Чудновець Вікторія Леонідівна

Факультет: Геотехнологій та управління виробництвом

Спеціальність: Екологія в гірництві

Тема випускної роботи:

Обґрунтування напрямків комплексного використання шахтної породи як вторинного сировинного ресурсу

Науковий Керівник: к.т.н., проф. каф. екології і природоохоронної діяльності Артамонов Володимир Миколайович

Реферат з теми випускної роботи

Вступ

Мета – зниження шкідливої дії на навколишнє середовище за рахунок розробки технологічних рішень з комплексного використання шахтної породи в умовах ДП «Шахта ім. М.Горького»

Задачі:

1. Провести аналіз стану досліджень в даній області.

2. Проаналізувати техніко-економічні, соціальні і екологічні наслідки упровадження запропонованих технологій.

3. Обґрунтування напрямків з підвищення ефективності раціонального використання шахтної породи, як для внутрішньошахтних потреб, так і для народногосподарських цілей.

Об'єкт дослідження – ДП «Шахта ім. М.Горького».

Предмет дослідження – технології для вилучення і закладки виробленого простору.

Методи дослідження – аналітичний, моделювання і прогнозування, статистичної обробки даних, техніко-економічних розрахунків.

Актуальність проблеми

Гірничодобувна промисловість є однією з найважливіших галузей виробництва в нашій країні. Вона як складова частина паливно-енергетичного комплексу України задовольняє значну частину потреби країни в енергетичному паливі і технологічній сировині.

На території Донбасу вже більше 200 років проводиться підземний видобуток вугілля. Шахтні комплекси змінюють до невпізнання природні ландшафти.

На вугледобувних і вуглепереробних підприємствах разом з виробництвом основної продукції (вугіллям, вугільним концентратом) утворюється велика кількість газоподібних, твердих і рідких відходів (шахтний метан, порода, хвости збагачення, стічні води). Вказані відходи негативно впливають на результати господарської діяльності підприємств, оскільки вимагають витрат на їх збір, транспортування, зберігання, а також ускладнюють екологічну обстановку в районах розміщення шахт. Істотний вплив на природне навколишнє середовище робить видача і переробка гірничої маси і порід від проведення гірничих вироблень, які виявляються в занятті земель під відвали, порушенні природного ландшафту земної поверхні, забрудненні атмосфери твердими і газоподібними домішками, забрудненні водоймищ шламовими водами. Кожна тисяча тонн підземної здобичі супроводжується видачею на поверхню 110-150 м³ порід, тисяча тонн збагачення вугілля – складуванням 100-120 м³ порід. Техногенне навантаження на одиницю території в Донецькій області більш ніж в 9 разів перевищує середню по Україні [1].

На території регіону більше 691 териконів. Ґрунти, які запечатані під відвалами і котрі не виконують своєї екологічні функції, на території Донбасу складають кілька тисяч гектарів.

Утилізація відвальної породи – один з напрямків припинення шкідливої дії териконів на навколишнє середовище і відновлення ландшафтів. Окрім відомих способів використання породи з метою отримання будівельних матеріалів і добрив нові напрямки утилізації ще не розроблені. У відвалах вугільних шахт багато запасів деяких металів, сумірних за об'ємом з природними родовищами корисної копалини, отримання яких для України буде економічно вигідним, тим більше що багато з мінеральних ресурсів вже вичерпані. В найближчому майбутньому всі запаси благородних і кольорових металів, залоза будуть вичерпані. Тому саме зараз актуально розглядати відходи гірничого виробництва, як альтернативні варіант поповнення природних ресурсів [2].

Також необхідно залишати у виробленому просторі шахтну породу, щоб вона не накопичувалася в порідних відвалах і не створювала екологічну небезпеку навколишньому середовищу.

Актуальність рішення комплексу задач раціонального використання ресурсів і охорони природи безпосередньо пов'язана із зростаючими масштабами суспільного виробництва, залученням в господарський оборот величезних об'ємів мінерального палива і сировини. Одним з основних чинників, що визначають необхідність подальшого великомасштабного освоєння вугільних ресурсів, є їх домінуюче положення із запасами порівняно з іншими горючими копалинами [7].

У зв'язку з вище висловленим, виникає актуальна наукова проблема розробки теоретичних і практичних основ обґрунтування напрямків використання шахтної породи, як для внутрішньошахтних потреб, так і для народногосподарського комплексу. І визначення параметрів охоронних споруд для виявлення найбільш вигідної, яка буде відповідати умовам шахти.

Наукова новизна і практична цінність роботи

Наукова новизна складається з наступних аспектів:

1. Розробка методики випробування штучної споруди – бутокріплення.

2. Формування технологічних схем охорони підготовчих вироблень із застосуванням бутокрілення.

