CC BY
33
А.В. Бардась
УПРАВЛ1ННЯ ПОРОДНИМИ ПОТОКАМИ З МЕТОЮ М1ШМЗАЦП ЕНТРОП1ЙНОГО ВПЛИВУ НА ОТОЧУЮЧЕ СЕРЕДОВИЩЕ
У вуглевидобувних крашах на рiзних етапах розвитку галузi приймалися рiзнi рiшення щодо скорочення обсягiв утворення породних вiдвалiв i мшiмiзацн !х негативного впливу на оточуюче середовище. Так, у 50-60-т роки минулого столiття широкого поширення набула технологiя видобутку iз закладкою вщпрацьованого простору. У Федеративнiй Республщ Нiмеччинi iз застосуванням цiеI технологи видобували 60-65% вщ загально! кшькост кам'яного вугiлля. При цьому у вщпрацьованому просторi розмiщували понад 40 млн. м /рш породи (близько 68 млн. т) порiвняно з 16-18 млн. м3, що складувалися у вiдвалах. У Польщi на частку видобутку iз закладанням припадало 40%, у Францп i Бельгп - до 30%, у Британп - 20%.
При переходi на прогресивш планувальнi рiшення пiд час шдготовки родовища до експлуатацп, тдвищенш концентрацп гiрничих робiт i застосуванш високопродуктивного обладнання закладка вiдпрацьованого простору стала стримуючим фактором рацiоналiзацil вуглевидобутку. У теперiшнiй час за кордоном закладка вщпрацьованого простору застосовуеться в окремих випадках, коли не юнуе альтернативи забезпеченню и^йно! охорони об'еклв, якi знаходяться в зонi проведення гiрничих робiт. Так, наприклад, у Кмеччиш в 2002 р. при видобутку товарного вугшля у кшькосп 29,0 млн. т (у 1990 р. видобуто 69,8 млн. т) було утворено бшьше 46,0 млн. т породи, з яких лише 1,3 млн. т залишено у вщпрацьованому просторi шахт, а бшьше 97% вщ ща кiлькостi розмщено у вiдвалах на поверхнi [2, 6]. У нацюнальнш вугiльнiй галузi практично вiдсутня iнфраструктура закладання вщпрацьованого простору. II створення вимагае тривалого часу i величезних, а вщ того нереальних капiтальних витрат. До того ж, обмеженими е промисловi запаси на пластах потужшстю бшьше 1,4 м, на яких з позицп ощнки технологiчноI можливостi i економiчноI доцiльностi може бути виправданим застосування вiдпрацьованого простору. Через зазначеш причини згадана технологiя закладання вщпрацьованого
простору буде мати обмежене застосування й ютотно не вплине на зменшення обсягiв породи, що розташовуються у вiдвалах, так само як i на покращання екологiчноI ситуацп. У вуглевидобувних регiонах Украши до тепершнього часу накопичено близько 4,0 млрд. т породних вiдходiв, як розташованi бiльш нiж у 1200 вщвалах. Площа !х основи перевищуе 7000 га; а з урахуванням санiтарно-захисних зон площа земельних вiдводiв, яку займають зазначенi техногеннi об'екти, складае бiльше нiж 150,0 тис. га. Значна частина цих земель, що представлена родючими грунтами, виведена iз сшьськогосподарського обороту i за сво!м змiстом е втраченою назавжди економiчною можливiстю суспiльства [5, 10].
Розгляду окремих аспекпв розмiщення вiдходiв вуглезбагачення i виданоI на поверхню прсько! породи присвяченi працi [2, 6], у яких аналiзуеться досвщ нiмецьких вуглевидобувних пiдприемств i
пропонуються пiдходи до зменшення видачi породи на поверхню. Вплив вiдвалiв прсько! породи i вiдвалiв вуглезбагачення розглянуто у працях [3-5]. Особливого дослщження потребують питання складу породних вiдвалiв вугiльних шахт УкраIни i можливосп !хнього використання як закладного матерiалу при погашеннi гiрничих виробок та як сировини для рiзних галузей промисловость
Метою статтi е вивчення i узагальнення iснуючого досвiду
використання видо6уто! вугiльними шахтами гiрськоI породи для мшiмiзащI негативного впливу !х виро6ничо! дiяльностi на навколишне природне середовище i рацiоналiзацiI використання природних ресурсiв.
Окрiм економiчних втрат, велика кшьюсть природних вiдвалiв i значний обсяг розмщено^' в них породи спричиняють негативний вплив на стан оточуючого природного середовища. Фiзико-хiмiчнi перетворення, що вiдбуваються в надрах i на поверхнi складованоI у вщвалах породи, так само як i водно-повiтряна ерозiя, зумовлюють забруднення пов^ряного
© Бардась Артем Володимирович - кандидат економ1чних наук, доцент. Нащональний г1рничий ун1верситет, Дн1пропетровськ.
