Угольная промышленность и ее влияние на окружающую среду

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова

Биолого-географический факультет

Кафедра экологии

Курсовая работа

На тему: Угольная промышленность и ее влияние на окружающую среду

Выполнил:

Аввакумов Федор

Якутск

2013



Содержание

Введение

Глава 1. Анализ методики по рекультивации

Глава 2. Состояние окружающей среды в угледобывающих провинциях

2.1 Экологический мониторинг в зоне влияния угольных предприятий

2.2 Кузнецкий угольный бассейн

2.3 Эндогенная пожароопасность угольных месторождений криолитозоны

Глава 3. Воздействие предприятий отрасли на состояние окружающей природной среды в районах их размещения

3.1 Общие показатели воздействия

3.2 Водные ресурсы

3.3 Атмосферный воздух

3.4 Земельные ресурсы

3.5 Отходы производства

Глава 4. Экологизация процессов и технологий угольного производства

4.1 Технология подземной добычи угля с полной или частично закладкой выработанного пространства

4.2 Трубопроводный транспорт угля в виде водоугольной суспензии

4.3 Гидромеханизированный способ производства вскрышных работ на угольных разрезах

Глава 5. Развитие угольной промышленности в Южной Якутии

Заключение

Использованная литература



Введение

Угольная промышленность России играет не малую роль в топливно-энергетическом балансе страны. В настоящее время на долю угля приходится 11,8% в производстве и около 18% в потреблении топливно-энергетических ресурсов, что значительно ниже технических возможностей отрасли. По прогнозным данным удельный вес угля в топливно-энергетическом балансе в третьем тысячелетии будет увеличиваться, а добыча угля к 2010 г. Достигнет 280 млн. т.

В соответствии с программой реструктуризации и общей стратегией развития угольной промышленности предусматривается превращение ее в обозримой перспективе в устойчиво функционирующую и рентабельную отрасль за счет создания конкурентоспособных предприятий нового технического уровня, освоение месторождений с благоприятными горно-геологическими условиями, комплексной экологически чистой переработки угля, дальнейшее расширение применения открытого способа угледобычи, закрытия нерентабельных предприятий. Важной составной частью общей стратегии развития отрасли является обеспечение экологической безопасности производства и благоприятных жизненных условий для населения угольных регионов.

Общепризнано, что предприятия угольной промышленности оказывают существенное негативное воздействие на все компоненты окружающей природной среды, вызывая нежелательные их изменения. Воздействие проявляется в деградации природного ландшафта и загрязнении водных источников, атмосферного воздуха и почв твердыми, жидкими и пылегазообразными отходами производства в количествах, за частую во много раз превышающих предельно допустимые концентрации, что нарушает сложившуюся сбалансированность природной среды и вызывает необходимость проведения специальных природоохранных мероприятий в районах размещения промышленных объектов. К настоящему времени в угольной промышленности России и за рубежом накоплен определенный положительный опыт по защите окружающей среды от техногенных загрязнений, активно ведутся поисковые и экспериментальные исследования, результаты которых успешно используются при проектировании, строительстве и эксплуатации предприятий. Однако эффективность проводимой природоохранной деятельности в целом остается пока недостаточной, что обуславливает необходимость разработки стратегии экологического развития угольной промышленности, предусматривающей комплексное решение проблем рационального природопользования на ближайшую перспективу.

Цель данной работы - анализ степени влияния угольной промышленности на окружающую среду и проблемам восстановления нарушенных земель.

Основные задачи:

- обзор литературы по методам рекультивации нарушенных земель;

- обзор и анализ литературы по состоянию окружающей среды в угледобывающих провинциях;

- оценка воздействия предприятий отрасли на состояние окружающей природной среды;

- экологизация процессов и технологий угольного производства;

- анализ развития угольной промышленности в Южной Якутии;



Глава 1. Анализ методики по рекультивации

Литературы по рекультивации достаточно, но работ общетеоретического плана сравнительно мало. Теория рекультивации, особенно биологической, пока еще не создана. Имеющиеся работы характеризуют лишь первый эмпирический этап исследований [1]. Анализируя литературные источники по вопросам рекультивации, можно выделить следующие группы работ:

1. Различные рекомендации, инструкции, методические пособия, посвященные в основном этапу технической рекультивации и содержащие результаты теоретических и практических работ. Авторы отмечают, что эффективность рекультивации породных отвалов в значительной степени определяется условиями их формирования. Однако проектировщики во многих случаях не располагают необходимыми сведениями об агрохимических и агрофизических свойствах вскрышных пород, укладываемых в тело отвалов [2]. Таких данных нет в отчетах о разведке месторождений полезных ископаемых, хотя разработано уже много классификаций горных пород по пригодности их для рекультивации.

2. Литература по самому универсальному методу рекультивации - методу залужения, т.е. искусственного создания многолетних продуктивных травянистых сообществ. Однако работ, где бы анализировались длительные изменения (многолетние наблюдения) состава искусственного растительного сообщества на отвалах, пока еще нет.

3. Исследования по зарастанию техногенных субстратов и регулированию естественных сукцессий восстановительного процесса. Проведены наблюдения за естественным самозарастанием нарушенных земель, которые имеют важное природоохранное значение главным образом для малообжитых районов, предотвращая или значительно ослабляя вредное воздействие нарушенных земель на соседние территории. Большой вклад внесен Уральским научным центром, который выпускает отдельные научные издания "Растения и промышленная среда" (13 выпусков с 1976 г.). При этом большинство трудов посвящено растительности отвалов угольных месторождений, крайне мало работ об управляемых сукцессиях рекультивации.

4. Чрезвычайно интересны опытные работы последних лет по использованию методов индикации [3, 4], применению вермикомпоста [5], сапропелей [6] и др. Новыми рекомендуемыми методами являются использование дерна естественных сообществ и метод генной инженерии с подбором видов растений, способных заселить техногенный субстрат. Разрабатываются технологии рекультивации (использование сточных вод для обогащения субстратов, способы фиксации семян, общие системы организации рекультивации и т.д.), но все эти опыты являются пока искусственными, без детальных анализов восстановительных процессов.

