Оцінка та прогнозування вмісту токсичних елементів в системі вугілля – гірнича маса – продукти збагачення (на прикладі Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 553.93:550.42.001.18

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

ОЦІНКА ТА ПРОГНОЗУВАННЯ ВМІСТУ ТОКСИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В СИСТЕМІ ВУГІЛЛЯ - ГІРНИЧА МАСА - ПРОДУКТИ ЗБАГАЧЕННЯ (НА ПРИКЛАДІ ЧИСТЯКОВО-СНІЖНЯНСЬКОГО ГЕОЛОГО-ПРОМИСЛОВОГО РАЙОНУ)

КУРМЕЛЬОВ Ігор Іванович

04.00.16 Геологія твердих горючих копалин

Дніпропетровськ-1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній гірничий академії України.

Науковий керівник - доктор геологічних наук, професор, професор кафедри геології родовищ корисних копалин Національної гірничої академії України Міністерства освіти України (м. Дніпропетровськ) Доброгорський М.О.

Офіційні опоненти:

-доктор геологічних наук, професор, завідувач кафедри геології родовищ корисних копалин Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства освіти України (м. Алчевськ) Горовий Анатолій Федорович.

-кандидат геологічних наук, вчений секретар Придніпровського наукового центру НАН України (м. Дніпропетровськ) Барна Тамара Володимирівна

Провідна організація - Інститут геологічних наук НАН України (м. Київ), відділ геології вугільних родовищ.

Захист відбудеться “ 19 ” “ листопада ” 1999 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 08.080.05 в Національній гірничий академії України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса 19).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НГАУ за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий “ 13 “ “ жовтня ” 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат геологічних наук А.Л.Лозовий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Посилення вимог до охорони навколишнього середовища обумовлює розширення робіт по вивченню токсичних та потенційно токсичних елементів вугілля, вміщуючих порід, продуктів вуглевидобутку та переробки вугілля, небезпечних забрудненням навколишнього середовища та порушенням екологічної рівноваги.

Основними елементами, які при масовому спалюванні вугілля забруднюють навколишнє середовище, є: S, Be, As, F, для котрих відомі високі вмісти токсичних сполучень в повітрі, воді, які перевищують гранично допустимі концентрації (ГДК). Крім того, існує небезпека місцевого забруднення навколишнього середовища за рахунок Pb, Ni, Mn, Cr, V, Co, сполучення котрих відносяться до потенційно токсичних.

На території Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району при дослідженні вмісту токсичних елементів в вугіллі відзначені перевищення норм ГДК: As в 1,6; Be в 1,4; Mn в 70; Pb в 14; V в 2; Cr в 2 рази. В гірничий масі відзначені перевищення норм ГДК: Cr -по 11; Mn та V по 6; Ni та Pb - по 4; Hg - по 1 шахті. В продуктах та відходах вуглезбагачення перевищення відзначалось на всіх збагачувальних фабриках району: Hg - клас АКО - на 1, клас АМ - на 2; Mn - клас АКО - на 3, клас АС - на 1, відходи - на 2; Cr - клас АМ - на 1, клас АШ - на 4, відходи - на 4; V - клас АШ - на 1, відходи - на 4 фабриках. При дослідженні відходів вуглевидобутку відзначені такі перевищення ГДК As в 1,7; Pb в 30; Ni в 2,3; V в 1,5 рази.

Ці факти обумовлюють наявність в грунтовому покриві та підземних водах району різних за масштабами та інтенсивності зон забруднення, які мають комплексний характер. Аналіз розподілу цих зон показує, що основна роль в забрудненні навколишнього середовища належить видобувним та збагачувальним підприємствам.

Актуальність теми дисертаційної роботи обумовлена потребою рішення питань охорони навколишнього середовища за рахунок впровадження в виробництво науково обгрунтованих методів прогнозування та моделювання вмісту токсичних елементів в вугіллі, гірничий масі, та продуктах збагачення, які дозволять визначити та своєчасно знизити вміст цих елементів у товарній продукції та відходах менш норм ГДК.

Дисертаційна робота виконувалась в Національній гірничій академії України у відповідності до теми ОБ - 2,5 “Геолого-економічна оцінка техногенних родовищ, представлених відходами вуглезбагачення”.

Мета досліджень - розробка методик прогнозування та моделювання вмісту токсичних елементів в системі вугілля - гірнича маса - продукти збагачення.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити ряд завдань:

-оцінити та визначити закономірності розподілу токсичних елементів в вугіллі, вміщуючих породах, гірничий масі та продуктах збагачення;

- встановити геохімічні асоціації токсичних елементів у вугіллі;

- провести типізацію вміщуючих порід, як збагачуючих, так і розубожуючих гірничу масу токсичними елементами;

- розробити методи прогнозування та моделювання вмісту токсичних елементів в гірничий масі та продуктах збагачення.

Наукові положення, що захищаються автором:

Тісні кореляційні зв'язки між токсичними елементами дозволяють використовувати їх для прогнозування вмісту цих елементів у вугіллі району.

Регульоване поступлення вміщюючих порід в гірничу масу є керованим параметром її токсичності.

Генетичні зв'язки токсичних елементів з органічною та мінеральною частиною вугілля дозволяють прогнозувати вміст цих елементів в продуктах збагачення.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що для Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району вперше:

- встановлені геохімічні асоціації токсичних елементів у вугіллі;

- розроблені методики прогнозування вмісту токсичних елементів в гірничий масі та продуктах збагачення;

- запропоновані методики моделювання вмісту токсичних елементів у вугіллі, вміщюючих породах, які є у видобутку, гірничої масі та продуктів збагачення.

Практичне значення роботи полягає в розробці та впровадженні у виробництво методів прогнозування та моделювання вмісту токсичних елементів в гірничий масі та продуктах збагачення, що дозволяють завчасно передбачати виконання технологічних заходів по зниженню вмісту цих елементів нижче норм ГДК.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на шахтах: “Зоря” (акт впровадження від 19.06.1998 р.), “Сніжнянська” (акт впровадження від 11.08.1999 р.) виробничого об'єднання “Сніжнеантрацит” з метою поліпшення якості пального, що видобувається; в Торезькій геологорозвідувальній експедиції при детальній розвідці Сніжнянської площі (акт впровадження від 16.05.1999 р.).

