— обзор

6 Вывод из эксплуатации, закрытие и восстановление хвостохранилищ и других хранилищ шахтных отходов

Процессы вывода из эксплуатации и закрытия состоят из демонтажа всех установок, связанных с эксплуатацией хранилища, таких как трубы для подачи хвостов, конвейеры и т. Д. на.Устанавливается постоянная система поверхностного дренажа, герметизирующая систему слива и заменяющая ее постоянным водосбросом, а поверхность хранилища изменяется таким образом, чтобы излишки поверхностной воды могли попадать в поверхностную дренажную систему и удерживаться на верхней поверхности месторождения. , испаряться или доводиться до естественного уровня земли, не вызывая эрозии или затопления. На естественном уровне земли излишки поверхностного дренажа следует при необходимости очищать и направлять в естественный водоток.

Самая большая проблема при реабилитации поверхности закрытого хранилища отходов — это постоянная защита поверхности от водной и ветровой эрозии, таким образом поддерживая стабильную поверхность, на которой может образоваться растительность. Очистка любых свалок, особенно крупных, связанных с добычей полезных ископаемых, связана с компромиссом рисков, например, приведет ли само восстановление к временному увеличению количества составляющих отходов, таких как тяжелые металлы, для снижения будущих рисков. Эти выпуски будут ухудшаться, если будут допущены инженерные и другие ошибки (см. Блок для обсуждения 6.2).

Gold King Mine

В Колорадо выходит около 23 000 заброшенных шахт. Недавно одна из них, шахта Голд Кинг возле Сильвертона, штат Колорадо, стала печально известной как источник тяжелых металлов и других загрязняющих веществ. Рудник существует в водоразделе Верхней Анимас в юго-западной части штата. Горная промышленность изменила гидрологию и гидрогеологию, что изменило скорость и количество воды, достигающей ручьев.

Скалистые горы содержат пирит (сульфид железа), который реагирует с кислородом с образованием серной кислоты, которая увеличивает скорость и количество металлов, которые могут растворяться в воде.Шахты в этой области усугубляют эти физические и химические процессы, позволяя кислым, содержащим металл поверхностным и грунтовым водам попадать в горизонтальные подъездные и дренажные системы шахты, известные как штольни и вертикальные стволы (см. Рис. 6.13). Добыча закончилась в Gold1991, и горнодобывающая компания закрыла рудник, то есть перегородила его, и для восстановления других близлежащих рудников, а также для уменьшения количества содержащей металл воды, отводимой от рудника. Однако, учитывая масштабы и интенсивность нарушения, выщелачивание и перенос загрязнителей продолжаются после окончания добычи [25].

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) проводит экологические исследования в рамках своего регулирующего органа. 5 августа 2015 года Агентство по охране окружающей среды проводило расследование на руднике Голд Кинг, чтобы оценить текущие сбросы воды из рудника, очистить рудничную воду и оценить возможность дальнейшего восстановления рудника [26]. Во время раскопок над заброшенной штольней вода под давлением начала просачиваться над туннелем шахты в течение девяти часов, выпуская более 11 миллионов литров воды, которые хранились за обрушившимся материалом.

Загрязненная вода достигла Цемент-Крик, притока реки Анимас и реки Сан-Хуан, до озера Пауэлл. Вода содержит металлоид, мышьяк и металлы — алюминий, кадмий, медь, железо, свинец, марганец, ртуть и цинк [27].

EPA взяло на себя ответственность за выпуск и работало с местными сообществами, штатами и племенами над устранением причиненного вреда.

