Назад в библиотеку
Подготовил Шишко Д.Ю. на семинарское занятие по предмету "Система технологий", 20.10.2006.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ВВЕДЕНИЕ
1.Актуальные проблемы минеральных ресурсов Украины
1.1. Охрана окружающей среды в Кривбассе
1.2. Охрана окружающей среды Донецкого региона
2. Природно- и ресурсосбережение при разработке месторождений
2.1. Рекультивация земель, нарушенных горными работами
2.2. Утилизация твердых отходов угольного производства
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Минеральные ресурсы любой цивилизованной, суверенной страны являются ее естественным важнейшим национальным богатством, первоосновой экономического развития и благосостояния, решающим фактором ускоренного прогресса производительных сил, определенных гарантий экономической и политической независимости в некоторых хозяйственных отраслях, а в ряде случаев и объектом существенных импорта и экспорта, т. е. ощутимого поступления свободно конвертируемой валюты.
Украина, занимая территорию в 603,7 т км2 (0,4 % мировой суши), относится к числу государств с развитым минерально-сырьевым комплексом. Из ее недр извлекается около 5 % мировой добычи полезных ископаемых. 48 % промышленного потенциала Украины прямо или косвенно сопряжено с добычей, переработкой и использованием минеральных ресурсов, что сопоставимо с такими же показателями для России, Казахстана и ряда капиталистических стран.
Сегодня в Украине выявлено более 90 видов минерального сырья употребляемого современной промышленностью, агропромышленным комплексом и другими отраслями. Открыто и изучено более 8 тыс. месторождений полезных ископаемых, поставлено на государственный баланс Украины около 5 тыс. разведанных месторождений, из которых около 3,5 тыс. уже разрабатываются (не считая месторождений торфа).
В условиях исчерпания экстенсивных факторов роста экономики весь прирост потребности производственной сферы в ресурсах должен обеспечиваться только за счет их экономии. Многие резервы экономики, и прежде всего, это касается внедрения энергосберегающих и топливо сберегающих технологией, до сих пор используются недостаточно. Так, если всю получаемую экономию на Украине принять за 100%, то на внедрение прогрессивных норм расходования приходится лишь 10%, на использование вторичных ресурсов - 39%, на снятие с производства устаревших и освоение выпуска новых изделий - 30.9%, на сокращение потерь от брака - 8,2%, на внедрение эффективных заменителей дорогостоящих сырья и материалов - 1.3%, на внедрение малоотходных и без отходных технологий и энергосберегающего оборудования - 2.7%, на прочие факторы - 7.9%.
Конец ХХ века характеризуется резким ухудшением экологической ситуации на планете. Анализ нынешнего состояния природоохранной деятельности показывает, что сохранение сложившихся тенденций социально - экономического развития делает нереальной нормализацию экологической обстановки в ближайшей перспективе.
На грани экологического кризиса находятся Приднепровье, Приднестровье, Донбасс, Северный Крым, побережье и акватория Черного и Азовского морей.
Это явилось следствием неудовлетворительного решения ряда важных природоохранительных проблем, наращивании производительных сил без надлежащего учета возможных экологических изменений, не выполнение предприятиями природоохранного законодательства. Острота экологической проблемы в значительной мере обусловлена повышенной антропогенной нагрузкой на природную среду, в результате не рациональной структуры экономики, в которой ключевую роль играет такие "загрязненные" комплексы как минерально-сырьевой, топливно-энергетический, металлургический.
В Донецкой области металлургические предприятия выбрасывают вредных веществ в атмосферу - 1483.6 тыс.т./год.
К серьезным экологическим проблемам региона относится и состояние водного бассейна Донецкой области. 39% воды Донецкой области используется на металлургическую промышленность.
Актуальные проблемы минеральных ресурсов Украины
К числу главнейших проблем и задач в области минеральных ресурсов, стоящих перед геологами, горняками и учеными Украины, относятся следующие:
I. В последние годы в Украине четко наметилась тревожная тенденция снижения добычи основных видов полезных ископаемых, что в определенной мере обусловлено социально-политическими процессами в нашем обществе и нарушением существовавших ранее хозяйственных связей. Столь же весомыми в этом плане являются и недостаточные темпы открытия, разведки и ввода в эксплуатацию новых минерально-сырьевых объектов. То есть здесь явное нарушение одного из основных законов минерально-сырьевой стратегии: прирост запасов полезных ископаемых должен заметно превышать объемы их добычи и погашения запасов.
Вместе с тем форсирование наукоемкого производства, что будет характерным для Украины в будущем, неизбежно приведет к уменьшению темпов (объемов) добычи ныне традиционных для Украины полезных ископаемых. При этом будет возрастать добыча и переработка высокотехнологических видов минерального сырья - редких металлов, циркония, сырья для специальной керамики, композитов и т. п.
II. Рост потребления минеральных ресурсов в. количественном и качественном отношении, вовлечение в сферу деятельности добывающих и перерабатывающих предприятий новых территорий, а теперь и акваторий морей влекут за собой во времени неизбежное удорожание добытого сырья и получаемых продуктов за счет все более возрастающих трудо-, материально- и энергозатрат, усиление негативного воздействия на окружающую среду, увеличение отвода нетронутых .или сельскохозяйственных земель под горнодобывающие комплексы и т. д. Вот почему предвидеть грядущие трудности в минерально-сырьевом комплексе, своевременно к ним готовиться, находить альтернативные решения - значит в определенной мере избежать ряда острых моментов в этих проблемах, сгладить последствия тех или других их аспектов, возникающих минерально-сырьевых кризисов и ситуаций.
