Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Породні відвали — це невід’ємний елемент більшості вугільних шахт, а також збагачувальних фабрик, розрізів, кар’єрів. У Донецькому регіоні у зв’язку з наявністю корисної копалини — вугілля розташовано багато підприємств даної галузі. Всього на Донбасі близько 1260 породних відвалів, які приймають породу від окремої шахти, збагачувальної фабрики або від групи вугільних підприємств. Найбільшої шкоди природному ландшафту завдається відсипанням конічних і хребтовидних відвалів, висота яких в окремих випадках досягає 110–120 м. Розміри і форми відвалів впливають на інтенсивність теплообміну в глибинних зонах, визначають фільтруючі властивості відвалів і сприяють або перешкоджають генерації та акумуляції тепла. Найбільш інтенсивні процеси протікають на гребенях плоских і на вершинах конічних відвалів, які легко обдуваються потоками атмосферного повітря. Разом з тим, має місце осередкове горіння породи на поверхні відвалів різної конфігурації. Відвали з висотою менше 30 м практично не горять, з висотою до 50 м горять 60 % відвалів, до 90 м — 87 %, понад 90 м — горять практично всі відвали [1–2].

Особливість підземного видобутку вугілля полягає в тому, що на кожні 1000 т видобутого в світі вугілля на поверхню викидається до 12 кг вугільного та породного пилу; 50–570 тис. м3 метану; 7,5–15 тис. м3 вуглекислого газу; близько 5,5 тис. м3 оксидів, що утворюються при вибухових роботах; 1,5–9 тис. м3 шахтних вод; 210–300 т (а на Донбасі до 800 т) породи. Відходи збагачення вугілля утворюються в кількості 3 т на 1 т вугілля [5]. Загальний обсяг гірської маси, що знаходиться зараз на земній поверхні в нашому регіоні перевищує 2 млрд м3. До того ж породний відвал, особливо палаючий, це джерело безперервного виділення забруднюючих речовин в навколишнє середовище, а зміни обумовлені порушенням земної поверхні, негативно позначаються на її біологічних, ерозійних та естетичних характеристиках [3].

1. Актуальність теми

На даний момент на Донбасі під породними відвалами зайнято 5526,3 га, причому площі, відведені під відвали, з кожним роком збільшуються за рахунок безперервного надходження породи на відвали, що знаходяться на балансі діючих підприємств. Крім відчуження великих площ земельних угідь, породні відвали докорінно змінюють природний ландшафт. А внаслідок самозаймання породних відвалів, а також вітрової та водної ерозії забруднюються повітряний і водний басейни, грунт, джерела водопостачання. З палаючого породного відвалу середніх розмірів протягом року виділяється приблизно 15 тис. т вуглекислого газу, 5 тис. т оксиду вуглецю, а також велика кількість пилу [1].

Таким чином, тема дипломної роботи є актуальною, оскільки в Донецькому регіоні гостро стоїть проблема наявності породних відвалів, багато з яких є палаючими. Продукти горіння сірки, різні оксиди і вугільний і породний пил негативним чином впливають на дихальні шляхи людини, центральну нервову систему і інші органи. Розглядати гірську породу потрібно як сировину, а не як відходи. Розформування навіть одного породного відвалу дасть такі результати як звільнення зайнятої під ним території, поліпшення якості атмосферного повітря, зниження негативного впливу на населення яке проживає поблизу, а іноді і в межах СЗЗ відвалу. А в разі використання породи відвалу для виробництва будматеріалів — наявність дешевої сировини.

2. Постановка завдання

Дане питання вивчалося на прикладі шахти ім. М. І. Калініна, відвал якої має конічну форму, із зрізаною верхівкою. За період експлуатації на відвалі заскладована порода в обсязі 1282 тис. м3. Оскільки породний відвал класифікується як палаючий, то він повинен пройти стадію гасіння відповідно до Інструкції щодо попередження самозаймання, гасіння та розбирання породних відвалів. В результаті гасіння знизиться негативний вплив відвалу на навколишнє середовище, відбудеться загальне поліпшення екологічної ситуації в районі розташування підприємства.

