Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель, идея работы и задачи исследования
- 2.1 Цель исследования
- 2.2 Задачи исследования
- 2.3 Идея работы
- 2.4 Основные методы исследования
- 3. Анализ исследований в области комплексного использования ресурсов угольного месторождения.
- 4. Выбор объекта исследований и оценка экологической ситуации в зоне влияния предприятия.
- 5. Выбор и обоснование применения существующих технологических решений по рациональному использованию природных ресурсов (угля и породы).
- 6. Обоснование и совершенствование технологических решений по рациональному использованию угля и породы.
- Выводы
- Список источников
Введение
В условиях трансформационной экономики неизбежно возникает кризисные ситуации как для системы в целом, так и для отдельных хозяйствующих объектов. Так при реструктуризации угольной промышленности в целом, так и отдельных составляющих их частей, возникают проблемы с увеличением экономической привлекательности предприятия угольной промышленности.
На протяжении многих лет Донецкая область являлась лидером в области добычи и переработки полезных ископаемых. Что обусловило быстрые темпы промышленного роста и все большей интенсификации потребления природных ресурсов. Но уже к 2000-м годам большинство промышленных запасов Донецкого бассейна, находящихся на небольших глубинах залегания, были отработаны. Это дало стимул к пересмотру государственной политики в сфере добычи природных ресурсов в целом, и угля в частности. Так появилась идея «реструктуризации» угольной промышленности в Украине. Закрывая или передавая убыточные шахты в частные руки государство, решает две главные проблемы: прекращает дотационное финансирование закрытых шахт и снимает с себя ответственность за переданные в частные руки государственные шахты. В результате закрытия угольных предприятий, стало увеличиваться количество депрессионных регионов Донецкой области. Что в свою очередь тянет за собой деградацию населения в данных регионах.
1. Актуальность темы
Вопросы повышения экономической устойчивости угледобывающей промышленности, на основе комплексного и более полного использования полезных ископаемых, получают все большее развитие в исследованиях последних лет.
Таким образом, формирование принципов устойчивого развития предприятия, в условиях трансформационной экономики, должно быть основано на принципах более полного и рационального природопользования.
Исходя из выше сказанного шахту следует рассматривать как предприятие по комплексной добычи полезных ископаемых, к которым относят уголь, воду, пород и газ.
2. Цель, идея работы и задачи исследования
2.1 Цель исследования
Целью исследования является выбор и обоснование экологически безопасных технологических решений по извлечению списанных в потери запасов угля и использование искусственных сооружений из вмещающих пород в шахте для достижения максимальных экологических, экономических и безопасных результатов при их применении.
2.2 Задачи исследования
Основные задачи исследования:
- Раскрыть теоретические и практические основы комплексного использования запасов угля и породы;
- Обосновать направления рациональной полноты изъятия запасов угля;
- Анализ направлений рационального использования породы;
- Разработать технологические решения при добычи списанных в потери запасов угля;
- Провести анализ применения основных технологических решений при закладке выработанного пространства;
- Обоснование эколого-экономических и социальных последствий технологических решений при добычи, списанных в потери запасов угля и закладке выработанного пространства.
2.3 Идея работы
Идея работы заключается в комплексном применении экологически безопасных технологических решений извлечения списанных в потери запасов угля и использования искусственных сооружений из вмещающих пород в шахте.
Объект исследования: комплексное исспользование природных ресурсов
Предмет исследования: более полное извлечение угля и рациональное исспользование породы
2.4 Основные методы исследования
Решения поставленных задач осуществляется аналитически, путем обобщения известной научно-технической информации, методом экономико-математического моделирования, статистическим методом и методом прогнозирования.
3. Анализ исследований в области комплексного использования ресурсов угольного месторождения.
Исследованию проблемы повышения полноты извлечения и рационального использования природных ресурсов посвящены труды А.С.Астахова, A.A. Борисова, A.C. Бурчакова, В.Л. Корнилкова, ГГ. Литвинского, P.A. Фрумкина, Н.Н.Фотиева, Г.Г. Штумпф, В.Д. Ялевского, Г.В. Лаврик, М.А. Малышева, A.С. Малкина, А.Г. Саламатина, ВВ. Агафонова, С.Г.Страданченко, B.И.Сарычева, И.И.Савина, А.Ю.Дюпина, Н.И.Иванова, А.Д. Шумкина и др.
