Обгрунтування теми і її актуальність

Із зростанням видобутку корисних копалин кількість відходів стала зростати швидше ніж вихід кінцевої продукції, оскільки одночасно зменшувався вміст корисних компонентів в рудах, зростала зольність вугілля, ускладнювалися гірничо-геологічні умови розробки родовищ і відповідно зростав вихід відвальних і вскришних порід. Загальна кількість, що добувається в світі мінеральної сировини оцінюється приблизно в 100 млрд. т. у рік і подвоюється кожні 10-12 років. Із цієї кількості використовується 30-40 %, а останнє йде у відходи. Рекреаційна здатність природи вже не справляється зі зростаючою кількістю відходів, що веде до необоротної зміни довкілля.

Щорік гірничими роботами порушується близько 150 тис. гектарів земель, з них на сільськогосподарські угіддя доводиться близько 40 %. В середньому під порідні відвали відводиться 0,1 гектарів землі на кожну 1000 т. видобутку сировини, і вони займають в світі сотні мільйонів гектарів. Щороку в терикони і відвали поступає близько 50-60 млн. м³ гірничих порід. На шахтах Донбасу практично відсутні заходи щодо використання відходів вуглевидобування – в основному, вся видавана шахтами порода складується у відвал. На деяких шахтах єдиною сферою застосування порід є їх закладка у вироблений простір (15- 30% від здобутих порід).

Специфіка підземного видобутку вугілля полягає в тому, що на кожних 1000 т здобутого вугілля (світові дані) на поверхню викидається до 12 кг вугільного і порідного пилу, 50 - 570 тис.м³ метану, 7,5 - 15 тис. м³ вуглекислого газу, близько 5,5 тис. м³ оксидів, що утворюються при вибухових роботах, 1,5 - 9 тис.м³ шахтних вод, 210 - 300 т (а в Донбасі до 800 т) породи. В результаті, на території Донецького басейну, зараз налічується близько 1260 териконів техногенних родовищ. Щорічний об'єм гірничої маси, що видається у відвали, складає близько 30 млн. м³, а їх загальний об'єм в Донбасі перевищує 2 млрд. м³.

Мета і завдання дослідження

Мета роботи: розробити і обгрунтувати технологічні рішення по раціональному використанню породи в умовах шахти імені В.М.Бажанова для зниження шкідливого впливу на довкілля.

Завдання:

1. Провести аналіз досліджень по видобутку вугілля в умовах шахти.
2. Провести аналіз відвалів шахт Донбасу як джерел сировини для промисловості.
3. Виконати обгрунтування напрямів і раціонального використання породи як джерела сировини для промисловості.

Практична цінність роботи

Практична цінність – дані практичні пропозиції по обгрунтуванню напрямів використання шахтної породи, запропоновані технологічні рішення з врахуванням умов шахти.

Напрями використання шахтної породи

Питання практичного використання промислових відходів, видобутку і збагачення вугілля, що представляє серйозну екологічну проблему, і в той же час містять коштовну мінеральну сировину, є зараз вельми актуальним. В даний час ведуться дослідження доріг ліквідації шахтних териконів або обмеження їх шкідливої дії на довкілля, а також способів переробки накопиченої в них гірничої маси.

Виходячи з екологічної і економічної ситуації, що склалася, зараз представляється вельми перспективним залучення шахтних териконів до господарського звороту, як потужної і практично негодящої мінерально-сировинної бази, запаси якої більш ніж достатні для створення високорентабельних переробляючих виробництв на багато десятиліть.

На основі горілих шахтних порід можуть бути отримані:

• інертні заповнювачі (щебінь, пісок з відсіву дроблення, щебенево-піщані суміші);
• важкі і легкі бетони (вироби для промислового, цивільного і соціального будівництва);
• комірчасті бетони (теплоізоляційні блоки, перегородки, панелі, литий бетон для пристрою теплоізоляції полови, горищних перекриттів, дахів);
• дрібнозернисті бетони (мелкоштучні стінні вироби, тротуарні плити, бортові камені, елементи мощення та ін.);
• будівельні і тампонажні розчини, що володіють корозійною стійкістю і гідроізоляційною здатністю;
• активовані малоклінкерні тонкомолоті терпкі, такі, що володіють підвищеною корозійною стійкістю;
• сипкі теплоізоляційні матеріали (замінники керамзиту);
• керамічні матеріали (вироби будівельної, санітарно-технічної і художньої кераміки, вогнетриви);
• нерудні матеріали для дорожнього будівництва (для створення підстав і покриттів, у тому числі покриттів з мелко- і грубозернистого асфальтобетону з пристроєм шарів зносу);
• закладні матеріали, сипкі і тверднучі (для виконання закладних робіт у виробленому просторі).

