---

Нелепа Катерина Юріївна

Факультет: Геотехнологій і управління виробництвом

Спеціальність: "Екологія й охорона навколишнього природного середовища"

Керівник: доцент к.т.н. Виговська Д.Д.

Тема магістерської роботи: Технології раціонального використання шахтних вод в умовах ПО "Шахти ім. С.М. Кірова" ДП "Макееввугілля"

         У наш час величезну шкоду НПС наносять шахтні води. Вони є своєрідним техногенним генетичним типом підземних вод, що значно відрізняються по своєму хімічному складу й властивостям від вихідних підземних або поверхневих вод. Вони утворяться за рахунок підземних вод, які надходять із водоносних горизонтів, розкритих гірськими виробленнями, або в результаті дренажу підземних вод у вироблений простір з розташованих вище водоносних горизонтів по водопровідних тектонічних розривах, зонами відкритої тріщинуватості й знову утвореним зонам тріщинуватості, які розвиваються в процесі обвалу гірських порід над вийнятим вугільним шаром, а також у результаті інфільтрації атмосферних опадів і річкових вод. Сукупність різних генетичних типів природних вод, що проникають у вироблений простір і проходять через водовідливне господарство шахти, називаються шахтними водами [1].
         Ідея роботи. Обґрунтування й розробка технологічних рішень із урахуванням водопостачання й водоспоживання води.
         Актуальністю теми. Різке зниження фінансування вугільної промисловості не дозволяє впроваджуватися в неї передовим технологіям. Останнім часом дуже широко стала проблема забруднення води, особливо в Донбасі - її просто не залишилося, тому що гірські підприємства систематично забруднюють підземні води, і практично не очищаючи їх, скидають у поверхневі водойми. І все це змушує шукати нові нетрадиційні рішення з мінімальними витратами. До цього часу передові науково-дослідними інститутами розроблялися подібні технології, але вони багато коштували й тому на шахтах не застосовуються.
         Ціль дослідження – вибрати найбільш низький за ціною, прогресивний і діючий метод очищення шахтних вод для умов підприємства, шляхом проведення кореляційного й регресійного аналізів досліджених проб шахтної води, узятої й шахтних відстійників підприємства.
         Предмет дослідження – технологічні процеси витягу й використання шахтних вод.
         Завдання дослідження:
- аналіз ситуації на підприємстві, його впливу в цілому на ОПС;
- аналіз технологій очищення шахтних вод;
- досліджувати якісний склад шахтної води в заданих умовах;
- спробувати повторно використати частину шахтної води з метою раціонального використання водних ресурсів;
- економічне обґрунтування запропонованої технології очищення шахтних вод.
         Методами дослідження є – методи кореляційного й регресійного аналізу, прогнозування й техніко-економічних обґрунтувань.
         Наукова новизна:
- установлення залежності кількості відкачуваної із шахти води в часі;
- прогнозування максимальної відкачки води із шахти при її максимальному завантаженні;
- обґрунтування напрямку раціонального використання природного ресурсу (води) в умовах реального підприємстві;
- техніко-економічні обґрунтування використання води як сировинного ресурсу.

