Автор:Филиппова Я. В., Ефимов В. Г.
Источник: Третья региональная конференция аспирантов и студентов «Экологические проблемы топливно-энергетического комплекса» (25 – 26 апреля 2012 г.) – Донецьк, ДонНТУ – 2012
Для строительства дорог ежегодно требуются сотни миллионов м3 глины, суглинка, песка. Добывают это сырье из карьеров, которые занимают значительные площади потенциально плодородных земель. Пыль, возникающая вследствие открытых горных работ и распространяющаяся с помощью ветров, оседает на прилегающей территории, снижая плодородность земель. В то же время на земной поверхности накапливаются отходы угледобычи, количество которых измеряется миллиардами м3. И одним из направлений их утилизации является применение в дорожном строительстве.
Практический опыт применения углеотходов в дорожном строительстве имеют все угольные регионы. Например, в Донецке технологию возведения дорожного полотна опробовали на дороге от проспекта Мира до улицы Байдукова рядом с «Донбасс Ареной» [1].
Но, чтобы отвальная масса применялась широко, решается ряд вопросов, связанных с разным фракционным составом пород отвалов, повышенным содержанием в свежих отходах углерода, опасностью самовозгорания угля в насыпи, высоким содержанием соединений серы, которая агрессивно действует по отношению к некоторым дорожным материалам, повышенной влажностью отходов и др. Эти трудности преодолеваются, в основном, путем выбора рациональной конструкции насыпи. Кроме того, учитываются размещение отходов, перспектива развития дорожной сети в пределах данной территории, анализ об экономической выгоде замены обычного сырья отходами в каждом конкретном случае, данные о составе углеотходов и их свойствах как материала для сооружения земляного полотна [2].
В данном случае будут применяться углеотходы отвала шахты им. М.И. Калинина, объем которого в 2011 году составил 12869 тыс. м3. Утилизация таких многотоннажных малоликвидных промотходов возможна в рамках строительства нескольких Евразийских коридоров (автобанов), проходящих через Украину [3]. Данная порода представляет ценность как перегоревшая (в основной массе). Это говорит о том, что сера и углерод вступили в реакцию горения и их соединения улетучились. На некоторых отдельных участках еще ведется тушение негорючими материалами – инертной пылью, глинистыми и песчано-глинистыми сланцами (шахтным проектом формирования породного отвала запрещено подавать воду в трещины и пустоты выгорания). После предварительного тушения остаточных очагов горения, можно приступать к непосредственной подготовке отвальной массы к дроблению на более мелкие фракции, а потом транспортированию ее к месту строительства автодорог.
Эта порода должна удовлетворять следующим главным условиям [2]:
Важным показателем считается и равнопрочность материала, учитывающая возможный разброс значений прочности и вероятность получения достаточно однородной конструкции.
Для устройства подстилающего слоя используется порода после первого дробления с размером зерен от 20 до 150 мм [4]. Технологический процесс сводится к разравниванию породы и уплотнению образующейся поверхности катками. Просадки выравниваются, рассыпая горелую породу меньшей крупности, и 15 – 18 раз по насыпи проходит тяжелый каток. Уплотнение заканчивается при прекращении деформации после прохода катка. Для повышения плотности слоя породу можно увлажнить.
Для нижних и средних слоев оснований применяют размеры фракций свыше 40 до 80 мм и свыше 80 до 150 мм, для верхних слоев оснований и покрытий – свыше 20 до 40 мм и свыше 40 до 80 мм. Расклинцовку слоя с перегоревшей породой следует производить мелкими фракциями с последовательно уменьшающимися размерами: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм. Основания и покрытия из дробленных горелых пород укладывают аналогично основаниям из природного щебня и гравия – отсыпают, распределяют и уплотняют.
На рисунке 1 приведены варианты предлагаемых конструкций дорожной одежды из материалов горелых пород шахтных отвалов.
Рисунок 2 – Конструкции дорожных одежд усовершенствованного облегченного типа из материалов горелых пород (h – толщина слоя):
1 - поверхностная обработка, фракция 5 – 10 мм;
2 – щебень фракции 20 – 40 мм, обработанный битумом, h = 8 см; 3 – слой прочного щебня с расклинкой, h = 20 см; 4 – отсев дробления горелых пород, h = 16 см; 5 – щебеночная смесь фракций, обработанная битумом на дороге, h = 10 см; 6 - щебеночная смесь свыше 20 до 80 (150) мм, h = 30 см.
Вывод. Таким образом, ограниченность природных минеральных ресурсов, применяемых для возведения автодорог, и необходимость снижения издержек производства обусловливают использование в качестве сырья таких техногенных отходов, как породы шахтных отвалов. Теоретические наработки и практический опыт в области рационального использования углеотходов позволяет решить существующие проблемы.