Экологические проблемы и пути их решения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых

38

А. А. Байченко, А. В. Кардашов

тонких шламов имеет дробная подача анионных флокулянтов (рис.2).

Как видно из рис 2, добавка анионного Маг-нафлока М 155 к исследуемым катионным полимерам в количестве (20+20 г/т) приводит к более быстрому осаждению флокул при более чистом сливе по сравнению с добавкой в 20 г/т. При этом наибольшую скорость осаждения обеспечивает применение катионных флокулянтов Зетага 7653 (кривая 4) и М 7633 (кривая 1) в комбинации с флокулянтом М 155, при расходе анионного флокулянта около 40 г/т. В работе найдены оптимальные комбинации применения высокомолекулярных флокулянтов для получения чистого слива и сгущенного продукта плотностью 300-400 г/л.

Одним из способов интенсификации процесса очистки сточных вод является применение компо-

зиций катионных и анионных флокулянтов, что приведет к агрегации тонких частиц с одновременным получением очищенной воды, а благодаря этому увеличить эффективность работы уже существующего оборудования. Широкое использование высокомолекулярных флокулянтов в угольной промышленности, в частности для очистки сточных и оборотных вод ограничено, как правило, большой себестоимостью высокомолекулярных флокулянтов. Это вызвало необходимость глубокого изучения физико-химических свойств отечественного катионного полиэлектролита ВПК-402. Результаты проведенного исследования показали, что изученные композиции катионного полиэлектролита ВПК-402 и анионных магнафло-ков М 155 и М 345 позволяют получить чистый слив.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Байченко А. А., Байченко Ал. А., Дудкина Л. М., Митина Н. С. Использование измерений дзета-потенциала для изучения гидратированности частиц дисперсных систем // Интенсификация процессов обогащения полезных ископаемых. Новосибирск: СО АН СССР. 1982. С. 29-34.

2. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства, получение, применение. // Л.: Химия. 1987. 208 С.

3. Вейцер Ю. И., Минц Д. И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. // М.: Стройиздат, 1975. 191 с.

4. НебераВ. П. Флокуляция минеральных суспензий. // М.: Недра. 1983. 288 С.

5. Тарасевич Ю. И. Механизм взаимодействия гуминовых кислот со слоистыми силикатами и коагулянтами. // Химия и технология воды. 1980. т. 2. № 4. С. 297-302.

6. Исхаков X А., Колосова М. М., Котова Г. Г., Игнатьев В. Л. Угли Канско-Ачинского бассейна в качестве источника гуминовых кислот // Вест. КузГТУ. 2004. № 4. С. 74-76.

7. Байченко А. А., Баран А. А., Митина Н. С., Налепа В. Ф. Очистка оборотных вод углеобогащения методом флокуляции // Химия и технология воды. 1985. т. 7. № 4. С. 38-42.

Авторы статьи:

Байченко Арнольд Алексеевич

- докт. техн. наук, профессор каф. «Обогащение полезных ископаемых»

Кардашов Андрей Вячеславович

- аспирант каф. «Обогащение полезных ископаемых»

УДК 622.2:502.14

А.В. Ремезов, С.С. Гришин

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

«Кузбасс приблизится к уровню добычи в 170 млн. т/год и на этом прекратит наращивать добычу угля», — заявляют областные власти. Администрация области делает ставку не на экстенсивное наращивание добычи, а на углубление переработки угля, повышение эффективности его использования. Перед горняками ставится задача капитально заняться экологией, восстановить 70 тыс. га ранее нарушенных земель, привести в порядок сотни рек и водоемов на территории области. Угольные компании будут обязаны платить за

каждый гектар земли, за каждый родник, принимать условия местных властей, касающиеся охраны окружающей среды и социальной политики [1,2].

Добыча угля сопровождается откачкой шахтных и карьерных вод, выдачей на поверхность пустых пород, выбросами пыли и вредных газов, деформацией углевмещающих пород и земной поверхности и приводит к загрязнению водных ресурсов, атмосферы и почвы, существенно изменяет гидрогеологические, инженерно-

геологические, атмосферные и почвенные условия.

В зонах подземных горных разработок образуются депрессионные воронки площадью от десятков до сотен квадратных километров, мелеют, а иногда и полностью исчезают реки и ручьи, затопляются или заболачиваются подработанные территории, обезвоживается и засоляется почвенный слой, что, в свою очередь, наносит большой вред водным и земельным ресурсам, ухудшается состав воздуха, меняется облик поверхности земли.

