Русский English
ДонНТУ Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Для Донецької області і, зокрема для міста Донецька, на сьогоднішній день проблема поводження з твердими промисловими відходами є найбільш екологічно т економічно актуальною.

На території Донецька розташовані 128 териконів [1], серед яких 48 є палаючими і 80 непалаючими породними відвалами, які займають площу близько 1000 га (1,86 %), а з урахуванням санітарно-захисної зони (500 м) втрати площі вільних територій є значно більшими.

Вугільна промисловість у галузевій структурі утворення відходів [2] займає I місце (рис. 1).

Галузева структура промислових відходів

Рисунок 1 — Галузева структура промислових відходів

Негативними наслідками [3] всіх технологічних процесів є не тільки втрата земель, а й порушення природних ландшафтів земної поверхні, забруднення атмосфери твердими і газоподібними домішками, водойм — шламовими водами і, крім цього, багато відвалів, постійно збільшуючи площу основи, порушують розміри нормативної санітарно-захисної зони (рис. 2). До того ж терикони становлять екологічну небезпеку впливу на тваринний і рослинний світ, а найголовніше — на жителів міста.

Терикон, як джерело забруднення навколишнього середовища

Рисунок 2 — Терикон, як джерело забруднення навколишнього середовища
(анімація: 8 кадрів; 6 циклів повторення; 70 кілобайт)

1. Загальна характеристика роботи

1.1. Актуальність теми

Ситуація, яка сформувалася в регіоні з відходами, в даний час є несприятливою в екологічному плані. Динаміка статистичних показників однозначно вказує на те, що для зміни ситуації потрібні серйозні законодавчі, нормативні та організаційні заходи, а також програмно-цільові фінансові інвестиції.

Для Донецького регіону характерно практична відсутність виробничих потужностей з переробки та забезпечення безпечного зберігання відходів. Тому, одним з найбільш перспективних напрямів слід вважати переорієнтацію всього промислового комплексу на менш матеріаломісткі технології, що супроводжуються зниженням обсягів утворення відходів, впровадженням способів їх переробки та знешкодження, а також використання в якості вторинних ресурсів. Це ж стосується і вуглевидобувної галузі.

Актуальність теми полягає у виборі оптимальних методів утилізації горілої породи в якості вторинної сировини у виробництві будівельних матеріалів, на прикладі шахти Глибока, і як наслідок зменшення негативного впливу на навколишнє середовище.

1.2. Мета і завдання досліджень

Метою досліджень є обґрунтування доцільності використання горілої породи в якості сировини при виробництві будівельних матеріалів.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

  1. Виконати аналіз ситуації в Донецькій області у сфері поводження з відходами гірничодобувної і гірничо-збагачувальної галузях.
  2. Визначити основні якісно-кількісні характеристики породних відвалів регіону.
  3. Виконати літературний огляд можливостей використання горілої породи як вторинної сировини.
  4. Дослідити характеристики зразків бетонних сумішей, в яких замість природних компонентів використовується горіла порода з відвалу шахти Глибока.
  5. Провести еколого-економічну експертизу отриманих результатів і запропонувати оптимальні умови процесу утилізації.

1.3. Об’єкт, предмет і методи досліджень

Об’єктом дослідження є горіла порода палаючого терикону шахти Глибока.

Предмет дослідження: еколого-економічна оцінка зменшення негативного впливу палаючих териконів на стан навколишнього природного середовища, як результат використання їх як вторинних ресурсів.

Методи досліджень:

2. Вплив відвалів вугільних шахт на організм людини

Породні відвали будь-якого віку впливають на живі організми та негативно впливають на здоров’я людини. Токсична дія важких металів: кадмію, нікелю, цинку, міді, свинцю, позначається на здоров’ї людей. Вони впливають на центральну нервову систему, порушують роботу нирок, печінки, змінюють формулу крові.

Основним забруднюючим агентом горілих порід є вуглепородний пил, який поширюється на великі відстані і, осідаючи, знижує родючість ґрунтів, а також чинить негативний вплив на здоров’я населення.

Внаслідок кумулятивної властивості, накопичуючись в організмі людини, пил поступово приводить до певних змін і, як результат, до рофесійних захворювань.

