Насыпные грунты и горные массы отвалов карьеров

Данная подгруппа объединяет насыпные и намывные грунты, горные массы отвалов и терриконов, а также так называемый культурный слой, под которым подразумевают верхние слон пород в населенных пунктах, переработанные человеком и включающие следы материальной культуры (обломки строительного материала, предметов домашнего обихода и т. д.).
По исследованиям Ф. В. Котлова, состав основной минеральной массы культурного слоя чаще всего соответствует геологическим условиям местности, а состав «культурных включений» определяется характером и состоянием хозяйственно-культурной деятельности человека. В отличие от горных пород культурный слой крайне неоднороден по составу и невыдержан по мощности. В составе некоторых разностей его наблюдается очень высокое содержание органических включений. Такие образования непригодны для использования в качестве основания сооружений.
Наносные грунты накапливаются в различных ирригационных системах, каналах и водохранилищах. По своим свойствам они пpиближaютcя к осадкам современных озер и рек.
С развитием техники гидромеханизации земляных работ широкое распространение получают намывные земляные сооружения и гидроотвалы.
В процессе намыва наблюдается фракционирование породы — отделение песчано-гравелистых частиц от тонкообломочных пылевато-глинистых. Указанные фракции укладываются на отвалах с различным уклоном, величина которых зависит от размера зерен, удельного расхода воды и некоторых других факторов. Ориентировочное значение этих уклонов для случаев свободного течения пульпы на отвале при расходе воды от 300 до 1200 м3/ч приведено в табл. 26.

По данным Г.А. Нурка, дробленый аргиллит укладывается водой под углом от 20 до 30°, а намываемые массы прокопьевских терриконов (Кузбасс) — под углом 25—26°.
Грубообломочные и песчаные породы, легко отделяющие воду, укладываются плотно. Глинистые породы длительное время сохраняют текучесть и рыхлое сложение.
Горные массы отвалов. При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом приходится извлекать из массива мощные толщи вскрышных пород и транспортировать их в отвалы. Последние могут располагаться как в контуре карьера (внутренние отвалы), так и вне его (внешние отвалы).
Отвальные насыпи характеризуются следующими особенностями. Форма откоса отвала близка к прямолинейной, что объясняется условиями его формирования при свободном ссыпании пород. Породы при этом располагаются под углом естественного откоса, который достигает следующих значений:

В процессе отвалообразования наблюдается разрыхление породы, причем коэффициент разрыхления песков (отношение объемных масс в естественном залегании и в насыпи) составляет 1,1—1,25; у глин коэффициент разрыхления достигает 1,6 (А.М. Драпников). Однако при высоких отвалах (свыше 20 м) песчано-глинистые породы в их основании приобретают плотность, близкую к плотности в естественном залегании.
При разрыхлении пород в процессе их экскавации и транспортирования в отвал наблюдается снижение прочности. Для условий Днепровского буроугольного бассейна (песчано-глинистые породы) при работе транспортно-отвальных мостов снижение прочности пород во внутренних отвалах характеризуется данными табл. 27.

Отвалы могут быть однородными, когда в них размещаются литологические однородные породы, или неоднородными, когда в отвалы складируются породы, разнородные по литологическому составу.
Неоднородность отвала может быть вызвана также результатом естественного фракционирования пород в процессе их отсыпки. При этом более мелкие фракции породы скапливаются в верхней части насыпи, а более крупные — в нижней. Такой тип сложения насыпи формируется также в случае отсыпки разнородных по литологическому составу пород, например песков и плотных глин. Песчаная масса при этом концентрируется в верхней части отвала и частично достигает средней, а куски и комки глин скатываются вниз.
Отвальные массы характеризуются неоднородностью по их плотности. Как правило, плотность этих масс является функцией времени существования отвала и увеличивается с глубиной под действием вышележащих масс.
Уплотнение отвалов происходит также под действием силы удара сбрасываемой породы на поверхность отвала и массы работающих машин и механизмов на площадке отвалов. При отсыпке отвалов, например конусами, в их основании и по всей высоте образуется уплотненное ядро.
В связи с прогрессирующим уплотнением отвальной насыпи, протекающим особенно интенсивно в начальный период ее существования, возрастает сцепление породных масс отвала. По ориентировочным данным С.И. Попова, при «возрасте» насыпи в 1,5 года сцепление песчано-глинистых насыпей соответственно восстанавливается на 38 и 50%.