Предпосылкой для захоронения отходов и мусора под землёй является подтверждение их безвредности в экологическом отношении и в отношении безопасности шахтёров. Свидетельством экологической безвредности является доказательство их безвредности по отношению к грунтовым водам в течение длительного срока, так как заложенный материал нельзя извлечь обратно. Исследование возможности развития методов использования и захоронения материала под землёй производилось группой экспертов по поручению службы воды и отходов земли Нордрейн-Вестфалия. При захоронении отходов материалов с вредными примесями глубоко под землёй не исключено, что путём смешения с грунтовыми водами и циркуляцией последних возможно проникание вредных веществ вплоть до горизонтов потребляемых грунтовых вод. Конечно, это следует рассматривать с учетом того, что в накрывающих пластах карбон является тем естественным барьером, который изолирует пресную воду от высокоминерализованной шахтной воды.

     Однако при интенсивных горных работах возможно образование разделительных швов пластов, которые распространяются и в верхние горизонты. В потенциальных областях закладки отходов, при определённых условиях, не исключена утечка вредных веществ из внесённого туда материала. Это касается и зацементированных материалов. При определённых предпосылках из некоторых материалов, закладываемых в глубокие угольные шахты с высокохлорированными подземными водами, вынос вредных веществ из материала может существенно снижаться. Однако генеральная концепция решения этого вопроса пока не найдена, за исключением специальных случаев.

     Согласно преамбуле технических требований по отходам ТА-Аbfall в разделе подземных захоронений, для захоронений отходов должны выполняться следующие принципы:

• принцип нейтральности захоронения в отношении эмиссии; согласно ему отходы либо не должны содержать вредные вещества, либо их эмиссия должна иметь такие концентрации, которые не приводят к устойчивому изменению шахтных вод;
  
• принцип полной изоляции; согласно ему вынос вредных веществ в биосферу, даже по истечение длительного срока, не возможен, благодаря натуральным барьерам.
  

     Для закладок, нейтральных в отношении эмиссии, пригодны все открытые и более не используемые в горном производстве шахты. Для закладок по принципу полной изоляции, напротив, пригодны только горные выработки и выемочные штреки в определённых горизонтах. Благодаря заполнению пустот между кусками обрушенной кровли и уплотнению навалов под давлением вышележащих слоев, возникает новая горная связка. Внесённый материал как бы замуровывается в горизонт. Как показывают результаты исследования, проницаемость этого вновь окаменевшего материала находится в хорошем соответствии с показателями горных пород не тронутых разработкой. Однако работающие лавы во всяком случае должны находиться при этом на достаточно большом расстоянии от мест закладки. Для окончательного утверждения вывода о безопасности для окружающей среды закладочного материала с вредными веществами, внесённого в зоны обрушения кровли по принципу полной изоляции, необходимо различать три временные фазы:

• фазу продолжения горных работ с откачкой вод по условию производства,
  
• фазу подъёма грунтовых вод после остановки работ в шахте и прекращения откачки вод,
  
• стационарную конечную фазу после полного затопления шахты.
  

     Фаза подъёма грунтовых вод после остановки шахты является критическим моментом. С одной стороны, благодаря весьма низкой проницаемости этого вновь окаменевшего горного материала для грунтовых вод, выход вредных веществ из закладки маловероятен. С другой стороны, проницательные свойства шахтных сооружений в целом выше. Поэтому, в условиях всестороннего расположения не напитанных слоев, между горизонтами возникает такой гидравлический градиент, при котором вынос вредных веществ с водой из области закладки в шахтные сооружения не возможен. Согласно каталогу допускаемых к захоронению материалов, составленному группой экспертов-исследователей, захоронения отходов должны отвечать следующим важнейшим критериям:

• размещение захоронения в глубоких этажах горного массива минимально на глубине 800 метров для обеспечения требуемого давления,
  
• достаточная мощность подходящих глинистоминералъных слоён боковой породы,
  
• достаточное удаление от таких потенциальных водных магистралей, как шахты, слепые штольни, геологические нарушения,
  
• выбор достаточно хорошо разведанных и удовлетворяющих необходимым требованиям участков шахтных полей.
  

