В. В. Колесникова - Основные направления комплексного использования отвальной массы горнодобывающих предприятий

Повышение общего уровня социально-экономического развития общества неминуемое сопровождается увеличением потребления невозобновляемых природно-минеральных ресурсов, интенсивной разработкой месторождений полезных ископаемых, поэтому охрана и эффективное использование недр является одной из актуальнейших проблем современности. Процесс реформирования горнодобывающей отрасли и интенсивное использование недр требует постоянного усовершенствования их правовой охраны, нормативного обеспечения, рационализации и экологизации недропользования. Регулирование горных отношений с целью обеспечения рационального, комплексного использования недр для удовлетворения потребностей в минеральном сырье и других потребностей общественного производства, охраны недр, гарантирование при пользовании недрами безопасности людей, имущества и окружающей природной среды, а также охрана прав и законных интересов предприятий, учреждений, организаций и граждан осуществляется на основании Кодекса Украины о недрах. С каждым годом запасы ресурсов истощаются при всевозрастающем объеме их потребления, поэтому остро стоит вопрос об обязательном комплексном их использовании. Поэтому в задачи высшей технической школы должно входить воспитание в будущих горных инженерах экологичности мышления и сознания. Горный инженер - это специалист, который несет огромную ответственность перед государством и обществом за целесообразность и правильность разработки месторождений полезных ископаемых, представляющих собой национальное богатство, которое расходовать нужно бережно. Каждому предприятию, в том числе угольному, требуется руководитель, имеющий необходимое и достаточное специальное образование, а также практическую подготовку в управлении очень сложным производством с многочисленным коллективом трудящихся. Больше всего на должность руководителя угольного предприятия, а также его заместителей подходят лица, окончившие высшие учебные заведения и получившие специальную профессию горного инженера, а также имеющие достаточные практические навыки управления трудовым коллективом. Одновременно квалифицированный специалист горнодобывающей отрасли промышленности должен обладать достаточно глубокими знаниями и в области комплексного рационального использования недр. Эта необходимость продиктована тем, что при анализе итогов развития украинской экономики в последние годы становится очевидным, что механизм нерационального ресурсопотребления не только не остановлен, но и увеличил свои обороты. К таким выводам нас подводит тот факт, что спад в выпуске продукции опережает сокращение потребления сырья и материалов. Вместе с тем прогресс науки и техники позволяет все более рационально использовать материальные ресурсы. Комплексная переработка минерального сырья – это разделение полезных ископаемых на конечные продукты с изъятием всех ценных компонентов, которые находятся в начальном сырье.

Выделяют четыре уровня комплексной переработки твердого минерального сырья:

1. Выделение из сырья методами обогащения одного концентрата, который содержит один или несколько основных ценных компонентов (угольного концентрата с угольных месторождений, монометаллического с месторождений цветных и черных металлов и т.д.);

2. Дополнительное выделение методами обогащения отдельных концентратов, которые не являются основными для данной подотрасли (молибденового концентрата с медномолибденовых руд, медного и висмутового из вольфрам-молибденовых руд, баритового, флюоритового, полевошпатового из руд цветных металлов и т.д.);

3. Выделение элементов-спутников, которые не создают самостоятельных минералов (редчайших и рассеянных элементов), из концентратов обогащения химико-металлургическими методами;

4. Использование отходов обогащения и металлургии для получения драгоценных материалов и другой попутной продукции (щебня, песка, гравия из хвостов обогатительных фабрик и т.д.).

Специфика подземной добычи угля состоит в том, что на каждые 1000 т добытого угля (мировые данные) на поверхность выбрасывается до 12 кг угольной и породной пыли, 50–570 тыс. м³ метана, 7,5–15 тыс. м³ углекислого газа, около 5,5 тыс. м³ окислов, образующихся при взрывных работах, 1,5–9 тыс. м³ шахтных вод, 210–300 т ( в Донбассе до 800 т) породы. В результате, на территории Донецкого бассейна, сейчас насчитывается около 1260 терриконов техногенных месторождений. Ежегодный объем горной массы, выдаваемой в отвалы, составляет около 30 млн м³, а их общий объем в Донбассе превышает 2 млрд м³. В настоящее время темпы поступления горных пород в отвалы превышают темпы их утилизации. Основными направлениями их использования являются: засыпка выработанного пространства (94,4% общего объема использования), производство стройматериалов (4,7 %), производство закладочных работ (0,9 %). Следовательно, несмотря на снижение добычи угля в Донбассе за последние годы, тенденция увеличения объемов шахтных пород сохраняется.

С точки зрения возможного использования все породные отвалы можно разделить на три группы:

1. содержащие элементы, необходимые для питания растений и пригодные для производства удобрений;

2. содержащие токсичные элементы и при использовании соответствующих технологий пригодные для производства стройматериалов;

3. содержащие ценные микроэлементы, пригодные для обогащения и промышленного извлечения элементов.

Рассмотрим некоторые варианты использования горной породы в народном хозяйстве. Луганскими учеными был разработан инвестиционный проект в технологии утилизации отходов угледобычи и промышленного птицеводства. Производство позволяет получать биоорганоминеральное удобрение и будет способствовать решению серьезных экологических и социальных проблем, восстановлению естественного плодородия сельскохозяйственных угодий, повышению урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции без использования минеральных удобрений.