3. Прогнозування кількості необхідної породи для зведення штучних споруд і вилучанням на поверхню.

4. Пропозиція нових методів комплексного використання шахтної породи.

Практична цінність роботи – застосування бутокріплення, що дозволяє знизити деформації масивів і земної поверхні. Застосування породи в шахті для закладки виробленого простору або зведення охоронних смуг, які дозволяють вирішити складні технічні питання, як запобігання завалам і ендогенним пожежам, зниження температури шахтного повітря, зменшення витрат на ремонт підготовчих вироблень і створення умов для їх безремонтної підтримки.

Огляд існуючих розробок і досліджень по темі

Існує ряд опублікованих статей присвячених даній темі, які публікувалися в журналі «Вугілля України» і «Екологічний вісник». У статтях журналу «Вугілля України» цій проблемі були присвячені наступні статті:

1. Терикони вугільних шахт – джерела сировини для отримання галію, германію, вісмуту.

2. Комплексне вирішення екологічних проблем в крупних промислових регіонах.

3. Отримання високоякісного палива з порідних відвалів.

4. Перспективи і напрямки розвитку вугільної промисловості.

5. Утилізація відходів господарської діяльності вугільних підприємств.

6. Схема закладки виробленого простору шахт за допомогою нетрадиційних засобів.

7. Деякі особливості горіння териконів Донбасу і т.д.

У джерелі літератури [2] приведені дві принципові схеми комплексної безвідходної утилізації відвальної породи.

По першій схемі утилізації передбачає можливість отримання з відвалів галію, германію, вісмуту з сульфідів, відокремлених від решти породи методом флотації. По другій схемі отримання металів здійснюється зі всієї відвальної породи шляхом біохімічного окислення піриту, що змінюється в ній.

Були також деякі розробки по даній проблемі мого наукового керівника зі своїми попередніми студентами: розроблені технологічні схеми кріплення з використанням породи для різних гірничо-геологічних умов, і змодельовані елементи кріплення цих схем; запропоновані методики ухвалення технологічних рішень з використання породи відвала; був зроблений прогноз зміни параметрів порідних відвалів вугільних шахт; запропоновані заходи щодо зниження негативної дії порідних відвалів на навколишнє середовище.

Тема моєї магістерської дуже актуальна на сьогоднішній день, але достатньо не вивчена, оскільки вимагає значних матеріальних вкладень, тому що окремі процеси маловідхідної технології вуглевидобування (наприклад, перехід на повну закладку) можуть виявитися в межах окремої шахти дорожчими, ніж при звичній технології (наприклад, при видачі і складуванні породи у відвали на поверхні).

ОСОБЛИВОСТІ РЕАЛІЗАЦІЇ СИСТЕМИ ЗАХОДІВ ЩОДО КОМПЛЕКСНОГО ВИКОРИСТАННЯ ШАХТНОЇ ПОРОДИ В УМОВАХ ДП «ШАХТА ІМ. М.ГОРЬКОГО»

В основних напрямках економічного і соціального розвитку України вказується на необхідність широко використовувати комплексну переробку сировини, ресурсозберігаючу техніку, маловідхідну, безвідходну і енергозберігаючу технології. Ці задачі мають особливо важливе значення для вугільної промисловості, оскільки попутно з вугіллям видобувається велика кількість породи, яка в основному своєму об'ємі видається на поверхню і складується у відвалах.

Транспортування породи по гірничих виробленнях, видача її на поверхню і складування, як відомо, пов'язані із значними витратами матеріальних і трудових ресурсів.

В той же час повне використання відходів, одержаних при видобутку вугілля, не тільки сприяють збереженню навколишнього середовища, але і створює передумови для підвищення ефективності роботи вугільних підприємств.

Найважливішим споживачем повинна стати сама шахта, технічну політику якої потрібно засновувати на використанні породи для зведення різного роду опор з метою утримання бокових порід і для вирішення задачі запобігання небажаним проявам гірничого тиску. Гірничогеологічна база вугільних родовищ і стану шахтного фонду, що в той же час погіршується, вимагають рішення ряду фундаментальних задач інженерного і виробничого характеру, які можуть бути найефективніше здійснені шляхом закладки виробленого простору шахтною породою [4].

Так, застосування породи в шахті для закладки виробленого простору або зведення охоронних смуг дозволяє вирішити складні технічні питання.

Позитивний досвід закладки виробленого простору породою є на ДП «Шахта ім. М.Горького». Тут здійснюється виїмка законсервованих запасів вугілля під центральним районом міста Донецька. Закладка виробленого простору здійснювалася роздробленою породою пневматичним способом. Виїмка законсервованих запасів вугілля з охоронного целіка дозволила одержати економічний ефект у розмірі декількох сотень тисяч гривень.

