Красноярскгидропроект» прошлых лет.

Основанием всех проектируемых сооружений нового золоотвала будут являться известняки торгашинской свиты нижнего-среднего кембрия.

Характеристика рыхлых грунтов, в частности суглинков, используемых в качестве строительных материалов приводится в главе «Стройматериалы».

Известняки торгашинской свиты нижнего-среднего кембрия серые, скрытокристаллические, с массивной текстурой. В результате химического выветривания приобретают сглаженные формы, становятся более светлыми, покрываются с поверхности розовато-серой карбонатной корочкой и налетом окислов железа. В результате физического выветривания известняки распадаются на неправильно-кусковатую щебенку размером 3-15 см.

Физико-механические свойства известняков изучались по образцам керна, отобранных из скважин, в целом по скальному массиву, несмотря на выделенные зоны поверхностного разуплотнения (см. главу Геологическое строение и трещиноватость скального массива). Результаты лабораторных исследований известняков показывают, что их физико-механические свойства не зависят от глубины взятия пробы. Плотность частиц грунта составляет 2,82 г/см3-2,65 г/см3 при среднем значении 2,72 г/см3, плотность породы изменяется от 2,70 г/см3 до 2,61 г/см3 при среднем значении 2,67 г/см3. Предел прочности при сжатии для воздушно-сухого образца 71,0 МПа, при водонасыщении образцов уменьшается до 62,0 МПа. Известняки характеризуются малыми значениями пористости (2,0%) и водопоглощения (0,5%). Расчетные показатели породы принимаются согласно СНиП 2.02.02-85 - коэффициент внутреннего трения tg=0,55, удельное сцепление С=0,05 МПа, модуль общей деформации Ео=5х103 МПа. В толще известняков, по данным бурения, отмечаются прослои и линзы мергелей красно-коричневого цвета мощностью от 1,0 до 10,0 м. В скважине № 4 на глубине 108,2 м мощность мергелей составила 19,9 м. Мергели микрослоистые, толсто- и тонкоплитчатые. Разбиты трещинами напластования мощностью до нескольких сантиметров, залеченными кальцитом. Плотность частиц грунта составляет ?s=2,67 г/см3,плотность ?=2,42 г/см3. Прочность мергелей в сухом состоянии 23,2 МПа, уменьшается при водонасыщении до 9,3 МПа. Мергели неводопрочные, практически несжимаемые, устойчивы к химическому выветриванию. Характеризуются повышенной пористостью до 8% и водопоглощением до 4%.

В качестве расчетных показателей принимаются значения коэффициента внутреннего трения tg=0,45, удельное сцепление С=0,02 МПа, модуль общей деформации Ео=0,1х103 МПа.

2.1 Физико-механические характеристики золошлаковых отходов

Теплоэнергетическая зола Канско-Ачинских углей, сжигаемых на Крас-ноярской ТЭЦ-2 (Гаврилин, Озерский, 1996 г), имеет следующий усредненный химический состав (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Средний химический состав золы Канско-Ачинских углей

Таблица 2.2 - Минеральный состав золы Канско- Ачинских углей

Как видно из материалов, приведенных в таблице, собственно минеральные виды образует кремний, кальций, алюминий, железо, магний и сера. Остальные элементы (натрий, калий и микроэлементы) не являются минералообразующими. Они присутствуют в минералах таблицы в виде изоморфных примесей к компонентам химических формул. Расчет минерального вида золы, выполненный А.Ю. Озерским (1999 г), показал следующие особенности ее состава (в таблице 2.3). Основными минералами золы являются шаннонит, алюмоферрит, трехкальциевый алюминат и в меньшей степени кварц, оксид кальция, магнетит, периклаз и гематит. Из микроэлементов преобладают барий, марганец, стронций и титан.

Таблица 2.3 Расчетный минеральный и микроэлементный состав золы Канско-Ачинских углей

Согласно имеющимся данным, золошлаковые отходы Канско-Ачинских углей гидратационно активны. При взаимодействии с водой они изменяют свой состав и свойства. В химические реакции с водой вступают от 50% до 95% общей массы золошлаков. С эколого-геохимической точки зрения ведущее значение во взаимодействии с водой играет реакция гидратации свободного оксида кальция:

СаО+Н2О=Са (ОН)2

Которая формирует щелочную реакцию водной среды (рН=12). Анализы водных вытяжек из золошлаков показывают, что водная среда имеет гидроксильныи кальциевый состав, что также подтверждает ведущее значение приведенной выше реакции, формирующей щелочную водную среду. Установленная растворимость в результате проведения аналитических исследований 52 водных вытяжек.

А.Ю. Озерским (1996 г) из золошлаковых отходов самых крупных теплоэлектростанций Красноярского края, работающих на Канско-Ачинских углях, приведена в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Растворимость и главные ионы золошлаковых отходов из Канско-Ачинских углей

Низкая вариабельность значений растворимости в таблице 2.4 свидетельствует об однородности условий растворения золошлаков вне зависимости от места положения объекта их хранения и размещения. В этой связи полученное значение 0,76% или 0,0076 долей единицы, может быть принято как определяющее для всякого экологического прогноза и оценок.

Таким образом, учитывая особенности вещественного состава отходов ТЭЦ-2 и водорастворимость главных составляющих ионов золошлаков 0,76%, позволяют считать основными загрязнителями природной среды следующие основные компоненты сульфаты, хлориды, микроэлементы - марганец, свинец, хром, цинк, кальций.

При намыве ЗШМ в гидрозолоотвал происходит фракционирование частиц и агрегатов по длине откоса намыва: наиболее крупные и более окатанные частицы осаждаются вблизи выхода пульпы, а более мелкие и менее окатанные - по периферийной зоне, что в конечном итоге приводит к образованию слоистой толщи. Мощности ритмично переслаивающихся слоев из золы и шлака колеблются в пределах от нескольких миллиметров до 5 см. По гранулометрическому составу золошлаковый материал соответствует пескам пылеватым. Нормативные и расчетные показатели для ЗШМ, полученные при исследованиях в разные годы в гидрозолоотвале КТЭЦ-2, приведены в таблице 2.5.