Это производство включает следующие этапы переработки:

на первом этапе углеродосодержащие отходы подвергаются сбраживанию в метантенке, в результате чего образуется биогаз и обеззараженный шлам. Метантенк объемом 100 м³ может производить 3 млн м³ биогаза в год. Полученный биогаз обеспечивает энергией производство, а также может в сжиженном виде служить топливом для автомобилей, сельскохозяйственной техники и использоваться для нужд населения;

на втором этапе шлам биогазовых установок смешивается с перемолотой породой. Полученная смесь поступает в установку для производства искусственного гумуса - криптогумина производительностью 1 тонна криптогумина в час;

на третьем этапе смесь шлама и породы, или криптогумин идет на питание калифорнийских червей, что дает возможность получить биогумус.

Биогумус, полученный на основе органических отходов и горной породы, содержит большое количество микроэлементов, необходимых для питания растений, и является высокоэффективным комплексным удобрением. Локальное внесение биогумуса в количестве 2–5 т/га может повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 40–80%. При этом решается задача восстановления черноземного слоя и увеличения плодородия почв. Другим направлением использования пустой породы является производство строительных материалов. Промышленность строительных материалов Украины способна широко и эффективно использовать многотоннажные шахтные горелые породы и другие техногенные отходы предприятий тяжелой индустрии Донбасса или осуществлять их утилизацию и рекультивацию. Горелая порода удовлетворяет требованиям химического состава, физических свойств, радиационно-гигиенической оценки и другим показателям в качестве сырья, способного на 30- 40% заменить природное материальное сырье для стройиндустрии. Инновационные исследования показали также, что кроме вяжущего на основе горелой породы, могут быть получены бесцементные плотные, и ячеистые автоклавные и безавтоклавные бетоны для широкой номенклатуры изделий: стеновых наружных блоков, стеновых внутренних блоков, перегородок, плит перекрытия, фундаментных блоков. Горелую шахтную породу терриконов после несложной механической переработки на месте, можно использовать в качестве крупного и мелкого заполнителя в цементных бетонах и для изготовления мелкоштучных стеновых изделий (кирпич, камни, блоки), кровельной черепицы, декоративных облицовочных и дорожных плит. Горелопородное сырье в комбинации с известью, цементом или активирующими добавками, имеющимися в достаточном количестве в регионе, позволяет получать высокоэффективный строительный материал нормируемого качества.

Позволяет получать высокоэффективный строительный материал нормируемого качества. В результате многолетних исследований и промышленных экспериментов, выполненных Луганским и Донецким территориальными отделениями, учеными и специалистами определены основные режимы, технологии и номенклатура строительной продукции, получаемой на основе горелой шахтной породы:

бесцементное цветное вяжущее, характеризующееся пределом прочности при сжатии 20–30 МПа, для производства строительных работ, в том числе кладки стен, штукатурных и отделочных работ, приготовления растворов и бетонов;

мелкий заполнитель для бетонов и растворов;

плотные (тяжелые) породные бетоны средней плотности (1400–1600 кг/ м³);

ячеистые бетоны средней плотности (450–750 кг/ м³).

Кроме того, анализ отечественной и мировой практики освоения техногенных ресурсов свидетельствует, что их отработка может служить для горно-добывающих предприятий дополнительным источником получения цветных и драгоценных металлов, а также способствовать уменьшению вредного воздействия токсичных веществ на окружающую среду и возвращению в хозяйственный оборот ранее изъятых земель. В отходах горнодобывающей промышленности установлено наличие черных (железо, марганец, хром), легирующих (титан, ванадий, никель, кобальт, молибден и вольфрам), цветных (медь, цинк, свинец, ртуть, сурьма и висмут), благородных (серебро), редких (литий, бериллий, стронций, иттрий, лантан, ниобий, кадмий, скандий, галлий и германий) металлов и неметаллов (фарфор). Однако практическая разработка таких месторождений не производится, т. к. на горных предприятиях отсутствуют технология и рабочие проекты селективной разработки техногенных месторождений полезных ископаемых. Официальные структуры Кабинета Министров Украины и местных органов власти до настоящего времени дают крайне противоречивые объяснения и оценки спада производства в ключевой отрасли энергетики, а Указом Президента Украины еще от 07. 02. 96 г. № 116/96 предусмотрены крупномасштабные меры по структурной перестройке угольной промышленности. Среди них особо сложные для региона социально-экономические процессы связаны с закрытием и ликвидацией шахт Донбасса. В этих, далеко не благоприятных социально-экономических и техногенно-экологических условиях чрезвычайно важное значение имеет реализация потенциальных возможностей региональной науки, проектирования и изысканий. Располагая дешевой базой техногенных месторождений сырья, результатами научно-исследовательских, проектных и экспериментальных разработок представляется экономически целесообразным и технически возможным в национальном региональном масштабе решить следующие проблемы:

создать объективные на государственном и региональном уровнях предпосылки перехода к безотходным энерго- и ресурсосберегающим технологиям, утилизации и рекультивации техногенно - экологического сырья;

создать передвижные заводы-спутники и мини-заводы переработки сырья в зоне терриконов;

частично решить социально-экономическую программу региона в части создания новых рабочих мест на каждом заводе-спутнике - 35–50 человек, мини-заводе - 240–280 человек;

способствовать нормализации экологической обстановки в регионе.

