Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время состояние окружающей природной среды Донбасса находится в остро кризисном состоянии. Существенный ущерб природной среде наносят терриконы (отвалы угольной промышленности). Огромные территории Донецкого региона занимает порода, которая накопилась в угольных отвалах. К тому же значительная часть этих породных отвалов, является горящими, что усугубляет ситуацию, ведь вследствие этого, в атмосфере городов Донбасса огромные концентрации окиси углерода, аммиака, фенола, соединений серы и другие не менее опасные вещества, к которым добавляется высокий уровень загрязнения воздуха взвешенными частицами и повышенный радиоактивный фон. Помимо этого, породные отвалы занимают огромные территории, пригодные для промышленного и жилого строительства. На основе вышесказанного можно сделать вывод, что задача разборки, переформирования, понижения и управления состоянием породных отвалов, является крайне актуальной в настоящее время.

1. Актуальность темы

Проблема накопления отходов угольной промышленности, является одной из самых острых экологических проблем угледобывающих регионов. Под предприятия угольной промышленности, в процессе добычи и переработки угля, требуется отведение довольно больших территорий земель. Огромное количество отходов производства (горной породы) накоплено в результате функционирования шахтных предприятий угольной отрасли. В процессе разработки месторождения, на специально отведенной площади, складируются породные отвалы, которые являются техногенным массивом. На данный момент, лишь в Донецкой области сосредоточено более 560 млн.т. породы в угольных отвалах. Только на данной территории сосредоточено около 600 породных отвалов, 169 из которых являются горящими. Они занимают 3,754 тысячи гектаров земель. Нельзя не согласиться, что это уже очень весомый аргумент, для того, чтобы обратить внимание на данную экологическую проблему. Всем известен тот факт, что шахтерские регионы - это зоны повышенной экологической опасности, а угледобывающие предприятия классифицируют как экологически опасные.

Наибольшая в Европе экологическая нагрузка на биосферу, характерна для Донбасса, это связано с производственной деятельностью предприятий черной металлургии, электроэнергетики, топливной и химической промышленности, сконцентрированных на сравнительно небольшой территории. Общая масса накопленных отходов в Донбассе превышает 4 млрд.т. Также, стоит отметить, что разработка угольных месторождений отрицательно сказывается и на гидрохимическом режиме эксплуатации поверхностных и подземных вод, ухудшает плодородие земель и усиливает загрязнение воздушного пространства.

Породные отвалы делят на горящие и негорящие, по температурному состоянию. При горении породный отвал выделяет в атмосферный воздух неорганическую пыль, оксиды азота, серу, углерод, углеводороды. Большие объемы угля и углевмещающих материалов подвергаются воздействию кислорода, содержащегося в воздухе, под воздействием которого они окисляются и выделяют тепло. При затрудненном рассеивании тепла, происходит повышение температуры, в результате чего процесс окисления и производства тепла ускоряется и если не контролировать данный процесс, приводит к самопроизвольному возгоранию.

На основе вышесказанного, можно говорить о том, что в настоящее время очень актуален вопрос, не только повышения комплексного использования продукции, но и отходов производства горнодобывающих предприятий.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является разработка комплекса мероприятий по управлению состоянием породного отвала шахты «Лидиевка».

Для достижения поставленной цели необходимо реализовать задачи:

  1. Изучение нормативно правовой базы регулирующей вопрос о породных отвалах;
  2. Проведение оценки экологического состояния отвала шахты «Лидиевка»;
  3. Анализ влияния породного отвала на окружающую среду;
  4. Разработка комплекса мероприятий по управлению состоянием отвала.

Объект исследования: Породный отвал шахты «Лидиевка».

Предмет исследования: Технологические процессы формирования и функционирования породного отвала шахты «Лидиевка», его влияние на состояние окружающей среды и здоровье населения.

В рамках магистерской работы планируется провести оценку экологического состояния породного отвала шахты «Лидиевка», дать оценку степени его негативного воздействия на окружающую природную среду и разработать комплекс мероприятий по управлению его состоянием.

3. Основная часть

Террикон или терриконик – это отвал, состоящий из пустых пород, которые были извлечены при подземной разработке месторождений угля или иных полезных ископаемых, насыпь из отходов или шлаков от различных производств и сжигания твёрдого топлива.