     Что касается закладываемых материалов, то к числу нейтральных в отношении эмиссии относятся прежде всего те виды отходов и мусора. которые земельная служба воды и отходов ещё в 1987 г. характеризовала как не вызывающие опасения. Это, среди прочего, отходы теплоэлектростанций, доменные шлаки, стекольные и керамические отходы, отходы минеральных волокон и асбеста, ряд минеральных шламов. Кроме того к этой же категории материалов можно причислить и другие производственные отходы, если это разрешают сделать результаты специальных исследований на вымываемость. В конечном счёте здесь необходимо подумать и об отходах, вредные вещества которых можно изолировать путём изменения их физического состояния. В целом же список материалов, которые оказываются нейтральными в отношении эмиссии, сравнительно не большой.

     Несравненно больше список остатков и отходов, которые следует закладывать по принципу полной изоляции. Здесь, между прочим, речь идёт о пылеобразных остаточных продуктах сжигания бытовых отходов и шламов очистных сооружений, которые отдельно или в смеси с хвостами флотации, получаемыми при обогащении углей, отправляются под землю. Из области индустриальных отходов в каталоге указаны: старая формовочная земля, пескоструйные и материалоструйные отходы. С повышением содержания вредных веществ в материале, подлежащем захоронению, во всяком случае необходимо учитывать, наряду с экологическими вопросами, технику безопасности горных работ и аспекты гигиены подземного труда, прежде всего с точки зрения возможных геологических нарушений. Как не пригодные к захоронению и исключенные из списка самой угольной промышленностью указаны:

• отходы растительного и животного происхождения,
  
• отходы химических превращений и синтетических продуктов,
  
• радиоактивные отходы и отходы населённых пунктов.
  

     Мы исходим из того, что каталог разрешённых для захоронения материалов со временем может быть постепенно расширен. В процессе поиска новых решений задачи возврата в шахты отходов горного производства и шламов, а также отходов, образующихся при сжигании угля, нами, совместно с обществом горных исследований, разработан новый метод. Сегодня он известен как технология закладки выработок (ВНУ). В отношении техники приготовления смеси и процесса закладки концепт заполнения выработанных полостей по этой технологии базируется на производстве высококонцентрированной пастообразной суспензии из воды и частиц твёрдого вещества. В соответствии с выбранной технологией транспортировки под землю, суспензия приготавливается из материала зернистостью до 5 мм. Для её закачки в зону обрушения позади лавы разработана передвижная система волокушных труб.

     Основой для этой идеи послужило предположение, что приблизительно в 20 м за лавой большую часть пространства, из которого был выбран уголь, занимают рыхлые навалы обрушенной породы в виде несвязанного сыпучего материала. Над ними на глубину равную двух-трёхкратной толщине выбранного пласта угля, простирается разрыхлённый слой кровли. В процессе закладки эти навалы и зоны разрыхлённой породы служат необходимым скелетом, который задерживает заливаемую суспензию и, после впитывания в себя необходимых для перекачки суспензии излишков воды, поддерживает её затвердевание. На горных предприятиях Валсум и Монопол данный способ доведён до уровня внедрения в производство. В числе важных шагов здесь необходимо назвать следующие:

• развитие стабильно схватывающейся высококонцентрированной суспензии из различных отходов,
  
• выработка критериев для оценки свойств материалов и их смесей,
  
• разработка способов закачки суспензии в горизонтальные, наклонные и вертикальные шахтные сооружения,
  
• разработка основ расчёта потери гидронапора,
  
• разработка и испытание системы волокушных труб,
  
• испытание насосов и смесителей для сыпучих материалов и суспензий.
  

