Dränerad celldeponering ur ett geotekniskt perspektiv
GeoteknikGruvdammarAvfallGruvavfallDeponeringCelldeponiDeponeringsmetoderAnrikningssandDräneradCelldeponeringSildammarGeotextilSovringsgråbergPortryckTriaxialförsökTjälgränsmätningarKornfördelningSiltSandFriktionsvinklarMassbalansTjälgeoteknikLKABStabilitet
Gruvavfall uppkommer i stora mängder, i Sverige årligen cirka 45 miljoner ton. Ett miljömässigt och ekonomiskt effektivt omhändertagande av avfallet är en strategisk viktig framtidsfråga för såväl svenska gruvindustrin som miljövården. Det svenska malmförädlingsföretaget LKAB bedriver utvecklingsarbete för att med nya metoder minska riskerna och kostnader i hanteringen av gruvavfall. LKAB avser att utföra försök i driftskala med en ny deponeringsteknik som kallas dränerad celldeponering. Sedan många år har man inom LKAB bedrivit försök i laboratorie- och pilotskala. Samarbetspartners i detta projekt är forskningsprogrammet MiMi, som syftar till att utveckla och förbättra åtgärder mot miljöproblem från gruvavfall. Den nya deponeringsmetoden innebär i korthet att anrikningssand deponeras i celler. Dessa celler omgärdas av sildammar uppbyggda av grövre gråbergsfraktioner och täckta på insidan med ett filterlager av finare fraktioner eller geotextil. Anrikningssand tillsammans med vatten pumpas ut i cellen och sildammen har funktionen att dränera bort vattnet och hålla kvar anrikningssanden. Stabiliteten i den deponerade mängden anrikningssand beror av i vilken utsträckning vattnet dräneras bort. Den dränerade anrikningssanden ger cellen en inbyggd stabilitet som gör att den successivt kan byggas upp på höjden. Detta examensarbete syftar till att undersöka och utvärdera LKAB:s nya metod ?dränerad celldeponering? i fullskaleförsök ur ett geotekniskt perspektiv. Exjobbet omfattar mätning och utvärdering av anrikningssandens massbalans, portrycksvariation, tjälegenskaper, skjuvhållfasthet samt en geoteknisk grundundersökning. I metodiken för examensarbetet ingår också att genom litteraturstudier fördjupa sig inom det kunskapsområde som undersökningarna anknyter till. Litteraturstudien omfattar olika deponeringsmetoder som används i gruvindustrin idag, tidigare försök som gjorts på LKAB inom ramen för metodiken dränerad celldeponering samt en genomgång av några geotekniska begrepp som påverkar en jords egenskaper: Porvattnets inverkan på stabiliteten, tjälgeoteknik, skjuvning av jord och kornfördelning. Fältundersökningar ägde rum vid LKAB:s verksamhet i Malmberget under perioden januari-april 2002, under då rådande förutsättningar. Laborationer utfördes på avdelningen för geoteknik vid Luleå Tekniska Universitet under perioden april?september 2002. All projektering och produktion av dammen gjordes av LKAB. Fältundersökningar tyder på att sildammens funktion är god. Denna bedömning grundas på uppmätt skillnad mellan in- och utströmning av anrikningssand samt på sildammens dränerande förmåga. Laboratorieundersökningar vid LTU visar att anrikningssandens geotekniska egenskaper varierar mycket mellan olika provtagningspunkter. Det som i första hand påverkar materialets sammansättning är avståndet från utsläppspunkten och hur det har sedimenterat. En annan sak som har inverkan är den varierande strömningsriktningen. Materialet uppvisar en hög dränerad skjuvhållfasthet, något som bland annat beror på att det är ett krossat material. Fältförsök under vinterförhållanden visar att det kommer att bildas frysta zoner i celldeponin vid eventuella driftstörningar. Vid återupptagen deponering på fryst material byggs den frusna zonen in av ett isolerande skikt av anrikningssand vilket medför att upptiningsprocessen tar längre tid än för en ytlig islins.