При цьому негативному впливу піддаються шкірні покриви, слизові частини тіла, травний тракт і органи дихання. Найчастіше, наприклад, при ураженні легень виникають різні види пневмоконіозу. В залежності від концентрацій токсичних елементів у пилу при попаданні в органи дихання поряд з кашлем, задишкою, бронхітом, серцевою недостатністю, ціанозом шкірних покривів, можуть виникати алергічні реакції та отруєння.

Таким чином, наявність своєрідного техногенного пейзажу є значущим джерелом забруднення не тільки навколишнього природного середовища, але і причиною того, що клас захворювань верхніх дихальних шляхів у жителів Донбасу займає одне з перших місць.

Згідно законодавству, умови екологічної безпеки для людини, як ключового об’єкта, є обов’язком будь-якої держави, як аранта, що забезпечує безпечне навколишнє середовище і високі показники здоров’я у населення [4].

3. Характеристика горілих порід

Горілими породами називаються перегорілі порожні шахтні породи, що містять мінімальну (менше 5 %) кількість вуглистих домішок і мінеральну глинисто-піщану частину, обпалену, в тій чи іншій мірі. До них належать усі різновиди природних обпалених глинисто-піщаних сумішей з різною кількістю вуглистих домішок, іноді не повністю вигорілих.

Відвальні горілі породи (з териконів шахт) є найпоширенішою і дешевою сировиною. Однак ці породи мають підвищений вміст незгорілого вугілля і мають потребу в ретельному відборі і збагаченні. Старі і повністю перегорілі шахтні терикони часто містять горілі породи високої якості.

Найбільш ефективним способом зменшення негативного впливу породних відвалів на навколишнє середовище є використання їх як вторинної сировини.

Як свідчать літературні дані [5,6], породні відвали по своєму морфологічному складу на 70–80 % складаються з алюмосилікатів, які, в свою чергу, можуть бути використані і вже використовуються у виробництві будівельних матеріалів.

Прогоріли породи є цінною мінеральною сировиною для виробництва будівельних матеріалів. За своїм хімічним складом вони на 30–40 % здатні замінити природні компоненти у вихідних сумішах. Наприклад, серед варіантів використання породи шахтних териконів можна запропонувати наступні [7]:

Особливе місце у виробництві виробів з горілих порід займають кріпильні бетоніти — блоки різної величини і ваги особливої форми, що застосовуються у вугільній промисловості для кріплення підземних гірничих виробок. Добавка (15–30 %) тонкомолотої горілої породи забезпечує бетону солестійкість при дії сульфатних вод.

Особливість горілих порід — висока мікропористість, як наслідок появи мікрощілин при самовипаленні і досить висока адсорбційна активність, тому вони є хорошими наповнювачами для асфальтового в’яжучого і різних мастик.

Чим більший перелік напрямків утилізації порід вугледобувної промисловості, тим вище шанс паралельного вирішення двох проблем. З одного боку, це екологічний аспект, пов’язаний зі зниженням забруднень усіх складових навколишнього природного середовища і, як наслідок, навколишнього середовища Донецька, при зменшенні використання природних ресурсів. З іншого боку, це соціально-економічний аспект, який дозволить збільшити кількість робочих місць за рахунок відкриття нових підприємств і знизити собівартість будівельних матеріалів.

Таким чином, комплексний підхід дозволив би переформувати вугільну галузь у маловідходне виробництво. Крім цього порода, яка видобувається і накопичена у відвалах, може бути ефективно використана у багатьох інших галузях промисловості, сільському господарстві, будівництві.

4. Основні дослідження та результати

В роботі представлені результати дослідження зразків бетонних сумішей з використанням породи гарячих відвалів шахти Глибока за таким значущими фізико-механічними показниками, як міцність і морозостійкість.

Раніше проведені дослідження [8] показали, що найбільш оптимальними умовами для виготовлення зразків бетонних сумішей при 75 % піску і 25 % цементу (в перерахунку на суху суміш), є використання 10–20 % вмісту води, при цьому заміна піску на породу до 20 % підвищує міцність зразків майже в 2 рази.

Вплив низьких температур на морозостійкість бетонних сумішей було досліджено на зразках при оптимальних концентраціях води і варіювання змісту горілої породи замість піску.

Заміс бетону для приготування дослідних зразків проводився вручну згідно з методикою [9]. Для подальших випробувань відбиралися таблетки без зовнішніх дефектів, насичувалися водою протягом 96 годин і визначалася величина міцності контрольних зразків (8 од.). Зразки, які залишилися, піддавалися циклам заморожування-відтавання за базовим методом [10] з числом циклів 25 (F25).