         Історія походження води. Стародавні мудреці вважали, що імпульсом для походження життя була первинна Божественна іскра, вона записала у воді послідовність подальшого розвитку, де кожен вид живих істот від бактерій до ссавців досягав своєї досконалості. У ній починає своє формування будь-який організм.
         Винятковими властивостями води є:
- м'якість і піддатливість, вона точить тверде й ніщо і ніхто не може її здолати та перемогти;
- щільність води при мінусовій температурі збільшується, а при плюсовій зменшується;
- у порах і капілярах вона здатна створювати великий тиск;
- вода - єдина речовина, що може перебувати в 3-х станах: твердому - рідкому - газоподібному;
- із всіх рідин має найвищий поверхневий натяг;
- самий потужний розчинник;
- вода здатна підніматися в стовбурах дерев, переборюючи десятки атмосфер; - вода має пам'ять, вона сприймає й запам'ятовує будь-який вплив, запам'ятовує все, що відбулося в навколишньому просторі своїми молекулами (кластерами), їй досить стикнутися з речовиною й довідатися про його властивості, а також зберегти цю інформацію у своїй пам'яті;
- здобуває нові властивості, запам'ятовуючи інформацію, але її хімічний склад залишається незмінним;
- вода здатна змінювати структуру при будь-якому впливі на неї - сприймає людські емоції, змінюючи свою енергетику;
- природна структура руйнується при подоланні нею кутів і поворотів систем водопостачання;
- вода здатна горіти з виділенням яскравого світіння;
- має здатність самоочищення.
         Виходячи з перерахованих властивостей, можна сказати, що, на планеті Земля вода займає дуже важливе місце й, якщо ми будемо неї забруднювати, то вона забруднить все живе, а в наслідку приведе й до зміни загальної структури.
         Нетрадиційні технології - легше всього не очищати, а не забруднювати водні ресурси, усувати витоки води, а також розробляти замкнуті цикли роботи води (повторне використання), а також не допускати влучення в питну воду забруднюючих речовин і вчасно виявляти джерела забруднення.
         Потрапляючи в процесі експлуатування вугільного родовища в гірські виробки, природні води активно взаємодіють з рудничною атмосферою, гірськими породами, кріпленням й устаткуванням шахт. На формування хімічного складу шахтних вод впливає ряд факторів:
• Вихідний склад підземних вод;
• Глибина й довга гірських виробок;
• Площа виробленого простору;
• Величина припливу води;
         Самі кислі й сильно мінералізовані шахтні води формуються на верхніх обріях і гірських виробках на території першої від поверхні гідрохімічної зони.
         Самі кислі шахтні води утворяться в антрацитних шахтах до глибини 250-300м, при малих кутах падіння порід і змісту в куті загальної сірки більше 2,5%, при великий длинне вироблень і значної площі виробленого простору.
         На більше глибоких обріях (300-400м) генеруються сульфатно-хлоридні, натрієві або натрієво-кальцієві води. На глибині більше 400м, звичайно, утворяться вже хлоридно-сульфатні води.
         Таким чином, у шахтних водах із глибиною зменшується зміст SO₄^2-, Ca²⁺, Mg²⁺і збільшується зміст Na⁺, Cl^-, HCO^3-. Але на тих самих глибинах шахтні води, у порівнянні з підземними, містять більша кількість сульфатів кальцію й магнію.
         Залежно від свого хімічного складу шахтні води в тім або іншому ступені володіють агресивними властивостями стосовно бетонів і металів.

