Малышенко В.С., Каплунов Ю.В., Красавин А.П., Харионовский А.А. Совершенствование природоохранных работ в угольной промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

Для рекультивации хвостохранилищ институтом НИИКМА (г. Губкин)

предложена технология, основанная на формировании геохимического

барьера из кальцийсодержащих пород необходимой мощности, который

поглощает всю влагу атмосферных осадков и одновременно препятствует

поступлению тяжелых металлов из хвостохранилища в рекультивационный

слой и высаживаемые культуры.

Институтом ВНИИОСуголь с целью сокращения затрат на техническом этапе

рекультивации разработан и проверен в промышленных условиях способ

первичной планировки гребневидных породных отвалов с использованием

энергии взрыва. Сущность способа заключается в том, что породы с верхней

части отвала транспортируются в межгребневое пространство энергией

взрыва, с целью получения поверхности, обеспечивающей возможность

проведения последующих этапов рекультивации.

Для подготовки участка к взрыву необходимо выполнить подготовительные

работы, заключающиеся в формировании заездов на отвалы и рабочей

площадки под буровую технику и зарядно-доставочные машины.

Формирование рабочей площадки производится бульдозером Д-572 или ДЗ-

34С вдоль гребня отвала на всю его длину.

Для производства взрыва используются вертикальные скважинные заряды,

преимуществом которых являются как простота подготовки взрывов в

сложных горнотехнических условиях, высокая степень механизации

подготовительных работ, так и эффективность их экскавационного действия.

В качестве бурового оборудования рекомендуется применять самоходные

буровые установки с автономным приводом, что позволит проводить буровые

работы на отвалах, удаленных от развернутой сети ЛЭП и не имеющих

качественных подъездных путей. При выборе бурового органа необходимо

учитывать возможность попадания крупных твердых включений в отвальных

породах, что резко увеличивает время бурения шнеком (самый дешевый

способ бурения). Диаметр взрывных скважин должен быть не менее 200÷300

мм, в противном случае резко возрастают объемы, а следовательно, и затраты

на бурение.

В качестве ВВ возможно применение простейших их видов, применяемых в

промышленности: граммонитов, гранулитов и игданитов, обладающих

наилучшими метательными свойствами и наименьшей стоимостью. В

результате взрыва получается поверхность, которая доводится бульдозером

до проектного уровня. Причем объем бульдозерных работ не больше, чем

после экскаваторной планировки.

Преимущество взрывного метода первичной планировки перед механическим

наиболее полно проявляется при рекультивации одиночных отвалов, участков

отвалов, удаленных от ЛЭП и подъездных дорог, при ограниченности

экскаваторного парка на разрезах, а также при работах по планировке в

зимний период, что имеет существенное значение для угледобывающих

предприятий Сибири и Дальнего Востока. По данным экспериментальных

взрывов удельный расход ВВ для перемещения 1 м

породы составил 0,75 кг,

себестоимость планировки - 24 коп., что на 5 коп. превышает себестоимость

экскаваторного способа. Однако снижение капиталоемкости

рекультивационных работ при применении энергии взрыва, возможность

увеличения темпов выполнения первичной планировки и круглогодичного

ведения работ, скорейший возврат земель в народнохозяйственный оборот

определяют конкурентоспособность взрывной технологии первичной

планировки по сравнению с традиционными технологиями. Разработанная

технология первичной планировки может быть использована самостоятельно

или в сочетании с другими известными технологиями.

ТЕХНОЛОГИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

Важное значение имеют результаты работы в рамках биотехнологических

исследований по снижению трудоемкости биологического восстановления

нарушенных земель.

В институте ВНИИОСуголь разработан микробиологический способ

рекультивации, не имеющий аналога в мировой практике. Повышение

биологической активности рекультивируемых грунтов достигается сплошной

инокуляцией активной почвенной микрофлоры, способствующей мобилизации

потенциального плодородия субстрата, накоплению в нем органического

вещества и элементов питания в доступной для высших растений форме. В

отличие от традиционных приемов рекультивации при указанном способе

образование почвенного слоя происходит в 2—3 раза быстрее. Разработанная

технология ускоренной рекультивации земель с использованием почвенных

микроорганизмов защищена 11 авторскими свидетельствами и запатентована

в США, Канаде, Франции, Испании, Чехословакии, Германии, получено

решение о выдаче патента Италией. В настоящее время рассматривается

возможность внедрения способа в КНР.

Прогрессивными и экологически чистыми являются разработки специалистов

института ВНИИОСуголь и ПО «Средазуголь», а также КАТЭКнииуголь по

получению гуминовых кислот, комплексных органо-минеральных удобрений

для активизации биохимических процессов в почве, что открывает

широчайшую перспективу рекультивации земель, интенсификации

сельскохозяйственного производства при практически неограниченной

сырьевой базе, минимальных затратах и исключении применения химически

вредных веществ.

Перспективной представляется организация производства, специ-

ализирующегося на изготовлении оборудования, машин и механизмов для

широкого внедрения указанного способа и увеличения объемов ре-

культивационных работ.

Особый интерес представляют производственный опыт рекультивации

нарушенных земель, накопленный в Орджоникидзевском горно-

обогатительном комбинате, и технология рекультивации сульфидсодержащих

и засоленных пород в Западном Донбассе.

Орджоникидзевский ГОК имеет семь карьеров средней производительностью

40 млн. т горной массы в год, три обогатительных фабрики и производит 46%

выпускаемого в стране марганцевого концентрата. На вскрышных работах

занято 7 роторных комплексов производительностью 3—5 тыс. м

/ч и 32

шагающих экскаватора с ковшами вместимостью 6—25 м3. На карьерах

комбината складируется в бурты до 4 млн. м

чернозема в год.

Технический этап рекультивации совмещен с вскрышными работами.

Например, на Запорожском карьере при средней мощности вскрыши 65 м

основной уступ высотой до 40 м разделен на два подуступа. Нижний уступ

высотой 15—17 м отрабатывается по бестранспортной системе двумя

экскаваторами ЭШ-20/72, верхний уступ высотой 2—25 м отрабатывается по

транспортно-отвальной системе роторным комплексом, состоящим из

экскаватора APs-1500, перегружателя SchRs0/30+23 и отвалообразователя

ОШР-4500/180.

Верхний уступ высотой до 30 м отрабатывается роторным комплексом,

состоящим из экскаватора ЭРГ-1600, системы ленточных конвейеров общей

протяженностью 5000 м, компенсатора высоты и отвалообразователя.

Формирование внутренних отвалов осуществляется несколькими ярусами:

первый (нижний) ярус отвала, приуроченный к нижнему вскрышному уступу,

отсыпается по бестранспортной схеме. Известняк размещается в основании

отвала, что позволяет повысить устойчивость последнего и увеличить

результирующий угол откоса;

второй ярус отвала отсыпается по транспортно-отвальной схеме и

представлен в основном красно-бурыми суглинками и глинами;

третий ярус отвала отсыпается отвалообразователем, работающим в

сочетании с конвейерами, причем отвалообразователь работает только с

нижней отсыпкой, что дает возможность после отсыпки этого яруса иметь

спланированную поверхность внутренних отвалов. Породы этого яруса

представлены в основном желто-бурыми лессовидными суглинками,

создающими потенциально-плодородный слой.

Согласно техническим условиям, разработанным Украинским НИИ

почвоведения и агрохимии им. Соколовского, спланированная поверхность

отвалов покрывается лессовидными суглинками мощностью 1,5 м. На

спланированную поверхность потенциально-плодородного слоя укладывается

слой чернозема толщиной 0,5 м.

Чернозем, укладываемый в верхний ярус, предварительно снимается

экскаватором Э-2503 или скреперами впереди фронта вскрышных работ,

грузится роторным экскаватором и доставляется во внутренний отвал

конвейерами для временного складирования.

Укладка чернозема производится после стабилизации поверхности отвала

спустя 3—4 года. Из временного склада чернозем развозится по площади

отвалов технологическим автотранспортом с погрузкой экскаватором Э-2503

или скреперами. На карьере «Чкаловский-2» чернозем разбрасывается

экскаватором ЭШ-6/45. Планировка черноземного слоя осуществляется

бульдозерами.