Особую роль рекультивационные работы играют в условиях Севера. Чем суровее становятся условия для биологической компоненты, тем более тесная и прямая взаимосвязь наблюдается между структурами биогеоценотической системы. Например, при локальных техногенных воздействиях в условиях криолитозоны нарушается тепловой баланс, поддерживаемый благодаря теплоизоляционному эффекту, создаваемому не только напочвенным растительным покровом, но и всем органо-аккумулятивным слоем. Результат разбалансирования этой системы проявляется в бурном развитии ускоренной эрозии, термоэрозии и других сопутствующих явлений [7].

Для сохранения комфортной среды существования для человека при освоении природных ресурсов Севера становится необходимой разработка приемов ускоренного, экологически и экономически эффективного природовосстановления. Экологическая устойчивость любого ландшафта и экосистемы в целом зависит, в первую очередь, от биологического компонента и определяется по состоянию растительности, которая представляет устойчивую саморегулирующуюся систему, обладающую реакцией на воздействие извне через сохранение до некоторого предела ненарушенного состояния и способностью к самовосстановлению [8, 9]. Однако возврат к исходному состоянию, в случаях превышения порога устойчивости, может оказаться невозможным или быть связанным с большой затратой энергии на восстановление.

На территории Якутии, как и во всех северных регионах России, до недавнего времени рекультивационные работы не проводились. Нарушенные земли представляют собой безжизненные техногенные пространства ("лунные ландшафты").

В настоящее время более планомерно ведутся работы по технической рекультивации, а проблема биологической рекультивации находится только на стадии опытных исследований [10, 11, 12]. В Мирнинском улусе лабораторией охраны природы Якутниипроалмаз в 80-х годах ХХ в. проводились посевы многолетних трав с применением различных доз минеральных удобрений и насыпкой плодородного слоя разной толщины [13]. Первые результаты показали перспективность создания кормовых угодий на промышленных отвалах при внесении плодородного слоя до 20-40 см и определенных доз минеральных удобрений. Здесь же сотрудниками Института прикладной экологии Севера (ИПЭС) АН РС(Я) проведены рекультивационные работы на отвале № 6 карьера "Мир", где получены первые результаты зарастания отвалов. На дражных отвалах Южной Якутии лабораторией ВНИИ-1 проводились такие же работы [14, 15]. Опыты показали реальные возможности использования рекультивированных земель в сельском хозяйстве в зоне вечной мерзлоты. Позже подобные исследования были начаты Институтом биологии ЯФ СОАН СССР на разрезе "Кангаласский" (г. Якутск) и в Южной Якутии, но из-за финансовых неурядиц приостановлены [15]. В настоящее время на отвалах разреза "Нерюнгринский" осуществляются инвентаризационные работы с целью выявления их рекультивационного потенциала.

Сотрудниками Института северного луговодства АН РС(Я) разработаны способы, нормы и сроки посева многолетних трав на аласах Нюрбинского улуса [16, 17, 18]. Для выявления наиболее эффективных и рациональных методов преобразования (рекультивации) нарушенных природных комплексов большое значение имеет изучение процессов их естественной эволюции в различных природно-климатических и техногенных условиях, в частности восстановления растительного покрова как наиболее информативной части биогеоценозов. С этой целью в Алданском улусе сотрудниками ИПЭС АН РС(Я) ведутся работы по изучению вопросов ускорения и регулирования самозарастания отвалов, подбору ассортиментов местных видов кустарников и многолетних трав, возможности озеленения откосов [19, 20]. Первые результаты по биологической рекультивации получены сотрудниками ИПЭС АН РС(Я) и на вскрышных отвалах месторождения "Биллях" Анабарского улуса [21].

Сопоставляя сведения о рекультивации, взятые из различных документов, и оценивая общее состояние рекультивационных работ, можно сделать следующие выводы:

1. Рекультивационные и природовосстановительные работы в Якутии по существу пока не проводились.

В лучшем случае руководством горных предприятий согласовывался вопрос об отводе нарушенных земель "под самозарастание", т.е. они оставлялись в "первозданно-техногенном" виде. Причем рекультивацией называлась лишь планировка площадей или отсыпка отвалов более грубообломочным материалом для предотвращения их от размыва паводковыми водами.

2. Эффективность природоохранных мероприятий, в том числе рекультивации, никем и никогда не оценивалась, и проекты рекультивации не разрабатывались.

Эти работы находятся в начальной стадии развития.

3. Совершенно недопустимо рекультивацию нарушенных территорий ограничивать только инженерно-техническими мероприятиями, как это широко практикуется в настоящее время.

Необходима биологическая рекультивация, которая представляет собой сложный вид хозяйственной деятельности.

4. Выбор подходящих приемов рекультивации должен проходить дифференцировано.

Для каждого отдельного случая нужны индивидуальные решения о направлении и очередности рекультивации, сочетании ее видов.



Глава 2. Состояние окружающей среды в угледобывающих провинциях

2.1 Экологический мониторинг в зоне влияния угольных предприятий

Система автоматизированного экологического мониторинга угольной промышленности РФ включает ориентировочно 50 центров предприятий, около 15 центров регионов (компаний) и один отраслевой центр. Поскольку система выполняется открытой, без видимых ограничений по объему, техническому и программному оснащению, предполагается проводить работы параллельно, т.е. одновременно для всех уровней системы. При этом намечается опережающее создание и внедрение:

- пилотных систем для предприятий - шахты, разреза, углеобогатительной фабрики, закрываемой шахты (разреза);

- пилотной системы для региона;

- отраслевого центра.

В угольной промышленности России изучение неблагоприятных воздействий на окружающую среду имеет богатые традиции. Систематические работы в этом направлении начались еще в 60-е годы. В настоящее время основные работы по мониторингу выполняются санитарно-профилактическими лабораториями (СПЛ) и экологами предприятий.

Однако СПЛ охватывают только около 70% акционерных обществ. Выполняя значительный объем работы (до 350 тыс. анализов проб воздуха), СПЛ не обеспечивают удовлетворительной периодичности и представительности контроля, а ручная обработка проб приводит к большим затратам труда.

