PL249880B1

PL249880B1 - Uszczelnienie i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych

Info

Publication number: PL249880B1
Application number: PL444601A
Authority: PL
Inventors: Bernard Połednik; Wojciech Franus; Małgorzata Franus
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2023-04-26
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2026-07-06
Also published as: PL444601A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest uszczelnienie i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych. Istotą uszczelnienia wykorzystującego odpady wydobywcze, zawierającego materiał ilasty jest to, że na zagęszczonym spoistym podłożu (1) o współczynniku filtracji poniżej 10-5 m/s znajdują się naprzemiennie ułożone zagęszczone warstwy: glaukonitu lub iłów glaukonitowych (2), zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) o wielkości ziaren mniejszej od 30 mm i o wskaźniku zagęszczenia powyżej 0,94 i współczynniku filtracji poniżej 10-7 m/s, materiału ilastego ze środkiem wiążącym (4) o współczynniku filtracji poniżej 10-9 m/s. Sumaryczna grubość zagęszczonych warstw glaukonitu lub iłów glaukonitowych (2) oraz zagęszczonych warstw zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) i zagęszczonych warstw materiału ilastego ze środkiem wiążącym (4) jest nie mniejsza niż 1 m. Sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych, w którym usuwa się warstwę powierzchniową gleby i zagęszcza się podłoże, a następnie nakłada się na podłoże materiał ilasty charakteryzuje się tym, że z powierzchni terenu co najmniej przekraczającej obszar uszczelnionego podłoża usuwa się warstwę gleby co najmniej do poziomu wymywania, a następnie zagęszcza się mechanicznie spoiste podłoże (1) do współczynnika filtracji poniżej 10-6 m/s. W dalszej kolejności na spoiste podłoże (1) na przemian nakłada się zagęszczane warstwy glaukonitu lub iłów glaukonitowych (2), zagęszczane warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) o wielkości ziaren mniejszej od 30 mm i o wskaźniku zagęszczenia powyżej 0,94 i współczynniku filtracji poniżej 10-7 m/s oraz zagęszczane warstwy materiału ilastego ze środkiem wiążącym (4) o współczynniku filtracji poniżej 10-9 m/s. Sumaryczna grubość zagęszczonych warstw glaukonitu lub iłów glaukonitowych (2) oraz zagęszczonych warstw zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) i zagęszczonych warstw materiału ilastego ze środkiem wiążącym (4) jest nie mniejsza niż 1 m.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych. Uszczelnianie podłoża według wynalazku ma zastosowanie zwłaszcza przy budowie składowisk odpadów wydobywczych i komunalnych.

Z publikacji Łukwiński, Szczęśniak: „Zastosowanie naturalnych i odpadowych surowców mineralnych do wprowadzenia prostych i tanich metod masowego uszczelniania gruntów” (Przegląd Geologiczny, 1996) znane są metody uszczelniania podłoży składowisk odpadów z wykorzystaniem materiałów ilastych, takich jak gliny, iły i łupki, oraz materiałów odpadowych, w szczególności popiołów lotnych powstających przy spalaniu węgli. W dokumencie wskazano kryteria przydatności surowców ilastych obejmujące zawartość frakcji iłowej, skład granulometryczny, odporność na rozmakanie oraz współczynnik filtracji, który powinien wynosić poniżej 1-10^-5 cm/s. Podano również, że warstwy ilaste stosowane jako uszczelnienie mogą osiągać miąższości rzędu nawet 1 m na podłożach przepuszczalnych. Przedstawione rozwiązania dotyczą jednorodnych warstw materiałów ilastych oraz popiołów lotnych przygotowanych i zagęszczanych w typowy sposób.

Z publikacji Ratajczak, Hycnar, Bożęcki: „Kryterium mineralogiczne jako element oceny przydatności niektórych polskich surowców ilastych do budowy przesłon hydroizolacyjnych” (IGSMiE PAN, 2015) znane są przesłony hydroizolacyjne wykonywane z naturalnych surowców ilastych oraz sorbentów mineralnych. W dokumencie wskazano, że właściwości takich surowców można regulować poprzez dodatki, takie jak bentonity, plastyfikatory organiczne, cement lub popioły lotne. Opisano szczegółowo parametry mineralogiczne i geologiczno-inżynierskie, które należy brać pod uwagę przy budowie przesłon, a także zwrócono uwagę na przydatność niektórych odpadów przeróbczych, które wykazują charakter ilasty i mogą być stosowane jako materiał izolacyjny.

