Воздействие на атмосферу Экибастуза угольного разреза "Богатырь"

Размещено на http://www.allbest.ru/

59

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева

Кафедра географии и экологии

курсовая работа

На тему: «Воздействие на атмосферу г. Экибастуз угольного разреза «Богатырь»»

по специальности 050608 - «Экология»

Выполнила Русина Е.Ю.

Научный руководитель

преподаватель, магистр

Назарова Т.В.

Петропавловск 2011

Содержание

угольный загрязнение атмосфера экология

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Роль угольной промышленности в современной экономике и сопутствующие ей экологические проблемы

1.2 История эксплуатации экибастузского угольного месторождения

1.3 Технология разработки месторождения: текущая и перспективная оценка

2. Геоэкологические аспекты влияния разреза «Богатырь» на атмосферу

2.1 Материалы и методы исследования

2.2 Характер и объемы загрязняющих атмосферу выбросов угольного разреза «Богатырь»

2.3 Влияние на атмосферный воздух производственных этапов угледобычи разреза «Богатырь»

3. Оценка эффективности природоохранной деятельности

Заключение и выводы

Список литературы

Приложение

Введение

Угольная промышленность - важное звено энергетического комплекса. Уголь - самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть. Три четверти угля используется в промышленности, на тепловых электростанциях как топливо, а также как технологическое сырье и топливо в металлургии и химической промышленности (коксующиеся угли). Добываемый уголь содержит много примесей и негорючих материалов. Состав и количество примесей зависят от типа месторождения, методов добычи и типа угля. В естественном состоянии уголь содержит глину, обломки скальных пород, пириты и другие материалы, относимые к золе. Операции по добыче и разработке месторождений добавляют примеси другого типа - рудную массу, обломки породы древесины и случайные примеси железа. Угольная промышленность, с точки зрения воздействия на окружающую среду, является одной из сложных отраслей промышленности.

Актуальность темы. По запасам угля Республика Казахстан занимает восьмое место в числе 12 государств, в которых сосредоточены свыше 96% мировых запасов угля и третье место - среди стран СНГ [1]. В Казахстане из 155-ти известных угольных месторождений изучено более сорока с промышленными запасами около 35,8 млрд.т. Это обуславливает тот факт, что в экономике Казахстана угледобывающая отрасль является одной из основных, от ее успешного развития зависит социально-экономическое благополучие значительных территорий Республики. В первую очередь, это касается добычи угля открытым способом, где Казахстан является одним из лидеров на постсоветском пространстве. Вместе с тем, в соответствие с требованиями устойчивого развития, интенсификация угледобывающей отрасли не должна приводить к негативным экологическим последствиям, риску для здоровья населения. Соблюдение данного требования тем более важно, что открытый способ добычи угля может оказывать существенное влияние на состояние окружающей среды посредством изменения коренных ландшафтов, нарушений биоценозов, загрязнения воздушного бассейна и вод в районе разработки месторождения, активизации эрозийных процессов, запыления, обезвоживания и отчуждения прилегающей территории.

Павлодар-Экибастузкий территориально-промышленный комплекс (ТПК) является одним из экономически важных районов Республики Казахстан, при чём особая роль здесь принадлежит Экибастузкому топливно-энергетическому комплексу с его мощными угольными разрезами и крупнейшими тепловыми электростанциями.

Для разреза «Богатырь» возникает необходимость решать многие экологические проблемы, оставшиеся от прежнего собственника, и соизмерять свое перспективное развитие с возможными экологическими последствиями в регионе с интенсивной хозяйственной деятельностью с нестабильным состоянием окружающей среды.

Цель: рассмотреть влияние деятельности разреза «Богатырь» на воздушный бассейн города Экибастуз.

Задачи:

1. проанализировать степень влияния на атмосферный воздух каждого из производственных этапов угледобычи разреза «Богатырь»;

2. определить основные загрязняющие вещества выбрасываемые в атмосферу при добыче угля;

3. оценить эффективность природоохранной деятельности.

Научная новизна. Рассмотрены современные подходы к управлению охраной окружающей среды на крупном угледобывающем предприятия.

Практическое значение. Результаты исследования и полученные данные могут быть использованы для формирования эффективной экологической политики предприятий угледобывающей промышлености, а также в ВУЗах на дисциплинах экологии и географии.

Положения выносимые на защиту:

1. Используемые на разрезах и щебеночных карьерах технологические процессы и оборудование оказывают отрицательное воздействие на атмосферу разреза и в зоне его влияния.

2. Объемы выбросов напрямую связаны с изменением объемов добычи угля, а также с процессами реструктуризации.

3. На разрезе «Богатырь» осуществляется широкий круг мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха от выбросов предприятия.

1. Обзор литературы

1.1 Роль угольной промышленности в современной экономике и сопутствующие экологические проблемы

Угольная промышленность - одна из базовых отраслей экономики Казахстана, обеспечивающая топливом энергетику, металлургию, химическое производство, транспорт, сельское хозяйство и население. В связи с этим чрезвычайно важно про следить все возможные экологические последствия, которые сопровождают функционирование угледобывающей отрасли. Известно, что экологические последствия развития топливно-энергетических комплексов испытали на себе практически все страны, но вместе с тем, как подчеркивают исследователи, они продолжают развиваться в опережающем темпе, чтобы обеспечить полную потребность всех отраслей в топливе и энергии [1].

Около 80% мировых запасов угля приходится на Северную Америку, Азиатско-Тихоокеанский регион и страны СНГ. Среди стран СНГ Казахстан занимает третье место по запасам угля после России и Украины.

Общие запасы угля в Казахстане оцениваются в 150-160 млрд. тонн. Однако, из числа балансовых основной объем занимают запасы бурых углей (62%), а доля каменных углей составляет лишь 38% [2,3].

По данным Международного энергетического агентства, ежегодно в мире добывается около 3,5 млрд. тонн угля. Почти 80% мировой добычи угля осуществляется пятью странами мира - Китаем, США, Индией, ЮАР и Россией [4].

В начале 1990-х годов 1/6 часть мировой добычи угля приходилось на страны СССР, при этом доля Республики Казахстан составляла 3,7%. За последние десять лет производство угля в странах СНГ значительно сократилось. Так в Казахстане сокращение добычи угля в 2000 году (74,8 млн. тонн) по сравнению с 1990 годом (131,4 млн. тонн) составило 1,8 раза, в России - 1,5 раза, на Украине - 2 раза [5, 6].