Неудовлетворительное состояние экологического мониторинга на предприятиях не позволяет создать объективную картину воздействий предприятий угольной промышленности на загрязнение окружающей природной среды в районах их размещения и разработать комплекс мероприятий управления этими воздействиями.

В то же время проведенные в отрасли исследования создают возможность выявить источники загрязнения и определить основные вредные вещества и воздействия, оказываемые предприятиями на окружающую природную среду.

В таблице 1 представлены основные источники неблагоприятных воздействий на окружающую природную среду.

В таблице 2 дан перечень основных компонентов неблагоприятных воздействий угольных предприятий на окружающую природную среду. Дополнительными вредными веществами могут быть шумы железнодорожного транспорта, вентиляторных установок и др.

Таблица 1.

Основные источники неблагоприятных воздействий предприятий на окружающую природную среду

Предприятие	Степень организо-ванности источника	Вид источника	Источник
			Выбросов в атмосферу	Сбросов в водоемы	Деформации земной поверхности
Угольная шахта Угольный разрез Углеобога-тительная фабрика	Организо- ванный Неорганизо-ванный Организо-ванный Неоргани-зованный Организо-ванный Неоргани-зованный Плоскостной	Точечный Точечный Линейный Плоскостной Точечный Точечный Линейный Плосткост-ной Точечный Точечный Линейный Угольный склад.	Труба котельной, Вентиляционная установка, Дегазационная установка, Погрузка угля в ж/д вагоны, Погрузка пород в самосвалы, Железнодорож-ный состав, Конвейерная галерея, Породный отвал, Угольный склад, Гараж, Труба котельной, Буровая установка, Взрывные работы, Погрузка угля в ж/д вагоны Железнодорож-ный состав. Конвейерная галерея. Разрез в целом. Гараж. Труба котельной, Аспирационная установка цеха, Труба сушильной установки Погрузка угля в ж/д вагоны, Погрузка породы в самосвалы, Подвесная канатная дорога на породный отвал.	Водоотлив, Водопонизи-тельная скважина, Гараж. Водоотлив, Водопонизи-тельная скважина, Гараж. Сброс после отстойников Гараж	Дамба отстойника, Поверхность над подземными выработками и горные работы. Борт разреза, Дамба отстойника. Дамба отстойника



Таблица 2.

Основные компоненты неблагоприятных воздействий угольных предприятий на окружающую среду

Параметры	Диапазон контроля
Сбросы в водоемы	0-200 0-0,1 2700-4600 0-15 0-300 4-40 0-10 100-5000 100-1000 0-20 50-10000 5-1000 0-10 0-120 0-5 0-2,5 0-50 0-50 0-25
Взвешенные вещества, мг./дм3 Нефтепродукты, мг/дм3 Полное биологическое потребление кислорода, мг О2/дм3 Уровень, м Расход, м3/с Температура, 0С Электрическая проводимость, См/см Сульфаты SO4, мг/дм3 CI, мг/дм3 О2, мг/дм3 Са2+, мг/дм3
Выбросы в атмосферу
Пыль, зола, сажа, мг/дм3 Газообразные, в том числе: SO2, мг/дм3 CO, мг/дм3 NO2, мг/дм3 NOx, мг/дм3 CH, мг/дм3 CH4, мг/дм3 CO2, %

Помимо указанных в таблице 2 источников, подлежат контролю также такие показатели сбросов загрязняющих веществ в водные объекты, как химическая потребность в кислороде ХПК, цвет, мутность, запах, нитраты, нитриты, тяжелые металлы, остаточный хлор, медь, железо, хром, фенол, радон, а также показатели выбросов в атмосферу сероводорода, альдегидов, озона, бензапирена.

В результате исследований, проведенных институтом "Гипроуглеавтоматизация" на предприятиях отрасли и с учетом обобщения опыта предприятий родственного типа в других отраслях, составлен перечень параметров, подлежащих контролю на предприятиях угольной промышленности (табл. 3-4).

При разработке системы для конкретного предприятия предполагается проведение предпроектных исследований и расчетов с целью уточнения перечня параметров и диапазонов их изменения.

Следует отметить, что не все параметры, перечисленные в таблице 36 и 37, подлежат непрерывному автоматическому контролю вследствие того, что настоящее время вообще не существует приборов такого контроля либо они чересчур дороги, сложны в эксплуатации и предназначены исключительно для лабораторных исследований. Реальный перечень автоматически контролируемых параметров в каждом конкретном случае определяется технико-экономическим анализом.

Необходимо отметить, что перечень экологически вредных веществ постоянно расширяется и превышает в настоящее время несколько тысяч ингредиентов. Хотя угольная промышленность в отличие, например, от химической, металлургической и др., не содержит особо вредных веществ ингредиентов в своих выбросах и сбросах, тем не менее отдельные вещества, в прошлом считавшиеся безвредными, в условиях ухудшающейся экологической обстановки становятся опасными или их опасность выявляется в результате более глубоких и обстоятельных исследований.

Поэтому приведенный в таблице 36 и 37 перечень нельзя рассматривать как окончательный ни для отрасли в целом, ни для последующего тиражирования в процессе создания системы экологического мониторинга в угольной промышленности.

Для каждого предприятия перечень вредных веществ при создании системы должен согласовываться с соответствующими санитарно-эпидемиологическими службами.



Таблица 3.

Перечень параметров, контролируемых в атмосфере и в выбросах в атмосферу

Параметры	Диапазон измерения
Взвешенные вещества Оксид углерода Диоксид серы Оксиды азота Сероводород Диоксид марганца Соединение свинца Углеводороды суммарно Метан Озон Радон Кислород Диоксид углерода Температура Скорость воздуха Метеоусловия.	0-1000 мг/м3 (0-10000) 0-120 мг/м3 (0-2000) 0-10 мг/м3 (0-25000) 0-25 мг/м3 (0-300) 0-25 мг/м3 0-0,05 мг/м3 (0-0,6) 0-0,1 мг/м3 0-50 мг/м3 0-50 мг/м3 0-2,5 мг/м3 0-25 мг/м3 0-25% 0-500 мг/м3 20-400 0С 0-200 м/с

Таблица 4.