Годовая подвижка фронта вскрышных и добычных работ составляла 160—200

м. При длине фронта горных работ по вскрыше 1700— 2400 м годовые

площади отработки равны примерно 40—45 га. В проекте предусмотрена

двойная планировки отвала: первичная — после трехлетней усадки отвалов и

чистовая — после нанесения чернозема на спланированную поверхность.

Для проведения работ по рекультивации нарушенных земель на комбинате

создано хозрасчетное специализированное подразделение с числом

работающих 220 человек, из которых 25 инженерно-технические работники.

Подразделение имеет свою производственную базу, укомплектовано

необходимыми машинами и механизмами и выполняет весь комплекс работ по

горнотехнической и биологической рекультивации, начиная со снятия

плодородного слоя почвы до покрытия им спланированных отвалов и

передачи восстановленных земель хозяйствам.

Многолетние исследования и опытные работы Украинского НИИ почвоведения

и агрохимии и Днепропетровского сельскохозяйственного института

показали, что нарушенные земли, восстановленные с соблюдением всех

требований технической и биологической рекультивации, могут быть

использованы в сельскохозяйственном производстве для выращивания всех

сельскохозяйственных культур и обеспечивать урожайность не ниже, чем на

старопахотных землях.

При озеленении откосов без их предварительной подготовки получили

развитие способы посева и гидропосева многолетних трав с применением и

без применения мульчирующих и связующих материалов. Особый интерес

представляет техническое решение по гидропосеву без использования

специального мульчирующего вещества (а.с. 704501). Сущность его

заключается в использовании в качестве пленкообразующего и

мульчирующего вещества отходов целлюлозно-бумажной промышленности,

которые, растворяясь в воде, образуют коллоидный раствор.

Институт НИИКМА предлагает также: способ рекультивации отвалов (а.с.

1466036), включающий подготовку откоса, гидропосев и заделку семян в

грунт. Базовой машиной для гидропосева является МК-14 с обрабатывающим

(рыхлящим) оборудованием, при помощи которого готовится откос и

заделываются семена;

- устройство для поверхностной обработки крутых откосов (а.с. 1471335),

которое позволяет обрабатывать землю на откосах до 45°. Устройство в

комплексе с сеялкой обеспечивает бороздование откоса и посев трав;

- сеялку (а.с. 1429968), снабженную шнековыми двигателями с реверсивным

приводом, попарно расположенными с каждой стороны Наличие четырех

двигателей обеспечивает перемещение сеялки как вдоль, так и поперек

склона. Борозды нарезаются сошниками, закрепленными на цепи, а семена

синхронно движению попадают в борозды и заделываются в грунт;

- способ рекультивации откосов (а.с. 1016512), сущность которого состоит в

том, что террасы с предохранительными бермами и водозадерживающим

валом у верхней бровки откоса формируют клиновидными заходками

диагонально по отношению к бровке откоса с повторением рельефа

последнего. При рекультивации двух смежных откосов наклонные террасы

проходят в противоположном направлении по отношению к предыдущему.

Угол наклона террасы меньше угла рекультивируемого откоса. Нарезка

террас шириной 3—5 м производится бульдозером возвратно-

поступательными движениями. Шаг террасы равен половине ее длины

(проекции). Способ позволяет уменьшить удельный объем начальных работ по

нарезке наклонных террас в 15— 20 раз по сравнению с нарезкой

горизонтальных террас.

Для повышения эффективности работ по закреплению откосов сеянцами

древесно-кустарниковых культур по обычной технологии предлагаются

откосы, покрытые суглинком для предотвращения самовозгорания или для

озеленения, дополнительно покрывать слоем породы мощностью 0,1—0,3 м,

что позволяет существенно повысить приживаемость сеянцев и уменьшить

эрозионные процессы.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА УСКОРЕННОГО ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, СОЗДАНИЯ

БЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

ЗЕМЕЛЬ

Научные изыскания в области биологической рекультивации направлены в

основном на совершенствование методов и технических приемов,

обеспечивающих ускоренное восстановление биологической ценности

нарушенных земель. Основные направления поисковых и экспериментальных

работ следующие:

изучение агрохимических и агрофизических свойств вскрышных Пород и

отвальных грунтов в основных угольных бассейнах;

исследование физико-химических и микробиологических процессов в

грунтосмесях отвалов, происходящих в процессе рекультивации;

изыскание органических и неорганических материалов и активизирующих

реагентов и разработка почвоулучшающих севооборотов с целью создания

искусственных почвогрунтов на породных отвалах, исключающих применение

природных почв и потенциально плодородных грунтов для целей

рекультивации;

создание опытных участков для проверки разработанных рекомендаций.

