Автор: А.И. Кабанов , П.С. Пашковский
Источник: журнал «Уголь Украины». 2010 г.
Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отраслей производства в нашей стране. Она как составная часть топливно-энергетического комплекса Украины удовлетворяет значительную часть потребности страны в энергетическом топливе и технологическом сырье. На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты.
Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отраслей производства в нашей стране. Она как составная часть топливно-энергетического комплекса Украины удовлетворяет значительную часть потребности страны в энергетическом топливе и технологическом сырье. На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты.
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.
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.
На территории региона более 691 терриконов. Почвы, запечатанные под отвалы и, не выполняющие свои экологические функции, на территории Донбасса составляют несколько тысяч гектар.
Утилизация и использование отвальной породы – одно из направлений прекращения вредного воздействия терриконов на окружающую среду и восстановления ландшафтов. Кроме известных способов использования породы с целью получения строительных материалов и удобрений новые направления утилизации еще не достаточно разработаны. В отвалах угольных шахт много запасов некоторых металлов, соизмеримых по объему с природными месторождениями полезных ископаемых, получение которых для Украины будет экономически выгодным, тем более что в настоящее время многие из минеральных ресурсов уже исчерпаны, что является одной из глобальных проблем. В ближайшем будущем все запасы благородных и цветных металлов, железа будут исчерпаны. Поэтому именно сейчас актуально рассматривать отходы горного производства, как альтернативный вариант пополнения природных ресурсов.
Также необходимо оставлять в выработанном пространстве шахтную породу в виде закладочного массива для поддержания кровли и чтобы она не выдавалась на поверхность и не накапливалась в породных отвалах, т.е. не создавала экологическую опасность окружающей среде. Актуальность решения комплекса задач рационального использования ресурсов и охраны природы непосредственно связана с возрастающими масштабами общественного производства, вовлечением в хозяйственный оборот огромных объемов минерального топлива и сырья. Одним из основных факторов, определяющих необходимость дальнейшего крупномасштабного освоения угольных ресурсов, является их доминирующее положение по запасам в сравнении с другими горючими ископаемыми.
В связи с выше изложенным, возникает актуальная научная задача разработки и обоснования направлений использования шахтной породы, как для внутришахтных нужд, так и для народнохозяйственного комплекса. Определение параметров охранных сооружений позволяет выявить наиболее экономически выгодный и более надежный способ охраны выработок, подходящий по области применения к условиям шахты. Применение бутокрепей и бутостоек позволяет снизить деформации массивов и земной поверхности. Применение породы в шахте для закладки выработанного пространства или возведения охранных полос позволяет решить сложные технические вопросы, такие как предотвращение завалов и эндогенных пожаров, снижение выбросоопасности и температуры шахтного воздуха, уменьшение затрат на ремонт подготовительных выработок и создания условий для их безремонтного поддержания.
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 смоделированны 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. Тема моей магистерской очень актуальна на сегодняшний день, но достаточно не изучена, так как требует значительных материальных вложений, потому что отдельные процессы малоотходной технологии угледобычи (например, переход на полную закладку) могут оказаться в пределах отдельной шахты более дорогостоящими, чем при обычной технологии (например, при выдаче и складировании породы в отвалы на поверхности). Особенности реализации системы мероприятий по комплексному использованию шахтной породы в условиях шахты им. М.горького В основных направлениях экономического и социального развития Украины указывается на необходимость широко использовать комплексную переработку сырья, ресурсосберегающую технику, малоотходную, безотходную и энергосберегающую технологии. Эти задачи имеют особенно важное значение для угольной промышленности, поскольку попутно с углем добывается большое количество породы, которая в основном своем объеме выдается на поверхность и складируется в отвалах.
Транспортирование породы по горным выработкам, выдача ее на поверхность и складирование, как известно, связаны со значительными затратами материальных и трудовых ресурсов.
В то же время полное использование отходов, полученных при добыче угля, не только способствуют сохранению окружающей среды, но и создает предпосылки для повышения эффективности работы угольных предприятий. Наиболее важным потребителем должна стать сама шахта, техническую политику которой нужно основывать на использовании породы для возведения различного рода опор с целью удержания боковых пород и для решения задачи предотвращения нежелательных проявлений горного давления. В то же время ухудшающаяся горногеологическая база угольных месторождений и состояния шахтного фонда требуют решения ряда фундаментальных задач инженерного и производственного характера, которые могут быть наиболее эффективно осуществлены путем закладки выработанного пространства шахтной породой [4]. Так, применение породы в шахте для закладки выработанного пространства или возведения охранных полос позволяет решить сложные технические вопросы. Положительный опыт закладки выработанного пространства породой имеется на Шахте имени М.Горького. 3десь осуществляется выемка законсервированных запасов угля под центральным районом города Донецка. Закладка выработанного пространства осуществлялась дробленой породой пневматическим способом. Выемка законсервированных запасов угля из охранного целика позволила получить экономический эффект в размере нескольких сотен тысяч гривен.
На шахте также порода используется для возведения искусственных сооружений, которые служат для охраны прилегающих выработок или создания безопасных условий их погашения.
Тип искусственного сооружения и его параметры зависят от прочностных свойств пород и условий проявления горного давления. Используют следующие виды искусственных сооружений: литые полосы, железобетонные тумбы, органная крепь, бутокостры, костры из круглого леса, бутовые полосы.