Для вживання у виробництві будівельних матеріалів найбільший інтерес представляють відходи вуглезбагачення, що характеризуються найменшими коливаннями складу і властивостей. Вміст вугілля, не виділеного в процесі збагачення, може досягати 20%. Відходи вуглезбагачення представлені зазвичай у вигляді шматків розміром 8-80 мм. Промисловість будівельних матеріалів України здатна широко й ефективно використовувати багатотоннажні шахтні горілі породи. Інноваційні дослідження показали, що окрім терпкого на основі горілої породи, можуть бути отримані безцементні щільні, і комірчасті автоклавні й безавтоклавні бетони для широкої номенклатури виробів: стінних зовнішніх блоків, стінних внутрішніх блоків, перегородок, плит перекриття, фундаментних блоків. Вже зараз будівельна індустрія все більшою мірою орієнтується на виробництво цеглини з шахтної породи. Така цеглина має рекордно високі показники механічної міцності, морозостійкості й водонепроникності, і його виробляють в багатьох країнах.

Якщо як основна керамічна сировина використовуються аргилліти, альовроліти або інші породи, вироби з яких після випалення мають незадовільну структуру, неморозостійкі і володіють незадовільними теплоізоляційними властивостями, то вуглевмісні відходи застосовують в якості порізующих і отощающих добавок, які вводяться в шихту в кількості 30-40%. Для цієї мети ефективні породи з максимальною кількістю вигоряючої частини і великим вмістом летючих з'єднань, які в процесі випалення не беруть участь, оскільки віддаляються з димовими газами раніше температури їх займання.

Одним з ефективних джерел сировини для виробництва місцевих низькомарочних цементів можуть бути старі шахтні терикони, що перегоріли. Підставою для використання горілих гірничих порід з териконів є їх гідравлічна активність, їх здатність набухати при взаємодії з вапном з утворенням гелевидних з'єднань, схильних до подальшої кристалізації й твердіння. У основі виникнення активного стану вуглистих горілих порід лежить зміна глинистої речовини при нагріванні в процесі горіння териконів, супроводжуване піроактівацією ряду мінеральних домішок. Тверднення горілих порід із вапном і гіпсом – комплексний складний процес, залежний не лише від хімічного складу компонентів, але і від міри дисперсності і в значній мірі від физико-хімічної природи твердих тіл, прошедших самообжіг.

Непогані перспективи для форсування розвитку алюмінієвої промисловості відкриває можливість використання як сировини для здобуття глинозему відходів вуглезбагачення і вуглевидобування. Відсоток вмісту окислу алюмінію у вугільних золах й інших продуктах углепереробки може досягати до 40%, останнє — кремнезем і оксиди таких елементів як магній, залізо і кальцій.

За допомогою біологічних методів можна витягувати з частини вугільних відходів піритову і органічну сірку, різні метали (Mn, Ni, Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- і азотвмісні з'єднання. Очищення вугілля може здійснюватися за 6 діб на 93 % при вживанні термофільних бактерій і 18 діб мезофільними бактеріями.

Шахтні породи часто містять велику кількість мікроелементів, необхідних для живлення рослин, тому можуть застосовуватися як добрива грунтів, розбалансування яких відбувається в результаті інтенсифікації і хімізації сільського господарства.

Відходи вуглезбагачення, що містять велику кількість горючої маси, можуть бути піддані додатковому збагаченню із здобуттям кондиційного по зольності твердого палива або безпосередньо використані для спалювання і газифікації. Можливе спалювання високозольних відходів вуглезбагачення в пильоватому перебуванні на електростанціях. У деяких зарубіжних країнах знайшли вживання плазмові печі для переплавки легованих відходів і відновної плавки. Для цієї мети розроблені і використовуються всілякі генератори плазми і дугові плазмові пальники різної потужності, де можливе відновлення руд відходами вуглезбагачення і виробітку деякої кількості електроенергії за рахунок газів, що відходять.

Висновок

Гострота проблеми, не дивлячись на достатню кількість шляхів рішення, визначається збільшенням рівня освіти і накопичення промислових відходів. Зусилля зарубіжних країн направлені, перш за все, на запобігання і мінімізацію утворення відходів, а потім на їх рециркуляцію, вторинне використання і розробку ефективних методів остаточної переробки, знешкодження і остаточного видалення, а поховання лише відходів, що не забруднюють довкілля.

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