В статье «Перспективы бурошнековогоспособа выемки угля на шахтах российского Донбасса» авторами Н.В.Титовым, В.И.Кочергиным, В.А. Курнаковым был проведен анализ результатов испытаний комплекса безлюдной выемки (КБВ) «Вектор» в ВКШ-02 ш. «Аютинская». Даны рекомендации по применению бурошнекового способа выемки угля на шахтах Российского Донбасса.[1]
Статья Ходырева Е.Д. и Филатова В.Ф. «Технические и технологические решения УкрНИМИ в области бурошнековой технологии выемки угля» были рассмотрены разработки УкрНИМИ в области бурошнековой выемки угля, защищенные патентами Украины, направленные на его совершенствование и расширение области применения.[2]
Российский ученый Исаенко А.В. в своей диссертации рассмотрел технологии закладки вертикальных выработок горелыми породами, упрочненными вяжущим элементом.
В учебном пособии «Основы проектирования технологии безлюдной выемки угля» К.Ф. Сапицкий, В.Д. Мороз детально рассматривают способы добычи угля на тонких и весьма тонких пластах, а также способы и технологии закладки выработанного пространства.[3]
Как видно из выше перечисленного, данной проблематике посвящено достаточное количество научных разработок, которые были внедрены на шахтах в т.ч. Донбасса.
4. Выбор объекта исследований и оценка экологической ситуации в зоне влияния предприятия.
Макеевcкий регион является частью Донецкого мегаполиса, на территории которого находятся более 4-х тысяч предприятий. Наиболее развитым является горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, а также коксохимическая и металлургическая. Промышленная развитость региона оказывает огромную нагрузку на окружающую природную среду.
Основными источниками загрязнения на территории Макеевки являются 3 предприятия металлургии и металлообработки, 2 коксохимических предприятия, 22 шахты, действующих или закрывающихся, 2 автотранспортных предприятия, 2 обогатительных фабрики. В пределах города размещены 120 породных отвалов, 14 из которых имеют очаги горения.
Наличие в городе угольных, металлургических и коксохимических предприятий привело за многие годы к накопления больших объемов промышленных отходов и загрязнению больших территорий. Сегодня в отвалах, шламонакопителях и терриконах находится 367,4 млн. тонн отходов, которые составляют 8,7% отходов Донецкой области. [4]
Территориально рассматриваемое предприятие находится в г. Макеевка Донецкой области, в поселке Холодная Балка. За свою длинную производственную деятельность шахта отработала большое количество пластов мощностью от 0,5 до 1,2 м.
Шахта «Холодная Балка» является предприятием по добыче каменного угля, используемого в теплоэнергетической сфере региона. Добытый уголь отправляется на Узловскую центральную обогатительную фабрику ( ЦОФ ), ЦОФ Украина, ООО «ДОК», для обогащения и дальнейшей транспортировки концентрата на Старобешевскую, Криворожскую, Змиевскую ТЭС.
Шахтное поле расположено в пределах Южного крыла Кальмиус-Торецкой котловины и охватывает значительную часть Ряснянской синклинали, которая называется мульда «Вербовая». Запасы по пласту h10в расположены по простиранию на участке между Дулинським и Марковским надвигами, а так же Марковской флексурой. К северу участок ограничивается надвигом «Продольным», который является наиболее крупным
Шахта объединяет поля бывших шахт № 3 , № 2 , № 10 и « Южной », на балансе шахты находятся пласты k4н , h10 / , h10в , g2 . Запасы по шахтам № 2 и № 10 полностью отработаны, в настоящее время ведутся работы по пласту h10в на горизонте 750 м.
Работа любого предприятия по добыче полезных ископаемых связана с негативным воздействием на окружающую среду: атмосферу, гидросферу, почву, ландшафт и недра. Проведем анализ эколого-экономической деятельности предприятия.[5]
Во время работы шахты в атмосферу выбрасывается ежегодно около 13 тыс. тонн вредных веществ, основными из которых являются метан, диоксид углерода, выбросы веществ в виде взвешенных твердых частиц.