Терриконы шахт и горнообогатительных фабрик содержат сульфид железа в форме пирита и марказита, который при помощи кислорода из атмосферы окисляется хемолитотрофными бактериями с выделением тепла. Также отвалы содержат некоторое количество угля и другие горючие породы, на поверхность частиц которых адсорбируется тот же кислород и вступает в экзотермические окислительные химические реакции. В результате этих процессов в крупных терриконах нередко протекание различных процессов техногенного пирометаморфизма:

• сгорание угля (зоны с окислительным режимом обжига);

• пиролиз угля (зоны восстановительного обжига при T = 800—1000°C);

• реакции дегидратации слоистых силикатов, имеющие следствием массовое испарение воды, а также удаление фтора, хлора на начальных этапах горения отвала (T = 600—700°C);

• разложение карбонатов с удалением CO и CO2 и образованием периклаза,извести и ферритов (T = 600—800°C);

• локальное плавление с образованием остеклованных клинкеров и базитовых паралав (T = 1000—1250°C).

Эти процессы приводят к радикальному изменению фазового состава отвальной массы.

В Донбассе горит примерно каждый третий террикон.

Известны случаи взрывов терриконов в результате накопления паров и газов под образовавшейся из-за атмосферных осадков коркой, приведшие к гибели десятков людей.

В процессе рекультивации земель терриконы являются объектами озеленения и облесения. На них в большом количестве рассаживают деревья с целью приостановить разрушение терриконов от воздействия разрушающих факторов погодных условий.

Нормы загрязнения атмосферы нарушаются постоянно, т.к. по экономическим причинам практически отсутствуют технологические решения по снижению выдачи породы на поверхность за счет размещения ее в выработанном пространстве.

В связи с тем, что породных отвалов в шахтерских городах накопилось крайне много, вопрос об их разборке ставится все более остро. Подавляющее большинство экологических способов рекультивации отвалов являются затратными, значительные капиталовложения практически никогда не компенсируются или компенсируются частично и в весьма малой степени, но их преимущество заключается в скорости разборки отвала, дорого – зато быстро. Но интенсивные способы ликвидации отвалов, чаще всего города не могут себе позволить в связи с финансовыми сложностями, поэтому разборка отвалов откладывается из года в год «на потом» и терриконы ждут своей очереди десятилетиями. Рассмотрев данный вопрос, хотелось бы предложить альтернативный способ для разборки породного отвала, более длительный, зато менее затратный - это ветроустановки.

Ветрогенераторы — отдельная отрасль энергетики. Её основная задача, преобразование кинетической энергии ветра в иной вид энергии: тепло, механическая энергия, электричество. Это преобразование обеспечивают: горизонтальный и вертикальный ветрогенератор бытовой и промышленной серии и ветряные электростанции.

Такие устройства используются большими энергетическими компаниями или государством для снабжения электроэнергией промышленных объектов. Турбины, имеющие мощность в десятки мегаватт, чаще всего размещаются на ветряных участках (открытых возвышенностях, побережьях). Выработанная электроэнергия, как правило, поступает прямо в сеть, при этом для стабилизации вращения лопастей - ветротурбины необходимо дополнительно оборудовать специальными механизмами.

О преимуществе такого способа получения энергии можно говорить бесконечно:

Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, который можно использовать беспрерывно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.

Универсальность. Ветровые электростанции возможно строить практически на любых территория: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия наиболее необходима в удаленных местах, куда сложно провести привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы позволяют наладить энергоснабжение объектов, которое не будет зависеть от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).

Экономичность. Если сравнить ветроустановки с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Довольно часто постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам. Установка ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.

3.1 Классификация породных отвалов

В настоящее время в пределах г. Донецка, расположено более 140 породных отвала, занимающих площадь около 10 млн м 2. Высота породных отвалов угольных шахт изменяется в пределах 8–124 м

Существует типизация отвалов по ряду признаков.

По тепловому состоянию породные отвалы делятся на: горящие; потухшие; не горевшие.

По морфологии шахтные отвалы подразделяются на: конические; усеченные конические; хребтовидные; плоские.

По наличию рекультивации на: озелененные; не озелененные.