В России добыча угля открытым способом достигает порядка 55% (2000 год), в т.ч. по бассейнам: Канско-Ачинский - 100%, Кузбасс - 46%, месторождения Урала - 61 %, Дальний Восток - 80%, Подмосковный бассейн - 17%. На начало 2002 г. в угольной отрасли России работало более 240 добывающих предприятий: 113 шахт и 128 разрезов.

Разрыв экономических связей, последовавший за отделением России и Казахстана, сразу отразился на объемах потребления российскими ГРЭС экибастузских углей. Так, если в конце 1980-х на трех Экибастузских разрезах - «Богатырь», «Северный» и «Восточный» добывали 90 миллионов тонн угля в год, то в настоящее время - меньше половины.

Кроме того, возник ряд проблем, которые требуют решения на межправительственном уровне (Россия - Казахстан):

- введение международного транзитного тарифа, который в три раза повышает стоимость транспортировки угля из Экибастуза на территорию России;

- требование обязательной сертификации ввозимого на территорию РФ угля. Согласно новому российскому ГОСТу P51591-2000, с 1 января 2002 года предельная норма по зольности каменных углей, поставляемых на территорию России, не должна превышать 45%. Между тем отгрузка экибастузских углей с показателями по зольности около 48% составляет до 20% от общего количества экибастузских углей, поставляемых в Россию;

- невозврат российской стороной казахстанских вагонов и т.д.

Мнение о том, что, покупая экибастузское топливо, российские энергетики отказывают в поддержке отечественным производителям, не вполне справедливо, так как казахстанские угольщики используют В основном оборудование и материалы, производимые в России. Таким образом, покупая локомотивы, экскаваторы, буровые станки, Казахстан, в свою очередь, инвестирует российскую экономику.

Несмотря на снижение объемов добычи угля, Республика Казахстан и сегодня входит в десятку крупнейших производителей и экспортеров угля на мировом рынке с долей в общемировой добыче угля 2,2% (или 74,8 млн. тонн), а в мировом экспорте - около 3% [5].

Удельный вес угля в структуре казахстанского экспорта невелик (порядка 2%), причем наблюдается устойчивая тенденция его снижения. Основная часть экспорта приходится на страны СНГ, при этом главным покупателем является Россия.

На территории Казахстана известно около 400 месторождений каменных и бурых углей. Подавляющая часть запасов угля сосредоточена в месторождениях Центрального Казахстана, из которых промышленно освоены Экибастузский, Карагандинский и Майкубенский угольные бассейны, Шубаркольское, Борлинское угольные месторождения и т.д.

В число основных угольных компаний по добыче угля в Казахстане входят «Богатырь Аксесс Комир», «Восточный», Испат-Кармет, Борлы, Каражира, Майкубень, Шубарколь.

По данным министра энергетики В. Школьника, в 2005 году объем добычи угля в Казахстане достиг уровня 86,385 млн. тонн. Согласно Программе развития топливно-энергетического сектора, ожидается, что к 2015 г. объем добычи угля в Казахстане достигнет 95 млн. тонн.

Учитывая общемировую тенденцию сохранения приоритета угля в качестве первичного энергоносителя при производстве электроэнергии, а также прогнозируемый усиленный рост его потребления в странах АТР, особенно в Китае и Индии, являющихся крупнейшими потребителями угля в мире, Казахстан имеет определенные шансы усилить свои позиции в производстве и экспорте угля.

Павлодарская область является одним из ведущих угледобывающих регионов Казахстана и занимает 1-е место в РК по балансовым запасам угля Республики.

Сбалансированная структура экономики Павлодарской области, представленная как добывающими, так и перерабатывающими отраслями, в сочетании с проводимой политикой делает данный регион привлекательным для инвесторов. Несмотря на незначительную численность населения, область занимает монопольное положение в целом ряде производств [3]. В Экибастузском районе сосредоточено около 35% балансовых запасов угля страны. Горняками Экибастуза открытым способом добывается 2/3 от общего объема добычи угля в Республике Казахстан и осуществляется более 90% его экспорта [7].

Запасы рядового угля на разрезе «Богатырь» составляют 1750 млн.т. Обеспеченность запасами, определенная проектным режимом горных работ, составляет 60 лет.

С учетом производственного потенциала угольной отрасли Республика имеет возможность уже в ближайшие годы довести объемы зарубежных поставок угля до 30-35 млн. тонн.

Поставки угля в Россию от общего объема добычи экибастузских углей составляли от 35 до 50%. Экибастузский уголь используется на электростанциях Урала (Рефтинская ГРЭС, Троицкая ГРЭС, Верхнетагильская ГРЭС, Серовекая ГРЭС, Красногорская ТЭЦ, Нижнетуринекая ГРЭС) и Сибири.

Среднегодовой объем потребления экибастузского угля на предприятиях РАО «ЕЭС России» - около 25 млн. тонн, или около 20% от общего объема потребления угля [8].

В мире на угольном топливе производится 56% электроэнергии в США, 58% - в Германии, от 70 до 90% - в Китае, Австралии, Дании и Польше. В России доля угля составляет чуть более одной четверти. В Казахстане 70% ТЭС работают на угле. В настоящее время в мире в электроэнергетике используется до 85% каменного угля и практически весь бурый уголь [6, 9, 10, 11].

Структура установленной мощности электростанций Казахстана по видам используемого топлива представлена следующим образом: Карагандинский уголь - 7,8%, Экибастузский уголь «БАК» - 33%, Экибастузский уголь «Восточный» - 27,5%, МАЭК - 1,8%, газ и мазут - 17,6%, гидроэнергетика - 12,3%.

Главенствующее положение использования угля в энергетической отрасли определяется, прежде всего, его низкой себестоимостью. Так, по данным многочисленных исследований, себестоимость 1 кВт/ч электроэнергии, производимой на угольных электростанциях, ниже, чем на атомных - на 21 %, на природном газе - на 21 %, на нефтяном топливе - на 60%.

