Современные процессы в добыче угля подземным способом, повышающие их экологическую безопасность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии

Реферат на тему:

«Современные процессы в добыче угля подземным способом, повышающие их экологическую безопасность»

Выполнил: ст-ка гр.ГБ-041

Юшкевич Л.С

Проверил: Ушаков Г.В.

Кемерово 2008

План

Введение

1. Понятие «экологическая безопасность»

2. Влияние деятельности угольных шахт на окружающую среду

2.1 Техногенное изменение недр

3. Технические решения для улучшения экологической безопасности ведения подземных работ

4. Совершенствование основных и вспомогательных технологических процессов для сохранения устойчивости экосистем

4.1 Утилизация метана дегазационных и вентиляционных систем

4.2 Техническое решение по утилизации тепла откачиваемых шахтных вод.

4.3 Повышение эффективности буровзрывных работ

4.4 Обеспечение замкнутого цикла обращения твердого вещества и локализации технологической пыли в подземном пространстве

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время резко возросли объемы добычи полезных ископаемых и использования недр для различных народно- хозяйственных целей, в том числе и для обеспечения деятельности различных производств, которые оказывают ощутимое влияние не только на массив вмещающих пород, но и на экологическую обстановку в районах их размещения. Влияние деятельности в подземном производстве стало настолько ощутимым, что его необходимо учитывать в складывающейся обстановке.

Основными направления негативного воздействия угольных шахт являются следующие:

-изъятие из землепользования и нарушения земель;

-истощение водных ресурсов и нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод;

-загрязнение подземных и поверхностных водных объектов сбрасываемыми в них производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами;

-загрязнение воздушного бассейна твердыми и газообразными вредными веществами при применении существующих технологических процессов добычи;

-загрязнение земной поверхности отходами добычи и обогащения угля и сланца;

-деятельность предприятий способствует ухудшению качества атмосферного воздуха.

Все это мы будем рассматривать ниже. Также рассмотрим применяемые в настоящее время на угольных шахтах технологии производства и способы их совершенствования.

1. Понятие «экологическая безопасность»

Современная технология производства в основном является открытой системой, нерационально использующей природные ресурсы и имеющей значительные отходы, интенсивно эксплуатирует окружающую среду, не восстанавливая ее естественного равновесия.

Экологически оправданной технологией производства может быть такой процесс функционирования системы «производство-потребление», который обеспечивает замкнутость круговорота веществ в народном хозяйстве и утилизацию выбросов.

Под экологически чистыми технологиями добычи угля следует понимать такие технологии, использование которых должно обеспечивать минимизацию отрицательных экологических последствий уже на стадии основного производства и тем самым сократить объемы собственно природоохранных работ.

Среди основных направлений деятельности по обеспечению экологической безопасности следует отметить:

-экологически обоснованное размещение производственных сил;

-экологически безопасное развитие промышленности;

-рациональное использование вторичных ресурсов, утилизация, обезвреживание и захоронение отходов;

-совершенствование управления в области охраны окружающей среды, природопользования, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

2. Влияние деятельности угольных шахт на окружающую среду

Непрерывное наращивание и сосредоточение промышленного потенциала в крупных территориально- производственных комплексах страны вызывает неизбежные изменения окружающей среды, нарушая полностью или частично сложившиеся экологические связи в зонах размещения шахт. Как правило, эти изменения проявляются в различных сочетаниях негативных явлений, важнейшими из которых являются: деформация углевмещающих пород и земной поверхности, затопление и заболачивание подработанных территорий, обезвоживание почв и грунтов, истощение запасов подземных и поверхностных вод, загрязнение подземных и поверхностных вод, загрязнение (засоление) почв и грунтов, изъятие земельных площадей, загрязнение атмосферного воздуха.

Водные ресурсы: основное загрязняющее действие на водные объекты оказывают сточные воды шахт. Для них характерен высокий уровень бактериального загрязнения и наличие условно- патогенных и патогенных энтеробактерий, представляющих реальную опасность для здоровья населения. Загрязнение подземных водных горизонтов обычно происходит из-за несовершенства горного производства и связано с тем, что часть загрязненных шахтных вод мигрирует в нарушенный горный массив и приносит загрязняющие элементы в подземные воды.