ISSN 1562-109X
басейну, грунтових вод i водотокiв на прилегай територп хiмiчними сполуками i високотоксичними металами до надзвичайно небезпечного рiвня. Пiд особливо шкiдливий вплив при цьому потрапляе генофонд середовища iснування.
Виконанi у 80-х роках минулого столiття вченими 1нституту медико-екологiчних проблем дослiдження дозволили визначити залежшсть мiж пiдвищеною захворюванiстю i втратою працездатностi мешканцями шахтарських населених пунктiв та незадовiльним станом природного i оточуючого середовища. На основi отриманих даних був кiлькiсно визначений розмiр економiчних втрат вiд попршення стану здоров'я населення, що орiентовно дорiвнював 1 млн. радянських карбованщв на рiк i спiввiдносився з кожними 1,5 млн. т породи, що розмщувалася у вщвалах [4]. За перюд, що минув iз часу проведення даного дослiдження, саштарно-еколопчна ситуацiя мае стiйку тенденцiю до попршення.
В умовах коли вщмовитися вщ видобутку вугiлля на даному еташ розвитку суспiльства представляеться неможливим, необхщно очiкувати збiльшення
техногенного навантаження на довкiлля внаслiдок збiльшення видачi на поверхню обсягiв прсько! породи, що буде розмщатися у вщвалах, збiльшення вилучення породи в процес збагачення високозольного вугiлля, накопичення И у вщвалах збагачувальних фабрик та у шламовому господарствь
Оптимiстичний, але малоймовiрний сценарiй розвитку вугшьно! галузi передбачае збiльшення обсягiв видобутку рядового вугшля у 2012 р. до 90,9 млн. т при прогнозованому виходi породи у 59 млн. т на рш.
Погiршення прничо-геолопчних умов i виснаження кращих за яюстю дiлянок шахтних полiв призводять до збiльшення вилучення прсько! маси при ремонт гiрничих виробок, при 1х проведеннi, а також через високу зольшсть рядового вугiлля. Можливi шляхи мiнiмiзацil негативних наслiдкiв переходу до вщпрацювання тонких пластiв вугшля i ускладнення пiдземного господарства шахт не можуть ютотно вплинути на розв'язання iснуючих екологiчних проблем у силу обмеженост технологiчних можливостей суспшьства i нестачi матерiально-фiнансових ресурсiв.
Проте достатнш iнтерес може представляти розгляд породних вiдвалiв як техногенних родовищ корисних копалин, якi можуть розроблятися, а згодом - шдлягають рекультиваци.
В Укра1ш на даний час створеш i функцiонують кiлька еколопчно безпечних вiдвалiв, якi представляють собою ращональш ландшафтнi об'екти, наближенi до умов природного середовища.
Джерелом утворення вiдвалiв i сховищ е шахти, розрiзи i збагачувальнi пiдприемства. При видобутку вугшля джерелом утворення частини породи, що представляе собою самостшний вантажопотш, е проведення прохiдницьких i ремонтних робiт в основних i допомiжних виробках. 1ншим джерелом, яке представляе також окремий вантажопотш, виступають очиснi виробки, хибна покрiвля, яка не мае взагалi чи мае слабке з'еднання формуючих И порщ з безпосередньою покрiвлею; осiдання i вивали, зумовленi як характером розташування трiщин
напластування, так i петрографiчним складом i ступенем метаморфiзму вугшля, мшералопчним складом оточуючих порiд, водонасичешстю виробок, величиною розпору крiплень та шшими чинниками.
Нарештi, частина породи в окремих виробках е результатом здимання грунту, зумовленого його специфiчним
мiнералогiчним i колоlдно-хiмiчним складом.
У мiру мехашзаци очисних робiт i поширення комбайнiв зi шнековим виконавчим органом, гiдравлiчних стiйок, механiзованих комплекшв та iнших агрегатiв основним джерелом засмiчення вугiлля породою стало присшання порiд покрiвлi i грунту. У результат вмiст породи у вугшл^ що видаеться на поверхню шахтою, в окремих випадках досяг 50% i бшьше, у той час як середне значення по галузi становить 38% (порiвняно з 32% наприкшщ 1990-х рокiв) [10].
