Источник: Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр» (24 листопада 2008 р.) – Донецьк: ДонНТУ, 2008. – С.41-44
Отвалы породы занимают тысячи гектаров земли, а вследствие горения значительного их количества интенсивно загрязняется атмосферный воздух. На целом ряде шахт породные отвалы исчерпали свою мощность, некоторые вышли за пределы отведенной земли и требуют отвода новых земель. Усложняет ситуацию отсутствие государственных актов на отведение земли под породные отвалы, а также неопределенность их площади.
Специфика подземной добычи угля состоит в том, что на каждые 1000 т добытого угля (мировые данные) на поверхность выбрасывается до 12 кг угольной и породной пыли, 50–570 тыс. м3 метана, 7,5–15 тыс. м3 углекислого газа, около 5,5 тыс. м3 окислов, образующихся при взрывных работах, 1,5–9 тыс. м3 шахтных вод, 210–300 т (а в Донбассе до 800 т) породы. В результате, на территории Донецкого бассейна, сейчас насчитывается около 1260 терриконов техногенных месторождений. Ежегодный объем горной 41 массы, выдаваемой в отвалы, составляет около 30 млн. м3, а их общий объем в Донбассе превышает 2 млрд. м3. Одним из таких горнодобывающих предприятий является ГОАО «Шахта имени В.М.Бажанова», на которой количество шахтной породы, вывозимой на отвалы с каждым годом увеличивается. Поэтому необходимо внедрение технологий, который не будут допускать загрязнение окружающей среды или хотя бы будут снижать катастрофической воздействие.
Анализ химического состава ряда породных отвалов Донецкого региона также позволяет оценить количественный состав элементов, представляющих интерес для извлечения и дальнейшей переработки.
Для применения в производстве строительных материалов наибольший интерес представляют отходы углеобогащения, характеризуемые наименьшими колебаниями состава и свойств. Содержание угля, не выделенного в процессе обогащения, может достигать 20%. Отходы углеобогащения представлены обычно в виде кусков крупностью 8-80 мм. Промышленность строительных материалов Украины способна широко и эффективно использовать многотоннажные шахтные горелые породы. Инновационные исследования показали, что кроме вяжущего на основе горелой породы, могут быть получены бесцементные плотные, и ячеистые 42 автоклавные и безавтоклавные бетоны для широкой номенклатуры изделий: стеновых наружных блоков, стеновых внутренних блоков, перегородок, плит перекрытия, фундаментных блоков. Уже сейчас стройиндустрия все в большей степени ориентируется на производство кирпича из шахтной породы. Такой кирпич имеет рекордно высокие показатели механической прочности, морозостойкости и водонепроницаемости, и его производят во многих странах. По следующей технологии, породу, поступающую с углеобогатительной фабрики, сначала тщательно измельчают (крупность частиц менее миллиметра), затем увлажняют до 8 процентов и подают в пресс, который формует кирпичи. Далее они нагреваются до температуры 850-900°С, с тем чтобы частички угля, находящиеся в массе, полностью выгорели. Это, между прочим, приводит к равномерному и глубинному обжигу кирпича. Использование отходов угледобычи позволяет снизить расход топлива на 75% и обойтись без глины. Далеко не все терриконы могут дать сырье для кирпича. Так, например, из каждых 20 обследованных терриконов в Донбассе пригодными оказались лишь 5—6. В остальных отвалах сырье имело большую влажность, чем предъявляет технология. У нее же весьма строгие требования к исходной массе.
Если в качестве основного керамического сырья используются аргиллиты, алевролиты или другие породы, изделия из которых после обжига имеют неудовлетворительную структуру, неморозостойки и обладают неудовлетворительными теплоизоляционными свойствами, то углесодержащие отходы применяют в качестве поризующих и отощающих добавок, которые вводятся в шихту в количестве 30-40%. Для этой цели эффективны породы с максимальным количеством выгорающей части и большим содержанием летучих соединений, которые в процессе обжига не участвуют, так как удаляются с дымовыми газами раньше температуры их воспламенения.
Одним из эффективных источников сырья для производства местных низкомарочных цементов могут быть старые перегоревшие шахтные терриконы. Основанием для использования горелых горных пород из терриконов является их гидравлическая активность, их способность набухать при взаимодействии с известью с образованием гелеобразных соединений, склонных к последующей кристаллизации и отвердеванию. В основе возникновения активного состояния углистых горелых пород лежит изменение глинистого вещества при нагревании в процессе горения терриконов, сопровождаемое пироактивацией ряда минеральных примесей. Твердение горелых пород с известью и гипсом – комплексный сложный процесс, зависящий не только от химического состава компонентов, но и от 43 степени дисперсности и в значительной степени от физико-химической природы твердых тел, прошедших самообжиг.
Горелые породы, имея достаточную гидравлическую активность, обладают скрытыми гидравлическими свойствами, которые выявляются в смеси с известью, цементом, доменным шлаком и другими вяжущими веществами. Составные части этой смеси должны иметь высокую удельную активность, то есть быть тонко измельчены, поскольку цементирующие новообразования получаются в результате коллоидно-адсорбционных явлений, обуславливающих схватывание и твердение, ускоряемое гидротермальной обработкой.
С помощью биологических методов можно извлекать из части угольных отходов пиритную и органическую серу, различные металлы (Mn, Ni, Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- и азотсодержащие соединения. Очистка угля может осуществляться за 6 суток на 93 % при применении термофильных бактерий и 18 суток мезофильными бактериями.
Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв, разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации сельского хозяйства.
Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы, могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно использованы для сжигания и газификации. Возможно сжигание высокозольных отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за счет отходящих газов.
Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду.