Василишина Анна Николаевна

Обоснование темы и ее актуальность

В связи с ростом масштабов производства увеличивается влияние деятельности человека на окружающую природную среду. Но не один вид деятельности не делает такого комплексного влияния на окружающую среду, как горное производство.

На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции (углем, угольным концентратом) образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды). Указанные отходы отрицательно влияют на результаты хозяйственной деятельности предприятий, поскольку требуют затрат на их сбор, транспортирование, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт [1].

Существенное влияние на природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной массы и пород от проведения горных выработок, которые выражаются в занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными примесями, загрязнении водоемов шламовыми водами. Каждая тысяча тонн подземной добычи сопровождается выдачей на поверхность 110–150 м³ пород, тысяча тонн обогащения угля — складированием 100–120 м³ пород. Техногенная нагрузка на единицу территории в Донецкой области более чем в 9 раз превышает среднюю по Украине.

Рисунок 1. Образование промышленных отходов в Донецкой области по отраслям

В среднем по Украине одно предприятие выбрасывает в окружающую среду 154,7 тонн вредных веществ. При добыче угля подземным способом в Донбассе идут значительные нарушения естественного ландшафта. Происходит загрязнение воды, воздуха, недр, грунта. Также вредное влияние подземной разработки угольных месторождений на окружающую среду оказывается в неравномерном оседании на 0,5–2 г в год земной поверхности площадью 100–200 км². Отвалы породы наиболее существенным образом ухудшают окружающую природную среду, так как многие из них горят и выбрасывают в воздух продукты горения; ядовитые вещества и тяжелые металлы осадками смываются в воду и грунт; пыль и другие вредные вещества поднимаются в воздух; занятые земли, которые в следствии не смогут быть использованы из-за большого загрязнения и существенную деформацию и т. д. Как следствие — население получает большое количество заболеваний и уменьшение продолжительности жизни. Шахта платит большие штрафы за такое загрязнение и нарушение окружающей природной среды, которая делает ее работу не рентабельной, в то время, как на этих отходах можно и нужно зарабатывать [2]. В Донецкой области продолжают гореть 132 породных отвала; на территории региона в данное время расположены 582 породных отвала. Размер и форма отвалов влияют на интенсивность теплообмена в глубинных зонах, определяют фильтрующие свойства отвалов и способствуют или препятствуют генерации и аккумуляции тепла. Наиболее интенсивные процессы протекают на гребнях плоских и на вершинах конических отвалов, которые легко обдуваются потоками атмосферного воздуха. Вместе с тем, имеет место очаговое горение породы на поверхности отвалов различной конфигурации. Проведенные на территории Донбасса исследования показали, что отвалы с высотой менее 30 м практически не горят, с высотой до 50 м горят 60% отвалов, до 90 м — 87%, свыше 90 м — горят практически все отвалы.

Существуют технологии которые позволяют сделать угольную отрасль малоотходным производством. Эти технологии уже давно используются во всем мире, а в нашей стране им пока не отводится надлежащего внимания [3].

Порода, которая добывается, и уже существующие отвалы могут быть эффективно использованы во многих областях промышленности, сельском хозяйстве, принося значительную прибыль. Также ее необходимо закладывать в горные выработки, чтобы не происходило опускание земли. Необходимо по возможности скорее внедрять новые технологии по использованию породы.

Одной из причин, которые сдерживают развитие работ по рациональному использованию вторичных ресурсов, особенно в межотраслевом разрезе, когда отходы, которые образуются на предприятиях одних областей, могут быть использованы в других областях народного хозяйства, является отсутствие систематизированной информационной базы, а также недостаточное финансирование в этой области.

Цель работы: разработать технологические решения по комплексному использованию шахтной породы в условиях шахты «Россия» для снижения вредного воздействия на окружающую среду.