III. В Украине создан мощный минерально-сырьевой комплекс, включающий в себя достаточно весомую базу полезных ископаемых, Геологоразведочную службу, научно-исследовательский потенциал, систему горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Современный уровень добычи полезных ископаемых обеспечен промышленными запасами на разные, но, как правило, длительные сроки эксплуатации. По многим видам сырья имеются обоснованные перспективы существенного расширения их запасов. Вместе с тем актуальны также проблемы негативного плана. Это относительно небольшие установленные промышленные запасы нефти и газа. Недостаточное обеспечение разведанными запасами высоких категорий действующих горнодобывающих предприятий богатой железной, оксидной марганцевой, никелевой, ртутной рудой; ограниченность активных запасов на Завальевском месторождении графита; дефицит выявленных объектов с драгоценными и пьезооптическими минералами; ухудшение геологических и горнотехнических показателей на угольных и железорудных шахтах и т. п.
IV. Фундаментальных обоснований требуют проработки и мероприятия по созданию новых минерально-сырьевых комплексов, базирующихся на новых, нетрадиционных для Украины видах полезных ископаемых. Здесь необходимо учитывать следующее:
1. Экономическую рентабельность и выгодность освоения отдельных видов ресурсов для Украины с учетом конъюнктуры и стоимости конкретного вида полезного ископаемого в масштабе республики и других стран. В ряде случаев рентабельно завозить (покупать) это сырье в сопредельных регионах и государствах.
2. Создание новых минерально-сырьевых баз, горнорудных и перерабатывающих мощностей, а также соответствующей инфраструктуры везде, в том числе и в условиях Украины, довольно длительно - как правило, от начала работ до получения первых объемов продукции требуется около 10-1б лет. В этой связи с учетом современной нестабильности экономической обстановки весьма актуальными являются поиски и разведка месторождений, даже сравнительно небольших, но находящихся в благоприятных горно-геологических условиях, которые позволяют ускоренно за 1-5 лет вовлекать их в эксплуатацию и срочно реализовать горную продукцию, начиная с попутной добычи уже на стадии разведки.
3. Определение целесообразности создания крупных комплексов с точки зрения экологии и отвода для них значительных площадей продуктивных и благоприятных земель.
7. Учитывая широкое развитие в Украине металлургической, химической, станко- и приборостроительной промышленности, потребляющей дефицитные редкие металлы для улучшения качества сплавов и конструкций, а также необходимость ресурсосбережения, нужно (и это чрезвычайно важно) создать собственную минерально-сырьевую базу таких редких металлов, как вольфрам, молибден, олово, тантал, ванадий и др., для чего имеются соответствующие прогнозные предпосылки.
V. Важным является расширение использования вторичных минеральных ресурсов (терриконов, отвалов, хвостов обогащения, золо-шлаков ТЭЦ и ТЭС, металлургических шлаков и др.), освоение уже созданных техногенных (антропогенных) месторождений полезных ископаемых. Это - терриконы угольных шахт Донбасса и продукты обогащения углей, отвалы и хвосты криворожских железорудных предприятий, продукты титаномагниевого производства и т. п. Кроме чисто экономических выгод и удовлетворения промышленности в некоторых видах минерального сырья эти мероприятия позволят рекультивировать занятые этими образованиями площади и улучшить экологическую обстановку в некоторых районах.
VI. Повышение комплексного, безотходного, рационального использования минерального сырья Украины - это один из эффективных путей: 1) наиболее выгодной в экономическом и экологическом отношении реализации богатств недр конкретных регионов республики; 2) решения вопросов энерго- и ресурсосбережения в этой отрасли; 3) снижения стоимости минерального сырья; 4) реализации вторичных (побочных) продуктов и ранее накопленных горных масс (отвалов, хвостов, терриконов и т. п.); 5) совершенствования структуры добычи и использования минерального сырья; 6) создания новых промышленных комплексов для этих целей.
VII. Введение рыночной экономики обусловит принятие оперативных мер по повышению рентабельности уже действующих горнодобывающих предприятий с обеспеченной минерально-сырьевой базой. В современной ситуации должны разведываться и изучаться только высокорентабельные при их разработке месторождения необходимых сейчас полезных ископаемых, которые могут быть оперативно и высокоэффективно освоены в сжатые сроки. Наращивание запасов и разведка месторождений, которые будут вовлечены в эксплуатацию в отдаленном будущем, а тем более, когда этот процесс требует громадных капиталовложений или создания новых горнодобывающих инфраструктур, с учетом современной социально-экономической ситуации в настоящее время экономически нецелесообразно.
VIII. Украина - регион с большой плотностью населения, обширными плодородными сельскохозяйственными угодьями, многочисленными промышленными предприятиями, транспортными коммуникациями, курортными зонами и т. п. Поэтому с экономических, социальных и экологических позиций следует крайне продуманно подходить к целесообразности разработки тех или иных полезных ископаемых на нашей территории как с точки зрения отторжения вполне рентабельных в сельскохозяйственном отношении земель под горные отводы (рудники, карьеры, шахты, отвалы и т. п.), так и в экологическом отношении (обезвоживание территорий, запыление, загазованность, подтопление, засоление почв, ввод в сферу обитания вредных компонентов - серы, ртути, урана, свинца, цинка и т. п.).
