Auswahl von Dichtungsmaterialien für Absetzbecken
Eine Absetzanlage für Abraum (Tailings Storage Facility, TSF) ist eine spezielle Dammstruktur zur Lagerung von Abraum – den feinen Abfallrückständen der Mineralaufbereitung, die noch Spuren wertvoller Bestandteile enthalten. Es handelt sich nicht um eine einfache Mülldeponie, sondern um ein komplexes und risikoreiches technisches System, bestehend aus einem Rückhaltebecken, einem Speicherbecken sowie Entwässerungs- und Sickerwasserkontrollsystemen.
Potenzielle Risiken von Absetzbecken
Absetzbecken für Abraum gelten allgemein als energiereiche, künstlich erzeugte Gefahrenquellen. Ihre Risiken zeigen sich hauptsächlich in folgenden Aspekten:
(1) Dammbruchrisiko
Steigt der Wasserstand aufgrund von Damminstabilität, Erdbeben oder Starkregen zu hoch an, kann es zu einem Dammbruch kommen. Große Mengen an Schlamm aus Abraumhalden können sich dann zu Schlammlawinen mit enormer Zerstörungskraft entwickeln.
(2) Verschmutzung durch Sickerwasser und Staub
Abraumhalden enthalten häufig Schwermetalle (wie Blei, Arsen, Quecksilber und Cadmium) sowie chemische Reagenzien aus der Mineralaufbereitung (wie Cyanid, Säuren und Laugen). Diese Stoffe können mit dem Regenwasser in den Boden und das Grundwasser gelangen und so zu Verunreinigungen führen. Diese Verschmutzungen sind weitreichend und extrem schwer zu beseitigen.
Darüber hinaus können beim Austrocknen von Abraumhalden feine Partikel vom Wind aufgewirbelt werden und eine Staubbelastung verursachen, die die Luftqualität in der Umgebung beeinträchtigt.
Da die Errichtung und langfristige Instandhaltung von Absetzbecken für Abraum eine umfangreiche und systematische Aufgabe darstellen, sind spezielle Materialien und Lösungen unerlässlich. Aus geosynthetischer Sicht entwickeln wir vier Systemtypen, um den unterschiedlichen Risiken in Absetzbecken zu begegnen: ein „Sickerwasserkontroll- und Abdichtungssystem“, ein „Entwässerungs- und Sickerwassersammelsystem“, ein „Verstärkungssystem“ und ein „Ökosystemwiederherstellungssystem“.
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I. Sickerwasserkontroll- und Abdichtungssystem
Ziel: Verhindern, dass schädliches Sickerwasser Boden und Grundwasser verunreinigt.
Verwendete Materialien:
- HDPE-Geomembran (Polyethylen-Hochdichte-Auskleidung):
Dies ist der Kern von Sickerwasserschutzsystemen. Seine extrem niedrige Durchlässigkeit (≤10⁻¹² cm/s) bildet eine zuverlässige Barriere. Es wird häufig als Hauptauskleidungsmaterial in Beckenböden und Dammhängen eingesetzt.
- GCL (Geosynthetische Tondichtung):
GCL wird häufig zusammen mit HDPE-Geomembranen zu einem Doppeldichtungssystem verwendet. GCL quillt bei Nässe auf und bietet im Falle lokaler Beschädigungen eine Selbstabdichtung, was die Sicherheit erhöht.
- Vlies-Geotextil:
Werden als Schutzschichten ober- und unterhalb von HDPE-Geomembranen verwendet, um ein Durchstechen durch scharfe Steine zu verhindern.
Anwendungsmethode:
Nachdem der Untergrund des Stausees eingeebnet und behandelt wurde, wird ein Verbundaufbau installiert: Geotextilschutzschicht + HDPE-Geomembran-Primärdichtung + Geotextilschutzschicht. Dadurch wird eine umfassende Sickerwasserabdichtung erreicht.
(Zhonglongs GCL)
II. Entwässerungs- und Sickerwassersammelsystem
Ziel: Das angesammelte Oberflächenwasser und das interne Sickerwasser aus dem Dammkörper müssen effizient gesammelt und abgeleitet werden. Die Absenkung des Grundwasserspiegels ist entscheidend für die Stabilität des Damms.
Verwendete Materialien:
- Dreidimensionales Verbunddrainagenetz:
Es weist eine sehr hohe Wasserdurchlässigkeit auf und kann herkömmliche Kiesdrainageschichten ersetzen. Bei der Installation an Dammhängen oder auf Stauseesohlen sammelt und leitet es Wasser schnell zu Sammelbrunnen. Dadurch wird die Effizienz gesteigert und Platz gespart.
- Geosynthetische Drainagerohre:
Werden zusammen mit Entwässerungsnetzen als Hauptwasserableitungskanäle verwendet.
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III. Verstärkungssystem
Ziel: Die Gesamtstabilität und die Gleitsicherheit des Staudamms erhöhen.
Verwendete Materialien:
- Zweiachsiges Geogitter:
Es besitzt eine hohe Zugfestigkeit. Wird es zwischen verschiedenen Füllschichten in unterschiedlichen Höhen verlegt, verteilt die Reibung zwischen Geogitter und Boden die Lasten über eine größere Fläche. Dies verbessert die Hangstabilität deutlich und beugt Erdrutschen vor. Besonders effektiv ist es, wenn der Damm selbst aus Abraumsand errichtet wird.
(Zhonglongs biaxiales Geogitter)
IV. Ökosystem-Wiederherstellungssystem
Ziel: Gewährleisten Sie die sichere Stilllegung am Ende der Nutzungsdauer der Anlage und erreichen Sie die ökologische Sanierung.
Verwendete Materialien:
- HDPE-Geomembran + Dreidimensionales Verbunddrainagenetz:
Diese bilden das „Abdecksystem“. Die Geokunststoffdichtungsbahn verhindert, dass Regenwasser in die Abraumhalden eindringt und reduziert so die Sickerwassermenge direkt an der Quelle. Die darüber liegende Dränageschicht leitet Oberflächenwasser ab.
- Dreidimensionales Vegetationsnetz:
Sie wird auf der obersten Schicht des Abdeckungssystems installiert und mit Mutterboden aufgefüllt. Sie bietet eine stabile Grundlage für das Pflanzenwachstum, verhindert Erosion und unterstützt die ökologische Wiederherstellung.
- Staubfangnetz / Erosionsschutzmatte:
Wird zur vorübergehenden oder dauerhaften Staubbekämpfung nach der Stilllegung verwendet.
(Zhonglongs Verbundentwässerungsnetz)
Referenzen:
Die Anwendung von Geokunststoffen in Absetzbecken für Abraumhalden: Ein allgemeiner Überblick: https://www.mdpi.com/2673-6489/4/2/26
Stabilitätsanalyse der Sickerwasserbeständigkeit eines mit Geogittern verstärkten Absetzbeckens: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10799897
Auskleidung von Lagerstätten für Bergrückstände: https://library.geosyntheticssociety.org/wp-content/uploads/resources/proceedings/122021/S22-06.pdf
(Bildquelle: Google)
Produktseite:
Geogitter: https://www.zhonglonggeo.com/geogrid-1
Verbundenes Entwässerungsnetz: https://www.zhonglonggeo.com/three-dimensional-composite-drainage-net
Geosynthetische Tondichtungsbahn (GCL): https://www.zhonglonggeo.com/geosynthetic-clay-liner-1
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