В результате ведения горных работ и других технологических процессов возникают отходы производства. Основным видом промышленных отходов является порода, которая вывозится на действующий породный отвал № 14 на промплощадке шахты «Южная», в котором на начало 2013 года уже накоплен 23*106 тонн. До конца года на отвал было вывезено еще 0,2 млн. тонн породы от 0,237 млн. добытой. Переработано породы 0,03 млн. тонн, оставлено на предприятии 0,007 млн. тонн.
Шахта «Холодная Балка» является градообразующим предприятием, т.к. рядом с ней располагается жилая застройка, что, несомненно, влияет на экологические критерии предъявляемые предприятию.
Рассматривая, экологическую ситуацию города в целом стоит отметить, постепенное восстановление окружающей среды, ввиду закрытия или снижения производственной мощности крупных загрязнителей.
Объектом исследования является предприятие по добычи угля, ОП «Шахта «Холодная Балка», находящаяся в городе Макеевка.
Предметом исследования является процессы:
- технологические, связанные с ведением технологических процессов по добычи списанных в потери запасов угля, с креплением и закладкой выработанного пространства;
- экологические – более полное извлечение полезного ископаемого; снижение антропогенного влияния на окружающую природную среду путем уменьшения объемов складирования породы в отвалы;
- экономические – получение экономического эффекта от внедрения ресурсосберегающих технологий;
- социальные – создание безопасных условий труда рабочих; создание дополнительных рабочих мест; возрождение депрессионных регионов.
Оценивая экологическую ситуацию в зоне расположения предприятия, следует отметить следующие экологические проблемы региона:
- большое количество породных отвалов (только на балансе предприятия их насчитывается 14 штук) приводит к загрязнению атмосферного воздуха, почвы и поверхностных вод;
- подработанные, на мелких глубинах, земли – изменение природного ландшафта, образование впадин;
- затопление горных выработок, находящихся ближе к поверхности земли – заболачивание территорий, увеличение жесткости воды в колодцах, загрязнение подземных вод и др.
5. Выбор и обоснование применения существующих технологических решений по рациональному использованию природных ресурсов (угля и породы).
Уголь – это комплексное энергетическое и химическое сырье, которое может быть использовано во многих отраслях промышленности. В последние годы объемы добычи угля значительно снизились. Добыча упала более чем в 5-ть раз, в виду различных причин, но, в основном, из-за закрытия или консервирования угольных предприятий
Таким образом, решение проблемы более полного и комплексного использования списанных запасов угля, будет давать возможность для увеличения рентабельности угольного предприятия. Что является довольно актуальным заданием, так как по статистики срок действия шахты в среднем составляет около 60-75 лет, практически 70% шахт отработали или дорабатывают свои запасы.
В сложившихся условиях, одним из основных направлений более полного и комплексного использования списанных запасов угля, увеличения общей рентабельности производства и снижения социальной напряженности в шахтерских регионах является диверсификованость
Согласно данным полученным при прохождении практики на ОП «Шахта Холодная Балка», в случае отработки забалансовых запасов срок службы шахты увеличится с 112 лет до 158 лет, при коэффициенте использования запасов равном равным 0,68.Расчеты приведены ниже.
Срок действия шахты рассчитывается по формуле:
где 
- это период подготовки шахты, от 3 до 5 лет;
- это период закрытия шахты, от 3 до 5 лет;
- это период непосредственно функционирования шахты, который рассчитывается по формуле:
где 
- промышленные запасы шахтного поля, тыс.т
- потери в целиках, тыс.т
- годовая добыча угля, тыс.т. Рассчитывается по формуле:
где 
- суточная добыча угля по шахте, тон/сут
- - число рабочих дней в году, = 300 дней
Рассчитаем коэффициент использования полезного ископаемого по формуле:
Для более полного и комплексного использования списанных в целики запасов угля, можно применить следующие основные технологические схемы безлюдной выемки [1]. Первая технологическая схема базируется на применении буро–шнековых установок. (см. рис. 1) БША предназначены для выемки угля без присутствия человека в очистном забое, на пластах мощностью 0,6…0,85м с углом падения до 150. Они рекомендуются для выемки, в первую очередь, пластов со слабыми породами кровли и с геологическими нарушениями.
Данные установки можно так же использовать для частичного погашения охранных целиков различного назначения. Фактические потери угля при данной технологии выемки могут составить 20-30%.