Дослідженням МакНДІ встановлено, що породи в відвалі даної шахти розподіляються в такому порядку: в нижній зоні розташовуються великі шматки породи (90 %), в середній частині терикона частка великих шматків зменшується до 20–35 %. Вершина складається в основному з малофракційної породи. Ще важливими параметрами для нашого дослідження є: вологість порід відвалу, яка становить від 7,6 % до 16,3 %; зольність 88,9–98,1 % [2].

Метою моєї роботи є усунення негативного впливу породного відвалу на HПС в районі його розміщення.

Задачі роботи:

Об’єкт дослідження: гірська порода.

Предмет дослідження: технології і методи переробки гірської породи.

3. Огляд розробок по темі

Одним з найбільш пріоритетних напрямків використання гірської породи є її закладка назад у вироблений простір, але для багатьох шахт цей варіант використання відходу не підходить, оскільки породу вже заскладовано на земній поверхні в таких обсягах, що її транспортування назад під землю технічно незручно і економічно невигідно. Слід зазначити, що та порода, яка утворюється при веденні гірських робіт, взагалі не повинна видаватися на земну поверхню. Залишення породи у виробленому просторі призведе до того, що не потрібні будуть витрати на її транспортування від забою на земну поверхню, а також припиниться накопичення гірської маси на вже існуючих відвалах. Тим часом, порода, розміщена на породних відвалах, особливо глинисті сланці, є новим видом техногенної мінеральної сировини, яку може бути економічно і екологічно ефективно використано для виготовлення будівельної цегли, керамічних виробів, стінових матеріалів, бетонних заповнювачів і інших цілей. Найбільш широке використання в різних країнах світу знайшли горілі породи, що містять мінімальну (менше 5 %) кількість вуглистих домішок і мінеральну глинисто-піщану частину, обпалену в тій чи іншій мірі. Старі і повністю перегорілі шахтні терикони часто містять горілі породи високої якості, які утворилися в результаті природного випалу під впливом високих температур (до 1000 °С). Органічні домішки при цьому частково вигорають. Особливістю горілих порід є їх висока мікропористість і, як наслідок, появи мікрощілин при самовипалі. Крім того, вони мають досить високу адсорбційну активність [4]. З точки зору можливого використання всю породу відвалів можна розділити на три групи:

На даний момент основними напрямками використання породи відвалів є: засипання виробленого простору (94,4 % загального обсягу використання), виробництво будматеріалів (4,7 %).

Розглянемо один з варіантів використання гірської породи в народному господарстві. Луганськими вченими був розроблений інвестиційний проект по переробці відходів вуглевидобутку, з додаванням в них відходів промислового птахівництва з метою подальшого використання в сільському господарстві як біоорганомінеральне добриво.

Це виробництво складається з трьох основних етапів:

Схема виробництва добрива з використанням породи

Рисунок 1 — Схема виробництва добрива з використанням породи
(анімація: 5 кадрів, 7 циклів повторення, 200 кілобайт)

Біогумус, отриманий на основі органічних відходів і гірської породи, містить велику кількість мікроелементів, необхідних для живлення рослин, і є високоефективним комплексним добривом. Локальне внесення біогумусу в кількості 2–5 т/га може підвищити врожайність сільськогосподарських культур на 40–80 %. При цьому вирішується завдання відновлення чорноземного шару і збільшення родючості грунтів, а також зменшення кількості відходів [3].

Іншим напрямком використання порожньої породи є виробництво будівельних матеріалів.