Наряду с традиционными приемами биологической рекультивации,

базирующихся на нанесении плодородного слоя почвы на восстанавливаемую

поверхность, в настоящее время приобретает большое значение разработка

новых методов беспочвенного восстановления плодородия нарушенных

земель. Установлено, что при внесении в ре-культивируемые грунты

некоторых видов микроорганизмов значительно интенсифицируются

почвообразовательные процессы, способствующие накоплению в них

органического вещества и элементов питания в доступной для растений

форме. Это позволило разработать принципиально новую технологию

ускоренной рекультивации нарушенных земель, которая успешно

применяется в ряде угольных регионов страны.

Сущность способа заключается в обработке спланированной поверхности

рекультивируемых земель активными штаммами почвенных микроорганизмов

в комплексе с биостимулирующими препаратами, что способствует

ускоренному накоплению в грунтах органического вещества, улучшению

агрохимических свойств и формированию устойчивого травостоя без

нанесения плодородного слоя почвы. Процесс восстановления плодородия

технологически простой и осуществлялся в течение одного-трех лет. Данный

способ запатентован в восьми странах и является предметом лицензионной

продажи.

В настоящее гремя в сельском хозяйстве используются техногенные почвы с

насыпным гумусным слоем, качество которого в значительной мере

определяется их продуктивностью. Но даже при высоком качестве

рекультивационных работ содержание гумуса в техногенной почве

уменьшается почти в три раза по сравнению с зональной почвой в результате

смешивания гумусного слоя с переходным горизонтом материнской породой.

Кроме того, при снятии гумусного слоя, его транспортировке, насыпке и

планировке происходит разрушение почвенного профиля, смешение

генетических горизонтов, что приводи к снижению содержания гумуса в

почве, иссушению и разрушению с структуры.

Украинским НИИ почвоведения и агрохимии проведены опытны работы по

окультуриванию лессовидных пород, образующих отвалы на буроугольных

разработках Кировоградской области. Исследования показали, что

выращивание многолетних трав является одним из наиболее важных приемов

превращения рекультивированных техногенных почв в культурные

сельскохозяйственные угодья.

Темпы накопления гумуса за семилетний период возделывания зерновых

культур и многолетних трав с периодической их запашкой составили от 0,03

до 0,10% в год, то есть на 1 га травы обеспечиваю образование от 1,5—2,0 до

3—4 т гумуса ежегодно. Урожай зерна озимой пшеницы после 3-летнего

возделывания люцерны составил 38,3 ц/га. Преимущество этого способа

состоит в том, что повышение содержания гумуса в техногенных почвах до

уровня зональных достигается без применения органических удобрений.

Способ эффективен во всех почвенно-климатических зонах страны.

Эффективным способом повышения биологической активности почвы,

накопления гумуса и элементов питания при рекультивации нарушенных

земель является внесение в почву осадка сточных вод Экспериментальная

проверка способа проводилась на отвалах пород при добыче бурого угля.

Как отмечалось, институтом ВНИИОСуголь разработана технология,

основанная на микробиологическом способе рекультивации промышленных

отвалов и предназначенная для ускоренного почвообразования главным

образом на породных отвалах угольных предприятий с целью их озеленения.

Способ заключается в том, что спланированные отвалы обрабатывают

хозяйственно-бытовым осадком, а затем — гуминовым препаратом,

содержащим культуру плесневого гриба Aspergillus. После этого проводят

вспашку и поверхность отвала засевают семенами многолетних трав (бобовых

и злаковых). Засеянную поверхность отвала инокулируют бактериальным

препаратом, содержащим культуру аммонифицирующих, и нитрифицирующих

бактерий, выделенных из отвалов и поэтому адаптированных к их условиям. А

во время всходов растений и в период их кущения производят инокуляцию

поверхности отвалов бактериальным препаратом, содержащим культуру

Azotobacter и фосфатрастворяющие бактерии.