Після 15 циклів заморожування проводився проміжний контроль стану зразків на появу тріщин, відколів, лущення поверхні, а по закінченню 25 циклів визначалася міцність таблеток на стиск. Отримані результати випробувань представлені у таблицях 1–2.

Таблиця 1 — Результати випробувань зразків бетонних сумішей на морозостійкість при вмісті 10 % води в перерахунку на суху суміш

Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 10 % воды в пересчете на сухую смесь

Отримані результати для 10 % вмісту води (таблиця 1) показали, що зразки, в яких відсутня порода, не є морозостійкими. Заміна піску на відхід в межах 10–30 % переводить їх у категорію морозостійкі, при цьому максимальна міцність відповідає 10 % змісту відвальної породи.

Таблиця 2 — Результати випробувань зразків бетонних сумішей на морозостійкість при вмісті 20  % води в перерахунку на суху суміш

Результаты испытаний образцов бетонных смесей на морозостойкость при содержании 20 % воды в пересчете на сухую смесь

B той же час, при 20 % вмісті води (таблиця 2) всі зразки відносяться до категорії морозостійкі, при цьому підвищення концентрації породи до 0 % сприяє збільшенню значень міцності в 1,6 рази порівняно з вихідними (0 % породи).

Графічно представлені (на рисунках 3–4) експериментальні вимірювання міцності цементно-породних зразків при оптимальному вмісті води в сумішах (10–20 %).

Залежність зміни міцності цементно-породних зразків при 10 % вмісті води

Рисунок 3 — Залежність зміни міцності цементно-породних зразків при 10 % вмісті води

Залежність зміни міцності цементно-породних зразків при 20 % вмісті води

Рисунок 4 — Залежність зміни міцності цементно-породних зразків при 20 % вмісті води

Таким чином, результати дослідження дозволяють зробити висновок про те, що заміна природного ресурсу (піску) на відходи вуглевидобутку і вуглезбагачення покращує фізико-механічні властивості бетонних сумішей.

Висновки

Аналіз літературних даних дозволяє зробити висновок, що шахтні відвали дуже негативно впливають на навколишнє середовище і людину, при цьому займають великі площі родючих земель. Вкрай необхідно розвивати технології утилізації териконів, створюючи нові високопродуктивні переробні комплекси.

Отримані розрахункові й експериментальні величини фізико-механічних показників міцності підтверджують необхідність утилізації відходів вугледобувної галузі, з метою отримання більш дешевої і конкурентоспроможної продукції, а також можливість вирішення гострих екологічних проблем регіону.

Список використаних джерел

  1. Статистичний щорічник у Донецькій області за 2011 рік — Донецьк: Головне управління статики у Донецькій області, 2012. — 503 с.
  2. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды в Донецкой области за 2005–2010 гг. под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина, — Донецк, 2010. — 116 с.
  3. Леонов, П. А. Породные отвалы угольных шахт / П. А. Леонов, Б. А. Сурначев. — М.: Недра, 1970. — 112 с.
  4. Дробноход, М.І. Концепція переходу України до стійкого екологічно безпечного розвитку / М. І. Дробноход — К.: Інститут відкритої політики, 2002. — 18 с.
  5. Ганина, Л.И. Перспективы использования отходов горно-обогатительного производства в качестве сырья для строительных материалов. — Апатиты: КНЦ РАН, 2001. – С. 136—138.
  6. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: Учебное пособие для строительных спец. вузов. — М.: Высш. шк., 2003. — 701 с.
  7. Бобович, Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. / Б. Б. Бобович — М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. — 445 с.
  8. Шейх, А. А. Использование промышленных отходов в качестве вторичного сырья / А. А. Шейх, Л. В. Чайка // Материалы Межвузовской студенческой конференции Использование современных технологий менеджмента в целях повышения эффективности предприятий. — Донецк, 2014. — С. 32–35.
  9. ГОСТ 27006-86. Бетоны. Правила подбора состава бетон. — Введ. в действие Постановлением комитета стандартов СССР от 01-01-87. — М.: Издательство стандартов, 1987. — 6 с.
  10. ГОСТ 10060.1-95. Базовый метод определения морозостойкости. — Введ. в действие Постановлением Минстроя РФ от 01-09-95. — М.: Издательство стандартов, 1995. — 3 с.