Вторая технологическая схема безлюдной выемки осуществляется с помощью скреперо – струга. В данной схеме можно выделить два способа ведения добычи угля:
-отработка тонких и весьма тонких пластов камерой–лавой шириной до 20 м и с оставлением целика шириной до 4–х метров; (см.рис.2)
Рисунок 2 –Технологическая схема безлюдной выемки скрепер-струговой установкой в лавах - камерах: 1-приводная станция; 2-скрепер; 3-скреперные ящики; 4-обводная станция; 5-рабочая камера; 6-целик; 7-отработаная камера; 8-нарезной комбайн; 9-конвейерный штрек; 10-вентиляционный штрек.
-выемка лавой с частичной или полной закладкой выработанного пространства. (см.рис.3) Для закладки используется транспортно – формирующая приставка для доставки породы в выработанное пространство и сооружению опорных полос.
Рисунок 3 – Технологическая схема безлюдной выемки с выкладкой породных полос. 1-приводная станция; 2-скреперный ящик; 3-породная приставка; 4-породный конвейер; 5-крепь сопряжения с обводной станцией; 6-породная полоса; 7-выкладываемая полоса; 8-угольный конвейер; 9-железобетонные плиты.
Делая вывод из выше перечисленного, можем сказать, что для наиболее полного и рационального использования списанных в целики запасов целесообразно принимать вторую технологическую схему, с применением скреперо – струга выемкой лавой с частичной или полной закладкой выработанного пространства.[6]
При данной схеме разработки списанных запасов, вынимая целики и укладывая на их место породу или породные опорные полосы, мы решаем две важнейшие проблемы горного производства. Такие как:
1.Соблюдение правил безопасности и охраны труда, а так же поддержание горных выработок;
2.Увеличение добычи полезного ископаемого на пластах малой мощности и в сложных геологических условиях.
6. Обоснование и совершенствование технологических решений по рациональному использованию угля и породы.
Основополагающие направления повышения экономичности предприятий угольной промышленности находят свое выражение в принципах рационального природопользования: повышение полноты извлечения, комплексного и рационального использования запасов угольного месторождения.
Передовые шахты с высокой степенью технологичности ведения работ, как правило, не требуют высоких капитальных затрат на внедрение технологических процессов, обеспечивающих более полное извлечение полезного ископаемого.
Анализ показывает, что применяемые техника и технология угледобычи, как правило, обуславливали значительные потери угля по площади, мощности пласта и значительными были потери при разработке пластов, находящихся в зоне и вне зоны влияния очистных работ.
Основными показателями , характеризующими полноту извлечения полезного ископаемого: коэффициент извлечения запасов и потери,%.
где
Dв.к.к – количество добытого полезного ископаемого на определенном участке за определенный период времени, т;
Zб.з – объем погашеных балансовых запасов, т;
Пв.б.з – суммарные потери балансовых запасов,т.
Потери балансовых запасов в отраслях добывающей промышленности, колеблются в широких пределах, изменяясь от 2 до 50% и более. Они зависят от вида месторождения, применяемых способов и систем разработки, ценности сырья, горно-геологических и иных условий эксплуатации. Основные источники и причины возникающих необоснованных потерь весьма разнообразны. Из них выделяют следующие:
- на стадии геологоразведочных работ: отсутствие полного и качественного проведения разведки и обработки ее результатов;
- при проектировании: отсутствие комплексного подхода к освоению месторождений; ошибки при определении целиков различного назначения, порядка и направления ведения горных работ, места заложения вскрывающих выработок и др.
- в процессе добычи полезного ископаемого: отсутствие своевременного и полного воспроизводства готовых к выемке запасов полезных ископаемых, нарушение очередности их выемки, не соответствие выемочных механизмов горно-геологическим условиям участков, разбросанность горных работ и др.
Нередко потери полезных ископаемых происходят по организационным и экономическим причинам. Среди них отмечают следующие: недостаточная экономическая заинтересованность и ответственность предприятий в уменьшении потерь запасов, слабая техническая оснащенность горных предприятий современными средствами учета количества и качества добываемых полезных ископаемых в массиве и отбитом состоянии, недостатки геолого-маркшейдерского обслуживания горных работ.
