Рисунок 1 — Основні фактори негативного впливу породних відвалів на навколишнє природне середовище.

2. Наукова значимість та практична цінність результатів роботи

Наукова значимість даної магістерської роботи полягає в тому, що, виконавши поставлені завдання, буде оцінений економічний і екологічний ефект від впровадження пропонованої технології. Як практична цінність результатів досліджень планується впровадження екологічно значимих заходів на підприємства України.

3. Ціль та задачі роботи

Ціль: Розробити заходи щодо підвищення екологічної безпеки переробки відходів вуглезбагачення з розширенням сортаменту продукції й оцінити їхній вплив на навколишнє середовище

Для досягнення поставленої цілі планується виконати наступні задачі:

• Проаналізувати вітчизняні й закордонні розробки по підвищенню екологічної безпеки переробки відходів вуглезбагачення;

• Дати характеристику хімічним продуктам, які втримуються у вуглевідходах;

• Розглянути традиційні варіанти переробки відходів вуглезбагачення;

• Зробити оцінку доцільності впровадження запропонованої мною технології переробки відходів вуглезбагачення;

• Розрахувати економічний і екологічний ефект від впровадження запропонованої мною технології вторинного використання відходів вуглезбагачення;

4. Огляд досліджень і розробок по темі

4.1 Огляд на локальному рівні

Робота донецьких учених стала відкриттям, що по-науковому звучить досить мудро: «Явище виділення іонітної сірки з породи під дією тіонових бактерій». Відкриття поклало кінець розхожій помилці, що стала догмою, так називаної кисневої теорії самозаймання вугіль і териконів. Згідно цієї теорії вважалося, що вугілля й порода займаються через окислювання киснем. Нічого подібного. Як тільки вугілля витягається з надр, на ньому утворюється плівка зі сполук кисню, що перешкоджає подальшому окислюванню. Вона дуже міцна, блокує навіть включення газу метану. Однак пірит — хімічно стійка сполука й від взаємодії з повітрям не запалюється. Навіть якщо в лабораторних умовах під високим тиском нагнітати на пірит чистий кисень, загоряння не буде.

А взагалі відкриття донецьких учених вписується в концепцію глобальної енергії. Загоряння вугілля й породи — прояв тієї енергії, що природа колись затратила спочатку на створення біомаси, а потім на її занурення, покриття шаром ґрунту й процес вуглеутворення. Тіонові бактерії цю енергію здатні повернути назад у навколишнє середовище.

Володимир Осокин і Михайло Зборщик не обмежилися цим відкриттям. Вони стали міркувати, як же запобігти самозайманню, через яке на вугільних підприємствах України відбувається мінімум 15 пожеж у рік, через що не тільки підвищується рівень забруднення навколишнього середовища, але й виникає безпосередня загроза життю людей. Справа в тому, що при самозайманні в товщі териконової породи вигорає вуглефікована речовина, і утворяться порожнечі. Трапляється, що інколи провалюються люди. Ще не так страшно, якщо усередині порожнечі температура нормальна, тоді є хоч якийсь шанс на порятунок. А якщо там нестерпний жар? Один раз у Луганській області у вогненну діру на териконі провалився бульдозер. Ні від людини, ні від машини нічого не залишилося [6].

4.2 Огляд на національному рівні

Шахтне виробництво нерозривно пов'язане з утворенням великої кількості відходів. Для вугільної промисловості характерний досить істотний забруднювач навколишнього середовища — гірські породи, що накоплюються у відвалах. Вони займають сотні гектарів землі, та є джерелом забруднення атмосфери пилом і шкідливими газами (при горінні).

Дослідження відвальної маси, проведені інститутом, показали, що в ній утримується від 5 до 20% вугілля.

Одним з основних напрямків використання гірських порід, що добувають, на шахтах є закладка виробленого простору. Найбільше поширення закладка виробленого простору одержала при виїмці вугілля під забудованими територіями, промисловими спорудженнями, при розробці шарів із породами, і шарів, схильних до раптових викидів вугілля й газу, а також з метою протипожежних заходів.

З погляду використання гірських порід для різних цілей становить певний інтерес їхня характеристика (хімічний й мінералогічний склад, фізико-механічні властивості).

Роботи з використання відходів вугільного виробництва, що утворюються при виїмці вугілля і його збагаченні, проводяться в наступних напрямках: витяг горючих складових; відділення піщанистої складової від глинистої й роздільне їхнє використання; одержання легких заповнювачів (аглопоритового гравію, аглопоритового піску й т.п.), добавки в масу при виробництві цегли; одержання цегли із глинистих порід; одержання заповнювачів для легких бетонів автоклавного твердіння; закладка виробленого простору шахт; одержання будівельних матеріалів; використання як при спорудженні шосейних доріг і насипів [4].

