CC BY
24
шш
Iii
Фщ ill
ü
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 574: 622.272
ПРОБЛЕМЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ И ТЕХНОЭКОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
II
Я!
ш
A.C. Сагинов
ж \ Институт проблем комплексного освоения недр
-У//У-.
ж-
Iii в? Шв
I®
Мак,алада К,азак,стан Республикасындагы ресурс сактау проблема-пары кдрастырылган. Tay -кен внд1р1с'\н'щ табиги ортаны цоргауга багыт-талган экологияльщ каутсЛз технологиясы берЬген.
В статье рассматриваются проблемы ресурсосбережения Респуб-ffid, лики Казахстан. Представлены технологии горного производства, экологи-чески безопасные, направленные на охрану окружающей среды.
11 | The article considers the problems of the preservation of the resources of
the Republic of Kazakhstan. Ecologically safe and environment protection oriented Wm. technologies of the mining process are presented.
Технология горного производства находится в постоянном взаимодействии о геомеханической средой. Последняя определяется напряженно-деформированным состоянием массива пород в процессе ведения горных работ. Состояние горного массива влияет на экологическое равновесие горной среды, определяет направление рационального использования и,охраны недр.
На многих рудных и угольных местонахождениях оставлены громадные запасы полезных ископа-
емых - законсервированные забалансовые в прошлом некондиционные потери и пр. Все эти запасы в различных неликах являются следствием прямого и косвенного антропогенного воздействия на природные минеральные ресурсы. Отработка их сопряжена с проблемами повторной отработки в условиях повышенного экологического риска. Это, в свою очередь, в значительной мере связано с подработкой пригодных сельскохозяйственных земель в пределах горного отвода интенсив-
№1, 2001г.
105
ным выделением остаточных токсичных газов в выработанных пространствах, отравляющих горную среду, прорывом загрязненных подземных вод в шахту и пр.
В результате антропогенного воздействия процессов горного про-изводства на окружающую среду экологическое равновесие нарушается. При этом выделяются в атмосферу десорбированные из массива взрывоопасные и токсичные газы. Происходит заражение шахтных вод вредными примесями, выделяющимися изотоитой горной массы, а также из подрабатываемого горного массива, подработкой площадей земной поверхности, последствиями надработки горного массива.
Значительный интерес представляют техногенные месторождения (ТМ) как результат технологической деятельности человека, приводящей к скоплению отходов горного металлургического и химического производства. К ним относятся отвалы, терриконики, хвостохра-нилища, вскрышная горная масса и пр., а также бросовые и некондиционные участки шахтных полей, рудных залежей и пр. ТМ являются объектом вторичной технологической переработки и получения стратегически ценных продуктов - различных редких, рассеянных и благородных металлов и других элементов (германия, галлия, таллия, индия, селена, теллура, золота, сереб-
ра и др.). Большинство ТМ обладают, как правило, важным технологическим свойством - техногенная масса дезинтегрирована до мельчайших фракций и легко преобразуется в агрегатноподвижное состояние.
Вторичная переработка и получение продуктов более высоких переделов является серьезной проблемой из-за большой неравномерности и рассеянности полезных компонентов и их склонности к физико-химической и биологической деградации техногенной массы.
Создание новых и нетрадиционных технологий разработки полезных ископаемых подземным способом и совершенствование существующих в условиях повышенного экологического риска характерных для рудных месторождений Казахстана позволят найти наиболее эффективные технические и технологические решения, методы и способы добычи полезных ископаемых. Научное обоснование обеспечивается начиная с проектных решений, теоретически и научно обоснованных по критериям надежности и безопасности и обеспечивающих экологическую чистоту и экономичность.
Развитие и совершенствование экологически безопасных и безотходных технологий и методов разработки месторождений полезных ископаемых базируется на современных достижениях научно-тех-
нического прогресса в горнодобывающих отраслях промышленности и определяется по следующим направлениям:
- безотходно-селективные технологии подземной добычи полезных ископаемых, обеспечивающие комплексное использование недр и эффективное управление качеством руд;
- экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии и методы разработки рудных месторождений;
- нетрадиционные технологии добычи угля, а также геотехнологические методы и бесшахтные технологии извлечения углеводородных ресурсов;
- комплексная разработка техногенных месторождений.
Экологически безопасные технологии разработки предусматривают эффективное подавление и нейтрализацию вредных газов (как природных, так и выделяющихся в процессе ведения горных работ). Эти технологии связаны в основном с разработкой:
а) пожаро- и газоопасных рудных тел и залежей, содержащих природные токсичные газы (сероводород, сернистый ангидрид);
б) сейсмо- и взрывоопасных выемочных участков и блоков рудных месторождений. К ним относятся месторождения Миргалимсай, Ачисай, Тек ели, Шалкия и др., а так-
же угольные Экибастуз, Карагандинский бассейн и др.
Большую опасность представляет затопление шахт при их ликвидации. В Карагандинском бассейне по проекту в 1995-1997 гг были затоплены шахты "Топар-ская", "Чурубай-Нуринская", "Молодежная", "Северная", "Майкудук-ская" и др. На отдельных шахтных полях ("Топарская", "Молодежная" и др.) уже наблюдаются reo динамические проявления в зоне крупных тектонических нарушений (мелкочастотные землетресения, провалы, образование загрязненных водоемов и др.) Бросовые участки и шахтные поля становятся непригодными к разработке и эксплуатации. Наносится большой ущерб - экологический и экономический. Аналогичные проявления наблюдались после затопления рудников "Мирга-лимсайский", "Атасуйский" и др.
Кардинальное решение проблем ресурсосбережения и экологизации разработки угольных месторождений - это переход на бесшахтные, т.е. геотехнологические методы добычи полезных ископаемых.