     На основе имеющегося опыта горного предприятия Валсум с помощью одного насоса можно закачивать под землю 80 м3 суспензии в час. При длительности работы 20 часов в день производительность составляет 1600 м3 в день. Отходы используются при этом непосредственно как закладочный материал или как материал для подземного строительства. Для того, чтобы оценить свойства материала (с примесями отходов или целиком из них) для подземного строительства, необходимо принять во внимание его взаимодействие с горной массой. С возникновением в теле массива пустого пространства приводится в движение горная масса, если возникающие при этом дополнительные напряжения превысят прочность горной связки. В результате этого происходит некоторое снижение горного напряжения, или горного давления. Если, например, в глубине карбонного горного массива не будет сооружена достаточно прочная опора для поддержки налегающих слоев, то возникает ослабление и, в конечном счёте, обрушение горной массы. Таким образом, возникает задача выбора такой заделки, которая приняла бы на себя нагрузку не слишком рано при высоких давлениях горной массы, однако и не слишком поздно, уже после начала большой подвижности частично ослабленного горного массива. Поэтому необходимо оптимально согласовывать момент закачки закладочного материала с графиком его затвердевания. При этом должны быть также согласованы процессы затвердевания и сжатия зоны заделки.

     Это относится особенно к забутовке пространства за крепью и к соответствующим штрековым перемычкам. В зависимости от условий использования и водоцементного отношения суспензии применяются такие строительные материалы и заполнители, которые проявляют несущие способности сразу, несколько позже или значительно позже момента закладки. Для производства строительных материалов особенно подходят такие классические отходы электростанций, как летучая зола каменного угля и гипс с установки сероочистки дымовых газов. Доля использования золы каменного угля весьма высока. Она составляет около 80% для летучей золы, а для гранулятов и крупнозернистой золы – около 96%.

     Основными областями использования летучей золы являются: производство цемента и бетона, дорожное строительство и строительство плотин, а также приготовление растворов для горного строительства. Грануляты и крупнозернистые золы находят применение при земляных и ландшафтных строительствах, при производстве жжёного и известковопесчаного кирпича, в производстве бетонных изделий или в качестве пескоструйного материала. Гипс сероочистки сушится прямо на месте. Он либо используется вместо натурального гипса, либо перерабатывается в альфа- или бетагидрат. В шахтном строительстве, среди прочего, используются около 800000 т летучей золы в год, большей частью в цементосодержащих материалах, используемых в дамбах и в забутовках.

     В этой связи уместно заметить, что, благодаря применению летучих зол, были найдены рецепты строительных материалов, для которых оказались приемлимыми пневматическая транспортировка и гидромеханическая технология закладки. Дальнейшее развитие метода было нацелено на использование гипса с установок сероочистки или альфагидрата. Их применение привело к созданию быстротвердеющих строительных материалов и к существенному расширению области их использования. В последние годы ускоренно производятся строительные материалы из большого числа таких компонент, как гипс, полугидрат, ангидрид, цемент, известняк и летучая зола. В дополнение к этому следует сказать, что вместо смесей с летучей золой в материалах для подземного строительства широко используются также отсевы золы из топок с кипящим слоем при сравнимых их качествах в отношении угольных и известковых примесей, а также зернистости. Следующим важным моментом является использование порошкообразных отходов, не связанных с производством угля, в материалах подземного строительства с целью освоения новой сферы деятельности для угольного горного производства. На основании многих серий опытов и проверок совместно с исследовательской группой фирмы Хёльтер были найдены рецепты, которые сделали возможным использование порошкообразных отходов, включая золу после сжигания бытового мусора, в стройматериалах для подземного строительства. Таким образом, отпадает необходимость в захоронении этого материала ради защиты окружающей среды. Его переработка производится на крупной установке в Гладбеке. Пыль из фильтров и примесные материалы транспортируются в сухом, пригодном для хранения в бункере состоянии и загружаются в бункер-накопитель. От каждой доставленной партии сырья берутся входные анализы для гарантии:

• точного контроля содержащихся веществ,
  
• сохранения неизменности конечного продукта.