"МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ "

С.Ф. Власов, С.Е. Тимченко (НГА Украины)

Источник: http://masters.donntu.ru/2004/fgtu/zayanchukovskaya/library/artcl6.htm

Экологическое состояние окружающей среды в ряде регионов Украины, как и многих других стран мира, является кризисным. Свидетельством тому является удручающая статистика превышения смертности над рождаемостью населения в регионах интенсивной хозяйственной деятельности человека. В настоящее время из недр земли ежегодно извлекается свыше 100 млрд. т. полезных ископаемых. На сельскохозяйственные угодья вносится около 92 млн. т. минеральных удобрений и более 2 млн. т. ядохимикатов. Общий объем метана, поступающего в атмосферу при работе шахт всех угледобывающих стран, оценивается в 37 млрд. м3 в год (в Украине в 1997 году в атмосферу поступило 1964 млн. м3 шахтного метана). В водоемы сбрасывается 32 км3 неочищенных вод. Ежегодно теряется 7 млн. га. плодородных почв. Все это, во многих случаях, приводит к необратимым процессам изменения окружающей среды охрана, которой является наиактуальнейшей проблемой современности.

К основным мероприятиям по защите окружающей среды при подземной добыче полезных ископаемых можно отнести:


1. Применение технологий разработки угольных пластов, обеспечивающих минимальную осадку земной поверхности.
2. Использование метана угольных пластов, как дополнительный источник газообразного топлива.
3. Разработка способов, предотвращающих заболачивание земель.
• Масштабы, характер деятельности и последствия вредного воздействия на окружающую среду эксплуатируемых и ликвидируемых шахт и различных предприятий требуют разработки общегосударственной научно обоснованной системы охраны окружающей среды, особенно для обитания человека. Необходима система наблюдений за состоянием среды в районах ликвидации шахт, включающая кроме технических направлений санитарный контроль и врачебный надзор за здоровьем населения. В случаях сохранения части выработок для дальнейшего использования, например под хранилища, следует установить остаточную их устойчивость, разработать экспресс-метод определения несущей способности крепи в зависимости от деформации ее элементов и принятия решений по обеспечению эксплуатационного состояния на весь период последующего функционирования выработок. Целесообразно рассмотреть возможность использования выработок отработанных горизонтов для промышленных производств, требующих определенных температурных условий, для вредных производств и для захоронения отходов. Нужна проработка вопросов использования объектов закрываемых шахт. Так, железобетонные башенные копры являются хорошей основой для размещения на них ретрансляционных вышек, ветроэлектростанций и др.
• На многих горнодобывающих предприятиях нашла свое применение длиннозабойная технология очистной выемки угля механизированными комплексами с полным обрушением пород кровли. Однако, одним из недостатков этой технологии является негативное воздействие на состояние земной поверхности. На шахтах Западного Донбасса, в частности, оседание земной поверхности составляет 90 % вынимаемой мощности угольных пластов. Как следствие, подработанные площади в пойме рек Самары и Волчьей размером до 10 000 га. затоплены; гибнут лесные массивы, разрушаются объекты жилого, сельскохозяйственного и производственного назначения. Способом, позволяющим уменьшить оседание земной поверхности, служит применение полной закладки выработанного пространства. Наименьшей усадкой закладочного массива характеризуются твердеющая и гидравлическая закладки [1-2]. Преимущества твердеющей закладки перед другими видами заключается в том, что она практически не имеет усадки, а для доставки ее в выработанные пространства не требуется каких-либо дополнительных технических средств. Жидкая закладка самотеком заполняет выработанное пространство. Твердеющая закладка широко применяется при разработке руд черных и цветных металлов, в том числе и на Украине, обеспечивая полную сохранность поверхности от оседания. Применение твердеющей закладки влечет за собой проблему создания ограждений (опалубки) для предупреждения проникновения жидкой закладки в рабочее пространство лавы и прилегающие подготовительные выработки. Эта проблема решается с помощью пневматических конструкций из мягких оболочек, разработанных сотрудниками Национальной горной академии Украины. В настоящее время серийно устанавливаются пневматические костры, разработаны пневмоподъемники (домкраты), временные крепи для подготовительных выработок и др. Предлагаемая технология позволит решить ряд проблем подземной добычи угля. Основными из них являются: - возможность отработки запасов под застроенными территориями; - продление срока службы действующих шахт; - решение вопроса поддержания подготовительных выработок; - оставление породы в шахте. Применение твердеющей закладки влечет за собой увеличение стоимости продукции [3]. Однако, с учетом решения экологических проблем и других преимуществ, применение технологии отработки пластов с твердеющей закладкой себя оправдывает. Косвенным подтверждением такого вывода является то, что в Карагандинском бассейне в промышленных масштабах производится добыча угля под застроенными территориями. Пневматическая закладка, применяемая в данных очистных забоях, характеризуется усадкой закладочного массива до 25 % и является наиболее энергоемкой (на 1 м3 закладочного материала расходуется 100-200 м3 сжатого воздуха). Наименьшая величина предварительного опускания пород кровли достигается при использовании короткозабойной и бурошнековой технологий выемки угля. Сочетая эти способы выемки угля с закладкой выработанного пространства, обеспечивается минимальное оседание земной поверхности. На кафедре подземной разработки еще в начале 70-х годов предложена рациональная технология отработки угольных пластов, обеспечивающая охрану природы в Западном Донбассе. Технология