Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Актуальность темы

Подземная добыча угля сопровождается попутным извлечением из недр значительных объемов породы. В среднем на 1 т угля приходится до 0,7 пустых пород. Общая площадь отведенных земель превышает 2 тыс. га, из которых прудами-отстойниками занято 2400 га, горизонтальными отстойниками и шламонакопителями около 800 га, отвалами – примерно 6000 га. К нарушенным землям отнесено около 15 тыс. га – это площади, занимаемые отвалами, горизонтальными отстойниками и прудами-накопителями, шламонакопителями.

Проведенные на территории Донбасса исследования показали, что отвалы с высотой менее 30 м практически не горят, с высотой до 50 м горят 60% отвалов, до 90 м – 87%, свыше 90 м – горят практически все отвалы [1].

Влияние породных отвалов угольных шахт и обогатительных фабрик на природную среду имеет много аспектов, одним из которых является их тепловое состояние [9].

Контроль теплового состояния породных отвалов производится с целью:

а) своевременного обнаружения очагов самонагревания на действующих отвалах и принятия мер по предупреждению самовозгорания пород;

б) оценки эффективности мероприятий по снижению интенсивности горения породных отвалов;

в) получения исходных данных для разработки проектов тушения или разборки породных отвалов;

г) определения количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу породным отвалом [9].

На действующих негорящих отвалах замеры температур производятся трижды в год (май, июль, сентябрь) на глубине 0,5 м от поверхности. На действующих горящих отвалах замеры температур производятся дважды в год (май, сентябрь) на глубине 0,5 м. На недействующих горящих отвалах замеры температур производятся один раз в год (август – октябрь) на глубине 0,5 м [1].

2. Цель и задачи магистерской работы

Цель работы: заключается в исследованиях формирования и изменениях форм терриконов с течением времени и изучение их качественных показателей на основе геометризации.

Основные задачами работы являются:

  1. Сбор и анализ данных о терриконах и породных отвалах, расположенных на территории действующих и закрытых шахт и формирование базы данных.
  2. Изучение сроков горения породных отвалов.
  3. Оценка вероятности образования зон горения.
  4. Изменение температуры горящих отвалов с глубиной.

3. Научная новизна

Научная новизна магистерской работы состоит в проведении разносторонних исследований терриконов и породных отвалов шахт. Разработка мероприятий по уменьшению негативного влияния породных отвалов на окружающую среду и здоровье населения. Проведение исследований по оценке горения терриконов, изменению форм терриконов.

4. Объект и предмет научных исследований

Объект научных исследований: объектом научных исследований являются терриконы и породные отвалы шахт Донбасса.

Предмет научных исследований: предметом научных исследований являются изучение качественных и количественных показателей терриконов и породных отвалов шахт Донбасса и их влияние на состояние окружающей среды.

5. Обобщение породных отвалов

Угольная промышленность Украины является основным источником получения энергоносителей на государственном уровне. Уголь используется для получения электроэнергии, тепла, как сырье для металлургической и химической промышленности. Для достижения стабильной добычи угля на любой шахте необходимо вести подготовку запасов угля проведением горных выработок. Фактически объем добычи угля полностью зависит от фронта подготавливающих выработок, без которых невозможно ввести в эксплуатацию новые добычные участки. Проведение подготавливающих выработок связано с получением большого количества «пустой» породы, выдачей ее на поверхность и размещением на землях, которые возможно использовать для других целей [3].

Всего при функционировании шахт и обогатительных фабрик на территории угледобывающих регионов складировано около 4 млрд. т породы, которая размещена в отвалах, в том числе – горящих. В этом случае выбрасывается в атмосферу более 300 тыс. т загрязняющих веществ. Ежегодно с поверхности одного террикона выдувается приблизительно 400 т породной пыли и вымывается около 8 т солей. Процессы пылеобразования и газовыделения вредных веществ в атмосферу усиливаются во много раз при горении породных отвалов. В некоторых шахтерских городах (Макеевка, Донецкая обл., шахтоуправление «Холодная балка») плотность размещения породных отвалов такова, что зоны распространения продуктов горения, выветривания и вымывания отдельных отвалов смыкаются между собой и создают зону постоянной экологической опасности. Нормы загрязнения атмосферы нарушаются постоянно – ведь по экономическим причинам практически отсутствуют технологические решения по снижению выдачи породы на поверхность за счет размещения ее в выработанном пространстве [4].