IX. Деятельность минерально-сырьевого комплекса (добыча и переработка полезных ископаемых), как и любая другая деятельность человечества, всегда приводила к тому или иному нарушению экологической ситуации и в большинстве случаев к ее заметному ухудшению. Это многообразное воздействие на экологическую обстановку неизбежно, и со временем оно прогрессирует. Суть вопроса заключается в том, чтобы вести хозяйство, в том числе минерально-сырьевое, так, чтобы соблюдать должную меру, не преступать грани допустимого, подходить к использованию богатств недр целесообразно и рачительно, осуществись в полной мере "возмещение" нанесенного ущерба (рекультивация земель, безотходная технология, очистка горных и технологических вод и т. п.), всемерно предотвращать нанесение ущерба природе и среде обитания. Несоблюдение этих условий приводит к серьезным последствиям, например: обезвоживание территорий вокруг криворожских (карьеров) и Белозерского (шахты) железорудных месторождений; прорыв рассолов на Стебникском калийном заводе в Прикарпатье; гигантские терриконы и отвалы в Донбассе и Криворожье; ореолы ртути и других тяжелых металлов вокруг Никитовского месторождения, коксохимических заводов и т. д. Таким образом, вопросы экологии в деятельности минерально-сырьевого комплекса (добыча и переработка минерального сырья) являются весьма важными, сложными, дорогостоящими и деликатными в социальном отношении факторами.
Таким образом, в области минеральных ресурсов Украины имеются многообразные значительные и разноплановые проблемы большого социального, экономического, экологического и научного значения, роль которых особенно существенна в современных условиях. Работы в этом плане представляют сложное сочетание многоцелевых и объемных геологоразведочных работ, фундаментальных научных исследований и прикладных народнохозяйственных разработок. Кроме того, аналитические, обобщающие, одиночные, комплексирующис и иные исследования (проработки, сводки, анализы и т. п.) должны быть направлены на создание, расширение, комплексное и рациональное использование минеральных ресурсов Украины в экономическом, технологическом и экологическом отношении.
Решение указа иных и других проблем этого направления крайне актуально и безотлагательно. Оно будет способствовать рациональному использованию богатой, многообразной и вместе с тем сложной минерально-сырьевой базы Украины, так как геология, горное дело, геологоразведочные и горнодобывающие работы относятся к числу наиболее высокодоходных приоритетных отраслей человеческой деятельности. Для этого требуется всемерное укрепление и совершенствование соответствующих звеньев науки и практики.
Охрана окружающей среды в Кривбассе.
Экологическая проблема загрязнения окружающей среды в Кривбассе пылегазовыми выбросами промышленных предприятий и транспортных средств обычно рассматривается в двух аспектах - фундаментальном и прикладном. Основными антропогенными источниками загрязнения биосферы в Кривбассе являются предприятия горно-металлургического комплекса, а также автомобильный и железнодорожный транспорт. Интенсивность воздействия указанных источников загрязнения на состояние воздушного и водного бассейнов в регионе зависит в первую очередь от характера производства, эффективности очистных сооружений, а также территориальной организации процесса преобразования среды.
Уровень фундаментальных знаний предопределяет необходимые предпосылки разработки экооптимизирующих мероприятий, их качественной оценки и выбора наиболее значимых из них.
Используемый авторами метод качественной оценки предусматривает установление предварительной характеристики прикладных решений по результатам возможной их реализации в практике. После этого возможно сформулировать предпосылки разработки территориальной схемы улучшения экологической обстановки в регионе.
На основе такого подхода к решению поставленной задачи было выполнено обоснование экооптимизирующих мероприятий на качественном уровне. Исследования проведены на примере территории криворожского бассейна. Первоначально устанавливали конкретные загрязняющие факторы, изучали механизм преобразования окружающей среды, а также оценивали степень антропогенного преобразования биосферы и в итоге выполнили качественную оценку влияния среды на состояние здоровья людей, проживающих в пределах исследуемой территории.
Как установлено выполненными исследованиями, население Криворожского региона проживает преимущественно в экологических зонах с неудовлетворительным качеством окружающей среды. Указанное обстоятельство послужило основанием для поиска путей улучшения состояния природной среды и разроботки оптимизационных решений по критерию улучшения состояния природной среды и разработки оптимизационных решений по критерию улучшения качества среды обитания в регионе. Определили 14 наиболее существенных прикладных решений, которые по своему характеру представлены техническими, биологическими и географическими мероприятиями.
При качественной оценки этих оптимизирующих мероприятий в качестве критерия эффективности принят принцип их позитивного или негативного отношения к ожидаемым результатам.
При этом рассматривали характеристики с положительными (+), отрицательными (-), нейтральными (0) и комплексными (+, -; -, +) результатами. Последние сведены в отдельные группы, оказывающие избирательно наиболее существенное воздействие окружающей среды на человека: социально-экономические - материальный достаток и сохранность рабочих мест; производственно-экономические - прибыль и рентабельность предприятия; состояние здоровья человека; экологическая защищенность природы - ландшафтов и их геокомпонентов (растений, животных, вод, почв, рельефа, климата, воздуха). При этом приоритет прежде всего отдавался состоянию природы, далее - человеку, социально-экономическим результатам. Основой для такого ранжирования принято утверждение, что природный "дом" человека есть ландшафт, и поэтому именно данный компонент биосферы является определяющим элементом среды обитания человека. Мероприятия оценивали суммарными характеристиками экооптимизирующих компонентов.
