Міністерство освіти і науки України
Державний вищий навчальний заклад
Донецький національний технічний університет
Кафедра "Прикладна екологія та охорона навколишнього середовища"
Курсова робота
з дисципліни "Загальна екологія та неоекологія"
на тему:
"Екологічні особливості гірничої промисловості"
Виконавець:
студент групи ОС – 07з
Богоудінова С.Ф
Керівник:
Доцент: Блакберн А.А
Донецьк, 2008
Реферат
Курсова робота: 35 сторінок., 5 рисунків., 8 таблиць, 26 посилань, 3 додатка.
Метою роботи є поглиблене вивчення і підвищення рівня теоретичних знань з екології.
У роботі зроблений огляд літературних джерел з питань охорони навколишнього середовища. Розглянуті екологічні особливості в гірничої промисловості.
Вступ
В современную эпоху неуклонного развития научно-технического прогресса — решающего фактора роста общественного производства — воздействие человека на окружающую природную среду неизбежно усиливается, остро проявляются противоречия во взаимодействии общества и природы, которые породили так называемую экологическую проблему.
Интенсификация общественного производства, как правило, приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению окружающей природной среды, нарушению природных взаимосвязей, а человечество испытывает нежелательные последствия этих явлений. Например, добыча угля, сопровождающаяся откачкой шахтных и карьерных вод, выдачей на поверхность пустых пород, выбросами пыли и вредных газов, а также деформацией углевмещающих пород и земной поверхности, приводит к загрязнению водных ресурсов, атмосферы и почвы, существенно изменяет гидрогеологические, инженерно-геологические, атмосферные и почвенные условия в зонах открытых и 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.
Для решения проблемы сохранения природных ресурсов горнодобывающей промышленности от истощения необходимо рационально использовать недра для разработки месторождений полезных ископаемых и надлежащим образом осуществлять их охрану. Сюда входит большой и сложный комплекс научно-технических, производственных, экономических и социальных вопросов, практически решаемых в различных отраслях народного хозяйства. Эта проблема по своему характеру является межотраслевой.
Практическая реализация конкретных мер по охране окружающей природной среды осуществляется и с помощью различных инженерно-технических решений. Наиболее эффективным с точки зрения конечной цели охраны среды является внедрение безотходных (малоотходных) технологий.
Поиск рациональных вариантов решений должен осуществляться на всех стадиях инженерно-технической деятельности (при разработке научных рекомендаций, проектировании и т. д.).
Применительно к горнодобывающей промышленности проблема охраны окружающей природной среды и комплексного использования природных ресурсов решается в следующих основных направлениях: охрана и рациональное использование водных ресурсов; охрана воздушного бассейна; охрана и рациональное использование земель; охрана и рациональное использование недр; комплексное использование отходов производства.
1. Охрана водной среды
К числу предприятий, сточные воды которых усиливают экологическую дестабилизацию гидросферы, относятся предприятия угольной промышленности. Они причиняют значительный ущерб водным ресурсам за счет истощения запасов подземных вод при осушении и эксплуатации месторождений, в результате загрязнения поверхностных вод сбросами недостаточно очищенных шахтных, карьерных, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, а также стоками ливневых и талых вод с промплощадок угольных предприятий, отвалов, полотна железных и автомобильных дорог.
Следовательно, основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками.
Сточные воды отрасли подразделяются на следующие группы:
· шахтные воды (шахтные воды и воды от осушения шахтных полей);
· карьерные воды разрезов (карьерные воды и воды от осушения карьерных полей);
· производственные сточные воды (поверхностного комплекса шахт, разрезов, обогатительных фабрик, заводов и др.);
· хозяйственно-бытовые сточные воды работающих на производстве;
· коммунально-бытовые воды населения поселков, находящихся на балансе угольных предприятий.
Наибольший вред окружающей среде наносят загрязненные рудничные воды, сток которых начинается при вскрытии водоносных горизонтов подземными горными выработками. Таким образом, решающую роль в формировании стока шахтных вод играют подземные воды.
При производстве подземных горных работ образуются три вида водопритоков (три системы обводнения) по шахтному полю: при проходке подготовительных и основных выработок; при очистных работах; из погашенных выработок.
При проходке выработок и ведении очистных работ вокруг выработок и над выработанным пространством формируются так называемые депрессионные поверхности (воронки), наличие которых указывает на постепенное понижение уровня воды в водоносном горизонте, хотя приток ее может быть продолжительным и значительным по величине.
Характер стока воды при проходке выработок и ведении очистных работ различный. Водопритоки в подготовительные и основные выработки формируются из водоносных горизонтов, в которых проводится выработка, и очень редко (при наличии взаимосвязи) — с вышележащих горизонтов. Место поступления воды обычно приурочено к призабойной зоне.
Продолжительность водопритоков в проходимые выработки зависит от свойств пересекаемых пород, запасов воды, характера их восполнения. Обычно с течением времени притоки в проведенные выработки прекращаются или заметно уменьшаются.
Формирование водопритока в действующие очистные горные выработки происходит как за счет статических запасов подземных вод водоносного горизонта, в котором находится очистной забой, так и за счет водоносных горизонтов, расположенных в зоне образования вторичной (от разгрузки) трещиноватости вмещающих пород. Выемка угля в очистных забоях характеризуется резким скачкообразным увеличением притока воды в моменты обрушения кровли и постепенными спадами между ними. Следует отметить, что в отдельных случаях вода в выработанное пространство может поступать также из почвы при наличии в ней трещин, через которые из подстилающих месторождение пород поднимаются напорные воды
Притоки воды в действующие шахты из отработанных и погашенных участков и старых шахт формируются, как правило, за счет динамических запасов подземных вод. Развитие притоков в систему погашенных горных выработок ограничивается возрастающим во времени гидравлическим сопротивлением движению воды, обусловленным заиливанием выработанного пространства, кольматацией и уплотнением пород, установкой перемычек и др. Удельный приток воды на 1000 м2
погашенных выработок на два порядка меньше, чем в действующие участки. Однако общие величины водопритоков в погашенные выработки гораздо больше
Шахтные воды формируются за счет подземных и поверхностных вод, проникающих в подземные горные выработки. Стекая по выработанному пространству и горным выработкам, они загрязняются взвешенными и обогащаются растворимыми химическими и бактериологическими веществами, приобретают в некоторых случаях кислую реакцию. Качественный состав шахтных вод разнообразен и существенно изменяется по угольным бассейнам, месторождениям и районам. В большинстве случаев эти воды не пригодны для питья и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной обработки.
В основном шахтные воды загрязняются взвешенными и растворенными минеральными веществами, бактериальными примесями минерального, органического и бактериального происхождения.
Наличие загрязнений в воде вызывает ее помутнение, обусловливает окисляемость и цветность, придает запах и привкус, определяет минерализацию, кислотность и жесткость
В связи с ростом уровня механизации горных работ особое внимание необходимо обращать на загрязнение шахтных вод таким взвешенным органическим компонентом, как нефтепродукты. В настоящее время наиболее характерные их концентрации в шахтных водах сравнительно невелики — 0,2—0,8 мг/л. Однако по отдельным высокомеханизированным шахтам этот показатель возрастает до 5 мг/л.
По степени минерализации шахтные воды делятся на пресные (сухой остаток до 1 г/л) и солоноватые (сухой остаток более 1 г/л). В общем объеме шахтных вод солоноватые воды составляют более половины. Однако степень минерализации значительно изменяется даже в пределах одной шахты.
Кислотность воды (рН) обусловлена содержанием в ней водородных ионов. Шахтные воды бывают кислые (рН<6,5), нейтральные (рН = 6,5—8,5) и щелочные (рН>8,5). Основной объем шахтных вод имеет нейтральную реакцию.
Жесткость воды (мг-экв/л) является важным химическим свойством, определяющим область ее использования, и обусловлена содержанием в ней растворенных солей кальция и магния.
Помимо различных минеральных солей и других химических соединений в шахтных водах обнаружены 26 микроэлементов. Как правило, шахтные воды содержат железо, алюминий, марганец, никель, кобальт, медь, цинк, стронций. Не характерны для них такие редкие элементы, как серебро, висмут, олово, гелий и др. В целом содержание микроэлементов в шахтных водах на 1-2 порядка выше, чем в подземных водах, за счет которых они формируются.
Степень бактериального загрязнения шахтных вод оцениваетсяв основном двумя микробиологическими показателями: колититром и колииндексом. Колититр - это количество воды (мл/л или см3
), в котором обнаруживается одна кишечная палочка. Колииндекс - количество кишечных палочек на 1 л исследуемой воды.
Минерализация шахтных вод обусловлена в первую очередь минерализацией подземных вод, химический состав которых формируется под совокупным действием различных факторов: литолого-минералогического состава горных пород, условий питания водоносных горизонтов и интенсивности водообмена, климата, антропогенних факторов и др. До поступления в шахту подземных вод химический состав их формируется солями, вымываемыми при инфильтрации поверхностных вод, содержащих свободную углекислоту и кислород, которые увеличивают растворимость карбонатов кальция и магния. Медленнее происходит процесс выщелачивания полевых шпатов и алюмосиликатов. В результате вода обогащается карбонатами щелочных металлов. Вода минерализуется сульфатами и хлоридами после их контакта с такими легко растворимыми породами, как гипс, галит, мирабилит. При смешении гидрокарбонатно-натриевых вод с сульфатно-кальциевыми образуются сульфатно-натриевые воды.
Шахтные воды загрязняются взвешенными веществами, нефтепродуктами и бактериальными примесями при движении по горным выработкам, выработанному пространству, стволам. Взвешенные вещества образуются и поступают в воду в результате разрушения горного массива и при погрузке отбитой массы на транспортные средства; при дренаже вод через выработанное пространство на штрек; при перекреплении выработок. Такие источники загрязнения называются основными или первичными. В условиях горного производства возникают и вторичные источники поступления взвесей в шахтные воды: при транспортировке горной массы (особенно на погрузочных пунктах, на пересыпах, по стволам), при движении транспорта и перемещении людей в подтопленных местах выработок, при сдувании вентиляционными струями технологической и инертной пыли.
Концентрация и степень измельченности взвешенных частиц в шахтных водах зависят от горно-геологических и технологических факторов. К основным горно-геологическим факторам относятся водообильность шахты, крепость и влажность угля и пород, минералогический состав угольного пласта и вмещающих пород, их размокаемость, мощность, структура, угол падения угольного пласта, солевой состав вод.
Влияние технологических факторов обусловливается способом вскрытия месторождения, системой разработки, способом выемки угля и разрушения пород, в частности степенью оснащения забоя механизмами, схемой набора зубков и размерами режущего инструмента, режимом разрушения угольного массива исполнительными органами, объемом взрывных и буровых работ с промывкой шпуров и скважин. Сюда же относятся способ транспортировки горной массы, интенсивность работы оросительных устройств, протяженность выработок, состояние водосборников, режим работы водоотливного хозяйства, определяющие время пребывания взвешенных частиц в воде.
Если подземные воды проникают непосредственно в действующий забой (лаву или проходческий забой), то их интенсивное загрязнение взвешенными веществами начинается при разрушении угля или породы. Концентрация взвесей в воде, стекающей из мокрых лав, достигает 10—15 тыс. мг/л. Следовательно, мокрые действующие забои являются мощными источниками загрязнения шахтных вод взвешенными веществами.
