Автор: Токарева Ю.В., Лавровский В.О., Артамонов В.Н.
Источник:Комплексное использование природных ресурсов / Материалы региональной конференции. — Донецк, ДонНТУ — 2015, 172 с.
Токарева Ю.В., Лавровский В.О., Артамонов В.Н. Выбор и обоснование направления по рациональному использованию пород отвалов в хозяйстве шахт донецкого региона.По химическому и минералогическому составу и физическим свойствам шахтных пород определили направления их использования. Выбрали наиболее рациональное направление использования породного отвала.
Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отраслей производства. Она как составная часть топливно-энергетического комплекса удовлетворяет значительную часть потребности в энергетическом топливе и технологическом сырье. На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты.
На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции (углем, угольным концентратом) образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды). Указанные отходы отрицательно влияют на результаты хозяйственной деятельности предприятий, поскольку требуют затрат на их сбор, транспортирование, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт.
Существенное влияние на природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной массы и пород от проведения горных выработок, которые выражаются в занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными примесями, загрязнении водоемов шламовыми водами. Каждая тысяча тонн подземной добычи сопровождается выдачей на поверхность 110-150 м^3 пород, тысяча тонн обогащения угля – складированием 100-120 м^3 пород. Техногенная нагрузка на единицу территории в Донецкой области более чем в 9 раз превышает среднюю по Украине [1].
На территории региона более 700 терриконов. Почвы, запечатанные под отвалы и, не выполняющие свои экологические функции, на территории Донбасса составляют несколько тысяч гектар.
Утилизация и использование отвальной породы – одно из направлений прекращения вредного воздействия терриконов на окружающую среду и восстановления ландшафтов. Кроме известных способов использования породы с целью получения строительных материалов и удобрений новые направления утилизации еще не достаточно разработаны. В отвалах угольных шахт много запасов некоторых металлов, соизмеримых по объему с природными месторождениями полезных ископаемых, получение которых будет экономически выгодным, тем более что в настоящее время многие из минеральных ресурсов уже исчерпаны, что является одной из глобальных проблем. В ближайшем будущем все запасы благородных и цветных металлов, железа будут исчерпаны. Поэтому именно сейчас актуально рассматривать отходы горного производства, как альтернативный вариант пополнения природных ресурсов [2].
Также необходимо оставлять в выработанном пространстве шахтную породу в виде закладочного массива для поддержания кровли и чтобы она не выдавалась на поверхность и не накапливалась в породных отвалах, т.е. не создавала экологическую опасность окружающей среде.
Актуальность решения комплекса задач рационального использования ресурсов и охраны природы непосредственно связана с возрастающими масштабами общественного производства, вовлечением в хозяйственный оборот огромных объемов минерального топлива и сырья. Одним из основных факторов, определяющих необходимость дальнейшего крупномасштабного освоения угольных ресурсов, является их доминирующее положение по запасам в сравнении с другими горючими ископаемыми[3].
В связи с выше изложенным, возникает актуальная научная задача разработки и обоснования направлений использования шахтной породы, как для внутришахтных нужд, так и для народнохозяйственного комплекса. Определение параметров охранных сооружений позволяет выявить наиболее экономически выгодный и более надежный способ охраны выработок, подходящий по области применения к условиям шахты. Применение бутокрепей и бутостоек позволяет снизить деформации массивов и земной поверхности. Применение породы в шахте для закладки выработанного пространства или возведения охранных полос позволяет решить сложные технические вопросы, такие как предотвращение завалов и эндогенных пожаров, снижение выбросоопасности и температуры шахтного воздуха, уменьшение затрат на ремонт подготовительных выработок и создания условий для их безремонтного поддержания.
На поверхности шахтная порода может быть использована в различных народнохозяйственных целях. Отходы горного производства не теряют народнохозяйственную значимость и могут быть использованы в качестве сырья для производства продукции. Из отвальной массы, например, можно получать строительные материалы и углеудобрения. По данным И.Ф.Галушки, в 1 тонне складированной в терриконики Донбасса породы содержится (в кг): углерода – 16-62; азота – 0,2-21,1; фосфора – 0,4-19,0; калия – 4,7-37,0; кальция – 4,8-11,4; меди – 0,5-20,0; серы – 0,1-85,0; цинка – 0,1-20,0; молибдена – до 1,0; галлия – до 5,0; кремния – 35,7-740; алюминия – 54,0-343,0; титана – 2,0-21,4; никеля – 0,1-2,0; кобальта – 0,1-0,3; бария – 0,3-8,0; бериллия – 0,5-1,0; скандия – до 3,0; свинца – до 3,0; олова – до 0,3; хрома – 0,2-3,0; ванадия – 0,4- 4,0; циркония – 0,1-3,0; стронция – 0,1-6,0; магния – 2,0-22,4.
Шахтная порода может быть использована как сырье для металлургии, так как в отвалах в повышенных концентрациях имеются галлий, германий, висмут (0,002, 0,002, 0,007% соответственно). Висмут – это серебристо-белый металл, хрупкий, легкоплавкий. Висмут применяют как компонент легкоплавких сплавов, присадку к легкообрабатываемым автоматным сталям и другим сплавам, к алюминию. Расплав висмута – теплоноситель в ядерных реакторах. Соединение висмута – пигменты, флюсы в производстве керамики, стекла, вяжущих и антисептических средств в медицине. Галлий применяют в производстве полупродниковых материалов. Германий – полупродниковый материал для электронных приборов, компонент сплавов, материал для линз в инфракрасных приборах, детекторов ионизирующего излучения [2].
Отходы предприятий угольной промышленности могут быть использованы в строительстве, что позволит получить следующие виды эффекта: экологический эффект (снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду), экономический (уменьшение платежей за размещение отходов в окружающей среде, получение дополнительного дохода от реализации продукции, произведенной из отходов) и социальный (дополнительные рабочие места).
1. Чудновец В.Л., Артамонов В.Н. Комплексное использование породы как вторичного сырьевого ресурса// Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр» (24 листопада 2008 р.). – Донецьк:ДонНТУ,2008.–C.53-56.
2. Смірний М.Ф., Зубова Л.Г., Зубов О.Р. Екологічна безпека териконових ландшафтів Донбасу: Монографія. – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2006. – C. 182–202.
3. Архипов Н.А., Ельчанинов Е.АК., Горбачев Д.Т. Добыча угля и рациональное природопользование.-М.:Недра,1987.–C.177-236.
4. Бакка М.Т., Гуменик І. Л., Редчиць В.С. Екологія гірничого виробництва: Навчальний посібник. – Житомир: ЖДТУ, 2004. – C. 272-278.
5. Дузь А.И. Охрана среды и использование отходов угольного производства/ А.И. Дузь, Б.В. Пичугин, И.И. Дуденко. – Донецк: Донбас, 1990. – C. 14-34.
6.Николин В.И., Матлак Е.С. Охрана окружающей среды в горной промышленности. – К.: Д.: Вища школа. Головное издательство, 1978. – C. 172-186.