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

Подождите немного. Документ загружается.

ного постоянно действующего координационного органа по проблемам

освоения техногенного подземного пространства и собственно Кадастра

техногенного подземного пространства, в котором заинтересованные по-

тенциальные потребители могли бы оценить качество предлагаемого им

товара — подземного пространства; полное отсутствие маркетинговой

деятельности на рынке ресурсов); законодательные (отсутствует меха-

низм определения границ горного отвода под повторное использование

выработанного пространства, нет в данном случае и установленной платы

за аренду и пользование недрами и др.); научные (отсутствие долгосроч-

ной государственной научно-технической программы комплексного ис-

пользования подземного пространства и подземного строительства); про-

ектные и технологические (отсутствует нормативная база проектирова-

ния повторного использования горных выработок угольных шахт, а также

технологические решения по их переоборудованию для использования в

новом функциональном качестве).

Основным же является фактор экономический: в стране в настоящее

время отсутствует рынок подземного пространства и, следовательно, нет

организаций и физических лиц, заинтересованных в инвестировании

средств в его развитие и переоборудование.

Анализируя опыт повторного использования подземных сооружений

в отечественной и мировой практике, их новое функциональное назна-

чение можно классифицировать по шести основным направлениям: энер-

гетика, промышленность, экология, социальная сфера, аграрный сектор

и гражданская оборона. При этом надо отметить, что повторное исполь-

зование подземных сооружений в любом новом функциональном качестве

благоприятно сказывается на экологической обстановке (освобождение

и рекультивация земель, отсутствие вредного влияния на окружающую

природную среду и др.).

Таким образом, на наш взгляд, складывается парадоксальная ситуа-

ция, когда, с одной стороны, у государства уже имеются значительные

объемы неиспользуемых подземных пространств, а с другой стороны —

миллиарды тонн промышленных, аграрных и бытовых отходов, которые

на поверхности наносят непоправимый экологический ущерб, близкий

к катастрофе для некоторых регионов. Представляется, что основным

направлением повторного использования подземного пространства

должно быть складирование отходов различной этиологии, в том числе

и подлежащих вторичной переработке, а также для целей гражданской

обороны.

Проектирование строительства и повторного использования подзем-

ного сооружения должно основываться на том, что любое подземное со-

оружение, независимо от своего первоначального функционального на-

значения, рассматривается как один из составляющих элементов слож-

ной природно-технической геосистемы, первым элементом которой яв-

ляется окружающий подземные сооружения породный массив. В период

строительства, эксплуатации и повторного использования подземных со-

оружений на их взаимодействие с породным массивом существенное вли-

я н и е оказывает технология строительства, которая является вторым

эле-

ментом системы. Причем технология строительства во многом опреде-

ляет характер взаимодействия окружающего породного массива и под-

земного сооружения на период всего его жизненного цикла. Третьим эле-

ментом

системы, собственно, предназначенным для практического ис-

пользования, является образующееся в результате взаимодействия пер-

в ы х двух элементов само подземное сооружение.

Технология строительства, эксплуатации, реконструкции и повторно-

го использования подземных сооружений должна базироваться на уп-

равляемых технологических процессах, позволяющих гибко реагировать

на изменение техногенных, антропогенных и экологических факторов.

В настоящее время проектирование строительства подземного соору-

жения осуществляется для каждого конкретного случая индивидуально,

в соответствии с его основным функциональным назначением, эксплуа-

тационными параметрами и характеристиками вмещающего породного

массива. При этом не рассматривается возможность использования про-

ектируемых объектов в новом функциональном качестве в будущем. Про-

ектирование же любых подземных сооружений должно включать в себя

возможность их повторного использования в новом функциональном ка-

честве. Для вновь проектируемых горно-добывающих предприятий это

должно закладываться на стадии проекта строительства горного пред-

приятия, для эксплуатируемых горно-добывающих предприятий — на

стад ии разработки ежегодных планов развития горных работ, для лик-

видируемых шахт — на стадии технико-экономического обоснования их

закрытия. В общем случае проектирование может осуществляться по

двум основным вариантам. Первый вариант предполагает проектирова-

ние строительства подземных сооружений для добычи полезных ископа-

емых с учетом только основного функционального назначения. Проек-

тирование же повторного использования подземного сооружения выпол-

няется уже на последующих стадиях его существования, начиная со стро-

ительства, эксплуатации и заканчивая консервацией.

