2. Склад відвальної маси

Відвальна маса є механічною сумішшю гірських порід, що вміщають вугільний пласт, зростки вугілля з породою і вугілля, втрачених при видобутку і збагаченні. За мінералогічним складом видана з шахти на поверхню порода складається з глинистих, піщано-глинистих, піскуватих і вуглистих сланців, піщаників, вапняків із включенням вугілля, сірчистого колчедану і зростків породи з вугіллям

Горючі матеріали представлені у відвальній масі у вигляді чистого вугілля, зростків вугілля з породою, вуглистих сланців і аргілітов, лісоматеріалів і горючої сірки, представленої в основному піритом. Вугілля надходить у відвали разом з порожньою породою від проведення і перекріплювання виробок, пройденних по вугіллю і породі, а також з аварійних виробок.

Лісоматеріали представлені в основному уламками стійок і затягувань і надходять у відвал разом з породою від перекріплювання виробок. Деяка кількість їх залишається у відвалі після перестилання рейкових доріг і пересування розвантажувальних ферм. Вуглисті сланці і аргіліти, а також зростки вугілля з породою видаються у відвал з шахти разом з негорючою породою.

Якщо на пласких породних відвалах склад відвальної маси зазнає значних змін за площею і за рахунок різних джерел її надходження, то на конічних відвалах відбувається її додаткове розділення (сегрегація) за питомою вагою і фракційним складом. Це приводить до утворення окремих зон, що відрізняються за фракційним складом і вмістом горючих речовин. На конічних відвалах заввишки більш 10м чітко просліджуються чотири зони, розмір яких залежить від висоти відвала:

- підошва, складена з великих шматків матеріалу, заввишки до 12м, в якому майже немає вугілля і малий вміст горючих речовин;

- нижня зона до половини висоти відвала, яка складена на 80-90% породою більше 25мм з невеликим вмістом горючих речовин;

- нижня зона, на 6-12 м, що не доходить до вершини відвала, має великий вміст горючих речовин у вигляді вугілля і зростків;

- верхня зона у вершини відвала, представлена в основному породою великою менш 25мм з великим вмістом горючих речовин у вигляді вугілля і зростків.

Відвальна маса є механічною сумішшю вугілля і гірських порід різного фракційного складу, що мають фізичні властивості, сукупність яких визначає фізичні властивості скупчення в цілому

Основні теплофізичні властивості речовин характеризуються коефіцієнтами температуропровідності, теплопровідності і теплоємністю. Теплофізичні властивості скупчення відвальної маси є складною функцією властивостей складових їх фаз. Крім того, вугілля різної стадії метаморфізму також відрізняється за своїми теплофізичними властивостями.

Насипна щільність відвальної маси на пласких породних відвалах змінюється від 1280 до 1700 кг/м³ .

Питома поверхня відвальної маси залежить від міри її дисперсності, яка характеризується середнім діаметром часток.

3. Структура промислових відвалів та їх класифікація

Структура порідних відвалів має істотний вплив на їх самозагорання, оскільки визначає розподіл горючих речовин в тілі відвала і його повітропроникність. Структура породних відвалів зумовлюється сегрегацією матеріалу і залежить від типу відвалу. На конічних рейкових і канатних відвалах, де розвантаження породи здійснюється на вершину конусу, існують найбільш сприятливі умови для сегрегації відвальної маси і утворення чітко виражених зон, проте рейкові терикони і хребтовидні канатні відвали відрізняються за структурою, що пояснюється специфікою відвалоутворення.

Відсипання хребтового відвала здійснюється зазвичай послідовними конусами з фіксованими місцями розвантаження породи, унаслідок чого структурні зони первинного конусу розташовуються віялоподібно на первинному конусі неподіленої маси. Структура подальших конусів складніша, оскільки вони зазвичай відсипаються повністю або частково на укіс попереднього конуса. В цьому випадку відвал перегорає повніше, оскільки порода з невеликим вмістом паливних матеріалів з нижньої зони, яка зазвичай на первинних конусах не перегорає, потрапляє в середню зону з найбільш інтенсивним горінням і теж згорає.

Сегрегація відвальної маси на конічних відвалах з утворенням чітко виражених зон з підвищеним вмістом горючих речовин і розташованих під ними зон підвищеної повітропроникності сприяє створенню сприятливих умов для їх самозагорання.

Численними спостереженнями встановлено, що вогнища самозагорання і найбільш інтенсивне горіння відвалів мають місце в нижній частині середньої зони конічних відвалів.

Існують різні класифікації відвалів.

За конфігурацією виділяють 3 головних форми – конуси, насипи і гребені. У основу цієї класифікації покладені відмінності відвалів за висотою, формою і кутом природного укосу,тобто за тими параметрами, які визначають вологість грунтів, швидкість зміни складу грунтів і темпи природного заростання відвалів.

За походженням відвали підрозділяються на відвали, що виникають при підземному і відкритому видобутку корисних копалин, при переробці мінеральної сировиниі т.п., включаючи в цю класифікацію і території, розташовані в смузі максимального забруднення промисловими відходами. Проте ця класифікація не враховує вік, фізичну будову і хімічний склад грунтів, тобто ознаки, що обумовлюють можливість їх біологічного освоєння.

- Більш повно враховані властивості грунтів в класифікації, в якій типізація відвалів проведена за походженням, зростом, формою, висотою, механічним складом, кислотністю і можливістю утилізації відходів.

При розробці біологічного відновлення порушених земель, запропоновано декілька класифікацій грунтів , з яких складаються відвали, за ступенем їх придатності для біологічної рекультивації. Всі вони регіональні, враховують властивості і показники порід родовища, і тому мало пристосовні для більш загальних досліджень.