Разработка технологии размещения отходов в действующих и закрывающихся шахтах

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 111.ДР

Надежное захоронение отходов является одной из важнейших научно-технических проблем, стоящих перед мировой экологической наукой. Открытые отвалы и свалки занимают огромные территории, являясь основным источником загрязнения окружающей среды. Основным источником отходов являются (Россия, 1993 г.): топливная промышленность - 4365 тыс. т; энергетика - 5898. При этом твердые отходы в электроэнергетике, включая тепловые электрические станции (ТЭС) в 1993 г. составили 1812 тыс. т [1].

В Кузнецком бассейне предприятиями угольной отрасли в 1993 г. было осуществлено 384,2 тыс. т твердых выбросов (не считая породных отвалов), что составило только 1,7 % от общего количества выбросов в промышленности. При этом твердые выбросы составили 28,2 % от суммы [1].

Если породные отвалы, золо- и шламохранилища, склады пылевидных отходов не являются агрессивными в большинстве случаев и, при проведении соответствующих работ по рекультивации, не оказывают существенного влияния на окружающую среду, то твердые бытовые отходы (ТБО) требуют более серьезного и кропотливого к себе отношения.

В развитых странах ТБО подвергают переработке на мусоросжигательных заводах или предприятиях по их пиролизу. В Дании на мусоросжигательных заводах сжигают более 80 % ТБО, в Японии - 72 %, в Швейцарии - 100%. В России только 4 % ТБО сжигается и 1 % компостируется [2].

Однако и при этом возникают проблемы. При сжигании ТБО образуется большое количество диоксинов. Кроме того, после сжигания ТБО остается до

30 % по весу шлаков и 5 % зольного остатка. Шлаки и зола могут утилизироваться - из них получают низкокачественные строительные материалы, если в их составе нет ядовитых и вредных веществ. В противном случае для их размещения необходимо создавать специальные хранилища-полигоны. Захоронение отходов также оказывает негативное влияние на окружающую среду: ухудшение ландшафтов, загрязнение атмосферы и водных объектов, распространение пожаров, задымлений и болезней. Свалки являются: источниками загрязнения окружающей среды биогазом, дурнопахнущими соединениями серы и азота, летучими органическими веществами; источниками шума для окружающего населения; местами чрезвычайного скопления грызунов, насекомых и птиц.

Особое внимание при проектировании полигонов для захоронения ТБО уделяется созданию гидроизоляции их основания, которая производится для того чтобы:

• нетолерантные для окружающей среды фильтрационные воды не оказывали отрицательного воздействия на положительные свойства подстилающего грунта;

• в случае депонирования отходов фильтрационных вод неожиданно плохого свойства, это не привело к необходимости санитарной обработки местности в таких масштабах, которые являются нереальными;

• задержать в массе отходов, не допуская их переход в грунтовые воды.

Коэффициент фильтрации подстилающих пород должен быть не ниже 10' 5 см/с [3]. Поэтому, если в основании встречаются грунты с коэффициентом фильтрации на 30-35 % ниже нормы,

т.е. 0,0086 м/сут., грунт уплотняют укаткой. При меньших значениях коэффициента фильтрации возводится водоупорный экран из глины (глиняный замок) или из искусственных материалов (полиэти-леновая сварная пленка).

Наиболее надежен экран из слоя глины толщиной 0,5 м с коэффициентом фильтрации менее 10-5 см/с, укладываемой после переработки в бетономешалке в виде пластичной массы. При более низком коэффициенте фильтрации (107-10-8 см/с) толщина глиняного замка может быть уменьшена до 0,3 м , однако он должен защищаться от повреждений транспортными средствами слоем грунта толщиной 0,15 м.

При коэффициенте фильтрации грунтов более 10-4 см/с на него укладывают изоляцию из двух слоев полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, толщиной 0,2 мм. После укладки пленки и сваривания полотнищ двумя швами, ее немедленно засыпают грунтом слоем 0,2 м, защищая от нагрева, кислорода воздуха и ультрафиолетового излучения солнца. Полиэтилен сохраняет свои противофильтрационные свойства для северных районов в течение 30-40 лет, для южных - 25-30 лет.

