Обоснование темы и ее актуальность

С ростом добычи полезных ископаемых количество отходов стало расти быстрее, чем выход конечной продукции, поскольку одновременно уменьшалось содержание полезных компонентов в рудах, росла зольность углей, усложнялись горно-геологические условия разработки месторождений и соответственно рос выход отвальных и вскрышных пород. Общее количество добываемого в мире минерального сырья оценивается приблизительно в 100 млрд. тонн в год и удваивается каждые 10-12 лет. Из этого количества используется 30-40 %, а остальное идет в отходы. Рекреационная способность природы уже не справляется с возрастающим количеством отходов, что ведет к необратимому изменению окружающей среды.

Ежегодно горными работами нарушается около 150 тысяч гектар земель, из них на сельскохозяйственные угодья приходится около 40 %. В среднем под породные отвалы отводится 0,1 гектар земли на каждую 1000 тонн добычи сырья, и они занимают в мире сотни миллионов гектар. Каждый год в терриконы и отвалы поступает около 50-60 млн. м³ горных пород. На шахтах Донбасса практически отсутствуют мероприятия по использованию отходов угледобычи – в основном, вся выдаваемая шахтами порода складируется в отвал. На некоторых шахтах единственной областью применения пород является их закладка в выработанное пространство (15- 30% от добытых пород).

Специфика подземной добычи угля состоит в том, что на каждые 1000 тонн добытого угля (мировые данные) на поверхность выбрасывается до 12 кг угольной и породной пыли, 50 - 570 тыс. м³ метана, 7,5 - 15 тыс. м³ углекислого газа, около 5,5 тыс. м³ окислов, образующихся при взрывных работах, 1,5 - 9 тыс. м³ шахтных вод, 210 - 300 тонн (а в Донбассе до 800 тонн) породы. В результате, на территории Донецкого бассейна, сейчас насчитывается около 1260 терриконов техногенных месторождений. Ежегодный объем горной массы, выдаваемой в отвалы, составляет около 30 млн. м³, а их общий объем в Донбассе превышает 2 млрд. м³.

Цель и задачи исследования

Цель работы: разработать и обосновать технологические решения по рациональному использованию породы в условиях шахты имени В.М.Бажанова для снижения вредного влияния на окружающую среду.

Задачи:

1. Провести анализ исследований по добыче угля в условиях шахты.
2. Провести анализ отвалов шахт Донбасса как источников сырья для промышленности.
3. Выполнить обоснование направлений и рационального использования породы как источника сырья для промышленности.

Практическая ценность работы

Практическая ценность – даны практические предложения по обоснованию направлений использования шахтной породы, предложены технологические решения с учетом условий шахты.

Направления использования шахтной породы

Вопрос практического использования промышленных отходов, добычи и обогащения углей, представляющих серьезную экологическую проблему, и в то же время содержащих ценное минеральное сырье, является сейчас весьма актуальным. В настоящее время ведутся изыскания путей ликвидации шахтных терриконов или ограничения их вредного воздействия на окружающую среду, а также способов переработки накопленной в них горной массы.

Рисунок 1. - Упрощенная технологическая схема переработки породных отвалов (сделано в GIF-аниматоре, 7 кадров, 10 повторов, 500*704 точки, размер 83кб)

Нажмите на картинку для полного просмотра

Исходя из сложившейся экологической и экономической ситуации, сейчас представляется весьма перспективным вовлечение шахтных терриконов в хозяйственный оборот, как мощную и практически бросовую минерально-сырьевую базу, запасы которой более чем достаточны для создания высокорентабельных перерабатывающих производств на многие десятилетия.

На основе горелых шахтных пород могут быть получены:

• инертные заполнители (щебень, песок из отсевов дробления, щебеночно-песчаные смеси);
• тяжелые и легкие бетоны (изделия для промышленного, гражданского и социального строительства);
• ячеистые бетоны (теплоизоляционные блоки, перегородки, панели, литой бетон для устройства теплоизоляции полов, чердачных перекрытий, крыш);
• мелкозернистые бетоны (мелкоштучные стеновые изделия, тротуарные плиты, бортовые камни, элементы мощения и др.);
• строительные и тампонажные растворы, обладающие коррозионной стойкостью и гидроизоляционной способностью;
• активированные малоклинкерные тонкомолотые вяжущие, обладающие повышенной коррозионной стойкостью;
• сыпучие теплоизоляционные материалы (заменители керамзита);
• керамические материалы (изделия строительной, санитарно-технической и художественной керамики, огнеупоры);
• нерудные материалы для дорожного строительства (для создания оснований и покрытий, в том числе покрытий из мелко- и крупнозернистого асфальтобетона с устройством слоев износа);
• закладочные материалы, сыпучие и твердеющие (для выполнения закладочных работ в выработанном пространстве).

Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые наименьшими колебаниями состава и свойств. Содержание угля, не выделенного в процессе обогащения, может достигать 20%. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8-80 мм. Промышленность строительных материалов Украины способна широко и эффективно использовать многотоннажные шахтные горелые породы. Инновационные исследования показали, что кроме вяжущего на основе горелой породы, могут быть получены бесцементные плотные, и ячеистые автоклавные и безавтоклавные бетоны для широкой номенклатуры изделий: стеновых наружных блоков, стеновых внутренних блоков, перегородок, плит перекрытия, фундаментных блоков. Уже сейчас стройиндустрия все в большей степени ориентируется на производство кирпича из шахтной породы. Такой кирпич имеет рекордно высокие показатели механической прочности, морозостойкости и водонепроницаемости, и его производят во многих странах.

Если в качестве основного керамического сырья используются аргиллиты, алевролиты или другие породы, изделия из которых после обжига имеют неудовлетворительную структуру, неморозостойки и обладают неудовлетворительными теплоизоляционными свойствами, то углесодержащие отходы применяют в качестве поризующих и отощающих добавок, которые вводятся в шихту в количестве 30-40%. Для этой цели эффективны породы с максимальным количеством выгорающей части и большим содержанием летучих соединений, которые в процессе обжига не участвуют, так как удаляются с дымовыми газами раньше температуры их воспламенения.

Одним из эффективных источников сырья для производства местных низкомарочных цементов могут быть старые перегоревшие шахтные терриконы. Основанием для использования горелых горных пород из терриконов является их гидравлическая активность, их способность набухать при взаимодействии с известью с образованием гелеобразных соединений, склонных к последующей кристаллизации и отвердеванию. В основе возникновения активного состояния углистых горелых пород лежит изменение глинистого вещества при нагревании в процессе горения терриконов, сопровождаемое пироактивацией ряда минеральных примесей. Твердение горелых пород с известью и гипсом – комплексный сложный процесс, зависящий не только от химического состава компонентов, но и от степени дисперсности и в значительной степени от физико-химической природы твердых тел, прошедших самообжиг.

Неплохие перспективы для форсирования развития алюминиевой промышленности открывает возможность использования в качестве сырья для получения глинозема отходов углеобогащения и угледобычи. Процент содержания окиси алюминия в угольных золах и прочих продуктах углепереработки может достигать до 40%, остальное — кремнезем и оксиды таких элементов как магний, железо и кальций.

С помощью биологических методов можно извлекать из части угольных отходов пиритную и органическую серу, различные металлы (Mn, Ni, Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- и азотсодержащие соединения. Очистка угля может осуществляться за 6 суток на 93 % при применении термофильных бактерий и 18 суток мезофильными бактериями.

Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв, разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации сельского хозяйства.

Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы, могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно использованы для сжигания и газификации. Возможно сжигание высокозольных отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за счет отходящих газов.



Заключение

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду.

Литература

1. Жаркова Н.А., Жадан О.И., Санжаревский В.А. Хозяйственная деятельность и состояние окружающей среды (экономический аспект), Наукова думка, Киев, 1989. - 166 с.
2. Кононенко Н.А. Проблемы экологии при реструктуризации угольной промышленности Украины. Украинский Дом экономических и научно-технических знаний общества «Знание» Украины. Киев, 1999. - 42 с.
3. Земля тревоги нашої. Донецьк, 2005. – 119 с.
4. Бент О.И., Беседа Н.И. Углепромышленные отходы и шахтные воды как комплексное минеральное сырье //Уголь Украины. – 1994. - №1, С. 8 - 9.
5. Бобров А.Г. Террикон – это техногенное полезное ископаемое //Уголь Украины. – 2000. - №1. – С. 10 - 11.
6. Киричок Л.С. Шляхи оптимізації лісової рекультивації териконів // Журнал «Уголь Украины», август, 2005. - С. 41 - 43.
7. Мнухин А.Г., Брюханов А.М., Горошко И.П. Исследование влияния электрогидравлического воздействия на горный массив. Сборник научных трудов Горной академии Украины, г. Днепропетровск, 2001. - №12 т.2, С. 62 - 67.
8. Коновалов А.Ф., Ерошкина Н.Е., Карпушин Н.М. Эффективное использование отходов угольной промышленности донбасса в контексте стабильного развития региона // Науково-практична конференція «Донбас-2020: охорона довкілля та екологічна безпека», 21-22 листопада 2001 р., м.Донецьк, 2001.
9. Горелые породы - продукт самообжига пустых пород. http://www.polukrovka.ru/materials/mantle_rock.shtml.
10. Закладка выработанного пространства. http://www.q02.ru/trub/v/297/index.html.

03.05.2009.