Намывное или наливное хвостохранилище: чем различаются риски, наблюдения и требования надзора

Разница между намывным и наливным хвостохранилищем не терминологическая. Она определяет, из чего сложено тело дамбы, какой сценарий аварии считается основным, какие приборы стоят на сооружении и как часто с них снимают показания. Владельцы, которые эту разницу не держат в голове, получают на преддекларационном обследовании замечания одного типа: программа натурных наблюдений написана «вообще про ГТС», а не под конкретную конструкцию.

Разбираем обе схемы по существу и сводим отличия в таблицу.

Наливное хвостохранилище: сначала строят ёмкость, потом заполняют

Наливной накопитель — это готовая чаша, ограждённая дамбой, возведённой на полный проектный профиль из грунтовых материалов: карьерного грунта, вскрышных пород, реже — специально подобранной смеси. Пульпа подаётся в уже построенную ёмкость. Тело дамбы физически не связано с хвостами, поэтому свойства уложенных отходов на устойчивость ограждающего сооружения напрямую не влияют.

Наливную схему применяют там, где нет естественной чаши в рельефе, и там, где хвосты по гранулометрии непригодны для намыва: мелкодисперсные шламы, илы, отходы с высокой долей глинистой фракции, продукты химических производств. Наращивание тоже возможно, но выполняется привозным грунтом, а не отходами, и по сути представляет собой новый этап строительства со своей проектной документацией.

Намывное хвостохранилище: дамба растёт из самих хвостов

Намывная схема начинается с первичной дамбы обвалования из грунта. Дальше пульпа сбрасывается по периметру чаши: крупная песчаная фракция осаждается у откоса и формирует надводный пляж, мелкая уходит в отстойный пруд. Из отложившихся песчаных фракций и наращивают дамбу — ярусами, по мере заполнения ёмкости.

Экономика очевидна: материал для наращивания не надо возить, он уже на объекте и образуется сам. Плата за это — тело сооружения из водонасыщенного намытого материала, прочность которого зависит от режима эксплуатации: от интенсивности намыва, от того, дали ли слою отстояться и уплотниться, от работы дренажа и от того, где проходит граница пляжа и прудка.

Наращивать намывную дамбу можно тремя способами: в сторону верхового откоса (внутрь чаши, поверх ранее уложенных хвостов), в сторону низового откоса (наружу, с опиранием на естественное основание) и по оси — с частичным опиранием на то и другое. Именно первый вариант в мировой и отечественной практике считается наиболее уязвимым.

Таблица: чем различаются намывное и наливное хвостохранилище

Признак	Наливное	Намывное
Способ возведения дамбы	Сразу на полный профиль, до начала складирования	Первичная дамба обвалования, далее ярусы по мере заполнения
Материал тела дамбы	Карьерный грунт, вскрышные породы — характеристики известны и стабильны	Намытые хвосты; свойства формируются в процессе эксплуатации
Наращивание	Отдельный этап строительства с привозным материалом	Непрерывный технологический процесс, совмещённый с эксплуатацией
Основной сценарий аварии	Перелив через гребень при пропуске паводка, фильтрационные деформации основания, отказ водосброса	Потеря устойчивости низового откоса, разжижение водонасыщенных хвостов, выход депрессионной кривой на откос, прорыв яруса наращивания
Ключевые контролируемые параметры	Уровень воды и запас превышения гребня, фильтрационный расход, осадки и смещения, состояние крепления откосов и водосброса	Положение депрессионной кривой, поровое давление, интенсивность и послойность намыва, плотность и гранулометрия уложенных хвостов, ширина надводного пляжа
Контрольно-измерительная аппаратура	Базовый состав: пьезометры, поверхностные марки, водомерные устройства, реперы	Расширенный: плотные створы пьезометров по низовому откосу, датчики порового давления, инклинометры, марки на каждом ярусе
Частота измерений	Регламент по программе наблюдений, учащение в паводок и после ливней	То же плюс привязка к режиму намыва: учащение при переходе на новый ярус и при росте интенсивности подачи пульпы
Проектные обоснования	Устойчивость откосов, фильтрация, пропуск расчётного паводка	Дополнительно: расчёты на промежуточных стадиях наращивания, оценка разжижения, обоснование технологического регламента намыва
Специфика при консервации и ликвидации	Откосы стабильны, задача — осушение, перекрытие и рекультивация поверхности	Требуется подтвердить устойчивость после прекращения намыва, когда пляж перестаёт подсыпаться, а дренаж меняет режим

Почему наращивание в сторону верхового откоса самое уязвимое

При такой схеме каждый следующий ярус опирается на ранее намытые хвосты — материал молодой, водонасыщенный, с незавершённой консолидацией. Отсюда три проблемы, которые складываются друг с другом.