Второй вариант предполагает проектирование строительства подзем-

ных сооружений для добычи полезных ископаемых уже с учетом повтор-

ного использования. В обоих вариантах необходимым элементом явля-

ется мониторинг состояния подземного сооружения в процессе стро-

ительства и эксплуатации, позволяющий использовать управляемые тех-

нологические процессы путем оперативного регулирования их входящих

и выходящих параметров.

Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Так, пер-

вый вариант требует меньших затрат на проектирование и значительно

меньших капитальных затрат на строительство подземных сооружений.

ПОМИМО этого, в процессе строительства поступает дополнительная гео-

логическая информация о вмещающем подземное сооружение породном

массиве, что повышает достоверность проектирования повторного ис-

пользования техногенного подземного пространства. Имеющийся при

этом резерв времени позволяет без ущерба принять решение о переори-

ентации нового функционального назначения подземного сооружения при

повторном использовании с учетом постоянно изменяющейся экономи-

ческой, социальной и экологической обстановки.

Однако при первом варианте резко возрастают затраты на переобо-

рудование подземного сооружения для его повторного использования.

В общем случае выбор того или иного варианта проектирования опре-

деляется технико-экономическими показателями каждого конкретного

подземного сооружения за весь срок его существования.

Учитывая сложившуюся ставку кредитования в мировой практике и

в России, вложение капитальных затрат имеет смысл при их отдаче в

течение 2—3 лет в России и 8—10 лет в мире. Поэтому капитальные

горные выработки с большим первоначальным сроком службы целесо-

образно проектировать для повторного использования по первому вари-

анту. По части этого варианта для повторного использования необходимо

проектировать и уже существующие горные выработки.

Второй вариант является более предпочтительным для горных выра-

боток, имеющих небольшой срок службы (очистные и подготовительные)

и ежегодно погашаемых.

Исходя из существующего положения в угольной промышленности

России, реструктуризация шахтного фонда должна основываться не толь-

ко на ликвидации и закрытии шахт, но и на их переориентации и функ-

ционировании в новом функциональном качестве за счет повторного ис-

пользования имеющегося георесурса — сети подготовительных, очист-

ных и капитальных горных выработок.

Первоочередные задачи проектирования и практические меры должны

касаться повторного использования техногенного подземного простран-

ства по размещению в нем породных потоков рудников, шахт, карьеров,

отходов обогатительных фабрик, ТЭЦ и других экологически вредных

производств. Для этих целей при соответствующем обосновании возмож-

но даже использование горных выработок, находящихся в сложных

горно-геологических условиях, так как размещение этих отходов не тре-

бует дальнейшего постоянного присутствия там людей и не оказывает

вредного влияния на окружающую геологическую среду [32].

Разработанные к настоящему времени технико-экономические обо

снования закрытия неперспективных угольных шахт России предусмат-

ривают только частичное использование зданий и сооружений на про-

мплощадке и полную потерю всего подземного комплекса горных выра-

боток, подлежащего затоплению после извлечения оборудования, крепи,

кабелей и т.п. Последующая реализация извлеченного оборудования и

материалов затруднена вследствие их изношенности.

Следовательно, нужно признать, что при ликвидации угольной шах-

ты большая часть ее основных производственных фондов не использу-

ется, и оставленные запасы, в том числе вскрытые и подготовленные,

практически не подлежат эксплуатации на базе традиционных техноло-

гий [34].

В связи с этим ликвидация шахты требует значительных средств не

только на работы по собственно закрытию предприятия, сколько на за-

траты по трудоустройству и переквалификации высвобождаемых трудя-

щихся, на выдачу единовременных пособий при расчете пенсионеров, на

создание новых рабочих мест, социальную защиту и пр. (до 85% от всех

средств на ликвидацию шахты).