Так при среднем расходе воды 100 мі/час доля шахтных вод из угольных разработок, поступающая в реки протяженностью 2,5, 10 и 50 км, составляет соответственно 100,10 и 1 %. Это указывает на то, что именно небольшие реки и ручьи в наибольшей степени подвергаются загрязнению сточными водами. Однако сточные воды могут заметно изменить химический состав и крупных рек.

На большинстве угольных шахт основным загрязнителем являются взвешенные угольно- породные частицы, которые, попадая в водные объекты, вместе со сточной водой уменьшают прозрачность воды, заиливают дно и берега, приводят к заболачиванию, уменьшения объема водохранилищ и нарушению их биологического равновесия, в результате чего вымирает рыба и все живое. Этот вид загрязнения характерен для Карагандинского, Кузнецкого и ряда других угольных бассейнов, где реки вследствие сброса в них больших объемов шахтных вод биологически подавлены, а вода в них непригодна для водоснабжения.

Воздушный бассейн: наибольшее загрязняющее воздействие на воздушный бассейн оказывают, выходящие на поверхность шахтные газы, горящие породные отвалы. Из этих источников ежегодно в атмосферный воздух выбрасывается значительное количество твердых и газообразных вредных веществ. Совокупные выбросы загрязняют атмосферный воздух в радиусе нескольких десятков километров, угнетающе действуя на растительный и животный мир.

Загрязнение атмосферного воздуха в зоне деятельности предприятия оказывает также отрицательное влияние на здания, сооружения, технологическое оборудование. Это влияние проявляется в механическом абразивном износе от воздействия твердых частиц и коррозии. Весьма ощутимо влияние загрязненной атмосферы на состояние жилого фонда. Через щели частицы пыли проникают в жилые помещения и ухудшают санитарно- гигиенические условия проживания человека.

Земельные ресурсы: влияние деятельности шахт на состояние земельных ресурсов чрезвычайно многообразно по формам своего проявления. Помимо количественного сокращения продуктивных земельных площадей в результате изъятия их из народнохозяйственного оборота при эксплуатации шахт происходит и значительное изменение структуры и состава поверхностного слоя земной коры, приводящее нередко к полной или частичной потере плодородия земельных угодий. Наибольший ущерб природе и землепользователям наносят породные отвалы шахт, остаточные горные выработки. В районах подземной добыче угля и сланца обычно формируется провально-терриконовый тип местности. Рельеф становится весьма сложным: образуются разломы, огромные трещины, различные понижения и т.д. Это происходит не только в связи с обрушением кровли подземных выработок, но и в результате взрывных работ, которые ведутся после прекращения добычи угля, чтобы уничтожить опасные для людей трещины. Такой изуродованный рельеф характерен, например, для шахтных территорий ПО «Тулауголь».

При подземном способе добычи угля отрицательные изменения связаны и со сдвижением и деформацией горных пород и земной поверхности. В результате, в подработанной горными работами толще пород образуются многочисленные зоны водопроводящих трещин, на дневной поверхности появляются провалы, прогибы, затопленные и заболоченные участки, изменяется водно-солевой баланс зоны аэрации.

Очевидно, что негативное воздействие подземного способа добычи особенно распространяется на литосферу. Рассмотрим этот вид воздействия по- подробнее.

2.1 Техногенное изменение недр

угольный шахта экологический безопасность

Процесс техногенного разрушения литосферы для получения необходимых полезных ископаемых порождает разветвленную систему разнообразных воздействий на биоту экосистем природно- территориальных комплексов, в пределах которых располагаются добывающие предприятия. Величина и качество этих воздействий определяются геотехнологией, применяемой при добыче полезного ископаемого, а экологические последствия зависят от особенностей строения нарушаемой при этом экосистемы.

По возможности снижения экологической опасности реального добывающего предприятия техногенные факторы ( и их воздействия) делятся на:

-устранимые за счет введения в технологию дополнительных мероприятий;

-устранимые за счет замены применяемой технологии;

-неустранимые для данного вида производства.

При вскрытии месторождения к рудному телу или его части проводят горные выработки, открывающие к нему доступ с земной поверхности. Выработки вскрытия- это шахтные стволы и штольни различного назначения, околоствольные выработки, квершлаги, капитальные рудоспуски. При проведении всех этих выработок возникающие на их контуре напряжения и деформации со временем релаксируют и не вызывают каких- либо заметных изменений в окружающих природных образованиях литосферы.

На стадии отработки основных запасов месторождения литосфера подвергается максимальным изменениям, экологические последствия которых, хотя и разнообразны, но имеют хорошо выраженную внутреннюю структуру.

В самом общем виде процесс извлечения полезного ископаемого связан с применением геотехнологий, основанных либо на дезинтеграции вещества литосферы в заданном объеме (добыча большей части твердых полезных ископаемых), либо на изменении его агрегатного состояния ( например, выплавка серы), либо на создание условий для миграции полезного компонента: газ, вода, тепло и т.д.

Воздействие техногенных факторов при подземном освоении недр на биоту природных экосистем можно разделить на три вида:

· Изменение условий жизнеобеспечения элементов биоты;

· Изменения среды обитания элементов биоты за счет загрязнения биотипа агентами, ранее в нем не присутствующими;

· Прямое и полное уничтожение биоты.

Действие каждого техногенного фактора может проявляться в различных формах. Так, например минеральная пыль, выброшенная из шахт и штолен и осевшая на листовые пластинки растений, снижает интенсивность светового потока. Другими словами, меняет условия их жизнеобеспечения за счет уменьшения продуктивности фотосинтеза.

Пыль, попадающая в почву или лесную подстилку, является продуктом, отсутствовавшим в ней ранее. Вследствие наличия в пыли горных предприятий аномальных количеств сульфидов тяжелых металлов ее действие связано с резким уменьшением численности остальных групп почвенной фауны.

Воздействие такого фактора, как отторжение земной поверхности, заключается в полном уничтожении биоты на этих площадях за счет формирования на них техногенных новообразований различного назначения (отвалы бедных руд и пород, хвостохранилища, транспортные магистрали ).

Площадь, занимаемая твердыми отходами производства при подземной разработке месторождений, зависит не только от применяемой геотехнологии, но и от геологического типа месторождения, масштаба производства и характера использования добытого полезного ископаемого.

Складируемые на участках земной поверхности твердые отходы, вследствие физико-химических изменений своего состояния, под влиянием природных воздействий (осадки, перепады температур, окисление) могут загрязнять окружающую среду пылью, неорганическими кислотами, хлоридами легких металлов и солями тяжелых, газами в результате окисления органических компонентов и другими вредными веществами.

Вторичное экологическое воздействие отвалов пустых пород при подземной разработке месторождений проявляется в продолжающемся после окончания горных работ химическом загрязнении окружающей среды за счет естественного выщелачивания химически активных минералов (чаще всего сульфидов или хлоридов). Время существования этого техногенного фактора ограничено и определяется в каждом конкретном случае минеральным составом горных пород и их свойствами.

3. Технические решения для улучшения экологической безопасности ведения подземных работ

Основными причинами негативного влияния подземного способа добычи угля на экологическую обстановку в настоящее время являются:

· Недостаточная экологическая чистота применяемых технологий и горно-транспортного оборудования;

· Несовершенство применяемых природоохранных технологий и оборудования по очистке вод, выбросов в атмосферу, рекультивации нарушенных земель, размещению и утилизации отходов производства;

· Недостаточный учет в разработке и реализации научно- технической политики в сфере экологии новых условий хозяйствования.

Анализ экологических факторов, возникающих при функционировании угольной шахты, показывает, что экологические факторы подразделяются на две основные группы (рис.1).

Основная доля экологических нарушений (80-84%) приходится на технологические процессы добычи угля: отбойка и транспортировка угля, управление породами подрабатываемого массива, дегазация, вентиляция.

Эти технологические процессы ежегодно сопроврждаются в России выдачей до 9200 тыс.мі породы, 600 млн.мі шахтных вод, 75 тыс.т. пыли, 4,2млрд.мі метана, 3,3 млрд.мі других газообразных веществ и 3,5Ч109 кДж низкопотенциального тепла, нарушается до 270-280 га земной поверхности.

Основными требованиями для экологически чистых технологических процессов добычи угля являются рациональное и комплексное использование отходов и энергии в цикле «природные ресурсы- производство-потребление- вторичные энергетические и сырьевые ресурсы», при этом любые воздействия на окружающую среду не должны нарушать ее нормальное функционирование, т.е. сохранять ее способность к самовосстановлению и самоочищению.

Соответственно для экологически и экономически приемлемого функционирования шахты, соответствующей основным принципам и экологизации технологических процессов подземной угледобычи должны быть разработаны и реализованы в комплексе следующие технологические мероприятия и технические решения:

· Подземное и наземное обогащение угля с размещением породы в шахте в выработанном пространстве и в погашаемых выработках;

· Создание теплоэнергетического хозяйства, обеспечивающего потребности собственным теплом и электроэнергией, получаемыми от утилизации метана вентиляционных и дегазационных систем и низкопотенциальной теплоты различных источников;

· Создание замкнутых водохозяйственных комплексов, обеспечивающих полное использование шахтных вод для технологического водоснабжения собственных нужд производства и смежных отраслей на основе: разделения технологических и дренажных водопритоков, перевода технологического водоснабжения на оборотные замкнутые системы, размещения высокоминерализованных вод в геологических структурах, не являющихся источниками питания водоносных горизонтов.

· Защита атмосферы посредством отбора газа и пыли с последующим сжиганием;

· Осуществление пылеподавления в местах образования.

· Улавливание других газов, при повышении ими ПДК, химпоглотителями или выжигание в печах дожига;

· Защита атмосферы от теплового загрязнения применяемой технологии отбора теплоты для обогрева;

· Создание комплекса по переработке твердых отходов включающего сбор и переработку шахтной породы, обеспечивающего сохранность поверхности, ликвидацию отчуждения земель под складирование, исключающего загрязнение атмосферы и водоемов.

Очень важно установить общее требование экологической надежности выбираемых решений. На каждом данном этапе должны быть определены критерии экологической надежности, которые рассматриваются как обязательные. Решения, не отвечающие установленным требованиям, должны быть исключены из выбора. Мероприятия по снижению уровня отрицательных воздействий на окружающую среду в конечном счете могут быть направлены на повышение коэффициента экологического действия кэ.д. , которое определяется условием кэ.д. = кэк - кс , где кэк - коэффициент экологического действия «экологизированной» технологии производства; кс - коэффициент экологического действия существующей технологии производства.

Величина кэ.д отражает степень совершенствования технологии производства с точки зрения уменьшения воздействий на окружающую среду, т.е степень экологизации производства по сравнению с существующей. Другой принцип подхода к анализу экологичности производства основан на том, что потребление данного вида экологических ресурсов рассматривается как необратимое воздействие и при этом учитывается расход ресурсов и воздействие производства на все другие виды экологических ресурсов, т.е. предусматриваются мероприятия, обеспечивающие минимум тотрицательных воздействий при решении основной цели производства, иными словами, этот подход должен исключать наступление такого периода, когда расход превышает их прирост, Р>П.

Важным показателем степени использования ресурсов и экологизации производства, а также для определения коэффициента экологического действия является степень полезности использования потребляемых ресурсов. Для существующих технологических процессов добычи угля в отрасли этот показатель далек от оптимального значения.

К неудовлетворительному использованию природных ресурсов относится неполное извлечение и некомплексное использование добываемого угля. Остро стоит вопрос об использовании забалансовых запасов, для которых пока нет экономически целесообразных технологий использования.

4. Совершенствование основных и вспомогательных технологических процессов для сохранения устойчивости экосистем

4.1 Утилизация метана вентиляционных и дегазационных систем

В мировой практике к настоящему времени существует достаточно обширный опыт промышленной утилизации метановоздушной смеси, поступающей из дегазационной системы шахты, как топлива для газомоторных установок, производящих электро- и теплоэнергию.

В условиях России экологическая эффективность утилизации шахтного метана с целью производства электро- и теплоэнергии достаточно высока- срок окупаемости газомоторных установок установленной мощностью 0,6-1,0 мВт. С утилизаторами тепла в основных бассейнах с подземным способом угледобычи - Воркутинском и Кузбасском, не превышает 5 лет.

В России работы по созданию шахтных ТЭЦ, работающих на шахтном метане, выполнялись с начала 90-х годов. В результате в качестве основного типа силовых установок были приняты четырехтактные газомоторные и газодизельные установки установленной мощностью 200, 1000 и 2500 кВт на базе серийных дизелей, конвертируемых на газ. В настоящее время на трех шахтах эксплуатируются указанные установки.

Широкому внедрению подобных установок и решению тем самым в значительной степени проблемы выбросов шахтного метана препятствует только недостаток инвестиций. Важность и целесообразность решения данной проблемы определяется также тем, что метан является вторым по значимости для формирования тепличного эффекта газом, отвечающим за примерног 18% парникового эффективно. В земную атмосферу в целом поступает примерно 700 млрд.мі метана в год, из которых около 35 млрд.мі связано с подземной добычей угля и данный метан является практически единственным антропогенным источником, который может быть утилизирован.

Это обстоятельство является причиной того, что международным сообществом нейтрализиция шахтного метана рассматривается как одно из эффективных направлений борьбы за сохранение климата на Земле. Важным элементом в решении комплексной задачи лактации шахтного метана является его экономически эффективное использование именно в качестве первичного экологически чистого энергоносителя, поскольку энергетическое использование шахтного метана превращает его в воду, геологически нейтральное вещество, и углекислый газ, тепличная активность которого в 26 раз ниже, чем у метана.

4.2 Техническое решение по утилизации тепла откачиваемых шахтных вод

При эксплуатации угольных шахт на поверхность откачиваются шахтные воды с температурой не ниже 120 С. Дополнительный вынос тепла на поверхность имеет отрицательные экологические последствия. Вместе с тем, с помощью тепловых насосов это тепло может быть утилизировано и использовано.

Стоимость полученной таким образом экологически чистой тепловой энергии ниже в 1,5-2 раза, чем в уг7ольных котельных малой и средней мощности. С целью выбора для угольных шахт России наиболее эффективной конструкции теплового насоса рассматривались парокомпрессионные и абсорбционные насосы. По основным показателям- стоимость теплового насоса на 1 Гкал/час вырабатываемой тепловой энергии, стоимость тепловой энергии насосов была принята конструкция абсорбционного теплового насоса. В настоящее время на двух шахтах Кузбасса (шахта «Центральная» и шахта им М.И.Калинина) имеются две пилотные установки с абсорбционными бромистолитиевый тепловыми насосами (АБТН).

Технико- экономическая оценка использования абсорбционного бромистолитиевого теплового насоса теплопроизводительностью 2,66 Гкал/час в условиях шахты «Центральная» показывет, что расчетный срок окупаемости находится в интервале 6,3-7,0 лет. По сравнению с действующей котельной обеспечивается снижение расхода твердого топлива более, чем в 1,65 раза.

Приведенные примеры технических решений по экологизации функционирования угольной шахты свидетельствуют о том об их достаточно высокой экономической эффективности.

Можно с уверенностью констатировать, что для остальных факторов экономически и экологически приемлемые решения будут разработаны и введены в промышленную практику до 2010г.