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 [3, 4, 5, 6, 7].

На небольшой площади в 95,7 тыс км2 в Кузбассе расположено около 1,4 тыс предприятий тяжелой индустрии. На угольную промышленность области приходится 31 % всех вредных выбросов. На современном этапе в связи с началом роста производства в угольной отрасли возрастает и техногенное воздействие на окружающую среду. Например, количество загрязняющих веществ, выброшенных угледобывающими предприятиями в атмосферу Кузбасса в 1997-2001 гг., выросло в 3,5 раза.

Значительные нарушения природного ландшафта происходят за счет складирования породы в отвалах шахтами и обогатительными фабриками. Для Кемеровской области как угольного региона характерен низкий процент рекультивации нарушенных земель. По данным экологов он составляет 2,08 % при возникновении 2 % новых нарушенных земель. При таких темпах для рекультивации всех нарушенных земель потребуется 1250 лет [8].

Поэтому как никогда остро стоит вопрос об изменении технологий в горном деле, о переходе на малоотходное производство. Выдаваемая из шахты порода занимает большую территорию земель, пригодных для сельского хозяйства, загрязняет воздушный бассейн вредными газами и пылью, а также, если отвал расположен в черте города, он нарушает движение воздушных потоков, вызывает загрязнение грунтовых вод. Шахта платит большие штрафы за такое загрязнение и нарушение окружающей природной среды.

Неблагоприятная экологическая обстановка ведет к росту заболеваемости и смертности населения. У работников угольных предприятий, где в течение десятилетий существовал высокий уровень запыленности и загазованности, низкие температуры и большая влажность, наблюдается постоянный рост профессиональных заболеваний

В настоящее время нет определённого комплекса природоохранных мероприятий для угольных предприятий, применение которого позволит свести к минимуму ущерб, наносимый окружающей природной среде горным предприятием. В будущем, конечно, общество будет стремиться создать экологически безопасное горное предприятие. На отдельных шахтах применяются некоторые мероприятия, но в нынешних условиях их недостаточно для обеспечения экологической безопасности.

Необходимо устранить негативное воздействие горных предприятий на окружающую среду.

Из основных направлений работ по снижению отрицательного влияния предприятий угольной промышленности можно выделить:

1. Снижение загрязнения водоемов шахтными и карьерными водами.

В процессе добычи угля предприятия отрасли вынуждены сбрасывать в водоемы находящиеся на поверхности шахтные воды.

Выдаваемая на поверхность шахтная вода загрязнена не только механическими примесями, но и в значительной степени минеральными солями. Поэтому одной из главных задач является создание эффективных средств и технологий деминерализации шахтных вод [5, 9].

2. Создание техники и технологии утилизации сопутствующих ресурсов и отходов угледобычи и переработки, которые оказывают значительный вред:

замкнутых водохозяйственных комплексов, обеспечивающих полное использование сточных вод для технологического водоснабжения собственных нужд производства и смежных отраслей: переход на замкнутые системы водоснабжения технологических процессов; увеличение объема использования шахтной воды на собственные нужды предприятий с соответствующим сокращением потребления питьевой воды;

замкнутого теплоэнергетического хозяйства, обеспечивающего потребности предприятий производственного комплекса собственным теплом и электроэнергией, получаемых от утилизации метана и низкопотенциальной теплоты вентиляционных и дегазационных систем и других источников.

В условиях острого дефицита газообразного топлива в стране существенно возросла роль метана угольных пластов как дополнительного источника энергии. При этом существенны такие преимущества метана, как отнесение части расходов, связанных с дегазацией на себестоимость угля, по отношению, к которому он является попутным полезным ископаемым. Использовать его можно в энергетике, химической промышленности, металлургии. Необходимо учесть огромную важность решения проблемы, связанной с выбросом метана в атмосферу и безвозвратной потерей ценного минерального сырья [10, 11].

40

А.В. Ремезов, С.С. Гришин

3. Создание комплекса по переработке твердых отходов, включающий сбор, сортировку, обогащение и переработку шахтной породы, отходов углеобогащения и энергетических объектов, что позволит сохранить поверхности, ликвидировать отчуждение земель под складирование, исключить загрязнение атмосферы и водоемов.