         ПО "Шахта ім. С.М.Кірова" ГП "Макєєввугілля" спеціалізується на видобутку вугілля. Вода для господарсько-питних потреб шахти надходить із мереж ДП «Макіївський міськводоканал». Відповідно до звітності підприємства за формою 2-ТП (водхоз) загальний обсяг забраної питної води в 2007р. склав 168 тис. куб. м/рік (247 куб. м/добу). Вода використається на виробничі й господарсько-питні потреби шахти (у формі 2-ТП (водогосп) показане використання на виробничі потреби) і на потреби соціальних об'єктів, які перебувають на балансі шахти - їдальні №6, палацу культури, гуртожитку (у формі 2-ТП (водогосп) показане використання на господарсько-питні потреби). В 2007р. використано води на господарські потреби - 138 тис. куб. м/рік, на виробничі потреби - 30 тис. куб. м/рік.
         Облік обсягів питної води ведеться за допомогою водомірів марки ВТ-80, ВТ-100, один із яких установлений на промплощадці шахти, а другий на водоводі соцкультоб’єктів.
         Госп.-побутові стічні води скидаються в систему каналізації ДП "Макіївський міськводоканал".
         Згідно ПДС і Спец. водокористування, шахті виділений ліміт скидання шахтних вод у ріку Грузську по двох випусках.
         Аналіз скидання шахтних вод виробляється Лабораторією ОП "Керування по гасінню" ДП "Макєєввугілля".
         Аналізуючи показники аналізів скидання шахтних вод у ріку Грузську змін немає не в якісному, не в кількісному складі.
         На пилездолання підприємством використано 108.0 тис. тонн
         При виробництві підземних гірських робіт і видобутку вугілля розкриваються водоносні горизонти й утворяться водо притоки, кількісний склад яких залежить від ступеня обводненності шахтного поля. Шахтні води формуються за рахунок підземних і поверхневих вод (у тому числі й атмосферних опадах), що проникають у підземні гірські вироблення. Стікаючи по виробленому просторі й гірських виробленнях, вони забруднюються зваженими й збагачуються хімічними й бактеріологічними речовинами. У зв'язку із цим виникає необхідність в організації системи водовідливу з метою відкачки шахтних вод на поверхню і їхньому очищенню перед скиданням у поверхневі водойми.
         Шахтні води шахти ім. С.М.Кірова приділяються двома водовідливними установками. Водовідливна установка шахти Кирова№1 складається: із двох шахтних водозбірників загальним обсягом 1900 куб. м і трьох насосів, два з яких працюють, один перебуває в резерві. Шахтні води видаються на поверхню зі шпари 4-го обрію, розташованого на промплощадці шахти Кірова №1. Далі шахтна вода надходить у трисекційний горизонтальний відстійник, обсягом 2100 куб. м, потім вода проходить через хлораторну й надходить у ставок-відстійник обсягом 9750 куб. м. Зі ставка-відстійника очищена вода по балці Колосникова скидається в ріку Грузську (випуск №1).
         Установка головного водовідливу шахти Кировскої-Західної складається із шахтних водозбірників загальним обсягом 4470 куб. м і п'яти насосів.
         Шахтні води видаються на поверхню по скважині 20-го горизонту, що перебуває на основний промплощадці шахти.
         Далі шахтна вода надходить у трисекційний горизонтальний відстійник, обсягом 1190 куб. м, потім вода проходить хлораторну й скидається по балці Холодна в ріку Грузську (випуск №2).
         У період 2006-2009р., відповідно до довідки головного геолога ш. їм. С.М.Кірова, водопротоків буде збільшуватися у зв'язку зі збільшенням площі відпрацьовування по шарах l₁ й h₁0^в відповідно до плану розвитку гірських робіт. Крім того, по шарі l₁ можливий прорив води із ґрунту. Шахта ім. С.М.Кірова небезпечна по прориві води. До кінця цього періоду, загальний водо приток по шахті може скласти 418 куб. м/година.
         Для визначення затверджених обсягів вод, що відводять, по випусках шахти на період дії затвердженого дозволу на спецводокористування й ПДС, прийнятий середній обсяг водопритоку по шахті мі. С.М.Кірова за період 2001-2006р., він дорівнює 3700 тис. куб. м/рік, у тому числі відводить по шпарі 4-го обрію шахти Кирова №1 - 1600 тис. куб. м/рік, по скважині 20-го горизонту ш. Кіровська-Західна - 2100 тис. куб. м/рік.
         На пилездолання використається вода із шахтних водозбірників головного водовідливу.
         Фізико-хімічний аналіз якості шахтних вод і контроль ефективності роботи очисних споруджень робить атестована санітарно-профілактична лабораторія (реєстраційне свідчення № 033 від 14.01.2000р.) ДП "Макєєввугілля" у наступних місцях: до горизонтальних відстійників і після ставків- відстійників.
         Дозволом на спеціальне водокористування й ПДС № Укр.-Дон.-2078, виданим 11.02.2002р. Держуправлінням екології й природних ресурсів у Донецькій області було передбачене виконання 4 водоохоронних заходів:
- робити регулярне чищення водозбірників відповідно до графіка;
- робити чищення горизонтальних відстійників від мулу й штабу відповідно до графіка;
- здійснювати щомісяця лабораторний контроль шахтних вод у крапках, зазначених на водо-балансовій схемі;
- установити додаткові секції на горизонтальних відстійниках.
         Перші три заходи підприємством виконуються в повному обсязі згідно з розробленими графіками, погодженим з Макіївської РГЭИ.
         Питання установки додаткових секцій на горизонтальних відстійниках вимагає більших капітальних вкладень, через важке фінансове становище на підприємствах вугільної промисловості на даному етапі не здійснимо. Однак, зроблена чищення горизонтальних відстійників в 2003р., виконана силами шахти, забезпечила нормативне очищення шахтних вод, що скидають.

         Розрахунок ПДС речовин, що відводять із шахтними водами підприємства, виконаний для двох випусків у ріку Грузскую відповідно до вимог Правил, інструкції й інших нормативних документів, що регламентують водогосподарчу й водоохоронну діяльність об'єктів водокористувачів.
         Ріка Грузська харчується підземними джерельними водами в джерелі, далі якісний склад річкового стоку формується переважно шахтними водами й стічними водами підприємств.
         Якісні показники ріки Рузської у районі п. Моспіно наведені в таблиці 1:
Таблиця 1.

