Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Для Донецкой области и, в частности для города Донецка, на сегодняшний день проблема обращения с твердыми промышленными отходами является наиболее экологически и экономически актуальной.

На территории Донецка расположены 128 терриконов [1], среди которых 48 горящих и 80 негорящих породных отвалов, занимающих площадь около 1000 га (1,86 %), а с учетом санитарно-защитной зоны (500 м) потери площади свободных территорий значительно больше.

Угольная промышленность в отраслевой структуре образования отходов [2] занимает I место (рис. 1).

Отраслевая структура промышленных отходов

Рисунок 1 — Отраслевая структура промышленных отходов

Негативными последствиями [3] всех технологических процессов являются не только потеря земель, но и нарушение естественных ландшафтов земной поверхности, загрязнение атмосферы твердыми и газообразными примесями, водоемов – шламовыми водами и, кроме этого, многие отвалы, постоянно увеличивая площадь основания, нарушают размеры нормативной санитарно-защитной зоны (рис. 2). К тому же терриконы представляют экологическую опасность воздействия на животный и растительный мир, а самое главное — на жителей города.

Террикон, как источник загрязнения окружающей среды

Рисунок 2 — Террикон, как источник загрязнения окружающей среды
(анимация: 8 кадров, 6 циклов повторения, 103 килобайта)

1. Общая характеристика работы

1.1. Актуальность темы

Ситуация, которая сформировалась в регионе с отходами, в настоящее время неблагоприятна в экологическом плане. Динамика статистических показателей однозначно указывает на то, что для изменения ситуации необходимы серьезные законодательные, нормативные и организационные мероприятия, а также программно-целевые финансовые инвестиции.

Для Донецкого региона характерно практическое отсутствие производственных мощностей по переработке и обеспечению безопасного хранения отходов. Поэтому одним из наиболее перспективных направлений следует считать переориентацию всего промышленного комплекса на менее материалоемкие технологии, сопровождающиеся снижением объемов образования отходов, внедрением способов их переработки и обезвреживания, а также использование в качестве вторичных ресурсов. Это же касается и угледобывающей отрасли.

Актуальность темы заключается в выборе оптимальных методов утилизации горелой породы в качестве вторичного сырья в производстве строительных материалов, на примере шахты Глубокая, и как следствие уменьшение негативного влияния на окружающую среду.

1.2. Цели и задачи исследований

Целью исследований является обоснование целесообразности использования горелой породы в качестве сырья при производстве строительных материалов.

Основные задачи исследования:

  1. Выполнить анализ сложившейся в Донецкой области в сфере обращения с отходами горнодобывающей и горно-обогатительной отраслях.
  2. Определить основные качественно-количественные характеристики породных отвалов региона.
  3. Выполнить литературный обзор возможностей использования горелой породы в качестве вторичного сырья.
  4. Исследовать характеристики образцов бетонных смесей, в которых вместо природных компонентов используется горелая порода с отвала шахты Глубокая.
  5. Провести эколого-экономическую экспертизу полученных результатов и предложить оптимальные условия процесса утилизации.

1.3. Объект, предмет и методы исследований

Объектом исследования является горелая порода отвала шахты Глубокая.

Предмет исследования: эколого-экономическая оценка уменьшения негативного влияния горящих терриконов на состояние окружающей природной среды, как результат использования их в качестве вторичных ресурсов.

Методы исследований:

2. Влияние отвалов угольных шахт на организм человека

Породные отвалы любого возраста оказывают воздействие нa живые организмы и негативно влияют на здоровье человека. Токсическое действие тяжелых металлов: кадмия, никеля, цинка, меди, свинца, сказывается на здоровье людей. Они влияют на ЦНС, нарушают работу почек, печени, изменяют формулу крови.

Основным загрязняющим агентом горящих пород является углепородная пыль, которая распространяется на большие расстояния и, оседая, снижает плодородие почв, а также оказывает негативное воздействие на здоровье населения.

В следствие кумулятивного свойства, накапливаясь в организме человека, пыль постепенно приводит к определенным изменениям и, как результат, к профессиональным заболеваниям.