Остающиеся после добычи или переработки полезных ископаемых отходы представляют собой техногенные месторождения, так как им присущи большие масштабы, содержание большего количества необходимых современной промышленности минеральных компонентов и пригодность для производства товарной продукции. Количество и качество твёрдых минеральных отходов, образующихся на отдельных предприятиях, зависит от условий залегания запасов, качества добываемого полезного ископаемого, способа и технологии разработки и других факторов. Поэтому, для каждой шахты будет свой вариант переработки породы. Необходимо рассматривать попутно извлекаемую породу не как отходы, а как сырьё для использования в хозяйственной деятельности человека.

Эффект от реализации попутных продуктов добычи полезных ископаемых состоит из двух частей. Первая относится к предприятию и возникает благодаря улучшению производственных условий, вторая проявляется вне предприятий в результате того, что снижается потребность в применении другого более дорогостоящего, ранее использовавшегося минерального сырья. Использование твердых отходов расширит объемы их в качестве минеральных вяжущих и строительных материалов, органоминеральных удобрений и других продуктов [3, 12, 13, 14].

4. Создание системы заглубленных и подземных помещений для размещения части поверхностного комплекса с целью устранения шума и вибрации стационарного оборудования на вновь строящихся шахтах [15].

5. Применение технологий разработки угольных пластов, обеспечивающих минимальную осадку земной поверхности.

На многих горнодобывающих предприятиях нашла свое применение отработка выемочного участка длинными забоями и механизированными комплексами с полным обрушением пород кровли. Однако, в этом случае происходит негативное воздействие на состояние земной поверхности.

Способом, позволяющим уменьшить оседание земной поверхности, служит применение полной закладки выработанного пространства.

Использование короткозабойной технологии для отработки особо экологически чувствительных участков с твердеющей закладкой, обеспечивающей охрану подрабатываемого массива, водоносных горизонтов, тепловых, газовых, магнитных, силовых и других полей, снизит вредное

влияние на окружающую среду [15].

6. Разработка способов, предотвращающих заболачивание земель.

Плановое прекращение откачки воды обязательно влечет за собой возникновение и накопление водоносных горизонтов. Именно в верхнем водоносном горизонте могут восстановиться уровни воды, близкие к поверхности земли.

Существует ряд мероприятий по предотвращению или минимизации заболачивания:

1. Осуществление принудительного уровня воды в затопленной выемке. Привязка создаваемого водоема к уровню уже существующих предполагает целенаправленную разработку общего водного баланса и создается путем регулирования глубины связывающих канав. Это представляет собой дорогостоящее, но и долговечное решение. Данное решение хорошо работает в случае наводнений или паводков, и поэтому в большинстве случаев получает предпочтение перед другими.

2. Создание и эксплуатация насосных станций для откачки воды в близлежащие водоемы.

3. Создание дренажей для целенаправленного отвода воды. В случае значительно отрицательного водного баланса можно принимать во внимание перекрытие водоносных горизонтов. Защищаемые территории заболачивания следует сохранить путем возведения завес, гидравлических перекрытий и др. Этот вариант очень дорогостоящий и может являться решением проблемы только в довольно ограниченных рамках. Сами завесы или перекрытия несут в себе проблему того, что должны давать гарантию на неограниченный отрезок времени [6].

7. Охрана атмосферного воздуха: очистка от газообразных выбросов, главным образом от диоксида серы, оксидов азота и метанов, разработка технологий сжигания высокозольных и высокосернистых углей и шламов [6].

8. Восстановление нарушенных земель: снижение землеемкости горных работ, рекультивация глубоких карьерных выработок и отвалов большого объема, разработка бактериальных препаратов для ускоренной рекультивации породных отвалов [11].

9. Закладка выработанного пространства. (в т.ч. и породой см. п.3)[6].

С учетом специфики требований времени природоохранная деятельность в угольной промышленности должна ориентироваться на:

профилактическую деятельность (предупреждение возникновения негативных воздействий промышленного производства на окружающую среду путем защиты ее объектов);

восстановление объектов природной среды, нарушенных антропогенным (техногенным) воздействием;

консервацию, сохранение уникальных природных объектов (ландшафтов, геологических образований, рек, озер, лесных и других природ-

ных комплексов), имеющих народнохозяйственное, эстетическое и познавательное значение для человека [4,6].