Перечень параметров, контролируемых в сбрасываемых шахтных и сточных водах

Параметры	Диапазон измерения
Взвешенные вещества Железо Азот аммонийный Азот нитратов Азот нитритов Хлориды Сульфаты Сульфиды Фенолы Фосфаты Нефтепродукты Натрий Калий Кальций Магний Медь Алюминий Марганец Свинец Цинк Электропроводность Растворенный кислород рН Жесткость Химическое потребление кислорода Температура Скорость течения Уровень	0-200 мг/дм3 0-15000 мг/дм3 0-50 мг/дм3 0-1 мг/дм3 0-5 мг/дм3 10-10000 мг/дм3 10-5000 мг/дм3 0-10 мг/дм3 0-5 мг/дм3 0-10 мг/дм3 0-100 мг/дм3 0-800 мг/дм3 0-800 мг_Ю дм3 0-300 мг/дм3 0-500 мг/дм3 0-1 мг/дм3 0-10000 мг/дм3 0-1 мг/дм3 0-0,1 мг/дм3 0-0,2 мг/дм3 1-10 См/см 0-10 мг/дм3 4-14 0-50 мг/дм3 0-200 мг/дм3 4-400С 0-3 м/с 0-15 м

В качестве примера применения системы ниже дано описание проекта мониторинга для некоторых шахт Донецкого бассейна.

Институтом "Гипроуглеавтоматизация" разработан проект системы автоматизированного экологического мониторинга шахты "Аютинская" и ЦОФ "Аютинская" ОАО "Ростовуголь", расположенных в г. Шахты Ростовской области.

Система выполняется двухуровневой. На нижнем уровне располагаются посты контроля сточных вод. К этим же постам и станциям подключаются датчики контроля расхода воздуха (газа), температуры воздуха, расхода воды. На верхнем уровне размещаются автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов - экологов шахты и ЦОФ.

В состав постов и станций входят датчики и анализаторы, а также контроллеры первичной обработки информации и модемы связи. В состав АВМ входят персональные ЭВМ с расширенной периферией (сканнер, плоттер, дигитайзер, стриммер) и модемы связи.

Проектом предусматривается установка восьми постов контроля атмосферного воздуха: вблизи конвейерной перегрузки ЦОФ; возле котельной; у стройцеха ЦОФ; у стройцеха шахты; на границе санитарной зоны - в районе породного отвала; у границ санитарной зоны к западу и востоку от отвала; возле вертикального ствола шахты.

Такая расстановка дает возможность повысить степень селективности контроля выбросов шахты и ЦОФ, облегчить определение фона за счет установки постов на границе санитарной зоны, обеспечить эффективный контроль выбросов с площадных и нестационарных источников неточечного типа при изменении направления ветра. При этом учитывается также возможность для экономии строительных расходов за счет размещения постов внутри существующих сооружений с наружным воздухозабором.

Насыщенность постов газоанализаторами различна и определяется с учетом преимущественного содержание пыли и токсичных примесей в атмосфере. При этом каждый газ анализируется как минимум двумя анализаторами, что исключает ошибочность измерений и резервирует контроль в случае неисправности одного из приборов.

Станции контроля сточных вод размещаются до и после очистных сооружений с целью обеспечения возможности формирования управляющих воздействий в случае оснащения очистных сооружений устройствами регулирования процесса водоочистки. При этом учитывались особенности организации очистки сточных вод на шахте и ЦОФ, которые заключаются в отдельной очистке шахтных и производственных сточных вод на локальных очистных сооружениях.

В состав станций включен широкий набор приборов для автоматического контроля параметров. При этом предусматривается использовать методы как непосредственного измерения, так и предварительного автоматического пробоприготовления с автоматической заменой проб, электродов и т.п. с целью автоматизации контроля состава сточных вод.

В таблице 5 приведено распределение приборов контроля параметров по постам и станциям.

Основные технические характеристики поставляемых угольным предприятиям приборов контроля атмосферы и воды приведены в таблицах 6 и 7.

Таблица 5

Распределение приборов контроля параметров по постам и станциям

Номер станции	Контролируемые параметры
1 2 3,4,5 A,B,C,D	Запыленность, содержание SO2, CO, оксидов азота суммарно, CH4, О3, скорость воздуха в вентиляционных шахтах и трубопроводах, температура воздуха в системе вентиляции Запыленность, содержание оксидов азота суммарно, SO2, CO,CH4, О3, скорость воздуха в вентиляционных шахтах и трубопроводах. Запыленность, содержание SO2, CO,CH4, О3, Н2S, оксидов азота суммарно Растворенный кислород, скорость потока, температура воды, проводимость, рН

Таблица 6.

Технические параметры приборов контроля атмосферы

Прибор	Принцип действия измерителя	Диапазон измерения	Погрешность измерения
Измеритель содержа-ния взвешенных твер-дых частиц. Анализатор оксида серы Анализатор оксида углерода Анализатор оксидов азота Анализатор озона Анализатор метана и неметановыхуглеводо-родов	Поглощение бета-частиц Ультрафиолетовый не-импульсный флюорес-центный анализатор Недисперсионныйин-фракрасный анализатор Хемилюминесцентный фотометрический детектор Фотометрический ультрафиолетовый анализатор Газовый хроматограф с ионозирующим детектором водородного пламени	0-10 мг/м3 0-20000 ррв 0-50ррв 0-4000 ррн 0-1000 ррн 0-2, 0-10, 0-50, 0-100, 0-200, 0-1000, 0-10000 ррн	7% 1% 0,1 ррм 10% 1% 1%

Таблица 7.