Согласно паспорта разрабатываемых лав на Шахте имени М.Горького используются бутовые полосы для охраны конвейерного и вентиляционного штреков. Охрана вентиляционного штрека осуществляется бутовой полосой длиной 15 м породой, используемой от подрывки почвы вентиляционного штрека. Охрана конвейерного штрека осуществляется бутовой полосой длиной 22 м.
аибольшую ценность при сооружении дорог и для производства стройматериалов имеют горелые породные отходы. Горелые породы используют для строительства автодорог с асфальтобетонным покрытием.
Особое место в производстве изделий из горелых пород занимают крепежные бетониты, т.е. блоки разной формы, величины и массы, применяющиеся в угольной промышленности для крепления подземных горных выработок.
Основным технико-экономическим преимуществом развития производства строительных материалов на основе утилизации породных отходов как одного из направлений комплексного использования месторождений является: расширение сырьевой базы путем замены дефицитного привозного сырья дешевым местным; приближение мест производства строительных материалов к местам их потребления и, как следствие, снижение транспортных расходов на перевозку сырья; концентрация добычи различных видов минерального сырья на одном предприятии; уменьшение затрат на добычу, дробление и помол исходного сырья.
Положительные аспекты прогрессивных малодоходных технологических схем угледобычи оцениваются с двух позиций:
1) прямой – утилизации в народном хозяйстве попутных продуктов угледобычи – для изготовления стройматериалов (кирпич, блоки, вяжущее), в качестве удобрений; для выработки тепла (сжигание каптируемого газа) и очищенных шахтных вод для производственных нужд шахты и для орошения земель;
2) косвенной – искусственного уменьшения объема выхода вредных отходов угледобычи. Однако учет всех возможных отрицательных и положительных последствий перехода на малоотходную технологию угледобычи показывает, что в масштабе региона или страны в целом, некоторое повышение затрат на сокращение выхода отходов компенсируется общегосударственным экономическим и экологическим эффектом.
В свою очередь уменьшение объемов складируемой породы сокращает потребность в площадях под отвалы, сокращает затраты на складирование породы и снижает выброс в атмосферу вредных отходов породных отвалов – аэрозолей и газов.
Таким образом, в горной промышленности необходимо: внедрять разработанные технологии по полной утилизации отходов; шире применять геотехнологические методы разработки месторождений полезных ископаемых, стремясь при этом к извлечению на земную поверхность только целевых компонентов; использовать безотходные методы обогащения и переработки природного сырья на месте его добычи.
Снижение негативного влияния производственной деятельности на окружающую природную среду является одной из основных задач эколого-экономической деятельности шахты.
акопление отходов и загрязнение ими природной среды в связи с развитием производительных сил не является неизбежной закономерностью. Напротив, достижение научно-технического прогресса, развитие науки и техники создают необходимые предпосылки для эффективного решения проблемы отходов и предотвращения их отрицательного воздействия на природную среду. Однако в проведении работ в этой области имеются большие трудности, поскольку здесь пересекаются задачи различных отраслей и ведомств. Проблема комплексного и многоцелевого использования отходов при всей ее актуальности еще мало изучена.
Вовлечение в круговорот как можно большего числа всех твердых отходов желательно не только для того, чтобы замедлить истощение высококачественных ресурсов, но и для того, чтобы уменьшить пагубное воздействие отбросов на окружающую среду и снизить расходы на ликвидацию ущерба от загрязнения.
Энергетическая стратегия Украины предусматривает, что к 2030 году добыча угля вырастет на 50 млн тонн (до 130 млн). Это позволит резко сократить потребление отечественной экономикой быстро дорожающего природного газа. Однако пока не разработаны механизмы снижения уровня опасности шахтных работ. Государство, которое не может вернуть прибыльность старым шахтам, не сделает их и более безопасными. Здесь не обойтись без привлечения частного капитала. Утилизация метана должна всячески поощряться государством – это будет способствовать решению энергетической и экологической проблем, поскольку Украина является одним из крупнейших источников выбросов этого газа в Европе.
Чтобы компенсировать эти риски, необходимы адекватные стимулы. Ими могут быть значительные льготы (фискального или нефискального характера) для компаний, добывающих метан, как это происходит в ведущих странах. Но даже эти льготы – вопрос вторичный. Главное, решить, что делать с огромным массивом государственных шахт, находящихся в плачевном состоянии. Многие из них давно уже стоило бы закрыть. Но это приведет к снижению угледобычи и необходимости закупать альтернативное дорогое топливо (природный газ), а также скачку безработицы. На закрытых шахтах можно начать промышленную добычу метана – в этом случае добыча метана не будет сопровождаться угрозой для жизни шахтеров.
Необходимо в полной мере задействовать механизмы, предоставляемые Киотским протоколом. Дегазация работающих шахт – вопрос не только безопасности, но и коммерческой выгоды. Реализация проектов по утилизации метана значительно уменьшит количество аварий на шахтах. Кроме того, это еще и прибыль от продажи экологических квот и моторного топлива на основе метана. Метан всегда будет иметь рынок сбыта. Масштабные государственные проекты в этой сфере способны принести революционные изменения в обеспечении страны собственной энергией. А шахтеры уже не будут перед каждым выходом на работу прощаться с родными, на всякий случай.
1. Конеченков А.Е. Новые энергетические директивы ЕС // Электропанорама. – 2008. – №6. – С 14-23.
2. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. Изд.3-е перераб. и доп., М:, «Недра», 1978, - 399с.