В социально-экономическом аспекте результаты производственно-хозяйственной деятельности общества имеют либо положительный, либо нейтральный характер. Лишь приостановление экологически вредных производств и отселение людей из наиболее загрязненных территорий потребуют дополнительных материальных средств на реализацию этих мероприятий, могут привести к временному снижению социального и экономического уровня жизни людей, имеющих отношение к указанным макроструктурным изменениям промышленных регионов. Однако эти кажущиеся на первый взгляд отрицательные результаты в значительной мере оправдываются совершенствованием среды обитания людей и могут быть эффективно компенсированы реструктуризацией общественного производства.
Не менее эффективным направлением улучшения экологической ситуации в промышленных регионах является совершенствование производственных технологий на основе внедрения принципиально новых технических решений. Примером этому может служить перевод открытых работ в Кривбассе на экологически щадящие технологические схемы доработки запасов руды в глубоких карьерах с последующим переводом последних на исключительно подземные работы, отличающиеся значительным сокращением вредных выбросов в окружающую среду.
Такое крупномасштабное техническое решение позволит снизить в десятки раз газопылевые выбросы в атмосферу и обеспечить в такой же мере сокращение отчуждения земельных угодий, используемых для складирования отходов горнодобывающих предприятий.
Очевидно, что некоторые оптимизирующие мероприятия для самих промышленных предприятий могут иметь отрицательные последствия, так как предполагают необоснованное по техническим соображениям увеличение капитальных вложений. Однако, как свидетельствует мировая практика экологизации промышленного производства, альтернативы данному подходу нет. Исключением в определенной степени может стать создание в будущем подземных горно-металлургических комплексов, работающих с меньшими затратами по сравнению с существующими или проектируемыми рудниками.
Проблемы и перспективы уменьшения выбросов в атмосферу предприятиями металлургической промышленности Донецкого региона
Наряду с энергетикой и автотранспортом черная металлургия является одним из крупнейших источников выброса вредных веществ в атмосферу. Так, выброс в атмосферу предприятиями Минчермета в последние годы в среднем составляет по оксиду углерода 66,6, пыли - 29,9, оксидам азота- 19,7, сернистому ангидриду- 10,9 % общей массы выбросов из стационарных источников загрязнения. Кроме этих вредных веществ, предприятия металлургической промышленности выбрасывают в атмосферу углеводороды, альдегиды, фенолы, фтористые соединения, сероводород и другие токсичные вещества.
Промышленные комплексы распределены на территории республики неравномерно. Так, валовый выброс предприятий, размещенных в Донецкой и Луганской обл., составляет свыше '/з общего выброса предприятий республики. Около половины этого выброса дает металлургия. Многие предприятия металлургической промышленности в Донецком регионе построены еще в годы индустриализации без учета экологических требований. Эти обстоятельства в сочетании с быстрорастущим автотранспортом обуславливают значительные трудности в решении задачи защиты атмосферного воздуха в Донецком регионе.
Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер. Крупнейшим источником загрязнения окружающей среды в черной металлургии является агломерационное производство. Аглофабрики выбрасывают в атмосферу около 50 % всего количества оксида углерода (СО) и сернистого ангидрида (80г), свыше 20 % оксидов азота (МОх) и пыли. Обычно аглофабрики выбрасывают 1-6 млн мз/ч аглогазов, содержащих 17 % кислорода, а также вредные вещества: СО-12,5, 02-0,8, N0^-0,2, пыль- 0,25 г/м3 (средние данные по аглофабрике завода "Азовсталь").
Сравнительно небольшая аглофабрика завода "Азовсталь", например, имеет в своем составе 2 машины с площадью спекания 62,5 м3 каждая, общей производительностью 1,62 млн. т агломерата в год. Годовой объем выбросов составляет 6,46-Ю9 м/год, в том числе вредных веществ: пыль- 1600, оксид углерода-80800, диоксид серы - 5200, оксиды азота - 1300 т/год. Для существенного уменьшения выбросов этой аглофабрики Институтом газа АН УССР и Мариупольским филиалом Укргипромеза разработано нестандартное решение, заключающееся в обезвреживании аглогазов в котлах ТЭЦ. Аглогазы с температурой 80 °С, запыленностью до 250 мг/м3 и содержанием кислорода 16-18 % по двум трубопроводам длиной 600 м, диаметром 3,0 м, проложенным по эстакаде, поступают к вентиляторам, а затем в воздухонагреватели и горелочные устройства котлов ТЭЦ. При этом оксид углерода аглогазов сгорает до диоксида, а вследствие балластирования зоны горения инертными компонентами аглогазов уменьшается образование оксидов азота в топке котла. Изложенное имеет экспериментальное подтверждение.