Характеристики шахт, наведет в табл. 1, дозволяють зробити висновки стосовно стану прничого господарства вуглевидобувних шдприемств i обсяпв видачi шахтами гiрськоl породи. У силу незадовшьного економiчного i
органiзацiйного стану бiльшостi пiдприемств галузi спостерiгаеться зростання вiдносноl кiлькостi виробок, що не вщповщають вимогам техшки безпеки. Найбiльш критичною е ситуащя на шахтах iм. По-
Таблиця 1. Стан^ гярничого господарства на шахтах Донбасу
Шахта Обсяг про-ходження , м на рш Пщтриму- ваних виробок, км Таких, що не вщповщають ПБ, % Потуж-шсть пласта, м Обсяг перекршлення, 3 м Порода по шахт, тис.т
1м. Ленша 4200 86,5 13,4 1,1 23 182 171
1м. Поченкова 3200 97,5 24,9 1,59 48 555 202
Бутовська 4400 94,4 11 1,65 20 768 152
Чайкшо 1200 43,3 24,1 1,6 20 871 83
1м. Юрова 3700 72 9,4 1,46 13 536 122
Ясишвська-Глибока 4450 107,1 13,6 0,8 29 131 203
Ившчна 2100 58 13,1 0,9 15 196 98
Шахтарська-Глибока 4000 101,3 5,5 1,3 11 143 127
Постшковська 2500 60,7 16 1,2 19 424 115
Шахтарська 1650 69,9 12,7 0,9 17 755 93
Вшницька 3200 55,7 8,4 1,1 9 358 108
ченкова i «Чайкшо», де в незадовшьному сташ знаходиться близько 25% виробок, у той час як середне значення по групi шахт дорiвнюe 11%. У мiру збiльшення глибини вщпрацювання запасiв i деконцентраци гiрничих робгг спостерiгаеться збiльшення довжини пiдтримуваних виробок i пов'язане iз цим ускладнення шахтного пiдземного господарства: так, якщо середня довжина пiдтримуваних виробок для втизняних вугiльних шахт становить 52 км, то для вшх наведених у таблиц шахт данi значення е значно бшьшими, особливо це стосуеться таких шахт, як «Ясишвська-Глибока» i «Шахтарська-Глибока», де довжина шдтримуваних виробок сягае бiльше 100 км.
Бшьшють шахт нащонально! вугшьно! промисловост працюе в гiрничо-геологiчних Кiлькiсть породи, тис. т 700
умовах, яю е на даний час неприйнятними для вуглевидобутку у розвинутих крашах, -у першу чергу це стосуеться глибини вiдпрацювання запасiв i потужност пластiв вугiлля, що вiдпрацьовуються. Так, шахти «Шахтарська», «Ясинiвська-Глибока»,
«Пiвнiчна» розробляють пласти потужнiстю 0,9 м, а це пов'язано як iз технолопчними труднощами (неможливiсть використання засобiв мехашзаци вуглевидобутку), так i з бшьшою зольнiстю вугiлля (це пояснюеться невитримашстю пластiв тако! мало! потужностi i наявнiстю домiшок оточуючих порiд).
Залежшсть мiж обсягами видобутку вугiлля i кiлькiстю вилучено! з надр породи у графiчному виглядi наведена на рис. 1 на основi техшчних паспортiв шахт [12].
200
400
600
1200
800 1000
Видобуток, тис. т
Рис. 1. Залежшсть кiлькостi породи вiд видобутку по тдприемствам Мiнiстерства вугтьног промисловостi
1400
0
Фактично можна зробити висновок про наявшсть прямо! залежност мiж обсягами видобутку вугiлля i видачею прськох породи шахтами, що описуеться рiвнянням другого ступеня з коефiцiентом детермшаци И=0,7. Звертае увагу те, що найбшьш тiсний зв'язок мiж обсягами видобутку i видачею на поверхню породи спостершаеться на малопотужних шахтах, яю видобувають вiдносно невелику кiлькiсть рядового вугшля (до 200 тис. т на рш) i де переважно видобуток вугiлля здiйснюеться ручним способом у надзвичайно складних прничо-геолопчних умовах, а пiдготовка нових шахтних полiв не проводиться в силу
Бшьшють шахт вiдпрацьовують тонкi пласти вугшля потужтстю менше 1 м (шахти iм. Румянцева, iм. Калшша, iм. Гагарiна, «Комсомолець», iм. Ленша), зольнiсть видобутого вугiлля на яких становить вiд 46 до 52%; найбшьшу зольнiсть рядового вугiлля мае продукщя шахт «Свiтанок» i «Комутст», де цi значення дорiвнюють 86,4 i 71,2%, а середньодинамiчна потужтсть пластiв становить 1,05 1,13 м вщповщно (табл. 3).
На шахтах, де високий процент виробок, що не вщповщають вимогам правил безпеки, зростае обсяг робгг з перекршлення пiдтримуваних виробок, що призводить до зростання постiйних витрат вуглевидобувних шдприемств i збiльшення розмiру збиткiв вщ реалiзаци видо6уто! вугшьно! продукцп; з шшого боку, зростання обсягiв робгг з
вiдпрацювання розвiданих балансових запасв або нестачi iнвестицiйних ресурсiв.
В останнш час бiльша частина каттальних вкладень спрямовувалася в першу чергу на розвиток вуглевидобувних пiдприемств, ям видобувають коксiвне вугiлля, що пояснювалося високим споживчим попитом на цей вид продукци з боку впчизняних металургiйних
пiдприемств. Шахти, що видобувають енергетичне вугiлля, на цьому тлi вiдчували брак iнвестицiй, що позначалося на розвитку !х пiдземного господарства. У табл. 2 наведено характеристики стану прничого господарства ряду шахт Донбасу [12].
