Формирование критериев экологической опасности породных отвалов шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецкий национальный технический университет, Украина

Формирование критериев экологической опасности породных отвалов шахт

И.Н. Кузык

Угольная промышленность Украины является основным источником получения энергоносителей на государственном уровне. Уголь используется для получения электроэнергии, тепла, как сырье для металлургической и химической промышленности.

Для достижения стабильной добычи угля на любой шахте необходимо вести подготовку запасов угля проведением горных выработок. Фактически объем добычи угля полностью зависит от фронта подготавливающих выработок, без которых невозможно ввести в эксплуатацию новые добычные участки. Проведение подготавливающих выработок связано с получением большого количества «пустой» породы, выдачей ее на поверхность и размещением на землях, которые возможно использовать для других целей [1].

Всего при функционировании шахт и обогатительных фабрик на территории угледобывающих регионов складировано около 4 млрд. т породы, которая размещена в отвалах, в том числе - горящих. В этом случае выбрасывается в атмосферу более 300 тыс. т загрязняющих веществ. Ежегодно с поверхности одного террикона выдувается приблизительно 400 т породной пыли и вымывается около 8 т солей. Процессы пылеобразования и газовыделения вредных веществ в атмосферу усиливаются во много раз при горении породных отвалов. В некоторых шахтерских городах (Макеевка, Донецкая обл., шахтоуправление «Холодная балка») плотность размещения породных отвалов такова, что зоны распространения продуктов горения, выветривания и вымывания отдельных отвалов смыкаются между собой и создают зону постоянной экологической опасности. Нормы загрязнения атмосферы нарушаются постоянно - ведь по экономическим причинам практически отсутствуют технологические решения по снижению выдачи породы на поверхность за счет размещения ее в выработанном пространстве [1, 2].

Накопление горнопромышленных отходов в большом количестве и размещение их вблизи от действующей шахты в границах санитарно-защитной зоны, да еще и на территории поселений, является экологически опасным. В дальнейшем, рассматривая экологическую систему «человек - породный отвал - окружающая природная среда» следует остановиться на взаимном негативном влиянии элементов этой системы друг на друга. Результатом антропогенной деятельности является формирование породных отвалов, которые негативно влияют на окружающую природную среду и здоровье человека, в первую очередь. В результате технологических процессов формируются параметры породных отвалов, которые определяют степень их экологической опасности. К ним следует отнести: высоту отвала, площадь основания отвала и объем отвала [6,7].

В паспортах породных отвалов отражаются эти параметры, но по нашему мнению здесь отсутствует один из главных параметров, который определяет степень воздействия на окружающую природную среду - площадь боковой поверхности. Ведь при одинаковой высоте степень контакта породной массы возрастает при большей боковой поверхности. Влияние породного отвала на окружающую природную среду представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Формирование опасностей в зоне влияния горящего породного отвала

Анализируя экологическую ситуацию можно сделать вывод, что Донбасс стал свалкой отходов, в том числе и промышленных. Так, занимая 4,4% площади Украины, третья часть всех промышленных отходов складирована в этом регионе. Объем отходов за последние годы увеличился и составляет 52 млн. т, из которых 24,6 млн. т - токсичные. Главная причина в том, что уровень использования отходов очень низок, а ведь они представляют вторичное сырье, активная переработка которого позволяет решить множество проблем народного хозяйства и социума в целом [2, 3, 4].

За весь период работы угольных шахт в Донецкой области образовалось 582 породных отвала, 132 из которых продолжают гореть, а работы по их тушению практически не ведутся. В эксплуатации находятся 125 терриконов, 60 из которых горят. С терриконов в атмосферу выбрасывается более чем 65 000 тонн вредных веществ в год. Площадь поверхности каждого такого отвала около 0,12 км2, а зона распространения продуктов горения простирается в радиусе 3 км. В этом случае в атмосферу попадает большое количество веществ (рисунок 2).

Следует отметить, что в состав породы входят, по данным Укргеологии: зола - 57,05%, выход летучих веществ - 29,62%, сера - 1,576% и оксиды - 11,74%. Особо следует отметить, что доля в оксидах SiO2 - 46,04% Fl2O3 - 20,52% Al2O3 - 11,58% и т.д. По данным исследователей порода отвалов содержит галлий - до 100 г/т, скандий - 15 г/т, германий - 30 г/т [4].

