Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В даний час стан навколишнього природного середовища Донбасу знаходиться в гостро кризовому стані. Істотної шкоди природному середовищу завдають терикони (відвали вугільної промисловості). Величезні території Донецького регіону займає порода, яка накопичилася в вугільних відвалах. До того ж значна частина цих породних відвалів, є палаючими, що погіршує ситуацію, адже внаслідок цього, в атмосфері міст Донбасу величезні концентрації окису вуглецю, аміаку, фенолу, з'єднань сірки і інші не менш небезпечні речовини, до яких додається високий рівень забруднення повітря зваженими частинками і підвищений радіоактивний фон. Крім цього, породні відвали займають величезні території, придатні для промислового і житлового будівництва. На основі вищесказаного можна зробити висновок, що завдання розбирання, переформування, зниження та управління станом породних відвалів, є вкрай актуальною в даний час.

1. Актуальність теми

Проблема накопичення відходів вугільної промисловості, є однією з найбільш гострих екологічних проблем вугледобувних регіонів. Під підприємства вугільної промисловості, в процесі видобутку і переробки вугілля, потрібно відведення досить великих територій земель. Величезна кількість відходів виробництва (гірської породи) накопичено в результаті функціонування шахтних підприємств вугільної галузі. В процесі розробки родовища, на спеціально відведеній площі, складуються породні відвали, які є техногенним масивом. На даний момент, лише в Донецькій області зосереджено понад 560 млн.т. породи в вугільних відвалах. Тільки на цій території зосереджено близько 600 породних відвалів, 169 з яких є палаючими. Вони займають 3,754 тисячі гектарів земель. Не можна не погодитися, що це вже дуже вагомий аргумент, для того, щоб звернути увагу на дану екологічну проблему. Всім відомий той факт, що шахтарські регіони - це зони підвищеної екологічної небезпеки, а вуглевидобувні підприємства класифікують як екологічно небезпечні.

Найбільша в Європі екологічне навантаження на біосферу, характерна для Донбасу, це пов'язано з виробничою діяльністю підприємств чорної металургії, електроенергетики, паливної та хімічної промисловості, сконцентрованих на порівняно невеликій території. Загальна маса накопичених відходів в Донбасі перевищує 4 млрд т Також, варто відзначити, що розробка вугільних родовищ негативно позначається і на гідрохімічний режим експлуатації поверхневих і підземних вод, погіршує родючість земель і посилює забруднення повітряного простору.

Породні відвали ділять на палаючі і не горять, по температурному стану. При горінні породний відвал виділяє в атмосферне повітря неорганічну пил, оксиди азоту, сірку, вуглець, вуглеводні. Великі обсяги вугілля і вуглевміщуючих матеріалів піддаються впливу кисню, що міститься в повітрі, під впливом якого вони окислюються і виділяють тепло. При утрудненому розсіюванні тепла, відбувається підвищення температури, в результаті чого процес окислення і виробництва тепла прискорюється і якщо не контролювати цей процес, призводить до мимовільного займання.

На основі вищесказаного, можна говорити про те, що в даний час дуже актуальним є питання, не тільки підвищення комплексного використання продукції, але і відходів виробництва гірничодобувних підприємств.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою дослідження є розробка комплексу заходів по управлінню станом породного відвалу шахти «Лідіївка».

Для досягнення поставленої мети необхідно реалізувати завдання:

  1. Вивчення нормативно-правової бази регулюючої питання про породних відвалах;
  2. Проведення оцінки екологічного стану відвалу шахти «Лідіївка»;
  3. Аналіз впливу породного відвалу на навколишнє середовище;
  4. Розробка комплексу заходів по управлінню станом відвалу.

Об'єкт дослідження:Породний відвал шахти «Лідіївка».

Предмет дослідження: Технологічні процеси формування і функціонування породного відвалу шахти «Лідіївка», його вплив на стан навколишнього середовища і здоров'я населення.

В рамках магістерської роботи планується провести оцінку екологічного стану породного відвалу шахти «Лідіївка», дати оцінку ступеня його негативного впливу на навколишнє природне середовище і розробити комплекс заходів з управління його станом.

3. Основна частина

Террикон або териконів (відвал, штучний насип з порожніх порід, витягнутих при підземній розробці родовищ вугілля та інших корисних копалин, насип з відходів або шлаків від різних виробництв і спалювання твердого палива.