При совместной работе аглофабрики и ТЭЦ уменьшается общий выброс оксида углерода в атмосферу на 77, оксидов азота - на 35, пыли-на 20 %. Удельные расходы топлива на ТЭЦ снижаются на 3- 5 % за счет использования физического тепла аглогазов и дожигания СО. Сметная стоимость строительства этой системы оценивалась в ценах 1990 г. более 6,0 млн. руб., срок окупаемости-0,7 года, экономический эффект от предотвращения ущерба в народном хозяйстве - 6,9 млн руб./год. Работа неоднократно включалась в республиканскую научно-техническую программу РН.85.02 "Охрана воздушного бассейна", однако не выполнялась. Реализация этой разработки при сравнительно небольших капитальных затратах могла бы в короткое время существенно оздоровить обстановку в воздушном бассейне г. Мариуполя. Это же решение применимо и для Коммунарска, где аглофабрика и ТЭЦ находятся еще ближе-на расстоянии 150 м, т. е. капитальные затраты будут еще меньше
Для других аглофабрик региона следует применять известные решения, реализуемые за рубежом и рекомендованные комиссией по черной металлургии стран - членов СЭВ. Это - рециркуляция аглогазов, позволяющая на 30 % снизить выбросы СО и N0 в атмосферу, а также технологические мероприятия: применение "постели" высотой 20-40 мм, что снижает образование пыли в 5 раз, увеличение высоты слоя, двухслойное спекание шихты.
При составлении общего плана развития и реконструкции черной металлургии региона следует рассмотреть вопрос о возможности увеличения доли окатышей в шихте доменных печей, т. е. частичной замене агломашин экологически более "чистыми" обжиговыми машинами. Известно, что в некоторых странах, например, в США, доля окатышей в шихте составляет 70-75 %, тогда как в Украине она находится на уровне 30-35 °/о. Такое решение по существу означало бы ликвидацию указанного источника выбросов.
Другим значительным источником загрязнения остается доменное производство, выбрасывающее 30% всей пыли. Рудный двор, бункерная эстакада, подбункерные помещения неорганизованно выбрасывают пыль в количестве 70 г/т чугуна. Для нейтрализации ее необходимы регулярное увлажнение штабелей, поливка их известняковым раствором, установка местных отсосов и электрофильтров. Особенно желательно применять укрытие выпускных желобов и подачу выбросов через электрофильтры, ибо во время выпусков выделяется огромное количество пыли - 430 г/т чугуна, 65 % которой оседает в цехе, а остальное количество через вентиляционные проемы выбрасывается на территорию завода и далее.
Необходимо обеспечить предотвращение пылегазовых выбросов из межконусного пространства доменных печей и герметизацию основного металлургического оборудования.
Мощным источником выбросов оксида азота являются мартеновские печи. Они выбрасывают свыше 1200 т 1^0.к/млн т стали. Технологических способов предотвращения образования N0" в печах не существует. Донецким филиалом НПО "Энергосталь" разработан аммиачно-каталити-ческий способ восстановления оксидов азота в уходящих газах, который внедряется на некоторых металлургических заводах. Стоимость установки не очень велика, однако она решает локальную задачу. В регионе необходимо сосредоточить средства и возможности на внедрении метода аммиачно-каталитической очистки газовых выбросов на агломашинах и на ТЭЦ, как это делается за рубежом, в частности, в Японии. В металлургической промышленности страны, а в регионе в особенности, следует ускорить вывод из эксплуатации мартеновских печей.
Как в мартеновских печах, так и в конверторах необходимо применять двухъярусные кислородные фурмы, что позволяет не только дожечь часть оксида углерода и получить добавочное тепло, но и одновременно снизить вынос пыли и унос железа на 35-40 %. Для этого не требуется дополнительных капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Снижение выбросов пыли в конверторах достигается, по данным Днепропетровского металлургического института, увеличением доли лома. Это технологическое мероприятие следует шире применять на заводах региона. Институт газа АН УССР разрабатывает устройства для подогрева лома в совках до 500-600 °С.
Уменьшение выбросов в прокатном производстве, хотя оно считается относительно благополучным с экологической точки зрения, связывается в первую очередь со снижением расхода топлива на нагрев металла. Кардинальным решением является переход на непрерывную разливку стали и ликвидацию нагревательных колодцев и методических печей. Реализация этого пути требует времени и существенных затрат. Существует и временное решение, заключающееся в использовании разработанного Институтом газа метода косвенного радиационного нагрева (КРН) металла с использованием плоскопламенных горелок. Применение КРН снижает на 10-15 % расход топлива на нагрев, на 30- 50 % угар металла. Метод КРН сейчас является основным в прокатном производстве за рубежом В 1986 г. на Донецком металлургическом заводе метод КРН был применен на одной ячейке нагревательных колодцев, что дало реальный экономический эффект 70 тыс. руб. и улучшило качество нагрева. Необходима организация их производства в системе машиностроительных заводов, обслуживающих металлургию. Необходимо разработать программы реконструкции печного хозяйства прокатных цехов региона. В коксохимическом производстве наибольшее количество пыли и вредных газов образуется при загрузке и выгрузке печей, транспортировке угля и кокса, при тушении кокса фенольными водами, в сушильных отделениях углеобогатительных фабрик, отделениях конденсации и улавливания продуктов коксования. В производстве кокса следует шире применять технологию бездымной загрузки, увлажнение шихты до 8- 10 %, отсос газов, которые образуются при загрузке, в газосборники коксовой и машинной сторон батареи, инжекцией их паром или коксовым газом, а также беспылевую выдачу с отсосом, очисткой и дожиганием газов. Значительные количества загрязняющих атмосферу компонентов выбрасывают ТЭЦ металлургических заводов. От них в среднем в атмосферу поступает 17-20 % всего количества пыли и диоксида серы, 25-30 % оксида азота. Оксиды азота выбрасываются в виде N0, который при взаимодействии с озоном воздуха превращается в семь раз более токсичный N02. Очевидно, что ТЭЦ как крупные загрязнители атмосферы в первую очередь должны оснащаться совершенным пылеулавливающим оборудованием. Существуют способы частичного (на 40- 60 %) подавления образования N0 в топках котлов. Эти способы понижают максимальную температуру в зоне горения. Они заключаются в применении рециркуляции в зону горения дымовых газов или двухступенчатого растянутого сжигания топлива и не требуют значительных капитальных затрат.