Выделение бактерий, используемых для приготовления препаратов,

осуществляется из породы рекультивируемых отвалов по специально

разработанной методике, характеризующейся простотой, доступностью и

низкими материальными затратами. Для выращивания бактериальной

культуры используют специально созданную установку культивирования

микроорганизмов, позволяющую ежесуточно получать определенное

количество культуры, необходимой для обработки поверхности породного

отвала.

Уже во второй год происходит быстрый процесс почвообразования и на

поверхности отвала формируется дерновый слой 10—15 см. Высота растений

на рекультивируемых участках достигает 100—120 см, а количество биомассы

— 190 ц/га. Увеличивается количество бактерий, участвующих в

почвообразовании. Под влиянием метаболизма микроорганизмов улучшаются

агрохимические свойства породы. Водная рН повышается с 3,0 до 7,0 (на

кислых породах), а сумма обменных оснований — до 49,4 мг-экв/100 г.

Увеличение подвижных фосфора и калия, а также тенденция к накоплению

азота и гумуса свидетельствуют о возникновении важнейшего свойства

образующейся почвы — плодородия.

Кроме высеянных трав на рекультивируемых участках появляются и другие

растения, в том числе древесно-кустарниковые породы. Результаты

обследования рекультивированных участков показали, что из поселившихся

на отвале растений около 90% относится к многолетним видам и только

порядка 10% составляют одно- и двулетние виды.

В отличие от традиционных способов рекультивации, осуществляемых путем

нанесения на поверхность отвала природного гумусового слоя, снятого с

других плодородных участков, описываемый способ рекультивации

промышленных отвалов требует гораздо меньших затрат, а образование

почвенного слоя происходит в 2—3 раза быстрее. Таким образом, этот способ

значительно удешевляет и ускоряет проведение работ, направленных на

снижение отрицательного воздействия угольного производства на

окружающую природную среду.

Технология ускоренной рекультивации успешно прошла промышленные

испытания на предприятиях угольной промышленности в разных регионах

страны. Испытания показали положительные результаты по восстановлению

плодородия нарушенных земель, возможность эффективного использования

рекультивированных земель для выращивания ценных сельскохозяйственных

растений в качестве кормовых культур в подсобных хозяйствах предприятий.

Восстановленные земли могут быть также возвращены в сельское хозяйство.

Таким образом, возникает дополнительная возможность реализации

программы по обеспечению подсобных хозяйств кормовой базой.

По новой технологии на предприятиях отрасли рекультивировано 887,4 га

нарушенных земель. Хозрасчетный экономический эффект составил 1522,3

тыс. руб.

МЕХАНИЗАЦИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ РАБОТ

Рекультивационные работы состоят из комплекса горных, строительных,

мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других работ.

Для выполнения технологических процессов технического этапа обычно

используется основное технологическое оборудование горных предприятий,

строительные и мелиоративные машины. Для выполнения технологических

процессов биологического этапа применяются соответственно

сельскохозяйственная, лесохозяйственная и мелиоративная техника.

В СНГ разработано около 5 наименовании специализированных машин, но ни

одна из них не выпускается серийно. За последние годы парк машин общего

назначения, пригодных для выполнения рекультивационных работ, более чем

наполовину обновился. Однако для предприятий, занимающихся

рекультивационными работами, их выделяется недостаточно. Из разработок

последних лет предлагается к мелкосерийному выпуску и использованию при

рекультивации земель ковш-планировщик для драглайнов и вибрационная

машина с гибким рабочим органом.

Ковш-планировщик является сменным рабочим оборудованием драглайна и

предназначен для планирования отвалов при их рекультивации, может

применяться на всех драглайнах. В настоящее время разработаны

конструкция и рабочие чертежи ковша-планировщика с отвалом для

драглайнов с тяговым усилием до 70 т. Применение ковшей-планировщиков

позволит при проведении рекультивационных работ обходиться без

бульдозеров. Суммарное увеличение производительности экскаватора — в 1,5

—2 раза.

