Содержание

Введение

  Природные ресурсы включают землю и недра, растительный и животный мир, лесные и водные ресурсы, воздушный бассейн и климат. Они распределены неравномерно. В результате этого различные районы, страны, регионы и даже целые материки имеют разную ресурсообеспеченность, т.е. соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Этот показатель по каждому виду ресурсов можно выразить либо количеством лет, на которые должно хватить данного ресурса, либо его запасами на душу населения.

  Всю историю существования и освоения природных ресурсов недра земли в научной литературе и на практике рассматривались исключительно как источник минерального сырья, не смотря на то, что с древности человек использовал пещеры, воду, тепло термальных источников, строил подземные сооружения и т. д. Понятие «комплексное освоение недр», т. е. всей совокупности их ресурсов, впервые было выдвинуто акад. Н. В. Мельниковым в начале семидесятых годов прошлого века, т. е. всего три десятилетия назад.

  Акад. А. И. Агошков [1] отмечает, что за короткий период еще не вполне сформировались сущность, смысл и значение нового понятия. Имеются разноречивые суждения, допускаются отождествления понятий «комплексное освоение» и «комплексное использование» недр. Полезное ископаемое является только составной частью месторождения, которое, в свою очередь, представляет лишь один из главных видов полезных ресурсов недр земли. Иными словами это взаимосвязанные объекты–системы разных уровней иерархии, имеющие много общего, но полное отождествление которых недопустимо.

Актуальность темы

  Проблема комплексного и рационально использования природных ресурсов особенно актуальна в донецком регионе. Большое количество технически устаревших государственных угледобывающих предприятий, действующих на сегодняшний день только благодаря государственным дотациям, а так же большое количество накапливающихся в течение последнего столетия отходов не может в дальнейшем оставлять данный вопрос без рассмотрения и принятия определенных решений.

  Целесообразность использования отходов и повышения эффективности угледобывающих предприятий, путем рационально использования ресурсов, обуславливается наличием следующих видов эффектов:

  – в первую очередь экономическим – в результате переработки отходов на строительные материалы (шлако–блоки, тротуарную плитку и т.д.), а так же использование в качестве энергетического сырья шахтного газа CH4;

  – экологическим – несомненно положительной выглядит перспектива переработки отходов, и отсутствия выбросов парниковых газов в атмосферу;

  – социальным – что так же очень важно, занятость большого количества трудоспособного населения.

Цели и задачи работы

  Целью данной магистерской работы является проведение детального анализа и расчета эколого–экономической эффективности затрат на внедрение и эксплуатация технологии использования отходов шахты для производства строительной продукции, строительства дорожного полотна, использования породы для удобрения почвы.

  Главной задачей магистерской работы представляется определение целесообразности внедрения технологии использования шахтной породы для производства строительной продукции.

Краткое изложение результатов магистерской работы

  Комплексное использование сырья в зависимости от конкретной цели можно рассматривать обособленно на любой стадии производства готовой продукции. Но относить его в горном производстве только к завершающей стадии промышленного освоения месторождений – переработке добытого полезного ископаемого (минерального сырья) нецелесообразно. Общеизвестно, что развитие комплексного использования минерального сырья позволяет экономически эффективно вовлекать в эксплуатацию более бедные и не столь прибыльные горнодобывающие предприятия, таким образом, существенно расширяет ресурсы недр, непосредственно оказывает влияние на параметры всех стадий производства, включая геологоразведочные и добычные работы. Экономически оптимальный уровень комплексного использования сырья можно выявить только в рамках системного подхода, при учете всех стадий производства. Таким образом, допустимо говорить как о комплексном освоении, так и о комплексном использовании любого полезного ресурса недр и в отдельности, и всей их совокупности в целом. Причем необходимым обоснованно считается междисциплинарный или мультидисциплинарный подход при исследовании и решении любых генетических или прикладных задач применительно к недрам Земли [2].

  По мере исследования проблемы комплексного освоения недр пополняется и уточняется перечень ресурсов недр, пересматриваются принципы их группировки и классификации, перспективы хозяйственного использования и, соответственно, научные проблемы горных наук.

  Так, акад. М. И. Агошковым два десятилетия назад предложено выделить шесть основных групп ресурсов земных недр по их видам:

  • месторождения полезных ископаемых;

  • горные породы вскрыши;

  • отходы обогатительного и металлургического производства;

  • глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод;

  • внутреннее – глубинное тепло недр земли;

  • природные и созданные человеком (техногенные) полости в земных недрах[1].