Горіла порода задовольняє вимогам хімічного складу, фізичних властивостей, радіаційно-гігієнічної оцінки і іншими показниками в якості сировини, здатного на 30–40 % замінити природну матеріальну сировину для будіндустрії. Інноваційні дослідження показали також, що крім в’яжучого на основі горілої породи, можуть бути отримані безцементні щільні і пористі автоклавні і безавтоклавні бетони для виробництва широкої номенклатури виробів: стінових зовнішніх блоків, стінових внутрішніх блоків, перегородок, плит перекриття, фундаментних блоків. Особливе місце у виробництві виробів з горілих порід займають кріпильні бетоніти — блоки різної величини і маси, особливої форми, що застосовуються у вугільній промисловості для кріплення гірських підземних виробок. Добавка (15–30 %) тонкомолотої горілої породи забезпечує бетону солестійкість при впливі сульфатних вод. На кафедрі Корисні копалини і екологічна геологія в ДонНТУ були проведені всебічні дослідження деяких териконів міста Донецька з метою виявлення можливих напрямків використання порід цих відвалів. Результати цих досліджень свідчать про те, що породи териконів придатні для виготовлення керамзиту, цегли, насипних ґрунтів і як добрива [4].

З глинистих сланців терикону шахти ім. Калініна при додаванні в них глин було виготовлено будівельну цеглу марки 75, сертифіковану дослідно-виробничою лабораторією геологічної експедиції Укргеолбуд (м. Київ). Ця цегла легше глиняної і володіє кращими теплоізоляційними властивостями [4].

Горілу шахтну породу териконів після механічної переробки на місці, можна використовувати в якості крупного і дрібного заповнювача в цементних бетонах і для виготовлення дрібноштучних стінових виробів (цегла, каміння, блоки), покрівельної черепиці, декоративних облицювальних і дорожніх плит. Горілопородна сировина в комбінації з вапном, цементом або активними добавками дозволяє отримувати високоефективний будівельний матеріал нормованої якості.

Виділяють основні режими, технології і номенклатуру будівельної продукції, одержаної на основі горілої шахтної породи [3]:

На основі аналізу вітчизняної і світової практики освоєння техногенних ресурсів можна зробити висновок, що їх переробка може служити для гірничодобувних підприємств додатковим джерелом отримання кольорових і дорогоцінних металів, а також сприяти зменшенню шкідливого впливу токсичних речовин на навколишнє середовище і поверненню в господарський оборот раніше вилучених під відвали земель. У відходах гірничодобувної промисловості встановлено наявність чорних (залізо, марганець, хром), легуючих (титан, ванадій, нікель, кобальт, молібден і вольфрам), кольорових (мідь, цинк, свинець, ртуть, сурма і вісмут), благородних (срібло), рідкісних (літій, берилій, стронцій, ітрій, лантан, ніобій, кадмій, скандій, галій і германій) металів і неметалів (фарфор) [3], та інших корисних компонентів.

Дослідження хімічних особливостей порід шахтних відвалів свідчить про те, що горілі породи териконів збагачені Fe2O3, K2O, P2O5, S. Найбільш сильно змінені аргіліти, представлені спеченою породою, що містить залишки металевих виробів. Характерною рисою цих порід є дуже високий вміст Fe2O3 (67,7 %). На особливу увагу в даний час заслуговують можливості використання глинистих сланців, хвостів збагачення вугілля, а також інших глинистих порід для отримання глинозему (AI2O3), з якого виплавляється алюміній. Традиційний глинозем і алюміній отримують з бокситів, тобто порід з вмістом глинозему понад 26–28 %. Але високий вміст AI2O3 характерно і для порід териконів Донбасу (до 28 % в аргиллитах і до 44 % в тонштейнах). В середньому по Донецько-Макіївському району Донбасу змісту AI2O3 складає: в поточних відходах вуглевидобутку — 23,1 %, відвалах збагачувальних фабрик — 20,2 %, відходи флотації — 25,8 %, породних відвалах — 21,7 % (найбільш високий вміст глинозему зафіксовані в породах відвалів шахт ім. Горького — 26,75 %, № 3 18 — 25,58 %, № 8 Ветка — 26,62 %, Червоногвардійська — 26 %). Це свідчить про те, що породи териконів і відвалів вуглезбагачувальних фабрик можна використовувати для отримання глинозему, з якого виплавляють алюміній. І їх потрібно розглядати в якості нового нетрадиційного виду мінеральної сировини. У деяких країнах світу вже розроблені технології отримання глинозему з відходів видобутку і переробки вугілля. Наприклад, у Франції успішно випробуваний новий двох кислотний метод переробки відходів вугільного виробництва для отримання глинозему; технологи Польщі довели можливість промислового отримання глинозему з глинистих порід, що містять близько 25 % AI2O3. У цих, а також інших країнах світу доведена доцільність отримання глинозему з хвостів збагачення вугілля, а також інших видів техногенної мінеральної сировини.

