Отходы добычи и обогащения каменного угля

Отходы угольной промышленности делятся на отвальные шахтные породы (ОШП) и отходы углеобогащения (ОУ). Отвальные шахтные породы могут быть представлены вскрышными и межпластовыми горными породами, не содержащими включений угля, влияющих на их свойства. В этом случае технология применения ОШП не отличается от обычных крупнообломочных грунтов.

В большинстве случаев ОШП концентрируются в производственных отвалах. В зависимости от степени метаморфизма, содержания угля и способа хранения в отвалах возникают самопроизвольные высокотемпературные процессы, изменяющие свойства пород.

Способы разработки отвалов шахтных пород соответствуют характеру отложений. При разработке отвалов вскрышных пород и шахтных отвалов, не содержащих включений угля, должны соблюдаться общие правила, обеспечивающие высокую производительность и безопасность работ.

При разработке старых шахтных отвалов, в которых происходили высокотемпературные процессы, приводившие к обжигу горных пород, необходимо учитывать неоднородность их сложения. Разрабатывают только негорящие отвалы.

Разработку отвалов экскаватором начинают с верхних отметок, со ступенчатым расположением забоев сверху-вниз. При частичной выборке отвала допускается разработка бульдозером с погрузкой в автосамосвалы погрузчиком или экскаватором.

При высокой температуре грунта, а также при сильном пылении разработку ведут с одновременным поливом водой с использованием гидравлического оборудования высокого давления.

Горелые породы и горелопородные смеси целесообразно вывозить на трассу в осенне-зимний период, складировать на полосе отвода слоем толщиной не более 1,0−1,5 м, а работы по сооружению насыпи производить в весенне-летний период. Воздействие атмосферных осадков, перепадов температуры, циклов замораживания-оттаивания в слое неуплотнённой породы способствует разрушению неводостойких слабопрочных включений. При использовании слабообожжённых и необожжённых пород рекомендуется их циклическое замачивание-высушивание, что приводит к разрушению слабых включений.

С целью максимального разрушения неводостойких слабопрочных включений технология работ должна предусматривать двухэтапное уплотнение с перемешиванием. На первом этапе уплотнение с дроблением осуществляется тяжёлыми решетчатыми катками массой 25−30 т или кулачковыми виброкатками массой более 17 т. Количество проходов катка зависит от начального содержания мелкозёма и ориентировочно составляет 4−6 проходов для необожжённых пород и 5−8 — для слабообожжённых. Окончательное количество проходов устанавливают пробным уплотнением. Для равномерного распределения мелкозёма по толщине слоя после первого этапа уплотнения предусматривают его рыхление с перемешиванием породы.

Второй этап уплотнения осуществляется после дополнительного увлажнения на величину потерь испарения. На втором этапе уплотнение осуществляют тяжелыми катками на пневматических шинах высокого давления массой 25−30 т или гладковальцовыми комбинированными катками. Ориентировочное количество проходов катка по одному следу 8−12. При уплотнении горелых пород и горелопородных смесей наибольший эффект дают вибрационные катки массой 8−12 т при 4−6 проходах по одному следу либо вибротрамбующие машины при 2−3 проходах.

От первого этапа уплотнения-дробления можно отказаться, вводя в состав породы требуемое количество мелкозёма и тщательно перемешивая смесь. В качестве мелкодисперсного заполнителя можно использовать песчаные и супесчаные грунты, отходы флотации, дробления, шлаковые отсевы.

В целях защиты от выветривания размягчаемых материалов на откосах и в основании насыпи проектом может быть предусмотрено устройство защитных слоев. По мере возведения каждого слоя насыпи из отходов с откосной стороны досыпают слой связного грунта такой же толщины, придавая поверхности откоса соответствующий уклон. Уплотнение защитных слоев осуществляется одновременно с уплотнением слоя отхода.

Техногенные грунты, состоящие из обломков различной прочности и водостойкости, разделяют по величине агрегатной прочности на 4 вида (табл. 1.).

Таблица 1.

Примечание. Агрегатная прочность, А характеризуется величиной остатка на сите 2 мм после мокрого рассева уплотнённой в приборе стандартного уплотнения Союздорнии пробы материала в водонасыщенном состоянии: А_о— для пробы, не подвергающейся замачиванию-высушиванию; А₃— при 3-х циклах замачивания-высушивания; А₁₀— то же, для 10 циклов При использовании техногенных грунтов для возведения земляного полотна наиболее целесообразной является схема производства работ с получением углеотходов из накопительных бункеров обогатительных фабрик и транспортированием их на объект строительства с привлечением автотранспорта предприятия.

После гидравлического обогащения влажность отходов углеобогащения (ОУ) составляет 8−14%, что может быть близко к оптимальной. При влажности, превышающей оптимальную на 3% и более, необходимо предусмотреть мероприятия по её снижению просушиванием либо добавлением более сухого грунта из терриконов или шахт. При использовании отходов после пневматических методов обогащения их влажность близка к исходной влажности углевмещающих пластов (1−4%), поэтому такие ОУ требуют доувлажнения до оптимальной влажности перед уплотнением.

При уплотнении условно агрегатно-прочных ОУ требуется добиваться плотной структуры, при которой в пустотах между обломками находится 30−40% (и более) мелкозернистого заполнителя. Это предупреждает возможную просадочность при разрушении крупных обломков. Повышенное содержание мелкозёма достигается добавлением недостающего количества мелкодисперсного грунта либо разрушением крупных обломков.

При устройстве защитных слоев из связных грунтов возможно оставлять в ядре насыпи отходы с пониженным содержанием мелкозёма. В этом случае для ОУ условно агрегатно-прочных 1-го типа наиболее рациональной является технология двухэтапного уплотнения. В результате первого этапа уплотнения в верхней части слоя (прослойка до 10 см) образуется значительное количество мелкозёма, который может служить материалом для защитного слоя. Эта прослойка сдвигается бульдозером на откосную часть насыпи и затем после планировки осуществляется второй этап уплотнения всего слоя.