CC BY
30
давать преобразующие вихревые установки, имеющие КПД от 1,3 до 8.
На основании изложенных аргументов можно полагать, что в пер-
вом столетии третьего тысячелетия тепловой катастрофы можно избежать или хотя бы в некоторой мере
ослабить тепловое влияние на тропосферу и биосферу.
© Е.А. Ельчанинов, 2002
УДК 581:65.011.44
Е.А. Ельчанинов
ПУТИ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ НЕРЕНТАБЕЛЬНЫХ ШАХТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
П
ереход экономики на рыночные отношения неизбежно требует повышения экономической эффективности и экологической чистоты отечественной энергетики. Некоторые звенья этой отрасли, сформировавшиеся в условиях централизованного распределения конечного продукта, оказались неприспособленными к рыночным отношениям. В числе таких звеньев оказалась угольная промышленность. Высокая себестоимость и транспортные издержки привели к тому, что уголь, добываемый в России, оказался неконкурентоспособным как на внутреннем, так и на Европейском товарных рынках. Появилась тенденция к свертыванию его добычи, закрытию ряда угольных предприятий, снижению внимания к научнотехническому прогрессу в этой отрасли.
В то же время в различных регионах Российской Федерации то и дело возникают затруднения в энергоснабжении и прежде всего в теплоснабжении коммунальной сферы и промышленных объектов. Это -бесспорные свидетельства того, что снижение добычи угля не может
обеспечить решение возникших проблем.
Анализ мирового опыта показывает, что неликвидность угля как одного из основных энергоносителей в период временного спада производства не может служить ориентиром в долговременной энергетической стратегии государства. Эта стратегия должна быть не только ориентирована на предстоящий подъем экономики, но и предопределять его ввиду базового характера данной отрасли.
Проводимыми и проведенными структурными преобразованиями в угольной промышленности России в соответствии с «Основными направлениями реструктуризации угольной промышленности» предусматривалось создание экономически эффективной отрасли, высоко безопасной и экологически чистой, с соблюдением условий надежного обеспечения углем потребностей экономики, существенного снижения нагрузки на федеральный бюджет, повышения уровня жизни и социальной защищенности шахтеров.
Одной из целей реструктуризации угольной промышленности было экологическое оздоровление угледобывающих регионов. В резуль-
тате реструктуризации угольной промышленности было закрыто большое количество «нерентабельных» шахт, при этом предусматривалось осуществить комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воздействия на экологическую обстановку угледобывающих регионов: устранение вредных выбросов в атмосферу и сбросов вод в водоемы с закрываемых шахт; рекультивация нарушенных земель и санация отвалов, имеющихся на закрываемых шахтах; передача ранее отчужденных земель под горные отводы, отвалы и инженерные сооружения, в хозяйственный оборот; исключение бюджетных дотаций на погашение убытков шахт.
Закрытие убыточных шахт в угольной промышленности сопряжено с большими материальными затратами и экологическими последствиями для окружающей среды, а также создает целый ряд социальных проблем. При этом должно было учитываться, что избежать истощения природноресурсного потенциала невозможно, поэтому необходимо ориентироваться лишь на более полное использование природных ресурсов, т.е. на малоотходное производство, которое выстраивается из следующих этапов работ:
• первый этап - должна быть их малая ресурсоемкость (как на входе, так и на выходе - экономичность и незначительные выбросы);
• второй этап - должно быть создание цикличности производства (отходы одних должны быть сырьем для других);
• третий этап - должна быть организация разумного депонирования (размещения, захоронения) неминуе-
мых остатков и нейтрализация неустранимых энергетических отходов.
Все три этапа по времени могут быть одновременными.
К сожалению, эти положения были проигнорированы. Были разработаны проекты закрытия и ликвидации «нерентабельных» шахт мокрым способом, т.е. затоплением, который рассматривался как самый оперативный, простой, экономичный и надежный.
В настоящее время закрыто и ликвидировано более 160 шахт, только в Кузнецком бассейне закрыто более 40 шахт. За прошедшие 5-7 лет с начала закрытия первых шахт есть возможность достаточно достоверно оценить, какие результаты при этом достигнуты.
Проектами было предусмотрено затопление производить за счет естественных водопритоков в шахту. В зависимости от водопритоков определено время полной ликвидации шахты. Уточнены площади земель, подлежащих рекультивации на территории горного отвода каждой шахты, и сроки передачи их в хозяйственный оборот. Предусмотрено поэтапное отключение вентиляции, перекрытие устьев горных выработок, имеющих связь с дневной поверхностью.
Изменение земной поверхности вследствие ведения горных работ оказывает влияние на режим паводков и гидрологические условия, а также на взаимодействие с другими природными процессами и ландшафтом. Изучение подобных процессов, особенно при подземной добыче угля, вызывает большие затруднения. Для оценки взаимодействия процессов на больших площадях, таких как зона влияния шахты, необходимо располагать соответствующим объемом информации, причем весьма точной и детальной. На момент закрытия шахт такая информация в необходимом объеме отсутствовала.
Известно, что несмотря на предварительную геологическую разведку, угольная промышленность работает по предполагаемой геологической модели месторождения, а это также не позволяет сделать конкретные выводы о возможном воздействии горных работ на окружающую среду. В ходе разработки месторождения возникает необходимость корректировки планируемых работ по улучшению экологической обстановки, т.к. в результате
развития горных работ появляются более точные данные о горногеологических условиях. В свою очередь должны формироваться иные выводы о воздействии горных работ на земную поверхность, чего не было сделано.
Что же получилось фактически по осуществленным проектам ?
Во-первых осложнилась работа действующих шахт за счет перетока воды в горные работы из ликвидируемых шахт в действующие. Так, шахта «Капиталь-ная» АО УК «Куз-нецкуголь» имеет гидравлическую связь с шахтой «Осинниковской» и шахтой «Высокая». Шахты «Гундоров-ская», «Центральная», «Изваринская» и «Донецкая» ДАОА «Донецкое» имеют гидравлическую связь с шахтой «Западная» и могут быть затоплены только на 45 % до прекращения работ на шахте «Западная».
На шахте «Западная» ОАО «Бело-вуголь» имеется гидравлическая связь с шахтой «Чертинс-кая» в связи с нарушением целиков между этими шахтами. Весь приток воды в шахту «Западная» (300 м3/ч) должен откачиваться водоотливом шахты «Чертинс-кая», а уровень затопления шахты «Западная» будет значительно ниже проектируемого, т.е. ниже поверхности, и только после прекращения работ на шахте «Чертинская» может быть затоплена шахта «Западная».
Во-вторых, условия подъема воды и излив ее на поверхность на шахте «Капитальная» будут наиболее неблагоприятные для участка шахтного поля с городской застройкой поселкового типа на юго-западе шахтного поля, где подпор шахтных вод превысит отметки поверхности на 10-20 м. Будет происходить излив в несколько десятков м3/ч. Излив воды приведет к заболачиванию и засолению почв на площади более 100 га, ожидается подтопление более 60 тыс. жилых домов, десятки километров дорог. Заболачивание приведет к потере уникальных черноземных почв, следовательно, идет потеря земли как для сельского хозяйства, так и для промышленного и гражданского строительства. Отмечается активное загрязнение водотоков и водоемов стоком избытка шахтных вод.
В-третьих, подземные пространства ликвидируемых шахт заполне-
ны газом. При затоплении происходит выдавливание газа через породы, разломы и трещины на поверхность. Выполненные маркшейдерские расчеты свидетельствуют, что на каждой шахте имеется объем выработанного пространства 1,2-1,8 млн м3, заполненного газом. Этот газ будет выдавлен водой на поверхность по всей территории горного отвода.
При нормальной работе шахты газ выбрасывается в точках, где есть установки вентиляторов, и сразу же вертикальной инверсией поднимается в верхние слои атмосферы. Учитывая, что в верхних слоях атмосферы скорости потоков воздуха значительно выше, чем в приземных слоях, то выносимый газ быстро рассеивается и не представляет непосредственной опасности населению шахтерских поселков. При выделении же газа по площади на территории горного отвода он скапливается в жилых и производственных помещениях, инженерных сооружениях, погребах и других не проветриваемых или слабо проветриваемых постройках, приводя к трагическим последствиям.
Одновременно распределяясь в приземном слое атмосферы, газ метан способствует ускоренному развитию парникового эффекта в значительно большей степени, чем углекислый газ, т.к. его молекулы имеют отражательную способность в 20-40 раз выше, чем у СО2. В результате формируется региональный микроклимат, довольно ярко выраженный.
В-четвертых, на всех ликвидируемых шахтах имеются старые не погашенные выработки. Перед ликвидацией шахт эти выработки не погашаются, а проектами закрытия шахт предусмотрено вынести их контуры на поверхность, оградить эти контуры и запретить пользоваться землей до оседания поверхности в этих контурах и последующей ее рекультивации.
