ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат з теми выпускної роботи

Зміст

Вступ

Провали в Березниках – просідання грунту і техногенні землетруси на території Верхнекамского родовища калійних і магнієвих солей [1].

Березники і Солікамск, другий і третій за величиною міста Пермського краю, розташовані на шахтних виробках Верхнекамського родовища.

На даній території підприємство «Уралкалій» веде видобуток мінеральної сировини для отримання калійних добрив, магнієвого виробництва, технічної та харчової солі [2]. Галітові відходи виробництва є джерелами забруднення навколишнього середовища. Солеотвал СКРУ-2 м. Солікамська являє собою насипний вал з галітових відходів і має наступний склад (у мас.%): 90,55 - 94,54 NaCl; 3,20 - 7,34 KCl; 1,34 - 1,48 CaSO4; 0,07 - 0,08 MgCl2 [3].

З метою зниження негативного впливу на навколишнє середовище, солевідвали обладнані протифільтраційними екранами і по периметру обмежені контурними дамбами. Для збору розсолів передбачені розсолосборнікі та насосні станції. Однак, вимивання, перенесення частинок вітром може призводити до збільшення концентрацій солей в грунті і за кордоном солевідвалів [2].

У 1930-му році були побудовані перші рудники спочатку у Солікамску, а потім і в Березниках. Їх будівництво велося в досить сприятливих гірничо-геологічних умовах залягання месторождения. Будівництво другого рудника в Березниках велося в більш складних умовах. Через низьку стійкость порід покрівлі довелося замість буропідривного використовувати комбайновий спосіб отбойки руди. Почали проявлятися раптові викиди солі і газу при відпрацюванні сильвінітових пластів. В результаті міста Солікамск і Березники виявилися частково на підроблених територіях.

1. Актуальність теми

Починаючи з 1986 року, коли сталася перша аварія на рудніке в Березниках і по теперішній час ситуація залишається вкрай критичною. Було зафіксовано вже п'ять провалів в Пермському краї, чого раніше передували сильні техногенні землетруси. Міста Березники і Солікамск стали потенційно небезпечними. І тому спостереження за рудниками ведеться геологічною службою «Уралкалія». Фахівці Гірського Інституту Уро РАН і ВАТ «Галургії» дали прогноз: в межах панелей перехідного періоду існує ймовірність утворення нового провалу в 2015 році. І цей прогноз здійснився, відповідно провали грунту в Березниках не втрачають свою актуальність.

2. Цілі, завдання, об'єкт і методи дослідження

Мета дослідження – вивчити можливі причини і наслідки провалу ґрунту у Солікамску і Березниках. Також розробити заходи з мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище.

Для досягнення заданої мети необхідно вирішити такі завдання:

  1. Розглянути аварії на рудниках, процес просідання грунту і утворення воронок на місцях аварії.
  2. Проаналізувати причини провалів ґрунту.
  3. Розглянути наслідки аварій.
  4. Розглянути шляхи ліквідації розсолу, що утворився в камерах шахти.
  5. Розробити програму для зниження масштабів екологічної катастрофи.
  6. Визначити оптимальні методи утилізації шламу розсолоочістки на содовому заводі.

Об'єкт дослідження: процес просідання грунту і техногенні землетруси в Пермському краї.

Методи дослідження – при виконанні магістерської роботи був використаний комплексний метод дослідження: аналіз та узагальнення інформаційних джерел, присвячених питанням проблеми провалів ґрунту на території Содового заводу; теоретичні дослідження процесу мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище; еколого-економічний аналіз перспективних технологій використання утворивщегося розсолу у виробництві.

3. Процес утворення провалів ґрунту

11 січня 1986 в одній з камер гірничих виробок третього рудника в Березниках були виявлені цівки розсолу. Локалізувати наростаючий підземний потік не вдалося. До середині березня потужність потоку перевищила тисячу кубометрів на годину. Почалося затоплення гірничих виробок. У ніч з 26 на 27 липня північніше солеотвала комбінату, в лісовому масиві, утворився перший провал, який супроводжувався вибухом газів і потужними світловими спалахами. У серпні провал заповнився водою.