Очевидно, что обеспечить такие жесткие требования при организации хранилищ ТБО в действующих и закрываемых горных предприятиях довольно сложно. Если в карьерах можно сформировать глиняный или полиэтиленовый экран на дне и бортах, то в подземных горных выработках, особенно на угольных шахтах из-за незначительных их размеров это вряд ли удастся.

Поэтому принято направление, заключающееся в преобразовании отходов в пасту, которая изливается за очистным забоем на почву выработанного пространства и застывает благодаря добавляемому отвердителю. Такой опыт имеется в ФРГ на шахте «Вальзум» и показал высокую технико-экономическую и экологическую эффективность.

В условиях отработки мощных пластов угля в Кузнецком бассейне, особенно крутонак-лонных и крутых, этот опыт может быть использован не только для захоронения отходов в пастообразном виде при подаче их в выработанное пространство через скважины, пробуренные с поверхности или из горных выработок, но и вместо производственного процесса - заиловки, проводимой

для предотвращения самовозгорания угля.

В условиях Подмосковного угольного бассейна из-за низкой устойчивости пород кровли применяются механизированные крени оградительного и огради-тельно-поддерживающего типов, поэтому применять немецкий опыт по изливанию пасты из отходов на почву представляется маловероятным. Вообще, использовать выработанное пространство для размещения в нем отходов при традиционных технологиях угледобычи невозможно из-за обрушения пород кровли сразу же за передвигаемыми секциями крепи.

Таким образом, в условиях закрывающихся шахт Подмосковного угольного бассейна для размещения отходов могут использоваться только подготовительные и вскрывающие выработки. Их объем в зависимости от горногеологических и горнотехнических факторов колеблется от 100 до 800 тыс. м3. Такой объем может быть заполнен за ограниченный срок работы предприятия - 5-10 лет.

Очевидно, что достаточно продолжительное время закрываемая шахта может служить в качестве полигона

только в том случае, если на предприятии ведется формирование специальных закладочных емкостей за счет извлечения оставшихся запасов в различного рода целиках. Наиболее предпочтительными технологиями формирования емкостей для размещения отходов является камерная система разработки и бурошнековая выемка.

При камерной системе разработки угольных пластов в условиях Подмосковного бассейна необходимо выполнение следующих условий:

• ширина камеры не должна превышать 6 м;

• камера должна крепиться рамной крепью с полной затяжкой кровли, возводимой под защитой механизированной секционной крепи;

• снятие рамной крепи осуществляется под защитой механизированной секционной крепи;

• заполнение камеры закладываемым материалом должно осуществляться под защитой механизированной секционной крепи закладочными машинами метательного действия.

Опыт применения бурошнековых установок для выемки пластов угля и

заполнения пробуренных скважин пустой породой показал техническую осуществимость данной технологии.

Для исключения вымывания вредных веществ из закладываемого массива материал отходов должен смешиваться со связующим веществом (зола и шлак мелкого помола) и водой. В этом случае будут защищены от загрязнения воды подземных горизонтов.

Аналогичным образом могут заполняться и геотехнологические выемки, образуемые в результате отработки месторождений методом подземного растворения или скважинной гидродобычи.

Таким образом, в настоящее время существует достаточно широкий ассортимент технологий отработки месторождений различных полезных ископаемых, пригодных для захоронения нетоксичных отходов в виде шлаков мусоросжигательных заводов. Общим требованием к размещаемому материалу является использование их в пастообразном виде или в виде твердеющей закладки, что снижает удельную поверхность материала отходов в тысячи раз.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Государственный доклад. О состоянии окружающей

природной среды Российской Федерации в 1993 году. М.:

Мин - во охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ. 1994. - 237 с.

2. Ярунин С.А. Перспективы рационального использования подземного пространства закрываемых угольных шахт. Уголь. 1999, № 1, - С. 52 - 53.

3. Разнощик В.В. Проектирование и эксплуатация полигонов для твердых бытовых отходов. М.: Стройиздат. 1981. - 212 с.

ШГ.

Шаровар Иван Иванович профессор кафедры «Подземная разработка п.іасіові.іх месторождений», докчор технических наук, Московский тсударстенный трный университет .