Особенности инженерно-геологических свойств отходов углеобогащения в связи с их складированием

Несмотря на успехи развития зеленой энергетики, стратегия большинства стран с большими запасами угля предполагает увеличение объемов его добычи в ближайшие 20 лет, что делает проблему складирования и вторичного использования отходов углеобогащения одной из наиболее актуальных проблем угольной промышленности. В связи с большими перспективами вторичного использования отходов при складировании все чаще используют раздельное размещение отходов в отвалах. Это приводит к формированию сложной неоднородной структуры техногенных массивов, что повышает требования к изученности свойств материалов, складируемых в отвал. Представлены результаты лабораторных исследований физико-механических свойств отходов обогащения угля месторождений Печорского угольного бассейна и их смесей в различных пропорциях, полученных с фабрики, а также образцов отвальной массы существующего породного отвала. Характеристики угла внутреннего трения и сцепления при испытаниях на одноплоскостной срез и трехосное сжатие по консолидированно-дренированной схеме показали близкие значения для различных видов отходов:  = 29°–32°; C = 27–50 кПа. При этом недрированная прочность кеков значительно ниже, что предопределяет необходимость учета и контроля порового давления при наращивании высоты отвальных сооружений. Даны рекомендации по обеспечению длительной устойчивости отвальных сооружений на описываемом объекте при складировании отходов углеобогащения.

Кутепова Н. А., Мосейкин В. В., Кондакова В. Н., Поспехов Г. Б., Страупник И. А. Особенности инженерно-геологических свойств отходов углеобогащения в связи с их складированием // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 77–93. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_77.

Кутепова Надежда Андреевна¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: Kutepova_NA@pers.spmi.ru, Scopus ID: 57192982854,
Мосейкин Владимир Васильевич — д-р техн. наук, профессор, НИТУ «МИСиС», e-mail: moseikin.vv@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-2286-1480,
Кондакова Вероника Николаевна¹ — аспирант, e-mail: s185009@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4883-7972,
Поспехов Георгий Борисович¹ — канд. геол.-минерал. наук, доцент, ведущий научный сотрудник, e-mail: pospehov@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-9090-5150,
Страупник Игорь Альбертович¹ — канд. техн. наук, доцент, Scopus ID: 57195337967, e-mail: Straupnik_IA@pers.spmi.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Кондакова В. Н., e-mail: s185009@stud.spmi.ru.

1. Gubina V., Zaborovsky V., Mitsiuk N., Srat A. F. Differences in the generation of industrial waste from economic activities in Ukraine and the EU and the prospects for the integrated use of mineral raw materials // E3S Web of Conferences. 2021, vol. 280, article 09008. DOI: 10.1051/ e3sconf/202128009008.

2. Чемезов Е. Н. Принципы обеспечения безопасности горных работ при добыче угля // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 649—653. DOI: 10.31897/ pmi.2019.6.649.

3. Pashkevich M. A. Classification and environmental impact of mine dumps // Assessment, Restoration and Reclamation of Mining Influenced Soils. 2017, vol. 1, pp. 1—32. DOI: 10.1016/ B978-0-12-809588-1.00001-3.

4. Matveeva V. A., Isakov A. E. The reduction of negative impact on the environment in the area of coal processing enterprises // Innovation-based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects in 2019. 2019, vol. 1, pp. 431—436.

5. Пашкевич М. А., Матвеева В. А., Данилов А. С. Исследование миграции загрязняющих веществ с территорий техногенных массивов Кольского полуострова // Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 17—21. DOI: 10.17580/gzh.2019.01.04.

6. Батугин А. С., Кобылкин А. С., Мусина В. Р. Исследование влияния геодинамической позиции углепородных отвалов на их эндогенную пожароопасность // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 526—533. DOI: 10.31897/pmi.2021.4.5.

7. Лавриненко А. А., Свечникова Н. Ю., Игуменшева Е. А., Коновницына Н. С. Использование отходов флотации угля в качестве нетрадиционного топлива в топках низкотемпературного кипящего слоя // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 9. — С. 123—130. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-123-130.

8. Чукаева М. А., Матвеева В. А., Сверчков И. П. Комплексная переработка высокоуглеродистых золошлаковых отходов // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 97—104. DOI: 10.31897/pmi.2022.5.

9. Marinina O., Nevskaya M., Jonek-Kowalska I., Wolniak R., Marinin M. Recycling of coal fly ash as an example of an efficient circular economy: A stakeholder approach // Energies. 2021, vol. 14, article 3597. DOI: 10.3390/en14123597.

10. Невская М. А., Федосеев С. В., Блошенко Т. А., Мелик-Гайказов И. В., Переин В. Н., Новосельцева В. Д., Гончарова Л. И., Гилярова А. А. Рациональное использование вторичных минеральных ресурсов в условиях экологизации и внедрения наилучших доступных технологий: монография. — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2019. — 252 с.

11. Абдрахимова Е. С., Кайракбаев А. К., Абдрахимов В. З. Использование отходов углеобогащения в производстве керамических материалов — современные приоритеты развития для «зеленой» экономики // Уголь. — 2017. — № 2. — С. 54—57. DOI: 10.18796/ 0041-5790-2017-2-54-57.