В заключение следует отметить необходимость составления четкой программы действия по охране воздушного бассейна региона. Экологическая программа в значительной мере связана с программой технического перевооружения отрасли. По нашему мнению, такая программа может состоять из следующих разделов.
1. Принципиальные решения: ликвидация морально и физически устаревших или оказавшихся в черте городов металлургических производств, или их перевод на принципиально новую технологическую основу (например, замена существующего цикла производства на базе прямого получения железа, как Донецке, Днепропетровске); ликвидация мартеновского производства, в особенности двухванных печей; переход на не-преры п\ю разливку стали; увеличение доли окатышей в шихте.
2. Крупные мероприятия, направленные на достижение экологического эффекта: химическое связывание и восстановление оксидов серы и азота, выбросах агломашин и ТЭЦ; повсеместная замена мокрых систем очистки от пыли сухими; пылеподавление на всех участках транспорта материалов (межконусное пространство д. п.); внедрение сухого тушения кокса; создание АСКЗВ; резервирование природного газа в жидком состоянии.
3. Текущие первоочередные мероприятия, обладающие экономическим и экологическим эффектом: перевод автотранспорта на комбинированное газожидкостнос топливо; применение средств снижения выброса оксидов азота котлами ТЭЦ; внедрение косвенного радиационного нагрева в печах прокатного производства; подача, где возможно, аглога-зов в копы ТЭЦ, а также применение рециркуляции аглогазов; внедрение сухой очистки газов ЭШП; применение двухъярусных фурм в мартенах и конверторах; увеличение доли лома в шихте конверторов и др. мероприятия по основным и вспомогательным производствам.
Природно- и ресурсосбережение при разработке месторождений
Ресурсосбережение предполагает снижение расходов всех видов ресурсов на производство единицы продукции. Его следует рассматривать как условие, процесс, результат и показатель улучшения использования средств производства и трудовых ресурсов на всех этапах производственно- хозяйственной деятельности предприятия.
Добыча минерального сырья сопровождается образованием подземных пустот, оказывающих отрицательное влияние на окружающую природную среду при нарушении земной поверхности. Максимальное воздействие на биосферу оказывается при комплексном нарушении атмо-, лито- и гидросферы, которое происходит тогда, когда в технологию разработки месторождения входит разрушение горного массива и участка земной поверхности над ним или когда при неуправляемом развитии горного давления наступает аварийный режим.
Определенное количество пустот ограниченных линейных и площадных размеров может существовать в течение продолжительного времени при сохранении своего состояния или самозакладываться вследствие релаксационных явлений. Если область влияния пустот не достигает границ сфер, то ее опасное влияние проявится не сразу, а со временем.
Взаимосвязь элементов строения Земли позволяет предполагать адекватное отрицательное влияние пустот на поверхность, если они не заполнены. Нейтрализация этого влияния путем заполнения твердеющими закладочными смесями ограничивается дефицитностью материалов для приготовления смесей. Сохранность земной поверхности обеспечивается менее затратными технологиями, в частности, с использованием остаточной несущей способности нарушенных пород, но имеющиеся данные о механизме упрочнения массивов месторождений не дают необходимого представления об условиях вовлечения в работу приконтурного массива, препятствуют применению малозатратных технологий и погашения.
Одно из требований научно-технического прогресса - соответствие используемых технологий тенденциям природо- и ресурсосбережения. Применительно к горным предприятиям это требование заключается в сохранении экологии в районе разработок месторождений. Проблема сохранения среды обитания частично решается вовлечением в производство некондиционных местных ресурсов и отходов производства. Недостаточная активность исходных материалов повышается в ходе приготовления твердеющих смесей.
Уровень затрат на приготовление твердеющих смесей для погашения образованных в земной коре пустот определяется условиями разработки месторождений полезных ископаемых. Наиболее распространены способы погашения пустот твердеющими смесями при добыче сырья для производства цветных и редкоземельных металлов, золота, серебра и некоторых других. Массивы руд и вмещающих их пород имеют характерные особенности: связь между оруденением и разрывными дислокациями, воздействие нарушений, разломов и трещин на породы различных возрастов и составов придает таким массивам свойства среды сплошной или дискретной в зависимости от механо-структурной характеристики. Изменение пространственных и прочностных параметров залегания рудных тел осложняет разработку, но создает предпосылки для дифференцированной оценки технологии с учетом напряженно-деформированного состояния массивов. Большинство вмещающих пород имеет осадочно-вулканическое и интрузивное происхождение с Сильным развитием гидротермальных процессов.