Сложилось положение, при котором, если не принять соответствующих мер, в ближайшее время станет невозможным не только оздоровить социальную и экологическую обстановку в области, но и просто обеспечить выживание большинства шахт и обогатительных фабрик в условиях рыночной экономики и более жестких требований по охране окружающей среды.

Настоящее время диктует другие требования к производственной деятельности человека: применение малоотходных или безотходных технологий, а соответственно рациональное использование природных ресурсов, повышение рентабельности производства.

Изменить к лучшему сложившуюся ситуацию можно путем детального анализа положения дел, поиска и реализации эффективных решений в области охраны окружающей среды.

Во избежание экологической катастрофы необходимо отказаться от внедрения экологически опасных технологий и направить все усилия науки, техники, общественности на оздоровление нашего экологического дома, чтобы в нем могли жить наши потомки.

Таким образом, необходима выработка и реализация единой экологической политики. В противном случае вывод Кузбасской экономики из кризиса без учета экологического фактора вновь будет сопровождаться быстрыми темпами роста производства с дальнейшей деградацией природы и самого человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шахтерский край. - Кемерово.- № 36, 2004

2. Губернские ведомости.- Кемерово. - 26.08.- 2004.

3. Диколенко Е.Я. Экологические проблемы угольной отрасли и пути их решения // Уголь. - № 1.2003. - С. 25-27

4. Мазикин В.П. Перспективы снижения негативного воздействия угольной промышлености на экологию Кузбасса // В.П. Мазикин, Ю.А. Шевелев, С.Ю. Наседкин // Уголь.- № 7.- 2005. - С. 3-6.

5. Бубнова К.Д. Эколого-экономические проблемы ликвидаций угольных шахт // Уголь.- № 7.- 2001. - С. 58-59.3. Певзнер М.Е., Малышев А. А. Горное дело и охрана окружающей природной среды. - М.: МГГУ, 1997. - 300 с.

6. Умнов А.Е. Охрана природы и недр в горной промышленности .- М.: Недра, 1981. - 126 с.

7. Ремезов А.В. Экологические проблемы при ликвидации угледобывающих предприятий Кемеровской области и пути их решения / А.В. Ремезов, А.А. Петренко // Вестник КузГТУ. - № 1.- 2004. - С. 5455.

8. Леухова М.Г. Угольная промышленность и некоторые аспекты экологической политики в Кузбассе

в конце ХХ начале XXI века / М.Г. Леухова, Г. С. Некрасова // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Материалы Х Международной научно-практической конференции. - Кемерово, ГУ КУЗ-

ГТУ 23-24 ноября, 2004.- С. 330-332.

9. Сафин Р.Т. Экологические проблемы реструктуризации Кизеловского угольного бассейна // Уголь.- № 5.- 2003. - С. 65-68.

10. Зайденварг В.Е. Методические положения оценки остаточных ресурсов метана и возможных объемов его извлечения на закрываемых шахтах / В.Е. Зайденварг, А.Д. Рубан, В.С. Забурдяев В.С., Е.В. Бардышев // Уголь.- № 11.- 2002 .- С. 7-12.

11. Станкус В.М. Возможные объемы добычи угля в Кузбассе до 2020 года / В.М. Станкус, А.П. Кузьмин, М.В. Писаренко // Уголь.- № 1.- 2005.- С. 43-45.

12. Головин Г. С. Новые решения экологических проблем при реструктуризации угольных предприятий / Г.С. Головин, Ю.В. Каплунов, А.С. Малолетнев, Н.В. Бондаренко // Уголь. - № 3.- 2000.- С. 56-58.

13. Красавин А.П. Комплексная программа по созданию и внедрению малоотходных и безотходных производств в угольной промышленности / А.П. Красавин, И.С. Цукерман // Уголь. - № 12. - 1985.-С.18-21.

14. Геомеханика и технологическое развитие подземной угледобычи в Кузбассе: Под ред. Герике Б. Л. - Кемерово :ИУУ СО РАН, 2004 .- 620 с.

15. Худин Ю.Л. Технический прогресс и экологические проблемы в угольной промышленности // Уголь . - № 1.- 1996. - С. 48-50.

Авторы статьи:

Ремезов Гришин

Анатолий Владимирович Сергей Сергеевич

- докт. техн. наук, проф. каф. разработки - аспирант каф. разработки месторож-

месторождений полезных ископаемых дений полезных ископаемых