Рис. 1. Зависимость площади поверхности конического породного отвала Sк от его высоты hк в период формирования
Рассмотрены материалы мониторинга состояния породных отвалов и их влияние на окружающую среду. Введен новый показатель - площадь поверхности отвала, который характеризует пылегазовыделение в атмосферу для отвалов разной формы.
Горнодобывающее предприятие - шахта, является одним из основных нарушителей и загрязнителей окружающей природной среды. Поверхностный комплекс любой шахты Центрального района Донбасса содержит более 50 источников загрязняющих атмосферу, гидросферу и литосферу. Оценивая степень влияния источников загрязнения окружающей природной среды следует отметить, что основная его часть приходится на породные отвалы, большинство из которых горящие. Постоянный контроль за состоянием породного отвала и разработка технологий по снижению вредного влияния на окружающую природную среду, в большинстве случаев проводятся формально. Особенно это относится к предприятиям угольной промышленности, существующим десятки лет. В этом случае отвалы формируются как конические при начале работы предприятия и в последующем производится их переформирование в отвалы плоской формы [1].
Характеризуя породные отвалы шахт Центрального района Донбасса можно выделить отвалы шахты «Комсомолец» ГП «Артемуголь», которые существуют с 1900 года. Некоторые данные, характеризующие породные отвалы №1, №2, №3 приведены в табл. 1.
Таблица 1- Характеристика породных отвалов шахты «Комсомолец»
| № п/п | Показатели\Породные отвалы | №1 | №2 | №3 |
| 1 | Дата пуска отвала | 1900 г. | 1950 г. | 1977 г. |
| 2 | Дата остановки отвала | 1979 г. | действ. | действ. |
| 3 | Форма отвала:
- по проекту - фактически |
конусная конусная |
конусная конусная |
плоская плоская |
| 4 | Проектные параметры отвалов:
- высота(max), м - площадь основания,м² - объем, м³ |
110,0 74000 2600000 |
110,0 64000 2060000 |
40,0 105500 900000 |
| 5 | Фактические показатели:
- высота(max), м - площадь основания,м² - площадь основания плоского породного отвала,м² - объем, м³ |
101,5 43000 - 2200000 |
89,5 53500 - 1905000 |
hср 40,0 51300 39000 350000 |
| 6 | Характеристика отвальной массы:
- зольность, А,% - содержание серы, S,% - содержание горючих газов,% - влажность,% |
81,2 0,7 51,8 3,7 |
82,2 0,9 52,5 3,6 |
85,0 0,7 79,3 5,9 |
| 7 | Характеристика горения | горящий | горящий | горящий |
| 8 | Литологический состав пород отвала | аргиллиты, алевролиты, песчаники, известняки, уголь | ||
Для горящих породных отвалов №1, №2, №3 шахты «Комсомолец» не проводились профилактические мероприятия, породы отвалов не используются, деформационная характеристика отвалов и его основания не производилась (усадка, трещины, разломы, оползни). Существующие паспорта действующих отвалов не отражают их состояние, так как последние показатели датируются 1993 годом. Это характерно не только для породных отвалов этой шахты, но и для всей отрасли. Паспортизация существующих породных отвалов, их температурный режим, влияние на окружающую природную среду и здоровье человека требует незамедлительных действий в направлении их анализа и мониторинга во времени. Одним из существующих технологических решений по снижению влияния горящих породных отвалов является их тушение, разборка и перепрофилирование в плоские отвалы [2]. Из табл. 1 видно, что содержание горючих газов на отвале плоской формы на 33% выше, чем на отвалах конической формы, но в тоже время объем горящей горной массы в плоском отвале в 6,28 раза меньше. В данном случае технологическое решение не дает должного эффекта и повышенное газовыделение может объясняться только увеличением площади поверхности породного отвала, как основного фактора изменения газовыделения и пылеобразования. Так при одинаковых объемах отвалов различной формы площадь поверхности значительно увеличивается, что способствует повышению газовыделения и пылеобразования. Сравнивая характеристики реальных породных отвалов как конических, так и плоских (Uк =2000000 м³, Uп =350000 м³) и их влияние на окружающую среду можно сделать вывод о том, что плоский горящий породный отвал с меньшим объемом пород оказывает большее влияние, чем конический отвал такого же объема.
По нашему мнению следует ввести в паспорт каждого породного отвала такой показатель как площадь его поверхности и производить мониторинг ее изменения во времени. При формировании конического отвала во времени зависимость площади поверхности его Sк от высоты hк описывается выражением
График зависимости Sк = f(h) представлен на рис. 1.
Формирование плоского породного отвала может производиться слоями hп. сл. = 10м
с изоляцией до hп max = 40м. График изменения площади поверхности плоского породного
отвала Sп в зависимости от его высоты hп представлен на рис. 2.
Эта зависимость описывается выражением
Используя представленные выражения (1,2) можно прогнозировать его влияние на окружающую природную среду, газовыделение и пылевыделение в атмосферу исходя из увеличения площади поверхности отвала. Рассматривая перепрофилирование конусного породного отвала в плоский, при определенном значении его объема Uк = 2000000 м³, высоте hк =100м при послойной разборке hсл = 10 м можно сделать вывод об изменении площади его поверхности при понижении высоты с интервалом от 10 м до 40 м.
Моделирование процесса перепрофилирования конического породного отвала в плоский, позволяет уточнить теоретические представления об изменении площади его поверхности и описать его эмпирическими зависимостями.
Паспортизация породных отвалов шахт требует проведения большого объема работ по их описанию, оценке влияния на окружающую природную среду и разработке необходимых технологических решения по безопасной их эксплуатации и возможного использования породы, как в шахте, так и на поверхности. Решение этих проблем позволит снизить вред, наносимый породным отвалом на окружающую природную среду, и даст определенный экономический эффект.
1. Астахов А.С., Мальшев Ю.Н., Пучков Л.А., Харченко В.А. Экология: горное дело и природная среда. Учебн. для ВУЗов. - М.: Издательство академии горных наук, 1999. - 367 с: ил.
2. ДНАОП 1.1.30-5.37.-96 Инструкция по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных от¬валов. Сборник инструкций к правилам безопасности в угольных шахтах. - Т.2. - Киев, 1996. - С. 358-367.