CC BY
68
Hmelevsky Maxim Victorovich, postgraduate, galina_stas@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Volkov Dmitryi A., postgraduate, galina_stas@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 662.341.012
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
УТИЛИЗАЦИИ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ С ЦЕЛЬЮ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ
В.И. Комащенко
Охарактеризована роль горного производства в деградации экосистем окружающей среды. Произведена систематизация и типизация факторов влияния горных технологий на окружающую среду и мер по его предупреждению. На основании анализа причин накопления на земной поверхности отходов горного производства сделан вывод о необходимости корректировки технологий добычи полезных ископаемых в направлении уменьшения разубоживания руд породами. Предложена типизация методов уменьшения разубоживания на всех этапах эксплуатации месторождений. Рекомендованы направления выхода из экологического кризиса путем использования инновационных технологий разработки месторождений, оптимизированных по признаку минимизации разубоживания. Приведена схема определения эколого-экономической эффективности утилизации отходов с помощью инновационных технологий. Сформулировано направление выхода из эколого-технологического кризиса современности.
Ключевые слова: руда, месторождение, экология, экономика, окружающая среда, комбинирование технологий, разработка, земная поверхность, напряжения, деформации, твердеющие смеси, прочность, отходы, управление, массив, хвосты, металлы.
Проблема и ее связь с научными и практическими заданиями.
Важнейшим условием развития государств является состояние их минерально-сырьевого комплекса. От уровня рациональности использования богатств недр зависит состояние материально-технической базы производства продукции, обеспечение населения продовольствием, решение многих социальных проблем. Поэтому земные недра рассматриваются как комплексный природный ресурс жизнеобеспечения общества, изменяемый в зависимости от уровня развития государства. Основные закономерности развития сырьевой базы - рост объемов добычи и снижение содержания металлов в рудах [1-4].
Господствующая с первых шагов человека до настоящего времени антропоцентрическая стратегия преобразования природы все более радикально изменяет биогенные факторы существования людского сообщества.
Добыча минерального сырья производится в границах природной системы, устойчивой во времени и открытой в отношении миграции компонентов и энергии. Воздействие на экосистему вызывает ответную реакцию, параметры которой зависят от степени вмешательства горного дела в природные процессы. Интенсивно нарастают масштабы и скорость геохимических процессов. Темпы антропогенного изменения химического круговорота превышают темпы самовосстановления среды обитания.
Добыча и переработка полезных ископаемых сопровождаются нарушением естественных ландшафтных комплексов. В Европе ежегодно нарушаются сотни тысяч гектаров земель, из которых на сельскохозяйственные угодья приходится около 40 %. Наибольшие изменения земной поверхности происходят при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых, на долю которого приходится 75 % объемов горного производства. Полем разрушительной деятельности человека являются регионы добычи сырья в Европе и их аналоги в мире[5-8].
Анализ исследований и публикаций. Доля утилизации отходов добывающего и перерабатывающего производств даже в технологически развитых странах не превышает 10 % [9]. Отсутствие координации в добыче отдельных компонентов ведет к тому, что при добыче только нескольких компонентов из комплексного сырья другие, не менее ценные, но не извлекаемые компоненты с высоким содержанием оказываются в отходах.
Антропогенное воздействие на окружающую среду достигло уровня, превышающего восстановительные силы природы. Отношение к недрам и природной среде в целом является мерой социальных и технических достижений человеческого общества и характеристикой уровня цивилизации. За многие века промышленной эксплуатации месторождений полезных ископаемых человечеством освоены высокопроизводительные технологии выемки необходимых компонентов и созданы технические средства для разрушения горных массивов, транспортировки горной массы на земную поверхность в объемах до сотен миллионов тонн в год и управления состоянием массивов. Созданы и развиваются специальные способы разработки месторождений в труднодоступных для человека местах [10].
Наименее разработанной и потому наиболее опасной остается проблема переработки излеченных на земную поверхность минеральных масс. Постоянное отставание возможностей переработки от возможностей добычи усиливают актуальность этой проблемы, делая ее глобальной и основной для человечества. В числе многочисленных причин складирования на земной поверхности минеральных масс наиболее существенны изменение кондиций на сырье со временем и технологическое разубоживание добываемых минералов вмещающими породами. Если изменение кондиций носит объективный характер и в условиях рынка управлению не подлежит, то сокращение объемов выдачи на земную поверхность разубоживающих
пород возможно путем корректировки технологий разработки месторождений [9].