Особистий внесок автора в працях, які опубліковані зі співавторами, полягає в наступному: [1, 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13] - збір фактичного матеріалу, проведення чисельних розрахунків, формування висновку, [5, 7] - розробка математичної моделі, проведення експериментальних робіт, формування висновку.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідались на Маріупольській екологічній конференції “Переробка відходів та очистка стічних вод” у 1997 р. (м. Маріуполь), міжнародній науково-практичній конференції “Регіон - стратегія виживання і розвитку Донбасу” у 1996 р. (м. Донецьк), Другій Маріупольській екологічній конференції “Екологія промислового міста” у 1997 р. (м. Маріуполь), Всеукраїнській науково-методичній конференції з міжнародною участю “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій” у 1998 р. (м. Дніпродзержинськ), міжнародній науково-практичній конференції “ХХI сторіччя: проблеми та перспективи освоєння родовищ корисних копалин” у 1998 р. (м. Дніпропетровськ), розширеному засіданні кафедри геології твердих паливних корисних копалин НГАУ у 1998 р. (м. Дніпропетровськ), міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми геології та раціонального природокористування” у 1999 р. (м. Дніпропетровськ), міжнародній конференції “Безпека життєдіяльності на порозі ХХI сторіччя” у 1999 р. (м. Алушта), міжнародній науково-практичній конференції “Метан вугільних родовищ України” у 1999 р. (м. Дніпропетровськ).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 13 наукових статтях.

Дисертація є рукописом, який складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел. Обсяг дисертації 127 сторінок, у тому числі 105 сторінок основного тексту, 13 ілюстрацій, 2 таблиці та список використаних джерел з 102 найменуваннями.

Автор вдячний доктору геологічних наук, професору Доброгорському М.О. за наукове керівництво та постійну увагу до роботи. Наукові консультації та практичну допомогу надавали доктори геологічних наук Нагорний Ю.М., Нагорний В.М., Приходченко В.Ф., кандидат геологічних наук Сафронов І.Л. Глибоку вдячність автор висловлює кандидату геологічних наук Ішкову В.В. за допомогу в зборі та обробці фактичного матеріалу, наукові консультації та постійну увагу на всіх етапах виконання роботи.

токсичний вугілля порода гірничий

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ТА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Питанням геохімії процесів утворення вугленосних покладів, розповсюдженню токсичних елементів в вугіллі та вміщуючих породах присвячені роботи Перельмана О.І., Кізільштейна Л.Я., Горового А.Ф., Ненахової Н.Ф., Юровського А.З., Клер В.Р., Барни Т.В., Ішкова В.В.

Розробці методів прогнозування величин забруднення вугілля вміщуючими породами присвячені роботи Широкова А.З., Свержевського В.Л., Смірнова Б.В., Доброгорського М.О., Нагорного Ю.М., Сафронова І.Л., Ішкова В.В.

Питанням прогнозування вмісту мінеральних компонентів при збагаченні вугілля присвячені роботи Разумова К.А., Артюшина М.А., Грановського Ю.В., Митрофанова С.І., Землякова Б.О.

Аналіз робіт, присвячених питанням розповсюдження токсичних елементів свідчить, що в Донбасі існують різні рівні вивченості розподілу цих елементів в вугіллі та вміщуючих породах в різних районах басейну. Менш дослідженим є Чистяково-Сніжнянський геолого-промисловий район.

Огляд робіт також показав, що більшість авторів виділяє комплекс елементів якісними методами з використанням лінійного коефіцієнта кореляції, що робить отриману інформацію ненадійною та залежною від одиниць виміру вмісту елементів.

Класифікація та аналіз робіт, присвячених прогнозуванню величин забруднення вміщуюючими породами вугілля показав, що в практиці прогнозних методів можна виділити: геолого-діагностичний, геолого-статистичний, геолого-геофізичний і метод аналогій. Із перерахованих методів, на думку автора, найбільш припустимим для гірничо-геологічних та гірничо-технічних умов Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району є апробований на шахтах геолого-статистичний метод.

Огляд наукових робіт з питань збагачення вугілля дозволив встановити, що в цей час увага звернута до питань прогнозування зольності у продуктах переробки вугілля, та практично відсутні роботи, щодо прогнозування вмісту токсичних елементів (ВТЕ) в продуктах збагачення вугілля.

Аналітичний огляд наукових робіт з питань прогнозування вмісту токсичних елементів у вугіллі, гірничий масі, продуктах збагачення дозволив встановити існування важливої наукової та практичної проблеми, сформулювати мету та завдання, які наведені в загальній характеристиці дисертації.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБІТ, ОБ'ЕКТИ ТА ОБСЯГИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для досягнення поставленої мети були досліджені на ВТЕ в вугіллі та вміщуючих породах 876 аналізів, отримані при перетині геологорозвідувальних свердловин, 121 аналіз на ВТЕ в гірничий масі, 69 аналізів на ВТЕ в продуктах збагачення вугілля. Були проаналізовані 287 каротажних діаграм та нормальних стратиграфічних розрізів, детально вивчені 53 зразка та 24 дубліката зразків керна розвідувальних свердловин. Автором були відібрані на шахтах Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району для дослідження ВТЕ: в вугіллі 48 проб, 31 проба на ВТЕ в гірничій масі, 39 проб на ВТЕ в продуктах збагачення, 25 проб на вугільних складах. Проби були відібрані також на вугільних складах шахт та збагачувальних фабриках відповідно до ГОСТ 9815-75, ГОСТ 10442-71 та ГОСТ 16094-78. Визначення погрішності відбору та обробки проб проводилося у відповідності з СТ СЭВ 4384-83. Всі проби аналізувались у лабораторіях Горлівської та Артемівської ГРЕ.

Другий етап полягав у проведенні лабораторних досліджень вугілля вуглепетрографічними та мінералогічними методами.

Статистична обробка результатів спектральних аналізів виконувалась з використанням програм Statistica 5.773, Mathematica 3.1, Statgrafics 1.0, Mathcad 7 Pro, Excel 97, SPSS 7.0 та включала:

а) розрахунок основних статистичних характеристик емпіричних розподілень токсичних елементів (середніх та модальних значень, дисперсії, коефіцієнтів варіації, асиметрії, ексцесу та інші);

б) розрахунок та аналіз коефіцієнтів лінійної та гама-кореляції, кореляції Спірмена та Канделла з метою виявлення парагенетичних асоціацій токсичних елементів;

в) ранжування величин кореляційних зв'язків та розрахунок рівняння регресії оптимально апроксимуючих залежностей між елементами, які входять в асоціацію;

г) виконання дискримінантного та кластерного аналізів з метою встановлення рядів спорідненості токсичних елементів з органічною речовиною вугілля в усіх робочих пластах Чистяково-Сніжнянського району. Це дозволило виявити геохімічні асоціації без використання гіпотетичних припущень відносно виду функції розподілення їх генеральних сукупностей та одиниць виміру. Об'єднання елементів проводилось при наявності двох коефіцієнтів кореляції не менш 0,5 та довірчої ймовірності 95%.

При оцінці зв'язку токсичних елементів з органічною та мінеральною частинами вугілля були використані коефіцієнти: спорідненості з органічною частиною, приведеною концентрацією та приведеним витяганням, на основі яких була проведена типізація вміщуючих порід, як збагачуючих та розубожуючих гірничу масу токсичними елементами.

При розробці короткострокового прогнозування, методики моделювання ВТЕ в гірничий масі та продуктах збагачення вугілля був використаний метод статистичного планування -“чорний” ящик з апріорним уявленням про об'єкти досліджень. Адекватність моделі перевірялась за критеріями Фішера, Стьюдента.

При середньостроковому прогнозуванні токсичності гірничої маси для визначення прирощення потужності тої, що виймається, був використаний геолого-статистичний метод прогнозування В.Г.О. “Донбасгеологія”, апробований на шахтах Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району.

Об'єктами дослідження були поклади вугленосної формації Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району. З метою поліпшення вірогідності та точності характеристик та закономірностей, що досліджувались, було проведено районування площі, головним критерієм якого стали гірничо-геологічні та вуглепетрографічні особливості шахтопластів. В результаті були виділені такі площі: північна - пласти світи С23 ш/у “Волинське” та шахта “Лісна”. Східна - шахти “Зоря”, “Північна”, “Міуська”, “Сніжнянська”. Південна - шахти “Ударник”, “Донецька”, ім. Кіселєва. Західна - шахти “Прогрес” та ім. Лутугіна. Світа С25 - пласти світи С25 ш/у “Волинське”, шахти: 3-біс, “Червона Зірка”, “Об'єднана”, ш/у “Торезьке”. Вуглевміщуючі породи району були поділені на 3 літолого-геохімічні групи: перша - породи світи С23 північно-східної частини району, друга - породи світи С23 південно-західної частини району та третя - світа С25.

Використання даного обсягу фактичного матеріалу, комплексного методу досліджень дозволило отримати достовірні результати цієї роботи.

РОЗДІЛ 3. ЗАКОНОМІРНОСТІ РОЗПОДІЛУ ТОКСИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ВУГІЛЛІ ТА ВМІЩУЮЧИХ ПОРОДАХ ЧИСТЯКОВО-СНІЖНЯНСЬКОГО ГЕОЛОГО-ПРОМИСЛОВОГО РАЙОНУ

Аналіз результатів дискримінантного та кластерного аналізів, розрахованих коефіцієнтів спорідненості з органічною частиною, приведеної концентрації та приведеного витягання дозволив встановити ряди спорідненості токсичних елементів з органічною частиною вугілля по пластах:

на північній площі - h11н - Ве > Ni, V, Cr, Co > Hq, As, F, Mn, Pb; h10в - Be, Mn > As, Ni, V, Cr, Co > Hq, F, Pb; h8 - Be, Mn > V, Ni, Cr, Co > Hq, F, Pb; h7 - Be, Mn > Ni, Cr,Co > Hq, As, F, Pb, V;

на східній площі: h7 - Be, Mn > Ni, V, Cr, Co > F, Pb; h61 - Be, Mn > Ni, V, Cr, Co > Hq, As, F, Pb; h31 - Be, Mn > Ni, V, Cr, Co > Hq, As, F, Pb; h21 - Be, Mn > Hq, As, Ni, Cr > F, Pb, Co;

на південній площі: h61 - As, Be, Mn, Ni, Co > V >F, Pb, Cr; h4в - As, Mn, Co > Be, Ni > Hq, F, Pb, V, Cr; h3 - As, Be, Mn, Ni, Co >> Hq, F, Pb, V, Cr; h21 - Be, Mn > Hq, F > Pb, V, Cr, Co;

на західній площі: h8 - Mn, As, Ni ,Co >> Be, Pb, V, Cr; h7 - F, Mn, Co > Hq, Be, V > Pb, Ni, Cr;

світа С25: k41 - Be > Hq, As, Pb, Co > F, Mn, Ni, V, Cr; k3 - Hq > As, Be, Pb > F, Mn, Ni, V, Cr, Co; k22 - Hq > Be, F > Mn, Pb, Ni, V, Cr, Co; k2 - Hq, V, Co > As, Be, Mn, Cr > F, Pb, Ni.

На площі району були встановлені такі основні закономірності розподілу токсичних елементів в вугіллі та продуктах збагачення, та їх геохімічні асоціації:

Hg. Коефіцієнт зустрічі в антрацитах району від от 0 до 80%. Перевищення ГДК в вугіллі району не відзначено, у вміщуючих породах воно характерно для сланців вуглистих, глинистих та піщаних північно-східної та південно-західної площ.

В асоціацію входять: S - коефіцієнт кореляції від 0,537 до 0,741 по пластах h11н, h7 північної, h7 східної, h61 південної площ та пластів світи С25. As - r від 0,562 до 0,593 по пластах h11н північної та h61 східної площ. V - r 0,518 по пласту h7 східної площі. Pb - r 0,521 по пласту h21 південної площі. F - r 0,664 по пласту h31 східної площі. Mn - r 0,673 по пласту h21 південної площі.

Максимальний вміст Hg в продуктах збагачення спостерігається у фракціях із

зольністю 6,2 - 14,7%: а) ЦЗФ “Сніжнянська” Hg = 7E - 06Ad3 - 0,0008Ad2 + 0,0245Ad + 0,1979,

R2 = 0,508; б) ЦЗФ “Донецька” Hg = - 2E - 06Ad4 + 0,0002Ad3 - 0,0085Ad2 + 0,0931Ad + 0,268,

R2 = 0,768; в) ЦЗФ ім. Кіселєва Hg = - 1E - 06Ad4 + 0,0002Ad3 - 0,0116Ad2 + 0,283Ad - 1,1765,

R2 = 0,898; г) ЦЗФ “Торезька” Hg = - 2E - 07Ad4 + 3E - 05Ad3 - 0,001Ad2 + 0,0112Ad + 0,1712,

R2 = 0,948; д) ДЗФ “Червона Зірка” Hg = - 5E - 06Ad3 + 0,0005Ad2 - 0,046Ad + 0,5381, R2 = 0,565.

As. Коефіцієнт зустрічі - від 0 до 80%. В вугіллі пластів h8 північної площі, h7 східної та західної, h21 південної площі вмісту As не відмічено. Перевищення ГДК є характерним для вугілля пластів h10в, h8 північної, h3, h4в південної площ. У вміщуючих породах перевищень ГДК не відмічено.

В асоціацію As входять: S - r від 0,501 до 0,689 по пластах h10в північної, h61 східної, пластах південної, h8 західної площ, k22. Hq - r від 0,562 до 0,593 по пластах h11н північної, h61 східної площі. Со - r від 0,567 до 0,667 по пластах h31 східної, h4в південної площі. Pb - r від 0,503 до 0,663 по пластах h7 та h31 східної, h4в південної, пластах західної площі. Сr - r від 0,560 по пласту h4в південної площі. Ni - r 0,952 по пласту h7 західної площі. Be - r 0,510 по пласту k3. Конкуруючими є: F - від 0.584 до 0.617 по пластах h7 та h21 східної площі. V - r - 0.614 по пласту h7 східної площі.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 6,2 - 14,7%: а) As = 0,0338Ad2 -

-3,4903Ad + 127,65, R2 = 0,729; б) As = 0,0107Ad2 - 1,2007Ad + 30,595, R2= 0,737; в) As = -

-0,0012Ad3+ 0,1815Ad2 - 8,5903Ad + 148,58, R2 = 0,972; г) As = 2E- - 05Ad4 - 0,0036Ad3 + 0,2651Ad2 -

-7,0509Ad + 91,207, R2 = 0,971; д) As = 0,0316Ad2 - 3,4991Ad + 105,16, R2 = 0,885.