перекршлення виробок, так само як i висока частка виробок, чий стан не вщповщае умовам безпечноI експлуатацп, свщчить про функцюнування шахти в несприятливих прничо-геолопчних умовах i про наявнiсть високих ризикiв для потенцiйного iнвестора (власника) такого пщприемства.
На основi даних, наведених у табл. 2 i 3, можна визначити залежнiсть мiж кiлькiстю виданоI на поверхню породи вщ потужностi пласта, що розробляеться.
Графiк залежностi, наведений на рис. 2, пщтверджуе припущення про зростання обсягiв виходу породи при розробщ пластiв потужнiстю вщ 0,8 до 1,2 м, у той час як на пластах 6шьшо! потужносп спостерiгаеться помiрне зменшення маси видо6уто! гiрськоI породи. Оскшьки в нашiй краIнi на бшьшосп шахт розробляються саме тонкi пласти
Таблиця 2. Стан гярничого господарства на вуглевидобувних тдприемствах ДХК «Жовтеньвугыля», ш/у «Шровсъке», ДП «Артемвугтля»
Шахта Обсяг проходження, м на рiк Пдтри-муван виробки, км Виробки що не вщповь дають ПБ, % Потужнють пласта, м Обсяг перекрш- 3 лення, м Порода по шахт, тис.т
Свпанок 4200 86,4 9,6 1,05 16 589 1,05
Юровська 3200 57,9 10 1,05 11 580 1,05
Житомирська 4400 18,6 7 1 2 604 1
1ловайська 1200 45,9 11,2 1,22 10 282 1,22
Комутст 3700 71,2 10,1 1,13 14 382 1,13
Ждатвська 4450 63,3 13,9 1,1 17 597 1,1
1м. Ленiна 5400 52,6 22 0,9 2 376 000 54,7
Комсомолець 2000 41,5 18,9 0,85 756 000 77,9
1м.Ю. Гагарiна 1900 43,5 20 0,87 760 000 50,0
1м. Калiнiна 900 52,3 16,8 0,96 302 400 51,4
1м. Румянцева 3800 46,6 17,1 0,9 1 299 600 68,0
вугшля, то закономфним насл1дком рядового вугшля i в1дпов1дне зростання зростання видобутку е збшьшення зольносп витрат на його
Таблиця 3. Яюсм характеристики запаыв вугшля на шахтах ДХК «Жовтенъвугтля», ш/у «Шровсъке», ДП «Артемвугтля»
Шахта Плановий видобуток, тис. т Золь-нють, % Виробки, що не вщповь дають ПБ, % Потужнють пласта, м Обсяг перекршлен 3 ня, м Концентрат, тис. т
Свпанок 240 86,4 9,6 1,05 16 589 53,3
Кiровська 360 57,9 10 1,05 11 580 46,1
Житомирська 410 18,6 7 1 2 604 43,7
1ловайська 250 45,9 11,2 1,22 10 282 49,7
Комунiст 360 71,2 10,1 1,13 14 382 54,5
Жданiвська 450 63,3 13,9 1,1 17 597 48,5
1м. Ленiна 490 52,6 22 0,9 2376000 54,7
Комсомолець 430 41,5 18,9 0,85 756 000 77,9
1м. Ю. Гагарiна 380 43,5 20 0,87 760 000 50,0
1м. Калшша 430 52,3 16,8 0,96 302 400 51,4
1м. Румянцева 450 46,6 17,1 0,9 1299600 68,0
ч: о
CP
о
х го 3
0
1
л с го 1_
го со
700
600
500
400
300
200
100
у=-167908х2+4б,067х-б871,9 R;=0,5047_
rr
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Потужнють пласта вуплля
1,4 1,6
Рис. 2. Залежмстъ м1ж виходом породи i потужмстю вугтъних пласт1в
збагачення, що врешт-решт позначаеться на вартосп тонни товарно1' вугшьно1' продукци i на розмiрi збиткiв, що отримуе шахта вщ свое1' господарсько1' дiяльностi. Якщо десятилiття тому середня зольнiсть видобутого в Украïнi вугшля становила 32%, то сьогодш цей показник наближаеться до 42% i дуже iмовiрним е його подальше зростання, а це, в свою чергу, збшьшуе i без того критичне навантаження на природне середовище шахтарських регiонiв.
Все коксiвне i частина енергетичного вугшля пщлягае збагаченню гравiтацiйним i
флотацiйним методами. Порода, що вщдшяеться за допомогою першого з них, складуеться у вщвали, переважно плоскi, а флотацiйнi хвости - у спещальт сховища, iзольованi обвалуванням або греблями. На територп Донбасу зосереджено 90% всiх ддачих в Украïнi шахт, а видобуток вугiлля складае 93,2% загального пщземного видобутку. Всього на балансi ддачих шахт нараховуеться 838 породних вiдвалiв, з яких 115 е такими, що горять [5]. Поряд iз шахтами складування породи ( вщходи
гравпацшного збагачення) i хвостiв здiйснюють збагачувальш фабрики.