Регулирующие органы все чаще и чаще требуют, чтобы реабилитация дамбы хвостохранилища или другого хранилища отходов была спроектирована таким образом, чтобы не требовать обслуживания в течение 500–1000 лет.Это кажется совершенно нереалистичным, если подумать об изменениях, которые только 100 лет могут вызвать в ландшафте (например, области, которые сейчас заняты городами, автострадами и свалками отходов многих городов в «новом мире», были нетронутой сельской местностью чуть более века. тому назад). Однако очень древние искусственные земляные курганы существуют во многих частях мира со склонами, которые подвергались эрозии в течение 1000 или более лет и до сих пор существуют в хорошем состоянии. На рис. 6.14 показаны профили нескольких древних рукотворных монументальных курганов в Китае [28].Все они точно датированы и имеют возраст от 700 до> 2000 лет. Все курганы вокруг Сианя построены из мелкого песчаного ила из речного аллювия и лёсса, которые по своей природе довольно подвержены эрозии. Климат имеет отчетливые влажные и сухие сезоны, количество осадков составляет от 500 до 1000 мм в год ^{— 1} , и существует годовой дефицит воды, то есть потенциальное испарение с почвы превышает количество осадков. Курган возле Иньчуаня тоже лёссовый, но климат здесь пустынный. Можно было ожидать, что за период в 1000 лет все склоны размылись до одинаковых и очень пологих углов откоса.Но этого не произошло. Как показано на рис. 6.14, уклоны варьируются от 16 до 28 градусов. Следовательно, нельзя сделать вывод, что если угол наклона меньше определенного предельного угла, он не разрушится. Однако контраст между курганами возле Сиань и возле Иньчуаня показывает, что климат играет важную роль в определении устойчивого к эрозии склона. Наблюдения и измерения эрозии откосов плотин золотых хвостохранилищ в Южной Африке [29] показали, что «поверхность скорости эрозии» существует в пространстве (угол наклона — длина уклона — потери на эрозию).Эта поверхность, показанная на рис. 6.15, показывает, что скорость эрозии увеличивается с увеличением длины откоса, но низкая как при очень пологих, так и при очень крутых углах наклона. «Нижняя часть» «паруса» скорости эрозии при промежуточных углах наклона представляет собой диапазон углов наклона, часто используемый для хвостохранилищ (25–35 градусов), который, таким образом, обычно имеет наихудшие из возможных углов наклона для потерь от эрозии.

Чем больше поверхностная прочность откоса, тем меньше скорость эрозии. Следовательно, влияние переменной поверхностной силы было бы подобно ветру на паруса спинакера; он будет перемещать поверхность скорости эрозии внутрь (при увеличении прочности на сдвиг) или наружу (при уменьшении прочности на сдвиг) относительно оси потерь на эрозию (или «мачты»).Защита поверхности склона путем ее защиты или покрытия растительностью имеет тот же эффект, что и увеличение прочности поверхности на сдвиг, и, следовательно, перемещает «парус» внутрь, то есть обратно к «мачте».

Рис. 6.15 иллюстрирует следующие очень важные принципы:

•

Углы наклона должны быть как можно более плоскими. Около 10–15 градусов практично и приближается к идеальному углу.

•

Длина откоса также должна быть ограничена.Максимальная длина не должна превышать 25–30 м.

Для выполнения этих двух требований длинные склоны должны прерываться с интервалами высот около 7–8 м горизонтальными бермами или ступенями, оборудованными облицованными, устойчивыми к эрозии поверхностными дренажами, предназначенными для отвода поверхностных стоков с склона над землей. ровно, не вызывая эрозии нижних поверхностей откосов.

•

Очень плоские откосы и горизонтальные поверхности (например, плоская верхняя поверхность хвостохранилища) не подвергаются эрозии в значительной степени и, следовательно, не требуют защиты от эрозии.

До сих пор термин «эрозия» не разделял ветровую и водную эрозию. Оба могут быть очень важными. В более влажном климате преобладает водная эрозия, а в более сухом климате — ветровая эрозия. В Южной Африке, например, на ветровую эрозию приходится две трети общей эрозии, и (что удивительно) в Исландии ветровая эрозия также преобладает над водной.

Что касается скорости эрозии , незащищенные откосы хвостохранилищ могут размываться со скоростью до 1000 т га ^{— 1} год ^{— 1} , тогда как естественные склоны обычно размываются на 50–100 т га ^{— 1} год ^{— 1} или меньше.Цель защиты откосов хвостохранилищ должна быть такой, чтобы скорость их эрозии была снижена до <100 т га ^{— 1} год ^{— 1} .