Основные характеристики приборов контроля воды

Параметры	Принцип действия измерителя	Диапазон измерения	Погрешность измерения
Температура. РН. Удельная электропроводность. Растворенный кислород. Селективные ионные измерения: Аммиак, аммоний, кальций, хлорид, нитрат, цианид, фторид, свинец, нитрит, натрий, ртуть, алюминий, бор, бромид, кадмий, хром, кобальт, медь, иодид, магний, никель, перхлорат, фосфор, фосфат, серебро, сульфат, сульфид, тиоцианат, цинк Мутность Окислительно-восстановительный потенциал Расходы воды Соленость Уровень	Платиновый электрод Стеклянный эталонный электрод Многокольцевой графитовый электрод Гальванический электрод Ионоселективные электроды, твердотельные, пластмассовые, газовые стеклянные Инфракрасное рассеивание, компенсированный излучатель Стандартный 12 мм электрод Магниты с эффектом Холла Рассчитывается по температуре и удельной электропроводности Полупроводниковый датчик давления	-5…+50 С 0-14 рН 100 мкСм/см 200 МСм/см 0-20 ррн 0,1-200 ррн 0,1-2000 ррн 0,01-2000 ррт 0,1-200 ррм 0,1-200 мг/дм3 0,1-100 NTU 50-4000 NTU 0,3-250 NTU 125-10000 мг/дм3 800 мВ 0,1-9м/с 0,02-1м/с 0-60 ррт 0-100 м 0-1000 бар	0,15 С 0,04 рН 1% 0,2 ррм 2% 10% 5% 0,2 мВ 4% 0,3 ррт 0,5 м 0,05 бар

В заключении следует отметить, что разработанная в отрасли новая система мониторинга и информационного обеспечение имеет существенные возможности расширения и развития. Система мониторинга допускает подключение дополнительных приборов отечественного и зарубежного производства со стандартными выходными сигналами. Применение системы автоматизированного экологического мониторинга позволит получать существенный эффект в социальной и экологической сферах [22].

2.2 Кузнецкий угольный бассейн

Кузнецкий угольный бассейн расположен в пределах Кемеровской области. Площадь бассейна вытянута в меридиональном направлении, протяженность ее 330 км при ширине 100 км [27].

В пределах бассейна расположено несколько крупных промышленных центров: областной центр - г. Кемерово, центр металлургической промышленности - г. Новокузнецк, а также города Анжеро-Судженск, Прокопьевск, Киселевск, Ленинск - Кузнецкий, Белово, Гурьевск и Междуреченск. Кузнецкий бассейн имеет развитую сеть железных и автомобильных дорог. Площадь бассейна представляет собой слабовсхолмленную равнину с отметками поверхности +220-250 м и до +400 на юго-востоке. Южная и юго-западная окраина бассейна, представляющие собой предгорья Кузнецкого Алатау, имеют сильно расчлененный рельеф с отметками поверхности +240-400 м. Гидрографическая сеть бассейна представлена реками Томь - основной водной артерией Кузбасса, - Иня, Чумыш, Чулым, с их притоками.

Климат бассейна резко континентальный, на юге немного более мягкий. Кузбасс сложен осадочными породами верхнего карбона и перми, с которыми связана его угленосность. Продуктивных серий в бассейне две:нижележащая - балахонская и верхняя - кольчугинская. Балахонская серия имеет развитие в северной, западной и южной частях бассейна, а кольчугинская - в северо-западной, центральной и юго-восточной частях.

Угли Кузбасса отличаются большим разнообразием марочного состава: энергетические - марки Д, Г, СС, Т. Коксующиеся марки -Г, ПЖ, К, ПС.

На месторождениях, доступных разработке открытым способом, преобладают энергетические угли марок СС и Т и только в Томусинском и Бачатском районах имеются крупные запасы углей, пригодных для коксования, подлежащие отработке карьерами.

Энергетические угли Кузбасса представляет собой высококачественное топливо, которое широко используется не только на востоке, но и в Европейской части России. Гидрогеологические условия Кузбасса сравнительно несложны. Воды четвертичных отложений распространены только в пределахпойменных долин и обладают некоторым напором. Воды коренных пород трещинно-пластовые, связаны с крупно и среднезернистыми песчаниками, конгломератами и углями. Удельные дебиты в зонах тектонических разломов достигают 3-8 м³/ч.

Величина максимальных притоков в карьеры при глубине их 80-100 м за счет подземных вод не превышает 200м³/ч на 1 км длины карьера. Разведанность бассейна неполная и неравномерная. Лучше всего изучены освоенные районы: Анжеро-Судженский, Кемеровский, Ленинский, Беловский, Прокопьевско-Киселевский, в меньшей степени районы юга Кузбасса [27]. угледобывающий эндогенный месторождение криолитозона

За последнее десятилетие разведаны большие площади в Ерунаковском районе, освоение которых становится реальным в ближайшие годы в связи окончанием строительства железных дорог. Запасы угля, пригодные для открытых разработок, в бассейне связаны с наиболее мощными угольными пластами энергетических углей, пригодные для разработки открытым способом, до последних лет оставались неизученными. Запасы угля пригодные для открытых разработок, в бассейне связаны с наиболее мощными угольными пластами и сосредоточены в Кемеровском, Бачатском, Прокопьевско-Киселевском, Ерунакском, Томусинском районах и в небольших количествах в Ленинском, Бунгуро-Чумышском и Терсинском.

Запасы выделялись по предельному коэффициенту вскрыши, определенному из сопоставления стоимостных показателей подземных и открытых работ. Открытые разработки в бассейне ведутся с 1949г., когда были введены в эксплуатацию первые карьеры: Бачатский производственной мощностью 600 тыс. тонн в год и Краснобродский 1000 тыс. тонн в год.

В течение 1953-1955 гг. было введено в эксплуатацию еще девять карьеров, из них семь производственной мощностью всего 200-300 тыс. тонн в год, построенных как временные участки для отработки мощных пластов по выходам их под наносы. В последующие годы эти карьеры путем освоения смежных участков развились в довольно крупные предприятия с годовой производственной мощностью до 1,0-2,6 млн. тонн. В1960 г. Были введены в эксплуатацию новые карьеры, в том числе Томусинский № 3-4 производственной мощностью 4 млн. тонн в год, а в 1965 г. Еще три: Томусинский №7-8 на юге, Черниговский в Кемеровском районе и Моховский в Ленинском. В настоящее время в бассейне работает 16 карьеров с общей годовой производственной мощностью 26,27 млн. тонн, на которых в 1968 г. Было добыто 25,6 млн тонн угля.