Be. Коефіцієнт зустрічі - від 45 до 100%. Перевищення ГДК було відмічено для пластів h10в та h7 північної площі. У вміщуючих породах перевищення не відзначалось.

Асоціація: Mn - r від 0,554 до 0,691 по пластах h8 північної, h7 західної площ та k3. V - r від 0,512 по пласту h61 східної площі. Ni - r 0,722 по пласту h61 східної площі. Co - r від 0,578 до 0,936 по пластах h61 та h31 східної, h3 південної площ. Be - r 0,510 пласта k3. Конкуруючим є: Pb - r від -0,603 до -0,630 по пластах h11н північної та h61 південної площ. Cr - r від -0,536 до 0,548 по пластах h8 північної, h7 східної, пластах західної, h4в південної площ. F - r від -0,554 до -0,773 по пластах h7, h31 східної площі. V - r від -0,537 по пластах h8 північної, h61, h4в південної площ.

Зменшення вмісту Mn по пластах h8 и h7 з північної площі на західну відповідно: від 12,1 г/т та 8,8 г/т до 3,7 г/т та 1,2г/т Зменшення вмісту із східної площі на західну незначне - від 1,8 г/т до 1,2 г/т по пласту h7 західної площі.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 6,2 - 14,5%: д) Be = - 2E - 0,5Ad4+ + 0,0027Ad3 - 0,1254Ad2 + 2,1668Ad - 9,948, R2 = 0,731; г) Be = 9E - 0,6Ad3 - 8E - 0,5Ad2 - 0,0757Ad+ + 3,6887, R2 = 0,939; в) Be = - 1E Ad3 + 0,0006Ad2 - 0,0789Ad + 4,157, R2 = 0,936; по інших: а) Be = - -0,003Ad3 + 0,00382Ad2 - 1,1473Ad + 11,536, R2 = 0,684; б) Be = - 0,0001Ad3 + 0,0119Ad2 - 0,3725Ad+ + 5,1569, R2 = 0,556

найбільший вміст у фракціях зольністю 35 - 42%.

F. Коефіцієнт зустрічі - від 33 до 100%. Перевищення ГДК в вугіллі не відзначено, у вміщуючих породах перевищення ГДК в сланцях глинистих північно-східної та південно-західної площ; сланцях піщаних південно-західної площі.

Асоціація: Pb - r 0,949 по пласту h10в північної площі. Ni - r 0,596 по пласту h10в північної площі, S - r 0,654 пласта h10в північної площі. Hq - r 0,664 по пласту h31 східної площі. Конкуруючими є: As - r від -0,584 до -0,617 по пластах h7, h21 східної площі. Mn - r -0,540 по пласту h31 східної площі.

Мn. Коефіцієнт зустрічі - 100%. Перевищення ГДК було відзначене в пластах південної та північної площ, h7 та h61, h31 східної площі, пластах західної площі та k22. Вміст Mn перевищує ГДК у сланцях вуглистих та глинистих всіх площ, сланцях піщаних світи С25.

Асоціацію складають: Pb - r 0,712 по пласту h21 східної площі. Hq - r від 0,583 до 0,673 по пластах h11н північної, h21 південної площ. Co - r 0,809 по пласту h10в північної площі. Be - r від 0,554 до 0,619 по пластах h8 північної, h7 західної площ та пласта k3. V - r 0,507 по пласту k3. Ni - r 0,566 по пласту k3. Конкуруючими є :V - r від -0,543 до -0,713 по пластах h8 північної, h7, h21 східної площ. F - -0,540 по пласту h21 східної площі. Cr - r від -0,621 до -0,685 по пластах h7 східної, h61 південної та h7 західної площ.

Максимальний вміст в продуктах збагачення: д) Mn = - 6E - 0,5Ad5 + +0,0095Ad4 -

-0,5396Ad3 + 13,824Ad2 - 160,02Ad + 1040, R2 = 1; в) Mn = 2E - 0,5Ad5 - 0,003Ad4 + 0,1711Ad3 -

-4,3196Ad2 + 49,316Ad + 248,65, R2 = 1 - із зольністю 6,2 - 14,5%, по інших: а) Be = - 0,0002Ad5 + +0,0224Ad4 - 1,1599Ad3 + 26,776Ad2 - 267,41Ad + 1408,6, R2 = 1; б) Be = - 1E - 0,5Ad5 + +0,0027Ad4 - 0,2554Ad3 + 10,746Ad2 - 196,86Ad + 1599,6, R2 = 0,927; г) Mn = 2E - 0,5Ad5 - -0,003Ad4 + 0,1711Ad3 - 4,3196Ad2 + 49,316Ad + 248,65, R2 = 1- із зольністю 32,3 - 42,5%.

Pb. Коефіцієнт зустрічі - 100%. В пластах північної площі, h7, h31 та h21 східної площі, h8, h7 західної площі, пластах світи С25, в сланцях північно-східної та вуглистих сланцях південно-західної площ спостерігається перевищення ГДК.

В асоціацію входять: Ni - r від 0,515 до 0,825 по пластах h10в, h8, h7 північної площі, k41, k22, k2. S - r від 0,507 до 0,612 по пластах h10 північної, h21 східної, h8 західної площ. F - r 0,949 по пласту h10в північної площі. V - r 0,809 по пласту h8 північної площі. Cr - r від 0,509 до 0,929 по пластах h10в, h8 північної, h31 східної, h61 південної площ, k22. Со - r від 0,584 до 0,594 по пластах h7 північної площі та k41. Mn - r 0,712 по пласту h21 східної площі. Hq - r 0,521 пласта h21 східної площі. As - r від 0,503 до 0,663 по пластах h7, h31 східної площі, h8, h7 західної площ. Конкуруючі: Be

r від -0,603 до -0,630 по пластах h11н північної та h61 південної площ. S - r від -0,619 до -0,622 по пластах h61 та h4в південної площі. V - r від 0,60 до 0,603 по пласту h61 південної площі. Co - r -0,539 по пласту h61 південної площі. Mn - r -0,691 по пласту h8 північної площі.