Диаграмма состояний автомата Мура

Анимация 1 – Типизация отвалов шахт по морфологии
(анимация: 4 кадра, 5 циклов повторения, 136 килобайт)
(кадр № 1 – породный отвал усеченной конической формы, кадр № 2 –плоский породный отвал,кадр № 3 – породный отвал конической формы, кадр № 4 –породный отвал хребтовидной формы)

3.2 Основные способы ликвидации отвалов

В настоящее время можно выделить две основные концепции обращения с твёрдыми бытовыми отходами угледобывающей и горно-обогатительной промышленности — терриконами. Это рекультивация и утилизация.

Утилизация отходов горнодобывающих предприятий может быть осуществлена двумя способами:

1) Обратная засыпка шахты породой с отвалов. Но несмотря на то, что данный способ с экологической точки зрения считается наиболее приемлемым, ввиду своей трудоемкости и затратности он практически не используется. Так, фактическая стоимость загрузки породы обратно в шахту превышает стоимость добычи угля.

2) Вывоз породы за пределы населенных пунктов. Но поиск свободных территорий размером от 200 га, прокладка к ним дороги и вывоз груд породы из одного места в другое — все это колоссальные затраты. Удешевить процедуру возможно при вывозе пород на территории уже существующих за чертой города полигонов твердых бытовых отходов. Так, еще в 2010 году в Донецке рассматривали данный вариант действий. Однако в силу ряда причин он до сих пор не реализован .

При невозможности полной ликвидации используется метод рекультивации.

Рекультивация земель представляет собой комплекс работ, направленных на восстановление биологической продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.

Рекультивация проводится в 3 этапа на территориях, нарушенных горными работами:

Этап I — подготовительный. Обследование и типизация нарушенных территорий, изучение специфики условий, определение направления рекультивации.

Этап II — горнотехнический. Рациональное формирование поверхности отвалов и карьеров.

Этап III — биологическая рекультивация.

Хотелось бы также, более подробно рассмотреть использование автономных ветрогенераторов для разборки породных отвалов. Интенсивные способы ликвидации отвалов можно оставлять на крайние первоочередные случаи, а в целом к решению проблемы подходить с использованием длительных по времени способов ликвидации с использованием малопроизводительной техники и энергосберегающих технологий с возобновляемыми источниками энергии. В регионах, где развита угольная промышленность, существует огромное количество отвалов, ликвидацию которых откладывают с каждым годом, только лишь из-за невозможности привлечения свободных капиталовложений. Однако эти десятилетия можно потратить на осуществление подобного минималистского, малозатратного подхода к ликвидации отвалов, тогда стратегические преимущества нового подхода становятся очевидными. Устройство небольших участков по проведению ликвидационных работ не требует значительных капиталовложений ни на приобретение малопроизводительной техники, ни на зарплату минимального штата рабочих, ни на обустройство хоть немного развитой инфраструктуры. Применение для энергоснабжения ветрогенераторных комплексов, позволит избежать дорогостоящих мероприятий по подводке каналов энергии. Особенностью предлагаемого метода разборки породных отвалов является его практически полная энергетическая автономность. Предполагается использование выемочно-погрузочной техники с электроприводом и применение в качестве источника энергии ветрогенераторного комплекса с блоком аккумулирования энергии. Критерием выбора типа ветрогенератора будет являться общая суммарная мощность применяемого электропривода, поскольку генерируемая им мощность должна обеспечивать энергией всю применяемую транспортно-погрузочную технику. Использование бункера - накопителя для породы позволяет использовать самосвалы периодически, по мере заполнения накопителя, что позволит существенно снизить расход ГСМ и, следовательно, общие транспортные расходы.

Таким образом, можно утверждать, что создание специализированного энергетически автономного участка с использованием автономных ветрогенераторов для разборки отвалов механизмами малой производительности в течение длительного (до десятка лет) срока приводит к существенному снижению капитальных и эксплуатационных, а значит и удельных затрат на одну тонну породы ликвидируемого отвала.

3.3 Технический этап рекультивации.

Данный этап обеспечивает эффективность биологической рекультивации и дальнейшего целевого использования.