Состояние окружающей среды в районах горных работ все в большей мере определяется объемом выданных на поверхность минеральных масс. Единственно возможным способом охраны окружающей среды является ликвидация хранилищ отходов с полной утилизацией продуктов переработки, так как их биологическая рекультивация не только не решает проблемы, но и, наоборот, активизирует темпы эмиссии загрязнителей, особенно металлосодержащих вод, в экосистемы окружающей среды. Нанесение рекультивационных слоев способствует поддержанию температурного и гидравлического режима природного выщелачивания и создает условия для усиления эффекта синергетических процессов в месиве хранилищ [10-15].
Количество излишне выдаваемых на земную поверхность пород зависит от технологии разработки месторождений. Управление состоянием очистного пространства при добыче руд претерпело эволюционное развитие от простых способов к более сложным способам, причем определяющую роль в процессе, всегда играли возможности разрушения массива.
Цели исследований и постановка задания. Цель заключается в том, чтобы стабилизировать или сократить в течение согласованного периода времени объем образования отходов, подлежащих окончательному удалению, путем сепарации отходов с целью повторного использования. Повысить эффективность процедур оценки изменений, происходящих в отвалах и хвостохранилищах, с целью разработки оперативной политики минимизации отходов путем использования экономических механизмов для внесения позитивных изменений в структуры производства. То есть, создание и укрепление национального потенциала в области изучения и разработки экологически безопасных технологий, а также принятие мер по сведению к минимуму объема образующихся отходов горного производства.
В последнее время при подземной разработке регулирующую роль играет твердеющая закладка, которая позволяет создавать искусственные сооружения различной прочности в массиве. Твердеющая закладка обеспечивает безопасность работ, но на поверхность выдается весь объем руды, что не снижает опасности загрязнения среды. Получили известность единичные случаи технологий добычи с выщелачиванием металлов, хвосты которых по свойствам аналогичны твердеющей закладке. Перспективные проблемы разработки месторождений полезных ископаемых включают в себя: комплексное освоение недр, воспроизводство ресурсов в недрах, максимальное извлечение элементов при переработке упорных и бедных руд, к числу которых относятся и техногенные месторождения, сложенные хвостами первичной переработки руд на обогатительных фабриках и металлургических заводах [7-9].
В связи с тем, что запасов богатых месторождений в благоприятных условиях недостаточно, уже сейчас осваиваются глубокие горизонты действующих рудников, месторождения со сложными горно-геологическими условиями, бедные руды, что сопряжено со снижением содержания металла в добываемых рудах, увеличением объема отходов и усилением нагрузки на окружающую среду.
Основные результаты. Корректность технологий добычи полезных ископаемых определяется минимизацией выдачи на земную поверхность излишней массы пород. По этому признаку методы ограничения ра-зубоживания предложено подразделить на группы (таблица).
Типизация методов уменьшения отходов горного производства
Типы методов Варианты технологий Условия применения
1.С выдачей руд на поверхность для переработки на заводе Ограничение размеров выработок Весьма ценные и ценные руды средней и высокой крепости и устойчивости
Наклон рудных стенок на массив
Упрочнение массива крепью
Разделение руд и пород перекрытиями
Ограничение размеров оборудования
2. С подземным выщелачиванием Валовое выщелачивание Однородные бедные руды
Селективное выщелачивание Разносортные руды
С предварительным дроблением руд Ненарушенные массивы
Без предварительного дробления руд Трещиноватые массивы
3.С выщелачиванием на поверхности Без предварительной подготовки Равномерно-дробленые руды
С дроблением и классификацией Без ограничений
С предварительной активацией Размер частиц не более 2 мм
С активацией и выщелачиванием Размер частиц не более 2 мм
4. Комбинированные Сочетание двух и более вариантов В зависимости от вариантов
Первая группа включает в себя методы с применением традиционных способов подземной разработки, регулирование изменением параметров элементов системы разработки, а также уменьшением габаритов бурового и доставочного оборудования во избежание технологически обусловленного прихвата пород при очистных работах [8]. Вторая группа включает в себя методы с переработкой руд и переводом металлов в растворы без извлечения их на земную поверхность и извлечение металлов из растворов на поверхности. Третья группа включает в себя методы с пере-
работкой бедных руд и отходов первичной добычи и переработки в кучах, штабелях и отвалах на земной поверхности [9]. Четвертая группа включает в себя методы, основанные на комбинировании подземного блокового выщелачивания с выщелачиванием на земной поверхности и с традиционными технологиями разработки.