основана на применении: - камерно-столбовой системы разработки с полной закладкой выработанного пространства; - столбовой системы разработки с двусторонней бурошнековой выемкой угля и закладкой выбуренных скважин шахтной породой. Расчеты показали, что по сравнению с длиннозабойной технологией выемки угля механизированными комплексами с пневмозакладкой при камерно-столбовой системе разработки с полной закладкой производительность труда рабочего по забою на 12 % выше, а себестоимость 1 т. угля - вдвое ниже. Потери угля составляют 17 %, а оседание земной поверхности (в процентном отношении от вынимаемой мощности) - всего 2-3 % против 40-50 % при длинозабойной технологии. Существенное улучшение технико-экономических показателей достигается также при бурошнековой выемке угля с закладкой. Производительность труда оказалась в 1,76 раз выше. Потери угля (в зависимости от мощности разрабатываемых пластов) колеблются от 16 до 20%, оседание земной поверхности не превышает 5% от вынимаемой мощности пласта. Итак, короткозабойная и бурошнековая технологии благодаря минимальной величине предварительного опускания пород обеспечивают эффективную охрану земной поверхности, т.е. наиболее экологичны. Немаловажным фактором, предопределяющим эффективность предполагаемой технологии, в нынешних экономических условиях выступает стоимость оборудования. Цена одного механизированного комплекса для лавы длиной 150 - 180 м достигает 3-5 млн. гривен, тогда как стоимость одной бурошнековой установки меньше 1 млн. гривен [3].
• В условиях острого дефицита газообразного топлива в стране существенно возросла роль метана угольных пластов как дополнительного источника энергии. При этом существенны такие преимущества метана, как экологическая чистота вследствие отсутствия примесей, характерных для метана нефтегазовых месторождений и отнесение части расходов, связанных с дегазацией на себестоимость угля, по отношению, к которому он является попутным полезным ископаемым. До тех пор, пока не будет найден способ извлечения шахтного метана, содержащегося в исходящих струях, единственным методом снижения его влияния на экологию и увеличение энергетических ресурсов страны является дегазация газоносного угленосного массива до максимально возможного в данных условиях уровня с непременной в последующем максимальной утилизацией. Основными источниками газовыделения являются угольные пласты и пропластки, пористые породы, разгружаемые от давления в зонах влияния горных работ, где создаются условия для перехода сорбированного газа в свободное состояние. Из-за низкой газопроницаемости угленосной толщи извлечение метана угольных месторождений может осуществляться, в основном, только с выемкой угля, обусловливающей сдвижение угленосной толщи и разгрузкой ее от горного давления, что создает условия для десорбции содержащегося в угольных пластах метана и перехода его в свободное состояние. Соответственно месторождения, сложенные газоносными угольными пластами и породами, должны рассматриваться как угольногазовые, и технология их разработки должна учитывать оптимальное совмещение технических решений по добыче угля и по извлечению газа.
• Плановое прекращение откачки воды обязательно влечет за собой возникновение и накопление водоносных горизонтов. Именно в верхнем водоносном горизонте могут восстановиться уровни воды, близкие к поверхности земли. Существует ряд мероприятий по предотвращению или минимизации заболачивания:
1. Осуществление принудительного уровня воды в затопленной выемке. Привязка создаваемого водоема к уровню уже существующих предполагает целенаправленную разработку общего водного баланса и создается путем регулирования глубины связывающих канав. Это представляет собой дорогостоящее, но и долговечное решение. Данное решение хорошо работает в случае наводнений или паводков, и поэтому в большинстве случаев получает предпочтение перед другими.
2. Создание и эксплуатация насосных станций для откачки воды в близлежащие водоемы.
3. Создание дренажей для целенаправленного отвода воды. В случае значительно отрицательного водного баланса можно принимать во внимание перекрытие водоносных горизонтов. Защищаемые территории заболачивания следует сохранить путем возведения завес, гидравлических перекрытий и др. Этот вариант очень дорогостоящий и может являться решением проблемы только в довольно ограниченных рамках. Сами завесы или перекрытия несут в себе проблему того, что должны давать гарантию на неограниченный отрезок времени.
4. Метод "примирения" с заболачиванием. Этот метод позволяет:
- воссоздание биотопов;
- частичное восстановление характерных свойств пойменных ландшафтов;
- возможность создания мелководных озер.
Преимущество данного метода состоит в том, что получается использование территории близкое к природному. Но следует помнить о том, что чтобы мы ни изобрели добыча полезных ископаемых приведет к уменьшению плодородных сельскохозяйственных земель, воздух в еще большей степени загрязнится, что же касается гидросферы и биосферы, то они окажутся в катастрофическом положении.

Во избежание экологической катастрофы необходимо отказаться от внедрения экологически опасных технологий и направить все усилия науки, техники, общественности на оздоровление нашего экологического дома, чтобы в нем могли жить наши потомки.


Литература
1. Косков И.Г., Докукин О.С., Кононенко Н.А. Концептуальные основы экологической безопасности в регионах закрытых шахт // Уголь Украины, 1999. -№ 2. - С. 15-18.
2. Кушинов Н.В., Сердюк Я.Я., Лашко В.Т. Экологические проблемы разработки золоторудных месторождений среднего Приднепровья // Сб. науч. тр. НГА Украины. - Днепропетровск: НГА Украины, 1998. - "№ 3. - Т.5. - С. 32-35.
3. Колоколов О.В. Концептуальные принципы разработки угольных пластов, обеспечивающие минимальную осадку земной поверхности // Науковий вісник НГА України. - Днепропетровск: НГА Украины, 1998. - № 2. - С. 17-19.