Мiж тим використання ресурсного потенщалу вiдходiв вуглевидобутку е вкрай невеликим i не перевищуе 7%. Що стосуеться породи, то 11 споживання коливаеться в межах 1,5-2,0 млн. т на рш [6]. У той самий час порода вщ проведення гiрничих виробок може використовуватися у виробницга керамiки, будiвництвi дорiг, закладцi вiдпрацьованого простору в шахтах i для деяких шших потреб. Вiдходи збагачення (флотохвости) можуть бути використаш як сировина для кам'яного
литва, виробництва шрки i
сiльськогосподарських добрив.
Мiнерало-петрографiчнi характеристики породних вiдвалiв у Донецькому i Центральному
вуглевидобувних регюнах наведенi у табл. 4 [3]. Результати аналiзу 169 проб, вщбраних з вiдвалiв шахт у Донецько-Макивському промисловому регiонi, наведет у табл. 5 [4]. Результати проведених дослщжень породи дозволяють прийняти рiшення про можливi напрямки подальшого використання цього виду сировини з урахуванням фiзико-хiмiчних властивостей i вiдповiдностi 11 iснуючим санiтарним нормам i екологiчним вимогам.
Таблиця 4. Мiнерало-пеmрографiчна характеристика
Назва Середнiй Довiрчий штервал Коефщент
вмiст (Р=0,95) варiацi!,%
Каолiнiти 27,6 34,7-20,5 13
Хлориди 17,1 21,9-12,3 14
Пдрослюди 25,2 31,1-19,3 12
Польовi шпати 4,0 6,2-1,8 28
Кварц (загальний) 15,8 23,4-8,2 26
Сульфати 2,1 5,4-0,0 80
Сульф™ 0,75 1,7-0,0 65
Таблиця 5. Склад вiдвальноi породи
Складники Вмiст, %
мшмальний максимальний середньозважений
Волога анал^ична 0,2 9,2 2,0
Зольшсть 46,6 99,8 94,5
Сiрка:
загальна 0,04 15,41 0,98
пiрiтна 0,01 0,42 0,14
сульфатна 0,03 14,7 0,79
органiчна 0,01 0,71 0,19
8102 46,7 74,2 61,6
Ре20э 6,0 18,7 9,0
Л12О3 13,0 29,0 21,4
СаО 0,7 2,9 1,6
Переважно вщвали складаються з глинистих рiзновидiв (глинистих сланцiв, аргштв) пiщаникiв, алевролиту, вапняку i невелико! кшькосп вугiлля. Негорiлi породи поширеш у бiльшостi вiдвалiв, у !х нижнiй частинi. Порода перегорiлих вщватв е високомiнеральною (Лй=94,5%) i сухою (^=2,0%). Вмiст загально! сiрки коливаеться в широ-
ких межах вщ 0,04 до 15,41%, кремшю, за-лiза i алюмiнiю в середньому становить 61,6;9,0;21,4% вiд загально! маси вщбраних проб.
Оскiльки в Укра!ш запаси глинозему е незначними i вiн переважно надходить на експорт, то окисли алюмшю, що мютяться у породних вiдвалах, представляють штерес як вторинний ресурс для виробництва
промислових сплавiв. Для цього, наприклад, може бути використана технолопя отримання заевтектичних силумiнiв, джерелом яких е сировина з концентрацieю Л120з до 20%, або електрогiдравлiчний спосiб, при якому використовуеться руда з концентрацiею бокситов бiльш нiж 15%. Вiдходи, що мiстять кремнiй i кальцiй, можуть бути сировиною для виробництва будiвельних матерiалiв.
З вугiльними пластами i оточуючими породами парагенетично пов'язанi хiмiчнi елементи, зокрема й рiдкi землi (табл. 5). 1з 70 виявлених рщкоземельних елементiв 16 представленi стшко у породi i вугiллi [10].
У низщ випадкiв концентрацiя рщких земель е вищою, нiж у сировиш, що використовуеться традицiйно. Так, маса гермашю, що мiститься у вугшл^ яке щорiчно спалюеться в опалювальних пристроях, перевищуе його щорiчне споживання у 20 разiв. З шшого боку, цiннi рiдкоземельнi елементи потребують вiд вуглевидобувних шахт додаткових витрат на !х вилучення, а попит на деяю з них вимiрюеться у свiтi лише десятками тонн, через що бшьшють шахт найчастоше iгнорують можливостi !х додаткового вилучення. Окремi автори [6] стверджують
про доцiльнiсть вилучення германiю, при його вмют у породi в межах 55 i бiльше грам на тонну, за умови вилучення супутшх йому галiю, iтрiю, циркошю i скандiю. Iншi автори [11] привертають увагу на перевищення пропозицii окремих рiдких земель над поточним попитом та зазначають економiчну недоцiльнiсть розпорошення виробничих ресурсiв на видобуток цього виду супутнього продукту.