Технологии разработки месторождений развиваются в следующих направлениях:
- снижение разубоживания руды вмещающими породами и твердеющей закладкой;
- соединение традиционных технологий со специальными технологиями, что позволяет извлекать металл из некондиционных руд, хвостов сортировки, обогащения, а также использовать выщелоченные минералы в качестве закладки;
- улучшение качества утилизируемых материалов путем активации механическим, электрохимическим, вибрационным и другими воздействиями.
Эколого-экономическая целесообразность вовлечения в производство некондиционных для традиционных технологий ресурсов
= Р - , (1)
где Эг - экономический эффект за , лет, руб.; Рг - стоимость результатов, руб.; 3г - затраты на эксплуатацию, руб.
Результаты природоохранной деятельности в г-м году
Р0=ац№ , (2)
где А, - производственная мощность предприятия в 1-м году, ед./год; Цдг -ценность произведенного в г-ом году суммарного продукта, руб./ед.
Стоимость сопутствующих результатов ресурсосбережения
рС = , (3)
]=1
где рС- оценка результатов ресурсосбережения, руб.; К, - величина7-го результата с учетом масштаба использования в г-ом году; а, - оценка единицы 7-го результата в г-м году, руб.; п - количество показателей.
Использование омертвленных в виде отходов природных ресурсов повышает ценность ресурсов и улучшает экономику предприятий региона. Оценка хозяйственной деятельности производится по сумме основных и сопутствующих результатов деятельности предприятия с производством основных и попутных продуктов из используемых отходов, высвобождением земель и другими социальными и экологическими последствиями. В качестве экологических результатов учитывается уменьшение площадей занятых в производстве земель и другие показатели, характеризующие минимизации вредного влияния производства на окружающую среду. Использование некондиционных минеральных ресурсов является еще практи-
чески неиспользуемым резервом повышения полноты эксплуатации недр с получением реального эколого-экономического эффекта.
Выводы и направление дальнейших исследований
1. Для обоснования целесообразность переработки и утилизации хвостов обогащения необходимо оценивать не только экономическим обоснованием, но и учитывать направления дальнейшего совершенствования техники и технологии добычи и переработки руд.
2. Задача заключительного цикла - утилизации извлеченных на поверхность геоматериалов должно осуществляться на основе оптимизированного критерия эффективности и единой эколого-экономической модели.
3. Анализом установлено, что одно только выщелачивание не отвечает требованиям современности, т.к. для этого необходимо продолжительное время. Поэтому следует оценить возможности технологий, сочетающих возможности комбинирования химической активации в электрохимических установках и механической активации в дезинтеграторах.
4. Для определения возможности минимизации влияния хвостохра-нилищ на окружающую среду исследуется возможность утилизации хвостов методами традиционной и новой технологии с извлечением металлов выщелачиванием. Для этого исследуются физико-механические свойства хвостов, их вяжущие свойства и параметры технологий активации хвостов как альтернатива процессам природного выщелачивания.
5. Определение эколого-экономических аспектов утилизации отходов горного производства, включает разделы: оценка сырьевой базы для промышленной утилизации хвостов, формулируется механизм поражения окружающей среды в случае хранения хвостов, определяется критерий эффективности их утилизации и величина предотвращенного ущерба окружающей среде.
Список литературы
1. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев С.А. Методика прогнозирования экологических последствий подземной добычи угля в России // Горный журнал. 2014. №9. С. 138 - 142.
2. Scientific and practical results of monitoring of anthropogenic influence on mining-industrial territories environment / N.M. Kachurin, S.A. Voro-bev, T.V. Korchagina, R.V. Sidorov // Eurasian Mining. 2014. №2. P. 44 - 48.
3. Качурин Н.М., Калаева С.З., Воробьев С.А. Получение магнитных жидкостей из отходов // Обогащение руд. 2015. №2. С.47 - 52.
4. Kachurin N., ^mashchenko V., Morkun V. Environmental monitoring atmosphere of mining territories // Metallurgical and Mining Industry. 2015. No 6. P. 595-598.
5. Геоэкологические принципы оценки эффективности подземной геотехнологии добычи угля / Н.М. Качурин [и др.]// Изв. ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1. Ч. 2. 2012. С. 24-30.
6. Голик В.И., Комащенко В.И., Дребенштедт К. Охрана окружающей среды. Высшая школа. М. 2007. 285 с.
