Magdalena Borys, Piotr Filipowicz

Właściwości geotechniczne odpadów powęglowych
z Lubelskiego Zagłębia Węglowego

STRESZCZENIE

Materiały odpadowe produkowane przez przemysł, takie jak odpady powęglowe, mieszaniny popiołu i żużla, kruszywa powstałe na bazie odpadów powęglowych oraz materiały po przetworzeniu zanieczyszczonych gruntów naturalnych, są coraz częściej wykorzystywane w budownictwie zamiast gruntów naturalnych. Znaczna część odpadów powęglowych pozostających po wydobyciu węgla kamiennego jest wykorzystywana do rekultywacji wyrobisk odkrywkowych po kruszywach, budowy i remontu dróg lokalnych, budowy i modernizacji korpusów nasypów wodno-melioracyjnych, w tym wałów przeciwpowodziowych, ogroblowań kanałów i zbiorników wodnych oraz produkcji materiałów budowlanych.

Aby możliwe było wykorzystanie tych materiałów jako gruntu budowlanego konieczna jest wiedza na temat oddziaływania ich na otaczające środowisko. Do tego celu niezbędne jest przede wszystkim rozpoznanie składu chemicznego materiału oraz odcieków wodnych, a w następnej kolejności parametrów geotechnicznych wymienionych materiałów. W przypadku ich wykorzystywania w budownictwie hydrotechnicznym, w tym m. in. do budowy wałów przeciwpowodziowych, parametrami tymi, są skład granulometryczny, maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego, wilgotność optymalna, wytrzymałość gruntu na ścinanie i współczynnik filtracji.

Na podstawie analizy uziarnienia odpadów powęglowych z Lubelskiego Zagłębia Węglowego stwierdzono wyraźny wpływ długości okresu zalegania odpadów powęglowych na hałdzie na wyniki. Im starsze odpady, tym mniej zawierają cząstek grubych i więcej drobnych. We wszystkich przebadanych próbkach frakcja żwirowa stanowiła największą część - od 73 do 86% w odpadach świeżych, od 58 do 77% w odpadach 5-letnich oraz od 51 do 67% w odpadach 7-letnich.

Stwierdzono również, że istnieje wyraźna tendencja spadkowa wartości maksymalnej gęstości objętościowej i rosnąca wilgotności optymalnej odpadów powęglowych wraz z długością okresu ich zalegania na hałdzie.

Materiały odpadowe charakteryzowały się dużymi wartościami kąta tarcia wewnętrznego (24-55°) i dużą spójnością (21-67 kPa), większą niż naturalne grunty spoiste o podobnym uziarnieniu. Zaobserwowano, że im starsze są odpady powęglowe, tym mniejsza wartość kąta tarcia wewnętrznego, natomiast większa spójność. W badanych odpadach wartości kąta tarcia wewnętrznego zmniejszyły się średnio o ok. 33%, natomiast spójność zwiększyła się średnio o ok. 11% po 7 latach zalegania na hałdzie.

Badane odpady powęglowe można zaliczyć do materiałów średnio i słabo przepuszczalnych o współczynniku filtracji podobnym do notowanego w gruntach mineralnych, takich jak: piaski drobne, pylaste i gliniaste. Współczynnik ten zmniejszał się wraz z upływem czasu zalegania odpadów na hałdzie.

Wpływ procesu wietrzenia został także omówiony na przykładzie wybranych parametrów geotechnicznych odpadów powęglowych z Lubelskiego Zagłębia Węglowego wbudowanych w nasypy wodno-melioracyjne o różnym wieku eksploatacji. Udział poszczególnych frakcji w próbkach pobranych z 10-letniej grobli stawowej był podobny do wartości określonych w odpadach świeżych. Kąt tarcia wewnętrznego określony na podstawie badań w aparacie bezpośredniego ścinania próbek pobranych z 10-letniej grobli stawowej wynosił od 31 do 50°, a spójność od 20 do 51 kPa. Próbki te charakteryzowały się współczynnikiem filtracji, zawierającym się w zakresie 10 ^-8-10 ^-5 m·s ^-1.