Научно-техническая концепция создания бесшахтной технологии основана на синтезе новых экспериментально изученных, испытанных и обоснованных результатами фундаментальных исследований физических и физико-химических процессов в сочет ании с существу-
ющими, активизирующие и преобразующие в кондиционные агрегат-но-подвижные состояния газоугольные пласты.
Бесшахтная технология (БТ) разработки газоугольных пластов -это новый геотехнологический метод комплексной разработки газоугольных месторождений, при котором через систему пробуренных с поверхности скважин постадийно извлекаются углеводородные ресурсы в технологически кондиционных агрегатно-подвижных состояниях.
На протяжении ряда лет институт проблем комплексного освоения недр проводил научно-исследовательские работы по проблемам ресурсосбережения и технологии разработки газоугольных месторождений, что позволило создать научно-техническую концепцию синтеза и проектирования БТ, основанную на принципах многостадийного геотехнологического освоения газоугольного пласта с реализацией в следующей последовательности.
- На 1-ой стадии технологии БТ - интенсификация извлечения природного газа метана, а также обоснование параметров технологии добычи кондиционного метана с содержанием более 95% и газодобычного комплекса - модуля при дебите 4,5м/ мин и более;
- На 2-ой стадии - микроструктурное преобразование пласта
с последующим физико-химическим воздействием на него и преобразованием угля и углеводородных ресурсов в агрегатно-подвижное состояние;
- На 3-ей стадии - преобразование и использование неорганических остатков угольного пласта.
Областью эффективного применения скважинной геотехнологии добычи метана с использованием газодобычного комплекса являются также техногенные (бросо-вые)участки шахтных полей шахт им.В.И. Ленина, "Казахстанская", "Стахановская" и др., а также запасы Тентекской мульды, шахтного поля "Саранской - Глубокой".
Геологическая изученность запасов газа-метана в угольных пластах Карагандинского бассейна за последнее десятилетие доведена до уровня, при котором метан может рассматриваться как попутное полезное ископаемое, залегающее в недрах совместно с углем, т.е. газоугольный пласт.
Балансовые запасы метана, по данным Зинченко В.В., в разведанных балансовых запасах углей приведены в таблице.
Основное количество запасов метана (81%) приходится на г.т. -бины залегания от 300 до 1500 м вполне доступные для промышленного освоения.
Так, запасы метана, подсчитанные американскими специал}::-
Таблица
Месторождения Всего, млрд. мз В том числе
Балансовые кат. С!+С прогнозные
Карагандинский бассейн по районам 477 198 279
Карагандинский 194 90 104
Чурубай-Н уринский 176 78 98
Тентекский 107 30 77
тами компании "ЭНРОН Эксгаю-рейшнл" (США), оцениваются примерно в 300 млрд. м\ в том числе в Карагандинском синклинали - около 200 млрд. м3, из них 60 млрд. м3в границах поля шахты "Саранская-Глубокая" , и в Тентекской синклинали - около 30 млрд. м3.
В предварительном ТЭО компании сделан вывод о том, что Карагандинский бассейн содержит обширные угольно-пластовые запасы метана в эксплуатационном интервале глубин приемлемые для коммерческого извлечения метана.
Добычей метана в бассейне заинтересовалась другая американская компания Ай-Эм-Си. Свои предложения по промышленной добыче метана были разработаны также специалистами Угольного департамента АО "Испат-Кармет" с оценкой запасов свыше 500 млрд. м3.
Наиболее реальная оценка запасов на ближайшую перспективу - около 500 млрд. м 3. В первую очередь, в районах Саранской-Глубокой и Тентекской.
Методология синтеза и про-
ектирования новых технологий, а также создания и оптимизации экологически чистых и природосберегающих технологий разработки полезных ископаемых является одной из важнейших задач при добыче полезных ископаемых. Определение рациональных параметров технологии разработки, синтезированной из множества возможных вариантов (как традиционных, так и новых экологически чистых и безотходных технологий), обеспечивает научное обоснование и выбор наиболее эффективных из числа технологически возможных.
Оптимизация технологии по минимуму затрат или максимуму прибыли и рентабельности правомерна при системном и комплексном рассмотрении качественных и количественных параметров синтезируемых вариантов с количественной оценкой их по критериям надежности. Совершенствование и повышение надежности технологических процессов является решающим фактором при установлении рациональных параметров экологи-
№1, 2001г.
109
чески чистых и безотходных технологий. Априори считается, что оптимальное сочетание показателей отдельных процессов, обоснованных по критериям надежности и соответствующими параметрами технологической системы, в целом обеспечивает наиболее высокие технико-экономические показатели. Оптимизация технологии разработки основывается на методах выбора рациональных параметров с учетом сложности взаимосвязей и взаимозависимостей всех технологических процессов, прежде всего обеспечивающих экологическую чистоту и рациональное использование недр с учетом экономических последствий от потерь и разубожи-вания, а также требований безопасности ведения горных работ.
В конечном счете, кардинальные решения проблем ресурсосбережения и техноэкологии должны быть рекомендованы и сведены в
проектных решениях:
- при разработке техногенных месторождений должно быть приоритетом комплексное освоение, а также вторичная переработка и получение благородных металлов и редкоземельных элементов;
- извлечение и использование метана при больших его запасах при разработке газоугольных месторождений БТ как приоритетная и альтернативная традиционному подземному способу добычи имеет неоспоримые преимущества в социально- экономическом и в экологическом отношении;
- при ликвидации шахт, рудников, выработанных пространств, подземных выработок и др. предусмотреть использование пустот для хозяйственных и промышленных нужд (бункеры, склады, коллекторы, хранилища, бомбоубежища, подземные гаражи и прочее).