Статистична обробка результатiв аналiзу гранулометричного складу вiдвальноi породи як будiвельноi сировини свiдчить про те, що в середньому 51,5% и маси представлено щебеневою фракцiею (розмiр частинок бшьше 5 мм), а решта - пiсковою. Спецiально проведенi дослщження [3] засвiдчили, що 45% вiдвалiв через пiдвищений вмiст у породi сiрки непридатнi для використання як сировини для керамiчного виробництва, 15% може бути використано як пороутворювач^ решта - як заповнювачi бетону i як матерiал для дорожнього бущвництва. Результати статистичноi обробки гранулометричного аналiзу проб горiлоi породи, вщбраних iз 40 вiдвалiв у Донецькш областi, наведенi у табл. 6 [4].
Таблиця 6. Ситовий склад проб ггрсько! породи терикотв
Розмiр вiчок сита й, мм Залишок на сит¡(й), % Вмют фракци бшьше ¡(й), % Довiрчий штервал Г(й), % (Р=0,95) Розрахунковi значення
¡(й), % Г(й), %
40 5,1 5,1 5,7-4,4 6,5 6,5
20 12,7 17,8 19,3-16,2 10,8 17,3
10 15,9 33,7 36,0-31,3 20,3 37,6
5 17,8 51,5 54,5-48,5 10,8 48,4
2,5 16,6 68,1 71,7-64,5 14,4 62,8
1,25 3,6 71,7 75,5-67,5 11,3 74,1
0,63 8,2 80,0 84,1-75,4 8,0 82,4
0,315 6,6 86,6 91,2-81,6 5,9 88,3
0,14 6,9 93,1 98,2-87,6 4,6 92,9
Даш табл. 6 свщчать про широкий дiапазон розмiрiв частинок горiлоi породи -вщ десятих до сотих мшметра. Статистична обробка результатiв ситового аналiзу свiдчить, що iнтегральна крива розподшу маси породи за розмiрами частинок
апроксимуеться за розподiлом Розша-Раммлера:
^ (й) = 100ехр-
й
(1)
де й - еквiвалентний дiаметр частинок породи, мм; ¥(й) - масова частка породи iз
ь
а
розмiрами частинок бшьше й, %; а, Ь -параметри розподiлу.
Виходячи з даних табл. 6, методом най-менших квадратв були знайденi емпiричнi значення коефiцiентiв а=8,273 i Ь = 0,638. Ви-ходячи з хiмiчного аналiзу, можна зробити висновок, що горш породи териконiв являють собою кондицшне сировинне джерело щебеню i пiску для будiвельноI промисловостi. За сукупнютю фiзико-хiмiчних властивостей горший матерiал 40 дослiджених шахтних вiдвалiв розподiляеться таким чином:
45% - у потршнш системi координат 8Ю2-А120з-(К20+К0+Ре20з) розташованi в системi природного здимання. При цьому третина з них за вмютом сiрки е непридатною як керамiчна сировина;
15% - середньоздимн i у потрiйнiй системi координат знаходяться в сферi використання як пороутворювачi;
40% - не дають пластичного числа i оцшюються як наповнювач для бетонiв i як матерiал для дорожнього будiвництва.
Проби вiдвальноI породи, вiдiбранi на 58 вуглезбагачувальних фабриках Донбасу, характеризуються високим ступенем мiнералiзацiI (Ас=74,22± 1,28%) i малою гiгроскопiчнiстю (We=1,70±0,06%).
Вмiст сiрки коливаеться вщ 0,7 до 6,7% i в середньому становить 3,7±0,2%. Як свщчить петрографiчний аналiз, основним компонентом вiдвальноI породи е глинистi матерiали. Кшькють карбонатних порiд е незначною. У рядi випадкiв вони мають сидерит-анкеритовий i доломит-анкеритовий склад, рiдше представлен вапняками. Частка пiщанику лише в окремих випадках перевищуе 15%, i хоча петрографiчний аналiз довiв
наявнють вiдносно великоI (у середньому 23,9±2,6%) кiлькостi вугiльно-мiнеральних зрощувань у вщвальнш породi, вмiст легких фракцiй (<1500 кг/м3) iз середньою зольнiстю 11,4% е невеликим (табл. 7) [3].