Исследованиями ДонНТУ установлено, что площадь боковой поверхности породного отвала конической формы является показателем степени его экологической опасности и определяется из выражения [6,7]

, (1)

где - высота i-го конического породного отвала правильной формы.

Параметр установлен для конического породного отвала правильной формы при углах лобовой части отвала равных углу естественного откоса при формировании его из пород средней крупности, т.е. =32-34 и углах хвостовой части до 25-27. Уравнение (1) характеризует зависимость изменения площади боковой поверхности от высоты отвала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Состав веществ, которые содержатся в выбросах породных отвалов

В большинстве случаев породные отвалы конической формы имеют неправильную форму (таблица), следовательно, требуется корректировка выражения (1).

В результате лабораторных исследований установлены зависимости изменения других параметров конического породного отвала от его высоты, а именно: площадь основания и объем породного отвала , которые определяются по выражениям (2,3):

; (2)

. (3)

Полученные зависимости позволяют установить величины , , для отвала правильной формы. При наличии данных по действующим породным отвалам, сравниваем реальные значения и с прогнозируемыми и можем получить коэффициент несоответствия формы имеющегося породного и отвала правильной, который рассчитывается по формуле:

. (4) . (5)

Определяем среднее значение коэффициента несоответствия

.

При определении используем выражение

. (6)

В результате исследования для реального горящего конического отвала №1 шахты «Моспинская» получены следующие результаты при значениях м2, м3 и , получили м2.

Анализируя параметры действующих конических горящих отвалов Донецкого региона, а их выявлено 16, установлено, что наибольшая величина площади боковой поверхности имеется у породного отвала № 1 шахты им. Челюскинцев. При высоте отвала Н=124,3 м, площади основания тыс.м2 и его объеме тыс. м3 параметры и м2.

Сравнивая параметры других конических горящих действующих отвалов, принимаем значение шахты им. Челюскинцев за 100 баллов по опасности воздействия на окружающую природную среду. В этом случае показатель опасности , а для отвала № 1 шахты «Моспинская» определяется исходя из выражения

.

Определение показателя экологической опасности конических действующих горящих отвалов в Донецкой области

Таким образом, можно установить в бальной системе показатель опасности каждого из исследуемых отвалов и установить последовательность выполнения технологических процессов по их тушению, разборке и рекультивации. Исследования в этом направлении позволяют оценить степень экологической опасности не только конических горящих породных отвалов, которые, по мнению авторов, наиболее опасны, но и для отвалов конических, плоских и комбинированных.

Перечень ссылок

породный отвал экологический опасность

1. Артамонов В.М., Кузик І.М., Мокроусова Т.І., Балакін О.А., Заянчуковська В.В. Вибір та обгрунтування технологічних рішень при використанні породних відвалів шахт як сировини для промисловості // Наукові праці НГУ/ - Дніпропетровськ, 2005. - № 10. - С. 19-22.

2. Кузык И.Н., Артамонов В.Н. Оценка влияния породных отвалов шахт центрального Донбасса на окружающую среду // Збірка доповвдей міжнародної науково-технічної конференції «Сталий розвиток гірничо-металургійногої промисловості», м. Кривий Ріг, 18-23 травня 2004. - Кривий Ріг , 2004. - Том 1. - С. 351-354.

3. Канин В.А., Тиркель М.Г., Киселев Н.Н. Комплексное решение экологических проблем в крупных промышленных районах // Уголь Украины. - К.: Техніка, 2004. - № 9. - С. 44-46.

4. Зубова Л.Г. Терриконики угольных шахт - источники сырья для получения галлия, германия, висмута // Уголь Украины. - К.: Техніка, 2004. - № 1. - С. 41-42.

5. Зубова Л.Г., Зубов А.Р., Соловьева С.Е. Некоторые особенности горения террикоников Донбасса // Уголь Украины. - К.: Техніка, 2004. - № 4. - С. 31-33.

6. Кузик І.М., Артамонов В.М., Козир Д.О. Визначення головних параметрів породних відвалів у реальних умовах // Збірка IV Міжнародної конференції «Молодь і поступ біології». - Львів, 2008. - С. 190-191.

7. Кузик І.М., Артамонов В.М., Козир Д.О. Прогнозування змін параметрів породних відвалів вугільних шахт // Тези V Міжнародної конференції «Сучасні проблеми екології та геотехнології». - Житомир, 2008. - С. 26-27.

Размещено на Allbest.ru