12. Панова В. Ф., Панов С. А. Отходы углеобогащения как сырье для получения строительных материалов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2015. — № 2(12). — С. 71—72.

13. Шабаров А. Н., Николаева Н. В. Комплексное использование отходов переработки теплоэлектростанций // Записки Горного института. — 2016. — Т. 220. — С. 607—610. DOI: 10.18454/pmi.2016.4.607.

14. Семина И. С., Андроханов В. А., Куляпина Е. Д. Опыт использования отходов углеобогащения для рекультивации нарушенных участков // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 159—175. DOI: 10.25018/0236-1493-20209-0159-175.

15. Kondakova V. N., Pankratova K. V., Pomortseva A. A., Pospehov G. B. Analysis of the problem of classification of mining wastes // Engineering and Mining Geophysics. 2020, vol. 2020, article 51139. DOI: 10.3997/2214-4609.202051139.

16. Гальперин А. М., Семенова Е. А. Прогноз геомеханических процессов на горных предприятиях на основе теории консолидации породных массивов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2016. — № 2. — С. 111—120.

17. Galperin A. M., Moseikin V. V., Kutepov Yu. I., Derevyankin V. V. Assessment of state of water-saturated mine waste for the justification of engineering structure designs at open pit mines // Eurasian Mining. 2017, vol. 1, pp. 6—9. DOI: 10.17580/em.2017.01.02.

18. Лычко Ю. М. Использование промышленных отходов для устройства оснований зданий и сооружений / Строительные конструкции. Обзорная информация. — М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1982. — 66 с.

19. Огородникова Е. Н., Николаевна С. К. Классификация техногенных грунтов / Сергеевские чтения. Сборник трудов конференции. — М.: РУДН, 2014. — С. 194—198.

20. Кутепов Ю. И. Исследование физико-механических свойств гидроотвалов Кузбасса // Записки Горного института. — 1981. — Т. 83. — С. 92.

21. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно нарушенных массивах при разработке МПИ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 8. — С. 123—131.

22. Glushkov D. O., Lyrschikov S.Yu., Shevyrev S. A., Yashutina O. S. Rheological properties of coal water slurries containing petrochemicals // Thermal Science. 2019, vol. 23, pp. 2939— 2949. DOI: 10.2298/TSCI180422191G.

23. Skarzynska K. M. Reuse of coal mining wastes in civil engineering — Part 1: Properties of Mine-stone // Waste Management. 1995, vol. 15, pp. 3—42. DOI: 10.1016/0956-053X(95) 00004-J.

24. Golam M. Base material characterization of spoil piles at BMA coal mines. Master Thesis, School of Civil Engineering Science and Engineering Faculty, Queensland University of Technology, 2015.

25. Filipovich P., Borys M. Comparative Analysis of the geotechnical properties of coal mining wastes from Lublin Coal Basin and from other basin // Journal of Water and Land Development. 2007, vol. 11, pp. 117—130. DOI: 10.2478/v10025-008-0010-5.

26. Gruchot A., Zawisza E., Gubala S. Shear strength tests of coal waste from KWK Wesola: in a three-axle compression apparatus // Mining Review. 2009, vol. 7—8, pp. 73—78.

27. Протосеня А. Г., Кутепов Ю. Ю. Прогноз устойчивости гидроотвалов на подрабатываемых подземными горными работами территориях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 3. — С. 97—112. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-030-97-112.

28. Galperin A. M., Moseikin V. V., Kutepov Yu. I., Derevyankin V. V. Assessment of state of water-saturated mine waste for the justification of engineering structure designs at open pit mines // Eurasian Mining. 2017, vol. 1, pp. 6—9. DOI: 10.17580/em.2017.01.02.

29. Гранович И. Б., Дедеев В. А., Степанов Ю. В. и др. Воркутский угленосный геолого-промышленный район: структура запасов и направления комплексного освоения. — Сыктывкар: КНЦ УрО РАН, 1994. — 272 с.

30. Tabish R., Yang Z., Wu L., Xu Z., Cao Z., Zheng K., Zhang Y. Predicting the settlement of mine waste dump using multi-source remote sensing and a secondary consolidation model // Frontiers in Environmental Science. 2022, vol. 10, article 885346. DOI: 10.3389/fenvs.2022.885346.

31. Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. И., Шабаров А. Н. Информационно-аналитическое обеспечение мониторинга состояния объектов открытых горных работ на базе технологий веб-картографии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 8. — С. 56—70. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_8_0_56.

32. Belova M., Iakovleva E., Popov A. Mining and environmental monitoring at open-pit mineral deposits // Journal of Ecological Engineering. 2019, vol. 20, no. 5, pp. 172—178. DOI: 10.12911/22998993/105438.

33. Сафиуллин Р. Н., Афанасьев А. С., Резниченко В. В. Концепция развития систем мониторинга и управления интеллектуальных технических комплексов // Записки Горного института. — 2019. — Т. 237. — С. 237—322. DOI: 10.31897/pmi.2019.3.322.