4.3 Повышение эффективности буровзрывных работ

При разработке месторождений для снижения влияния на экологию необходимо применять взрывчатые вещества с минимальным количеством ядовитых газов, образующихся при взрывании, теплотой взрыва и пылеобразованием. Как показывают выполненные исследования, такими ВВ являются аммонит 6ЖВ и зерногранулит 79/21. последний надежно детонирует от стандартных патронов ВВ из аммонита 6ЖВ, так как обладает меньшей единичной мощностью.

4.4 Обеспечение замкнутого цикла обращения твердого вещества и локализации технологической пыли в подземном пространстве

При подземной добыче в выработанном пространстве, исходя из реальных коэффициентов заполнения и разрыхления, могут разместиться все отвальные породы и не менее 40% объема хвостов обогащения. Однако реальные перспективы такого способа улучшения экологии горного производства открываются при переходе от последовательной выемки запасов сверху вниз к выемке снизу вверх.

Это позволяет полностью изменить схему движения потоков горной массы и открывает реальную технологическую перспективу частичного замыкания цикла обращения твердых отходов путем размещения породы, получаемой из всех источников, обусловленных принятой геотехнологией, в выработанном пространстве нижележащих горизонтов. Когда выработанное пространство заполняется закладочным материалом с заданными свойствами, появляется возможность ввести частично замкнутый цикл обращения твердых отходов путем их использования для изготовления закладочных смесей.

Характерной особенностью пылевидных твердых отходов является тоя. Что они поступают в окружающую среду с экологически безвредным носителем- атмосферным воздухом. Поэтому проблема обеспечения замкнутого цикла обращения этих отходов сводится к выделению пыли из воздушного потока и локализации ее внутри системы подземных горных выработок. Следует особо отметить, что экологическая проблема устранения источников пыли, загрязняющей природную среду, тесно увязана с проблемой уменьшения количества пыли во внутришахтных воздушных потоках.

Кардинальное решение пылевой проблемы при подземной разработки месторождений полезных ископаемых предложено в институте ИПКОН РАН. Решение проблемы включает целенаправленное изменение горной технологии, систем и порядка отработки запасов, чтобы, с одной стороны, исключить накопление пыли в вентиляционной струе по мере ее движения, а с другой, периодически очищать вентиляционную струю от пыли, особенно после прохождения ею мощных источников пылеобразования.

Чтобы в вентиляционной струе не накапливалась пыль, следует отказаться от последовательного расположения нескольких источников пыли в очистном забое и перейти к технологиям с точечным источником пылеобразования (одной буровой установки) в каждом забое, т.е к технологиям с отбойкой руды из нарезанных выработок. Принципиальная возможность выполнения этих требований возникает при ведении очистной выемки из нарезанных выработок в случае напрвдения вентиляционной струи, омывающей каждый точечный источник пылеобразования (буровой агрегат), в очистное пространство.

Заключение

В своем реферате я показала влияние угледобывающей промышленности, в т.ч. угледобывающих шахт на окружающую среду. Была проведена оценка существующих технологий подземной добычи угля с позиций образования отходов и полноты использования природных ресурсов.

Отходами на угледобывающих предприятиях являются, как выше указывалось, горные породы, газ метан, низкопотенциальное тепло вентиляционных потоков, угольная пыль. Особое место занимают теряемые запасы угля на участках, ограниченных непереходными нарушениями, в различного рода охранных целиках, особенно под водными объектами, а также забалансовые запасы угля.

Следовательно, угледобывающее предприятие с перспективных позиций должно быть экологически безопасным, т.е осуществлять добычу ряда природных компонентов, исключая полностью или почти полностью отходы производства.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Список литературы

1 Красавин А.П. «Защита окружающей среды в угольной промышленности». Москва.: Недра, 1997г.

2 Архипов Н.А. «Добыча угля и рациональное природопользование». Москва.: Недра, 1987г.

3 Михайлов Ю.В. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».- М.: Издательский центр «Академия», 2008г.

4 Хван Т.А. «Промышленная экология».- Ростов н/Д.: Феникс,2003г.

Размещено на Allbest.ru