У разі якщо гірська порода не відповідає потрібним для її використання вимогам, породний відвал необхідно озеленити, що істотно знизить кількість пилу і газів, що надходять в атмосферне повітря. Також дерева, висаджені на відвалі, перешкоджають ерозійні процеси на його схилах.

Висновки

На момент написання автореферату дипломна робота ще не завершена. Вищеназвані основні напрямки використання твердих відходів шахти ім. М. І. Калініна є предметом більш детального вивчення в магістерській роботі з метою виявлення найбільш ефективного в умовах підприємства з урахуванням якісних характеристик породи. Текст завершеної роботи можна отримати у автора або наукового керівника після 30 червня 2017 року.

Перелік посилань

  1. Костенко В. К., Шафоростова М. Н. Решение экологических и социально-экономических проблем угледобывающей отрасли на основе комплексного использования недр // Сборник трудов V международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (28–30 октября 2009). — Тула: ТулГУ, 2009, Т 1. — С. 438–446.
  2. Васильев С., Шафоростова М. Н. Перспективы использования горелых пород шахтных отвалов // Сборник трудов V региональной конференции «Комплексное использование природных ресурсов». — Донецк, ДонНТУ, 2012. — С. 16–19.
  3. Колесникова В. В. Основные направления комплексного использования отвальной массы горнодобывающих предприятий // Сборник трудов II региональной конференции аспирантов и студентов «Комплексное и рациональное использование природных ресурсов». — Донецк, ДонHТУ, 2009.
  4. Панов Б. С., Проскурная Ю. А. Новые виды минерального сырья Донбасса // Сборник трудов I научно-практической конференции «Донбасс–2020: перспективы развития глазами молодых учeнных». — Донецк, ДонНТУ, 2002. [Електронний ресурс] Режим доступу:http://ea.donntu.ru.
  5. Соколов Э. М., Качурин Н. М., Мелехова Н. И. Рекультивация отвалов отработанных шахт Подмосковного бассейна. Известия ТулГУ. Науки о Земле, 2010. [Електронний ресурс] Режим доступу:http://cyberleninka.ru.
  6. Дворкин Л. И., Дворкин О. Л. «Строительные материалы из отходов промышленности» // Учебно-справочное пособие. — Феникс, 2007.
  7. Закон «Об охране окружающей природной среды» от 30 апреля 2015 года.
  8. Закон «Об отходах производства-потребеления» от 09 октября 2015 года.
  9. Курденко С. С., Шафоростова М. Н. «Направления использования шахтной породы на примере шахты им. М. И. Калинина» // Сборник научных трудов VII региональной конференции «Комплексное использование природных ресурсов». — Донецк: ДонНТУ, 10 декабря 2015. [Електронний ресурс] Режим доступу:http://ea.donntu.ru.
  10. Снижение вредного воздействия породных отвалов угольных шахт на окружающую природную среду / Д. А. Козырь, Н. И. Артюхова, В. Н. Артамонов, В. Г. Ефимов // сб. науч. работ по материалам IX Всеукраинской научной конференции студентов, магистров и аспирантов «Экологические проблемы регионов Украины».