Каплунов Ю.В., Климов С.Л., Красавин А.П. Экология угольной промышленности на рубеже XXI века

Подождите немного. Документ загружается.

смесь аргиллитов и алевролитов, обогащенных органическими вещест-

вами. Его содержание составляет 14,1—44,7%, рН водной вытяжки

свежедобытых пород равняется 4,5—8,3, содержание общего азота 100 —

1603 мг, фосфора 0,6—91,9 мг и калия 2,6—24,7 мг на 100 г породы.

Измельченные углеотходы не слеживаются и не требуют особых условий

при транспортировании, погрузке, разгрузке и хранении, что создает бла-

гоприятные предпосылки для широкомасштабного их применения в целях

повышения почвенного плодородия земель, особенно в Нечерноземной

зоне России.

Сущность технологии приготовления удобрений из углистых пород за-

ключается в дроблении и усреднении породной массы непосредственно

на месте образования. Для этих целей может быть использована пере-

движная установка, состоящая из серийно выпускаемых дробильно-сор-

тировочных агрегатов. Получаемое на установке удобрение имеет сле-

дующие параметры: содержание органического вещества не менее 20%,

серы не более 15%, рН водной вытяжки не менее 4,5, тонина помола

5—10 мм.

Как показали исследования в лабораторных и полевых условиях, воз-

действие углеудобрений на плодородие почвы носит комплексный ха-

рактер и проявляется в изменениях ее физического, химического и био-

логического состояний. Под влиянием различных доз углеудобрений (до

3 т/га) увеличивается удельная поверхность почвы, содержание гумуса

с 1,84 до 2,38%. Обладая высокой сорбционной способностью, углеу-

добрений могут закрепить на своей поверхности не менее 60% водорас-

творимых органических веществ в отличие от дерново-подзолистых почв,

связывающих только 35% их общего количества.

Агрохимическую ценность удобрения можно значительно повысить

путем механического смешивания его с навозом или птичьим пометом и

компостирования на месте потребления. В результате изучения этого во-

проса установлена возможность совместного использования углеотходов

Подмосковного угольного бассейна с отходами птицефабрик [27].

Продуктом совместной переработки помета птиц и углеотходов явля-

ются комплексные органо-минеральные удобрения длительного дейст-

вия. В процессе получения таких удобрений исходное сырье обогащается

основными питательными элементами, гуматами, структурирующими и

пролонгирующими веществами. Технология позволяет получать удобре-

ния с широким спектром концентраций и соотношений основных эле-

ментов, что диктуется условиями роста и развития растений с обеспече-

нием высокого качества почв.

Стандартный продукт представляет собой композицию, содержащую

до 36% органических веществ, до 55% минеральных веществ, осталь-

ное — связанная влага. Продукт не имеет запаха, хорошо хранится, не

слеживается и легко вносится в почву практикуемыми способами. Со-

отношение основных элементов: азот : фосфор : калий = 5:5:5, что со-

ответствует комплексным минеральным удобрениям с соотношением

10:10:10. Последнее соотношение объясняется следующим. Питатель-

ные вещества из минеральных удобрений легко вымываются водой, поэ-

тому коэффициент их использования не превышает 35-40%. Для пол-

ного вымывания элементов из органо-минеральных удобрений необхо-

димо в 20 раз больше воды, чем для их вымывания из того же количества

минеральных удобрений. При этом коэффициент использования удобре-

ний достигает 95—98%. Удобрения содержат ниже допустимого уровня

количество хлора, пригодны для любых культур и обладают последейст-

вием в течение двух лет.

Эффективность органо-минеральных удобрений подтверждена много-

численными испытаниями. Наиболее интересными, с нашей точки зре-

ния, являются работы по использованию органо-минеральных удобрений

в защищенном грунте (остекленные обогреваемые теплицы). Выращи-

вание овощей в теплицах — это наиболее интенсивное сельскохозяйст-

венное производство, в котором не последнее место занимают удобрения,

их качество и количество. Уже три года тепличный комбинат «Иван-

озеро» (Тульская область) использует только органо-минеральные удоб-

рения на всех стадиях производственного цикла (от рассады до подкормок

и основной заправки). При этом расход удобрений (на действующие ве-

щества) снижен в 2,5—3,5 раза на фоне прироста урожая 35—45%. За-

траты на приобретение и применение этих удобрений по сравнению с

минеральными оказались ниже даже без учета доставки.

В настоящее время органо-минеральные удобрения также использу-

ются в теплицах ЗАО «Парники» и прошли испытания по наиболее со-

временной технологии выращивания овощей в защищенном грунте —

малообъемная технология в сочетании с капельным поливом (АО «Ко-

сино»). В данном случае ко всем выращиваемым растениям по капил-

лярам подается поливная вода, причем циклы полива чередуются с цик-

лами подачи растворов удобрений. К экспериментальным растениям по-

давалась только вода, источник подкормок закладывался под растение.

Результаты испытаний показывают, что применение органо-минеральных

удобрений при возделывании томатов сорта «Красная стрела» достовер-

но обеспечивает: прибавку урожая на торфе в среднем на 42%, на це-

олите — на 75%; увеличение среднего веса плодов на 34%; снижение

себестоимости продукции за счет сокращения затрат на приобретение

минеральных удобрений, проведения периодических анализов субстрата,

уменьшения трудозатрат и общего числа технологических операций в 2—

3 раза.

Не меньший интерес представляют испытания удобрений в открытом

грунте на зерновых культурах и картофеле, которые свидетельствуют о

преимуществах органо-минеральных удобрений, изготовленных на 70%

из отходов.

Имеются положительные результаты от использования органо-мине-

ральных удобрений при выращивании сахарной свеклы и других корне-

плодов.

Надежные и устойчивые результаты получены также на плодовых де-

ревьях, ягодных и цветочных кустарниках.

Благодаря своим свойствам, составу и природе органо-минеральные

удобрения незаменимы при проведении работ по рекультивации земель,

так как способны наращивать гумусовый слой и повышать плодородие

почв.

В качестве органической составляющей, кроме помета птиц, можно

использовать отходы ферм, свинарников и даже фекальные стоки горо-

дов. Органические отходы не надо сушить или как-то предварительно

перерабатывать; они используются в натуральном виде после химичес-

кого обеззараживания.

2.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО

ЛИКВИДАЦИИ

НЕРЕНТАБЕЛЬНЫХ ШАХТ

Осуществляемая в угольной промышленности России программа ре-

структуризации предусматривает закрытие убыточных и неперспектив-

ных шахт и разрезов. Анализ сложившейся ситуации позволяет предпо-

лагать, что массовая ликвидация предприятий и разрезов будет сопро-

вождаться адекватными, нередко весьма опасными, экологическими пос-

ледствиями. К ним относятся: подтопление и заболачивание территорий

вследствие восстановления уровня подземных вод; загрязнение подзем-

ных вод, в том числе используемых для водоснабжения населения; на-

копление и выходы на дневную поверхность метана, радиоактивных эма-

наций с их дочерними продуктами; загрязнение атмосферы, подземных

и поверхностных вод, почвенного покрова токсичными веществами из

оставляемых терриконов, шламохранилищ, других скоплений отходов до-

бычи и переработки угля.

Основным документом, регламентирующим проведение ликвидацион-

ных работ, является « Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации

и консервации опасных производственных объектов, связанных с поль-

зованием недрами» [28].

Инструкцией определяется порядок оформления специальных доку-

ментов при ликвидации объекта, устанавливается содержание проекта

ликвидации и технические мероприятия, которые должны быть проведе-

ны при ликвидации или консервации объекта.

В проекте определяются сроки, способы и последовательность вы-

полнения работ, связанных с ликвидацией или консервацией объекта,

разрабатывается комплекс технических мероприятий, которые включают

и мероприятия по охране окружающей среды:

обеспечение устойчивости горных выработок или их искусственное

обрушение в целях предотвращения образования провалов и недопусти-

мых деформаций земной поверхности;

предотвращение загрязнения недр и водных объектов;

предотвращение проникновения вредных газов в поверхностные со-

оружения и атмосферу;

ликвидация провалов, трещин, ограждение опасных участков;

рекультивация нарушенных земель;

предотвращение затопления, заболачивания земной поверхности, на-

рушения гидрогеологического режима подземных вод;

ликвидация имеющихся очагов подземных пожаров.

Инструкция предусматривает: при ликвидации шахт заполнение по-

родой провалов, образовавшихся на дневной поверхности вследствие об-

рушения горных пород под подземными выработками, засыпку породой

вертикальных и наклонных стволов, шурфов и устья штолен, обвалов-

ку и перекрытие устьев горных выработок, входящих в поймы рек и во-

доемов, а также в места возможного скопления паводковых вод, де-

токсикацию и защиту почв от водной и ветровой эрозии, приведение

в экологически безопасное состояние накопителей сухого складирова-

ния (отвалы, терриконы, склады некондиционных полезных ископаемых)

и гидротехнических сооружений (хвостохранилищ, шламоотстойников,

гидроотвалов и др.) и ряда других мероприятий экологического харак-

тера.

Актуальность и острота проблемы восстановления нарушенных зе-

мель особенно возросли в процессе реструктуризации угольной промыш-

ленности. В течение этого периода в России полностью прекращена до-

быча угля примерно на 100 шахтах. При этом затраты на ликвидацию

одной шахты составляют не менее 40 млн долл. США. В общей величине

этих затрат доля на восстановление нарушенных земель незначительна,

тем не менее работы в требуемых объемах не выполняются. Хотя необ-

ходимость их производства очевидна, прежде всего там, где имеются

особо ценные земли для сельского хозяйства: Ростовская область, При-

морский край, отдельные районы Кузнецкого бассейна.

Объем рекультивации в АО «Гуковуголь», например за счет ликви-

дируемых шахт, оценивался на 1998 г. в объеме 6 га (по сравнению с

1 — 5 га фактически рекультивированных земель в 1996—1997 гг.), в АО

«Кизелуголь» — 75 га, в АО «Северокузбассуголь» — 434 га, «Тула-

уголь» — 190 га, «Приморскуголь» — 160 га.

Для выполнения технических работ по ликвидации неперспективных

И особо убыточных шахт и разрезов и научно-технического и проектного

обеспечения этих работ в отрасли действует Государственное учрежде-

ние по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и

разрезов (ГУРШ).

Основными направлениями деятельности ГУРШа являются:

технические работы по ликвидации особо убыточных и неперспектив-

ных шахт и разрезов, а также шахтостроительных (углестроительных)

организаций, расположенных в районах Крайнего Севера и приравнен-

ных к ним местностях;

ликвидация горных выработок, демонтаж оборудования; разборка зда-

ний, сооружений и демонтаж оборудования на поверхности; обеспечение

жизнедеятельности предприятий в период ликвидации;

снос ветхого жилищного фонда в связи с ликвидацией указанных выше

организаций;

реконструкция и замена объектов социальной инфраструктуры, по

страдавших в связи с ликвидацией шахт и разрезов и предоставлявших

основные коммунальные услуги жителям шахтерских городов и поселков,

научно-техническое и проектное обеспечение ликвидации организа-

ций угольной промышленности;

научно-исследовательские работы по экологическим аспектам ликви-

дации шахт и разрезов на конкурсной и грантовой основах;

разработка и экспертиза проектов ликвидации убыточных и непер-

спективных шахт и разрезов, а также шахтостроительных (углестрои-

тельных) организаций, расположенных в районах Крайнего Севера и при-

равненных к ним местностях.

В табл. 28 представлены объемы финансирования по отдельным на

правлениям технических работ, связанных с ликвидацией. Из таблицы

видно, что недофинансирование по различным направлениям составило

от 7 до 25%.

Ликвидация последствий ведения горных работ в структуре затрат на-

ходится на втором месте, и ее доля составляет в общем объеме 25,3%

166

2.5.1. ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛИКВИДАЦИИ ШАХТ

При ликвидации шахт в России возникает ряд геомеханических проблем

по безопасности и эффективной эксплуатации подработанных территорий

и м е с торождений на прилегающих участках шахт. Используются три

спо-

соба ликвидации (закрытия) шахт: полное их затопление (мокрая лик-

видация); комбинированный, когда уровень воды в ликвидируемой шахте

поддерживается на определенной отметке; сухая ликвидация — с сохра-

нением шахтного водоотлива.

При мокрой ликвидации шахт, как правило, проводится засыпка вер-

тикальных и наклонных выработок, имеющих выход на поверхность, и

устройство у поверхности железобетонных перекрытий.

При сухой ликвидации шахт предусматривается временное сохранение

водоотлива на период работы соседних шахт, имеющих систему водопро-

водящих каналов с выработками ликвидируемой шахты, либо сохранение

постоянного водоотлива вследствие возможного затопления эксплуати-

руемых территорий поверхности.

Комбинированный способ ликвидации шахт обусловлен тем, что под-

нятие уровня до определенных отметок может привести к прорыву воды

в выработки соседних шахт.

При ликвидации шахт возникают следующие основные геомеханичес-

кие проблемы [29]:

оценка состояния барьерных целиков и соответствие их размеров тре-

бованиям нормативных документов: нарушенность барьерных целиков

горными выработками (их подработка выработками нижележащих плас-

тов), оценка длительной прочности целиков;

обоснование способов ликвидации горизонтальных и наклонных

вскрывающих и подготовительных выработок, значительное количество

Которых на ликвидируемых шахтах по экономическим факторам не может

б ы т ь заложено породой (разрушение кровли в незаложенных выработках

с течением времени может привести к обрушению покрывающих пород

и образованию провалов земной поверхности); аналогичные проблемы

возникают при оценке влияния очистных выработок (особенно при малых

глубинах разработки);

определение состояния межлавных, межблоковых и других целиков

на ликвидируемой шахте, размеры которых не обеспечивают их длитель-

НОЙ устойчивости; установление степени влияния разрушения таких це-

ЛИКОВ

на земную поверхность;

оценка влияния изменения гидрогеологического режима поверхност-

ных, грунтовых и подземных вод (заболачивание и затопление поверх-

ности вследствие подъема уровня грунтовых вод при оседании поверх-

ности над горными выработками, загрязнение водоносных горизонтов,

используемых для водозаборов, действующих вблизи ликвидируемых

Ш А Х Т , и др.).

При определении возможности прорыва воды и увеличения водопри-

токов в выработки шахты, соседней с ликвидируемой, следует учитывать

размеры и состояние барьерных целиков, наличие выработок, прорезы-

вающих барьерные целики, степень подработанности барьерных целиков

нижележащими пластами, положение границ зон водопроводящих тре-

щин и другие факторы.

В соответствии с действующей в РФ «Инструкцией по безопасному

ведению горных работ у затопленных выработок» размер барьерного це-

лика в одиночном пласте должен быть не меньше величины

d = 0,05 Н + 5 m + ∆ I,

где H — глубина расположенного целика, м; m — вынимаемая мощ-

ность пласта ( m < 3,5 м); ∆ I — погрешность положения затопленной

выработки (ширина зоны разрушения барьерного целика).

При оценке состояния барьерных целиков в свите пластов необходимо

проведение специальных исследований.

Если приведенные выше условия не выполняются либо барьерные

целики сильно разрушены и прорезаны горными выработками, то необ-

ходимо предусматривать перепуск воды из ликвидируемой шахты в вы-

работки соседних шахт и увеличение в действующих шахтах мощности

водоотливных установок.

Например, при ликвидации шахты «Юр-Шор» в Воркутинском уголь-

ном бассейне было принято во внимание то, что барьерный целик, раз-

деляющий выработки шахт «Юр-Шор» и «Северная», залегает на глу-

бине 800 м и изрезан горными выработками. Учитывая большое давление

воды при полном затоплении шахты «Юр-Шор», а также изрезанность

барьерного целика горными выработками, было принято решение о ре-

гулируемом перепуске воды из шахты «Юр-Шор» в выработки шахты

«Северная» с необходимым увеличением мощности водоотливных уста-

новок.

При ликвидации шахты «Ноградская» в Кузбассе, которая вела ра-

боты в свите пластов на одном из крыльев шарнирной складки, необхо-

димо было учитывать совместное влияние горных работ с шахтой «Кок-

совая», разрабатывающей пласты на противолежащем крыле этой же

складки. Совместное влияние горных работ с учетом высоты зон водо-

проводящих трещин во избежание прорыва воды в горные выработки

шахты не позволило полностью затопить шахту «Ноградская», поэтому

ВНИМИ было рекомендовано поддерживать на шахте «Ноградская»

уровень воды на определенной отметке.

В процессе ликвидации шахт РФ отмечаются также случаи, когда

предусматривается создание водоотлива (сухая ликвидация), поскольку

затопление ликвидируемой шахты может вызвать прорывы воды и за-

топление выработок соседних шахт.

Такое решение, например, принято при ликвидации шахты № 3 АО

«Ленинградсланец», которая связана сетью горных выработок с шахтой

«Ленинградская».

Важнейшей проблемой при ликвидации шахт является оценка изме-

нения режима подземных, грунтовых и поверхностных вод и влияние

этого изменения на водопритоки соседних шахт и состояние поверхности.

Прежде всего сюда относится определение условий подтопления по-

верхности, происходящее, как правило, тогда, когда выполняется условие

+ А > h,

где η

— максимальное оседание земной поверхности от влияния под-

земных разработок; А — амплитуда сезонных колебаний уровня грунто-

вых вод; h — расстояние от земной поверхности до уровня грунтовых

вод на рассматриваемом участке без учета влияния шахтного водопо-

нижения.

Изменение режима подземных вод, оценка возможности проникно-

вения шахтных вод в водоносные горизонты, используемые для водо-

снабжения, и другие вопросы решаются на основании специальных ис-

следований.

Таким образом, при ликвидации шахт возникают сложные геомеха-

нические проблемы, решения которых должны обеспечивать безопас-

ность и эффективность эксплуатации подработанных территорий и работ

На соседних шахтах при минимальных затратах средств.

2.5.2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛИКВИДАЦИИ ШАХТ

Как показывает опыт, закрытие нерентабельных шахт оказывает неодно-

значное влияние на изменение гидрогеологической и экологической об-

СТАНОВКИ.

В большинстве случаев ликвидация шахт сопровождается их затоп-

лением и восстановлением гидродинамического баланса подземных вод,

близкого к естественному. При этом прекращается истощение подземных

вод, происходит регенерация их естественных уровней и природных по-

токов. Резко снижается сброс шахтных вод в речную сеть.

Затопление шахт приводит также к восстановлению природного га-

зодинамического баланса и многократному снижению выброса метана и

углекислого газа в атмосферу.

Все это благотворно действует на улучшение экологической ситуации

угледобывающих регионах.

Однако имеют место и негативные последствия, которые обусловлены

сочетанием природных и технологических факторов и в каждом угольном

бассейне имеют специфические черты. Главным общим последствием яв-

ляется угроза подтопления жилых и промышленных зданий и сооружений

на поверхности в результате подпора шахтных вод и их излива в пони-

женных участках рельефа. Подтопление и заболачивание территорий

наиболее широко развито в Кузнецком и Донецком бассейнах, а также

Дальневосточном регионе [30].

Для прогноза и предотвращения нежелательных последствий ликви-

дации шахт специалистами академических и отраслевых научно-иссле-

довательских институтов разработаны «Методические указания по оцен-

ке гидрогеологических условий ликвидации шахт, обоснованию меро-

приятий по управлению режимом подземных вод и обеспечению эколо-

гической безопасности», которые введены в действие Министерством

топлива и энергетики России в 1997 г.

Указанный документ содержит требования к комплексной оценке гид-

рогеологических условий затопления отдельно расположенных шахт, их

групп и шахт, соседствующих с эксплуатируемыми, а также к основной

информации, обеспечивающей достоверность такой оценки.

Излив шахтных вод на земную поверхность и подтопление террито-

рий происходят вследствие выравнивания уровня воды в выработанном

пространстве шахты и возникновения дополнительного подпора шахтных

вод на отдельных пониженных участках земной поверхности, превыша-

ющего естественные уровни подземных вод. В некоторых случаях при-

ходится прибегать к переселению людей. В частности, при затоплении

шахты «Пионерка» в Кузнецком бассейне оказались подтоплены жилые

дома г. Белово, расположенные в пойме реки Бачат. Проектом ликви-

дации шахты предусмотрено переселение людей из подтопленных квар-

талов.

Отмечаются случаи подтопления промышленных объектов. Так, при

затоплении шахты им. Орджоникидзе в Кузбассе возникла опасность под-

топления территории Кузнецкого металлургического комбината.

Серьезная угроза подтопления городских территорий появляется при

массовом закрытии шахт в Донбассе.

Наибольшие проблемы возникают при закрытии групп шахт, гид-

равлически связанных между собой. Это может приводить к изливу

шахтных вод на поверхность с дебитом до нескольких сотен кубических

метров в час (Донецкий и Кизеловский бассейны). Наличие гидравли-

ческой связи между шахтами приводит также и к возможности наиболь-

шего загрязнения поверхностных вод из-за излива на поверхность шахт-

ных вод глубоких горизонтов

На шахтах Донбасса, характеризующегося засушливым климатом и

ограниченными водными ресурсами, высокое загрязнение шахтных вод

с минерализацией до 6 г/л исключает возможность прямого сброса зна-

чительного их объема в речную сеть без предварительной очистки.

С целью получения оптимальных решений по охране подземных и по-

верхностных вод при ликвидации угледобывающих предприятий и оценки

ее экологической эффективности в проектной документации на закрытие

должны быть отражены следующие вопросы:

существующее (на момент ликвидации) состояние очистки и уровень

загрязнения всех категорий сточных вод;

прогноз гидрогеологического водного баланса;

обоснованные проектные решения по всем категориям сточных вод;

мероприятия по защите подземных вод от загрязнения;

мероприятия по оздоровлению поверхностных водоемов-приемников;

технологические решения по основным водоочистным сооружениям

и оборудованию;

ожидаемый уровень загрязнения сточных вод после закрытия пред-

приятия с учетом водоохранных мероприятий;

система контроля водоохранных мероприятий и гидрогеологического

режима;

технико-экономические характеристики водоохранных мероприятий

(затраты, предотвращенный ущерб и т.д.).

2.5.3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Массовое закрытие шахт в некоторых угольных бассейнах страны, по-

мимо социальных проблем, выдвинуло на повестку дня необходимость

решения ряда экологических вопросов. Одним из важнейших среди них

является обеспечение экологической безопасности водоносных горизон-

тов. При закрытии и ликвидации шахт возникает опасность загрязнения

подземных вод за счет контакта их с шахтными водами в пределах пло-

щади отработки шахтных полей. При этом могут быть загрязнены и вы-

ведены из строя близлежащие источники хозяйственно-питьевого водо-

снабжения.

Проблема защиты подземных вод от загрязнения при ликвидации шахт

для своего положительного решения в целом требует прежде всего про-

ведения широкого круга гидрогеологических исследований, включая про-

ведение режимных наблюдений за подземными и шахтными водами, раз-

работку методов гидродинамического и гидрохимического прогнозирова-

ния экологического состояния подземных вод в период ликвидации шахт,

составление и корректировку гидрогеологических прогнозов, разработку

специальных проектов водозащитных мероприятий.

Следует отметить, что в последние годы в отрасли усилилось внимание

к вопросу влияния ликвидированных шахт на подземные водоносные го-

ризонты. Утверждены «Методические указания по оценке гидрогеологи-

ческих условий ликвидации шахт, обоснованию мероприятий по управ-

лению режимом подземных вод и обеспечению экологической безопас-

ности». Переработаны и значительно расширены разделы ТЭО и про-

ектов, касающиеся охраны водных ресурсов при ликвидации шахт, что

отражено в новом «Эталоне проекта ликвидации шахты (разреза)». Все

это положительно сказалось на качестве и полноте проектных решений

по ликвидации последствий вредного влияния горных работ, в том числе

НА разделе по охране подземных и поверхностных вод от загрязнения и

истощения. Появился отдельный раздел по организации мониторинга за

влиянием ликвидируемой шахты на природную среду в период стабили-

зации гидродинамического режима.