Накопление горнопромышленных отходов в большом количестве и размещение их вблизи от действующей шахты в границах санитарно-защитной зоны, да еще и на территории поселений, является экологически опасным. В дальнейшем, рассматривая экологическую систему «человек – породный отвал – окружающая природная среда» следует остановиться на взаимном негативном влиянии элементов этой системы друг на друга. Результатом антропогенной деятельности является формирование породных отвалов, которые негативно влияют на окружающую природную среду и здоровье человека, в первую очередь. В результате технологических процессов формируются параметры породных отвалов, которые определяют степень их экологической опасности. К ним следует отнести: высоту отвала, площадь основания отвала и объем отвала [7].

Анализируя экологическую ситуацию можно сделать вывод, что Донбасс стал свалкой отходов, в том числе и промышленных. Так, занимая 4,4% площади Украины, третья часть всех промышленных отходов складирована в этом регионе. Объем отходов за последние годы увеличился и составляет 52 млн. т, из которых 24,6 млн.т – токсичные. Главная причина в том, что уровень использования отходов очень низок, а ведь они представляют вторичное сырье, активная переработка которого позволяет решить множество проблем народного хозяйства и социума в целом[10].

За весь период работы угольных шахт в Донецкой области образовалось 582 породных отвала, 132 из которых продолжают гореть, а работы по их тушению практически не ведутся. В эксплуатации находятся 125 терриконов, 60 из которых горят. С терриконов в атмосферу выбрасывается более чем 65 000 тонн вредных веществ в год. Площадь поверхности каждого такого отвала около 0,12 км², а зона распространения продуктов горения простирается в радиусе 3 км. В этом случае в атмосферу попадает большое количество веществ [6].

5.1 Температурная съемка

Основным методом, с помощью которого можно оценить влияние породных отвалов на окружающую среду, является температурная съемка. Вовремя проведенная температурная съемка существенно помогает в принятии необходимых мер по борьбе с очагами горения и особенно при разработке проектов тушения. Результаты измерений заносятся в специальный журнал (рис. 1).

Журнал регистрации температуры пород породного отвала

Рисунок 1 – Журнал регистрации температуры пород породного отвала

При обследовании теплового состояния конусного отвала точки измерения температуры располагаются по 8 образующим на расстоянии по вертикали 10 м по схеме, приведенной на рис. (2а). Точки измерения температуры пород хребтовидного отвала располагаются на расстоянии 20 м в горизонтальной плоскости и 10 м по вертикали по схеме на рис. (2б). Точки измерения температуры пород на плоском отвале располагаются на горизонтальной поверхности на расстоянии 5 м от бровки откоса, и на расстоянии 20 м в горизонтальной плоскости по схеме на рис (2в). Кроме того, если высота яруса более 10 м точки измерения температуры располагаются на откосе на расстоянии 0,5 м по вертикали, и на расстоянии 20 м в горизонтальной плоскости по схеме на рис. (2в). Дополнительные точки измерения располагаются в возможных (видимых) ячейках самонагревания. Измерение температуры осуществляется на глубине 0,5 м от поверхности. 2. В точках, где будет измерен температуру превышающую 45°С, но меньше 80°С, проводится измерение температуры на глубине до 2,5 м [12].

Схемы расположения точек замеров температур на породных отвалах

Рисунок 2 – Схемы расположения точек замеров температур на породных отвалах: а – террикон; б – хребтовидный отвал; в – плоский отвал
(анимация: 6 кадров, 78 килобайт)

5.2 Конические, горящие отвалы

В последние годы были предложены различные технологии снижения вредного влияния горящих отвалов на окружающую среду. Так, исследуя процессы горения пород угольных месторождений, М.П. Зборщик и В.В. Осокин предложили создавать на поверхности отвалов защитный слой из кальцийсодержащих соединений. Для предотвращения самовозгорания и тушения горящих отвалов предлагается использовать гидроксиды и карбонаты Na, К, Са, наиболее полно и эффективно нейтрализующие вещества новообразования, выделение которых инициируется окислительным выщелачиванием в них пирита. При этом достигается не только прекращение экзотермических реакций, но и защита окружающей природной среды вследствие нейтрализации вредных веществ в твердом, растворенном и газообразном состояниях [10,11].