Горные работы всех карьеров в настоящее время ведутся в пределах верхних горизонтов месторождений, т.е. на глубине 50-70 м. Каждый карьер разрабатывает отдельные, часто территориально обособленные участки, не связанные единой транспортной схемой. Система разработки на большинстве карьеров комбинированная: верхние горизонты вскрыши частично отрабатываются по бестранспортной системы удаляются способом гидромеханизации. Коренные породы вскрыши вывозятся в отвалы железнодорожным или автомобильным транспортом. На карьерах всех районов мощность четвертичных отложений значительна и эта часть вскрышных работ будет выполняться способом гидромеханизации, который в настоящее время имеет распространение на открытых работах в бассейне.

На всех карьерах бассейна будет иметь место большой объем буровзрывных работ. Гидрогеологические условия карьеров Кузбасса позволяют ограничиваться открытым водоотливом при надлежащей его организации. В южных районах в пределах штольневого горизонта водоотлива вообще не требуется. На карьерах будут добываться малозольные угли мощных пластов, имеющих простое строение, и разубоженные пустой породой угли тонких пластов или пластов сложного строения. Малозольные угли должны рассортировываться на товарные сорта, разубоженные подлежат обогащению в тяжелых средах. Учитывая большой объем разубоженных углей на каждом карьере, строительство индивидуальных или групповых обогатительных установок должно быть неотъемлемой частью карьерного хозяйства [27].

2.3 Эндогенная пожароопасность угольных месторождений криолитозоны

Территория Дальневосточного района богата углем, здесь расположены такие крупнейшие угольные бассейны как Ленский, Южно-Якутский, Зырянский, Партизанский, Угловский и др.

Республика Саха (Якутия), входящая в состав района, также обладает огромными запасами каменных и бурых углей, которые составляют кладовую топливно-энергетических ресурсов страны в настоящем и будущем. Одним из факторов, осложняющих эксплуатацию угольных месторождений Северо-Востока России, является процесс самовозгорания углей. Пожары, возникающие вследствие самовозгорания угля, создают опасные условия для человека, обуславливает потери полезного ископаемого, приводит к большим материальным затратам на тушение пожара и перемещение, охлаждение и изоляцию разогретых масс угля. Развивающиеся при самонагревании и самовозгорании угля окислительные процессы сопровождается выделением большого количества вредных газов - СО, СО₂ и др., которые ухудшают атмосферу угленосного района. Вследствие горения породных отвалов содержания окиси углерода, сернистого ангидрида и сероводорода на расстоянии до 2 км от отвалов превышает допустимые санитарные нормы.

В результате самовозгорания безвозвратно теряется большое количество добытого угля, как на угольном складе разреза, так и у потребителей. По данным некоторых исследований, в каменных углях при хранении в течении 11 месяцев содержание золы увеличивается на 3%, уменьшение веса при самонагревании происходит до нескольких десятков процентов за счет удаления органического вещества угля. Например, снижение теплоты сгорания на 300 ккал и повышения зольности на 3% при окислении угля приводит к потере веса горючей массы угля на 19,5%.

На основе выполненных в ИГДС СО РАН и Якутском госуниверситете теоретических и экспериментальных лабораторных и натурных исследований влияния физико-химических факторов на процесс самовозгорания углей при знакопеременных температурах изложено научное обоснование выбора способа длительного хранения угля, обеспечивающего предупреждение самовозгорания углей при знакопеременный температурах изложено научное обоснование выбора способа длительного хранения угля, обеспечивающего предупреждение самовозгорания, применение которого вносит значительный вклад в повышение пожарной и промышленной безопасности на угольных предприятиях Севера.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем: В лабораторных условиях изучено влияние физико-химических факторов на процесс самовозгорания углей области распространения многолетней мерзлоты по сорбционному методу ИГД им. А.А. Скочинского. Получена зависимость сорбционной активности мерзлых углей от их температуры, которая свидетельствует, что динамика химической активности мерзлых углей отличается весьма низкими значениями при естественных температурах и более резким ростом с повышением температуры. Определена критическая температура самовозгорания бурых углей, составляющая +64 С, которая ниже установленной для углей месторождений центральных областей России (+70…+80 С), что подтверждает их высокую химическую активность. Аналитическим путем установлена длительность инкубационного периода самовозгорания кангаласских углей и его зависимость от температуры.

Полученные теоретические значения критической массы и безопасной толщины угольных скоплений по условиям самовозгорания. Исследованы антипирогенные составы (Н₂О,КСI, ПО-1, (NH₄)₂HPO₄, (NH₄)₂HPO₄+ПО-1) в различных концентрациях для снижения окислительной способности Кангаласских углей. Из указанных составов наибольший эффект снижения химической активности угля (на 27%) обеспечивает диаммоний фосфат с пенообразователем ПО-1, который рекомендуется для применения при небольших объемах штабеля и при перевозке угля речным транспортом с целью предотвращения его самовозгорания. Получена зависимость интенсивности самонагревании угля и характера снижения концентрации кислорода от пустотности их скопления, которые показывают возможность удлинения срока хранения штабеля путем уплотнения при складировании угля. Путем построения математической модели самонагревания углей определенно время протаивания угля от естественных температур до пожароопасных. Пользуясь приведенными расчетами, можно определить инкубационный период самовозгорания углей в криолитозоне.

С учетом специфических условий Севера разработан способ хранения штабеля угля с применением защитной прослойки изо льда, преимуществами которого являются: простота формирования штабеля угля, минимальные физические и материальные затраты, исключение самонагревания и самовозгорания угля, отсутствие сноса угольной пыли с поверхности штабеля. Предложен траншейный способ хранения угля, при котором используется преимущество многолетней мерзлоты - отрицательная температура вмещающих пород и угля для удлинения инкубационного периода. Предотвращение самовозгорания угля улучшает экологическую ситуацию в районе разработки месторождения, а также приносит экономический эффект за счет предотвращения ухудшения качества угля при разогревании [23].