Что это означает? Выработки не погашены и простояли 30-50 лет, возможно, они простоят еще столько же или более, и все это время земля не будет введена в хозяйственный оборот. Однако проектами не определено, кто будет платить за эту землю, т.к. предприятия, кото-
рому принадлежала земля, как такового уже нет.
Оценивая в общем экологические последствия реструктуризации угольных шахт, можно сделать вывод, что она нужна, но проведена непрофессионально, в экономическом и экологическом плане безграмотно, что привело к серьезным негативным экологическим, социальным и экономическим последствиям. Только для поддержания более или менее нормальной экологической ситуации в регионах ликвидируемых шахт в настоящее время необходимо увеличить бюджетные дотации на 15-25 % по сравнению с дотациями на поддержание нормального функционирования убыточных шахт.
Каков выход из создавшейся ситуации? Немедленно изменить принятое направление реструктуризации «убыточных» и неперспективных шахт.
Реструктуризация должна быть направлена на развитие многопрофильной деятельности шахт. Уголь не только энергоноситель, но и прекрасное химическое сырье (еще Менделеев указывал, что из угля можно получать более 150 различных продуктов, необходимых для человеческого общества). Германия в период 2-й мировой войны обеспечивала себя жидким топливом, получаемым из угля. В настоящее время большинство продуктов для диабетиков производится на основе сахарина, производимого из угля. Получают целый ряд лекарств.
Одним из направлений реструктуризации угольной промышленности является развитие малой химии и энергетики, которая может быть освоена как на отдельно взятой шахте, так и на группе шахт. В связи с этим рекомендуется акционерным угольным компаниям и органам региональной администрации создавать производства малой энергетики и химии на базе шахтного метана, извлекаемого на действующих и закрываемых шахтах, с целью повышения рентабельности шахт, диверсификации отрасли, создания новых рабочих мест и удовлетворения потребностей рынка в соответствующей продукции.
При ликвидации шахт одной из важных задач следует считать уст-
ранение экологических нарушений в результате их работы прошлых лет и возможность использования старых отходов для производства новой продукции.
При этом следует отметить, что в угольной промышленности существует целый ряд отходов, которые не поддаются вторичному использованию. Эти отходы целесообразно размещать в старых выработках и отработанных пространствах шахт, производя их предварительную подготовку и обработку для экологически безопасного хранения после захоронения. Безопасное удаление отходов должно быть обусловлено заведомой невозможностью их утилизации.
Второе направление реструктуризации - это продажа шахт в частные владения, а частные владельцы найдут пути преобразования их в многопрофильные доходные предприятия.
Снижение негативного воздействия на окружающую среду также может быть достигнуто следующим путем:
- сокращение негативно воздействующих факторов в месте их возникновения, в особенности с помощью перехода на малоотходную технологию и утилизацию получаемых вторичных ресурсов;
- осуществление дополнительных охранных мероприятий, создающих преграду между источниками экологических нагрузок и окружающей природной средой, путем оснащения угледобывающих предприятий дополнительными технологиями и оборудованием, утилизирующими и перерабатывающими отходы.
Иными словами, доказано, что создание многопрофильных экологически чистых предприятий, переход к ресурсосберегающим технологиям в угольной отрасли является главным направлением научнотехнического прогресса и более выгодным с экономической точки зрения, так как делает отрасль конкурентоспособной. Необходимо не бороться с отходами, а не допускать их появления, создавая безотходную технологию, привлекая новейшие технико-технологичес-кие решения по их переработке. В настоящее время разработано доста-
точно большое количество технологий по переработке отходов и вторичных энергоресурсов как в России, так и за рубежом.
Малоотходная технология добычи угля путем утилизации минеральных и энергетических отходов и разработка способов предотвращения загрязнения окружающей среды состоит в следующем:
• установление качественных и количественных закономерностей образования вредных веществ и выброса их в окружающую среду, создающих негативную экологическую ситуацию в угледобывающих регионах и рассматриваемых как вторичные сырьевые и энергетические ресурсы в процессе добычи угля;
• развитие инженерных направлений снижения объемов вредных отходов путем использования их для получения дополнительной продукции;
• совершенствование технологий, оборудования и аппаратов утилизации и переработки отходов, обеспечивая охрану окружающей среды и рациональное использование ресурсов;
• определение экономической эффективности принятых инженерных решений по охране окружающей среды и использованию вторичных сырьевых и энергетических ресурсов;
• эколого-экономическая оценка технико-технологических решений, обеспечивающих утилизацию, переработку и нейтрализацию вторичных ресурсов.