Для поставленной цели необходимо выполнение следующих задач:

1. Проанализировать состояние исследований в области комплексного использования породы.
2. Выбрать и обосновать направления и критерии рационального использования сырья породных отвалов.
3. Обосновать технологические решения при использовании породы отвалов угольных шахт для промышленности.
4. Разработать систему принятия решения по использованию дополнительных источников сырья для промышленности Донбасса.

Объект исследования — породные отвалы и их влияние на окружающую природную среду.

Предмет исследования — технологические процессы извлечения и использования породы в шахте.

Методы исследования: аналитический, методы технико-экономических расчетов, метод моделирования, решение ситуационных задач, прогнозирование, метод статистической обработки данных.

Новизна заключается в установлении зависимости количества породы получаемой в шахте во времени и разработке рекомендаций по рациональному использованию породы как вторичного ресурса.

Научная новизна раскрывается в следующих результатах достижения:

• прогнозирование количества используемой породы на шахте при ее максимальной добыче;
• обоснование направлений рационального использования породы в условиях шахты «Россия»;
• технико-экономическое обоснование добываемой в шахте породы как сырьевого ресурса.

В работе даны практические предложения по обоснованию направлений использования породы, предложены технологические решения с учетом условий предприятия.

Сама же данная работа имеет минимальную практическую ценность — ее могут использовать в качестве образца магистры будущих лет и другие исследователи, работающие в данном направлении.

Существует ряд опубликованных статей посвященных данной теме.

Научные публикации в периодических изданиях по теме охраны окружающей среды в сфере использование породы для пневмозакладки, а также — горнодобывающего комплекса в целом, немногочисленны. Изредка статьи, посвященные этой тематике, публикуются в «Горном журнале» и журнале «Уголь Украины». Но всякая информация такого характера не всегда раскрывает тему, она носит только поверхностный характер, так как недостаточно изучены вопросы зависимости количества породы получаемой в шахте во времени, из-за недоработки в документации, особенно при паспортизации породных отвалов, и многого другого. Вследствие чего остается достаточно нерешенных вопросов, над которыми необходимо работать.

В статьях журнала «Уголь Украины» этой проблемы были посвящены следующие статьи:

1. Комплексное решение экологических проблем в крупных промышленных регионах.
2. Перспективы и направления развития угольной промышленности.
3. Схема закладки выработанного пространства шахт с помощью нетрадиционных средств.
4. Некоторые особенности горения террикоников Донбасса и т. д.

Были также некоторые разработки по данной проблеме моего научного руководителя со своими предыдущими студентами: разработаны технологические схемы крепления с использованием породы для разных горно-геологических условий, и смоделированные элементы крепления этих схем; предложены методики принятия технологических решений по использованию породы отвала; был сделан прогноз изменения параметров породных отвалов угольных шахт; предложены мероприятии по снижению негативного воздействия породных отвалов на окружающую среду [4]. Техническая политика шахты должна базироваться на использовании породы для своих нужд, практическая реализация чего эффективно выполняется методом полной закладки выработанного пространства, что обеспечивает уменьшение количества породы, которая выдается, а также возвращение ее в недра.

Результаты выполненной работы позволят:

• спрогнозировать количество используемой породы на шахте при ее максимальной добыче;
• обосновать направление рационального использования породы в условиях шахты;
• предотвратить последующие негативные воздействия, приводящие к кризисным ситуациям.

Результаты магистерской работы могут служить основой для дальнейших исследований.

Доказано, что горные предприятия, среди развитых отраслей народного хозяйства Украины, наносят самый большой вред природе. Установлено, что самым экологически-опасным объектом, оказывающим негативного влияния на ОПС, является породный комплекс. Оставление породы в шахте, закладка выработанного пространства с использованием отвальной породы и отходов обогащения, рекультивация породных отвалов и уменьшение объемов разрушения земель является также основным направлением и способом осуществления мало- или безотходной технологии угольного производства.

Таким образом, можно сделать вывод что экологические проблемы, связанные с породными отвалами, очень актуальны для Донбасса и требуют их рассмотрения и решения. В результате моей магистерской работы будут получены данные, которые можно будет использовать на шахте "Россия", тем самым улучшив экологическую обстановку и возможно здоровье населения. Также может быть получен экономический эффект для шахты "Россия" от использования породных отвалов в различных целях народного хозяйства. Окончательные результаты будут получены в декабре 2011 года, к моменту защиты магистерской работы [8].

Огромная техногенная нагрузка на Донбасс заставляют заниматься вопросами использования породы, которая добывается, и проблемами уже существующих отвалов породы, потому, что успешное решение этих задач ведет к:

1. Решение экологических проблем: уменьшение загрязнения воздуха ядовитыми газами, вредными веществами и другие [9]; снижение загрязнения стоками вод из терриконов водных объектов Донецкой области; уменьшение добычи разных природных ресурсов и сбережение естественных богатств для будущих поколений (напр., строительных компонентов), за счет разработки уже имеющихся ресурсов; снижение деформации земной поверхности (провалов грунта, домов, появлению оврагов и т.д.); уменьшение загрязнения плодородных земельных площадей, за чертой городов, которые могли бы быть использованы для сельскохозяйственных угодий.

2. Решение социальных и экономических проблем: экономия земель в городах, которые могли бы быть использованы для лучших целей; появление рабочих мест как в городе Донецк, так и, что особенно важно, в городах Донецкой области, в которых закрываются шахты, и люди стоят перед безработицей; улучшение здоровья людей, проживающим на территории Донбасса; получение материальной прибыли от разработки породы отвалов; улучшение состояния городов (меньше пыли, город становится красивее).

Рисунок 2. Схема движения осадков

1. Рациональное природопользование в горной промышленности: Учебное пособие для вузов / [Ю.М.Арский, Н.А.Архипов, В.Д.Аюров и др. Под общей ред. В.А.Харченко. - 3-е изд.] – М.: МГГУ, 2000. – 443 с. 

2. Сохранение окружающей природной среды на горнодобывающих предприятиях: монография / [С.С.Гребенкин, В.К.Костенко, Е.С.Матлак и др.] - под общ. ред. Гребенкина С.С и Костенко В.К. – Д.: «ВИК», 2009. – 505 с. 

3. Угольное производство как источник техногенного воздействия на земную атмосферу / Г. Л. Майдуков // Уголь Украины. 2008. № 2. –с. 27-34. 

4. Шапарь А. Г. Экологические проблемы горнодобывающей отрасли и некоторые пути их решения // Горный журнал. – 2005. № 5, май. – С. 20–23. 

5. Макарова Т. В. Автореферат магистерской работы на тему: «Выбор и обоснование технологических решений по рациональному использованию породы в условиях шахты «Украина»». [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2008/fgtu/makarova/diss/index.htm 

6. Чудновец В.Л. Автореферат магистерской работы на тему: «Обоснование направлений комплексного использования шахтной породы в качестве вторичного сырьевого ресурса» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2009/fgtu/chudnovets/diss/index.htm 

7. Лоскутова Е.В. Автореферат на тему: «Выбор и обоснование экологических и технологических решений по рациональному использованию породы как ресурса в условиях шахты «Щегловская-Глубокая»» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2010/feht/loskutova/diss/index.htm 

8. Василишина А. Н. Оценка состояния окружающей среды в зоне функционирования породных отвалов / Василишина А.Н., Артамонов В.Н. 

9. Василишина А.Н. Комплексная оценка влияния породного отвала шахты «Россия» на окружающую среду / Василишина А.Н., Артамонов В.Н. 

10. Дузь А. И. Охрана среды и использование отходов угольного производства / А.И.Дузь, Б.В. Пичугин, И.И Дуденко. - Донецк: «Донбасс», 1990, 111 с. 

11. Бакка М. Т., Гуменюк І. Л., Редчиць В. С. Екологія гірничого виробництва: Навчальний посібник. – Житомир: ЖДТУ, 2004. – 207с.