Глава 3. Воздействие предприятий отрасли на состояние окружающей природной среды в районах их размещения

3.1 Общие показатели воздействия

Интенсивное развитие и техническое совершенствование угольной промышленности РФ характеризуется созданием крупных горно-добывающих и перерабатывающих производств на базе перспективных месторождений бурых и каменных углей, расположенных в различных природно-климатических зонах страны. Наряду с развитием традиционных угольных бассейнов - Донецкого, Кузнецкого и Печорского ускоренными темпами ведется освоение Канско-Ачинского и Южно-Якутского, обладающих огромными запасами твердого топлива [26].

Непрерывное наращивание и сосредоточение промышленного потенциала в крупных территориально-производственных комплексах страны вызывают неизбежное изменение окружающей среды, нарушая полностью или частично сложившиеся экологические связи в зонах размещения промышленных объектов (шахт, обрезов, обогатительных фабрик). Как правило, эти изменения проявляются в различных сочетаниях негативных явлений, важнейшими из которых являются деформация углевмещающих пород и земной поверхности, истощение и загрязнение подземных и поверхностных вод, затопление и заболачивание подработанных территорий, обезвоживание и засоление почв, загрязнение атмосферного воздуха, изъятие земельных площадей из народнохозяйственного оборота и др.

Основное загрязняющее действие на водные объекты (реки, озера, водоемы, подземные водоносные горизонты) предприятиями угольной промышленности оказывают сточные воды шахт и разрезов, откачиваемые на дневную поверхность одновременно с добычей угля и сланца. Характер и масштабы загрязнения во многом определяются степенью разбавления их в водных объектах, величина которой заметно увеличивается во время весенних паводков. К сточным водам угольных предприятий относятся и воды поверхностного стока с отвалов шахт, разрезов и обогатительных фабрик, транспортных коммуникаций и других объектов, которые находятся в пределах горного отвода. Загрязнение водных объектов поверхностным стоком особенно значительно в районах с большим количеством атмосферных осадков. Угольные предприятия могут загрязнять поверхностные водоемы также отработанными промышленными водами и обычными канализационными стоками. Для них характерны высокий уровень бактериального загрязнения и наличие условно-патогенных энтеробактерий, представляющую реальную опасность для здоровья населения. При загрязнении поверхностных водоемов нефтепродуктами снижается поступление кислорода из атмосферы через водную поверхность и ухудшается проникновение в толщу воды солнечного света, что оказывает угнетающее действие на живые организмы и растения. Загрязнение подземныхводных горизонтов обычно происходит из-за несовершенства горного производства и связано с тем, что часть загрязненных шахтных или карьерных вод мигрирует в нарушенный горный массив и привносит загрязняющие элементы в подземные воды. Нередко сюда попадает и часть поверхностных стоков. Вынесенные с территории предприятия в открытую гидрографическую сеть техногенные загрязнения в составе подпитывающих вод могут попасть в грунтовые воды и далее распространиться по всему геологическому разрезу. Большую опасность для водных объектов представляют откачиваемые из горных выработок и попадающие в реки кислые и минерализованные сточные воды; кислые воды обычно несут собой большое количество окислившегося железа, а минерализованные воды - много сульфатов и хлоридов. Кислотность и засоленность вод, хотя и не портят природную красоту поверхностных водоемов, тем не менее пагубно влияют на их экологическое состояние: воды становятся совершенно не пригодными для питья, рыболовства и использования в промышленных целях. Наибольшее загрязняющее воздействие на воздушный бассейн оказывают промышленные и коммунально-бытовые котельные, сушильные установки обогатительных фабрик, аспирационные системы предприятий и горящие породные отвалы. Из этих источников ежегодно в атмосферный воздух выбрасывается значительное количество твердых и газообразных вредных веществ. По уровню образования и выбросов вредных веществ в атмосферу угольная промышленность входит в первую десятку отраслей народного хозяйства страны. Совокупные выбросы крупных предприятий угольной промышленности загрязняют атмосферный воздух в радиусе нескольких десятков километров, угнетающе действуя на растительный и животный мир. Ухудшение физических и химических свойств атмосферного воздуха на территории, прилегающей к предприятиям угольной промышленности, отрицательно сказывается на здоровье людей, их работоспособности и продолжительности жизни. Совокупность метеорологических факторов нередко способствует созданию условий, при которых интенсивность воздухообмена в околоземных слоях атмосферы весьма незначительна, в результате чего возникает так называемая температурная инверсия. В этом случае концентрация вредных примесей может достигать очень высоких значений, губительных для всего живого.

Загрязнение атмосферного воздуха в зоне деятельности предприятий угольной промышленности оказывает также отрицательное влияние на здания, сооружения и технологическое оборудование. Это влияние проявляется в механическом абразивном износе от воздействия твердых частиц и коррозии. Весьма ощутимо влияние загрязненной атмосферы на состояние жилого фонда. Через щели частицы пыли проникают в жилые помещения и ухудшают санитарно-гигиенические условия проживания человека.

Влияние деятельности предприятий угольной промышленности на состояние земельных условий чрезвычайно разнообразно по формам своего проявления. Помимо количественного сокращения продуктивных земельных площадей в результате изъятия их из народнохозяйственного оборота, при эксплуатации шахт, разрезов и обогатительных фабрик происходит значительное изменение структуры и состава поверхностного слоя земной коры, нередко приводящее к полной или частичной потере плодородия земельных угодий. Наибольший ущерб природе и землепользователям наносят внешние и внутренние отвалы вскрышных пород, выработанные пространства разрезов, остаточные горные выработки, деформированные участки дневной поверхности, породные отвалы шахт, хвостохранилища обогатительных фабрик, промплощадки и транспортные коммуникации. Там, где рекультивации нарушенных земель не придается должного значения, они представляют собой безжизненные территории, становятся центрами эрозионных процессов, выводящих из строя земельные участки, прилегающие к угольным предприятиям. Неблагоприятные изменения природного ландшафта дополняются нарушениями гидрогеологического режима и гидрогеологических условий местности.