Существует разногласие [30] относительно того, был ли курган Цинь (№ 2) когда-либо высотой 116 м или это была запланированная высота, но курган был построен только до 52 м, его нынешняя высота. Если отсчитать 2200 лет назад от нынешней высоты и размеров плана 330 м × 330 м, предполагая скорость эрозии 100 т га ^{— 1} год ^{— 1} (подходит для почвы, из которой он построен) и при нынешнем среднем уклоне в 16 градусов расчетная первоначальная высота составляет 115 м.Следовательно, 115 м — весьма вероятная первоначальная высота. Поскольку это был мемориальный курган первому императору объединенного Китая, вполне вероятно, что курган сохранялся на протяжении 2000 лет с момента его постройки. Тем не менее его высота за это время уменьшилась вдвое. Это иллюстрирует бесполезность законодательного закрепления срока проектирования даже в 100 лет в качестве срока службы без обслуживания. Закрытые хвостохранилища, как и китайские курганы, не могут быть очищены от эрозии.

Рассмотрим угол A , образованный горизонтальной линией и наклонной линией. как на иллюстрации ниже.Такой угол можно задать просто давая свой наклон. На рисунке наклон угла A это отношение h / b. В геометрии эта величина также называется тангенсом угла A и обозначается Tan ( A ). Угол A также может быть указан на Cot ( A ) = b / h, что является называется котангенсом угла A и является просто обратной величиной наклона.

Вот наклоны некоторых специфических углы:

На самом деле Tan (30 ^o ) = 1 / \ / 3 , Tan (45 ^o ) = 1 и Tan (60 ^o ) = \ / 3.

Углы, связанные с пирамидой

В математике термин пирамида относится к довольно общему типу геометрических фигур. твердый.Здесь можно найти определение. Но пирамиды, которые можно найти в разных частях света, как правило, иметь прямоугольное основание с вершиной прямо над центром основание. Большинство пирамид в Египте на самом деле имеют квадратное основание и поэтому довольно симметричны. Четыре грани — равнобедренные треугольники. и конгруэнтны друг другу. Форма такой пирамиды определяется на угол, который каждая грань образует с основанием, т. е. на угол, образованный по горизонтальной линии, соединяющей середину основания грани с центр пирамиды и наклонная линия, соединяющая эту среднюю точку с вершина пирамиды.Этот угол может быть любым углом между 0 ^o и 90 ^o . Если этот угол близок к 90 ^o , тогда пирамида была бы очень высокой и казалась простой заостренной обелиск. Если этот угол близок к 0 ^o , тогда пирамида будет почти плоским и, вероятно, было бы несчастливо называть его пирамида. Но форма также определяется различными другими величинами. Например, угол, который образует каждый край пирамиды с основанием будет достаточно.(Этот угол образован горизонтальной линией соединяя угол пирамиды с центром и ребро, соединяющее это угол к вершине.) Любой из этих углов определяется его наклон, или обратный его наклон. В современной западной математике было бы принято указывать любой угол по его наклону, но обсуждения пирамид, найденных в египетских математических папирусах, предполагают что египетский архитектор указал бы угол обратной стороной его наклона. Для наклонного угла граней пирамиды обратный наклон упоминается как «секед» пирамиды в папирусе Райнда.

ВЕРНУТЬСЯ НА ПРЕДЫДУЩУЮ СТРАНИЦУ

9. Уклон

Уклон — это мера изменения высоты. Это важный параметр в нескольких хорошо известных прогностических моделях, используемых для управления окружающей средой, включая Универсальное уравнение потерь почвы и модели загрязнения из неточечных источников в сельском хозяйстве.

Один из способов выразить наклон — в процентах. Чтобы вычислить наклон в процентах, разделите разницу между отметками двух точек на расстояние между ними, затем умножьте частное на 100.Перепад высот между точками называется подъемом. Расстояние между точками называется пробегом. Таким образом, наклон в процентах равен (подъем / пробег) x 100.

Рисунок 7.10.1 Расчет крутизны в процентах. Подъем на 100 футов над спуском на 100 футов дает 100-процентный уклон. Подъем на 50 футов по сравнению с бегом на 100 футов дает 50-процентный уклон.