В то же время, экибастузский уголь, в отличие от кузнецкого, является высокозольным, причем в некоторых пластах зольность достигает 47%. Однако именно на уголь с высоким содержанием примесей и были рассчитаны теплоэлектростанции Омской, Челябинской и Свердловской областях России. Коксующийся уголь Кузбасса зашлаковывает топки, поэтому россиянам, для того чтобы перепрофилировать свои ТЭЦ на кузнецкий уголь, по разным оценкам нужно будет затратить на переоборудование электростанций от 500 до 800 миллионов долларов. Кроме того, в экибастузском угле содержится в четыре раза меньше серы, чем в кузнецком. Применение экибастузских углей ограничено также сегодняшним объемом их добычи в Кузбассе. Для увеличения добычи потребуются инвестиции в развитие угольных мощностей в размере около 10 млрд. руб., что также отразится на тарифе на электроэнергию, считают в РАО, сообщает «АК&М».

В случае же снижения добычи угля и даже прекращения разработок на Экибастузских угольных разрезах мы получим ко всем нашим экологическим проблемам еще одну, т.к. уже вскрытые пласты, вступая в реакцию с водой и воздухом, возгораются. Такой глубокий огонь почти невозможно потушить. Специалисты называют такие пожары неуправляемыми. Примером этому служат 9 эндогенных пожаров с одновременным загоранием горной массы в объеме 700 тысяч тонн на разрезе «Северный» в апреле 1999 года, возникшие из-за сокращения добычи [12].

Получение электроэнергии путем сжигания твердого топлива (угля) для нашей страны является традиционным и наиболее освоенным способом в связи с наличием огромных запасов каменного угля. Поэтому, не взирая на начавшийся процесс поиска для Казахстана альтернативных более экологичных способов получения энергии, еще долгое время основой энергетического производства и энергетической безопасности страны будут электростанции, работающие на твердом топливе. Следует учесть, что на качественный и количественный состав газовых выбросов и отходов теплоэлектростанций (ТЭС) большое влияние оказывает вид используемого топлива.

Поскольку свойства топлива оказывают влияния на природоохранную деятельность ТЭС, большую роль при формировании топливопотребления отдельных регионов играет полная оценка экологических свойств углей. Экибастузский уголь можно рассматривать как наименее экотехнологичное топливо - при средней зольности Ар = 41-42% (кузнецкий уголь - до 20%) он наиболее труден для обогащения в силу геологической особенности (перемежающиеся слои угля толщиной до 5-10 мм и породы); разделение по фракционному составу и плотности здесь крайне сложно, так как уголь представлен в основном в виде сростков [13, 14].

Как отмечено в работе Я. Г. Семикобыла [15], открытый способ разработки угольных месторождений доминирует на современном этапе, а в следующем веке его значение будет еще большим. У многих угольных разрезов, введенных в эксплуатацию в 70-80-х годах, существенно расширились границы и производственные мощности в результате совершенствования конструктивных параметров вскрытия и систем разработки месторождений. При этом произошло значительное увеличение размеров рабочей зоны, параметров горных выработок в карьерном поле, расширение разновидностей попутно добываемых полезных ископаемых из вскрышных пород. Все это сопровождается отчуждением больших площадей под горный и земельный отводы, обеспечивающих размещение производств угледобычи и сопутствующих полезных ископаемых, образуя территорию экологической ответственности углеразреза - горнопромышленный район, который является юридически оформленной зоной деятельности этого предприятия, за которую оно отвечает перед обществом с точки зрения горнопромышленной, экологической и социальной (возможность вести сельское хозяйство, пользоваться лесными угодьями, поверхностными водоемами) безопасности. Любой горнопромышленный район обладает природными ресурсами (рельеф, ландшафт, недра, флора, фауна, воздушная среда, поверхностные воды), качество которых составляет окружающую среду для жизнедеятельности на данной территории.

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов на территориях добычи угля открытым способом тесно связаны с применением систем разработки месторождений и производимыми при этом технологическими процессами.

Характерными видами негативного воздействия предприятий угольной промышленности на окружающую среду являются:

- загрязнение воздушного бассейна выбросами промышленных и коммунальных котельных, аспирационных систем, горящих породных отвалов;

- загрязнение подземных и поверхностных водных объектов шахтными, карьерными, производственными и хозяйственно - бытовыми сточными водами, истощение водных ресурсов, нарушение гидрологического режима подземных ,и поверхностных вод;

- изъятие из землепользования и нарушение земель, загрязнение их отходами добычи и переработки угля.

Порядка 90% загрязнителей, попадающих в атмосферный воздух, имеют антропогенное происхождение, одним из источников их поступления являются добыча угля открытым способом.

Одной из глобальных экологических проблем является выброс парниковых газов, который становится все более актуальным для нашей республики. На долю республики Казахстан приходится 10% всех выбросов метана, что ставит ее на четвертое место в мире после Китая, США и Австралии. Основной причиной роста его объемов является угольный метан, имеющий по оценкам ведущих специалистов мира и казахстанских ученых колоссальный потенциал «парникового газа», превышающий в 21 раз потенциал двуокиси углерода - основного газа в индустриальных выбросах. Главным источником угольного метана являются древнейшие залежи каменного угля карбонового периода. Ежегодно угледобывающими предприятиями Казахстана в атмосферу выбрасывается около 1 миллиарда кубометров метана, что наносит ущерб экологии [16, 17].

На первой Центрально-Азиатской международной конференции по горному делу и металлургии (KazMIN/КazMET 2002) рассмотрены вопросы образования и использования метана угольных пластов. Было предложено организовать за счет метана из угольных пластов газоснабжение Астаны, промышленных и энергетических объектов Карагандинского, Экибастузского и Павлодарского индустриальных регионов, расположенных вблизи от источников этого газа.

По официальным оценкам Министерства энергетики и минеральных ресурсов Казахстана, геологические запасы метана в Карагандинском бассейне превышают 550 млрд. кубометров, в Экибастузском - 75 млрд. кубометров, что обеспечивает крупномасштабную добычу метана на 70-80 лет до глубины 800 метров. В многочисленных и пока еще недостаточно изученных месторождениях Северного и Восточного Казахстана по официальным предварительным оценкам сосредоточено не менее 600 млрд. кубометров метана.