В сухих действующих забоях, когда обводнение пройденных выработок развивается с отставанием и продолжается на определенном участке, дренируемые подземные воды загрязняются угольной и породной мелочью, не зачищенной после горных работ.
Активным источником загрязнения воды в транспортной выработке является конвейер. При переполнении ставов скребковых конвейеров горной массой выше бортов она сползает на почву и увлекается водой. Угольная и породная мелочь стряхивается с цепи и скребков конвейера в пространство, окружающее приводную головку, в том числе в водный поток. Повышается загрязненность поды в первую очередь у пересыпов, особенно если в их окрестности выработка подтоплена.
В результате отстаивания воды в участковых водосборниках концентрация взвешенных веществ снижается от 3000 до 2000 мг/л.
Условия спуска шахтных и любых других сточных вод в водные объекты регламентируются Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Различают общие требования состава и свойств воды водных объектов, которые должны выполняться при спуске в них сточных вод, и специальные.
Общие требования по охране каждого вида водного объекта зависят от категории водопользования и определяются установленными показателями состава и свойств воды водоема или водотока
К специальным требованиям относится соблюдение предельно допустимых количеств (ПДК) вредных веществ.
Предельно допустимым количеством вредного вещества в воде водоема называется количество (мг/л), которое при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследований, а также не нарушает биологического оптимума в водоеме.
Требования к качеству шахтных вод, допущенных к спуску в водоемы, определяются отдельно для каждого конкретного предприятия с учетом перспективы его развития в зависимости от расхода сточных вод, их назначения и состояния водоема (загрязненности), степени возможного смешения и разбавления в нем сточных вод на участке от места выпуска до ближайшего контрольного створа.
Шахтные воды не должны приводить к изменению состава и свойств воды водного объекта на величины, превышающие установленные действующими правилами.
Контроль состояния спускаемых в водные объекты шахтных вод должен обеспечиваться водопользователем (шахтой). Он включает анализ сточных вод до и после выполнения мероприятий, направленых на снижение загрязненности спускаемых вод; анализ воды водоема или водотока выше спуска шахтных вод и у первого пункта водопользования; замеры количества отводимых вод. Порядок контроля, осуществляемого водопользователями (частота, объем анализа и др.), согласовывается с органами по регулированию потребления и охране вод, органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы с учетом местных условий на водном объекте, его использования, степени вредности сточных вод, типов сооружений и особенностей обработки сточных вод.
Шахтные воды должны максимально использоваться для производственного водоснабжения (шахты или смежных предприятий) и сельского хозяйства.
Основными направлениями в охране водных ресурсов от загрязнения сточными водами угольной промышленности являются:
1. Сокращение водопритоков в горные выработки.
2. Очистка сточных вод.
3. Снижение загрязненности вод в подземных горных выработках.
4. Максимальное использование сточных шахтных вод для технического водоснабжения предприятий и сельскохозяйственных нужд.
5. Внедрение оборотных систем производственного водоснабжения предприятий.
Большую роль в решении проблемы эффективной охраны водных ресурсов играют также организационно-технические мероприятия: запрещение ввода в эксплуатацию новых угольных предприятий без очистных сооружений; строгое выполнение условий спуска шахтных вод в водные объекты, в том числе запрещение спуска вод, содержащих вещества, для которых не установлены ПДК, и обеспечение возможности наиболее полного смешения шахтных вод с водой водоема в местах выпуска шахтных вод; строгое соблюдение технологической дисциплины; нормирование расхода воды; повышение производственной экологической культуры работников отрасли.
Сокращением водопритоков в горные выработки предупреждается истощение ресурсов подземных вод и поверхностные водные объекты предохраняются от излишнего загрязнения. Кроме того, в результате уменьшения обводненности подземных выработок улучшаются условия труда горнорабочих, условия эксплуатации оборудования и механизмов.
Очистка шахтных вод заключается в их осветлении (очистка от взвешенных веществ), обеззараживании, деминерализации, снижении кислотности, обработке и утилизации осадков.
Очищенные и обеззараженные шахтные воды должны быть максимально использованы для производственных нужд самой шахты, соседних предприятий, а также в сельском хозяйстве. Чаще всего такие воды применяются на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля; для профилактического заиливания, тушения породных отвалов, гидрозакладки выработанного пространства и гидротранспорта; в установках и устройствах для борьбы с пылью на технологическом комплексе поверхности шахт и обогатительных фабриках; в котельных (включая золоудаление); в стационарных компрессорных, дегазационных установках и кондиционерах.
По согласованию с органами Государственного санитарного надзора шахтные воды (если они не содержат вредных и труднорастворимых примесей) могут быть использованы для борьбы с пылью в подземных условиях при соответствующей предварительной их очистке и обеззараживании до питьевого качества.
Очистка шахных вод производится механическими, химическими, физическими и биологическими методами.
Механические методы (отстаивание, фильтрование, выделение твердой фазы под действием центробежных сил, сгущение осадков на центрифугах и вакуум-фильтрах) используются в основном как предварительные. Они освобождают воду лишь от механических примесей различной крупности, т. е. осветляют ее.
При химических методах очистки воды применяют реагенты для изменения химического состава примесей или их структуры (коагулирование и флокулирование, нейтрализация, перевод ,ядовитых примесей в безвредные, обеззараживание методом хлорирования и др.).
Физические методы — это извлечение вредных примесей путем изменения агрегатного состояния воды, воздействия на них ультразвука, ультрафиолетовых лучей, растворителей и др.
Биологические методы предназначены для очистки воды, содержащей загрязнения органического происхождения
2. Охрана воздушного бассейна
Вредные выбросы в атмосферу на предприятиях угольной промышленности происходят в результате: подземной добычи угля и сланца, включая производственные процессы технологического комплекса поверхности шахт, отвалообразования; открытой добычи угля и сланца; обогащения твердого топлива и брикетирования углей; теплоснабжения угольных предприятий с помощью промышленных и коммунально-бытовых котельных.