В вугіллі пластів північної площі, h7, h3, h21 східної, h4в, h21південної площ, k3 був встановлений кореляційний зв'язок r - від 0,618 до 0,811 між вмістом Pb та зольністю. Для вугілля пластів світи С25 зв'язок описується формулою: Pb = - 4E - 05Ad3 + 0,0037Ad2 + 0,4192Ad + 3,1998, R2 = =0,531; для вугілля пластів світи С25 Pb = 33,198e-1,8359Ad, R2 = 0,503.

Максимальний вміст в продуктах збагачення в зольних фракціях 60 - 70%: а) Pb ? 10,975 lnAd - 11,68, R2 = 0,808; б) Pb = 4,964 ln Ad + 2,566, R2 = 0,848; в) Pb = 8,9934 lnAd - 9,966, R2 = =0,964; г) Pb = 7,944 lnAd - 5,6, R2 = 0,715; д) Pb = 9,1611lnAd - 14,159, R2 = 0,888.

V. Коефіцієнт зустрічі - 100%. Перевищення ГДК в пластах північної площі, h7, h31 східної площі та пластів С25,у вміщуючих породах: у сланців вуглистих та глинистих всіх площ, сланцях піщаних південно-західної площі та світи С25.

Асоціацію складають: Hq - r 0,518 по пласту h7 північної площі. Be - r 0,512 по пласту h61 східної площі. Mn - r 0,507 по пласту k3. Pb - r 0,809 по пласту h8 північної площі. Ni - r від 0,511 до 0,805 по пластах північної площі, h61 південної площі, пластах світи С25. Cr - r від 0,501 до 0,814 по пластах h11н, h8 північної, пластах східної, h8, h7 західної площ. Конкуруючими є: Be - r від -0,537 до -0,542 по пластах h8 східної та h61, h4в південної площ. Mn - r від -0,543 до -0,713 по пластах h8 північної та h7, h21 східної площ, Pb - r -0,603 по пласту h61 південної площі.

Між вмістом V та зольністю був установлений кореляційний зв'язок з коефіцієнтом від 0,501 до 0,887 у вугіллі пластів h8, h7 північної, h7, h61 східної, h21 південної, h8, h7 західної площ, k41, k3, k22. Для вугілля пластів світи С23 зв'язок описується формулою: V = - 6E - 0,7Ad4 -

-0,0002Ad3 + 0,0211Ad2 + 0,2826Ad + 34,834, R2 = 0,539; для пластів світи С25 V = 1E - 05Ad4 -

-0,0019Ad3 + 0,1017Ad2 - 0,3542Ad + 26,687, R2 = 0,5696.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 60 - 70%: a) V = =33,355 lnAd -

-50,217, R2 = 0,938; б) V = 21,542 lnAd - 10,35, R2 = 0,688; в) V = 34,742 lnAd - 46,255, R2 = 0,885;

г) V = 18,162 lnAd - 0,244, R2 = 0,834; д) V = =33,548 lnAd - 59,947, R2 = 0,80.

Ni. Коефіцієнт зустрічі - 100%. В вугіллі перевищення ГДК відзначається тільки по пласту k41. В сланцях глинистих перевищення спостерігається на всій території району

Асоціацію Ni складають: Pb - від 0,515 до 0,825 по пластах h10в, h8, h7 північної площі, пластах світи С25. F - r 0,596 по пласту h10в північної площі. Mn - 0,596 по пласту k3. As - r 0,952 по пласту h7 західної площі. Be - r 0,722 по пласту h61 східної площі Cr - r від 0,501 до 0,773 по пластах північної площі, пластах світи С25. V - r від 0,511 до 0,805 по пластах північної, h61 південної площ, пластах світи С25.На площі пластів північної площі, h7, h61 h3 східної, h4в, h21 південної, h8, h7 західної k41, k3 був установлений кореляційний зв'язок із зольністю з коефіцієнтом кореляції в межах 0,534 - 0,706. Для вугілля пластів світи С23 описується формулою: Ni = 3E - 09Ad6 - 9E - 07Ad5 + 8E - 05Ad4 - 0,0026Ad3 + +0,0176Ad2 + 0,9622Ad + 14,57; R2 = 0,5231, для вугілля світи С25 Ni = - 6034,2Ad5 + 13039Ad4 -

-9849,8Ad3 + 3068,9Ad2 - 393,65Ad + 59,101; R2 = 0,501.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 40 - 50%: a) Ni = =16,66lnAd -

-14,472, R2 = 0,953; б) Ni = 11,412lnAd - 3,7267, R2 = 0,877; в) Ni = 13,412lnAd - 5,7832, R2 = 0,985; г) Ni = 12,034lnAd + 1,247, R2 = 0,875; д) Ni = 12,92lnAd - 10,624, R2 = 0,930.

Cr. Коефіцієнт зустрічі - 100%. Перевищення ГДК є у вугіллі пласта h8 північної площі та світи С25. У вміщуючих породах перевищення спостерігається в сланцях піщаних та глинистих на всій площі району; сланцях піщаних південно-західної площі.

В асоціацію входять: As - r 0,560 по пласту h4в південної площі. Mn - r 0,515 по пласту k3. Pb - r від 0,509 до 0,929 по пластах h10в, h8 північної площі, h31 східної, h61 південної площ, пласта k22. Ni - r від 0,501 до 0,773 по пластах h11н, h10в, h8, h7 північної, h7 західної площ, світи С25. V - r від 0,501 до 0,814 по пластах h11н, h8 північної, східної, західної площ. Co - r від 0,513 до 0,573 по пластах h11н північної та h61 східної площ. Конкуруючими є: Be - r від -0,536 до -0,548 по пластах h8 північної, h7 східної в, h4в південної та h7 західної площі, Mn - r від -0,621 до -0,685 по пластах h7 східної, h61 та h21 південної, h7 західної площ.

Між зольністю та вмістом Cr був установлений кореляційний зв'язок з коефіцієнтом кореляції від 0,533 до 0,850 в вугіллі пластів північної, h7, h3 східної, h4в, h3, h21 південної, h8, h7 західної площ, k41, k3, k22. Для вугілля світи С23 зв'язок описується формулою: Cr = 3E - 06Ad4 -

-0,006Ad3 + 0,00238Ad2 + 0,6748Ad + 2,0528, R2 = 0,571; для вугілля світи С25 Cr = -3E - 09Ad5 + 2E- - 05Ad4 - 0,0024Ad3 + 0,0831Ad2 + 1,404Ad + 18,51, R2 = 0,526.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 60 - 70%: а) Cr = 39,28lnAd -

-64,926, R2 = 0,978; б) Cr = 31,646lnAd - 34,317, R2 = 0,986; в) Cr = 32,111lnAd - 42,662, R2 = 0,986

г) Cr = 30,665lnAd - 36,246, R2 = 0,994, д) Cr = 35,431lnAd - 53,938, R2 = 0,997.

Co. зафіксовано по всіх пробах. Перевищення ГДК в вугіллі тільки по пласту k41, в вміщуючих породах - в сланцях глинистих та вуглистих світи С25.