В настоящее время значительную часть метана приходится сжигать в факелах, при этом получаемая сажа имеет высокое качество и продается шахтерами до 400 долларов за тонну (для сравнения: цены на тонну угля не превышают 40 долларов, нефти - 180-200 долларов). Для дегазации метана карагандинские горняки используют примерно 30 различных схем этого процесса, используя чуть ли не все технологии, имеющиеся в мире. Главная проблема - извлечение метана из вентиляционных струй, выходящих с шахт, в которых содержание этого газа хоть и не велико - 0,4-0,8%, но зато в год дает 285 млн. кубометров метана.

Строительство ·крупных топливно-энергетических комплексов является характерным примером образования огромных масс искусственных грунтов, При открытом способе разработки угольного разреза, помимо угля, перемещается огромная масса вскрышных пород. Сжигаемый затем уголь превращается в золу и шлаки, поступающие в отвалы, масштабы которых достигают гигантских размеров. Их утилизация - серьезная экологическая проблема на Земле [18].

К основным видам воздействия открытых угольных разработок на окружающую среду относятся: трансформация земельных ресурсов, наличие породных отвалов, эндогенные пожары на отвалах, изменение уровня грунтовых вод, подтопление и заболачивание территории, пыление, загазованность.

За период разработки Экибастузского угольного бассейна ландшафт территории, его окружающей, приобрел черты техногенного. Основными составляющими его являются угольный карьер и породные отвалы, которые видоизменили облик естественного ландшафта. При этом изменился рельеф местности, гидрологическая обстановка, проявились вторичные экзогенные геологические процессы.

Различные технологические звенья процесса угледобычи характеризуются спецификой воздействия на компоненты окружающей среды.

Факторы, определяющие рациональную разработку и влияющие на окружающую среду (по А.А. Колбасину) [19], следующие:

- горно-геологические: литологический состав пород, их физико-механические свойства в целике и в отвальной смеси, характер и изменение уровня горизонтов и водотока подземных вод в контуре месторождения, структура массивов горных пород уступов, бортов и отвалов и трансформация напряженно-деформированного состояния этих массивов в откосах, их основаниях и в целом приоткосной части борта или рекультивированного откоса отвала;

- инженерно-геологические, отражающие структурные свойства горных пород в массивах и откосах уступов, бортов и отвалов по: прочности (крепости), трещиноватости, склонности к промерзанию, оттаиванию, выветриванию, набуханию и оплыванию от вод атмосферных осадков и поверхностных стоков, способности противостоять гидростатическому давлению, суффозии, выщелачиванию;

- природно-географические: количество атмосферных осадков, продолжительность действия, скорость, сила и направление ветра, перепад температур в атмосфере и поверхностной литосфере, характер рельефа местности, характеристика гидрографической сети и биосистемы района месторождения;

- технологические: применяемая система разработки и ее элементы, параметры выемки, транспортирования и укладки горных пород в отвал (прежде всего - высота, форма, конфигурация откосов уступов, бортов карьеров, траншей и отвалов, схема, порядок и способ разработки уступов и отсыпки отвалов, ширина рабочих, транспортных, соединительных площадок, предохранительных берм, берм очистки), интенсивность отработки (подвитание фронта и темп углубки работ);

- технические: применяемый тип и вид отвального и горно-транспортного оборудования, его возможные параметры производительности рабочих органов;

- экономические: себестоимость 1 т добычи, то же 1 м³ вскрыши, рентабельность, прибыль и др.;

- организационные: параметры коэффициентов использования горно-транспортного оборудования во времени (экстенсивности) и по производительности (интенсивности), управления производственными процессами (дальность транспортирования, время оборота, время цикла, погрузки, разгрузки и т.д.).

Согласно результатам исследований [20-23], основными источниками выбросов в атмосферу при добыче угля являются экскаваторы, бурстанки, сдувание пыли с поверхности уступов, породных отвалов, угольных складов, взрывные работы, горящие внешние отвалы. Кроме того, значительное количество вредных веществ выбрасывает железнодорожный и автомобильный транспорт. В атмосферу поступает пыль, продукты горения, выхлопные газы. Одной из причин загрязнения атмосферы разрезов и окружающеи среды является пылевыделение при отделении от массива и транспортировании горных пород. Помимо отрицательного влияния на экологическую ситуацию, пылевыделение создает опасность заболевания рабочих пневмоконикозом, пожаров и взрывов, снижает производительность труда, ускоряет износ трущихся частей машин и механизмов [21].

Снижение отрицательного влияния на экологическую обстановку возможно за счет перераспределения объемов вскрышных пород на внешние отвалы, расположенные на более далеком расстоянии от г. Экибастуза, а также формирования внутренних отвалов.

Под посевами трав создается более благоприятный температурный режим породы. В результате возделывания культурной растительности на чистой вскрышной породе происходит уменьшение содержания солей. Для закрепления поверхности отвала, а также для создания защитных полос наиболее приемлемыми из видов древесно-кустарниковой растительности являются: лох узколистный, вяз мелколистный (карагач), сосна обыкновенная, тамариск, чингил серебристый, тополь белый, облепиха крушиновая [24].

Нужно отметить также, что в мировой практике повышаются требования к охране окружающей среды при эксплуатации угольных разрезов. Особое внимание уделяется таким факторам, как устойчивое развитие предприятий, баланс экономических, экологических и социальных аспектов, планирование и прогнозирование последствий угледобычи для окружающей среды, обязательность рекультивации (ремедиации) объектов окружающей среды, нарушенных в результате горных работ.

Таким образом, функционирование угледобывающего предприятия, как правило, сопровождается определенным воздействием на окружающую среду, но степень этого воздействия и выраженность последствий во многом определяются культурой производства, действующей системой охраны окружающей среды.

1.2 История эксплуатации экибастузского угольного месторождения

Экибастузский каменноугольный бассейн на протяжении длительного времени имеет огромное значение в обеспечении народного хозяйства Республики Казахстан и России дешевым энергетическим топливом.

Открытие Косымом Пшембаевым в 1866 г. залежей каменного угля у озера Экибастуз считается одним из важнейших событий в истории развития Казахстана второй половины XIX столетия. Эксплуатация богатейшего угольного бассейна началась только в конце 90-х годов этого столетия.

Дореволюционное развитие Экибастузского угольного бассейна претерпело три этапа.