Таблиця 7. Характеристика фракцтного складу
Фракци, кг/м3 Середн значення при довiрчiй iмовiрностi 95% Середньоквадратичне вщхилення
вихщ,% зольн^ть^ вихiд,% зольнють,%
<1500 2,39±0,90 11,41±2.,40 2,20 5,82
1500-2000 9,61±1,81 41,35±1,81 4,40 9,60
>2000 83,21±4,33 80,31±1,07 10,50 2,62
Вмют у породi зрощувань, щшьнють яких знаходиться в межах вщ 1500 до 2000 кг/м3, досягае на окремих фабриках 20%, а в середньому становить 9,61 + 1,8% [3]. Мшеральна частина вiдходiв флотацшного збагачення представлена переважно (у середньому 88,16±1,250) схильними до набухання i такими, що легко руйнуються,
глинистими речовинами i пiритом (1,0±0,12%). Середня зольнiсть флотацiйних хвостiв дорiвнюе 72% i збiльшуеться зi зменшенням величини частинок.
Середньостатистичний петрографiчний склад хвоств флотацп 20 збагачувальних фабрик Донецького вугшьного басейну наведений у табл. 8 [10].
Таблиця 8. Петрографiчний склад хвостiв фракцт
Назва Середне, Середнш квадрат Коефщент Довiрчий iнтервал
% вщхилень,% варiацiI, % середнього (Р=0,95), %
Вугшля:
Вiтринитовi зерна 8,0 0,98 54,4 10,0-6,0
Фюозинитовi зерна 1,1 0,18 75,9 1,4-0,7
Зрощування:
Вiринит з глинистим
матерiалом 1,6 0,23 67,0 2,0-1,1
Фюзинитовi зерна 0,4 0,1 115,6 0,6-0,2
В^ринит з шритом 1,2 0,25 96,1 1,6-0,6
Порода: Глинистий матерiал 88,2 1,70 9,2 86,1-79,4
шрит 1,5 0,33 98,0 2,2-0,8
кальцiй 0,6 0,17 120,4 1,0-0,3
кварц 2,7 0,58 96,7 38-1,5
Органiчна частина 11,2 1,34 53,6 13,9-8,5
Мшеральна частина 88,2 1,24 6,3 90.6-85,6
Середньозважений дiаметр хвостiв флотацii 20 збагачувальних фабрик Донбасу знаходиться в межах 0,05-0,24 мм, неквадратичне вiдхилення - 0,145 мм. Поширення частинок за розмiром е несиметричним, що, найiмовiрнiше, зумовлено бiльш високою ефективнiстю вилучення частинок, бшьших за 0,25 мм, в ушх технологiчних операцiях, у тому чи^ й тих, що передують флотацii.
Гранулометричний склад хвостов
апроксимуеться рiвнянням (2). Коефiцiент кореляци г = 0,96 - 0,99, Б>50. Розрахунковi значення коефiцiентiв дорiвнюють 0,067±0,027% i 0,49±0,12% вiдповiдно. Увагу привертае висока варiацiя коефiцiента а, що може пояснюватися високим ступенем метаморфiзму i петрографiчним складом ендогенних частинок флотованого вугшля i, як наслщок, 1'х схильнiстю до набухання, стирання, подрiбнення. Тому й зольшсть хвостiв флотацii Ай мае тюний зв'язок (г=0,81) з граничними розмiрами класiв i апроксимуеться експоненцiйним рiвнянням:
л й 5,0073-0,1741пN А = * , (2)
де N - середне значення граничних клаав
крупностi, мкм.
З вугшлям парагенетично пов'язанi хiмiчнi мiкроелементи, проте iхнiй вмiст у породi е дуже незначним i промислова розробка таких елемешгв на сучасному еташ науково-технiчного розвитку людства е недоцшьною. Деякого поширення набуло виробництво шритних концентратiв, що застосовуються у металургшному
виробництвi при обробцi сталi i плавцi нiкелевих i кобальтових руд. Що стосуеться оксидiв алюмiнiю, кременю, ирки, залiза та iнших елементов, то вони в окремих випадках вiдповiдають за кондицiями природнiй сировиш, яка застосовуеться у промисловому виробництвь Промисловий iнтерес представляе германiй, запаси якого е доволi суттевими на втизняних вугiльних родовищах, але обмежуючими факторами виступають додатковi витрати на його вилучення i вкрай незначна емшсть свiтового ринку цього рщкоземельного елемента. Небезпеку для навколишнього середовища представляють берилiй, вiсмут, цинк, свинець, арсен, ртуть. Напрямки виробництва i найбiльш поширенi види продукцii, що отримуються з вiдвальноi породи i флотацiйних хвостiв, наведенi у табл. 9.