Развитие природо- и ресурсосберегающих тенденций при эксплуатации месторождений связано с переоценкой некоторых сложившихся геомеханических и технологических представлений о массивах пород.
С учетом установленных явлений концепция природо- и ресурсосбережения включает в себя:
а) раскройку шахтных полей для реализации свойств геоматериалов на стадии рабочего проектирования;
б) оптимизацию прочности твердеющих смесей за счет дифференцированного учета их функций в управлении геомеханической системой "поверхность - породы - закладка".
Снижение требований к прочности искусственных массивов из твердеющих смесей при непременном условии сохранности земной поверхности позволяет расширить объемы и номенклатуру материалов для изготовления твердеющих смесей. В свою очередь, это способствует улучшению экологии региона, поскольку уменьшаются запыленность воздуха и площади земель под отвалы геоматериалов.
По условиям сохранности окружающей среды, при подземной разработке месторождений все более широкое распространение получают системы разработки с закладкой пустот твердеющими смесями.
Необходимы такие технологии закладки пустот, которые отвечали бы требованиям защиты окружающей среды при одновременном снижении затрат на материалы. Такие ресурсосберегающие технологии, как закладка активированными материалами, увеличивают ресурсы полезных ископаемых за счет снижения расходов и обеспечения эффективности добычи в неблагоприятных условиях разработки. Опыт ресурсосберегающих технологий погашения пустот и основы их применения на горных предприятиях подтверждают возможность безопасного и экономичного погашения пустот активированными закладочными смесями при дефиците цементных вяжущих заполнителей.
Использование ресурсосберегающих технологий погашения обладает существенными социально-экономическими и технологическими преимуществами перед традиционными способами погашения обрушением пород и не активизированной закладкой и позволяет расширить область применения высокопроизводительных камерных систем.
Рекультивация земель, нарушенных горными работами
Термин "рекультивация" включает комплекс мероприятий (горнотехнических, инженерных, мелиоративных, агротехнических и др.), направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель и создание культурных ландшафтов, отвечающих потребностям человека. Рекультивация предусматривает сохранение земельных богатств страны, обеспечение нормальных санитарно-гигиенических условий жизни населения, а также способствует созданию гармоничных ландшафтов.
Рекультивацию техногенных ландшафтов выполняют в два этапа - горнотехнический и биологический. Направления и способы производства работ зависят от горно-геологических и горно-технических условий месторождений, физико-географических особенностей местности, технологии разработки, хозяйственной деятельности и перспектив развития района. Вид восстановления Рекультивацию земель, нарушенных горными работами, производят с нанесением плодородного почвенного слоя или без него. В первом случае требуется предварительная планировка поверхности. Второй случаи возможен на грунтах пригодных для сельскохозяйственного освоения (лессы, лессовидные суглинки, глины, пески, мел и др.).
Земельные участки, приводимые в состояние, пригодны для использования в сельском хозяйстве, должны быть спланированы, покрыты плодородным почвенным слоем,. оборудованы в необходимых случаях дорогами, дренажем и другими коммуникациями и сооружениями. Участки должны быть удобны для выполнения сельскохозяйственных работ с применением современных машин, иметь уровень грунтовых вод, обеспечивающий оптимальные условия для произрастания растений.
На современном этапе проведения работ по рекультивации земель основным является облесение территорий, ранее нарушенных горными работами. Лиственные и хвойные породы деревьев хорошо приживаются и растут на отвалах. На суглинках и глинах лесные породы лучше развиваются, чем на песках. Целесообразно сначала сажать быстрорастущие и менее чувствительные к неблагоприятным условиям деревья, среди них следует отметить лох, шелковицу, акацию белую, клен татарский, тополь, шиповник и др. На землях, восстановленных для лесохозяйственных целей, создаются лесные массивы (почвозащитный, климаторегулирующий, водо-охранный, ветрозащитный, производственный), лесопарки, парки, зоны отдыха, охотничьи угодья.
Территории, нарушенные вследствие отработки угольных месторождений, как правило, не имеют плодородного почвенного слоя, что существенно затрудняет использование земель в народнохозяйственных целях (особенно для сельскохозяйственного производства). Для создания растительного слоя первоначально следует произвести работы по оформлению рельефа местности.
Отвалы, на которых необходимо выполнить природоохранные мероприятия, в большинстве представлены коническими, гребневидными, плоскими и платообразными техногенными формами. Выполнение биологической рекультивации отвалов Донбасса затруднено, так как породы (песчаники, алевролиты, аргиллиты, сланцы, известняки и др.) р них имеют повышенное содержание сульфидов и сильно 'засолены. Основные мероприятия: тушение горящих отвалов, планировка и захоронение токсичных пород, устройство водозащитных валов и водостоков.
Горнотехническая рекультивация включает: снятие и консервацию почвенного слоя перед началом строительства угольного разреза, карьера и отсыпки отвала; ремонт нарушенных земель (разборка отвалов, засыпка провалов, очистка территории, выравнивание участков, террасирование, обеспечение устойчивого состояния отвалов от водной и ветровой эрозии и др.); тушение горящих отвалов; утилизация пород отвалов; создание плодородного почвенного слоя (обеспечение необходимого гидрологического режима, подготовка благоприятных грунтосмесей).