Первый этап характеризовался становлением и ростом объемов производства на первых шахтах, где уголь добывался открытым способом (Косымовская, Ольгинская, Владимирская, Артемьевская, № 5, Николаевская, Деменевская, Мариинская). Развитию добычи и росту реализации угля способствовало строительство в 1898 г. Воскресенской железной дороги, по которой уголь вывозили к реке Иртыш и далее транспортировали водным и водно-дорожным путями. В 1901 г. объем добычи экибастузского угля достиг 69,5 тыс. тонн.

Второй этап (1904-1914 гг.) отмечен затишьем, экибастузские угольные копи практически бездействовали.

Третий этап начинается в 1914 году, когда добыча угля возобновилась.

В январе 1918 г. после установления в Павлодарском уезде Советской власти и национализации угольных шахт, добыча угля стала увеличиваться. Однако, затем контрреволюционный мятеж в июле 1918 г. - ноябре 1919 г. тяжело отразился на хозяйстве Экибастуза. Практически разрушенные шахты давали мало угля и были убыточными, было принято решение об их консервации.

Продолжение освоения Экибастузского угольного бассейна относится к 1939 г., но угроза войны, а затем и сама Великая Отечественная война приостановили работы.

В 1946 г. возобновились геологоразведочные работы, а в 1955 г. вступил в строй Иртышский угольный разрез № 1 проектной мощностью 3 млн. тонн угля в год. Началось бурное освоение Экибастузского угольного бассейна.

В 1957 г. Экибастузу был придан городской статус.

В 1961 г. сдан в эксплуатацию угольный разрез № 2 проектной мощностью 3 млн. тонн угля в год, в 1964 г. - разрез № 3 такой же мощности. К 1971 г. мощность разрезов №№ 1-3 была доведена до 22 млн. тонн в год.

В 1970 г. в южной части бассейна (поля № 5 и № 6) был создан крупнейший в мире угольный разрез, который в 1972 г. был переименован в «Богатырь» проектной мощностью 50 млн. тонн угля в год (его первая очередь - 5 млн. тонн в год). В 1983 г. разрез «Богатырь» достиг своей проектной мощности. Разрез такой мощности был построен впервые и был включен в книгу рекордов Гиннеса. В 1985 г. объем добычи на разрезе «Богатырь» достиг рекордного уровня - 56,8 млн. тонн.

Разрез «Северный» создан в ноябре 1982 г. на базе крупных разрезов северной группы - добычного разреза «Центральный», вскрышных «Северный» и «Южный». В марте 1986 г. им отгружена 500-миллионная тонна угля.

В 1985 г. завершили сооружение разреза «Восточный» проектной мощностью 30 млн. тонн в год.

Если на добычу первой 500-миллионной тонны экибастузского угля (октябрь 1978 г.) ушло почти четверть века, то на вторую миллиардовую половину - всего 7 лет.

В начале декабря 1985 г. отгружена миллиардная с начала освоения бассейна тонна экибастузского угля. Такого бурного развития добычи угля при высоких технико-экономических показателях не удалось достичь ни одному угольному бассейну страны.

С момента начала своего развития экибастузские угольные разрезы, также их промышленная инфраструктура, были объектами государственной собственности - сначала Советского государства, а с 1995 года - Республики Казахстан. Развитие предприятий осуществлялось по обычной схеме жесткого централизованного управления.

Созданное Государственное акционерное общество «Экибастузкомир» восприняло все необходимые функции государственного управления практически в полном их объеме.

До сентября 1996 г. добыча угля в Экибастузском бассейне осуществлялась государственным акционерным обществом (ГАО) «Экибастузкомир» тремя разрезами: «Северный» (участки 1,2,3,4), «Богатырь» (участки 5, 6, 9, 10) и «Восточный» (участки 7,8).

Но уже во второй половине 1996 года, в ходе работ по демонополизации угольной отрасли Правительством Казахстана было принято решение о приватизации (купле-продаже) основных промышленных узлов ГАО «Экибастузкомир».

ТОО «Богатырь Аксес Комир» (ТОО «БАК») образовано после того, как 6 ноября 1996 г. американская компания-инвестор «Аксес Индастриз, Инк» по результатам открытого тендера приступила к производственной деятельности в Экибастузском угольном бассейне на базе приобретенного имущества разрезов «Богатырь» и «Степной», а также технологически связанных с разрезами производственных подразделений.

Как юридическое лицо ТОО «БАК» приступило к осуществлению своей деятельности 22 апреля 1997 г., приняв в свой штат коллективы разрезов «Богатырь» и «Степной».

В ноябре 1999 г. разрез «Северный» передан в доверительное управление компании «БАК», а в 2000 г. - в долгосрочную аренду.

ТОО «Богатырь Аксес Комир» самый крупный работодатель Павлодарской области. Для оптимизации производственного процесса предприятием периодически проводится реорганизация производства и соответственно численности производственного персонала.

В настоящее время до 40% отгружаемого ТОО «БАК» угля потребляется на внутреннем рынке Казахстана (34% - предприятия энергетики, 6% - коммунально-бытовое хозяйство) и до 60% - Россией.

На углях, добываемых компанией ТОО «Богатырь Аксес Комир», работает 10 электростанций в России и 12 - в Казахстане. К данным предприятиям относятся Экибастузские теплоэлектростанции, Павлодарские ТЭЦ-l и 2, Акмолинская ТЭЦ-2, Петропавловская ТЭЦ-2, Карагандинская ТЭЦ-3, Алматинские ТЭЦ-2 и 3. В приграничных областях России - Троицкая, Ириклинская, Черепетская ГРЭС и другие мелкие теплостанции. Более 2000 юридических лиц являются постоянными потребителями экибастузского угля [1, 25].

С начала эксплуатации Экибастузского угольного бассейна добыто 2168,2 млн. тонн угля, 2291, 9 млн. м³ вскрыши, в т.ч. разрезом «Богатырь» - 1136,6 млн. тонн угля (52,42%), 735 млн. м³ вскрыши (32,07%); разрезом «Северный» - 734,3 млн. тонн угля (33,87%) и 1345,5 млн. м³ вскрыши (58,71 %). Остальные объемы добычи приходятся на разрез «Восточный» (Приложение А, рисунок А.1).