Z publikacji Łuczak-Wilamowska: „Uwarunkowania geologiczne składowania odpadów komunalnych” (PIG, 2013) znane są zasady kształtowania warstw izolacyjnych w składowiskach odpadów komunalnych. W dokumencie przedstawiono, że warstwy mineralnego uszczelnienia mogą mieć miąższość od 0,5 do 2,5 m w zależności od przeznaczenia terenu oraz że ich współczynniki filtracji powinny wynosić co najwyżej 5-10^-9 m/s (dla zaleceń niemieckich) lub 1-10^-9 do 1-10^-7 m/s (dla praktyk amerykańskich). Publikacja opisuje klasyczne warstwy mineralne, geomembrany oraz konstrukcje składowisk, w których stosuje się jednorodne warstwy o ustalonych parametrach filtracyjnych, a także standardowe układy uszczelnień i drenaży stosowane w przykryciach składowisk.

Znane są również rozwiązania wykorzystujące popioły lotne jako składnik warstw izolacyjnych. W opisie zgłoszenia patentowego PL290249A1 ujawniono nieprzepuszczalny ekran tworzony z popiołów lotnych, natomiast w opisie patentowym PL200216B1 przedstawiono sposób uszczelniania podłoża poprzez wielokrotne nakładanie gęstej zawiesiny popiołów lotnych z dodatkiem cementu lub wapna, która po stwardnieniu tworzy jednorodną warstwę izolacyjną.

Celem wynalazku jest wytworzenie szczelnej bariery izolującej, która będzie zabezpieczać grunt i wody gruntowe przed szkodliwymi zanieczyszczeniami, np. przenikającymi ze składowiska odpadów.

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych.

Istotą uszczelnienia podłoża z wykorzystaniem materiałów mineralnych i ilastych oraz odpadów wydobywczych, które obejmuje nałożoną na podłoże barierę izolacyjną obejmującą warstwę materiału ilastego lub mieszaniny materiałów ilastych z dodatkami mineralnymi poprawiającymi właściwości hydroizolacyjne przeznaczoną do składowania odpadów na składowiskach wydobywczych jest to, że uszczelnienie ma postać wielowarstwowej, naprzemiennej bariery izolacyjnej uformowanej na zagęszczonym podłożu o współczynniku filtracji k1 mniejszym niż 1-10^-5 m/s.

Bariera ta obejmuje powtarzalną sekwencję trzech zagęszczonych mechanicznie warstw.

Pierwszą z nich stanowi warstwa glaukonitu naturalnego lub iłów glaukonitowych o wskaźniku zagęszczenia ls2 równym 0,95 i współczynniku filtracji równym 1-10^-8 m/s.

Drugą warstwę tworzą zwietrzałe ilaste odpady wydobywcze pochodzące z górnictwa węgla kamiennego o maksymalnej wielkości ziaren 30 mm, o wskaźniku zagęszczenia ls3 równym 0,96 i współczynniku filtracji k3 równym 1-10^-9 m/s.

Trzecią warstwę stanowi materiał ilasty stabilizowany środkiem wiążącym, wybranym z grupy obejmującej dekstryny i modyfikowaną skrobię, o wskaźniku zagęszczenia Is4 równym 0,97 i współczynniku filtracji k4 poniżej 1-10^-11 m/s, przy czym sumaryczna grubość hu bariery izolacyjnej wynosi od 1,00 m do 1,40 m, a końcowy współczynnik filtracji ku bariery izolacyjnej wynosi od 1 ·10-¹⁰ do 1-10^-9 m/s.

Istotą sposobu uszczelniania podłoża z wykorzystaniem materiałów mineralnych i ilastych oraz odpadów wydobywczych za pomocą bariery izolacyjnej obejmującej warstwę materiału ilastego lub mieszaniny materiałów ilastych z dodatkami mineralnymi poprawiającymi właściwości hydroizolacyjne, przeznaczonej do składowania odpadów na składowiskach wydobywczych, w którym usuwa się warstwę powierzchniową gleby i zagęszcza się podłoże, a następnie nakłada się na podłoże materiał ilasty, jest to, że usuwa się warstwę gleby co najmniej do poziomu wymywania z powierzchni terenu co najmniej przekraczającej obszar uszczelnianego podłoża, następnie zagęszcza się mechanicznie spoiste podłoże do współczynnika filtracji k1 poniżej 1-10^-6 m/s, po czym na spoiste podłoże nakłada się kolejno warstwę glaukonitu naturalnego lub iłów glaukonitowych, warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych oraz warstwę materiału ilastego stabilizowanego środkiem wiążącym, przy czym każda z warstw jest zagęszczana oddzielnie przed ułożeniem kolejnej, a sumaryczna grubość h u bariery izolacyjnej wynosi od 1,00 m do 1,40 m i końcowy współczynnik filtracji k u bariery izolacyjnej wynosi od 1 ·10^-10 do 1-10^-9 m/s.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku na składowisku odpadów jest uszczelnione podłoże, które chroni poziomy wodonośne przed przenikaniem do nich zanieczyszczonych odcieków ze składowiska odpadów.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na fig. 1 rysunku.