Весьма специфично разрушающее действие открытых и подземных горных работ в тундровых районах, где нарушение почвенного покрова приводит к быстрому развитию весьма нежелательного термокарстового процесса. Карьерно-отвальный тип местности, образующийся в результате ведения открытых горных работ, имеет сложную структуру, слагаясь из разнородных урочищ, - от озер и болот в котлованах до иссушенных вершин холмов и гряд. Разработка угольных месторождений подземным способом требует меньших территорий под земельный отвод и не вызывает таких значительных нарушений природных ландшафтов, как открытые горные работы. Изменения геологического строения недр и земной поверхности в этом случае связаны главным образом с деформацией горных пород в надугольной толще. При этом имеют место три типа явлений: деформация отдельных слоев и массива в целом, возникновение трещин и обвалы. По мере увеличения выработанного пространства эти явления следуют одно за другим и оказывают значительные воздействия на земную поверхность.

Породные отвалы загрязняют не только атмосферный воздух и окружающие земли, но и реки, озера и искусственные водоемы. Подкисляющие вещества вымываются из отвалов дождевыми потоками и затем переносятся грунтовыми и подземными водами в ближайшие поверхностные водоемы. Объемы загрязняющих веществ, поступающие в водоемы из многочисленных терриконов и отвалов, достаточны для экологически опасного воздействия на флору и фауну. Предприятия угольной промышленности вызывают существенные изменения геологической среды, под которой понимается верхняя часть литосферы, доступная для производственной деятельности человека.

При этом размеры и характер этих изменений в каждом конкретном случае различны и определяются природными и технологическими особенностями разрабатываемых месторождений. Основные изменения геологической среды при открытом способе разработки месторождений заключаются в деформации горного массива в бортах и откосах, усилении геодинамических и гидрохимических процессов, формирование техногенного рельефа. Происходят также значительные изменения гидрогеологических условий территорий, прилегающих к разрезам. Борьба с водопритоками из вскрышных и залегающих ниже водоносных горизонтов приводит к развитию больших депрессионных воронок, в пределах которых из-за обезвоживания почв существенно изменяется и даже деградирует видовой состав растительности.

Нарушение структуры почв ускоряет развитие эрозионных процессов на прилегающих к разрезам территориях, вызывая нарушения земной поверхности далеко от их контуров.

При подземном способе добычи отрицательные изменения связаны со движением и деформацией горных пород и земной поверхности. В результате в подработанной горными работами толще пород образуется многочисленные зоны водопроводящих трещин, на дневной поверхности появляются провалы, прогибы, затопленные и заболоченные участки, изменяется водно-солевой баланс зоны аэрации. Из-за постоянной откачки воды из шахт нарушаются естественное состояние и режим подземных вод, находящихся в непосредственной близости от горных выработок.

В зоне геологических нарушений могут изменяться водотоки, происходить уменьшения давления воды, смещение вод различных горизонтов. Обычно в первые годы эксплуатации подземных шахт в результате дренажа образуются депрессионные воронки, размеры которых зависят от местных геологических условий и масштаба горных выработок. Одновременная откачка шахтных вод на многих участках приводит к объединению отдельных воронок в одну крупную, охватывающая обширную территорию.

В зонах интенсивного образования водопроводящих трещин, наоборот, часто наблюдается исчезновение водоносных горизонтов, высыхание водоемов и почв. Реки становятся источником питания подземных вод. Возникновение трещин в поверхностных слоях приводит к изменению водного режима почв и под cтилающих пород, что неблагоприятно отражается на жизнедеятельности растений, особенно древесных.

Масштабы негативного влияния на окружающую природную среду непосредственно зависят от объема основного производства.

С изменением объемов добычи угля возрастают или снижаются притоки шахтных вод, выход вскрышных пород и отходов обогащения, площади нарушения земельных угодий, загрязнение атмосферного воздуха выбросами вредных веществ и др. рис. №1, №2

Распределение общей площади нарушенных земель по угольным бассейнам и месторождениям. Рис. № 1(1990 г.), Рис.№ 2(1998 г.).

На рис. 1 и 2 приведена динамика показателей воздействия угольной промышленности на компоненты окружающей природной среды за период 1990-1998 гг. Из приведенных данных следует, что максимальные выбросы вредных веществ в атмосферу наблюдались в 1994 г.(818,3 тыс. т. Против 410,6 тыс. т. в 1990 г., т.е. рост более 99%), а затем произошло некоторое снижение выбросов, которые, однако, были выше, чем в 1990 г. (в 1998 г. - 593,6 тыс. т, т.е. на 44% выше показателя 1990 г.). В течении всего анализируемого периода происходило увеличение удельных величин выбросов: с 1,051 т/тыс. т добычи в 1990 г. до 2,679 т/тыс. т добычи в 1998 г. Процент улавливания вредных веществ за этот период снизился с 74,8 до 35,3%, удельные показатели улавливания - с 3,118 до 1,462 т/тыс. т добычи.

Распределение рекультивированных за год земель по угольным бассейнам и месторождениям.

Рис.№ 3 (1990)

Рис.№ 4(1998 )

Из приведенных выше рис. № 3, 4 о нарушении и восстановлении земель по угольным бассейнам и месторождениям видно, что общая площадь нарушенных земель по угольным бассейнам и месторождениям в 1998 г. по сравнению с 1990 г. сократилась незначительно, а в Якутском бассейне даже увеличилась. При этом в связи с сокращением объемов добычи годовое нарушение по бассейнам и месторождениям существенно уменьшилось.

Рис. № 5. Показатели удельных величин, нарушенных и рекультивированных за год земель в угольной промышленности. В га/млн т добычи

На рис. 5 показана общая площадь нарушенных земель в целом по отрасли на 1 млн т добычи в 1990 г. составила 282,2 га, а в 1998 г. - 476,7 га, т.е. почти 1,7 раза больше.



Рис. № 6. График площадей нарушенных земель по закрываемым предприятиям угольной промышленности

На рис. № 6 показана общая площадь нарушенных земель, подлежащая рекультивации, с учетом закрытия предприятий в целом по угольной промышленности с 1994 по 1998 гг. составила 6681,9 га, в том числе за 1997 г. -1855,7 га и за 1998 г. - 2387,1 га. В 1998 г. закрытие предприятий происходило на уровне 1997 г [26].

...