CC BY
46
УДК 622.882:669.002.68.004.14
Пыталев Иван Алексеевич
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного транспорта Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ им. Носова), 455000, г. Магнитогорск, пр.Ленина, 38, e-mail: vehicle@,list.ru.
Хоменко Надежда Николаевна
доцент кафедры теоретической механики и сопротивления материалов, Институт металлургии, машиностроения и материалообработки, МГТУ им. Носова
Козловская Диана Анатольевна
магистр,
МГТУ им. Носова
Гапонова Илона Владимировна
студентка, МГТУ им. Носова, e-mail: nona13 @yandex. ru.
Кузнецова Наталья Сергеевна
студентка, МГТУ им. Носова
ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ И ЭТАПОВ РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРЬЕРА «ВОСТОЧНЫЙ» ГОРЫ МАГНИТНОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация:
В статье рассматриваются два варианта организации перевозок при доставке шлаков в карьере «Восточный» с использованием железнодорожного транспорта. Предлагается использовать железнодорожное отвалообразование в период технического этапа рекультивации. Произведен расчет экономических показателей рекультивации карьера «Восточный». Использование железнодорожного транспорта с целью сокращения транспортных затрат способствует достижению максимального экономического эффекта от использования выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов карьеров и отвалов для размещения отходов металлургического производства.
Ключевые слова: карьер, отвал, отходы металлургического производства, железнодорожный транспорт, думпкар
Pytalev Ivan A.
candidate of technical sciences, the senior lecturer of the department of industrial transport the «Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov», 455000, Magnitogorsk, Lenin av., 38, e-mail: vehicle@list.ru.
Khomenko Nadezhda N.
the senior lecturer of the department of theoretical mechanics and resistance of materials, deputy director on educational work of the Institute of metallurgy, machine building and material-graphics of the FSEI HPE «Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov».
Kozlovskaya Diana A.
master degree of the department of the technology of transport processes of the FSEI HPE «Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov»
Gaponova Ilona V.
internal student of the department of opencast mining of the FSEI HPE «Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov» e-mail: nona13@yandex.ru.
Kuznetsova Natalya S.
internal student of the group of organization and transportation management of the FSEI HPE «Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov».
GROUNDING THE EXPEDIENCY AND STAGES OF RECULTIVATION THE «EASTERN» OPEN PIT OF THE MAGNITNAYA MOUNTAIN USING WASTES OF METALLURGICAL PRODUCTION
Abstract:
The article considers two variants of arrangement freight delivery of slags in the «Eastern» open pit using railway transport. It is proposed to use railway dumping in the technical stage of reclamation. The calculation of economic indices of the «Eastern» open pit reclamation is performed. The use of railway transport, to reduce transport costs, contributes to the achievement of maximum economic effect from the use of the worked out pit's area and dumps of overburden rocks, formed as a container for disposal of industrial pit's wastes and dumps for placement metallurgical production wastes.
Keywords: open pit, dump, wastes of metallurgical production, railway transport, dump car.
В результате интенсивного освоения запасов железорудного сырья во второй половине XX века на Урале сформировано значительное количество отработанных карьеров. Сегодня горнодобывающая и перерабатывающая промышленность характеризуются возрастающими объемами добычи полезных ископаемых и их переработки. В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются площади земель, нарушенные горными работами, в том числе занятые под размещение отвалов пород и отходов переработки, которые в свою очередь представляют собой поверхности, непригодные для использования какой-либо отраслью народного хозяйства, отрицательно влияющие на окружающую природную среду. На современном этапе научно -технического прогресса в связи с интенсивным развитием промышленности охрана природы и рациональное использование природных ресурсов становится одной из важнейших задач сохранения окружающей природной среды. Особое значение приобретает проблема рационального использования земельных ресурсов и восстановление земель, нарушенных открытыми горными работами.
За последние 150 лет в результате добычи полезных ископаемых на земле образованы карьеры общим объемом 40 - 50 км3 и отвалы - около 100 км3. На каждого жителя планеты ежегодно добывается около 20 т минерального сырья. Добыча 1 млн т железной руды приводит к нарушению от 10 до 650 га земель, марганцевой - от 75 до 600 га, угля - от 2,5 до 45 га, руд для производства минеральных удобрений - от 20 до 100 га, 1 млн м нерудных (строительных) материалов - от 1,5 до 580 га. В ходе строительства одной нитки магистральных трубопроводов длиной в 1 км нарушается до 4 га земель. За год это составляет несколько десятков тысяч гектаров (без учета временных сооружений и дорог) [1]. В связи с этим исследование способов восстановления земель посредством заполнения выработанного пространства карьера отходами металлургического производства является одним из основных направлений повышения эффективности функционирования горнодобывающего и перерабатывающего производств за счет снижения экологических выплат предприятий, а также улучшения экологической обстановки в регионе.