Источники выбросов вредных веществ в атмосферу подразделяются на организованные и неорганизованные, стационарные и передвижные.
Основными организованными источниками, загрязняющими атмосферу вредными веществами, являются топки котлов промышленных и коммунальных котельных; сушильные установки обогатительных и брикетных фабрик; аспирационные системы обогатительных и брикетных фабрик, зданий поверхностного комплекса шахт; аспирационные системы цехов машиностроительных и ремонтных заводов; аспирационные системы цехов предприятий строительной индустрии; транспорт, работающий с помощью двигателей внутреннего сгорания.
Основные неорганизованные источники, загрязняющие атмосферу промышленными выбросами, — горящие породные отвалы шахт и обогатительных фабрик. Горящими следует считать отвалы, на поверхности которых имеются видимые очаги (признаки) горения или участки с температурой пород на поверхности, превышающей на 30°С температуру воздуха на высоте 1 м от поверхности отвала (за температуру пород на поверхности отвала принимается температура, измеренная на глубине 0,1 м).
К стационарным источникам загрязнения окружающей воздушной среды в угольной промышленности относят промышленные и коммунально-бытовые котельные, сушильные установки и аспирационные системы обогатительных и брикетных фабрик, горящие породные отвалы, вентиляторы главного проветривания шахт, вагранки и электросталеплавильные печи машиностроительных заводов Минуглепрома.
К передвижным источникам загрязнения в отрасли относятся автотранспорт, экскаваторы, бульдозеры и т. д., работающие на бензине или дизельном топливе.
Основные вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу стационарными и передвижными источниками,— это пыль, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота, а также сероводород, выделяемый горящими породными отвалами.
Количество выделяемых вредных веществ определяется с помощью расчетов, выполняемых по действующим отраслевым методикам. Кроме того, для получения достоверных данных о количественном и качественном составах промышленных выбросов по каждому источнику загрязнения проводится периодическая инвентаризация вредных выбросов. В настоящее время самым значительным источником загрязнения воздушного бассейна в отрасли являются горящие отвалы. На их долю приходится около 51 % всех выбросов в атмосферу.
Загрязнение воздушной среды в подземных выработках шахт. Состав воздуха, поступающего в подземные горные выработки, изменяется вследствие различных причин: действия окислительных процессов, протекающих в шахте; газов (метана, углекислого газа и др.), выделяющихся в выработках, а также из разрушаемого угля; ведения взрывных работ; процессов дробления горных пород и полезного ископаемого (выделение пыли); рудничных пожаров, взрывов метана и пыли. К окислительным процессам относят в первую очередь окисление полезного ископаемого (угля, угле - и серосодержащих пород).
В результате перечисленных процессов в воздух выделяются вредные ядовитые примеси: углекислый газ, оксид углерода, сероводород, сернистые газы, оксиды азота, метан, водород, тяжелые углеводороды, пары акролеина, газы, образующиеся при взрывных работах, рудничная пыль и др.
Основная масса углекислого газа (90—95 %) в шахтах образуется при окислении древесины и угля, разложении горных пород кислыми рудничными водами, выделении С02
из угля и пород.
Основными источниками загрязнения воздуха в шахте оксидом углерода являются в экстремальных случаях рудничные пожары, взрывы угольной пыли и метана, а в обычных — взрывные работы и работа двигателей внутреннего сгорания.
Особую опасность представляют пожары от самовозгорания углей, так как они не сразу обнаруживаются. Большое количество СО образуется в заперемыченных пожарных участках.
Сероводород в шахтах выделяется при гниении органических веществ, разложении водой серного колчедана и гипса, а также при пожарах и взрывных работах.
Сернистый газ выделяется в небольших количествах из пород и угля вместе с другими газами.
Основная составная часть рудничного газа — метан. В подземных горных выработках он выделяется с обнаженных поверхностей угольных пластов, из отбитого угля, из выработанных пространств и в небольших количествах с обнаженных поверхностей пород. Различают обыкновенное, суфлярное и внезапное выделение метана.
На угольных предприятиях во время их строительства и эксплуатации почти при всех технологических процессах, связанных с прохождением горных выработок, добычей полезного ископаемого и транспортировкой его, происходит интенсивное пылеобразование, загрязняющее атмосферу. Основные из процессов: бурение шпуров и скважин, как по породе, так и по полезному ископаемому; взрывание и уборка взорванной горной массы; транспортировка, погрузка и перегрузка полезного ископаемого и породы; работа проходческих и выемочных комбайнов, агрегатов, стругов, врубовых машин и других механизмов.
Однако, проходя по горным выработкам, запыленный воздух почти полностью самоочищается (98,6—99,9 %). Следовательно, по пылевому фактору подземные горные работы не представляют угрозы для окружающей среды. Существенным источником запыленности атмосферного воздуха являются стволы. Повышенные концентрации угольной пыли отмечаются, как правило, в вентиляционных потоках через скиповые стволы во время погрузки и разгрузки скипов (опрокидных клетей), когда допускается полное опорожнение бункеров. Интенсивным источником пыли является вынос и просыпание угольной мелочи из бункера и подъемного сосуда в разгрузочном устройстве.
Таким образом, из перечисленных вредных веществ, выделяющихся в атмосферу из подземных горных выработок, основную массу составляют пыль, метан и оксид углерода.
Воздух самоочищается от пыли в подземных выработках. Другие вредности не улавливают и не обезвреживают, а только "разбавляют" воз
К. числу пылеобразующих можно отнести практически все операции, выполняемые на угольном комплексе: прием угля из подъемных сосудов, Дробление, грохочение, загрузка конвейеров, транспортирование горной массы, погрузка и разгрузка бункеров, складирование, разделка проб в ОТК.