Эти условия повышают интерес к рациональному использованию под-

земн ого пространства, позволяющему экономически выгодно ввести в

работу значительный объем выработок при перепрофилизации шахты с

поддержанием основных элементов ее горного хозяйства и созданием

новых рабочих мест без переквалификации трудящихся. При этом долж-

ны решаться вопросы обеспечения теплом и электроэнергией населенных

пунктов, закрываемые шахты в которых были градообразующими, а после

закрытия не имеющих альтернативных источников твердого топлива.

Подземное пространство закрываемых шахт могло бы использоваться

в следующих направлениях:

1. Размещение в горных выработках шахтной породы из отвалов, про-

дуктов углеобогащения и других нетоксичных промышленных отходов.

2. Использование капитальных выработок под теплицы, склады,

нужды гражданской обороны.

3. Размещение в шахте твердых бытовых отходов.

Оставление в шахте породы без выдачи ее на поверхность, а также

ликвидация старых отвалов имеют полувековую историю. Указанными

вопросами занимались различные научные коллективы, в том числе и

MГГУ.

Однако условия работы угольной отрасли не способствовали на тех

этапах широкому внедрению разработок по оставлению породы в шахте,

несмотря на достаточно большое количество технических предложений,

внедренных в Донбассе и других регионах.

Главные преимущества оставления породы в шахте связаны с дейст-

вующей, а не закрываемой шахтой. Необходимость ликвидации породных

отвалов еще не назрела в должной степени, и сейчас невозможно найти

потребителя, готового инвестировать такие работы.

Имеющийся небольшой опыт использования подземного пространст-

ва шахт под теплицы, склады и т.п. является отрицательным даже для

действующих шахт. Для этих целей использовались выработки и камеры

околоствольных дворов отработанных горизонтов, имеющих весьма

ограниченную кубатуру, но требующих функционирования служб подъема,

транспорта, вентиляции, водоотлива, что приводило к неэффективным

затратам.

Наиболее интересным является третье направление, отвечающее

максимальным требованиям к рациональному использованию

подземного

пространства закрываемых угольных шахт.

Твердые бытовые отходы (ТБО) во всем мире требуют для их разме-

щения громадных площадей при их складировании на полигонах и свал-

ках. Поэтому в развитых странах давно уже переходят на термическую

переработку ТБО на мусоросжигательных заводах или путем пиролиза.

В Дании, например, на МСЗ сжигают 80% ТБО, в Японии — 72%, в

Швейцарии — 100%, в России же — только 4% сжигается и 1 % ком-

постируется.

Термическое обезвреживание ТБО приводит к уменьшению объема

отходов, к полному удалению органики, уничтожению патогенной мик-

рофлоры. Однако при сжигании отходов образуется 30% шлаков и около

5% зольного остатка, требующих для своего размещения тех же поли-

гонов. Мелкофракционные шлаки от термического обезвреживания ТБО

аналогичны по своим свойствам мелкокусковым шахтным породам, что

позволяет использовать существующее транспортное и закладочное обо-

рудование для их размещения в подземном пространстве.

Размещение в подземном пространстве непереработанных ТБО ис-

ключается не только с санитарно-гигиенических позиций, но и по тех-

нологическим причинам, так как подъемно-транспортное шахтное обо-

рудование не предназначено для перемещения влажных неотсортирован-

ных материалов.

Производительность термопечи в 100 т ТБО в сутки обеспечивает

полную ликвидацию отходов, накапливаемых жителями населенных пунк-

тов совместно с их инфраструктурой (рынки, больницы, учреждения

и др.) общей численностью 150 тыс. чел.

Изучение ситуации вокруг закрываемых шахт в Подмосковном бас-

сейне и Восточном Донбассе показало, что в радиусе до 30 км от закры-

ваемых шахт имеющееся количество ТБО превышает принятую произ-

водительность.

На первом этапе работы для сжигания ТБО могут быть использованы

шахтные котельные. Поверхностный комплекс шахты переоборудуется

для приема ТБО, принимаются технические решения по использованию

и минимально необходимому переоборудованию транспортных и венти-

ляционных сетей и работе водоотлива.