Вибрационная машина с гибким рабочим органом (вибротранспортирующее

устройство) предназначена для повышения интенсивности отсыпки

автомобильных отвалов без применения бульдозеров. В настоящее время

разработано несколько конструкций этого устройства. Простота,

компактность, отсутствие трущихся деталей, надежность в эксплуатации,

легкость при обслуживании и управлении, отсутствие мощных бетонных

фундаментов позволяют рекомендовать их к использованию на автоотвалах.

Вибротранспортирующее устройство устанавливается под углом к горизонту,

что под действием сил гравитации при уменьшенных за счет вибрации

коэффициентах трения и сцепления позволяет транспортировать породу под

откос отвального яруса. Разгрузка породы из автосамосвала производится

непосредственно на виброплощадку.

По сравнению с применяющимся на практике бульдозерным способом

отвалообразования пропускная способность отвального фронта с

использованием вибротехники повышается в 4,2 раза и на 83% сокращается

парк бульдозеров. Эксплуатационные расходы снижаются на 141 тыс. руб. в

год, капитальные затраты — на 303 тыс. руб. Ежегодный экономический

эффект составляет 171 тыс. руб. Кроме того, резко повышается безопасность

ведения отвальных работ. Учитывая высокую эффективность устройства,

предлагается его использование на всех автоотвалах с целью ускорения

отвалообразования, совмещения отвалообразования на 100% с

технологическим процессом первичной планировки и снижения трудовых

затрат.

ОХРАНА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Охрана земельных ресурсов при открытой добыче полезных ископаемых —

наиболее актуальная научно-техническая проблема, связанная, прежде всего,

с минимально возможным изъятием земель под горные работы.

Одним из действенных и эффективных направлений в области охраны,

рационального использования и воспроизводства земель является

оптимизация землеотведения и землепользования, под которой понимается

рациональное экологически и экономически обоснованное, технологически

обусловленное размещение предприятий на определенной территории,

изъятие и использование, рекультивация и возвращение восстановленных

земель, при которых обеспечиваются объективно необходимое (или

неустранимое) на современном научно-техническом уровне прямое или

косвенное воздействие на земли или преобразование техногенных

ландшафтов в целесообразные продуктивные антропогенные ландшафты

(водоемы, парки, спорткомплексы и т. д.).

Задачи оптимизации землепользования решаются последовательно на

региональном и локальном уровнях. Сначала определяется целесообразность

размещения горного предприятия в определенном регионе с использованием

показателей удельной землеемкости горного производства для конкретных

условий. Далее решаются задачи оптимизации землепользования в границах

землепользования горного предприятия.

В перечень оптимизационных мероприятий (технологических и

организационных) по охране земель при открытой добыче угля входят:

- оптимизация параметров породных отвалов и карьерных полей;

- рациональная раскройка месторождения на карьерные поля, оптимизация

размеров в плане и последовательности их отработки;

- оптимизация параметров горных работ при выемке и складировании

вскрышных пород во внутренний отвал;

- технология доработки (погашения) месторождения;

- технология и организация засыпки выездных траншей и остаточных

выработанных пространств;

- рекультивация нарушенных земель;

- восстановление гидрогеологического режима восстанавливаемых

территорий.

Оптимизация параметров карьерных полей предусматривает сокращение

площадей теряемых земель под выездной траншеей и остаточным

выработанным пространством на основании установленных закономерностей

изменения удельной землеемкости горных работ и коэффициента

рекультивации отработанных площадей на весь срок существования разреза

для различных схем вскрытия.

Раскройка месторождений на карьерные поля основывается на их

оптимальных размерах в плане при рациональном землепользовании с учетом

граничного коэффициента вскрыши, производительности разреза по добыче и

вскрыше, срока его существования и параметров технологии и применяемого

оборудования. Последовательность отработки карьерных полей

предусматривает уменьшение площади земель, отводимых под внешние

отвалы вскрышных пород и объема остаточных выработок за счет совмещения

во времени и пространстве горно-капитальных и эксплуатационных работ.

Например, формирование разрезной траншеи осуществляется в период

отработки по простиранию залежи первоочередного участка минимальной

ширины с внутренним отвалообразованием.