Таблиця 9. Напрямки використання вгдвально! породи г флотацШних хвостгв
Напрямки промислового виробництва Вид продукцii
Легю неоргашчш заповнювачi для бетону Керамзитовий щебшь, керамзитовий гравiй, аглопорит
Заповнювачi для бетону Фракцшований щебiнь, пiщано-щебенева сумiш, штучний шсок
Будiвельна керамша Цегла, черепиця, каналiзацiйнi труби, виснажуючi додатки до високопластичних глин при виготовленш стiновоi керамiки, тротуарна плитка
Зв'язувальш матерiали Безклшкерний цемент, вихiдна сировина
Склокерамiчнi матерiали Кам'яне литво, скловата
Дорожне будiвництво Матерiал для основ дорш, заповнювач асфальтобетонних сумiшей
Хiмiчне виробництво Комплексш органо-мiнеральнi добрива, склокристалiчнi матерiали, арчана кислота
Пдротехшчне будiвництво Дренажнi пристро!', заповнювач бетошв
Наведен характеристики складу i фiзико-хiмiчних параметрiв дозволяють зробити попередню оцiнку продукпв складування у вiдвалах, що е одним з етапв еколопчно! паспортизацл вуглевидобувних пiдприемств i побудови лопчного сценарiю можливого промислового застосування техногенних мiнеральних ресурсiв як вихдно! сировини для виробництва товарно! продукци, створення баз даних про еколого-бiологiчну небезпеку iнгредiентiв, що мютяться у вiдвалах i хвостах збагачення. Як видно з табл. 9, юнуе широкий спектр напрямив використання вiдвалiв прсько! породи i вiдходiв збагачення, що дозволяють перетворити небезпечну для довкiлля сировину на цшний вторинний мiнеральний ресурс. У мiру виснаження основних родовищ увага промисловцв все бiльшою мiрою буде концентруватися на розробц техногенних родовищ, оскшьки останнi е легкодоступним джерелом сировини i мають комплексний характер. Обмеженням використання прсько! породи е часто И хiмiчний склад, зокрема включення шкiдливих речовин, пiдвищена
радюактивнють тощо. У таких випадках порода може бути використана для заповнення падземного простору i погашення виробок на дiючих шахтах i тих, що лшвщуються.
Висновки та пропозицИ У сучаснш практицi iснуе широкий спектр напрямшв використання вiдвалiв прсько! породи i вiдходiв збагачення, що дозволяють перетворити небезпечну для довкшля сировину на цшний вторинний мшеральний ресурс. У мiру виснаження основних родовищ увага промисловцв все бшьшою мiрою буде концентруватися на розробц техногенних родовищ, оскiльки останнi е легкодоступним джерелом сировини i мають комплексний характер. Обмеженням використання прсько! породи е часто И хiмiчний склад, зокрема включення шкщливих речовин, пдвищена
радiоактивнiсть тощо. У таких випадках порода може бути використана для заповнення падземного простору i погашення виробок на ддачих шахтах i тих, що лшвщуються.
Лiтература
1. Тургай Н.С., Кулиш В.А., Олевская Т.В. Вопросы реабилитации земель, нарушенных горными работами в Львовско-Волынском бассейне и Западном Донбассе // Экология шахтерских регионов. - К.: УкрНИИпроект, 1999. - С. 1-6.
2. Шульц Д. Концепция породных отвалов предприятий концерна «Рурколе» // Глюкауф. - 1989. - № 1/2. - С. 41-45.
3. Заря А.В., Родин Д.П., Григорюк М.Е. Совершенствование управления горнопромышленными отходами и воссоздание экологического мониторинга -реальне меры оздоровления ситуации в угледобывающих регионах Украины: Сборник научных трудов Донецкого научно-исследовательского угольного института. -Донецк, 2005. - С. 73-77.
4. Геологическое заключение по «Оценке физико-химического и компонентного состава пород 9 исследованных недействующих отвалов шахт ПО «Донецкуголь» и «Макеевуголь» / Артёмовская геологоразведочная экспедиция ГГП «Донбассгеология». - Артёмовск, 1992. - 55 с.
5. Вагонова А.Г. Экологические последствия добычи угля в регионах с ограниченными запасами // Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенно! безпеки регюшв: Матерiали друго! мiжнар. наук.-практ. конф. -Дтпропетровськ: ШПЕ НАН Укра!ни. -2003. - С. 191-193.
6. Чих Г. Утилизация и устранение отходов угольной промышленности // Глюкауф. - 1993. - № 1/2. - С. 70-76.
7. Бильд Г. Сокращение выхода породы в шахте // Глюкауф. - 1988. -№ 19/20. - С. 2-7.
8. Жук В.Н. Совершенствование ресурсосбережения в отрасли // Уголь. - 1998. -№ 9. - С. 42-43.
9. Иванов Н.И., Хижняк Л.Т., Липницкий Д.В. Методические подходы к решению проблемы ресурсосбережения. -Донецк: ИЭП НАН Украины, 1997. - 27 с.
10. Недодаева Н.Л. Эколого-экономи-ческая политика природопользования в
условиях специфики горного производства: моногр. / НАН Украины. Ин-т экономики пром-сти. - Донецк, 2006. - 356 с.
11. Daly H. Towards to Environmental Macroeconomics. The Internal Society For Ecological Economics. - Washington D.C., 1990. - P. 10-15, 34-38.
12. 3BiT Мшютерства вугшьно! промисловост Украши про стан прничого господарства вугшьних шахт Украши / Мшютерство вугшьно! промисловост Украши. - Кив, 2004. -78 с.