4.3 Огляд на світовому рівні

В 2001 році Російсько-Британський консалтинговий центр, створений для допомоги в реструктуризації наших підприємств вугільної галузі, запропонував створити дві електростанції на основі технології спалювання породи териконів з незначним додаванням вугілля. Це дозволило б переробити 100 млн. тонн порожньої породи, що нині горить і отруює атмосферу вуглецевими окисами. Вивільнилися б і значні площі родючих земель. Одну електростанцію планувалося побудувати у Новошахтинські, другу — на площадці шахти «Садкиньська», на стику Белокалитвеньського й Усть-Донецького районів. Генеральний директор Сергій Дорошенко навіть переконав керівництво «Гонконг Шанхай Банк», що вирішило вкласти в проект 250 млн доларів США, почалася розробка схеми фінансування. Але по якихось таємничих причинах вся витівка розвіялася.

Америка, Польща, Німеччина, чому там не видно териконів? Так тому, що вони цю породу переробляють, змішують її з піском, іншими добавками й закладають вироблений простір. Для нас це не новина, у нас в 1975-1976 роках на шахті ім. Горького працювала така установка по закладці. Було прийняте рішення уряді для шахт Центрального Донбасу розробляти проекти на будівництво закладних комплексів. У Японії з териконів витягають рідкоземельні елементи, германій та ін. [7].

5. Основні дослідження та результати

5.1 Аналіз представлень про причини самонагрівання й загоряння гірських порід

За даними практики, самонагрівання гірських порід являє собою геохімічний процес, що супроводжується виділенням сірчаної кислоти й сульфатів заліза. Утворення цих речовин можливо тільки внаслідок окисного вилугування піриту при участі вологи й розчиненого в ній кисню. Спільність схильних до самозаймання вугіль, деяких порожніх порід вугільних родовищ і сульфідних руд полягає в тому, що вони містять мінеральну сірку. Якщо першопричиною самонагрівання гірських порід є окисне вилугування піриту, що втримується в них, то можна затверджувати єдність природи їхнього самозаймання. Слід зазначити, що схильні до самозаймання бурі вугілля, торфи й горючі сланці також містять сірку мінерального походження.

Також вважається доведеним участь у вивітрюванні сірчаних і сульфідних родовищ тіонових бактерій, продуктами життєдіяльності яких є сірчана кислота й вторинні сульфатні мінерали. Такі ж бактерії є у вугільних родовищах. Вони представлені в основному двома видами: Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans. Провідна роль в окислюванні сульфідних мінералів належить бактеріям Th. Ferrooxidans [6].

Рисунок 2 — Мікрофотознімок бактерій Thiobacillus ferrooxidans

Рисунок 3 — Мікрофотознімок бактерій Thiobacillus ferrooxidans

5.2 Використання води з добавками для запобігання самозаймання гірських порід

При гасінні гірських порід повинне відбуватися їхнє охолодження й нейтралізація шкідливих речовин новотвору. Охолоджувальна дія води є загальновідомо. За даними проведених досліджень [5], гідроксиди й карбонати Na, K, Ca мають універсальні здатності нейтралізувати в породах речовини новотвору, у тому числі найбільш хімічно активні речовини — сірку й сірчану кислоту.

Відомо, що NaOH і Na2CO3 не розкладаються при нагріванні до температури більше 500°С. Температура дисоціації Ca(OH)2 і CaCO3 залишається, відповідно, близько 540 і 600°С. Тому вони можуть бути ефективно використані як для запобігання й припинення процесів самонагрівання гірських порід, поглинання шкідливих газів шляхом зрошення їхньої поверхні, так і ліквідації вогнищ горіння шляхом активного охолодження їхніми розчинами або суспензіями й зв'язування при цьому небезпечних і шкідливих речовин новотвору.

5.3 Використання вуглевідходів у якості дорожньо-будівельного матеріалу

Можливості застосування горілих порід у виробництві будівельних матеріалів досить різноманітні. Вони знаходять широке застосування в дорожнім будівництві. У Донбасі, наприклад, горілі породи використовуються при устрої нижнього шару двошарових основ під асфальтобетонні покриття. При цьому конструкція дорожнього одягу наступна: асфальтобетонне покриття — 4-9 см, щебенева або жужільна підстава — 12-20 см, підстильний шар з горілої породи — 10-18 см. До горілих порід як матеріалу для основ доріг пред'являються наступні вимоги: щільність у шматку — не менш 2 г/см3, водопоглинання — не більше 5%, зношення в барабані — не більше 35%, вміст пилоподібних часток — не більше 3%.

При задовільних фізико-механічних властивостях горілі породи використовують не тільки для нижніх, але й для верхніх шарів основ, а також нижнього шару покриття.