Преимуществами данной технологии является возможность утилиза-

ции тепла и в перспективе — выработки электроэнергии, а при сложных

отечественных установках — рекуперации металлов или их сплавов из

сжигаемых ТБО.

Увеличение производительности сжигания ТБО вступает в противо-

речие с ограниченными объемами подземного пространства. Исследова-

ния показали, что объем подземного пространства закрывающейся шахты

для европейских регионов колеблется от 100 до 800 тыс. м

, и это об-

стоятельство ограничивает срок работы шахты как коммунального пред-

приятия до 5—10 лет. Для устранения этого недостатка в МГГУ разра-

ботана технология выемки целиков между капитальными горными вы-

работками бурошнековым способом, что позволяет увеличить срок pа-

БОТЫ предприятия на порядок. Закладка скважины мелкофракционными

шлаками от переработки ТБО производится теми же бурошнековыми

установками. В то же время ограниченная добыча угля при погашении

целиков позволяет использовать часть оставленных запасов и обеспечить

топливом мусоросжигательную установку.

Экологическая оценка предлагаемой технологии показывает, что

шлаки и зола мусоросжигательных заводов относятся к минимальному

классу по токсичности и без ограничения складируются на обычных го-

родских полигонах (свалках).

При экономической оценке, выполненной для условий шахты им.

С М . Кирова АО «Ростовуголь», рассматривались три технологические

схемы: вариант I — включает прием, термическую переработку твердых

отходов, утилизацию и реализацию тепловой, электрической энергии, ме-

таллов и последующее размещение в горных выработках твердых про-

дуктов сжигания отходов; вариант II — включает прием, термическую

обработку твердых отходов, утилизацию только тепловой энергии и раз-

мещение твердых продуктов сжигания в горных выработках; вариант

III— только прием и размещение твердых продуктов сжигания отходов

сторонних организаций.

Анализ результатов, полученных при сравнении трех вариантов, по-

казал, что использование горных выработок для размещения твердых от-

ходов по варианту I наиболее эффективно. Во II варианте только при

рекуперации тепловой энергии эффективность снижается, но остается

на приемлемом уровне. Если утилизация и рекуперация полезных ком-

понентов не осуществляются, то при существующих тарифах использо-

вание горных выработок для размещения твердых отходов с термической

обработкой становится убыточным (вариант III).

Переход закрывающейся шахты на складирование мелкофракционных

шлаков в ее подземном пространстве приводит к оставлению около 100

рабочих мест с сохранением имеющейся квалификации персонала и до

200-250 рабочих мест на поверхности при развитии стройцеха по изго-

товлению шлаков для дорожных покрытий и других материалов.

Такой подход в значительной степени решает задачи использования

оставленных запасов, основных фондов шахты, трудоустройства персо-

нала закрываемых шахт, повышения экологической чистоты шахтерских

регионов и, по нашему мнению, должен в обязательном порядке прора-

батываться при составлении ТЭО на закрытие шахт [34].

Экологические проблемы, возникающие при закрытии угледобываю-

щих предприятий в различных угольных регионах страны, наряду с об-

щими чертами имеют свои характерные особенности. В этом отношении

представляет интерес рассмотрение экологических проблем, наметив-

шихся при ликвидации, начиная с 1995 г., пяти нерентабельных шахт

Восточного Донбасса (им. Артема, им. Красина, «Глубокая», «Наклон-

ная», «Мирная»), расположенных в районе г. Шахты. В процессе экс-

плуатации эти шахты ежегодно выбрасывали в атмосферу загрязняющие

вещества, сбрасывали в природные водоемы шахтные воды, изымали из

землепользования и нарушали земельные угодья. За период деятельности

шахт извлечено из недр в общей сложности 159,9 млн т угля, 111,9 млн т

породы. Протяженность подземных выработок составляет 195 км, сум-

марный объем подземных пустот — 64,72 млн м

. Шахтные поля лик-

видируемых шахт находятся по соседству и соединены с шахтными полями

ранее закрытых и продолжающих действовать шахт. Выработанные про-

странства закрываемых шахт сообщаются с земной поверхностью не-

сколькими десятками вертикальных и наклонных стволов, шурфов, раз-

ведочных и других скважин. За период эксплуатации этими шахтами сбро-

шено в речки Грушевка и Кадановка 4,8 млрд м

шахтных вод, загряз-

ненных минеральными солями, тяжелыми металлами и другими вредными

веществами; выброшено в атмосферу 298,7 тыс. т загрязняющих ве-

ществ, размещено в породных отвалах 80 млн м

породы, выведено из

хозяйственного обращения 139,3 га плодородных земель.