Найменування показників	Основні показники, мг/куб.дм
Мінімальна середньомісячна витрата по річці, Р 95%, куб.м/с	Немає даних
Зважені речовини	19.0
БПК	4.4
Сухий залишок	2055
Сульфати	852
Хлориди	227
Азот амонійний	0,98
Нітрити	0,41
Нітрати	31,7
Фосфати	2,12
Нафтопродукти	0,15
СПАВ	0,007
Фенол	0,0007
Залізо заг.	0,09
Кобальт	0,004
Цинк	0,005
Хром	0,003
рН	8,30

         Контрольні створи на ріці Грузській не встановлені. Тому умови відведення шахтних вод у ріку Грузську визначалися без обліку: - ступеня змішання шахтних вод з річковою водою;
- фонового складу й властивостей річкової води в місці випуску шахтної води;
- асимілюючої здатності водного об'єкта-приймача шахтних вод.
         Умови відведення шахтних вод виконані з обліком:
- категорії водокористування водного об'єкта - комунально-побутова;
- дотримання умови не погіршення складу, що сформувався, і властивості водного об'єкта, що гірше нормативного;
- максимального среднєчасового за фактичний період скидань шахтних вод.
         Розрахунок ПДС забруднюючих речовин виконаний без обліку басейнового принципу. Інструкції, виходячи з умов перенесення нормативних вимог, установлених до складу й властивостей води водного об'єкта, на води, що скидають.
         Номенклатура показників складу й властивостей, що підлягають нормуванню в стічних водах, що скидають у відкриту водойму, установлена відповідно до Переліку, доповнена й погоджена з органами Міністерства екології й природних ресурсів.
         Фактичні величини показників складу й властивостей шахтних вод наведені за результатами систематичних аналізів, виконуваних санітарно- профілактичною лабораторією ДП "Макєєввугілля" (таблиця 2).
Таблиця 2.