Терикони шахт і гірничо-збагачувальних фабрик містять сульфід заліза в формі піриту і марказита, який за допомогою кисню з атмосфери окислюється хемолітотрофнимі бактеріями з виділенням тепла. Також відвали містять деяку кількість вугілля та інші горючі породи, на поверхню частинок яких адсорбується той же кисень і вступає в екзотермічні окислювальні хімічні реакції. В результаті цих процесів у великих териконах нерідко протікання різних процесів техногенного пірометаморфізма:

• згоряння вугілля (зони з окислювальним режимом випалу);

• піроліз вугілля (зони відновного випалу при T = 800-1000 ° C);

• реакції дегідратації шаруватих силікатів, що мають наслідком масове випаровування води, а також видалення фтору, хлору на початкових етапах горіння відвалу (T = 600-700 ° C);

• розкладання карбонатів з видаленням CO і CO2 і освітою периклаза, вапна і феритів (T = 600-800 ° C);

• локальне плавлення з утворенням осклованих клінкерів і базитових паралав (T = 1000-1250 ° C).

Ці процеси призводять до радикальної зміни фазового складу відвальної маси.

У Донбасі горить приблизно кожен третій терикон.

Відомі випадки вибухів териконів в результаті накопичення парів і газів під утворилася через атмосферних опадів кіркою, що призвели до загибелі десятків людей.

В процесі рекультивації земель терикони є об'єктами озеленення та залісення. На них у великій кількості розсаджують дерева з метою призупинити руйнування териконів від дії руйнівних факторів погодних умов.

Норми забруднення атмосфери порушуються постійно, тому що з економічних причин практично відсутні технологічні рішення щодо зниження видачі породи на поверхню за рахунок розміщення її у виробленому просторі.

У зв'язку з тим, що породних відвалів в шахтарських містах накопичилося вкрай багато, питання про їх розбиранні ставиться дедалі гостріше. Переважна більшість екологічних способів рекультивації відвалів є витратними, значні капіталовкладення практично ніколи не компенсуються або компенсуються частково і в дуже малою мірою, але їхня перевага полягає в швидкості розбирання відвалу, дорого - зате швидко. Але інтенсивні способи ліквідації відвалів, найчастіше міста не можуть собі дозволити в зв'язку з фінансовими труднощами, тому розбирання відвалів відкладається з року в рік «на потім» і терикони чекають своєї черги десятиліттями. Розглянувши дане питання, хотілося б запропонувати альтернативний спосіб для розбирання породного відвалу, більш тривалий, зате менш витратний - це вітроустановки.

Вітрогенератори - окрема галузь енергетики. Її основне завдання - перетворення кінетичної енергії вітру в інший вид енергії: тепло, механічна енергія, електрику. Це перетворення забезпечують: горизонтальний і вертикальний вітрогенератор побутової та промислової серії і вітряні електростанції.

Такі пристрої використовуються великими енергетичними компаніями або державою для постачання електроенергією промислових об'єктів. Турбіни, мають потужність в десятки мегават, найчастіше розміщуються на вітряних ділянках (відкритих височинах, узбережжях). Вироблена електроенергія, як правило, надходить прямо в мережу, при цьому для стабілізації обертання лопатей - вітротурбіни необхідно додатково обладнати спеціальними механізмами.

Про перевагу такого способу отримання енергії можна говорити нескінченно:

Екологічність. Установки використовують поновлюване джерело енергії, який можна використовувати безперервно, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу. Електрика, що виробляється вітрогенераторами замінює енергію теплових електростанцій, зменшуючи викид парникових газiв.

Універсальність. Вітрові електростанції можливо будувати практично на будь-яких територія: на рівнинах, в горах, на полях, на островах і навіть на мілководді. Вітрова енергія найбільш необхідна в віддалених місцях, куди складно провести звичні електричні комунікації. Вітрогенератори дозволяють налагодити енергопостачання об'єктів, яка не буде залежати від випадкових чинників (наприклад, від недоставлені вчасно палива).