Инженерные работы предусматривают тушение терриконов, охлаждение породы и формирование плоских отвалов (породы от срезания вершины равномерно распределяются по склону, угол откоса равен 30-40°). При создании пологих склонов (угол наклона на уровне 11-20°) необходимо увеличить основание отвала за счет защитной зоны. В этом -случае рекомендуется вначале произвести снятие почвенного слоя вокруг отвала и его складирование с последующим использованием для покрытия спланированной территории. Террасирование позволяет уменьшить крутизну склонов и предотвратить развитие эрозивных процессов. Это в определенной степени облегчает последующие работы по озеленению терриконов. Ширину террас принимают равной половине их высоты, но не менее 4 м.
После окончания работ по планированию рельефа местности на нее наносится слой глинистых пород мощностью 0,4-3,0 м и осуществляется химическая мелиорация горной породы (известкование). Последнее необходимо при наличии в отвалах пород, создающих кислую среду (рН 3-4). Затем наносится слой почвообразующей породы (лесс) и почвы. В защитной зоне инженерными работами предусматривается уборка породы и производственного мусора, а также (при необходимости) планирование поверхности.
Биологическая рекультивация - нанесение биологически активного слоя путем мелиорации, севооборотов, подбора видов растений и др.; восстановление биологического потенциала земли (внесение удобрений, посев почвоулучшающих растений и др.); озеленение отвалов; проведение противоэрозионных мероприятий; восстановление эстетической ценности нарушенных территорий.
Утилизация твердых отходов угольного производства
1 Следствием добычи, переработки и использования угля являются отходы (порода, частицы угля, угольно-породные фракции, зола, шлаки и др.), объемы которых значительны и быстро возрастают/Они оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду. 3 будущем отрицательное воздействие может значительно возрасти, если в настоящее время не будут начаты работы по широкой их утилизации в различных отраслях народного хозяйства.
Отходы угольного производства могут быть потенциальным сырьем для изготовления аглопорита, клинкерного кирпича, различных строительных материалов, а золошлаки ТЭС - для производства цемента, бесцементных конструкций, заполнителей асфальтобетона, строительных растворов и др. (рис. 2). В настоящее время ряд предприятий Донбасса освоил промышленное использование твердых отходов отрасли. В результате практически подтверждена экономическая целесообразность применения этого сырья. Имеются обоснованные предпосылки для производства азотных, калийных и микроудобрений на основе твердых отходов угольной промышленности. В то же время и в строительной индустрии, и в сельском хозяйстве робко применяют рассматриваемое здесь сырье. Видимо, объем утилизации твердых отходов предприятиями других отраслей и в будущем не может быть достаточным, чтобы перекрыть огромную массу ежегодно поступающих из шахт, обогатительных фабрик и ТЭС в отвалы породы, шлаков, тем более при выборочном их потреблении.
Сказанное дает основание утверждать, что использовав твердых отходов как материала для закладки выработанного пространства шахт является наиболее перспективным направлением утилизации данных материалов. В отличие от существующих и потенциальных направлений утилизации твердых отходов закладка выработанного пространства является способом, позволяющим комплексно решать, целую группу социально-экономических и технических за-: дач: наиболее полно извлекать уголь из недр; уменьшить степень нарушения гидрологического режима подземных вод; повысить безопасность ведения горных работ, особенно на пластах со сложными горно-геологическими условиями.
З А К Л ЮЧ Е Н И Е
Прогрессивный вариант предполагает реализацию широкого спектра мероприятий научно-технического прогресса для достижения качественно нового уровня решения проблем ресурсосбережения и оздоровления окружающей среды в экокризисных регионах. В числе наиболее приоритетных, следует назвать полную или частичную конверсию производстве, ускоренное обновление производственного потенциала, внедрение передовых технологий, развитие безотходных экологически чистых производств. Полная и оперативная утилизация отходов всех горнодобывающих отраслей возможна и обязательна на основе внедрения средств активации с существенным повышением их технологических качеств. Это позволяет объемы погашения пустот твердеющей закладкой с предотвращением разрушения литосферы, заменить дефицитные компоненты отходами и доступным сырьем, уменьшить расход самого важного компонента - питьевой воды, избежать строительства дополнительных закладочных комплексов.
При этом, если горно-техническая и биологическая рекультивация нарушенных пород так или иначе связана с воздействием на биосферу, то использование твердых отходов для приготовления закладки наиболее экологически безопасно и одновременно экономично.
Л И Т Е Р А Т У Р А
Произведения одного-трех авторов:
1. В.И. Голик, И.Д. Алборов. Охрана окружающей среды утилизацией отходов горного производства. -М.: Недра, 1995.
2. Охрана среды и использование отходов угольного производства/ А.И. Дузь, Б.В. Пичугин, И.И. Дуденко. -Донецк: Донбасс, 1990. -111 с.
Статьи из книг и журналов:
1. Гавриленко Н.М., Кулиш Е.А., Зарицкий А.И., Галацкий Л.С., Актуальные проблемы минеральных ресурсов Украины. //Геологический журнал -1992 № 5. С.3-12.
2. Дядечкин Н.И., Козаков В.А. Качественная оценка эффекттивности мероприятий по охране окружающей среды в Кривбассе. //Горный журнал -1998. № 1. -С.63-64.
3. Карп И.Н. Проблемы и перспективы уменьшения выбросов в атмосферу предприятиями металлургической промышленности Донецкого региона. //Химическая технология -1991. № 3. -С.96-101.
Назад в библиотеку