Основная часть отходов металлургического производства представлена отходами III, IV и V класса опасности, что требует при их размещении соблюдения экологических требований по защите окружающей среды. Размещение промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров позволяет решить одновременно задачу безопасного складирования отходов производства и восстановить нарушенные горными работами земли.
В Челябинской области такие земли занимают значительные площади. За последние годы накоплен практический и теоретический опыт их рекультивации и эффективного использования. Так, положительный опыт рекультивации карьера «Западный» г. Магнитной позволяет определить целесообразность использования отходов металлургических предприятий для обеспечения технического этапа рекультивации выработанных пространств карьеров, расположенных в непосредственной близости от источников отходов. После завершения технического этапа рекультивации на карьере «Западный» в ближайшие 3 - 4 года возникнет необходимость рекультивации карьера «Восточный».
Карьер «Восточный» горы Магнитной разрабатывался в период с 1946 по 2006 г. По состоянию на 1.01.2014 его параметры имеют следующие значения:
- емкость выработанного пространства карьера до отметки 420 м составляет 61,3 млн м3;
- площадь карьера по верхней бровке составляет 162,8 га;
- абсолютная отметка дна карьера 330 м;
- длина по верху 1300 м;
- ширина по верху 800 м.
В настоящее время на карьере действует система водоотлива, которая обеспечивает откачку атмосферных осадков. Однако по данным [2] естественный уровень грунтовых вод в районе карьера Восточный находился на отметках порядка 438 м с понижением в восточном направлении до 418 м.
Отмечаются низкие фильтрационные свойства делювиальных отложений и малая обводненность пород в пределах рудного поля горы Магнитной. Шахта глубиной 71,2 м имела приток 1,53 л/с. На этом основании был сделан вывод, что углубление карьера на 11 м ниже уровня воды в реке Урал на обводненности карьера почти не скажется.
С целью обеспечения не только технического этапа рекультивации, но и максимальной эффективности использования выработанного пространства карьера «Восточный», предлагается разделить технический этап рекультивации на два этапа (рис. 1). При планируемом годовом объеме засыпки материалами, основная часть которых будет представлена доменными и сталеплавильными шлаками в количестве 4,1 млн м3, период рекультивации составит 10 - 15 лет.
I этап
II этап
Карты для размещения отходов III-IV класса опасности
рыхлая вскрыша(глины, суглинки): скальная вскрыша; IV-V класса опасности.
Рис. 1 - Этапы рекультивации карьера «Восточный»
На первом этапе предполагается осуществить засыпку выработанного пространства карьера твердыми отходами V и IV класса опасности до отметки, превышающей уровень грунтовых вод не менее чем на 2 м. Данное решение позволит в короткие сроки обеспечить выход рекультивационных работ на проектную мощность при минимальных затратах, в результате чего будет сформирована площадка для строительства на ней карт. На втором этапе предусматривается использование сформированной площадки для создания карт с целью размещения промышленных отходов III - IV класса опасности различного агрегатного состояния. При этом в качестве инертных материалов предусматривается использование имеющихся в избыточном количестве глин и суглинков, за-складированных в отвалы при отработке запасов месторождения «Подотвальное».
С целью обеспечения эффективного размещения отходов металлургического производства в количестве около 10 млн т предлагается складировать отходы в выработанное пространство с использованием железнодорожного транспорта. Это позволит значительно снизить затраты на рекультивацию, поскольку исключится перевалка с одного вида транспорта на другой, как это реализовано при рекультивации карьера «Западный», где доставка заполнителя (доменных и сталеплавильных шлаков) до борта карьера осуществляется железнодорожным транспортом, а непосредственно по карьеру - автомобильным транспортом, это обосновывалось небольшими длиной и шириной карьера в
плане. Карьер «Восточный» характеризуется значительно большей протяженностью, что позволяет в его условиях при валовом размещении твердых отходов V класса опасности применять железнодорожный транспорт. Таким образом, при техническом этапе рекультивации предлагается размещать отходы V класса опасности с использованием железнодорожного транспорта с непосредственной разгрузкой вагонов с отходами в выработанное пространство карьера с горизонта 420 м. Для обеспечения максимального восстановления земель предлагается выше отметки 420 м размещать карты III - IV класса опасности, с созданием противофильтрационных экранов.