Негативные экологические последствия, накопившиеся за долгие

годы, сохраняются и продолжают действовать. Затопление шахт сопро-

вождается поднятием уровня подземных вод и грозит подтоплением по-

селкам Поповка, им.Фрунзе, ТОО «Артемово», хутора Красный и при-

легающей к руслу реки Грушевка территории. В зону возможного затоп-

ления водами шахты «Глубокая» попадают шесть породных отвалов, при-

русловая часть реки Кадановка, часть поселков Даниловка и Сидоровка.

Возрастают водопритоки на соседних шахтах «Южная», «Аютинская».

Поднятие уровня грунтовых вод может отрицательно повлиять на фун-

даменты зданий, сооружений, инженерные коммуникации. Ежегодно на

дневную поверхность по природным и техногенным каналам в течение

четырех-пяти лет будет поступать более 10 млн м

загрязненного шахт-

ного воздуха. После закрытия шахт и ликвидации подземных выработок

возможны осадка подработанного массива горных пород и сдвижения по-

верхности.

Таким образом, с прекращением добычи, закрытием и затоплением

угольных шахт экологическая опасность сохраняется, ранее нанесен-

ный природной среде ущерб не исчезает и не возмещается, появляются

и могут возникнуть в будущем новые источники опасности для окружаю-

щей природной среды и населения в зоне их активного влияния. Пред-

усмотренные в ТЭО (проектах) закрытия шахт природоохранные

мероприятия не учитывают всех источников загрязнения, нарушения и фак-

торов негативного влияния на окружающую природную среду, не вы-

полняются в полном объеме в установленные сроки. Не разработана

программа проведения комплексного экологического мониторинга тер-

ритории, находящейся под совокупным влиянием всех закрываемых

шахт. Не решены организационные вопросы, касающиеся осуществле-

ния природоохранных мероприятий, контроля за их эффективностью,

прогнозирования, локализации и ликвидации возможных аварийных си-

туаций и др.

He вызывает сомнения то, что все упомянутые выше вопросы эко-

логической безопасности представляются чрезвычайно важными, долж-

ны рассматриваться и решаться совместными усилиями органов

исполн и т е л ь ной власти, природоохранных органов, ликвидирующих

комиссий, ГУРШа и Минтопэнерго России в рамках единого действенного

механизма управления ходом реализации программы реструктуризации

угольной промышленности.

Анализ имеющихся результатов реструктуризации отрасли и основные

показатели техногенного воздействия на окружающую природную среду

угледобывающих предприятий, закрываемых в период 1994 — 2000 гг.

(таб л. 30), убеждают в том, что ликвидация убыточных и

нерентабельных шахт и разрезов с осуществлением необходимых

природоохранных мероприятий не решает всех экологических проблем

угледобывающих регионов и отрасли в целом.

Это связано с тем, что основная антропогенная нагрузка на

окружающую природную среду приходится на перспективные и вновь

строящиеся предприятия. Поэтому совершенствованию

природоохранной деятельности в отрасли и впредь необходимо

уделять самое серьезное внимание.

2.6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.6.1. ОБЪЕКТЫ И ПАРАМЕТРЫ КОНТРОЛЯ

В общем комплексе мероприятий по охране природы важное значение

в угольной промышленности придается контролю качества окружающей

среды и вопросам его совершенствования. Это обусловлено тем, что эф-

фективность природоохранной деятельности в рамках отдельного пред-

приятия и отрасли в целом во многом зависит от уровня метрологического

обеспечения технологических процессов производства и систем их кон-

троля. Это относится не только к количеству контролируемых показате-

лей, но и к номенклатуре применяемых средств и методов измерений

параметров окружающей среды.