Технический этап рекультивации (техническая рекультивация, а при восстановлении земель, нарушенных горными работами, - горно-техническая рекультивация) включает следующие виды работ: снятие и складирование плодородного слоя почвы, планировку поверхности, транспортирование и нанесение плодородных почв на рекультивируемую поверхность, строительство осушительной и водоподводящей сети каналов, устройство противоэрозионных сооружений. Технический этап рекультивация выполняют горнодобывающие предприятия.

Технический этап рекультивации выполняется в следующем порядке:

1) Освобождение рекультивируемой поверхности от ликвидируемых зданий и сооружений, производственных конструкций и строительного мусора;

2) Грубая и чистовая планировка отвалов, промплощадок, восстановление водоотводных канав, уменьшение крутизны или террасирование откосов, засыпка и планировка шахтных провалов, прогибов, мульд оседания, восстановление деградированных земель, трасс путепроводов, дорог и др.;

3) Строительство подъездных путей к рекультивируемым участкам, устройство въездов и дорог с учетом условий работы сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники;

4) Устройство и ремонт (при необходимости) дренажной, водоотводящей и водосборной сети;

5) Обустройство дна и бортов остаточных выработок карьеров, других гидротехнических сооружений;

6) Ликвидация или использование плотин, дамб, насыпей, засыпка техногенных озер и протоков, благоустройство русел рек;

7) Мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, их перекрытие слоем потенциально плодородных пород и создание экранирующего слоя;

8) Покрытие поверхности слоем плодородных почв, планировка.

Для осуществления поэтапной рекультивации породного отвала, в своей магистерской работе, я использую ветроэнергетику. Данный способ позволяет экономить средства с пользой для экологии, что является главной задачей научной диссертации.

4. Основные подходы экономической целесообразности переработки угольных породных отвалов

В настоящее время обсуждаются три основных подхода экономической целесообразности переработки угольных породных отвалов:

-извлечение угля для продажи электростанциям или в качестве добавки к угольных брикетов с целью повышения их энергетической ценности;

-получение материалов, пригодных для строительства домов, дорог, а также извлечение материалов, которые могут использоваться в качестве наполнителей;

-переработка породных отвалов с целью извлечения редкоземельных металлов: германия, алюмовмистних минералов, железной руды.

Методами снижения вредного влияния породных отвалов на ОС являются: обработка пород антипиритами (увлажнение) складирования пожаробезопасными слоями; покрытие поверхности породных отвалов плодородным слоем и высадка зеленых насаждений; разборка породных отвалов или перепрофилирования; формирование ландшафта и рекультивация.

Выводы

Анализируя вышеизложенный материал, можно сделать вывод, что рекультивация отвалов угольных шахт является очень актуальной задачей. Поэтому очень актуальным в настоящее время является разработка новых технологий, касается экологически безопасного и экономически эффективного использования породных отвалов и использования альтернативных источников энергии. Способом такого использования является переформированию и управление состоянием породных отвалов с помощью автономных ветроэнергетических установок. В условиях угледобывающих районов Донбасса есть все предпосылки для эффективного расположения ветроэнергетических установок и использования энергии ветра. Такой комплексный подход позволит одновременно с решением нескольких технико-технологических проблем решить вопрос повышения экологической безопасности Донбасского региона.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Пат.79329 UA, МПК7 F 23 G5/027 . Вітроелектростанція на породному відвалі / В.К. Костенко, Д.О. Макеєва, А.Є. Кольчик (Украина); ДонНТУ, опубл. 15.11.2005. Бюл № 11.
  2. Дьяконов А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. М.: Изд-во МЭИ, 1996г., стр. 220.
  3. Нетрадиционные источники энергии и их комплексное использование. М.: ВНИИКТЭП, 1985г. стр. 150.
  4. Поволоцька І. В. — Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів — Рівень озеленення міста Донецька як екологічний показник сталого розвитку/ Матеріали ХХ Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів — Донецьк, ДонНТУ — 2010 — С. 34–37
  5. Панов Б. С., Проскурня Ю. А. Некоторые проблемы экологии Донецкого бассейна — Тез.докл. Межд. Научно-практической конференции Стратегия выживания и развития Донбасса — Донецк, 1996. — 56 C.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Макеева Д.А. Повышение уровня экологической безопасности ур-боэкосистем за счет использования альтернативно-энергетического по-тенциала породных отвалов /Диссертация на соискание степени кандидата технических наук // Донецк, ДонНТУ, 143 с.