Через низьке розташування грунтових вод над поверхнею води залишилися круті краї воронки, висотою близько 20 метрів. Провал перерізав невеликий лісовий струмок завдяки чому утворився маленький водоспад [4].

За провалом на БКРУ-3 веде спостереження геологічна служба «Уралкалія»: два рази на рік, ранньою весною і восени, проводяться заміри глибини провальною западини. У 1988 році глибина складала 105 м, в 1992 – 74 м. У лютому 2000 року – 52 м. У районі провалу встановлені вимірювальні прилади за спостереженнями за осіданням земної поверхні. Швидкість осідання скоротилася з 700 мм на рік у 1986 році до 12 мм на рік у 1999 році.

У 2010-х роках продовжувалося зростання кількох ярів, а на поверхні зеленуватого озера плавали стовбури дерев, що впали. Воронка має витягнуту форму. Розміри по поверхні води близько (150×70) м, по кромці лісу – (210×110) м.

25 жовтня 1993 зареєстровано техногенний землетрус силою 4 бали за шкалою Ріхтера в районі БРУ-3.

5 січня 1995 стався сильний техногенний землетрус у Соликамску. Були зафіксовані п'ять поштовхів від 3,5 до 5 балів. У підсумку на першій і другій північно-східних панелях СКРУ-2 грунт осів на три-чотири метри. Площа просевшего ділянки склала (950×750) м.

9 жовтня 1997 в Березниках відбулося техногенний землетрус силою 4 бали з епіцентром в районі другого і третього рудоуправлінь.

Всього за період з жовтня 1993 по листопад 2005 було зафіксовано кілька сотень техногенних землетрусів силою від 2 до 5 балів.

5 січня 1995 за кілька секунд у Соликамску утворився провал глибиною більше 4 м площею 950 на 750 м. Під землю пішли озеро і живили його джерела.

9 жовтня 1997 в Березниках відбулося техногенний землетрус силою 4 бали з епіцентром в районі другого і третього рудоуправлінь.

Всього за період з жовтня 1993 по листопад 2005 було зафіксовано кілька сотень техногенних землетрусів силою від 2 до 5 балів.

У 1998-2001 роках відбулися невеликі провали ґрунту біля селища Нова Зранку (територія виробок БРУ-1), різке просідання ґрунту в районі річкового порту, тріщини в стінах кількох житлових будинків та школи-інтернату в Березниках. Геологами, геофізиками і геомеханіки ВАТ Галургії і Гірничого інституту відзначені шість потенційно небезпечних зон міста. Крім названих вище, це: житловий мікрорайон, обмежений вулицями Свердлова, Ювілейна, Миру, П'ятирічки, гребля Першого (Семінського) ставка і район міських очисних споруд. Фахівцями пермського Гірничого інституту був зроблений прогноз: з 2003 року очікується зростання підземних зрушень з піком у 2006 році.

Як показав час, загальний прогноз був вірним. Однак, за існуючими фактами , точний час і місце жодного з провалів були реально спрогнозовані.

Навіть районування за прискореним осідань та інструментальний моніторинг стану породного масиву не дозволяють передбачати строки та обсяги наступних провалів.

Після аварії на третьому, на першому руднику почалися роботи по закладці шахтних виробок під міськими кварталами. У 2001 році залишився обсяг робіт оцінювався в 27,4 млн. м3.

Причиною провалу названо землетрус потужністю чотири бали. Під загрозою затоплення опинилися перший і другий рудники, з'єднані виробленням, і житлові будинки у Солікамску. Руйнувань і затоплення другого рудника вдалося уникнути [5].

4. Необхідність ліквідації розсолу з шахт

У жовтні 2006 року на одній з ділянок першого рудника в Березниках було виявлено збільшення припливу розсолу. Через 10 днів швидкість притоку досягла 1,2 тис. м3 на годину. Керівництво «Уралкалія» намагалося відновити роботи, але безуспішно, в результаті було вирішено затопити рудник. У липні 2007 року на місці рудника утворився провал.

18 листопада 2014 Уралкалий повідомив про збільшення припливу розсолів у шахту рудника рудоуправління Солікамск-2 (СКРУ-2). Був введений план ліквідації аварії, що включає висновок штатного персоналу на поверхню і призупинення видобутку руди в аварійному руднику.