Метан, извлекаемый из угольных пластов, - это один из видов минерально-сырьевых ресурсов. Он является ценным энергоносителем для развития малой энергетики и прекрасным химическим сырьем для малой химии. Для использования метана с целью получения тепловой и электрической энергии имеется ряд созданных и апробированных средств и технологических решений. Разработаны технологические линии, позволяющие получать удовлетворительные результаты по производству ацетилена, альдегидов, октамикса, технической сажи, моторного топлива и др.
Развитие малой энергетики и химии стимулирует работы по дегазации угольных пластов и позитивно влияет на безопасность труда и экологию ре-
гиона, повышая рентабельность убыточных шахт.
Перепрофилирование убыточных шахт с однопрофильного предприятия на многопрофильное позволяет ликвидировать убыточность, расширить ассортимент продукции, пользующейся рыночным спросом, улучшить экологическую ситуацию в угледобывающих регионах, решить социальную проблему, создать дополнительные рабочие места и сделать шахты в конечном счете конкурентоспособными.
Средства, затрачиваемые на закрытие шахт и последующее поддер-
жание экологически безопасных условий, вызванных закрытием, должны быть направлены на перепрофилирование предприятий, что в экономическом плане значительно выгоднее простого закрытия их во всех аспектах - техническом, экономическом, экологическом и социальном. Пока еще есть возможность приостановить разрушительный процесс, его необходимо остановить и направить всю деятельность на рациональное природопользование.
Ликвидация шахт неизбежно вызовет необходимость замещения угля в энергетическом балансе нефтью и
газом, что невозможно считать экономически оправданным. Кроме того, Россия - страна с холодным климатом, и ответственность за коммунальное теплоснабжение лежит на государственных органах. Частному же производителю угля невыгодно отпускать уголь по ценам ниже мировых, поэтому оплата бытового теплоснабжения при существующем уровне доходов становится непосильной для большинства населения, что вызывает необходимость в бюджетных дотациях.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ельчанинов Евгений Александрович — профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
© Е.А. Ельчанинов, И.В. Головко, 2002
УДК 622.8
Е.А. Ельчанинов, И.В. Головко
ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ВЕНТИЛЯЦИИ НА ШАХТАХ
роблема разделения смеси газов на компоненты представляет интерес для многих отраслей народного хозяйства и, прежде всего, касается угольной промышленности. Здесь отделение метана от метановоздушной вентиляционной струи шахт, как и необходимое повышение концентрации метана в потоке, является насущной необходимостью.
Анализ потенциальных возможностей использования метана, выделяющегося при добыче угля показал, что при всей актуальности данного вопроса и остроте энергетических проблем коэффициент использования метана не растет, при извлечении дегазационными системами порядка 450-480 млн м3/год используется лишь 8-10 %. В то же время интен-
сивность его выделения из недр повышается в связи с увеличением глубины залегания разрабатываемых угольных пластов и решение задач дегазации становится все более сложным и трудоемким. В связи с этим только в отдельных благоприятных условиях удается получить на выходе дегазационной сети метановоздушную смесь с концентрацией метана, достаточно удаленной от взрывоопасной.
Поэтому наиболее актуальной задачей в проблеме использования шахтного метана является обогащение метановоздушной смеси, после чего он может быть использован в котельных, энергетических установках, а также для получения автомобильного топлива.
Одной из задач, стоящих перед
П метанообогатительными установками, является исключение возможности образования в каком-либо звене технологической цепи взрывоопасной концентрации метана. Для решения этой задачи необходимы специальные технические методы, в частности применение комбинации различных способов разделения газов, например, конверсионного в комплексе с низкотемпературным, мембранно-
сепарацион-ного и т.д.
Для решения поставленных задач нами рассмотрены следующие принципы разделения газов: мембранный; вихревой; сепарационный; конверсионный; низкотемпературный.
Мембранный метод разделения газов широко применяется в различных отраслях промышленности, так как отличается простотой и надежностью, экономичностью, легкостью варьирования масштаба производства. Удельные капиталовложения при создании мембранных газоразделительных установок сравнительно невелики, а срок окупаемости их незначителен.
Активно работающими поставщи-