При этом негативному воздействию подвергаются кожные покровы, слизистые части тела, пищеварительный тракт и органы дыхания. Чаще всего, например, при поражении легких возникают различные виды пневмокониоза. В зависимости от концентраций токсических элементов в пыли при попадании в органы дыхания наряду с кашлем, одышкой, бронхитом, сердечной недостаточностью, цианозом кожных покровов, могут возникать аллергические реакции и отравления.

Таким образом, наличие своеобразного техногенного пейзажа является значимым источником загрязнения не только окружающей природной среды, но и причиной того, что класс заболеваний верхних дыхательных путей у жителей Донбасса занимает одно из первых мест.

Согласно законодательству, условия экологической безопасности для человека, как ключевого объекта, является обязанностью любого государства, как гаранта, обеспечивающего безопасную окружающую среду и высокие показатели здоровья у всех слоев населения [4].

3. Характеристика горелых пород

Горелыми породами называются перегоревшие пустые шахтные породы, содержащие минимальное (менее 5 %) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, обожженную, в той или иной степени. К ним относятся все разновидности природных обожженных глинисто-песчаных смесей с различным количеством углистых примесей, иногда не полностью выгоревших.

Отвальные горелые породы (из терриконов шахт) являются наиболее распространенным и дешевым сырьем. Однако эти породы имеют повышенное содержание несгоревшего угля и нуждаются в тщательном отборе и обогащении. Старые и полностью перегоревшие шахтные терриконы часто содержат горелые породы высокого качества.

Наиболее эффективным способом уменьшения негативного воздействия породных отвалов на окружающую среду является использование их в качестве вторичного сырья.

Как показывают литературные данные [5, 6], породные отвалы по своему морфологическому составу на 70–80 % состоят из алюмосиликатов, которые, в свою очередь, могут быть использованы и уже используются в производстве строительных материалов.

Прогоревшие породы являются ценным минеральным сырьем для производства строительных материалов. По своему химическому составу они на 30–40 % способны заменить природные компоненты в исходных смесях. Например, среди вариантов использования породы шахтных терриконов можно предложить следующие [7]:

Особое место в производстве изделий из горелых пород занимают крепежные бетониты — блоки разной величины и веса особой формы, применяющиеся в угольной промышленности для крепления горных подземных выработок. Добавка (15–30 %) тонкомолотой горелой породы обеспечивает бетону солестойкость при воздействии сульфатных вод.

Особенность горелых пород — высокая микропористость, как следствие появления микрощелей при самообжиге и достаточно высокая адсорбционная активность, поэтому они являются хорошими наполнителями для асфальтового вяжущего и различных мастик.

Чем больше перечень направлений утилизации пород угледобывающей промышленности, тем выше шанс параллельного решения двух проблем. С одной стороны, это экологический аспект, связанный со снижением загрязнений всех составляющих окружающей природной среды и, как следствие, окружающей среды Донецка, при уменьшении использования природных ресурсов. С другой стороны, это социально-экономический аспект, который позволит увеличить число рабочих мест за счет открытия новых предприятий и снизить себестоимость строительных материалов.

Таким образом, комплексный подход позволил бы переформировать угольную отрасль на малоотходное производство. Кроме этого порода, которая добывается и накоплена в отвалах, может быть эффективно использована во многих других отраслях промышленности, сельском хозяйстве, строительстве.

4. Характеристика горелых пород

В работе представлены результаты исследования образцов бетонных смесей с использованием породы горящих отвалов шахты Глубокая по таким значимым физико-механическим показателям, как прочность и морозостойкость.

Ранее проведенные исследования [8] показали, что наиболее оптимальным условием для изготовления образцов бетонных смесей при 75 % песка и 25 % цемента (в пересчете на сухую смесь), является использование 10–20 % содержания воды, при этом замена песка на породу до 20 % повышает прочность образцов почти в 2 раза.

Влияние низких температур на морозостойкость бетонных смесей было исследовано на образцах при оптимальных концентрациях воды и варьировании содержания горелой породы вместо песка.

Замес бетона для приготовления опытных образцов производился вручную согласно методике [9]. Для дальнейших испытаний отбирались таблетки без внешних дефектов, насыщались водой в течение 96 часов и определялась величина прочности на сжатие контрольных образцов (8 шт.). Оставшиеся образцы подвергались циклам заморозка-оттаивание по базовому методу [10] с числом циклов 25 (F25).