Оптимизация параметров отвалов горно-капитальной вскрыши основывается

на установлении высоты (при объеме и углах откоса отвала,

регламентируемых нормативными документами), при которой отчуждаемая

площадь минимальная и восстановление земель максимальное. Оптимизация

параметров горных работ при выемке и складировании вскрышных пород во

внутренний отвал включает такое перераспределение высот вскрышных

уступов и отвальных ярусов, производительности оборудования, при которых

уменьшается объем планировочных работ и расширяется область

рекультивации земель для сельскохозяйственного производства при

заданных объемах добычи угля. Восстановление нарушенных земель

включает проведение горнотехнической и биологической рекультивации тех

площадей, которые не удалось сохранить и которые по технологическим и

экономическим соображениям могут быть восстановлены в короткие сроки

при минимальных затратах.

В результате проведения перечисленных мероприятий можно подойти к

решению задач оптимизации землеотведения и землепользования при

ведении горных работ, обеспечить проектирование малоущербной для

земельных ресурсов технологии открытой добычи угля.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ В

НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Комплексное использование отходов производства представляет собой

важнейшую проблему угольной промышленности, решение которой позволит

получить как экономические, так и экологические выгоды. Ежегодно из недр

извлекается около 1,3 млрд. м

вскрышных, более 100 млн. м

шахтных пород

и образуется до 100 млн. т отходов обогащения. На их складирование, а

также под карьерные выемки задалживается около 5,5 тыс. га земель.

Исследованиями ряда отраслевых институтов (ВНИИОСуголь, ИГИ, ИОТТ и др.)

установлено, что по литолого-минералогическому составу и технологическим

свойствам вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения близки,

отличаются довольно большой стабильностью и являются ценным вторичным

минеральным сырьем для различных отраслей народного хозяйства.

Наибольший интерес в этом отношении представляют перегоревшие породы

шахтных террикоников, известняки, алевролиты и аргиллиты, а также пески,

песчано-гравийные и глинистые породы.

Годовой объем отходов при добыче и переработке угля примерно

соответствует объему добычи нерудных строительных материалов (глина,

песок, гравий и т. д.). Хотя полная их замена невозможна по многим условиям,

однако достигнутый уровень производства строительных материалов

позволяет в несколько раз увеличить объем использования отходов угольного

производства.

Применение углесодержащих отходов в качестве основного сырья,

компонента шихты или добавки позволяет экономить как основное сырье —

глину, так и технологическое топливо. Анализ отчетных данных 140

предприятий стройматериалов, использующих органо-минеральное сырье в

качестве добавки, показывает, что при среднем расходе добавки 0,5 т на 1000

штук условного кирпича достигается экономия традиционного сырья — глины

— 0,4 т и технологического топлива 50 кг (по условному топливу).

Задача получения кирпича высокого качества из отходов углеобогащения

решалась ИГИ, ВНИИСТРОМом, проектными организациями и реализована на

ряде предприятий.

На отдельных разрезах накоплен положительный опыт использования

вскрышных пород в качестве строительных материалов для собственных

нужд.

При ориентации на расширение сферы использования вскрышных пород с

учетом конкретных потребителей (заводы и др. объекты, находящиеся на

расстоянии до 100—120 км от разрезов) можно ожидать увеличения их

использования до 450 тыс. м3/год.

Как показали исследования ВНИИОСуголь, ИГИ и др. вскрышные и шахтные

породы Кузбасса, а также отходы обогащения значительно различаются по

литологии. Тип породы зависит от района добычи, и наиболее сильно

отличаются породы северной и южной частей Кузбасса. Породы северных

районов представлены в основном слабыми алевролитами, в меньшей степени

песчаниками на глинистом цементе. Зольность колеблется от 90—95% для

вмещающих и вскрышных пород до 60—65% для породных прослоев. Для

глинистого материала характерно преобладание минералов типа гидрослюда

— монтмориллонит. По своим физико-механическим свойствам породы явля-

ются легко размокающими, непригодными для возведения инженерных

сооружений, за исключением экранов дамб и плотин.

Углистые аргиллиты северных месторождений Кузбасса (особенно

разрабатываемые открытым способом) представляют собой ценное органо-

минеральное сырье, так как содержат диоксод кремния (60— 70%) и

органический углерод, что позволяет использовать их в доменном процессе

для обогащения чугуна кремнием.

