Спосіб ліквідації кар’єрів

УКРАЇНА (19) UA (51) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ (11) 40203 (13) A 7 E02B3/16, E02D3/12 ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ ЛІКВІДАЦІЇ КАР'ЄРІВ (13) 40203 (11) Зменшення частки підземної води в суміші поверхневих і підземних вод приводить до зменшення мінералізації води в штучному озері, що є метою даного способу. Фізична сутність винаходу основана на тому, що при заповненні кар'єру об'ємом W прісною і підземною водою мінералізація води М визначається загально відомою формулою змішування: М=(W підз*Мпідз+Wпов*Мпов)/W (1), де Мпідз - мінералізація підземних вод, Мпов - мінералізація прісної поверхневої води, Wпідз - об'єм підземних вод, Wпов - об'єм поверхневих вод. З формули (1) видно, що для зменшення мінералізації води в озері потрібно зменшити приток підземних вод і збільшити приток прісної поверхневої води. Приток підземних вод в кар'єр Qпідз залежить від пониження напору води S відносно статичного рівня. Якщо залити виїмку прісною водою, пониження S прагне до нуля, внаслідок чого приток підземних вод припиняється. Таким чином, щоб мінімізувати поступлення підземних вод в кар'єр в період його затоплення, необхідно швидко залити виїмку прісною водою. Розрахунок заповнення виїмки водою ведеться чисельним інтегруванням балансового рівняння виду (Qп(S)+Qа+Qp)*dt=-F(S)*dS, (2) де Qп(S) - приток підземних вод, який зменшується по мірі заповнення виїмки. Для напірних водоносних горизонтів, яким є тортонський водоносний комплекс, приток води прямо пропорціональний пониженню рівня від статичного (Абрамов С.К., Газизов М.С., Костенко В.И. Защита карьеров от воды. – М.: Недра, 1976. – С. 34): Qп(S)=Q0*S/S0, (3) UA Винахід відноситься до гірничої справи і може використовуватись для ліквідації кар'єрів. Відомі способи ліквідації кар'єрів шляхом створення в кар'єрних виїмках штучних озер, для чого їх заливають водою [1]. Недоліком відомих способів є підвищена мінералізація води в штучних озерах, обумовлена притоком в період затоплення мінералізованих підземних вод. Найближчим по технічної суті і результату, що досягається, є спосіб ліквідації кар'єрів, в якому з метою зменшення притоку мінералізованих підземних вод виходи водоносних порід на дні і в бортах кар'єру ізолюють глиняним екраном [2], а після того заповнюють виїмку водою. Недолік цього способу - великі витрати часу і коштів на відсипку глиняного екрану. В основу винаходу покладено завдання скоротити витрати часу і коштів на ліквідацію кар'єру шляхом удосконалення способу зменшення притоку підземних вод в озеро, що створюється в кар'єрі. Поставлене завдання досягається тим, що прісну воду попередньо накопичують у водосховищах, а потім заливають виїмку в форсованому режимі. Під форсованим режимом розуміється скид води з максимально можливою швидкістю, яка визначається пропускною здібністю гідротехнічних споруд для спуску води з водоймища в кар'єрну виїмку. Суттєві ознаки винаходу: - попереднє накопичування прісної води, - заливання прісної води у виїмку в форсованому режимі. Заливання виїмки попередньо накопиченою прісною водою в форсованому режимі приводить до швидкого підняття рівня води в кар'єрній виїмці, в результаті чого зменшується гідравлічний нахил потоку підземних вод і приток останніх у виїмку. A (57) Спосіб ліквідації кар'єрів, який включає перетворення кар'єрних виїмок в штучні озера шляхом заповнення водою, який відрізняється тим, що прісну воду попередньо накопичують у водосховищах, а потім заливають виїмку в форсованому режимі. (19) (21) 2000105659 (22) 05.10.2000 (24) 16.07.2001 (33) UA (46) 16.07.2001, Бюл. № 6, 2001 р. (72) Гайдин Анатолій Маркович (73) Гайдин Анатолій Маркович, UA 40203 де Q0 - приток води в період осушення, S - перемінне пониження, що відраховується від природного рівня (напору) підземних вод, S0 - пониження напору в період осушення, Qа+Qp - приток атмосферної і річкової води за винятком випарювання, F(S) - площа водного дзеркала, яка збільшується з часом, dt - елементарний відрізок часу, dS – прирощення пониження рівня за відрізок часу dt. Винахід пояснюється рисунками, на яких показано послідовність дій по заповненню кар'єру водою згідно запропонованого способу: фіг. 1 - кар'єр і водосховище в робочому стані, фіг. 2 - кар'єр і водосховище в період накопичення води, фіг. 3 - кар'єр і водосховище в період затоплення. Наводимо конкретний приклад здійснення затоплення кар'єру. На фіг. 1 показано кар'єр 1 з зумпфом 2, з якого насосом 3 відкачують підземні води. Рівень води знаходиться на глибині S від статичного напору. Одночасно, щоб попередити приток річкових вод в кар'єр, в долині ріки побудовано водосховище 4, з якого насосом 5 перекачують воду в іншу річку. На фіг. 2 показано накопичення води в водосховищі. При тому з кар'єру продовжують відкачувати воду. На фіг. 3 показано заповнення кар'єру водою з водосховища в форсованому режимі. Після швидкого скиду води з водосховища в виїмку пониження рівня S зменшилось, відповідно зменшився і приток підземної води. Проектні розрахунки показали, що виїмка глибиною 100 м і об'ємом 195 млн. м3 при заповненні її відомим способом буде заповнюватись 5 років і частка підземних вод в суміші буде 25%, в результаті змішування річкових і підземних вод мінералізація води буде 1,2 г/л, що перевищує чинні норми. Відповідно до запропонованого способу припинили перекачку води з водосховища і почали розчистку русла для скиду води. За рік було накопичено 35 млн. м3 річкової води, після чого воду за 2 місяці скинули у виїмку. Об'єм накопиченої води 35 млн. м3 визначається ємністю водосховища, а термін скидання 2 місяці - пропускною здатністю русла. В результаті форсованого скиду води частка підземних вод в суміші зменшилась до 16%, а мінералізація води до 0,8 г/л. Термін заповнення виїмки скоротився з 5 до 4 років. Запропонований спосіб має наступні переваги: економічні - дозволяє зменшити витрати електроенергії на ліквідацію кар'єру, оскільки в період розчистки русла перекачка води не проводилась, екологічні - дозволяє покращити якість води в штучному озері. Джерела інформації 1. Рекультивация земель. Горная энциклопедия. Т. 4. - С. 335. 2. Edward Gorylewski, Ryszard Uberman. Problemy likwidacji kopaln siarky oraz rekultywacji i zagospodarowania terenow i wyrobisk poeksploatacylnych. Ogolnopolska konferencija naukowa "Polski przemysl siarkowy – zagrozenija i szance". Tarnobrzeg, 1999. Фіг. 1 2 40203 Фіг. 2 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3