Рис. 1, 2 – Породные отвалы

  В работе отмечается неодинаковый уровень развития научных исследований и практических достижений по комплексному освоению отдельных видов ресурсов недр. Наибольшие успехи достигнуты в области комплексного использования только месторождений полезных ископаемых (собственно минерального сырья), практический интерес к освоению горнопромышленных отходов возник только в 1970–х годах. Остальные три группы полезных ресурсов недр до 1980–х годов не входили в комплекс ресурсов недр, являющихся предметом горных наук и горного производства, хотя отдельные примеры успешного их исследования и обособленного (непосредственно не связанного с горным производством) хозяйственного применения в различных отраслях имелись, в том числе в древности.

Рис. 3 – Классификация природных ресурсов (анимация: 6 кадров; 6 циклов повторения; 17 килобайт)

  Другие подходы к классификации ресурсов недр предложены в работах проф. Ю. Д. Дядькина. В частности, в обобщающей работе «Проблемы комплексного освоения недр и использования подземного пространства //Горный журнал, 1990, №7» приведена классификация природных ресурсов недр по их назначению, распространению, и условиям естественного воспроизводства, соответствующая, в основных чертах, развивающая и конкретизирующая общепринятую, более общую, классификацию всей совокупности природных ресурсов, используемую в природопользовании. Такой подход, несомненно, вполне оправдан, поскольку в отличие от таких ресурсных сред, как мировой океан, атмосфера и космос, земные недра обладают не только максимальной плотностью и труднодоступностью, но и наибольшей «ресурсонасыщенностью, т. е. являются превалирующей частью природных ресурсов по их объему, ценности и разнообразию.

  Не смотря на то, что предложенная классификация природных ресурсов недр характеризуется самим автором как упрощенная, весьма важными представляются уточнения перечня ресурсов и принципов их группировки, убедительные эпизодические примеры практического использования человечеством разнообразных ресурсов недр в разные эпохи и, особенно, развитие представлений об особенностях изучения и освоения этой ресурсной среды.

  Чрезвычайно важными, значимыми и вполне оправданными являются следующие предложения, обоснованные в работе автора:

  • выделение в классификации возобновляемых (водные, микробиологические) и, особенно, неисчерпаемых (геотермальные, пространственные, информационные и стройматериалы) ресурсов. До этого общераспространенным было мнение о невозобновляемости ресурсов земных недр, рассматриваемых, по преимуществу, только как вместилище полезных ископаемых;

  • автор подчеркивает тесную взаимосвязь, пространственное взаимопроникновение различных по назначению природных ресурсов, что делает принципиально невозможным абсолютно селективное и полное извлечение из ресурсной среды любого из них без потерь, ущербов качеству и загрязнению, без «непреднамеренного» извлечения других ресурсов;

  • безусловно важным и практически значимым является выделение автором информационных ресурсов о вещественном составе, свойствах горных пород, особенностях строения и условиях проникновения в земные недра, которые накапливаются с древних времен, являются неисчерпаемыми и обеспечивают повышение экономической и экологической эффективности любых горных работ по овладению всей совокупностью богатств земных недр;

  • принципиальное значение имеет уточнение автором терминов «ограниченность» и «невозобновляемость» минеральных ресурсов, означающих не факт строго фиксированного их объема в недрах (запасы воды на Земле тоже не беспредельны), а лишь то обстоятельство, что темпы продолжающегося естественного воспроизводства этих ресурсов намного (на несколько порядков) ниже темпов их потребления. В действительности, в результате геологоразведочных работ, освоения новых районов на континентах и шельфе, а главным образом, как следствие снижения кондиционных требований под влиянием изменений в экономике и успехов технического прогресса в добыче, обогащении и переработке горючих ископаемых и руд, их ресурсы расширяются. Расширение минеральных ресурсов и борьба с их истощением возможны лишь на пути совершенствования горной технологии;

  • отмечая прогрессирующее загрязнение водных ресурсов планеты и возрастающее значение ресурсов подземных вод (особенно пресных), автор к актуальным задачам горной науки относит развитие такой технологии, которая исключала бы опасность катастрофической подработки водоносных горизонтов, их дренирования и загрязнения водных ресурсов. Одновременно необходимо развитие оборотного водоснабжения, использование старых выработок или проходка специальных подземных камер для аккумуляции воды, что, как отмечает автор, считали необходимым еще в древнем Египте;