На шахті також порода використовується для зведення штучних споруд, які служать для охорони прилеглих вироблень або створення безпечних умов їх погашення.

Тип штучної споруди його параметри залежать від властивостей порід і умов прояву гірничого тиску. Використовують наступні види штучних споруд: литі смуги, залізобетонні тумби, органну кріпь, багаття з круглого лісу, бутові смуги [5].

Згідно паспорта лав, які розробляються на ДП «Шахта імені М.Горького» використовуються бутові смуги для охорони конвейєрного і вентиляційного штреків.

Охорона вентиляційного штреку здійснюється бутовою смугою завдовжки 15 м породою, використовуваною від підривання грунту вентиляційного штреку. Охорона конвейєрного штреку здійснюється бутовою смугою завдовжки 22 м.

Достоїнства способу охорони:

1. Створення підпору основної крівлі.

2. Можливість залишення породи від проведення і ремонту вироблень в шахті.

3. Зменшення витрати лісу і інших дорогих матеріалів [6].

Залишення породи в шахті приносить не тільки екологічний ефект, але і економічний, оскільки немає необхідності доставляти породу на поверхню, складувати у відвал.

На поверхні шахтна порода може бути використана в різних народногосподарських цілях.

Відходи гірничого виробництва не втрачають народногосподарську значущість і можуть бути використані як сировина для виробництва продукції. З відвальної маси, наприклад, можна одержувати будівельні матеріали і вуглеудобрення. За даними І.Ф.Галушки, в 1 тонні породи, яка складається в терикони Донбасу міститься (у кг): вуглецю – 16-62; азота – 0,2-21,1; фосфора – 0,4-19,0; калія – 4,7-37,0; кальцію – 4,8-11,4; меді – 0,5-20,0; сірки – 0,1-85,0; цинку – 0,1-20,0; молібдена – до 1,0; галлія – до 5,0; кремнію – 35,7- 740; алюмінію – 54,0-343,0; титана – 2,0-21,4; никеля – 0,1-2,0; кобальта – 0,1-0,3; барія – 0,3-8,0; беріллія – 0,5-1,0; скандія – до 3,0; свінца – до 3,0; олова – до 0,3; хрома - 0,2-3,0; ванадія - 0,4- 4,0; цирконію - 0,1-3,0; стронция - 0,1- 6,0; магнія - 2,0-22,4.

Шахтна порода може бути використана як сировина для металургії, оскільки у відвалах в підвищених концентраціях є галій, германій, вісмут (0,002, 0,002, 0,007% відповідно).

Вісмут – це сріблясто-білий метал, крихкий, легкоплавкий. Розплав вісмуту – теплоносій в ядерних реакторах. З'єднання вісмуту – пігменти, флюси у виробництві кераміки, скла, терпких і антисептичних засобів в медицині.

Германій – матеріал, який використовують для електронних приладів, компонент сплавів, матеріал для лінз в інфрачервоних приладах, детекторів іонізуючого випромінювання [2].

Відвальна порода може служити також сировиною для отримання алюмінію. Al₂O₃– потенційне джерело сировини для алюмінієвої промисловості, оскільки можливе отримання з нього «вторинного» глинозему, а глинозем широко використовується для отримання технічної кераміки.

У інших галузях народного господарства породи відвалів можуть бути використані для пристрою полотна шосейних доріг, баластного шару під під'їзні шляхи для промислового транспорту, при виробництві будівельних матеріалів, як сільськогосподарські добрива.

Найбільшу цінність при споруді доріг і для виробництва будматеріалів мають горілі порідні відходи. Горілі породи використовують для будівництва автодоріг з асфальтобетонним покриттям.

Особливе місце у виробництві виробів з горілих порід займають кріпильні бетоніти, тобто блоки різної форми, величини і маси, що застосовуються у вугільній промисловості для кріплення підземних гірничих вироблень.

Основною техніко-економічною перевагою розвитку виробництва будівельних матеріалів на основі утилізації порідних відходів як одного з напрямків комплексного використання родовищ є: розширення сировинної бази шляхом заміни дефіцитної сировини, яка привозиться, дешевим місцевим; наближення місць виробництва будівельних матеріалів до місць їх споживання і, як наслідок, зниження транспортних витрат на перевезення сировини; концентрація здобичі різних видів мінеральної сировини на одному підприємстві; зменшення витрат на здобич, дроблення і помел початкової сировини.

Позитивні аспекти прогресивних малодвідхідних технологічних схем вуглевидобування оцінюються з двох позицій:

1) прямої – утилізації в народному господарстві попутних продуктів вуглевидобування – для виготовлення будматеріалів (цеглина, блоки), як добрива; для вироблення тепла (спалювання каптуючого газу) і очищених шахтних вод для виробничих потреб шахти і для зрошування земель;

2) непрямої – штучного зменшення об'єму виходу шкідливих відходів вуглевидобування.