         До тепер переважна більшість наукових й експериментальних робіт були спрямовані на рішення лише одного з перерахованих питань: на очищення шахтних вод, їхнє посвітління, знезаражування, демінералізацію й нейтралізацію.
         Очищення шахтних вод виробляється механічними, хімічними, фізичними й біологічними методами.
         Механічні методи (посвітління, фільтрування, виділення твердої фази під дією відцентрових сил, згущення опадів на центрифугах і вакуум-фільтрах) використається в основному як попередні, і звільняють воду тільки від механічних домішок різної крупності, тобто освітлюють її.
         При хімічних методах очищення води застосовують реагенти для здрібнювання хімічного складу домішок або їхньої структури (коагулювання й флокулювання, нейтралізація, переклад отрутних домішок у нешкідливі, знезаражування методом хлорування й т.д.).
         Фізичні методи - це витяг шкідливих домішок шляхом здрібнювання агрегатного стану води, впливу на них ультразвуку, ультрафіолетових променів, розчинників й ін.
         Біологічні методи призначені для очищення води, що містить забруднення органічного походження.
         Посвітління шахтних вод виробляється механічними й хімічними методами у дві стадії: посвітління й фільтрування. Відстоюють якщо буде потреба, може передувати проціджування для витягу зі стічних вод великих плаваючих забруднень і частково зважених домішок щоб уникнути засмічення каналів і труб. Проціджування виробляється через решітки й сита.
         Відстоювання шахтних вод - це метод очищення від зважених у ній часток різних речовин шляхом їхнього осадження під дією сили ваги. У шахтній воді, що відкачується на поверхню, утримуються досить дрібні частки, аж до колоїдних. Швидкість осадження таких часток незначна, вони можуть довгий час, перебуває у воді, що порозумівається не тільки малою початковою масою часток, але й відсутністю їхньої мимовільної коагуляції (не склеюваністю один з одним через наявність однойменних електричних зарядів на їхній поверхні). Таким чином, забезпечується лише грубе очищення шахтних вод і тому механічне відстоювання широко не застосовується.
         Для прискорення процесу відстоювання й посилення його ефективності застосовують хімічні методи обробки води - вносять коагулянти й флокулянти, що мають заряд, протилежний заряду зважених часток. У результаті заряди останніх нейтралізуються, починають сліпатися, утворювати більше важкі пластівці, які легко осідають, захоплюючи за собою частки, ще не оброблені коагулянтом.
         Як реагенти використаються сірчанокислий алюміній, сірчанокисле хлорне залізо, поліакриламід, поліетиленимин.
         Ефективність коагуляції підвищується при сталості складу й температури води, невеликій її витраті, а також правильному виборі коагулянту, рівномірному перемішуванні його у воді.
         Таким чином, осадження часток - явище досить складне, залежне від багатьох факторів: розміру й форми часток, наявності реагентів, а також швидкості руху води, її в'язкості.
         Відстійні пристрої для очищення шахтних вод підрозділяють на пісковловлювачі, відстійники й освітлювачі.
         Пісковловлювачі (горизонтальні і вертикальні) застосовують для попереднього виділення із шахтних вод важких мінеральних домішок, головним чином силікатів, гідравлічна крупність яких 18-24 мм/с.
         Відстійники (періодичної й безперервної дії) - це спорудження, де відбувається осідання зважених у воді твердих часток. На шахтах застосовують відстійники безперервної дії. Вони призначені для вловлювання часток конкретного фіксованого розміру незалежно від загального ефекту посвітління води й уловлювання певної кількості суспензій обліком необхідного ефекту посвітління води.
         Освітлювачі - це апарати для посилення процесу посвітління попередньо обробленої коагулянтом шахтної води шляхом її пропущення крізь шар раніше утвореного осаду (контактного середовища). В основному використаються освітлювачі зі зваженим шаром осаду. Посилення ефективності посвітління порозумівається технологічними властивостями контактного середовища: сприятливою дією на процеси агрегації суспензій сильно розвитий поверхні часток, що утворять контактне середовище; рівномірним розподілом потоків води, яка освітлюється; збільшенням коефіцієнта об'ємного використання спорудження й ін.
         Прогресивним напрямком посвітління шахтних вод є поділ суспензій у поле відцентрових сил. Сили, що діють на виділювані частки у відцентрових пристроях, значно більше сил ваги, що діють у відстійниках, тому їхня продуктивність й ефективність у багато разів вище. До пристроїв відцентрового типу ставляться гідроциклони (відкриті для виділення осідаючих і спливаючих домішок і напірні - тільки осідаючих агрегатостійких грубодісперсних домішок) і центрифуги (для видалення з води тонкодісперсних домішок застосовують гідроциклони малого діаметра - мультициклони).
         Якщо після попереднього посвітління у відстійниках, освітлювачах або в гідроциклонах не вдається одержати воду необхідної якості, то неї дочищають за допомогою фільтрування, виділяючи тонкодісперсні, колоїдні тверді або рідкі частки. Водоочисні спорудження, на яких відбувається цей процес, називаються фільтрами.
         При фільтруванні йде поділ рідкої й твердої фаз за допомогою пористої перегородки під дією різниці тисків, створюваної надлишковим напором або розрядженням повітря. Рідка фаза проходить крізь пори перегородки й збирається у вигляді фільтрату, а тверда (осад) затримується на поверхні перегородки.
         Залежно від виду фільтруючого середовища фільтри діляться на тканеві, сітчасті, каркасні, намивні, зернисті й ін. При очищенні шахтних вод, коли доводиться мати справа з більшими обсягами води, використають фільтри із сітчастими елементами й фільтри із зернистим завантаженням, для роботи яких не потрібно більших тисків.
         При посвітлінні шахтних вод не досягається повного видалення бактерій і вірусів. Тому що серед мікроорганізмів, що залишилися, можуть перебувати й хвороботворні, прояснені води перед їхнім використанням у технічних цілях або відведенням у водойми піддаються обов'язковому знезаражуванню. Знезаражують шахтні води хлоруванням, що відрізняється доступністю хлорагентів і надійністю їхньої дії при порівняно невеликих витратах. Допускається застосування також озону й ультрафіолетового випромінювання. Хлорування виробляється рідким хлором і гіпохлоритом натрію. Для шахтних вод доза хлору й величина залишкового хлору визначається в кожному конкретному випадку органами місцевого санітарного нагляду за даними пробного хлорування й бактеріологічного аналізу з урахуванням місцевості, у якій розміщений водойма, виду водокористування, ступеня забруднення води.
         Гіпохлорит натрію використають для знезаражування шахтних вод не тільки в поверхневих, але й у підземних умовах.
         Однак хлорування має ряд недоліків: необхідність дотримання особливих запобіжних заходів в обігу із хлором через його токсичність; ретельного дозування реагенту; погіршення органолептичних властивостей води; недієвість хлору на спороутворюючі бактерії. Зазначених недоліків позбавлений спосіб знезаражування води бактерицидними променями аргоно-ртутних або ртутно-кварцових ламп, які встановлюють на поверхні води або занурюють у неї. Дія бактерицидного опромінення проявляється майже миттєво, за умови, що концентрація суспензій у воді не перевищує 3 мг/л. Для знезаражування води усе більше застосовують озонування (пропускають воду через озоноване повітря).
         При розробці технології очищення шахтних вод у підземних умовах керуються СнІП 1194-80 "Підземні гірські вироблення" про необхідність спорудження перед шахтними водозбірниками попередніх відстійників, обладнаними пристроями для їхнього механізованого очищення від шламу, що накопичується. У якості таких доцільно застосовувати високоефективні малогабаритні тонкошарові відстійники. Їх варто розташовувати перед водозбірниками діючих горизонтів - тут більша крупність і концентрація суспензій у воді, а отже, седиментаційні властивості часток значно вище.
         Тонкошарові відстійники споруджують стаціонарними. Відстійник і водозбірник розташовані у водоочисному комплексі послідовно один за одним і розділяються плоским водозливом.
         Відстійник розраховують на підставі вихідних даних включаючи величину очікуваного водо притоку, необхідну ступінь посвітління, результати технологічних аналізів шахтних вод.
         Після посвітління шахтні води повинні знезаражуватися. Якщо прояснені шахтні води використаються на підземні технологічні потреби, то знезаражувати їх треба в підземних умовах, а в інших випадках - на поверхні землі перед скиданням вод у водойми й ріки.
         У цей час можна рекомендувати лише принципову комплексну технологічну систему заходів і споруджень, що забезпечують зниження забруднення шахтних вод у підземних умовах. Така система повинна включати профілактичні заходи щодо запобігання й зниження забруднення шахтних вод, а також по очищенню малих обсягів забруднених вод. Як приклад приведемо схему технологічної системи для зниження забруднення шахтних вод у підземних умовах.