Przykład trzeci stanowi przykład wykonania według wynalazku, natomiast przykłady pierwszy, drugi oraz czwarty stanowią przykłady porównawcze.

Sposób uszczelniania podłoża 1 z wykorzystaniem odpadów wydobywczych 3 zastosowano przy budowie składowisk odpadów wydobywczych 5. Sposób polegał na tym, że z przeznaczonego na składowisko obszaru o powierzchni S, znajdującego się w rejonie, w którym średnia roczna opadów atmosferycznych wynosiła P usunięto warstwę powierzchniową gleby o grubości H i zagęszczono podłoże 1 do wartości współczynnika filtracji k1 i do infiltracji efektywnej Ii . Następnie na zagęszczone podłoże 1 nakładano zagęszczane mechanicznie walcami wibracyjnymi warstwy glaukonitu lub iłów glaukonitowych 2 o grubości h2, o wskaźniku zagęszczenia Is2, o współczynniku filtracji k2 i o infiltracji efektywnej I2 oraz zagęszczane mechanicznie walcami wibracyjnymi warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3 o maksymalnej wielkości ziaren 30 mm i o grubości h3, wskaźniku zagęszczenia Is3, wartości współczynnika filtracji k3 oraz infiltracji efektywnej I3, a także zagęszczane mechanicznie walcami wibracyjnymi warstwy materiału ilastego 4 o grubości h4, o wskaźniku zagęszczenia Is4, o współczynniku filtracji k4 i o infiltracji efektywnej I4. Wykonane uszczelnienie podłoża miało sumaryczną grubość hu, a współczynnik filtracji uszczelnienia miał wartość ku.

W pierwszym przykładzie wykonania na zagęszczonym podłożu 1 jako pierwszą ułożono zagęszczaną warstwę glaukonitu lub iłów glaukonitowych 2. Na niej kolejno ułożono zagęszczaną warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3, zagęszczaną warstwę materiału ilastego ze środkiem wiążącym 4 i ponownie warstwę zagęszczaną zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3. Zastosowano glaukonit, materiałem ilastym były łupki ilaste, a środkiem wiążącym był gips i szkło wodne odpowiednio w stężeniach procentowych masowych 3% i 1%.

W drugim przykładzie wykonania na zagęszczonym podłożu 1 jako pierwszą ułożono zagęszczaną warstwę glaukonitu lub iłów glaukonitowych 2. Na niej kolejno ułożono zagęszczaną warstwę materiału ilastego ze środkiem wiążącym 4, zagęszczaną warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3 i ponownie warstwę zagęszczaną materiału ilastego ze środkiem wiążącym 4. Zastosowano iły glaukonitowe, materiałem ilastym były gliny ilaste, a środkiem wiążącym była gytia jeziorna i popioły lotne odpowiednio w stężeniach procentowych masowych 10% i 5%.

W trzecim przykładzie wykonania na zagęszczonym podłożu 1 jako pierwszą ułożono zagęszczaną warstwę glaukonitu lub iłów glaukonitowych 2. Na niej kolejno ułożono zagęszczaną warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3 i zagęszczaną warstwę materiału ilastego ze środkiem wiążącym 4. Zastosowano glaukonit, materiałem ilastym były margle ilaste, a środkiem wiążącym były dekstryny i modyfikowana skrobia odpowiednio w stężeniach procentowych masowych 5% i 2%.

W czwartym przykładzie wykonania na zagęszczonym podłożu 1 jako pierwszą ułożono zagęszczaną warstwę glaukonitu lub iłów glaukonitowych 2. Na niej kolejno ułożono zagęszczaną warstwę materiału ilastego ze środkiem wiążącym 4 i zagęszczaną warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych 3. Zastosowano iły glaukonitowe, materiałem ilastym 4 były margle ilaste, a środkiem wiążącym był gips i szkło wodne odpowiednio w stężeniach procentowych masowych 3% i 1%.

PL 249880 Β1

We wszystkich przykładach zwietrzałymi ilastymi odpadami wydobywczymi 3 był materiał ze składowiska odpadów wydobywczych 5 z kopalni Bogdanka.

Dane dotyczące parametrów podłoża i charakterystyk uszczelnienia w przykładach wykonania przedstawione są w tabeli 1.