Существующая технология добычи угля подземным способом связана с выдачей породы на поверхность и складированием ее в специально предусмотренные отвалы.
Породный комплекс на поверхности шахт включает следующие основные операции: прием и транспортирование породы от места ее выдачи до погрузочного пункта, погрузка породы в транспортные средства, транспортирование к месту отвала и его формирование.
Вместе со сростками породы, углистыми и сернистыми породами уголь образует массу, склонную к окислению, в результате которого происходит ее самонагревание и самовозгорание в отвалах. Атмосфера загрязняется вредными газами. Однако не только состав, но и строение отвалов влияет на самовозгорание массы. Наиболее благоприятные условия для этого создаются на терриконах и хребтовых отвалах, у которых при сегрегации горючие вещества накапливаются в верхней части отвала, где есть достаточный приток воздуха. Самовозгорание может возникнуть и от внешних причин.
Горение породы на действующих отвалах носит очаговый устойчивый характер. При этом температура в зоне горения может достигать 800—1200 °С.
В результате воздействия на поверхность отвалов температуры, осадков, ветра, внутреннего тепла крупные куски породы рассыпаются до размеров пыли, которую в сухую погоду сдувает ветер и уносит на значительные расстояния, загрязняя атмосферу. В 150 м от отвала концентрация пыли при скорости ветра 3,5 м/с и влажности воздуха 90 % может достигать 10—15 мг/м3
.
Величина газовыделений из горящих действующих и недействующих отвалов различна. Интенсивно горящие отвалы снижают выделение газа спустя год после прекращения эксплуатации на 96—99 %, для отвалов с меньшей интенсивностью горения объем этих выбросов за то же время уменьшается примерно на 50 %, через 2 г.— на 70 %, 3 г.— 99 %.
Существенным источником загрязнения воздушного бассейна в отрасли являются промышленные и коммунально-бытовые котельные.
Количество выделяемых вредных веществ при сжигании топлива в котельных в первую очередь зависит от вида, марки, объема топлива и технологии сжигания. Котельные (90%) работают на твердом топливе, которое на 98,3 % состоит из угля, остальное — сланцы, древесные отходы, промпродукты. Кроме твердого топлива используют также жидкое (6 %) и газообразное (4)%. В качестве жидкого топлива применяют мазут (73%) или сланцевое масло (27 %).
При сжигании угля в промышленных котельных в атмосферу, выбрасываются мелкая зола, и мелкие фракции несгоревшей угольной пыли, оксид углерода, сернистый ангидрид и оксиды азота. Количество этих ингредиентов зависит от характеристик сжигаемого топлива.
При сжигании мазута и газообразного топлива пыль в выбросах практически отсутствует.
Основную массу вредных веществ, выделяющихся в атмосферу из подземных горных выработок, составляют метан, оксид углерода, оксиды азота, пыль.
Для предотвращения окислительных процессов в подземных условиях применяют пожаробезопасные системы разработки пластов, изолируют выработанные пространства, создают в них инертную атмосферу, снижают потери полезных ископаемых, осуществляют быстрое и эффективное тушение пожаров.
Наиболее распространенным и активным способом уменьшения метанообильности угольных шахт является дегазация разрабатываемых и сближенных угольных пластов и выработанных пространств. При правильной дегазации поступление метана в рудничный воздух может быть сокращено на 30—40 % по шахте в целом и на 70—80 % в пределах выработок выемочных полей.
Дегазация может производиться различными способами: проведением подготовительных выработок; бурением скважин по пласту и по породе с поверхности или из выработок с последующим отсосом метана; гидроразрывом или гидрорасчленением пласта; нагнетанием в пласт раствора, уменьшающего газовую проницаемость угля или содержащего метанопоглощающие микроорганизма; гидрообработкой призабойной зоны; каптажом суфлярных выделений метана.
В шахтном хозяйстве отсасываемый метан используемся пока недостаточно (10—15 %), хотя его с успехом можно применять в качестве топлива для нагрева паровых котлов в шахтных котельных. Это обеспечит значительный экономический эффект.
Чтобы уменьшить образование оксида углерода и оксидов азота, нельзя допускать неполного взрывания ВВ, забойки шпуров угольной мелочью, применять ВВ с нулевым кислородным балансом и со специальными добавками как в самом ВВ, так и в оболочках патронов и в забойке.
Для предотвращения образования пыли и пылевого облака внедряют механизмы, при работе которых пылеобразование минимально; предварительно увлажняют пласты, что позволяет снизить запыленность воздуха на 50—80 %; орошают места пылеобразования и осевшей пыли; периодически очищают от пыли откаточные и вентиляционные выработки (3—4 раза в год); нормируют расход ВВ; применяют мокрое бурение и бурение с отсосом пыли; используют пенно-воздушные и воздушно-водяные завесы; орошением подавляют пыль в пунктах погрузки и перегрузки; укрывают места перегрузки пылезащитными кожухами; ограничивают высоту перепада угля и породы; уплотняют места соединений и т.д.
Сокращение вредных выбросов технологическим комплексом поверхности шахт достигается его совершенствованием. Общими на- правлениями являются:
упрощение технологических схем, применение совершенной поточной технологии на базе надежного, высокопроизводительного оборудования с комплексной механизацией и автоматизацией всех процессов на поверхности шахт;
переход на автоматизированные системы оперативно-диспетчерского управления производственными процессами;
организация районных предприятий для обслуживания групп шахт (ремонт оборудования, материально-техническое снабжение, переработка шахтной породы и т. д.);
осуществление комплекса организационно-технических мероприятий по охране окружающей среды.
При разработке комплекса организационно-технических мероприятий по охране воздушного бассейна от загрязнений в отрасли прежде всего уделяется внимание совершенствованию технологии первичной обработки, транспортирования и складирования гордой массы путем применения новых машин и механизмов с меньшей интенсивностью пылевыделения, а также использованию различных типов пылеуловителей для очистки вентиляционных (аспирационных) выбросов; совершенствованию технологии отвалообразования и очистки дыма, котельных с помощью устройств для улавливания вредных газов, пыле- и золоуловителей.