Во вскрышных породах центрального и южного районов преобладают крепкие

песчаники, трудноразмокаемые алевролиты, пригодные для использования их

в качестве инженерных грунтов при возведении гидротехнических

сооружений, для засыпки провалов, выравнивания рельефа местности в

районах строительных площадок. Большой интерес представляет

использование прочных песчаников при сооружении фильтрующих дамб.

Получен положительный опыт очистки карьерных сточных вод на двух

участках разреза «Красногорский». Широкое использование породных

отвалов в качестве фильтрующих массивов ведется при эксплуатации таких

сооружений на разрезах «Ольжерасский», «Красногорский» и «Томусинский».

Отходы углеобогащения в Кузбассе составляют небольшой объем. Однако с

точки зрения рационального использования минеральных ресурсов эти

отходы являются наиболее ценным, перспективным сырьем, так как

отличаются наибольшей по сравнению с шахтными и вскрышными породами

равномерностью состава и повышенным содержанием углерода. Исключением

являются отходы обогащения разубоженных углей на разрезах, получаемые в

летний период при работе крутонаклонных сепараторов, объемом 1,5—2 млн.

т в год.

Отходы обогащения, в свою очередь, подразделяются на два вида: отходы

тяжелосредных сепараторов и отсадочных машин, характеризующиеся более

высокой зольностью и небольшой влажностью, и отходы флотационных

машин, которые содержат для отдельных фабрик до 40% углерода и

сбрасываются фабриками в виде пульпы плотностью 40—50 мг/л. Отходы

флотации наиболее равномерны по составу и содержат много органической

массы, но в то же время труднее поддаются обработке, особенно в зимний

период.

Отходы обогащения крупных фракций используются в Кузбассе в основном

как инженерный грунт, реже как присадка в шихту кирпичных заводов.

Решение задач по использованию углеотходов в Кузбассе по вышеуказанным

направлениям является чрезвычайно актуальным, так как с ухудшением

горно-геологических условий ожидается увеличение выхода пород как при

подземном, так и открытом способе добычи. Выход отходов углеобогащения

будет увеличиваться вследствие возрастания зольности рядовых углей.

В ЭТЭКе попутно извлекается примерно 65 млн. м

пород. Покрывающие

породы сложены углистыми сланцами, переслаиванием аргиллитов и

алевролитов, а междупластье — высокоглиноземистыми породами. В

настоящее время практически все они без разделения с угольными пластами

малой мощности вывозятся и складируются в общий отвал. Используется

всего 0,5% извлекаемых пород. Исследованиями ИГИ, ВНИИОСуголь совместно

с Павлоградским индустриальным институтом и другими организациями

установлено, что породы внешней вскрыши пригодны для получения таких

строительных материалов, как легкие пористые заполнители, стеновая

керамика.

Изучение физико-химических и технологических свойств вскрышных пород

разрезов ПО «Экибастузуголь» позволило установить их идентичность

свойствам традиционных глин, используемых при производстве кирпича, и

возможность использования этих пород в качестве основного сырья, а

углистых сланцев — в качестве топливо-минеральной добавки. В зависимости

от состава шихты и технологии изготовления прочность образцов изменялась

от 10,7 до 25,2 МПа. Физико-механические показатели образцов

соответствовали требованиям ГОСТ 530—80 для керамического кирпича М 100

—250.

На основании лабораторных исследований проведены полупромышленные и

промышленные испытания по установлению пригодности вскрышных пород

для производства керамического кирпича. Испытания проводились на

Семипалатинском кирпичном заводе по традиционной технологии методом

пластического формования. По физико-механическим показателям кирпич

соответствовал маркам 100—125.

Проведенными исследованиями установлена возможность использования

вскрышных пород в качестве основного сырья и топливо-минеральной

добавки на действующих и вновь строящихся предприятиях стройиндустрии

Казахстана и России.

По данным Южгипрострома на Украине ежегодно для производства кирпича и

пористых заполнителей (аглопорита) можно использовать 23—25 млн. т

углесодержащих отходов обогащения с экономическим эффектом 75 млн. руб.

Для измельчения породы гравитационного обогащения и угледобычи

предлагается использовать вертикальные роторные бесколосниковые

мельницы с расширяющимся книзу конусным или ступенчатым корпусом.