Большой вред природному ландшафту нанесен отсыпкой конических отвалов, высота которых колеблется от 20 до 110…120 м. (рис 3.)

Конический породный отвал

Рисунок 3 – Конический породный отвал

Эти отвалы наиболее склонны к самовозгоранию. В связи с тем что температура внутри породных отвалов очень высокая и процесс горения длится десятки лет, использование тепла может решить одновременно следующие задачи: экологическую, экономическую и социальную. Из-за того что горящие терриконы находятся в непосредственной близости от поселков, населенных пунктов, использование их в качестве низкопотенциальной тепловой энергии является весьма целесообразным [8].Горящий террикон приведен на рис 4.

Горящий породный отвал

Рисунок 4 – Горящий породный отвал

Горящие терриконы, находящиеся на значительном удалении от потребителей тепла наиболее перспективно использовать, когда есть возможность расположить потребителя тепла рядом или преобразовать тепловую энергию в электрическую. Горящие терриконы, находящиеся на значительном удалении от населенных пунктов, наиболее перспективны на данный момент времени с позиции их скорейшего использования (отработка опытной технологии, безопасности, экологической чистоты), так как в процессе отработки смягчаются некоторые требования, предъявляемые санитарно-гигиеническими и экологическими службами. Наиболее перспективным направлением по их использованию является получение электроэнергии и химических продуктов [8].

Выводы

Проанализировав вышеприведенные данные можно четко констатировать тот факт, что шахтные отвалы очень негативно влияют на окружающую среду и человека, при этом еще и занимая большие площади плодородных земель. Крайне необходимо развивать технологии утилизации терриконов, создавая новые высокопроизводительные перерабатывающие комплексы.

Переработка шахтных терриконов также даст новые рабочие места людям, проживающим в шахтерских городах и поселках.

Список источников

  1. НПАОП 10.0-5.21-04 "Інструкція із запобігання самозапалюванню, гасіння та розбирання породних відвалів". Утверждено приказом Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда от 26.10.2004 г. №236.
  2. Уханьова М.І., Хоботова Е.Б. Дослідження радіаційно-хімічних властивостей відвальних горілих порід//Матер.конф. «Сучасні проблеми екології та геотехнологій».- Житомир, 2009.- С. 38-39.
  3. Воробьев Е.А., Грабар Е.В., Лихачева В.В., Сухарь Е.А., Чиглинцева В.В. Перспективы использования породных терриконов. АДИ ГВУЗ "ДонНТУ". Горловка.
  4. Гавриленко Ю.Н., Ермаков В.Н., Кренида Ю.Ф., Улицкий О.А., Дрибан В.А. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины. НОРД-ПРЕСС, Донецк, 2004, 631 с.
  5. Сборник инструкций к Правилам безопасности в угольных шахтах, т.2 – Киев, 2003, – 285 с.
  6. СОУ-П 10.1-00174102.007:2008. Викиди шкідливих речовин з породних відвалів. Надано чинності наказом Мiнiстерства вугільної промисловості України від 29.12.2008 №676.
  7. НПАОП 10.0-5.37-04 Инструкция по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов. Утверждено приказом Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда от 26.10.2004 г. №236.
  8. Саранчук, В.М. Борьба с горением породных отвалов. – К.: Наукова думка, 1978. – 268 с.
  9. Пашковский, П.С. Контроль теплового состояния породных отвалов / Пашковский П.С., Попов Э.А., Яремчук М.А. // Уголь Украины. – 2000.–№ 7. – С. 27–29.
  10. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение экологически вредных проявлений в породах угольных месторождений. – Донецк.:ДонГТУ, 1996.- 178 с.
  11. Воробьев Е.А. Влияние породных отвалов на окружающую среду / Е.А. Воробьев, С.А. Сокирка, Е.А. Сухарь // VI Международная конференция. Варна. – 2010. – С. 83–88.
  12. Воробйов Є.О. Методи вимірювання температури і газів породних відвалів, що горять. / Є.О. Воробйов, М.О. Ніколенко, С.О. Сокирка // V Науково практична конференція «Донбас – 2020». Донецьк. – 2010. – С. 638–643.