Найбільш ефективно використовується горіла порода після обробки органічними в'язкими.

Застосування вуглевідходів у земляному полотні в цей час є найбільш ефективним, оскільки практично не вимагає додаткової переробки відходів, а обсяги матеріалу для насипів потрібні значні.

За для одержання матеріалу, придатного для основи, пропонується наступна технологія. Горіла порода териконів дробиться, у результаті чого слабопрочна складова руйнується й після просівання в складі фракції менш 2 мм видаляється у відвал, великоуламкова фракція, що залишилася, піддається другому етапу дроблення до виходу 30-40% мілкозема. Потім отримана суміш активізується добавками 3-10% вапна або цементу. У якості активізатора можна застосовувати граншлак, деякі інші види неорганічних в'язких. Отриманий з такої суміші після зволоження й ущільнення шар у розрахунковий період має досить високий модуль пружності — 300-600 Мпа, що дозволяє застосовувати його в конструкціях дорожніх одягів будь-яких технічних категорій.

1 — конструкція дорожнього одягу; 2 — укріплене узбіччя; 3 — вуглевідходи; 4 — захисний шар із подріблених вуглевідходів.

Рисунок 4 — Конструкція насипу з вуглевідходів.

1 — конструкція дорожнього одягу; 2 — укріплене узбіччя; 3 — захисний шар із глинистих ґрунтів; 4 — пожежобезпечний прошарок; 5 — вуглевідходи; 6 — захисний шар із подріблених вуглевідходів.

Рисунок 5 — Конструкція насипу із вуглевідходів з пожежобезпечним прошарком.

При конструюванні насипу з вуглевідходів важливе місце приділяється заходам, що попереджають високотемпературний саморозігрів. Розрахунки пожежобезпечних елементів показали, що самозаймання вуглевідходів залежить від їхньої зольності, марки або збагачуваного вугілля, енергії активації й деяких інших параметрів. Для земляного полотна автомобільних доріг установлена критична товщина слояв 5,2-12 м. При перевищенні цих розмірів у тілі насипу з вуглевідходів передбачається пристрій пожежобезпечних прошарків з ґрунту, а також ізоляція укосів шаром такого ж ґрунту товщиною не менш 0,15-0,40 м (рис.5), або іншим матеріалом, що перешкоджає надходженню атмосферного кисню в структуру вуглевідходів.

Особливості технологій будівництва насипів з вуглевідходів в основному пов'язані з необхідністю ліквідації потенційної просадочності й створення щільної бездеформативної структури із заданим змістом мілкозема. Складні інженерно-геологічні умови, можливість підтоплення й навіть затоплення земляного полотна вимагають створення максимально плотної структури по всьому об'ємі насипу.

Висновок

Застосування вуглевідходів шляховиками Донбасу дозволить одержати значний економічний ефект. Крім того, у галузі скоротяться витрати на утримування відвалів; у сільському господарстві зменшаться втрати родючих земель, що вилучають під складування відвалів. Значний також природоохоронний ефект, що сприяє поліпшенню екологічної обстановки Донбасу.

Перелік використовуваної літератури

---

1. Эколого-экономическая оценка использования твердых углеотходов Восточного Донбасса—Москва: МГУ, 2010 – 127с. [электронный ресурс].— Режим доступа: http://www.mydisser.com

2. ГОСТ 3269-87. Щебень из природного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытаний. М., 1987.

3. УкрНИИ Углеобогащение. Отчет по теме “Исследование свойств отходов обогащения углей и породных отвалов в Донецком и Львовско-Волынском угольных бассейнах”. Луганск, 1984.

4. Цыганков В.Н., Михович А.С. Отвальная порода углеобогащения как строительный материал для плотин, дамб // Сборник научных трудов. — 2005. — № 3— C.762-765.

5. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение самовозгорания горных пород.—К.: Техника, 1990.—176с.

6. Зборщик М.П., Осокин В.В. Горение пород угольных месторождений и их тушение.—Донецк.: ДонГТУ, 2000.— 179с.

7. Папуна Н. В. Переработка терриконов методом агломерации [электронный ресурс].— Режим доступа: http://www.masters.donntu.ru

8. О.В. Целуйко К опросу использования отходов углеобогащения [электронный ресурс].— Режим доступа: http://www.masters.donntu.ru

9.Меркулов В.А. Охрана природы на угольных шахтах.—М.: Недра, 1988..—320.

10. Краткая химическая энциклопедия.—Т.1.—М.: Советская энциклопедия, 1961.—1262 с.

---

Важливе зауваження

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2011 р. Повний текст роботи матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

© ДонНТУ 2011 Коршунова Н.С.