У період з 18.11.2014 по 10.12.2014 розміри провалу № 5 збільшилися до (50 х 80) метрів, середній рівень припливу розсолів у шахту СКРУ-2 склав більше 700 кубометрів на годину (за вказаний період швидкість притоку постійно варіювалася).

17 лютого в Пермському краї в місті Березники стався новий провал грунту [6]. Воронка утворилася в районі колишньої школи № 26 діаметром п'ять метрів.

За спостереженнями з 7 січня по 4 лютого 2015 швидкості осідань на спортивному майданчику (в районі будинку № 9 по вул. Калійна) склали 33-73 мм / місяць, на території гаражного кооперативу «Технік» – 27-37 мм / місяць, в районі будинку № 31 по вул. Котовського ( південий кордон ППП) -158-195 мм / місяць , на будівлі ВАТ Галургії - 26-29 мм / місяць, на будинку № 1 по вул. Горького – 22-28 мм / місяць , на будівлі колишньої школи № 26 – 11-41 мм / місяць.

11 лютого 2015 на засіданні комісії з попередження і ліквідації надзвичайних ситуацій ( КЧС ) було оголошено про утворення прогину ( мульди зрушення ) діаметром близько 30 м і глибиною 5 м в районі будинків № 28-33 по вул. Котовського.

За підсумками спостережень, з 4 лютого по 4 березня величина осідання на спортивному майданчику , в районі будинку № 9 по вул. Калійна (50 м на захід від нового провалу ) , склала 39-75 мм / місяць, на території гаражного кооперативу Технік – 30-49 мм / місяць, в районі будинку № 31 по вул. Котовського – 159-193 мм / місяць , на будівлі ВАТ Галургії – 28 мм / місяць, на будинку № 1 по вул. Горького – 24 мм / місяць , на будівлі колишньої школи № 26 – 21-48 мм / місяць.

4 березня 2015 утворилася воронка в підвалі багатоквартирного будинку № 9 по проспекту Леніна (500 м на північний схід від прохідної БРУ-1 , близько 800 м на схід від засипаній воронки на станції Березники).

20 травня 2015 на черговому засіданні комісії з попередження і ліквідації надзвичайних ситуацій було повідомлено про збільшення розмірів провалу у колишньої школи № 26. Розміри воронки становлять 22 на 22 метри , це пов'язано з оползанием бортів провалу. Значення сейсмоактивності залишаються на рівні лютого 2015 року.

5. Можливість застосування розсолу

Враховуючи той факт, що провали утворюються в безпосередній близькості від Березниківського содового заводу, то ми можемо запропонувати утворився в свердловинах розсіл в якості сировини для отримання вапна і кальцинованої соди.

5.1 Підготовка розсолу для подачі у виробництво

Враховуючи той факт, що провали утворюються в безпосередній близькості від Березниківського содового заводу, то ми можемо запропонувати утворився в свердловинах розсіл в якості сировини для отримання вапна і кальцинованої соди. Даний розсіл утворений при викидах калійних і магнієвих солей та їх взаємодії з водою. Для подачі розсолу у виробництво слід пройти стадії: підготовка розсолу, відстоювання, фільтрація, змішування, сушіння-прокалка [9]. Внаслідок кількох стадій очищення можна отримати очищений розсіл і шлам (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Схема стадій очищення розсолу

Рисунок 5.1 – Схема стадій очищення розсолу

При створенні маловіходної, або екологічно раціональної, технології прагнуть забезпечити потребу в шламі розсолоочисткі найбільш повним використанням природних ресурсів (матеріальних і енергетичних). Передбачається організація переробки вторинних матеріальних ресурсів і виключення шкідливих викидів в атмосферу і водойми, а також максимальне скорочення втрат тепла в навколишнє середовище.

5.2 Переробка шламу рассолоочісткі у виробництві вапна

Наведемо технологію переробки шламу в вапно (рис.5.2) [8].