  • весьма перспективными автор считает неисчерпаемые геотермальные ресурсы недр, идея освоения которых высказана в 1898г. К. Э.Циолковским, развита в 1920г. акад. В. А.Обручевым и подтверждена зарубежными экспериментами 1970–1980–х годов. При этом масштабы будущей геотермальной энергетики почти целиком определяются развитием технологии бурения скважин (на глубину 3–4км), крупномасштабного разрушения горных пород (порядка 0,2–0,3 км3) и управления физическими процессами в горячем горном массиве. В 1977г. фонтан пара из скважины с обширной трещиной гидроразрыва горячих гранодиоритов (3км, 185 °С) положил начало длительным испытаниям первой геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) в штате Нью–Мексико США. В 1983г. там же при гидроразрыве на глубине около 4км при температуре более 300°С создана зона трещиноватости (искусственный геотермальный коллектор) высотой 1150м при ширине 800 и мощности до 150м. Вслед за этим в Великобритании проведен гидроразрыв в Корнуолле с образованием системы вертикальных трещин протяженностью 2,5км. Аналогичные опыты проводятся в Японии, Германии, Франции, готовятся в ряде других стран, в том числе подготавливаются в России Санкт–Петербургским государственным горным институтом (техническим университетом) совместно с Тырныаузским вольфрамо–молибденовым комбинатом, Гипроникелем и ПГО «Недра»;

  • особое внимание автор уделил обоснованию перспектив освоения пространственных ресурсов недр и разработал детальную классификацию природно–технологических систем комплексного освоения подземного пространства по назначению и соотношению природных и технологических элементов, в том числе не связанных с добычей полезных ископаемых. В работах отмечается, что подземное строительство обходится, как правило, дороже, чем строительство аналогичного, по назначению и функциональным параметрам, объекта на поверхности, а по текущим затратам на его эксплуатацию имеет неоспоримые преимущества (энергозатраты сокращаются на 30–50%). Во многих случаях подземный вариант строительства принимается не в целях экономии, а по соображениям безопасности в случае вооруженных конфликтов или террористической угрозы, а также из–за невозможности создания аналогичной системы на поверхности (метрополитены крупных мегаполисов, транспортные тоннели под Ла–Маншем, в высокогорных районах и т. п.) [3]. Никакие наземные конструкции по прочности не могут сравниться с прочностью породного массива [4]. Кроме того, в работах [3,4] подчеркиваются надежность, прочность, долговечность, безопасность и, особенно, экологические преимущества подземного расположения многих объектов и необходимость учета этих обстоятельств в методологии экономической оценки освоения подземного пространства, слабо еще разработанной;

  • наиболее эффективным является совместное комплексное освоение двух и более видов ресурсов земных недр.

Рис. 4 – Установка для использования воды из шахтного отстойника

Рис. 5 – Установка для использования шахтного газа

Выводы

  В результате анализа вышеизложенной информации можно сделать соответствующие выводы о необходимости рационального подхода к освоению и использованию природных ресурсов. Несомненно, важным аспектом внедрения такого подхода, а так же в дальнейшем применения соответствующих технологий, являются социальные, экологические и экономические результаты данных проектов. При наличии соответствующей инфраструктуры, что, несомненно, присуще донецкому региону и юго–востоку Украины в целом, наличии рынков сбыта, целесообразность внедрения технологий использования шахтных отходов не вызывает никаких сомнений.

Список используемой литературы

  1. Агошков М. И. Развитие идей и практики комплексного освоения недр //Горный журнал, 1984, №3. – С.3–6.

  2. Приоритетные направления научных исследований в области геологических, геохимических и горных наук по изучению, освоению и сбережению недр России /В. А.Жариков, Ю. Г.Леонов, Ю. Г.Сафонов и др.; Под ред. В. А.Жарикова. – М.: ИПКОН РАН, 1996. – 213с.

  3. Дядькин Ю. Д. Проблемы комплексного освоения недр и использования подземного пространства //Горный журнал, 1990, №7. – С. 54–57.

  4. Мельников Н. Н. Подземное пространство – важнейший государственный ресурс: эффективность и проблемы освоения //Горный журнал, 1998, №4. – С.11–15.

  5. Горные науки, освоение и сохранение недр Земли /Под ред. акад. К. Н.Трубецкого. – М.: Изд–во АГН, 1997. – 475с.

  6. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Принципы построения экологически безопасных геотехнологий //Горный вестник, 1999, №4–5. – С.

  7. Проблемы комплексного освоения недр и использования подземного пространства //Горный журнал, 1990,–№–7