При определении потерь последние могут характеризоваться как безвозвратные (забалансовые), проектные и сверхпроектные (ненормированные). Если первый вид потерь связан с объективными показателями, характеризующими качество и мощность принимаемых к отработке угольных пластов, а последний предопределяется стохастическими причинами, возникающими в процессе эксплуатации месторождения, то проектные потери нормируются регламентирующими документами и при достаточном обосновании могут быть скорректированы. К этим потерям относятся потери в барьерных (у границ шахтных полей, блоков) и предохранительных (для охраны стволов и выработок с длительным сроком: службы) целиках, у геологических нарушений, в охранных (под естественными и инженерными сооружениями на поверхности) целиках, плановые эксплуатационные потери (в зависимости от мощности, системы разработки и подготовки).
Наличие охранных и защитных целиков в шахтном поле различного предназначения в основном обуславливается особенностями современных технологий отработки угольных запасов и высокой степенью застройки подрабатываемых территорий.
Неполная выемка запасов ведет к не рациональному использованию полезного ископаемого (Кисп<0,6) и значительному прямому экономическому ущербу, заключающемуся в увеличении затрат на 1 т извлекаемых запасов за счет роста непроизводительных затрат на геологоразведочные работы, проектирование и строительство шахты, проведение и поддержание горных выработок и др.
Списанные в потери запасы вызывают особый интерес с технологической, экономической и экологической точек зрения, так как они являются полностью вскрытыми необходимой топологической сетью выработок общешахтной инфраструктуры и являются частично подготовленными к очистной выемке. Что дает возможность отработки угольных целиков с уже выработанных участков, путём перекрепления горных выработок
Существует методологическая и технологическая базы для проведения процессов рационализации угольной отрасли Украины.
Разработаны системы отработки угольных пластов с минимизацией потерь в целиках, различного назначения, но они, как правило, применимы лишь для вскрытия новых угольных горизонтов.
Способы извлечения целиков на отработанных пластах, как правило, сводятся к восстановлению выработок, их перекреплению, или проведению недостающих, и постепенному извлечению полезного ископаемого с применением различного оборудования
Для отработки в первую очередь берут целики, которые используются для охраны участковых горных выработок. [7] Во время выемки целика, оказывается существенное влияние на формирование горного давления, и его перераспределение, что несет в себе возможность разрушения горного массива, прилегающих горных выработок. Для предотвращения данной ситуации, возможно использование нетрадиционных способов управления горным давлением. Выбор способа во многом зависит от горно-геологических характеристик залегания пласта и вмещающихпород, способа и системы разработки, оборудованием очистного забоя и др.
Исследователями предполагается оценить основные способы отработки и закладки отработанного угольного целика. Общие исходные данные, принятого к разработке участка, рассмотрены в таблице 1.
| № п/п | Наименование показателя | Еденицы измерения | Числовое значение |
| 1 | Пласт | К5 | |
| 2 | Средняя мощность пласта | м | 0,67 |
| 3 | Угол падения пласта | град | 3 |
| 4 | Марка угля | ПС | |
| 5 | Параметры целика | ||
| 1. Размер по падению | м | 110 | |
| 2. Размер по простиранию | м | 45 | |
| 3. Площадь целика | м2 | 4950 | |
| 4. Объем целика | м3 | 4477,3 | |
| 5. Длина очистного забоя | м | 110 |
Исходя из данных приведенных в таблице 1, предлагается провести анализ технологических схем, апробированных 1,2 и предлагаемой 3.
- перекрепление горной выработки с попутным извлечением угля бурошнековой установкой БУГ-2 и закладка пробуренных скважин пневмоустановкой «Титан», (рис.4);
- перекрепление горной выработки с попутным извлечением угля отбойными молотками и закладка выработанного пространства пневмоустановкой «Титан», (рис.5);
- перекрепление горной выработки с попутным извлечением угля отбойными молотками и закладка выработанного пространства модулями из бутостоек, (рис.6).
Рисунок 4 – Технологическая схема №1 «Перекрепление выработанного пространства с попутным извлечением угля буро – шнековой установкой и закладкой выработанного пространства пневмоустановкой «Титан».