Первая — разжижение. Рыхлый водонасыщенный песчаный материал при быстром нагружении или динамическом воздействии теряет прочность лавинообразно: поровое давление растёт, эффективные напряжения падают, массив ведёт себя как жидкость. Спусковым крючком становится сейсмическое воздействие, работа тяжёлой техники, буровзрывные работы поблизости или просто слишком быстрый рост нагрузки от нового яруса.

Вторая — депрессионная кривая. Если она поднимается и выходит на низовой откос, вместе с фильтрационным потоком на откосе появляются высачивание, суффозия и оплывины. Держат её ниже расчётной отметки два инструмента: работающий дренаж и достаточная ширина надводного пляжа, которая отодвигает прудок от гребня.

Третья — технологическая дисциплина. Намыв сверх проектной интенсивности, укладка нового слоя без выдержки предыдущего, смещение прудка к дамбе из-за неравномерного выпуска пульпы — всё это ухудшает свойства тела дамбы, но фиксируется только в журналах и по приборам, а внешне сооружение выглядит нормально. Именно поэтому надзор смотрит не только на состояние откоса, но и на первичные документы эксплуатации.

Что контролируют на намывном накопителе в первую очередь

• Положение депрессионной кривой по створам пьезометров — сравнение с расчётным положением, принятым в проекте, и с критериальными значениями К1 и К2;
• поровое давление в теле дамбы и в основании, особенно при переходе на новый ярус;
• интенсивность намыва и соблюдение послойности — фактические отметки против проектного графика;
• плотность и гранулометрию уложенных хвостов по контрольным выработкам — подтверждение характеристик, заложенных в расчёт устойчивости;
• ширину надводного пляжа и положение уреза воды относительно гребня;
• превышение гребня над уровнем воды с учётом аккумулирующей ёмкости на пропуск паводка;
• осадки и горизонтальные смещения по маркам и реперам, состояние низового откоса — трещины, просадки, выпоры, мокрые пятна;
• расход и мутность дренажных вод — рост выноса частиц сигнализирует о суффозии.

Детальный состав аппаратуры и периодичность разбираются в отдельном материале о том, как оснастить хвостохранилище контрольно-измерительной аппаратурой, а логика назначения критериев — в материале о критериях безопасности ГТС.

Что меняется при сгущённых хвостах и сухом складировании

Обезвоживание хвостов до состояния пасты или кека меняет саму природу объекта. Прудка либо нет вовсе, либо он сведён к техническому минимуму, свободной воды в массиве мало, гидродинамический сценарий аварии — прорыв с волной прорыва — перестаёт быть определяющим. Вместо него на первый план выходят другие вопросы:

• устойчивость штабеля и его откосов как грунтового сооружения, а не как дамбы с напором;
• пылеподавление и закрепление поверхности — сухая мелкодисперсная фракция разносится ветром;
• водоотвод с поверхности штабеля и организация сбора фильтрата;
• энергозатраты и стоимость обезвоживания, которые переносят нагрузку с капитальных затрат на операционные;
• правовой статус объекта — при отсутствии напорного фронта сооружение может перестать отвечать признакам ГТС и остаться в периметре законодательства об отходах.

Последний пункт трогать на слух нельзя. Статус определяется конструкцией и проектными решениями конкретного объекта, а не общей формулировкой «мы перешли на сухое складирование». Решение принимается по проекту, с обоснованием, и подтверждается позицией территориального управления Ростехнадзора. Практика по таким объектам ещё формируется, и опираться нужно на действующую редакцию нормативных документов — тексты публикуются на официальном портале правовой информации и в справочно-правовых системах.

Что из этого следует для владельца

Практический вывод простой: тип накопителя должен быть виден во всех документах, а не только в пояснительной записке проекта. Программа натурных наблюдений, критерии безопасности, состав аппаратуры, регламент эксплуатации и перечень нештатных ситуаций у намывного и наливного сооружения различаются по существу. Если программа наблюдений на намывном хвостохранилище не содержит контроля депрессионной кривой и режима намыва — это замечание, которое всплывёт на обследовании и в декларации.

НПИ «Недра» ведёт накопители целиком: обследование сооружения и оценка состояния дамбы, расчёты устойчивости и фильтрации, программа натурных наблюдений и критерии безопасности, декларация безопасности, проекты консервации и ликвидации. Технологическое оборудование накопителя — пульповоды, насосные агрегаты, запорная арматура, грузоподъёмные механизмы — обычно входит в состав опасного производственного объекта и требует экспертизы промышленной безопасности; если срок очередной ЭПБ уже поджимает, её можно оформить через сервис «Блиц-эксперт»: заявка уходит сразу всем экспертам с нужной областью аттестации, первый свободный берёт её в работу, цена по тарифу видна до регистрации, срок — от одного дня, заключение приходит с электронной подписью.

Если вы не уверены, к какому типу отнесён ваш накопитель по действующему проекту и соответствует ли ему нынешняя программа наблюдений, опишите объект в форме заявки ниже — инженер посмотрит документы и скажет, что нужно привести в порядок в первую очередь.

Фото: Barsamuphe, Wikimedia Commons, CC BY 3.0