         Відповідно до Правил охорони поверхневих вод й Інструкцією діючі підприємства-водокористувачі, що скидають стічні води з перевищенням установлених ПДС, зобов'язані забезпечити розробку й реалізацію водоохоронних заходів у строки, погоджені з органами Міністерства екології й природних ресурсів України.
         Зіставлення величин фактичного й гранично припустимого скидання забруднюючих речовин ОП "Шахти мі. С.М.Кірова" ДП "Макєєввугілля" дозволяє визначити основні нормативні показники складу стічних вод, по яких необхідна реалізація комплексу організаційних і технічних заходів для досягнення ПДС.
         До таких показників ставляться зважені речовини, сухий залишок і сульфати.
         Пропоновані заходи для забезпечення встановлених величин скидання:
- зважених речовин - регулярне чищення шахтних водозбірників, відстійників;
- здійснення регулярного лабораторного контролю хімічного составу шахтних вод, що скидають.

         1. Горошков В.А. Очистка и использование сточних вод предприятия угольной промышленносити. М.: Недра, 1981. – 269с.
         2. Рєзников Юрий Николаевич Шахтные и карьерные воды: Кондиционирование, использование, обессоливание и комплексная защита окружающей среды при реструктуризации угольной промышленности на территории пріоритетного развития Донецького и Макеевкого районов Донбасса: Отчет о НИР(промежуточный) / М-во образования и науки Украины, ДонНТУ; Руководитель Матлак Е.С. Книга 1. – Н-6-99. – Донецк, 2002. – 92с.
         3. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязнения шахтных вод в подземных условиях – Киев: Техника, 1991. – 134, с. ил.; 21 ст.

© ДонНТУ 2008 Нелепа K.Ю.