Економічність. Якщо порівняти вітроустановки з традиційними джерелами електричної енергії (газ, торф, кам'яне вугілля, нафта), велотурбіни дозволяють значно знизити енерговитрати. Досить часто споруда вітроелектростанції обходиться дешевше, ніж підключення до існуючих енергосистем. Установка вітряків може виступати альтернативою використанню дорогих дизельних генераторів, додатково знижуючи витрати на транспортування і зберігання пального до 80%.

3.1 Класифікація породних відвалів

В даний час в межах м.Донецька, розташовано більше 140 породних відвала, що займають площу близько 10 млн м 2. Висота породних відвалів вугільних шахт змінюється в межах 8-124 м

Існує типізація відвалів по ряду ознак.

По тепловому станом породні відвали поділяються на: горять; згаслі; НЕ горіли. За морфології шахтні відвали поділяються на: конічні; усічені конічні; хребтовидних; плоскі.

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

За наявністю рекультивації на: озеленені; НЕ озеленені.

Типізація відвалів шахт по морфології

Анимация 1 – Типізація відвалів шахт по морфології (анімація: 4 кадри, 5 циклів повторення, 149 кілобайт)
(кадр № 1 - породний відвал конічної форми, кадр № 2 -породний відвал усіченої конічної форми, кадр № 3 - породний відвал хребтовидних форми, кадр № 4 - плоский породний відвал)

3.2 Основні способи ліквідації відвалів

В даний час можна виділити дві основні концепції поводження з твердими побутовими відходами вуглевидобувної і гірничо-збагачувальної промисловості - териконами. Це рекультивація та утилізація.

Утилізація відходів гірничодобувних підприємств може бути здійснена двома способами:

1) Зворотне засипання шахти породою з відвалів. Але незважаючи на те, що даний спосіб з екологічної точки зору вважається найбільш прийнятним, зважаючи на свою трудомісткості і затратності він практично не використовується. Так, фактична вартість завантаження породи назад в шахту перевищує вартість видобутку вугілля.

2) Вивіз породи за межі населених пунктів. Але пошук вільних територій розміром від 200 га, прокладка до них дороги і вивезення куп породи з одного місця в інше - все це колосальні витрати. Здешевити процедуру можливо при вивезенні порід на території вже існуючих за межею міста полігонів твердих побутових відходів. Так, ще в 2010 році в Донецьку розглядали такий варіант дій. Однак в силу ряду причин він до сих пір не реалізований.

При неможливості повної ліквідації використовується метод рекультивації.

Рекультивація земель є комплексом робіт, спрямованих на відновлення біологічної продуктивності та господарської цінності порушених земель, а також на поліпшення умов навколишнього середовища.

Рекультивація проводиться в 3 етапи на територіях, порушених гірничими роботами:

Етап I - підготовчий. Обстеження і типізація порушених територій, вивчення специфіки умов, визначення напрямку рекультивації.

Етап II - гірничотехнічний. Раціональне формування поверхні відвалів і кар'єрів.

Етап III - біологічна рекультивація.

Хотілося б також, більш детально розглянути використання автономних вітрогенераторів для розбирання породних відвалів. Інтенсивні способи ліквідації відвалів можна залишати на крайні першочергові випадки, а в цілому до вирішення проблеми підходити з використанням тривалих за часом способів ліквідації з використанням малопродуктивною техніки та енергозберігаючих технологій з поновлюваними джерелами енергії. В регіонах, де розвинена вугільна промисловість, існує величезна кількість відвалів, ліквідацію яких відкладають з кожним роком, тільки лише через неможливість залучення вільних капіталовкладень. Однак ці десятиліття можна витратити на здійснення подібного мінімалістського, малозатратного підходу до ліквідації відвалів, тоді стратегічні переваги нового підходу стають очевидними. Пристрій невеликих ділянок з проведення ліквідаційних робіт не вимагає значних капіталовкладень ні на придбання малопродуктивною техніки, ні на зарплату мінімального штату робітників, ні на облаштування хоч трохи розвинутої інфраструктури. Застосування для енергопостачання вітрогенераторних комплексів, дозволить уникнути дорогих заходів по підводці каналів енергії. Особливістю запропонованого методу розбирання породних відвалів є його практично повна енергетична автономність. Передбачається використання виймальних-вантажної техніки з електроприводом і застосування в якості джерела енергії вітрогенераторних комплексу з блоком акумулювання енергії. Критерієм вибору типу вітрогенератора буде загальна сумарна потужність застосовуваного електроприводу, оскільки генерована ним потужність повинна забезпечувати енергією всю застосовується транспортно-вантажну техніку. Використання бункера - накопичувача для породи дозволяє використовувати самоскиди періодично, у міру заповнення накопичувача, що дозволить істотно знизити витрату ПММ і, отже, загальні транспортні витрати.