В асоціацію входять: As - r від 0,567 до 0,667 по пластах h31 східної та h4в південної площ. Be - r від 0,578 до 0,935 по пластах h61, h31 східної та h3 південної площ. Mn - r 0,809 по пласту h10в північної площі. Pb - r від 0,584 до 0,594 по пластах h7 північної площі та к41. Ni - r від 0,508 до 0,932 по пластах східної, h4в, h21 південної площі., h7 західної площі та k41. Cr - r від 0,513 до 0,573 по пластах h11н північної та h61 східної площ. Конкуруючим є Pb с r -0,538 по пласту 61 південної площі.

Максимальний вміст в продуктах збагачення із зольністю 60 - 70 %: а) Co = 5,0025lnAd -

-1,322, R2 = 0,955; б) Co = 2,7736lnAd + 5,9822, R2 = 0,548; в) Co = 3,1563lnAd + 5,7258, R2 = 0,935; г) Co = 4,8259lnAd + 0,8057, R2 = 0,892; д) Co = 5,263lnAd - 2,7515, R2 = 0,855.

Парагенетичні асоціації токсичних елементів пояснюються близькістю ковалентних радіусів атомів, величинами електронегативності, координаційними числами, значеннями міжатомних відстаней, взаємною компенсацією при ізоморфізмі, входженням в кристалічні решітки сульфідів.

Визначені на площі Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району закономірності розподілу та асоціації токсичних елементів дозволяють прогнозування вміст цих елементів у вугіллі.

РОЗДІЛ 4. ПРОГНОЗУВАННЯ ТОКСИЧНОСТІ ГІРНИЧОЇ МАСИ ТА ПРОДУКТІВ ЗБАГАЧЕННЯ, КОНТРОЛЬ ТА МОДЕЛЮВАННЯ ВМІСТУ ТОКСИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

За часом попередження прогнозування розділяється на: короткострокове (для діючих очисних та підготовчих забоїв) та середньострокове (для дільниць, які плануються до видобутку). Вхідними даними короткострокового прогнозування є: ВТЕ в вугіллі, порідних прошарках, залучених в видобуток вміщуючих породах, щільність та потужність.

Початковим етапом короткострокового прогнозування токсичності гірничої маси є визначення ВТЕ в вугільному пласті:

. (1)

де ВТЕпл вміст токсичного елементу в пласті; пв - потужність вугілля, м.; dв - щільність вугілля, т/м3; ВТЕ - вміст токсичного елементу в вугіллі; ппп - потужність породних прошарків, м; d - щільність породних прошарків, т/м3; ВТЕпп - вміст токсичного елементу в породних прошарках.

Фактичне залучення вміщуючих порід визначається контрольним вимірюванням величин забруднення п в забоях. ВТЕ в гірничій масі розраховується:

для очисних забоїв:

. (2)

де ВТЕгм -вміст токсичного елементу в гірничій масі; ппл - потужність пласта, м; dпл потужність пласта, т/м3; ВТЕпл вміст токсичного елементу в вугільному пласті; пвп потужність вміщуючих порід, влучених в видобуток, м; dвп - потужність вміщуючих порід, влучених в видобуток, т/м3; ВТЕвп вміст токсичного елементу у вміщуючих породах, влучених в видобуток.

для підготовчих забоїв:

. (3)

де Кр - коефіцієнт розубоження.

Для розрахунку ВТЕ по вугільному підприємству необхідні дані про видобуток гірничої маси з забоїв. Визначення ВТЕ проводиться за формулою:

. (4)

де D кількість видобутку з забоїв, т.

Контроль ВТЕ в гірничий масі при забрудненні вугілля токсичними елементами вміщуючих порід проводиться у випадках ВТЕгм,вп і ГДК з розрахунком величини перевищення ВТЕ за формулою:

. (5)

де ВТЕперев - перевищення вмісту токсичних елементів норм ГДК.

З розрахунком фактичного прирощення потужності, що виймається:

. (6)

При перевищені норм ВТЕ розраховується прирощення токсичності, обумовлене надмірним вмістом породи, що потрапила в вугілля:

, (7)

де пвп (н.) - встановлена норма забруднення вугілля вміщуючими породами, яка визначається за формулою:

. (8)

Моделювання ВТЕ в вугіллі, вміщуючих породах, гірничий масі проводиться з метою недопущення виходу гірничої маси з перевищенням норм ГДК в режимі усереднення, включає функцію та обмежені умови:

. (9)

де Qi (в, вп, гм) -, ВТЕ котрих перевищує норми ГДК, т; Qj (в, вп, гм) - запланований видобуток дільниць , ВТЕ котрих не перевищує норми ГДК, т.,

Ситуаційна модель видобутку в режимі усереднення включає цільову функцію та обмежує вимоги по обсягу видобутку з урахуванням транспортних та технологічних обмежень:

((9(((( . (10)

де Qi0 - фактичний видобуток з дільниць з перевищенням ГДК; Qi - видобуток з дільниць з перевищенням ГДК, що планується.

Вихідними даними середньострокового прогнозування токсичності гірничої маси є потужність, щільність та ВТЕ вугілля і вміщуючих порід, прирощення потужності, що виймається (Dп), обумовленої присутністю “хибної” покрівлі та притиранням вміщуючих порід в процесі видобутку:

Для нестійких порід визначення Dп проводиться за формулою:

D. (11)

В умовах стійких та середнєстійких порід для визначення зв'язку ВТЕгм та ВТЕпл використовуються значення Dп, які розраховані окремо для широко - та вузькозахватної техніки, за потужністю розділені на групи: 0,5 - 0,7, 0,7 - 1,0, 1,0 -1,3, 1,3 - 1,6, 1,6 - 1,9 м.

Після визначення Dп розрахунок ВТЕгм проводиться відповідно формул 1 - 4.

Вихідними даними прогнозування ВТЕ в продуктах збагачення є токсичність гірничої маси шахт, вихід продуктів збагачення та їх ВТЕ..

Використовуючи розділення балансу компонентів на мінеральну та органічну частини розраховується ВТЕ в продуктах збагачення:

При збагаченні гірничої маси з виділенням двох продуктів - концентрату та відходів рівняння балансу має такий вигляд:

. (12)

де Ук - вихід концентрату; ВТЕк - вміст токсичного елементу в концентраті; увд - вихід відходів; ВТЕвд - вміст токсичного елементу у відходах.

Отже, ВТЕ становить:

в концентраті:

. (13)

у відходах:

. (14)

При збагаченні гірничої маси з виділенням трьох продуктів - концентрату, промпродуктів та відходів - рівняння балансу має такий вигляд:

. (15)

де Упп - вихід промпродукту; ВТЕвд - вміст токсичного елементу у відходах.