Рисунок 5 – Технологическая схема №2 «Перекрепление горной выработки с попутным извлечением угля отбойными молотками и закладка выработанного пространства пневмоустановкой «Титан»
Рисунок 6 – Технологическая схема №3 «Перекрепление горной выработки с попутным извлечением угля отбойными молотками и закладка выработанного пространства модулями из буто-стоек».
Особое внимание следует уделить закладке отработаного целика в третьей схеме. Существуют различные варианты комбинирования буто-элементов в выработаном пространстве: буто-стойка, буто-органка, буто-костер. Все три варианта комбинаций представлены на рис. 7-9
Рисунок 7 – Схема возведения буто-стойки
Рисунок 8 – Схема возведения буто-органки
Рисунок 9 – Схема возведения буто-костра
В результате экспертной оценки получены данные представленные в таблице 2.
| Показатели | Технологическая схема №1 | Технологическая схема №2 | Технологическая схема №3 |
| Количество запасов угля в целике, т | 6715,95 | ||
| Потери п.и. при его добычи,% | 35 | 5 | 5 |
| Длина очистного забоя, м | 110 | ||
| Потери при размещении породы в выработаном пространстве,% | 35 | 5 | 15 |
| Время отработки целика,сут | 55 | 62 | 62 |
| Количество породы размещаемой в выработаном пространстве, м3 | 2910 | 4253,4 | 3805,7 |
Выводы
В результате исследований выявлено:
- наибольшие потери угля будут иметь место в первой технологической схеме, в прослойках между пробуренными скважинами, у кровли и почвы пласта. В двух других схемах потери сведется к нормированным 5%, в основном за счет складирования пыли на стенках и почве выработке.
- при закладке выработанного пространства с использованием общего объема породы, потери при первой схеме составят 16% из общего объема выработанного пространства, которое занимает оставшийся уголь. При применении второй технологической схемы останутся нормированные потери в размере 5% - из-за не плотности размещения породы в массиве. 35% - составят потери при закладке выработанного пространства элементами из буто – стоек.
- время отработки одного целика при данных способах, так же отличается. В схеме №1 оно составило 55 дней, в двух следующих схемах по 62 дня, что обусловлено механизацией добычи. В первом случае отработка ведется с помощью буро - шнековой установки, в других же, целик отрабатывается проходчиками на отбойных молотках.
Получены результаты:
- снижение вредного влияния породного отвала, используемого как источник сырья, на окружающую природную среду.
- сокращение экологических платежей за размещение твердых промышленных отходов.
Возможное становление депрессивных регионов за счет развития сети новых угледобывающих предприятий, основным технологическим процессом которых, является добыча списанных в потери запасов угля и рационального использования природных ресурсов.
Список источников
- Титов Н.В., Кочергин В.И., Турук Ю.В., Курнаков В.А. Перспективы бурошнекового способа выемки угля на шахтах российского Донбасса. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.siurgtu.ru/...>
- Ходырев Е.Д., Филатов В.Ф.Технические и технологические решения УКРНИМИ в области бурошнековой технологии выемки угля [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/
- Основы проектирования технологии безлюдной выемки угля: Учеб.пособие/ К.Ф. Сапицкий, В.Д. Мороз. – К.:УМК ВО. 1991. – 132с
- Доклад о состоянии окружающей среды города Макеевки. Под редакцией Г. Аверина, Макеевка, 2008. – 84с
- Поліщук Т.Д., Шафоростова М.М. Еколого - економічний аналіз природокористування на шахті
Холодна Балка
Комплексне використання природних ресурсів / Матерiали V регіональної наукової конференції студентів та аспірантів. — Донецьк, ДонНТУ — 2012, с. 108-112. - Поліщук Т.Д., Артамонов В.М. Вибір та обґрунтування маловідходних технологій під час видобутку корисних копалин. Комплексне використання природних ресурсів / Матерiали VI регіональної наукової конференції студентів та аспірантів. — Донецьк, ДонНТУ — 2013, с. 18-24.
- Полищук Т.Д., Шафоростова М.Н. Эколого-экономическое обоснование выбора технологической схемы разработки угольного целика. Екологічні проблеми паливно-енергетичного комплексу / Матерiали V регіональної наукової конференції аспірантів і студентiв. — Донецьк, ДонНТУ — 2014, 61-65 с.