В настоящее время метрологическое обеспечение в угольной про-

мышленности охватывает все виды природоохранных работ и ведется в

следующих направлениях: унификация и стандартизация методов изме-

рения и поверки средств измерения; оснащение предприятий и органи-

заций отрасли средствами измерения; разработка и выпуск новых средств

измерения и методов их поверки; организация ремонта, профилактики и

поверки средств измерения; организация учебы и повышение квалифи-

кации работников метрологической службы на предприятиях [ 1 ].

В качестве основных измеряемых параметров, характеризующих тех-

нологические процессы природоохранных работ, приняты следующие:

для производственных сточных вод — содержание взвешенных ве-

ществ, минеральных солей, нефтепродуктов, фенолов, микроэлементов

и величина рН;

для промышленных выбросов в атмосферу — содержание пыли, ди-

оксида серы, оксидов азота, оксида углерода, а также влажность, тем-

пература, скорость, расход и давление выбрасываемого воздуха;

для рекультивируемых земель — рН почвы, содержание минеральных

веществ, гумуса, а также влажность, влагоемкость, гигроскопичность и

механический состав почв;

для утилизируемых твердых отходов производства — зольность,

влажность, содержание колчеданной и сульфатной серы, углерода, ор-

ганических веществ, минералогический состав и др.

Полученные сведения и результаты измерений используются при

оценке качества и эффективности природоохранных работ и для статис-

тической отчетности при заполнении форм Госкомстата России — 2-тп

(водхоз), 2-тп (воздух) и 2-тп (рекультивация). Результаты контроля слу-

жат также основанием для принятия оперативных решений и планиро-

вания мероприятий по улучшению природоохранной деятельности с уче-

том реальной экологической обстановки.

Для улучшения метрологического обеспечения природоохранных

работ, осуществляемых в угольной промышленности, создана и функци-

онирует базовая лаборатория по метрологии в МНИИЭКО ТЭК и ве-

дутся целенаправленные работы по реализация комплексной программы

по метрологическому обеспечению природоохранных мероприятий. Про-

граммой работ предусматриваются: метрологическая экспертиза основ-

ных научно-технических документов, действующих в отрасли; составле-

ние каталога средств контроля и измерений для природоохранных работ;

создание и освоение производства новых приборов и оборудования для

оперативного контроля приоритетных загрязняющих веществ; создание

банка данных качественного состава шахтных вод.

В 1993 г. МНИИЭКО ТЭК разработано и утверждено в установ-

ленном порядке «Положение по организации контроля за загрязнени-

ем атмосферы на предприятиях угольной промышленности», которое

действует до настоящего времени и оказывает практическую помощь

специалистам предприятий в организации, техническом оснащении и

методическом обеспечении контроля за выбросами загрязняющих ве-

ществ.

Для выработки и реализации эффективных мер по предупреждению

и устранению эколого-экономических ущербов природоохранные подраз-

деления предприятий должны быть укомплектованы приборами и сред-

ствами контроля, удовлетворительными по точности измерений и доступ-

ными по стоимости.

2.6.2. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Применяемые в угольной промышленности методы и технические сред-

ства измерения параметров окружающей среды отличаются большим

разнообразием. Для этого в большинстве случаев используются хими-

ческие методы анализа (гравиметрия, титраметрия, колориметрия, по-

тенциометрия и др.), которые в стационарных условиях обеспечивают

высокую точность измерения, но отличаются большой сложностью и тру-

доемкостью.

В последние годы на предприятиях угольной промышленности наме-

тилась тенденция к переходу на инструментальные методы контроля.

В качестве технических средств измерения в лабораторных и производ-

ственных условиях используется около 40 различных типов приборов и

оборудования, важнейшими из которых являются:

гидрохимическая лаборатория 2ХЛ-66 для проведения физико-хими-

ческого анализа состава природных и сточных вод производительностью

1000 анализов в год (обслуживают 6 чел., площадь 162 м

);

комплексная лаборатория типа ЛАВ-1 для определения качества пи-

тьевой воды и воды водоемов, состава и свойств сточных вод и содер-

жания в них вредных примесей производительностью 5000 проб в год

(обслуживают 6 чел.);