В угольной промышленности основными мерами, направленными на уменьшение количества вредных выбросов с дымовыми газами котельных, являются: закрытие котельных малой мощности; совершенствование технологии сжигания топлива; полное оснащение котельных эффективным пылеулавливающим оборудованием.
Уменьшает вредные выбросы в атмосферу использование для котлоагрегатов жидкого или газообразного топлива, включая метан от дегазации шахт.
Улавливание пыли из дымовых газов котельных производится с помощью различных очистных установок. Вид их зависит от физико-химических свойств улавливаемой золы и пыли (в первую очередь фракционного состава).
Наиболее эффективным методом очистки дымовых газов промышленных и коммунально-бытовых котельных от твердых веществ является в настоящее время метод сухой механической очистки с применением одиночных циклонов для котельных с котлами паропроизводительностью 2,5—6,5 т/ч и батарейных циклонов для котельных с котлами производительностью 6,5—20 т/ч.
3. Охрана земной поверхности
Развитие горнодобывающей промышленности приводит к изъятию из природного кругооборота и нарушению значительной части поверхности Земли. Нарушенными считаются земли, которые утратили свою хозяйственную ценность или являются источником отрицательного воздействия на окружающую среду.
Отчуждаются большие площади плодородных земель при открытом способе разработки месторождений, обеспечивающем добычу наиболее объемных масс полезных ископаемых: топливных, железорудных, строительных.
Добыча полезных ископаемых подземным способом также отрицательно влияет на состояние природных ландшафтов. Вследствие сдвижений и деформаций горных пород на поверхности шахтных полей образуются провалы, прогибы, мульды сдвижения, которые заполняются грунтовыми подземными водами с верхних водоносных горизонтов, а также паводковыми водами и атмосферными осадками.
Деформация земной поверхности при подработке, затопление ее отдельных участков или обезвоживание наносят значительный ущерб природным объектам (пашни, леса и др.), населенным пунктам, промышленным сооружениям, изменяют микроклимат.
Размеры зоны влияния подземных разработок на сооружения и природные объекты зависят от следующих факторов: мощности, угла падения и глубины разрабатываемых пластов; размеров очистных выработок, расположения и размеров оставляемых в очистной выработке целиков; способа управления горным давлением; скорости подвигания забоя; наличия вблизи очистной выработки ранее отработанных площадей; физико-механических свойств пород; структурных особенностей массива горных пород (мощность слоев, геологические нарушения и др.).
С увеличением глубины разработки все виды деформаций земной поверхности уменьшаются.
Отрицательное влияние подземных горных выработок заключается также в засорении и отчуждении земли породными отвалами. В результате добычи угля подземным способом на поверхность выдается порода от проведения подготовительных и очистных работ, от очистки и восстановления горных выработок. Количество ее зависит от системы разработки, горно-геологических условий, способа выемки угля и т. д: Выданная на поверхность порода складируется в различные по размерам и форме отвалы. Они занимают ценные сельскохозяйственные земли, снижают продуктивность соседних земель, загрязняют атмосферу газами и пылью, нарушают гидрогеологический режим местности. Кроме того, воды (преимущественно токсичные), которые стекают с отвалов, уничтожают растительность на прилегающей территории.
Отвалы, расположенные вблизи населенных пунктов, ухудшают санитарно-гигиенические условия жизни людей.
На состояние окружающей природной среды воздействуют также геологоразведочные работы. Геологические службы (особенно поисковые) во многих случаях первыми соприкасаются с нетронутой природой и начинают ее обживать. В результате контакта нередко происходит захламление ландшафта, порубка леса, его пожары, гибель птиц и животных в оставленных после окончания буровых работ ямах с нефтью, загрязнение атмосферы выхлопными газами двигателей энергетических и транспортных установок и т. д.
Следовательно, открытые и подземные разработки полезных ископаемых, а также геолого-разведочные работы приводят к отрицательным изменениям земной поверхности, которая представляет собой важнейшее естественное богатство общества, основу сельскохозяйственного производства, место людских поселений и размещения промышленности, т. е. земля, является источником общенародного благосостояния.
Защита земной поверхности от вредного влияния подземных горных разработок осуществляется в двух основных направлениях: уменьшении нарушений земной поверхности с помощью горнотехнических и специальных охранных мероприятий и ликвидации отрицательных последствий горных работ путем восстановления (рекультивации) нарушенных земель. При этом генеральным направлением рационального использования земель в угольной промышленности является рекультивация нарушенных площадей и возврат их в народное хозяйство как продуктивных угодий в виде пашен, лугов, лесонасаждений, искусственных водоемов.
Таким образом, первоочередные задачи заключаются в том, чтобы вернуть нарушенным горными работами землям плодородие, снова включить их в сельскохозяйственный оборот, всесторонне совершенствовать природопользование в социалистическом производстве.
4. Рекультивация земель, ее виды, характеристика
Если при подземном способе угледобычи невозможно избежать мульдообразных оседаний земной поверхности, то их ликвидируют путем рекультивации. Рекультивация — это комплекс горных, мелиоративных, сельскохозяйственных и гидротехнических работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель определенной целевой направленности. Являясь важнейшей составной частью комплекса защитных мер по охране окружающей природной среды, рекультивация сокращает сроки задалживания земель для нужд предприятий горнодобывающей промышленности.
Объектами рекультивации при подземной добыче угля являются понижения, провалы и другие нарушения земной поверхности; породные отвалы угольных (сланцевых) шахт и обогатительных фабрик, промплощадки, транспортные коммуникации, насыпи, дамбы, нагорные канавы, которые после погашения шахты не могут быть использованы по прямому назначению.