Средние коэффициенты вскрыши для ТОО «БАК» - 0,72 м³/т, разреза «Богатырь» - 0,74 м³/т, разреза «Северный» - 1,03 м³/т (Приложение А, рисунок А.2).

Если в российском Кузбассе средняя величина вскрыши действующих карьерных полей составляет 6,6-7,0 м/т, то в Экибастузе - от 0,39 до 2,45 м/т. Себестоимость добычи угля на экибастузских разрезах в 4,4 раза ниже, чем на кузнецких, а по сравнению с шахтам Кузбасса, - в 9 раз ниже [26].

1.3 Технология разработки месторождения: текущая и перспективная оценка

Экибастузский каменноугольный бассейн представляет собой асимметричную мульду протяженностью 24 км, с наибольшей шириной 8,5 км, вытянутую с северо-запада на юго-восток. Площадь экибастузской мульды составляет 155 км². Угленосная часть имеет размеры соответственно 12 и 6 км.

В геологическом отношении угленосные отложения Экибастузского месторождения слагают асимметричную грабен-брахисинклиналь, ограниченную с северо-востока и юго-запада крупными разломами. Залегание пород на бортах от пологого (на северо-западе и юго-востоке) до крутого с углами падения до 650 (на северо-востоке и юго-западе), в центральной части - пологое.

Угленосные свиты мощностью до 600 и 390 м содержат соответственно 11 и 9 угольных пластов. Промышленное значение имеют три верхних угольных пласта, образующие сложный сверхмощный угольный комплекс. Максимальная глубина погружения верхнего пласта 1 составляет 550 м, а нижнего пласта - 760 м от поверхности.

Пласт 1 - верхний в свите, его средняя мощность 15-23 м, рабочая - 20-25 м (средняя 22,9 м), состоит из 30-50 угольных пачек мощностью 0,1-1 м, разделенных светлыми породными прослоями мощностью 1-5 см.

Пласт 2 - отделен от верхнего породным слоем мощностью 4-8 м. Средняя рабочая мощность - 42,3 м. Переслаивание угольных пачек (от 0,2 до 2,0 м) со светлыми породными прослоями каолинитового состава мощностью от 1 до 5 см.

Пласт 3 - самый мощный из рабочих пластов, средняя рабочая мощность 92,4 м, количество светлых про слоев 140-160 мощностью 1-6 см, реже 5-10 см. Мощность угольных пачек от 0,1 до 1,5 м.

Нижняя часть пласта 3, состоящая из углистых пород, включающая невыдержанные в разрезе угольные пачки, представленные преимущественно некондиционными по мощности и зольности углями, по кондициям отнесена к нерабочей.

В таблице 1 приведены усредненные характеристики углей пластов 1,2,3 и 4 разреза «Богатырь» по данным геологических отчетов.

Таблица 1 Характеристика углей разреза «Богатырь» [27]

Показатели	Ед.изм.	Пласты угля
		1	2	1+2	3	1+2+3	4
Зольность	%
угольная масса		32,0	31,6	31,8	40,9	36,8	43,1
геологический рядовой уголь		34,9	37,0	36,3	46,9	42,4	49,2
Выход летучих веществ	%	27,6	25,6	26,3	26,8	26,6	29,8
Сера	%	0,50	0,52	0,51	0,47	0,48	0,47
Хлор	%
Объемная маса рядового угля	т/м3	1,54	1,56	1,55	1,69	1,64	1,74
Состав зольного остатка:
SiO2	%	59,7	59,7		58,6		56,8
Al2O3	%	27,4	26,1		30,0		33,2
Fe2O3	%	6,6	6,1		4,9		3,4
СаО	%	1,5	2,2		1,4		1,9
MgO	%	0,5	0,8		0,5		0,3
TiO2	%	1,4	1,4		1,6		1,5
Р2О5	%	0,8	0,8		0,4		0,7
SO3	%	1,0	1,6		1,4		1,3
Зольность внутренней вскрыши	%	64,2	65,0	64,9	64,0	64,1	66,0

Породы внутренней вскрыши (углистые и слабоуглистые аргиллиты и некондиционные по мощности или зольности угли) мощностью от 0,5 до 10,0 м и более. На долю пород, заключенных в рабочей части пласта 3, приходится около 46% его мощности.

Вскрышные породы пригодны для производства строительной керамики и аглопорита, а также для производства глинозема и кремний - алюминиевых сплавов.

Коэффициент крепкости угольных пачек по шкале Протодьяконова составляет от 1,5 до 3,0, а породных внутрипластовых прослоек от 2,0 до 8,0.

Суммарная этано-пропано-бутаноностность пластов незначительна и не оказывает влияния на загазованность карьеров и дренажных шахт. Угольные пласты 1,2,3 характеризуются малым давлением газа и высокой крепостью и являются неопасными по внезапным выбросам газа.

Угольная пыль является взрывоопасной. Наибольшую склонность к самовозгоранию имеют угли пласта 2.

Все породы являются силикозоопасными со средним содержанием кремнезема значительно более 10%: в углях min - 1,8%, max - 29%, в песчаниках - 31,6-43,3%, в алевролитах - 25,5-51,9%, в углистых породах - 6,8-45,1 % [27]. Удобные геологические условия позволяют производить добычу угля открытым способом.

Угли - гумусовые, представленные блестящими (1-7%), полублестящими (26-39%), полуматовыми (43-45%) и матовыми (10-25%) разностями. Угли всех пластов являются сильно минерализованными, по степени метаморфизма относятся к газовым, жирным и коксовым, марка КСНР (слабоспекающиеся, труднообогатимые).

Согласно сертификату качества угля его марка (ТУ 3510 РК 392-86395 ТОО-136-2001) - КСН. Гранулометрический состав 0-300 мм. В связи с очень сложным строением пластов и наличием в них большого количества породных прослоев добываемый уголь имеет значительное колебание зольности. Для обеспечения требований технических условий по качеству отгружаемого угля на экибастузких разрезах применяется усреднение угля.

Средняя зольность угольных пачек изменяется по пластам 1, 2, 3 от 31,2% до 42%, зольность геологического рядового угля от 34,9 до 46,9%.В настоящее время на Экибастузском каменноугольном бассейне действуют кондиции, утвержденные протоколом ГКЗ РК от 02.11.01 г. № 120-01-к. Кондициями предусматривается выемка угольных комплексов с предельной (максимальной) зольностью 3% и минимальной мощностью угольных и породных комплексов 4,0 м.