Розрахунок ВТЕ проводиться окремо для токсичних елементів мінеральної та органічної частин. В першому випадку ВТЕ збільшується в ряду:

. (16)

В другому випадку:

. (17)

Розрахунок ВТЕ в продуктах збагачення токсичних елементів мінеральної частини:

в концентраті:

. (18)

в промпродукті:

. (19)

у відходах:

. (20)

Розрахунок ВТЕ в продуктах збагачення токсичних елементів органічної частини:

в концентраті:

. (21)

в промпродукті:

. (22)

у відходах:

. (23)

Моделювання ВТЕ в продуктах збагачення проводиться з метою недопущення виходу продуктів переробки вугілля з перевищенням норм ГДК.

Модель зміни ВТЕ включає функцію та обмежені умови:

. (24)

де У - вихід продукту збагачення; Х - кількість продукту збагачення.

З обмеженими умовами:

(25)

де Уj - вихід продукту збагачення з перевищенням ГДК; Хj - кількість продукту з перевищенням ГДК; Уi - вихід продукту збагачення в межах ГДК; Хi - кількість продукту в межах ГДК.

Проведені експериментальні роботи показали задовільну сумісність прогнозних та фактичних значень з відносною похибкою: для короткострокового прогнозування - 10%, середньострокового прогнозування - 30%, прогнозування ВТЕ в продуктах збагачення - 25%.

ВИСНОВКИ

При виконанні дисертаційної роботи були отримані наступні основні наукові та практичні результати:

1. На площі Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району були виявлені ряди спорідненості токсичних елементів з органічною частиною вугілля, встановлені закономірності зміни ВТЕ в залежності від зольності; в продуктах збагачення; по спаду та простяганню; виявлені геохімічні асоціації вугілля, проведена типізація вміщуючих порід.

2. Розроблені методики прогнозування ВТЕ:

а) в гірничий масі, які відрізняються за часом попередження: короткострокове - для діючих забоїв, середньострокове - для дільниць, що плануються до видобутку. В основі прогнозування - дані про потужність, щільність та ВТЕ в вугіллі, вміщуючих породах. Відмінність прогнозування - у визначенні потужності шару, який забруднює вугілля. Короткострокове базується на фактичному значенні п в діючих забоях, середньострокове - на визначеному значенні п при використанні апробованого на шахтах району геолого-статистичного методу;

б) в продуктах збагачення з урахуванням генетичних зв'язків цих елементів з органічною та мінеральною частинами вугілля.

3. Запропонована у випадках перевищення норм ГДК токсичними елементами вміщуючих порід методика контролю з розрахунком норми забруднення.

4. Розроблені методики моделювання ВТЕ:

а) в гірничий масі з обмеженням обсягу маси, що добувається з урахуванням транспортних та технологічних обмежень в режимі усереднення

б) в продуктах збагачення з обмеженням обсягів гірничої маси шахт, які відгружають продукцію на збагачувальні фабрики з урахуванням мінімальної та максимальної продуктивності живильника бункера.

Проведені експериментальні роботи показали задовільну сумісність прогнозованих та фактичних значень з відносною похибкою: для короткострокового прогнозування - 10%, середньострокового прогнозування - 30%, прогнозування ВТЕ в продуктах збагачення - 25%.

На основі приведених результатів автор рекомендує широко використовувати наукові та практичні результати при проведенні геологорозвідувальних та вугледобувних робіт на площі Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району, що сприятиме підвищенню як ефективності розвідувальних робіт, так і екологічної безпеки добутого вугілля.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Основні положення виконаних досліджень викладені у 13 статтях наукових журналів, 2 тезах доповідей. У фахівних виданнях опубліковано:

1. Доброгорский Н.А., Курмелев И.И., Шевченко В.П. Результаты исследования токсичности породного отвала шахты “Лесная”. // Уголь Украины. -1998. - №8-9. -С. 25-26.

2. Доброгорский Н.А., Сафронов И.Л., Курмелев И.И., Шевченко В.П. Токсичность продукции шахт Чистяково-Снежнянского геолого-промышленного района Донбасса. // Уголь Украины. -1999. - №7. -С. 41-42.

3. Курмелев И.И. Прогноз содержаний токсичных элементов в продуктах обогащения (теоретический баланс). // Зб. наук. пр. НГА України “Актуальные проблемы геологии”, -Дніпропетровськ: РВК НГАУ, -1999. Т.1, -№6. -С. 186-187.

4. Доброгорский Н.А., Шевченко В.П., Курмелев И.И. Оптимизация опробования пластов и вмещающих пород (Чистяково-Снежнянский район Донбасса). // Зб. наук. пр. НГА України “Актуальные проблемы геологии”, -Дніпропетровськ: РВК НГАУ, -1999. Т.1, -№6. -С. 187 - 192.

5. Доброгорский Н.А., Курмелев И.И., Шевченко В.П. Моделирование содержаний токсичных элементов в горной массе шахт. // Зб. наук. пр. НГА України “Актуальные проблемы геологии”, -Дніпропетровськ: РВК НГАУ, -1999. Т.2, -№6.

-С. 134.

Доброгорский Н.А., Шевченко В.П., Курмелев И.И. Формирование минеральной части угледобычи посредством модульной классификации (Чистяково-Снежнянский район Донбасса). // Зб. наук. пр. НГА України “Актуальные проблемы геологии”, -Дніпропетровськ: РВК НГАУ, -1999. Т.2, -№6. -С. 135-136..

7. Ишков В.В., Курмелев И.И. О прогнозе содержаний токсичных элементов в продуктах угледобычи Чистяково-Снежнянского геолого-промышленного района Донбасса // Науковий вісник Національної гірничої академії України. -1999. №2. -С. 42-46.

8. Ишков В.В., Курмелев И.И. Особенности распределения токсичных элементов в углях Чистяково-Снежнянского геолого-промышленного района Донбасса // Науковий вісник Національної гірничої академії України. -1999. №3. -С. 41-49.

В інших наукових журналах:

9. Доброгорский Н.А., Шевченко В.П., Курмелев И.И. К вопросу о токсичности отходов угледобычи. // Придніпровський науковий вісник. -1998. -№ 83. -С. 49-50.

10. Доброгорский Н.А., Курмелев И.И., Шевченко В.П. Эколого - экономические и социальные аспекты проблемы утилизации отходов углеобогащения. // Придніпровський науковий вісник. -1998. -№83. -С. 100-101.

11. Доброгорский Н.А., Курмелев И.И., Шевченко В.П. Социально-экологические проблемы Донбасса как результат деятельности угольной промышленности. // Придніпровський науковий вісник. -1998. -№ 105. -С. 84-85.

Тези доповідей:

12. Ишков В.В., Сафронов И.Л., Москаленко А.Б., Курмелев И.И. Комплексное освоение техногенных месторождений - важнейший фактор расширения минерально-сырьевой базы горнодобывающей промышленности Украины // Матеріали 2 Всеукр. наук.-метод. конференції.. “Екологія та інженерія, стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”, -Дніпродзержинськ. -1998. -С. 46.