Таким чином, можна стверджувати, що створення спеціалізованого енергетично автономного ділянки з використанням автономних вітрогенераторів для розбирання відвалів механізмами малої продуктивності протягом тривалого (до десятка років) терміну призводить до істотного зниження капітальних і експлуатаційних, а значить і питомих витрат на одну тонну породи ліквідованого відвалу .

3.3 Технічний етап рекультивації.

Даний етап забезпечує ефективність біологічної рекультивації і подальшого цільового використання.

Технічний етап рекультивації (технічна рекультивація, а при відновленні земель, порушених гірничими роботами, - гірничо-технічна рекультивація) включає такі види робіт: зняття і складування родючого шару грунту, планування поверхні, транспортування і нанесення родючих грунтів на рекультивируемой поверхню, будівництво осушувальної і водопідводить мережі каналів, пристрій протиерозійних споруд. Технічний етап рекультивація виконують гірничодобувні підприємства.

Технічний етап рекультивації виконується в наступному порядку:

1) Звільнення рекультивируемой поверхні від ліквідованих будівель і споруд, виробничих конструкцій і будівельного сміття;

2) Груба і чистове планування відвалів, проммайданчиків, відновлення водовідвідних канав, зменшення крутизни або терасування схилів, засипка і планування шахтних провалів, прогинів, мульд осідання, відновлення деградованих земель, трас шляхопроводів, доріг та ін .;

3) Будівництво під'їзних шляхів до рекультивується,, пристрій в'їздів і доріг з урахуванням умов роботи сільськогосподарської, лісогосподарської та іншої техніки;

4) Пристрій і ремонт (при необхідності) дренажної, водовідвідної і водозбірної мережі;

5) Облаштування дна і бортів залишкових виробок кар'єрів, інших гідротехнічних споруд;

6) Ліквідація або використання гребель, дамб, насипів, засипання техногенних озер і проток, благоустрій русел річок;

7) Меліорація токсичних порід і забруднених ґрунтів, їх перекриття шаром потенційно родючих порід і створення екрануючого шару;

8) Покриття поверхні шаром родючих ґрунтів, планування. Для здійснення поетапної рекультивації породного відвалу, в своїй магістерській роботі, я використовую вітроенергетику. Даний спосіб дозволяє економити кошти з користю для екології, що є головним завданням наукової дисертації.

4. Основні підходи економічної доцільності переробки вугільних породних відвалів

В даний час обговорюються три основні підходи економічної доцільності переробки вугільних породних відвалів:

-витяг вугілля для продажу електростанціям або в якості добавки до вугільних брикетів з метою підвищення їх енергетичної цінності;

-отримання матеріалів, придатних для будівництва будинків, доріг, а також витяг матеріалів, які можуть використовуватися в якості наповнювачів;

-переробка породних відвалів з метою вилучення рідкоземельних металів: германію, алюмовмістніх мінералів, залізної руди.

Методами зниження шкідливого впливу породних відвалів на ОС є: обробка порід антіпірітамі (зволоження) складування пожежобезпечними шарами; покриття поверхні породних відвалів родючим шаром і висадка зелених насаджень; розбирання породних відвалів або перепрофілювання; формування ландшафту та рекультивація.

Висновки

Аналізуючи вищевикладений матеріал, можна зробити висновок, що рекультивація відвалів вугільних шахт є дуже актуальним завданням. Тому дуже актуальним в даний час є розробка нових технологій, стосується екологічно безпечного та економічно ефективного використання породних відвалів та використання альтернативних джерел енергії. Способом такого використання є переформування і управління станом породних відвалів за допомогою автономних вітроенергетичних установок. В умовах вуглевидобувних районів Донбасу є всі передумови для ефективного розташування вітроенергетичних установок і використання енергії вітру. Такий комплексний підхід дозволить одночасно з рішенням декількох техніко-технологічних проблем вирішити питання підвищення екологічної безпеки Донбаського регіону.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2018 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  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.