7. Golik V., ^mashchenko V., Morkun V. Geomechanical terms of use of the mill tailings for preparation // Metallurgical and Mining Industry. 2015. No 4. Р. 321-324.
8. Golik V., Komashchenko V., Morkun V. Feasibility of using the mill tailings for preparation of self-hardening mixtures // Metallurgical and Mining Industry. 2015. No 3. Р. 38-41.
9. Golik V., Komashchenko V., Morkun V. Innovative technologies of metal extraction from the ore processing mill tailings and their integrated use // Metallurgical and Mining Industry. 2015. No3. P. 49 - 52.
10. Голик В.И., Комащенко В.И., Кочуров Б.И. Экологические аспекты комбинирования технологий добычи руд // Проблемы региональной экологии. 2013. № 6. С. 56 - 61.
11. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Прогноз загрязнения приземного слоя атмосферы горнодобывающими предприятиями / Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 12. С. 28 - 34.
12. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Дианов Ю.Ю. Экологическая логистика транспортирования полезных ископаемых при открытом способе добычи // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 12. С. 38 - 41.
13. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Математическое моделирование загрязнения воздуха в приземном слое предприятиями минерально-сырьевого комплекса // Изв. вузов. Горный журнал. 2012. № 4. С. 46 - 50.
14. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Диффузия пы-легазовых примесей в атмосфере от точечного источника загрязнения воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 2012. № 5. С. 73 - 79.
15. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Дианов Ю.Ю. Эколого-логистическая модель транспортирования полезных ископаемых при открытом способе добычи // Изв. вузов. Горный журнал. 2012. № 6. С. 29 - 33.
Комащенко Виталий Иванович, д-р техн. наук, проф., , ecology@ tsu.tula.ru , Россия, Белгород, Белгородский национальный исследовательский университет
ENVIRONMENTAL-ECONOMICAL EXPEDIENCY OF UTILIZING MINING-INDUSTRIAL
WASTES FOR THEIR CONVERTING
V.I. Komashchenko
The role of mining in degradation of ecosystems of environment is characterized. Systematization and typification of factors of influencing mining technologies upon environment and measures for its prevention is made. On the basis of the analyzing the reasons of accumulation on a terrestrial surface of mining waste the conclusion is drawn by need of correcting mining technologies in the direction of reduction and impoverishment of ores by rocks. Typification of methods by reduction of impoverishment at all operational phases of fields is for the first time offered. The directions of the exit from environmental crisis by using innovative technologies of development of the fields optimized on the basis of impoverishment minimization are recommended. The scheme of determination of environmental-economical efficiency of recycling by means of innovative technologies is provided. The direction of the exit from environmental-technological crisis of the present is formulated.
Key words: ore, a deposit, ecology, economy, environment, combination of technologies, working out, terrestrial surface, pressure, the deformations, hardening mixes, durability, a waste, management, a file, tails, metals.
Komashchenko Vitalyi Ivanovich, Doctor of Sciences, Full Professor, ecology @,tsu.tula.ru, Russia, Belgorod, Belgorod National Researching University
УДК 622.85:622.33(571.17)
ОПЫТ СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В ЗОНЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ АО «ХК «СДС-УГОЛЬ»
Ю.А. Манаков, В.И. Ефимов, Т.В. Корчагина, Л. А. Тургенева
Рассмотрены пути совершенствования системы корпоративного экологического контроля и управления, и внедрение Интегрированной информационно-вычислительной системы в производственный процесс управления экологической безопасностью и охраной окружающей среды АО ХК «СДС-Уголь». Изучено существующее состояние экосистем и биологического разнообразия в зоне расположения предприятий угольного холдинга.
Ключевые слова: экологические мероприятия, охрана окружающей среды, сохранение биологического разнообразия, экологический мониторинг, угледобыча.
Добыча и переработка каменного угля, как и любая техногенная (горнопромышленная) деятельность, несет в себе потенциальный риск отрицательного воздействия на окружающую среду - атмосферу, воду, почву, биоресурсы. В связи с этим соблюдение экологической безопасности -важный аспект работы современных угледобывающих предприятий. Компания «СДС-Уголь» уделяет постоянное внимание вопросам природоохранной деятельности на производстве и ежегодно проводит комплекс экологических мероприятий.
АО ХК «СДС-Уголь» рассматривает деятельность по охране окружающей среды как неотъемлемую часть бизнес процесса и вместе с тем,