Проте облік всіх можливих негативних і позитивних наслідків переходу на маловідхідну технологію вуглевидобування показує, що в масштабі регіону або країни в цілому, деяке підвищення витрат на скорочення виходу відходів компенсується загальнодержавним економічним і екологічним ефектом.

У свою чергу зменшення об'ємів складованої породи скорочує потребу в площах під відвали, скорочує витрати на складування породи і знижує викид в атмосферу шкідливих відходів порідних відвалів – аерозолів і газів. Таким чином, в гірничій промисловості необхідно: впроваджувати розроблені технології з повної утилізації відходів; ширше застосовувати геотехнологічні методи розробки родовищ корисної копалини, прагнучи при цьому до вилучення на земну поверхню тільки цільових компонентів; використовувати безвідходні методи збагачення і переробки природної сировини на місці його здобичі.

Поточні і плановані результати по темі

Результати роботи дозволять:

1. Запобігти негативній дії гірничої промисловості на навколишнє середовище.

2. Використовувати розроблений комплекс прогресивних маловідхідних технологічних схем вуглевидобування.

Плановані результати по темі полягають в можливості використовування результатів роботи, як для внутрішньошахтних цілей, так і для народногосподарського комплексу.

Результати магістерської роботи можуть бути корисні для подальших досліджень даної проблеми.

Висновки

Зниження негативного впливу виробничої діяльності на навколишнє природне середовище є однією з основних задач еколого-економічної діяльності шахти.

Накопичення відходів і забруднення ними природного середовища у зв'язку з розвитком продуктивних сил не є неминучою закономірністю. Навпаки, досягнення наукове-технічного прогресу, розвиток науки і техніка створюють необхідні передумови для ефективного вирішення проблеми відходів і запобігання їх негативній дії на природне середовище. Проте в проведенні робіт в цій області є великі труднощі, оскільки тут перетинаються задачі різних галузей і відомств. Проблема комплексного і багатоцільового використовування відходів при всій її актуальності ще мало вивчена.

Залучення в круговорот як можна більшого числа всіх твердих відходів бажано не тільки для того, щоб уповільнити виснаження високоякісних ресурсів, але і для того, щоб зменшити згубну дію на навколишнє середовище і знизити витрати на ліквідацію збитку від забруднення.

Список джерел

1. Чудновец В.Л., Артамонов В.Н. Комплексное использование породы как вторичного сырьевого ресурса// Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр» (24 листопада 2008 р.). – Донецьк: ДонНТУ, 2008. – C. 53-56.
2. Смірний М.Ф., Зубова Л.Г., Зубов О.Р. Екологічна безпека териконових ландшафтів Донбасу: Монографія. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2006. – C. 182–202.
3. Жуков В.Е., Выстороп В.В. , Колчин А.М., Григорюк Е.В. Малоотходная технология добычи угля. – К.: Техника, 1984. – C. 7-9.
4. Чудновец В.Л., Артамонов В.Н. Особенности реализации системы мероприятий по комплексному использованию шахтной породы в условиях ГП «Шахта им. М.Горького»// VII Международная научная конференция аспирантов и студентов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Т.2 – Донецк: ДонНТУ, 2009. – C. 144-146
5. Братишко А.С., Гавриш Н.Н., Пилюгин В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов. – Донецк: «ЛИК», 1997. – C. 145-150.
6. Чудновец В.Л., Артамонов В.Н. Анализ воздействия ГП «Шахта им.М.Горького» на окружающую среду// Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр» (24 листопада 2008 р.) - Донецьк: ДонНТУ, 2008. – C. 60-63.
7. Архипов Н.А., Ельчанинов Е.АК., Горбачев Д.Т. Добыча угля и рациональное природопользование.- М.: Недра, 1987. – C. 177-236.
8. Бакка М.Т., Гуменик І. Л., Редчиць В.С. Екологія гірничого виробництва: Навчальний посібник. – Житомир: ЖДТУ, 2004. – C. 272-278.
9. Дузь А.И. Охрана среды и использование отходов угольного производства/ А.И. Дузь, Б.В. Пичугин, И.И. Дуденко. – Донецк: Донбас, 1990. – C. 14-34.
10. Николин В.И., Матлак Е.С. Охрана окружающей среды в горной промышленности. – К.: Д.: Вища школа. Головное издательство, 1978. – C. 172-186.
11. Перспективные напраления утилизации отходов и сжигания углей. http:////waste.com.ua/cooperation/2008/theses/buravchuk.html.