Кроме комплексного использования недр важным показателем в эффективности разработки месторождений полезных ископаемых является комплексное их освоение, которое представляет собой наиболее полное и экономическое освоение всех видов ресурсов земных недр на основе комплексов эффективных горных технологий. Критерием эффективности комплексного освоения недр является достижение оптимальных для развития экономики страны и интересов будущих поколений показателей полноты использование ресурсов недр при оптимальных имеющихся трудовых и материальных ресурсах. В последние годы комплексное освоение недр тесно связывается с концепцией устойчивого развития общества, согласно которой добыча и освоение полезных ископаемых должно осуществляться без причинения вреда следующим поколениям, ущемление их интересов. Рациональность процесса освоение минеральных ресурсов оценивается показателями полноты изъятия их из недр и при дальнейшей переработке. Общие потери полезных ископаемых состоят в среднем из потерь: в процессе добычи – 10–30%, первичной переработки (обогащение) до 20–40%, химико-металлургической переработке – 10–15%. В особенности большие потери при первичной переработке многокомпонентных руд. Поэтому беспрерывно увеличивается число “попутных” компонентов, которые изымаются из комплексного минерального сырья. На основе обобщения отечественных и зарубежных достижений была принята Комплексная система управления рациональным использованием материальных ресурсов. Ее цель – постоянное развитие ресурсосберегающих методов хозяйствования. Составная часть комплексной системы управления рациональным использованием материальных ресурсов - комплексная система управления рациональным использованием вторичного сырья.

Система предусматривает проведение следующих мероприятий:

научно-технического характера (использование передовой техники и технологии по сбору и переработке вторичного сырья);

экономического (внутрихозяйственное планирование образования, сбора, использования и реализации отходов, установление цен на эти ресурсы и продукты их переработки, материальное стимулирование их рационального применения, комплексный учет и анализ результатов работы с вторичным сырьем);

правового (использование директивных указаний и инструкций в работе с вторичным сырьем, подбор и расстановка кадров, расширение и упорядочение договорных отношений между поставщиками и потребителями);

экологического (использование вторичного сырья с учетом аспектов защиты окружающей среды).

Система носит многоуровневый характер и охватывает все стадии жизненного цикла вторичных материальных ресурсов:

выявление ресурсов;

планирование их сбора и использования, сбор и подготовку к потреблению или реализации;

собственно полезное применение;

реализацию на сторону;

профилактику частичного уничтожения.

Организационно-методической, нормативно-технической и правовой ее основой являются стандарты и сертификация вторичных ресурсов. Регламентируя прогрессивные нормы, правила и методы, а также этапы и содержание процессов, стандарты вносят ясность в работу исполнителей, четко разграничивая их права и обязанности, а также устанавливая формы материального и морального стимулирования.

Основные функции стандартов в области управления рациональным использованием вторичных ресурсов следующие:

упорядочение внутренних и внешних связей производственных систем для вовлечения в производство отходов, а также повышения эффективности их использования;

нормирование требований к экономному, рациональному применению вторичного сырья и элементам производства, обеспечивающим выполнение этих требований;

внедрение в производство достижений научно-технического прогресса и передового опыта (образцов вторичных ресурсов и технологии их полезного использования);

организация трудовых процессов на основе прогрессивной технологии и совершенствования производственных отношений;

обеспечение контроля за рациональным использованием отходов на стадиях их жизненного цикла;

управление рациональным использованием дополнительных источников снабжения.

В настоящей статье были рассмотрены лишь три основных направления комплексного использования отходов горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленностей для дальнейшего получения из них полезных компонентов и материалов, применяемых в народном хозяйстве. Однако таких направлений гораздо больше и автором не были затронуты такие технологии комплексного использования природных ресурсов, как:

дегазация углепородного массива;

осветление и деминерализация шахтной воды;

добыча ценных и редчайших минералов и газов;

газификация пластов некондиционной мощности;

добыча геотермальной энергии;

использование подземных пустот.

На основании вышеизложенного видно, что комплексное использование недр охватывает широких круг проблем в угольной отрасли. В данное время большая глубина разработки пластов малой мощности при относительно низкой прочности горных вмещающих пород, выбросоопасность угля и песчаников, значительная газоносность массивов, повышенный уровень температуры, устаревшие технологии добычи, изношенность основных фондов шахт и прочие причины обусловили высокую трудоемкость и себестоимость добычи донецкого угля. Это отрицательно сказывается на конкурентоспособности широкого спектра номенклатуры продукции, которую производят с использованием угля и его производных. Поэтому внедрение принципов комплексного использование недр является одним из приоритетных направлений в развитии угольной отрасли нашего государства.

Основные направления комплексного использования отвальной массы горнодобывающих предприятий.

Список источников