13. Ишков В.В., Сафронов И.Л., Курмелев И.И., Москаленко А.Б. Подвижность токсичных и потенциально-токсичных элементов из отходов углеобогащения Донбасса // Матеріали 2 Всеукр. наук.-метод. конференції “Екологія та інженерія, стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”, -Дніпродзержинськ. -1998. -С. 168-169.

АНОТАЦІЯ

Курмельов І.І. Оцінка та прогнозування вмісту токсичних елементів в системі вугілля - гірнича маса - продукти збагачення (на прикладі Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.16 - геологія твердих паливних копалин - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Дисертація присвячена геохімічним асоціаціям та закономірностям розподілу токсичних елементів, прогнозуванню їх вмісту в гірничій масі, які розрізняються за часом попередження: короткострокове - для діючих забоїв, середньострокове - для дільниць, що плануються до видобутку. Запропоновано методику прогнозування вмісту елементів в продуктах збагачення (теоретичний баланс) вугілля з урахуванням генетичних зв'язків цих елементів з органічною та мінеральною частинами вугілля. Методи моделювання вмісту дозволяють передбачити виконання технологічних заходів до зниження вмісту цих елементів в гірничий масі та продуктах збагачення вугілля менше норм ГДК.

Ключові слова: токсичні елементи, геохімічні асоціації, прогнозування.

АННОТАЦИЯ

Курмелев И.И. Оценка и прогнозирование содержаний токсичных элементов в системе уголь - горная масса - продукты обогащения (на примере Чистяково-Снежнянского геолого-промышленного района). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.16. - геология твердых горючих ископаемых. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Диссертация посвящена геохимическим ассоциациям и закономерностям распределений токсичных элементов, прогнозированию их содержаний в горной массе и продуктах обогащения.

С целью повышения достоверности исследуемых характеристик распределений токсичных элементов проведено районирование, основным критерием которого являлись горно-геологические и углепетрографические особенности шахтопластов. В результате были выделены пять угленосных площадей и 3 литолого-геохимические группы вмещающих пород.

Для достижения поставленной цели было исследовано 876 анализов на содержание токсичных элементов в углях и вмещающих породах, полученных при пересечении разведочных скважин, 121 анализ на содержание этих элементов в горной массе и 169 анализов на содержание элементов в продуктах обогащения. Проанализировано 287 каротажных диаграмм и нормальных стратиграфических разрезов. Автором отобрано на шахтах района для исследований содержаний токсичных элементов: в углях 48 проб, 31 проба в горной массе, 39 проб в продуктах обогащения, 25 проб на угольных складах.

Статистическая обработка результатов включала расчет основных статистических характеристик эмпирических распределений токсичных элементов. Для установления связи между элементами использовался коэффициент линейной и гамма-корреляции, коэффициент, Канделла, Спирмена, что позволило выявить ассоциации без учета функции распределения и результаты, не зависящие от используемых единиц измерения. При оценке связи токсичных элементов с органической и минеральной частью угля использовались коэффициенты: сродства с органическим веществом, приведенной концентрации, приведенного извлечения. Анализ результатов дискриминантного и кластерного анализов позволил установить ряды сродства токсичных элементов с органической и минеральной частью угля по пластам и провести типизацию вмещающих пород, как обогащающих или разубоживающих горную массу токсичными элементами.

Анализ поверхностей трендов аппроксимирующих содержания элементов в углях и вмещающих породах Чистяково-Снежнянского района позволил установить закономерности их пространственного изменения и прогнозировать содержания этих элементов в угле, горной массе и продуктах обогащения с учётом площадного распределения угольного пласта и вовлекаемых в добычу вмещающих пород без привлечения дополнительных лабораторных исследований.

Разработаны методики прогнозирования содержаний токсичных элементов в горной массе: краткосрочное прогнозирование - для действующих забоев, и среднесрочное прогнозирование - для участков, намечаемых к отработке. В основе методик - расчет содержаний токсичных элементов в горной массе используя данные о мощности, объемном весе и содержаниях элементов в углях и вмещающих породах, вовлеченных в добычу. Различия: краткосрочное прогнозирование использует данные о мощности вовлеченных в добычу вмещающих пород на основе измеренных значений величин засорения и среднесрочное прогнозирование использует геолого-статистический метод прогноза величин засорения, выполненный раздельно для вмещающих пород различной устойчивости.

Прогнозирование содержаний токсичных элементов в продуктах обогащения устанавливает теоретический баланс с учетом генетической связи элементов с минеральной и органической частью углей и определяет их содержание в продуктах рассортировки при идеальном разделении на основании сводных данных фракционного анализа.

Разработаны методики моделирования содержаний токсичных элементов:

а) в горной массе - предлагается использовать модель изменений содержаний токсичных элементов при управлении добычей в режиме усреднения с ограничительными условиями и определением количества сверхнормативного превышения ПДК на планируемый период для угля, горной массы, вмещающих пород, вовлекаемых в добычу. Использование модели позволяет определить оптимальные плановые нагрузки на очистные забои и снизить содержания элементов ниже норм ПДК.

б) в продуктах обогащения - разработана модель изменения в режиме усреднения с ограничительными условиями. Количество горной массы, поступившей на обогатительную фабрику, ограничивается нормами ПДК, минимальной и максимальной производительностью питателя бункера. Основной целью моделирования содержаний токсичных элементов в продуктах обогащения является недопущение выхода продуктов обогащения с превышением ПДК.

Использование методик моделирования содержаний токсичных элементов позволяют заблаговременно предусмотреть выполнение технологических мероприятий по снижению содержаний этих элементов в горной массе и продуктах обогащения угля.

Проведенные экспериментальные работы показали удовлетворительную сходимость прогнозных и фактических значений с относительной погрешностью: для краткосрочного прогнозирования - 10%, среднесрочного прогнозирования - 30%, прогнозирования содержаний токсичных элементов в продуктах обогащения - 25%.

ANNOTATION

Kurmelyov I.I. Toxic elements' contents in the system of coal-rock mass-dressing products evaluation and forecasting (Tchistyakovo-Snezhnyanski geological and industrial region). - Manuscript.

Theses for the degree of candidate of science (Geology) (speciality 04.00.16 - the geology of solid fuels). - National Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1999.

The subject of investigation deals with geochemical associations and their contents forecasting in the time of warning - for the operating collieries and shafts. The methods of forecasting elements content in dressing products taking into account genetic ties of these elements with the organic and mineral parts of coal are offered in the paper. Modelling methods make it possible to provide the technological processes realization aimed at lowering these elements content in the rock mass and in dressing products.

Key words: toxic elements, geochemical associations, forecasting.

Размещено на Allbest.ru

...