Проблема отходов угледобывающей промышленности на примере восточного Донбасса и направления её решения

© Б.Д. Тсрснтьсв, С.Е. Мухин, 2013

УДК 622:658.567.1

Б.Д. Терентьев, С.Е. Мухин

ПРОБЛЕМА ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ПРИМЕРЕ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА И НАПРАВЛЕНИЯ ЕЁ РЕШЕНИЯ

Рассмотрена проблема отходов угледобывающей промышленности на примере Восточного Донбасса. Проанализированы характерные особенности образования угольных отходов. На основе проведенного исследования автором определены принципиальные технологические направления реализации процессов угледобычи для снижения отрицательного воздействия подземных горных работ на ОПС. Ключевые слова: угледобывающая промышленности, окружающая среда, отходы.

Восточный Донбасс - крупнейший индустриальный район юга России. Одним из основных видов промышленного производства в регионе является угледобывающая промышленность. По заключению специалистов, изучавших экологическую ситуацию в регионе, это в значительной мере обуславливает ухудшение экологической обстановки в Ростовской области.

Весьма напряженную ситуацию создает добыча углей и других полезных ископаемых, их переработка и использование в топливно-энергетических целях (работа ТЭЦ, коксохимических заводов и т.п.). Ликвидация части шахтного фонда (закрытие шахт) в связи с реструктуризацией угледобывающей отрасли в 90-х годах XX столетия привела к непредвиденным для экологии региона последствиям в ряде шахтёрских городов и посёлков.

Затопление шахт, в связи с их ликвидацией, приводит к трудно прогнозируемым изменениям геохимического равновесия земных недр, способствует снижению несущей способности фундаментов зданий и сооруже-

ний, их разрушению, проявлению шахтных вод в подвальных помещениях зданий. Остановка горных работ при отсутствии надзора за геотехнологическими процессами, проводимая, к сожалению, часто с нарушением законодательных и нормативных актов по охране окружающей среды негативно сказывается на состоянии прилегающих территорий

Следствием этого является реальная опасность появления шахтных газов, связанная с вытеснением их на поверхность шахтными водами закрытых шахт, что угрожает не только работающим на других шахтах, но и проживающим на этих территориях.

Были случаи, когда шахтные воды вытеснили на поверхность легковоспламеняющийся метан (район г. Донецка).

Особую озабоченность в связи с ухудшением экологической обстановки региона вызывает отсутствие природоохранных мероприятий по предотвращению вредных воздействий на оставленных без соответствующей обработки породных отвалах.

Таблица 1

Загрязнение природной среды Ростовской области стационарными промышленными предприятиями

Предприятие Населённый пункт Валовый выброс загрязняющих веществ, т/год

годы

1995 1997 1999

Новочеркасская ГРЭС Новочеркасск 209619,0 152263,0 138853,0

ОАО Новочеркасский электрод- -//- 6337,8 3573,2 4487,3

ный завод

Таганрогский металлургический Таганрог 9840,9 5626,8 6223,8

завод

Несветай ГРЭС Красный Сулин 815,0 4925,5 11432,0

Ростовуголь Шахты 14783,7 16448,1 5770,0

Гуковуголь Гуково 7996,2 4594,5 3535,9

Значительный объем образования угольных отходов, крайне низкий уровень их использования на протяжении многих лет привели к тому, что большая часть отходов складируется на городских территориях и негативно влияет на окружающую природную среду (ОПС).

Накопление углеотходов является одной из острейших проблем Восточного Донбасса, вследствие загрязнения воздушного и водного бассейнов региона, вредными газами и пылью.

В Ростовской области накопились огромные запасы шахтных пород, отходов углеобогащения, зол уноса и золошлаковых смесей. Общий объём находящейся в отвалах породы со-

о

ставляет более 160 млн. м ; количество породных отвалов достигает 300. Запасы золошлаковых отходов составляют более 36 млн. т. Ежегодный выход этих отходов - около 1 млн. т. Четвертую часть объема составляет зола-унос, остальные три четверти - золошлаковая смесь гидроудаления.

По данным наблюдений, Севкав-казгидромета [1], проводившихся в 1995—1999 гг. по мониторингу ок-

ружающей среды и загрязнению атмосферного воздуха в большинстве городов и промышленных предприятий, установлению, что основными загрязнителями атмосферного воздуха являются тепло и электростанции, предприятия по добыче угля. При этом в некоторых городах области уровень загрязнения весьма значителен и по отдельным веществам превышает предельно допустимые концентрации (ПДК).

