Kaivannaisjätealueen korottaminen, riskit ja haasteet kalvotetuilla altailla

Abstract

Kalvotetun kaivannaisjätealtaan patorakenteisiin voi kohdistua kalvon vauriotilanteessa sisäisen eroosion riski, jos hydraulinen gradientti nousee kriittiseksi. Tähän liittyen opinnäytetyössä tarkasteltiin tiivistevaurion aiheuttamaa suotovirtausta ja sisäisen eroosion riskiä kalvotetulla kaivannaisjätealtaalla.

Tarkastelu oli osa Pöyry Finland Oy:n tekemää Terrafame Oy:n kipsisakka-altaan 2 korottamisen riskiarviota. Työssä tutustuttiin myös kalvotettujen kaivannaisjätealtaiden rakenteisiin, altaiden korotusmenetelmiin ja kaivospatoihin liittyviin patoturvallisuusasioihin. Lisäksi työssä käsiteltiin kaivannaisjätteiden ominaisuuksia sekä näiden ominaisuuksien vaikutuksia altaiden korotus- ja sulkemisvaiheessa.

Suotovirtauksen ja hydraulisen gradientin tarkastelu suoritettiin Rocsciencen kehittämällä Slide-ohjelmistolla. Ohjelmistolla suoritettava laskenta perustuu FEM-laskentaan eli elementtimenetelmään. Opinnäytetyössä tutkittiin erilaisissa laskentatapauksissa, tiivistevaurion aiheuttamaa suotoveden määrää ja hydraulista gradienttia. Tiivistevauriot sijoitettiin eri kohtiin kaivannaisjätealtaan patopengertä. Lisäksi näissä vauriokohdissa tutkittiin vauriokoon merkitystä suotovirtauksen ja sisäisen eroosion riskin kannalta.

Tutkimustuloksista kävi ilmi, että kipsisakka-altaaseen läjitetty kipsisakka toimii hyvänä suojakerroksena mahdollisissa vauriotilanteissa. Jos vapaata vettä varastoidaan patopengertä vasten, jo pienikokoinen vaurio aiheuttaa sisäisen eroosion riskin. Patoturvallisuuden kannalta on parempi, jos kipsisakkaa läjitetään patopengertä vasten ja vapaa vesi pidetään kauempana padosta. Suurimman riskin patoturvallisuuden kannalta todettiin olevan haitallisten aineiden kulkeutuminen ympäristöön vuotovesien matkassa.

There is a risk of internal erosion in a case of damage to geomembrane used in lined tailings impoundment. In internal erosion, also known as piping, seepage flow induces a stress condition on particles of soil material and forces them to move with the flowing water.

This thesis was assigned by Pöyry Finland Ltd. The objective was to study the effects of seepage flow and hydraulic gradient it induces in a situation of damaged geomembrane. The evaluation carried out in this thesis was part of a risk analysis, which was conducted to investigate effects caused by sequential rise of a lined tailings impoundment. The tailings impoundment is located in Sotkamo, Finland and the mine, where the impoundment is situated, is operated by Terrafame Ltd.

The evaluation was executed by using Slide analysis program, which is developed by Rocscience. The program uses Finite Element Method in ground water seepage analysis. The evaluation was done to various incidents, and in these incidents geomembrane damage was simulated to various spots of the dam. Additionally in these incidents free water was situated differently with respect to the dam and different puncture sizes were also used.

The results of the evaluation showed, that depositing tailings against the dam and keeping free water at the centre parts of the impoundment, improves dam safety. The most significant risk in case of a damaged geomembrane is spreading of hazardous substances transported by the seepage flow.