Зольность характеризует масштабы выбросов несгораемого твердого остатка потребителем угля при его сжигании. Однако следует учесть, что наибольшие объемы этих выбросов происходят не в местах ведения горных работ угольного разреза, а в местах расположения сжигающих эти угли электростанций - как казахстанских, так и российских. Снижения этих выбросов посредством технологических устройств можно достигнуть только на электростанциях-потребителях. Однако первопричиной этих экологических последствии является все же сам угольный разрез.

Теплота сгорания экибастузских углей довольно высока (3420 - 4640 ккал/кг) по сравнению с углями других бассейнов, разрабатывающих уголь открытым способом.

Температура плавления золы: момент размягчения 13000С, момент полушария - 14600С, момент жидкого состояния - 15000С.

Экибастузские угли имеют довольно низкую влажность, так средняя влажность углей 5,0-5,5% до гор. ±0, от гор. ±0 до гор. 200 м - 3,8-4,4% что исключает возможность смерзания угля в ж/д вагонах при его транспортировке в зимний период. Угли малосернистые (0,47-0,52%). Выход летучих веществ колеблется от 25,6 до 27,6%. Содержание фосфора - 0,080-0,087%.

Общая величина промышленных запасов, рассчитанных с учетом потерь и засорения угля породами внутренней вскрыши, составляет в целом по Экибастузскому бассейну 12,5 млрд. тонн, из них на пласты 1 и 2 приходится 35% (4,4 млрд. тонн) и на пласт 3 - 54,5% (6,8 млрд. тонн). Общий объем внешней вскрыши, которую предстоит отработать для вскрытия этих запасов, составляет 18 млрд. м'. Средний коэффициент вскрыши при этом не будет превышать 1,44 м³/т. Имеющимися проектами отработки запасов тремя действующими разрезaмI1 предусмотрена предельная глубина горных работ 200 м со средним коэффициентом вскрыши 1,55 м³/т. При этом величина данного коэффициента по отдельным разрезам составляет: «Северный» - 2,1, «Богатырь» и «Восточный» - 1,36 м^З/т [26].

Качество отгружаемого угля соответствует ТУ 654 РК 016 1945.1-01-97, СТРК 1027-2000, СТРК 1028-2000. Угли пластов труднообогатимы, что обусловлено тонким прорастанием угля минеральными примесями и используются в рядовом виде как энергетическое топливо для пылевидного сжигания. Экибастузские угли традиционно используются для пылевидного сжигания на крупных ТЭЦ и ГРЭС Казахстана и России, оборудование которых приспособлено для сжигания высокозольного топлива, и в незначительных объемах - для коммунально-бытовых нужд.

В состав комплекса разреза «Богатырь» входят разрез «Богатырь», Богатырское погрузочно-транспортное управление (БПТУ), завод по ремонту горно-транспортного оборудования (РГТО) и Путевая машинная станция (ПМС). (Приложение А, рисунки А.3, А.4).

Складирование вскрыши осуществляется в породные отвалы разреза «Богатырь» - «Степной», «Ковыльный» и «Прибортовой».

Потребность разрезов в щебне покрывается за счет собственных щебкарьеров на ст. «Степная» и ст. «Западная».

На рисунке 1 приведена схема раскройки Экибастузского бассейна на карьерные поля и разведочные участки.

Периметр мульды по выходам пластов разделен на 12 разведочно-промышленных участков угольных запасов. Северо-западная (участок 1) и юго-восточная (участки 5, 6, 7) части мульды отличаются спокойным пологим залеганием пластов (угол падения не превышает 10-15%). Северо-восточная (участки 4, 11, 12) и юго-западная (участки 3, 9, 10) части имеют крутое падение с углами падения слоев более 650. С ростом глубины в направлении к оси мульды угольные пласты выполаживаются до практически горизонтальных [26].

Геометрическая форма и наклонное залегание угольных пластов приводят к постоянному углублению горных работ в процессе эксплуатации разреза. Конструкция фронта горных работ обеспечивает доступ ко всем трем угольным пластам, что позволяет осуществить межзабойное усреднение добываемых углей в соответствии с требованием потребителей по средней зольности [28].

Рисунок 1. Схема раскройки Экибастузского бассейна на карьерные поля и разведочные участки

В настоящее время глубина разрезов находится на отметке 200- 230 м, что определяет переход от использования ж/дорожного транспорта на новые конвейерные и авто-конвейерные технологии.

Приказом от 27.03.2003 г. утверждена реорганизация структуры управления ТОО «БАК». Добыча угля теперь производится разрезом «Богатырь» в полях всех участков; 1,2,3,4 и 5, 6, 9, 10 (Богатырский комплекс - участки 5,6,9, 10 и Северный комплекс - участки 1,2,3,4).

Карьерное поле разреза «Богатырь» в технических границах характеризуется следующими параметрами:

- по простиранию -7,5 км;

- по падению - 3,8 км;

- по глубине - 400 м (до горизонта - 200 м).

Разрез «Богатырь» мощностью 50 млн.т вводился в эксплуатацию очередями в период 1970-1979 гг. По состоянию на 01.01.2006 года на разрезе добыто 1215,5 млн.т угля, вывезено во внешние отвалы 807,1 млн.м³ вскрыши, коэффициент вскрыши составил 0,66 м³/т. В 2005 году на разрезе «Богатырь» добыто 29,1 млн.т угля, отработано 19,7 млн.м³ вскрыши, коэффициент вскрыши составил 0,66 м³/т, теплота сгорания составила 4108 ккал/кг.

Глубина разреза на 01.01.2006 года достигла 230 м, за период эксплуатации разрез углубился на 200 м, среднегодовая углубка дна разреза составила 5,7 м/год.

Добычные и вскрышные работы ведутся на участках 5,6,9, 10. Добычные работы - на гор.-20,0 ч +60,0 м (уч. 5, 6), на гор. +50,0 ч + 100,0 м (уч. 9, 10); вскрышные работы - на гop.+60,07 ч +180,0 м (уч. 5, 6), на гор. 110,0 ч +185,0 м (уч. 9,10).