В табл. 1 приведены данные по уровню загрязненности в некоторых промышленных городах Ростовской области.

Из таблицы следует, что предприятия угольной промышленности шахты вносят практически одинаковый количественный вклад наряду с другими предприятиями топливно-энергетического комплекса региона, использующими уголь в качестве энергоносителя или компонента конечного продукта, в образование загрязняющих выбросов в атмосферу.

Таким образом, можно отметить, что основными факторами отрицательного воздействия на окружающую

среду предприятиями горной промышленности являются:

• выбросы загрязняющих веществ, в атмосферный воздух, обусловленные работой промышленных и коммунально-бытовых котельных, горением породных отвалов, несовершенством очистных установок;

• изъятие из сельскохозяйственного оборота значительных земельных ресурсов занятых под складирование породы;

• загрязнение почв тяжелыми металлами и изменение их кислотно-щелочного баланса;

• загрязнение подземных и поверхностных водных объектов шахтными и хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятий;

• нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод;

• образование обширных дисперсионных воронок, обусловленное откачкой воды;

• оседание земной поверхности над отработанными шахтными нолями;

• усиление процессов эрозии почв и оврагообразования на соседних с горными выработками площадях;

• интенсивное окисления рудных минералов и их выщелачивание, вызванное процессами выветривания в горных выработках и породных отвалах (миграция химических элементов).

Как следует из перечисленных факторов, превалирующим, наносящим максимальное загрязнение ОПС является складирование углеотходов на поверхности.

Вместе с тем, некоторые сырьевые компоненты, входящие в состав отходов добычи и обогащения каменного угля, достаточно эффективно могут быть использованы в промышленности:

• шлакообразный материал (угольная крошка, угольная пыль, во-доугольная взвесь);

• природный камень (каменный материал);

• гравий песок;

• глинистые породы (коалиты, аргиллиты, суглинки);

• горелые породы.

К настоящему времени накоплен определенный опыт использования отходов горнодобывающей промышленности. Объём использования этого вида сырья постоянно увеличивается.

Принципиально могут быть реализованы следующие направление возможного использования отходов добычи и обогащения каменного угля в народном хозяйстве:

• в черной металлургии — (горелые глинистые породы) для производства огнеупоров и в качестве компонента в технологии подготовки железно-рудного сырья;

• в строительной промышленности

— для производства агломерата, кирпича, керамзита, железобетонных изделий и др.;

• в строительстве — в качестве строительного материала для сооружения оснований (фундаментов) зданий и дорог;

• в химической промышленности

— в качестве компонента при получении сернистых соединений;

• в черной и цветной металлургии

— в качестве сырья к сырьевых добавок при производстве кремне-алюминиевых сплавов, карбид-кремниевых материалов, кислородных соединений алюминия и др.;

• в газовой и нефтегазовой промышленности - (хвосты обогащения) для приготовления тампонажных растворов;

• в сельском хозяйстве - в качестве добавок к удобрениям.

Но, не смотря на широкую возможность, объемы использования уг-леотходов совершенно не достаточны и динамика их утилизации оставляет желать лучшего.

При анализе причин, сдерживающих массовое вовлечение техногенного сырья в народнохозяйственный оборот, обычно выделяют следующие факторы:

• нестабильность свойств техногенного сырья, недостаточная изученность вещественного состава и технологических свойств, отсутствие единой классификации;

• несовершенство в ценообразовании на минеральное и попутно добываемое сырье;

• межведомственная и территориальная разобщенность предприятий, осуществляющих добычу, обогащение и использование минерального и техногенного сырья;

• отсутствие экономической заинтересованности предприятий в использовании техногенного сырья;

• трудности финансирования дополнительного капитального строительства по переработке техногенного сырья и реконструкции предприятий по выпуску продукции на его основе;

• отсутствие информации по экологической безопасности отходов; недостаток нормативно-технической документации по их применению;

• неполная завершенность и недостаточное техническое внедрение технологий обогащения, переработки и использования сырья;

• отсутствие действенного контроля над выполнением предприятиями требований экологической безопасности производства при до-

быче, обогащении, переработке и использовании природных ресурсов недр;

• высокие железнодорожные тарифы ограничивают возможности отгрузки и перевозки техногенного сырья к местам их переработки.

Перечисленные выше факторы существенно затрудняют утилизацию техногенных (в т.ч. угольных) отходов, препятствуют улучшению экологической обстановки в регионе. Статистические данные показывают, что в России практически утилизируется только 7,5 % от ежегодного выброса отходов тепловых электростанций и 1,5-3,0 %о годового выхода шахтных пород.