Після очищення розсіл надходить на переробку шламу. Сирий розсіл надходить у відстійник радіальний 1. Осветленная фаза після відстійника надходить на виробництво кальцинованої соди, а згущена - в проміжну ємність 2 і потім у фільтр-прес ФПАКМ (фільтр-прес автоматичний камерний модефіцірованій) дня зниження вмісту іонів Cl- до 2% шляхом зниження вологості перед промиванням за рахунок його пресування, оскільки присутність хлор-іонів ускладнює процес промивки [9]. Фільтрат з фільтр-преса надходить у збірник 4, звідки направляється у виробництво соди.

Промивний фільтрат, а також регенераційні рідина після промивання фільтрової тканини збирають у ємності 5 і направляється у виробництво соди. Відфільтрований осад транспортером 6 подається в бункер-вібродозатор 7. Після бункера матеріал завантажують у вапняно-випалювальну піч 8, де він висушується до 8 %. Паливом для випалу матеріалу в печі служить природний газ, а також в піч подають повітря[10]. Температура в зоні випалу печі дорівнює 1000 ° С. Після випалу матеріал надходить у холодильник 9, а потім в молоткову дробарку 10, де він подрібнюється, а потім у силос 11. З силосу 11 продукт – будівельна вапно – направляється споживачу. Відпрацьований газ прямує через пілеосадчу камеру в циклон 12 для очищення від пилу. Ступінь очищення в циклоні – (95 ÷ 98) %.

Схема переробки шламу розсолоочистки у виробництві вапна Анимация: формат - gif, кадров - 5, повторов - 25, длительность - 8 сек.

А – сирий розсіл, B – у виробництво соди, С – газ, D – повітря, F – вапно;
1 – відстійник; 2 – проміжна ємність; 3 – камерний фільтр-прес, 4 – збірка фільтрату; 5 – збірка промивних вод; 6 – транспортер; 7 – бункер-вібродозатор; 8 – вапняно-обпалювальна піч; 9 – холодильник; 10 – молоткова дробарка; 11 – силос; 12 – циклон.
Рисунок 5.2 – Схема переробки шламу розсолоочистки у виробництві вапна

Висновки

Таким чином, ми вибрали спосіб переробки розсолу, а також обґрунтували метод утилізації шламу, який утворився в результаті очищення розсолу. Розглянуто причини і наслідок провалів ґрунту в Пермському краї. Запропоновано методи для мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище.

Важливе зауваження

При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2015 Повний текст роботи та матеріали та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Информационно-деловой портал г. Березники Пермский край. [Электронный ресурс].  – Режим доступа: http://xn--90aiaifanwy.xn--p1a...
  2. Белкина, Е. А. Ферментативная активность почв вблизи солеотвала СКРУ-2 г. Соликамска / Е. А. Белкина, Е. В. Пименова – 2014. – С. 20 – 22.
  3. Еремченко, О .З. Почвенно-экологические условия зоны солеотвалов и адаптация к ним растений /    О. З. Еремченко // Экология. – 2007. – № 1. С. 18 – 23.
  4. Шиман, М. И. Предотвращение затопления калийных рудников. – М.: Недра, 1992. – С. 30 – 40.
  5. Мананкова, Е. И., Ганнова, Ю. Н. Провал грунта в Пермском крае в результате притока рассола в шахту // Экология и здоровье / 1 открытая республиканская научно-практическая конференция учащейся и студенческой молодежи, учителей общеобразовательных учебных заведений и учреждений дополнительного (внешкольного) образования. – Донецк, ДонНТУ – 2015.
  6. Мананкова, Е.И., Ганнова, Ю.Н. Новый провал грунта в городе Березники // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов / IХ Международная научная конференция аспирантов и студентов. – Донецк, ДонНТУ – 2015.
  7. Зайцев, И. Д. Производство соды / И. Д. Зайцев, Г. А. Ткач, Н. Д. Стоев. – М.: Химия, 1986. – 312 с.
  8. Мананкова, Е. И., Ганнова, Ю. Н. Утилизация шлама рассолоочистки в производстве кальцинированной соды // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей XXIV Всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів. Т. 1 – Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2014. С. 32 – 34.
  9. Касаткин, А. Г. Основные процессы и апараты химической технологии / Под ред. А. А. Вексера. – М.: Химия, 1961. – 629 с.
  10. Монастырей, А. В. Печи для производства извести / А. В. Александров. М.: Металлургия, 1979. – 436 с.