Другой способ выразить наклон — это угол наклона или градус наклона. Как показано ниже, если вы визуализируете подъем и бег как стороны прямоугольного треугольника, то степень наклона — это угол, противоположный подъему.Поскольку угол наклона равен тангенсу доли подъема / хода, его можно вычислить как арктангенс подъема / хода.

Рис. 7.10.2. При подъеме на 100 футов над спуском на 100 футов получается угол наклона 45 °. Подъем на 50 футов над спуском на 100 футов дает угол наклона 26,6 °.

Вы можете рассчитать уклон на контурной карте, проанализировав расстояние между контурами. Однако, если вам нужно вычислить много значений уклона, вы захотите автоматизировать процесс. Оказывается, что расчет уклона намного проще вычислить для данных высот с координатной сеткой, чем для векторных данных, поскольку отметки более или менее равномерно распределены в растровых сетках.

Было разработано несколько алгоритмов для расчета наклона в процентах и ​​степени наклона. Самый простой и распространенный метод называется методом соседства . Метод соседства вычисляет уклон в одной точке сетки путем сравнения отметок восьми точек сетки, которые ее окружают.

Рисунок 7.10.3 Алгоритм соседства оценивает наклон в процентах в ячейке 5 путем сравнения отметок соседних ячеек сетки.

Алгоритм соседства оценивает наклон в процентах в ячейке сетки 5 (Z ₅ ) как сумму абсолютных значений наклона восток-запад и уклона север-юг и умножает эту сумму на 100.На рисунке 7.10.4 показано, как рассчитываются уклон с востока на запад и с севера на юг. По существу, наклон с востока на запад оценивается как разница между суммами высот в первом и третьем столбцах матрицы 3 x 3. Точно так же наклон север-юг — это разница между суммами высот в первой и третьей строках (обратите внимание, что в каждом случае среднее значение взвешивается с коэффициентом два).

Щелкните здесь, чтобы увидеть текстовую версию уравнения, показанного на изображении выше

На рисунке показано, как можно рассчитать уклон местности в заданной ячейке сетки высот на основе высот восьми окружающих ее ячеек сетки.Сначала по столбцам сетки рассчитывается уклон с севера на юг. Затем по строкам сетки рассчитывается уклон с востока на запад. Квадратный корень из суммы уклона с севера на юг и уклона с востока на запад, умноженный на 100, равен процентному уклону в исходной ячейке сетки. Модный технический термин для процедуры — «алгоритм соседства».

Алгоритм соседства вычисляет уклон для каждой ячейки в сетке высот, анализируя каждую окрестность 3 x 3. Наклон в процентах может быть преобразован в градус наклона позже.Результатом является сетка значений уклона, подходящая для использования в различных моделях потери почвы и гидрологических моделях.

Калькулятор уклона

Если известны 2 точки

Если известны 1 точка и наклон

Уклон, иногда называемый в математике градиентом, — это число, которое измеряет крутизну и направление линии или участка линии, соединяющей две точки, и обычно обозначается м .Обычно крутизна линии измеряется абсолютным значением ее уклона, м . Чем больше значение, тем круче линия. Учитывая м , можно определить направление линии, которую описывает м , на основе ее знака и значения:

• Линия увеличивается и идет вверх слева направо, когда m> 0
• Линия убывает и идет вниз слева направо, когда m <0
• Линия имеет постоянный наклон и является горизонтальной при m = 0
• Вертикальная линия имеет неопределенный наклон, так как это приведет к дроби с 0 в знаменателе.См. Приведенное ниже уравнение.

Наклон — это, по сути, изменение высоты при изменении расстояния по горизонтали, и его часто называют «подъем через пробег». Он находит применение в градиентах в географии, а также в гражданском строительстве, например, в строительстве дорог. В случае дороги «подъем» — это изменение высоты, а «пробег» — это разница в расстоянии между двумя фиксированными точками, если расстояние для измерения недостаточно велико, чтобы кривизна земли была рассматривается как фактор.Математически наклон представлен как:

В приведенном выше уравнении y ₂ — y ₁ = Δy или вертикальное изменение, а x ₂ — x ₁ = Δx или горизонтальное изменение, как показано на представленном графике. Также видно, что Δx и Δy — это отрезки прямых, которые образуют прямоугольный треугольник с гипотенузой d , причем d — это расстояние между точками (x ₁ , y ₁ ) и (x ₂ , y ₂ ) .Поскольку Δx и Δy образуют прямоугольный треугольник, можно вычислить d , используя теорему Пифагора. Обратитесь к калькулятору треугольника для получения более подробной информации о теореме Пифагора, а также о том, как рассчитать угол наклона θ , указанный в калькуляторе выше. Кратко:

d = √ (x ₂ — x ₁ ) ² + (y ₂ — y ₁ ) ²

Вышеприведенное уравнение является теоремой Пифагора в своем корне, где гипотенуза d уже решена, а две другие стороны треугольника определяются вычитанием двух значений x и y , заданных двумя точками. .Учитывая две точки, можно найти θ , используя следующее уравнение:

m = загар (θ)

По точкам (3,4) и (6,8) найдите наклон прямой, расстояние между двумя точками и угол наклона:

d = √ (6-3) ² + (8-4) ² = 5

Хотя это выходит за рамки данного калькулятора, помимо его основного линейного использования, концепция наклона важна в дифференциальном исчислении. Для нелинейных функций скорость изменения кривой меняется, а производная функции в данной точке — это скорость изменения функции, представленная наклоном линии, касательной к кривой в этой точке.

Защита от лавин: управление рельефом — угол наклона

Управление ландшафтом — один из трех столпов лавинной безопасности, наряду со снежным покровом и погодой. В отличие от снежного покрова и погоды, местность со временем не меняется. В теплую погоду на снежном покрове образуется корка, но угол наклона не изменится из-за солнца или сильного ветра. Управление ландшафтом — это навык, который имеет решающее значение для долгой и счастливой жизни в сельской местности. Это навык номер один, который поможет вам обезопасить себя в лавинообразных зонах.Навигация по безопасной местности сводит на нет опасность снежного покрова повышенной опасности. Это огромная тема, поэтому мы разберем ее на части. Первое, о чем мы поговорим, — это угол наклона.

Угол наклона (или крутизна) — это всего лишь один из аспектов управления рельефом, но он очень важен для освоения. В этой статье будет описано, как угол наклона влияет на опасность схода лавины, как определить угол наклона и как это повлияет на принятие вами решения по обеспечению безопасности. Если вы новичок в бэккантри, начните с чтения этой статьи.

Углы наклона — идеальное место

Если вы помните одно и только одно из этой статьи, помните, что большинство лавин происходит на склонах от 35 до 45 градусов (некоторые источники говорят, что нижняя граница диапазона составляет 30 градусов). В этом диапазоне есть «золотая середина» — склоны между 38 ° и 40 ° кажутся наиболее склонными к скольжению (именно 38 ° кажется реальной опасной зоной). Наклоны от 30 до 35 градусов также подвержены сходу лавин, особенно когда опасность высока, но они не так опасны, как диапазон 35-45 °.Склоны ниже 30 ° могут сползать в чрезвычайно неустойчивых условиях, но, как правило, они не подвержены сходу лавин.

Что-то интересное происходит на склонах круче 45 °. Из-за того, что они такие крутые, они чаще выходят из строя и имеют меньшие лавины плиты, особенно при приближении к 50 °. Частое сваливание (вы также можете увидеть это в письменном виде как облысение) и активность небольших плит снижает риск глубоких и более опасных обрушений плит. Не следует понимать, что глубокие лавины плиты никогда не возникают на действительно крутых склонах.Это случается, но реже, чем на склонах, которые находятся в зоне наилучшего схода лавин (38-40 °).

Не так сладко

К сожалению для нас, лыжников и сноубордистов, склоны от 35 до 45 градусов — это склоны, на которых мы катаемся чаще всего. Это (и, конечно, более крутой) диапазон крутизны «двойной черный ромб», так что эти склоны доставляют массу удовольствия. Это плохие новости. Хорошая новость заключается в том, что, зная, что склоны, на которых мы любим кататься, являются самыми опасными, мы можем принимать более правильные решения в отдаленных районах.Если условия не совсем подходящие, возможно, вам не стоит кататься на этом идеально наклонном склоне, а вместо этого кататься на чем-нибудь более мягком.