Tabela 1

Parametry podłoża oraz jego uszczelnienia, w którym wykorzystywane są odpady wydobywcze

Parametr	Przykład
1	2	3	4
S	[ha]	10	5	15	20
P	[mm]	600	500	700	500
H	[m]	0,3	0,4	0,3	0,2
ki	[m/s]	10 ⁷	10 ⁶	10·⁸	10⁷
li	[m/rok]	0,5	0,3	0,7	0,6
hs	[m]	0,2	0,3	0,2	0,2
ls₂	[-]	0,95	0,96	0,95	0,96
k₂	[m/s]	ΙΟ'⁷	10'⁷	10·⁸	10'⁷
I2	[m/rok]	0,1	0,1	0,1	0,1
h₃	[m]	0,5	0,4	1	0,5
IS3	[]	0,96	0,95	0,96	0,96
k₃	[m/s]	10 ⁹	10~⁸	10⁹	10⁹
h	[m/rok]	0,05	0,07	0,05	0,05
h4	[m]	0,2	0,25	0,1	0,3
IS4	[-]	0,98	0,96	0,97	0,98
k.	[m/s]	1 o-¹²	10-w	io-ⁿ	10'¹²
14	[m/rok]	0,01	0,03	0,02	0,01
h_u	[m]	1,4	1,2	1,3	1,1
ku	[m/s]	10 ⁹	10 ¹⁰	10⁹	10¹⁰

Wykaz oznaczeń

- spoiste podłoże

2- warstwa glaukonitu lub iłów glaukonitowych

3- warstwa zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych

4- warstwa materiałów ilastych ze środkiem wiążącym

5- odpady wydobywcze

Claims

1. Uszczelnienie podłoża z wykorzystaniem materiałów mineralnych i ilastych oraz odpadów wydobywczych, które obejmuje nałożoną na podłoże barierę izolacyjną obejmującą warstwę materiału ilastego lub mieszaniny materiałów ilastych z dodatkami mineralnymi poprawiającymi właściwości hydroizolacyjne, przeznaczoną do składowania odpadów na składowiskach wydobywczych znamienne tym, że uszczelnienie obejmuje barierę izolacyjną złożoną z dokładnie trzech zagęszczonych mechanicznie warstw mineralnych, ułożonych kolejno od dołu na zagęszczonym spoistym podłożu (1) o współczynniku filtracji ki poniżej 1-10 ⁶ m/s w następującej sekwencji: a) warstwy glaukonitu naturalnego lub iłów glaukonitowych (2), o wskaźniku zagęszczenia Is2 równym 0,95 i współczynniku filtracji k2 równym 1-10 ⁸ m/s,

b) warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) pochodzących z górnictwa węgla kamiennego, o wielkości ziaren do 30 mm, o wskaźniku zagęszczenia Is3 równym 0,96 i współczynniku filtracji k3 równym 1-10^-9 m/s,

c) warstwy materiału ilastego stabilizowanego środkiem wiążącym (4) wybranym z grupy obejmującej dekstryny i modyfikowaną skrobię, o wskaźniku zagęszczenia Is4 równym 0,97 i współczynniku filtracji k4 poniżej 1-10'¹¹ m/s, przy czym sumaryczna grubość hu bariery izolacyjnej wynosi od 1,00 m do 1,40 m, a końcowy współczynnik filtracji ku bariery izolacyjnej wynosi od 1 ·10^-10 do 1-10^-9 m/s.

2. Sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem materiałów mineralnych i ilastych oraz odpadów wydobywczych za pomocą bariery izolacyjnej obejmującej warstwę materiału ilastego lub mieszaniny materiałów ilastych z dodatkami mineralnymi poprawiającymi właściwości hydroizolacyjne, przeznaczonej do składowania odpadów na składowiskach wydobywczych, w którym usuwa się warstwę powierzchniową gleby i zagęszcza się podłoże, a następnie nakłada się na podłoże materiał ilasty, znamienny tym, że:

a) usuwa się warstwę gleby co najmniej do poziomu wymywania z powierzchni terenu co najmniej przekraczającej obszar uszczelnianego podłoża i zagęszcza się mechanicznie podłoże (1) do współczynnika filtracji k1 poniżej 1 ·10⁶ m/s,

b) na spoiste podłoże (1) nakłada się kolejno barierę izolacyjną złożoną z:

- warstwy glaukonitu naturalnego lub iłów glaukonitowych (2) o wskaźniku zagęszczenia Is2 równym 0,95 i współczynniku filtracji k2 równym 1 ·10⁸ m/s,

- warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) pochodzących z górnictwa węgla kamiennego o wielkości ziaren do 30 mm, o wskaźniku zagęszczenia Is3 równym 0,96 i współczynniku filtracji k3 równym 1 ·10⁹ m/s,

- warstwy materiału ilastego stabilizowanego środkiem wiążącym (4) wybranym z grupy obejmującej dekstryny i modyfikowaną skrobię o wskaźniku zagęszczenia Is4 równym 0,97 i współczynniku filtracji k4 poniżej 1·10-¹¹ m/s, przy czym każda z warstw jest zagęszczana oddzielnie przed ułożeniem kolejnej, a sumaryczna grubość hu bariery izolacyjnej wynosi od 1,00 m do 1,40 m, a końcowy współczynnik filtracji ku bariery izolacyjnej wynosi od 1 ·10^-10 do 1 ·10^-9 m/s.