Вместе с тем, накоплено гигантское количество техногенных отходов, которое ежегодно увеличивается в объемах, всё более и более значительных.

Расширяющиеся объемы отходов топливной и угольной промышленности осложняют экологическую обстановку в районах вблизи крупных шахт, разрезов, тепловых электростанций. По данным Областного комитета по охране природы, за десятилетний период конца XX столетия площадь эродированных и дефлорированных сельхозугодий в Ростовской области увеличивалась на 300 тыс. га. Сегодня область находится на 17-м месте среди неблагополучных в экологическом отношении районов России.

Таким образом, можно констатировать, что в обозримом будущем переработка и утилизация техногенных отходов не будет иметь значительного влияния на снижение объемов уже имеющихся породоотвалов и препятствовать образованию новых, что ни в коей мере не уменьшит отрицательную нагрузку на экологию региона.

Применение

селективной

выемки

полезных

ископаемых

Применение механизированных крепей повышенной несущей способности

Сокращение

объемов

проходческих

работ и выхода

породы на

единицу

площади

запасов за счет

увеличения

длины очистного

забоя

Применение

технологических

схем и

технических

средств

проведения

горных

выработок,

обеспечивающих

их оптимальное

сечение

Применение Применение при Разработка

способов ремонте технологий,

обогащения углей. подготовительных способствующих

исключающих и капитальных химико-

отрицательное горных выработок биологической

воздействие на современных тех- очистке шахтных

ОПС. Построение нических средств, вод, а также

замкнутых систем исключающих утилизации

оборотного чрезмерный штыбов и

водоснабжения выпуск породы в осадков

местах ремонта

Применение рациональных типов крепей, обеспечивающих высокую устойчивость и надежность горной выработки при минимально необходимых по техническим факторам сечениях

Создание

подземных

углеобогатительных

комплексов с

оставлением

породы в шахте для

выкладки бутовых

полос для

сохранения

подготовительных

выработок

Рис. 1. Схема образования углеотходов при подземной разработке углей

Это обстоятельство вынуждает искать иные технические и технологические решения по снижению количества углеотходов при подземной разработке угольных месторождений, рациональному использованию земных недр, совершенствованию технологии и техники.

Исследования, проведенные на шахтах или «Гуковуголь» [2], позволили установить основные источники и их долевое участие в формировании углеотходов, определить возможные технические и технологические решения по снижению влияния подземной угледобычи на ОПС и улучшению качества углей. Основными источниками загрязнения углей породой в соот-

ветствии с их количественной долей являются:

• валовая выемка полезного ископаемого при очистных работах;

• проведение подготовительных и капитальных горных выработок узким ходом, сплошным забоем, без разделения на угольную и породную часть;

• применение очистных механизированных комплексов, не соответствующих горно-геологическим условиям;

• сокращение объемов поддержания выемочных штреков при помощи породных бутовых полос из-за отсутствия надежных отечественных поро-дозакладочных комплексов;

• применение нерациональных систем подготовки запасов к очистной выемке;

• использование крепей подготовительных выемочных выработок без учета существующей горнотехнологической обстановки и, как следствие, большие объемы ремонтных работ;

• отсутствие подземных установок, позволяющих производить первичное частичное обогащение угля с оставлением породы в шахте для использования в качестве закладочного материала.

Для снижения отрицательного воздействия подземных горных работ на ОПС и обеспечения малоотходной технологии угледобычи в соответствии с проведенными исследованиями предложены и систе-

матизированы требования по совершенствованию современных способов и средств ведения очистных и подготовительных работ. На первом этапе решения этой проблемы определены принципиальные технологические направления реализации процессов угледобычи, при выполнении которых без существенных затрат и снижения требований безопасности можно получить значительное сокращение объемов выхода углеотходов. Технологические направления по снижению объемов выхода породы и загрязнения ОПС при подземной разработке угольных пластов (рис. 1) реалистичны как по возможности их выполнения в краткосрочной перспективе, так и по эффективности достигаемого результата.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ивантова Н.П. Твердые отходы угольного производства Восточного Донбасса и их использование. — Шахты: Изд-во ЮРО ДГИ РФ. 2006. — 158 с.

2. Терентьев Б.Д., Чмыхалова C.B., Ступко Е.С., Писай О.Н. Проблема отходов при подземной разработке углей восточного Донбасса и пути ее решения. — Горный журнал. — Екатеринбург. №6-2008, с. 15-22. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Терентьев Борис Дмитриевич — доктор технических наук, профессор, Мухин Сергей Евгеньевич — аспирант,

Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

А