Комплекс рекультивации работ включает горнотехнические, инженерно-строительные, гидротехнические и другие мероприятия и осуществляется обычно в два этапа: технический и биологический, которые взаимосвязаны между собой и выполняются последовательно.
Технический этап (техническая рекультивация) направлен на подготовку нарушенных земель к биологическому освоению и последующему целевому использованию в народном хозяйстве.
Техническая рекультивация выполняется силами угледобывающих шахт или специализированными управлениями (участками), входящими в систему производственного объединения. Она включает: засыпку деформированных поверхностей шахтных полей (мульд оседания, прогибов, провалов и др.) инертными материалами и их планировку; тушение, разборку и переформирование шахтных породных отвалов (терриконов); селективное снятие, складирование и хранение пригодных для биологической рекультивации пород, включая плодородный слой почвы и потенциально плодородные породы; планировку и покрытие спланированной поверхности плодородным слоем почвы или потенциально плодороднымипородами; устройство подъездных дорог и дренажной сети; мелиоративные и противоэрозионные мероприятия; ликвидацию послеусадочных явлений; устройство ложа и берегов водоемов.
Биологический этап (биологическая рекультивация) включает комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на восстановление и улучшение структуры грунтов, повышение их плодородия (вспашка, боронование, обработка химическими веществами, внесение удобрений и др.), создание лесов и зеленых насаждений, освоение водоемов, разведение дичи и животных (возобновление флоры и фауны). Биологическая рекультивация осуществляется землепользователями (колхозами, лесхозами и другими организациями), которым передаются земли после их технической рекультивации, выполненной предприятиями и организациями, которые нарушили эти земли.
Ликвидация отрицательных последствий отвалов. Формы и параметры отвалов зависят от способов их образования, что обусловливает индивидуальный подход к проектированию рекультивации отдельных конкретных объектов.
Рекультивации отвала предшествует его всестороннее обследование (определение места и роли отвала в ландшафтной системе района, параметров и степени вредного влияния на окружающую среду, агрофизико-химических свойств смеси пород, слагающих отвалы внутри и на поверхности, и др.) для выяснения необходимости рекультивации, выбора ее направления, а также возможности использования отвальных пород в народном хозяйстве.
С учетом выбранного направления рекультивации и требований к нему устанавливают конечные геометрические параметры отвала по площади, высоте, форме и величине откосов, пути достижения необходимых конечных параметров (без понижения или с понижением высоты до необходимых пределов, с террасированием или без террасирования отвалов и др.), технологию технического этапа рекультивации, выбирают технологическую схему.
Если в результате обследования породный отвал классифицируется как горящий, то он предварительно проходит стадию тушения по специальным проектам, составляемым в соответствии с Инструкцией по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов. Проект на выполнение работ по тушению включает: характеристику породного отвала и сведения о составе пород, слагающих отвал; результаты температурной съемки отвала; описание технологии работ, указания по их безопасному ведению.
Особенности технологии тушения горящих породных отвалов определяются их формой, высотой, а также характером горения.
Тушение горящих терриконов и хребтовидных отвалов проводят переформированием их в отвалы плоской формы или проиливанием поверхностного слоя пород пульпой (суспензией) из антипирогенных материалов горящих плоских отвалов (в зависимости от характера горения).
Отдельные поверхностные очаги горения на отвалах любой формы подавляются засыпкой негорючими материалами (инертная пыль, глинистые и песчано-глинистые сланцы, перегоревшая порода отвалов и др.) или проиливанием пульпой из антипирогенных материалов. Отвал считается потушенным, если температура пород на глубине до 2,5 м от поверхности не превышает 800
C.
5. Рациональное использование и охрана недр
Минеральные ресурсы имеют первостепенное значение для экономического развития страны. В условиях научно-технического прогресса добыча и потребление минерального сырья растут быстрыми темпами. При этом основными потребителями минеральных ресурсов являются сама горная промышленность, а также энергетика, металлургия, транспорт, ракетная техника и др. Многие богатые месторождения, расположенные на небольших глубинах и в легкодоступных районах, уже отработаны. Это вызывает необходимость извлечения полезных ископаемых, которые залегают на больших глубинах, в сложных горно-геологических условиях, отличаются пониженным содержанием полезных компонентов, требуют дальних перевозок и др.
Ускоренной отработке запасов минеральных ресурсов способствуют также потери полезных ископаемых в процессах их добычи и переработки. В настоящее время самые большие потери минерального сырья, в том числе твердого, обусловлены неумением рационально и полно извлекать, его из недр, а также осуществлять эффективную первичную переработку на обогатительных предприятиях (фабриках). При шахтной разработке угля его минимальные потери достигают 25 % промышленных запасов. На некоторых шахтах в недрах оставляют около половины пригодных для добычи залежей.
Классификация потерь твердых полезных ископаемых является единой для всех отраслей горно-добывающей промышленности и осуществляется в соответствии с Типовыми методическими указаниями по определению и учету потерь твердых полезных ископаемых при добыче.
Потери твердых полезных ископаемых при подземной разработке месторождений разделяют на общешахтные и эксплуатационные.
Общешахтные — это потери в различного рода охранных и барьерных целиках, которые оставляют в недрах (около капитальных горных выработок, скважин, под зданиями, техническими и хозяйственными сооружениями, водоемами, водоносными горизонтами, коммуникациями, заповедными зонами; между шахтными полями) после погашения горизонта, участка или ликвидации горно-добывающего предприятия и безвозвратно теряют. Они исчисляются в весовых единицах и в процентах от общих балансовых запасов шахты.
К эксплуатационным относятся потери при добыче полезного ископаемого. Они исчисляются в весовых единицах и в процентах по отношению к погашенным балансовым запасам угля или руды.