Согласно отчетам по нормам образования отходов производства металлургического комбината с годовым объемом выпуска готовой продукции 11 млн т, объемы отходов составляют 92500 т. Для данных условий был произведен расчет экономической целесообразности размещения промышленных отходов в выработанном пространстве карьера III - V класса опасности при рекультивации карьера «Восточный».
Класс опасности промышленных отходов, которые будут размещать в целенаправленно сформированные отвалы вскрышных пород и пространство карьера, обусловливает ценность карьера «Восточный» [3].
Ценность карьера при условии, что собственник отходов одновременно является собственником данных горнотехнических сооружений, определяется по формуле:
где Vj- объем j-той карты для размещения i -го отхода, м3;
K - доля нормативной платы при размещении промышленных отходов на специализированных полигонах и площадках;
^еф - коэффициент дефляции;
Pi - плотность отходов, т/м3;
Ст - ставка платы за размещение 1 т i-го отхода в пределах установленных лимитов, руб.;
nt - коэффициент дисконтирования;
t - шаг моделирования, годы (t=1, 2, ...,T);
Т - период заполнения емкости, лет;
i - вид размещаемого отхода;
j - количество карт, создаваемых в выработанном пространстве;
31 - затраты на размещение отходов, руб.;
32 - затраты на формирование выработанного карьерного пространства и вспомогательные мероприятия, обеспечивающие размещение отходов, руб.
В работе рассмотрен вариант размещения твердых промышленных отходов III - V класса опасности в количестве 92500 млн т в карьере «Восточный». Затраты на размещение 1 т промышленных отходов - 23,4 руб. (в ценах 2011 г). Затраты на формирование емкости для размещения 1 т твердых отходов - 48,36 руб.; коэффициент дефляции 2,2; ставка платы за размещение 1 т i-го отхода 497; 0,4, соответственно, за III; IV и V классы опасности.
При размещении отходов сторонних юридических лиц на полигоне собственника выработанного пространства расчет экономической эффективности проводится так:
где Уп - объем размещаемых промышленных отходов, м3;
Зф - приведенные затраты на формирование 1 м3 емкости, руб/ м3; Зр - приведенные затраты на размещение 1 м3 промышленных отходов, руб/м3; Я - закладываемый уровень рентабельности, %.
(1)
ЦВ°пбк = 95200 • 1093,4 • 1 - 95200 • 48,36 - 95200 • 23,4 = 97,2 млн руб.
ЦВтп.к = 95200 • (48,36 + 23,4) • 1,15 = 7,86 млн руб.,
где 15 % - закладываемый уровень рентабельности.
Таким образом, накопленный опыт рекультивации выработанных пространств карьеров отходами металлургического производства, позволяет повысить эффективность данного мероприятия применительно к карьерам, подлежащим аналогичной рекультивации. Основываясь на технологии рекультивации карьера «Западный» г. Магнитной с учетом конфигурации, механизации, гидрогеологических условий и свойств размещаемых отходов, предложено осуществлять рекультивацию карьера «Восточный» отходами металлургического производства в два этапа. На первом этапе обеспечивается валовое размещение твердых промышленных отходов V класса опасности, а на втором используется сформированная площадка на поверхности складированных отходов для создания карт с целью размещения в них отходов различного агрегатного состояния Ш - IV класса опасности.
Литература
1. Гурина И.В. Рекультивация / И.В. Гурина. - Новочеркасск: НГМА, 2008.
2. Рекультивация Восточного карьера валунчатых руд. Проектная документация. Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обоснование влияния рекультивации Восточного карьера валунчатых руд на окружающую среду / ООО «Южуралниивх». -Магнитогорск, 2010. - (Фонды ОАО "ММК").
3. Гавришев С.Е. Определение ценности техногенных георесурсов / С.Е. Гаври-шев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Вестник МГТУ им Г.И. Носова. - 2010. - № 2. -С. 5 - 7.