После 15 циклов заморозки проводился промежуточный контроль состояния образцов на появление трещин, отколов, шелушения поверхности, а по истечению 25 циклов определялась прочность таблеток на сжатие. Полученные результаты испытаний представлены в таблицах 1–2.

Таблица 1 — Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 10 % воды в пересчете на сухую смесь

Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 10 % воды в пересчете на сухую смесь

Полученные результаты для 10 содержания воды (таблица 1) показали, что образцы, в которых отсутствует порода, не являются морозостойкими. Замена песка на отход в пределах 10–30 % переводит их в категорию морозостойкие, при этом максимальная прочность соответствует 10 % содержанию отвальной породы.

Таблица 2 — Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 20 % воды в пересчете на сухую смесь

Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 20 % воды в пересчете на сухую смесь

В то же время, при 20 % содержании воды (таблица 2) все образцы относятся к категории морозостойкие, при этом повышение концентрации породы до 30 % способствует увеличению значений прочности в 1,6 раза по сравнению с исходными (0 % породы).

Экспериментальные измерения прочности цементно-породных образцов при оптимальном содержании воды в смесях (10–20 %) графически представлены на рисунках 3–4.

Зависимость изменения прочности цементно-породных образцов при 10 % содержании воды

Рисунок 3 — Зависимость изменения прочности цементно-породных образцов при 10 % содержании воды

Зависимость изменения прочности цементно-породных образцов при 20 % содержании воды

Рисунок 4 — Зависимость изменения прочности цементно-породных образцов при 20 % содержании воды

Таким образом, результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что замена природного ресурса (песка) на отходы угледобычи и углеобогащения улучшает физико-механические свойства бетонных смесей.

Выводы

Анализ литературных данных позволяет сделать вывод, что шахтные отвалы очень негативно влияют на окружающую среду и человека, при этом занимают большие площади плодородных земель. Крайне необходимо развивать технологии утилизации терриконов, создавая новые высокопроизводительные перерабатывающие комплексы.

Полученные расчетные и экспериментальные величины физико-механических показателей прочности подтверждают необходимость утилизации отходов угледобывающей отрасли, с целью получения более дешевой и конкурентоспособной продукции, а также возможность решения острых экологических проблем региона.

Список используемых источников

  1. Статистичний щорічник у Донецькій області за 2011 рік — Донецьк: Головне управління статики у Донецькій області, 2012. — 503 с.
  2. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды в Донецкой области за 2005–2010 гг. под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина, — Донецк, 2010. — 116 с.
  3. Леонов, П. А. Породные отвалы угольных шахт / П. А. Леонов, Б. А. Сурначев. — М.: Недра, 1970. — 112 с.
  4. Дробноход, М.І. Концепція переходу України до стійкого екологічно безпечного розвитку / М. І. Дробноход — К.: Інститут відкритої політики, 2002. — 18 с.
  5. Ганина, Л.И. Перспективы использования отходов горно-обогатительного производства в качестве сырья для строительных материалов. — Апатиты: КНЦ РАН, 2001. – С. 136—138.
  6. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: Учебное пособие для строительных спец. вузов. — М.: Высш. шк., 2003. — 701 с.
  7. Бобович, Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. / Б. Б. Бобович — М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. — 445 с.
  8. Шейх, А. А. Использование промышленных отходов в качестве вторичного сырья / А. А. Шейх, Л. В. Чайка // Материалы Межвузовской студенческой конференции Использование современных технологий менеджмента в целях повышения эффективности предприятий. — Донецк, 2014. — С. 32–35.
  9. ГОСТ 27006-86. Бетоны. Правила подбора состава бетон. — Введ. в действие Постановлением комитета стандартов СССР от 01-01-87. — М.: Издательство стандартов, 1987. — 6 с.
  10. ГОСТ 10060.1-95. Базовый метод определения морозостойкости. — Введ. в действие Постановлением Минстроя РФ от 01-09-95. — М.: Издательство стандартов, 1995. — 3 с.