Запасы геологического рядового угля по пластам 1, 2, 3 на 01.01.2006 года составляют 1750,1 млн.т. Обеспеченность запасами определенная проектным режимом горных работ, составляет 60 лет.

Ускоренное развитие добычи экибастузского угля стало возможным благодаря внедрению новой технологии добычи крепких каменных углей из пластов сложного строения с применением мощных роторных экскаваторов SRS(К)-2000 производительностью 5500 т/час (Приложение А, рисунок А.5).

Применяемая до настоящего времени на разрезе роторно-железнодорожная технология становится не рентабельна. Глубина разреза (230 м) увеличивает дальность транспортировки (17,7 км), вследствие чего роторные экскаваторы становятся малоэффективны, так как исключена возможность реализации их технической производительности при погрузке угля в вагоны, коэффициент использования составляет 0,222. Так же не обеспечиваются требования потребителей по стабильности качества угля во всех вагонах маршрута. Для обеспечения стабильных параметров сжигания твердого топлива потребитель требует, чтобы зольность в отдельном вагоне не превышала отклонения ±2,5% от среднего значения по маршруту, фактически отклонение зольности угля между вагонами в маршруте достигает ±12,5%.

Полностью проблему усреднения угля, как по степени усреднения, так и по массе всего добытого угля, не позволяет решить роторно-железнодорожная технология на добыче угля.

С целью стабилизации качества угля в вагонах с отклонениями не более ±2,5% от среднего и углубления степени селекции до 1 м по мощности при отработке запасов пласта 3, а также исключить из поставки потребителю угли 2-й группы качества с 2006 года начат поэтапный переход на авто-конвейерную технологию, переход на новую технологию позволит увеличить мощность разреза с 30 млн.тонн в настоящий момент до 40 млн.тонн к 2017 году. Глубина горных работ увеличится при этом на 100 м. Новая технология предусматривает образование внутренних усреднительных складов угля с использованием гидравлических экскаваторов и автосамосвалов грузоподъемностью 91 тонн.

Таким образом, в связи с увеличением глубины разреза и дальности транспортировки угля до углесборочных станций до 17,7 км, в целях повышения уровня использования производительности роторных экскаваторов (22,2%) и стабилизации качества угля сегодня на разрезе действуют технологии:

- железнодорожная с погрузкой угля непосредственно в забое в вагоны РГП «Казахстан Темир Жолы», а выемка межпластовых породных прослоек (селекции) с погрузкой их в думпкары;

- в синклинальной части разреза конвейерно-железнодорожный комплекс (КЖДК) с усреднением угля на угольно-породном погрузочном комплексе (УППК);

- авто-железнодорожная с усреднением угля на временных внутренних угольных складах в разрезе.

Нарезка новых угольных горизонтов осуществляется одноковшовыми экскаваторами ЭКГ-4У.

С 1990 года в синклинальной части полей 5 и 9 работает конвейерно-железнодорожный комплекс (КЖДК). В 2003-2004г.г. была произведена реконструкция угольно-породного погрузочного пункта (УППК), что позволило производительность конвейерно-железнодорожной технологии повысить до 13 млн.т в 2005 году. Выполненная реконструкция УППК позволила не только увеличить производительность КЖДК в 2,5 раза, но и частично (30% от добытого угля на разрезе) решить проблему усреднения угля на разрезе «Богатырь».

С июля 1998 г. в составе КЖДК запущен в работу первый в мировой практике межуступный мостовой конвейерный перегружатель СБФ-Р-(к)-1800.25 (фирмы «Маn Takraf») для нарезки новых угольных горизонтов роторным экскаватором с погрузкой угля на ленточный конвейер, стоящий на 25 м выше уровня экскаватора. Стоимость реализации этого проекта составила 6,3 млн. $ (Приложение А, рисунок А.6).

На отработке внешней вскрыши используются одноковшовые гусеничные экскаваторы ЭКГ-12,5, ЭКГ-12УС, ЭКГ-10УС, ЭКГ-8У, ЭКГ-6,3У, а также шагающий экскаватор ЭШ-13,50.

По окончанию приемо-сдаточных операций порожний состав делится на подачи по 14 вагонов и отправляется в разрез под погрузку. Груженый вес подачи составляет 952 т нетто.

Поступающие из разреза груженые подачи на ст. Богатырская и ст. Соединительная проходят контрольное взвешивание и дозирование.

Взвешенные и сдозированные вагоны формируются в отправителвские маршруты весовой нормой 6000 т брутто (4500 т нетто) (Приложение А, рисунок А.7).

Порожние вагоны поступают на две углесборочные станции - ст. Богатырская и ст.Соединительная со ст. Экибастуз II.

Перевозка угольных маршрутов до ст. Экибастуз II осуществляется тепловозами 2ТЭ-10М ТОО «Промсервис-Отан»,

Транспортировка вскрыши производится также железнодорожным транспортом на внешние отвалы.

На вывозе вскрыши применяются тяговые агрегаты ОПЭ I сцепным весом 372 т.

Вскрыша вывозится в думпкарах типа 2ВС105. Количество думпкаров в вертушке - 12 шт., емкость вертушки - 480 м³.

На хозяйственных перевозках и маневровой работе применяются тепловозы серии ТЭМ-2 и ТГМ6А.

Формирование внешних породных отвалов выполняется экскаваторами ЭКГ-8и, ЭКГ-6у и драглайнами ЭШ-13/50, ЭШ-11/70.

Все основное горнотранспортное оборудование: экскаваторы всех типов, буровые станки, тяговые агрегаты имеют электрический привод - экономически эффективный и экологически чистый.

Отработка угля и внешней вскрыши производится с помощью буровзрывных работ. Удельный вес буровзрывных работ занимает до 20% на вскрыше и 15% - на добыче угля [27].

Взрывные работы выполняются методом скважинных зарядов короткозамедленным способом. Для бурения скважин используются буровые станки шнекового и шарошечного бурения 3СБШ-200-60. В качестве основного взрывчатого вещества (ВВ) применяется игданит.

Удельный расход ВВ на вскрышных работах составляет 0,31 кг/м³, на добыче - 0,25 кг/м^З [29].

2. Геоэкологические аспекты влияния разреза «Богатырь» на атмосферу

...