В связи с перспективой истощения запасов минеральных ресурсов перед человечеством встает задача их восполнения. Эта проблема решается по следующим основным направлениям:
восполнение запасов полезных ископаемых путем поиска и разведки новых месторождений;
наращивание достоверных запасов, разработка которых может быть экономически выгодной;
использование бедных месторождений;
использование полезных ископаемых больших глубин земной коры и мантии, а также дна океанов и морей (в первую очередь угля, нефти и газа);
разработка способов эффективной выемки угольных пластов и рудных залежей и переработки минерального сырья, которые обеспечат полное извлечение запасов основных и сопутствующих полезных ископаемых и снизят их потери.
Еще один источник увеличения фонда запасов полезных ископаемых, который может на длительное время снять угрозу истощения минерального сырья,— обогащение. То, что в настоящее время не используется как полезное ископаемое, в будущем (при новой технике и технологии) может стать очень ценным сырьем.
Рациональное использование и охрана недр включают цели, не связанные с добычей минерального сырья. При этом имеется в виду:
охрана участков недр при возведении подземных инженерных сооружений для хранения каких-либо запасов, захоронения вредных отходов производства;
охрана участков недр, представляющих особую научную и культурную ценность (геологические памятники);
охрана месторождений полезных ископаемых от всевозможной порчи, застройки, затопления водохранилищами при строительстве гидроэлектростанций и других сооружений еще до проектирования горнодобывающих предприятий.
Следовательно, рациональное использование полезных ископаемых и охрана недр не ставят задачу ограничить добычу минерального сырья, как это зачастую делается в отношении богатств живой природы. Напротив, рациональность использования полезных ископаемых и охрана недр — это прежде всего необходимость полной выемки запасов. Предопределяет полноту извлечения запасов и в целом формы, масштабы и интенсивность использования недр полное геологическое изучение месторождения. Поэтому важными звеньями рационального использования и охраны недр являются технологические этапы разведки и добычи минеральных ресурсов. Кроме того, самостоятельными и равноценными частями проблемы комплексного использования минеральных ресурсов являются комплексная, разработка месторождений и комплексное использование сырья.
Вывод
Охрана окружающей природной среды на современном этапе развития общества является всенародной задачей и осуществляется в условиях проводимой в стране государственной природоохранительной политики. Большую роль в деле успешного решения этой задачи должны сыграть высококвалифицированные инженерные кадры, способные организовать такое производство, которое исключало бы или намного уменьшало негативные воздействия на окружающую среду.
Все разрабатываемые технологические процессы и аппараты наряду с высокими технико-экономическими показателями должны отвечать современным требованиям охраны окружающей среды. Основной принцип инженерно-экологического подхода к охране окружающей среды состоит в том, что в случае недопустимого отрицательного воздействия производства на нее об экономической эффективности такой технологии не может быть и речи.
Экологическая безопасность горного производства в настоящее время зависит от ввода в действие различных устройств и сооружений, предназначенных для охраны атмосферы и гидросферы, а также от проведения мероприятий, направленных на уменьшение нарушений земной поверхности и охрану недр. Следует подчеркнуть, что эти меры не предотвращают окончательно, а лишь уменьшают неблагоприятное влияние производства на окружающую природную среду. Данная проблема может быть кардинально решена только на основе безотходного производства.
Характерной особенностью применяемой в настоящее время технологии добычи и переработки угля и сланца является ее большая отходность. Перестройка складывавшейся десятилетиями технологии подземной добычи угля в целях обеспечения безотходного производства — сложный процесс, требующий специальных научных исследований, привлечения огромных материальных ресурсов, разработки и внедрения специального оборудования. С учетом этих требований, а также многократного превышения объемов выхода попутных продуктов производства по сравнению с экономически целесообразными объемами использования отходов можно констатировать, что применительно к горно-добывающей промышленности безотходная технология в настоящее время в прямом смысле невозможна. Для современной угольной промышленности характерно малоотходное производство, когда часть сырья идет в отходы и направляется на длительное хранение. В условиях избыточности попутных продуктов производства в первую очередь должна решаться задача оптимизации их использования в качестве вторичных материальных ресурсов. Понятия "попутный продукт" и "вторичный ресурс" не идентичны. Попутный продукт получается в процессе основного производства, а вторичный ресурс — это дополнительный продукт, вовлекаемый в данное производство извне.
Особая сложность безотходного производства в том, что еще определенное время будут функционировать, а в ряде случаев и увеличивать производственные мощности предприятия, построенные без учета экологической ситуации. Здесь пока необходимо внедрять малоотходную технологию, т.е. доводить отходы этих предприятий до товарной продукции или сырья для собственных нужд производства или других отраслей.
Пропозиції та рекомендації.
З метою ефективнішого виконання природоохоронних робіт і поліпшення екологічного стану регіонів і територій розташування вугільних підприємств галузі видається необхідним продовжувати роботи щодо вирішення таких питань на рівні державних підприємств і Міністерства:
можливості фінансування з бюджету робіт з впровадження у виробництво ефективної технології та обладнання для демінералізації відкачуваних шахтних вод;
надання у фонд Мінвуглепрому України частини платежів, які щорічно відраховуються за природокористування, розміщення відходів, викиди і скиди забруднюючих речовин тощо, з метою їх використання на природоохоронні роботи;
комплексного використання супутніх корисних копалин, які видобуваються разом з вугіллям і породою, і розробки методики розрахунку цін на них;
надання держпідтримки вугільним підприємствам, що активно впроваджують технології демінералізації шахтних вод і закладання породою вироблених просторів шахт, з метою компенсації додаткових витрат і збільшення собівартості видобутого вугілля.
Список литературы
1. Николин В.И., Матлак Е.С. Охрана окружающей среды в горной промышленности, Киев – Донецк, 1987 г.
2. Монгайт И.Л., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод, Москва, 1978 г.