CC BY
118
© В.В. Агафонов, А.Н. Иванов, 2010
УДК 622.273
В.В. Агафонов, А.Н. Иванов
ТЕХНОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Приведен анализ направлений использования технологического подземного пространства и основные программы исследований.
Ключевые слова: технология, подземное пространство, отходы производства.
Для осуществления технологии использования шахтного пространства для размещения отходов на шахтах, действующих в течение длительного или сравнительно короткого времени (тем более вновь строящихся или реконструированных), предполагается применение разных вариантов технологических схем. Менее трудоемким является выбор вариантов конструирования для «молодых» шахт (или рекон-струиров анных).
Принципиальным для подземного пространства является принцип оптимального соотношения функций элементов технологий извлечения угля (транспортные и вентиляционные выработки, очистные забои) и функций элементов технологии размещения в пространстве выработок и очистных забоев.
Все разнообразие вариантов технологических схем размещения отходов производства в подземном пространстве шахт вслед за извлечением запасов угля сводится к следующему:
• размещение отходов производства в охранных породных полосах около горных выработок. Выполняя роль
Семинар № 16
предохранительных целиков, такие породные полосы позволяют некоторый объем отходов (породы) оставить в шахте. Такая технологическая схема применяется при проведении выемочных штреков (уклонов, бремсбергов) при столбовой системе разработки, а также при проведении подготавливающих выработок (основные штреки, панельные и капитальные бремсберги, уклоны, ходки). Чаще всего в качестве отходов служит шахтная порода от проведения и ремонта горных выработок при разработке тонких угольных пластов;
• размещение отходов производства в выработанном пространстве очистных забоев в целях управления горным давлением и предотвращения деформаций покрывающих пород вплоть до поверхности. В условиях труднообрушаемой кровли полная или частичная закладка выработанного пространства очистных забоев применялась давно. В качестве закладочного материала применяется шахтная порода, а также закладочный материал, специально приготовленный на поверхности. Ес-
тественно, что для этого может использоваться любой вид нейтральных отходов производства (шлаки, строительные отходы и пр.). В этих случаях технология будет отвечать опять же двум целям: облегчению процесса
управления кровлей при добыче угля и оставлению в шахте отходов производства. При этом объем оставления в шахте отходов производства возрастает, практически может стать равным объему извлекаемого угля. При размещении безвредных отходов возможен как обратный порядок отработки шахтного поля, так и прямой. При размещении относительно вредных отходов следует применять обратный порядок (и по площади, и по глубине!) отработки шахтного поля;
• размещение отходов производства в выработанном пространстве очистных забоев при выемке угля из охранных и предохранительных целиков.
Основными вариантами технологических схем извлечения угля из целиков является комбайновая выемка и бурошнековая. Закладку выработанного пространства лавы или скважин наиболее технологично производить на базе пневматических или гидравлических установок.
Закладочный массив отходов производства предотвращает деформирование массива покрывающих пород и объектов на поверхности.
Вместе с тем решается задача освобождения поверхности от отходов производства, от загрязнения. Порядок отработки охранных и предохранительных целиков в шахтном поле - обратный, вслед за выемкой целиков и закладкой выработанного пространства горных выработок путем закладки их отходами;
• размещение отходов производства погашаемых горных выработок в целях экологического очищения поверхности. Технологические схемы заполнения пространства горных выработок отходами производства предполагают обратный порядок погашения выработок. Технология закладки базируется на применении механического, пневматического и в отдельных случаях гидравлического способа транспортирования и оборудования складирования. Попутно осуществляется извлечение металлической крепи. Наиболее простой вариант технологической схемы сводится к размещению в пространстве погашаемых штреков, бремсбергов, уклонов шахтной породы с помощью конвейерного транспорта. Плотность закладки невысока, но это не является существенным недостатком, так как главное назначение технологии -оставить отходы производства (шахтную породу, шлаки, золу и др.) в подземном пространстве шахты;
• размещение отходов производства в выработанном пространстве очистных забоев в целях экологического очищения поверхности. Технологические схемы, обеспечивающие поставленную цель, конструируются исходя из требований безопасного ведения работ, экономичности, экологической пользы на поверхности. Пневматическая закладка на пологих пластах, конвейерный транспорт и самотечная закладка на наклонных и крутых пластах обеспечивают технологическую возможность вариантов технологических схем. Вместе с тем, экономичность этих вариантов оказывается маловероятной. Лишь в случаях отсутствия безвредных мест размещения шахтной породы на поверхности, вы-
сокой стоимости выдачи ее на поверхность указанная технология оставления шахтной породы в выработанном пространстве очистных забоев становится целесообразной.
Наиболее надежным способом полного выведения вредных отходов из биологического цикла является их захоронение (или складирование - для возможной последующей переработки) в соответствующей упаковке в горных выработках, проводимых в мощных соленосных толщах, состоящих из каменных и калийных солей. Максимальная надежность захоронения (и складирования) вредных отходов в таких толщах обеспечивается тем, что, благодаря ярко выраженным реологическим свойствам этих солей, они не имеют трещиноватости и потому являются лучшим природным изолятором, через который при ограничении его деформаций в горные выработки и из горных выработок в окружающую среду естественным путем не могут выноситься никакие твердые и жидкие вещества.
На территории государства СНГ практически в каждом промышленном регионе, связанном с получением нерадиоактивных отходов, имеются рудники, на которых шахтным способом добываются каменные или калийные соли. Это рудники ПО «Сильвинит» и ПО «Уралкалий» - на Урале; рудники ПО «Артемсоль» - в Донбассе; рудники ПО «Белорусский» - в Белоруссии; рудники ПО «Хлорвинил», а также Стебниковский калийный завод - в Прикарпатье, Аванский солерудник - в Армении и т.д. Поэтому в названных регионах на базе указанных рудников могут быть созданы специализированные предприятия по захоронению и
складированию вредных нерадиоактивных отходов.
Специалистам известен почти двадцатилетний опыт работы такого предприятия, созданного на базе калийного рудника в ФРГ, и складирующего и захоранивающего в своем выработанном пространстве ежегодно около 36 000 т вредных для окружающей среды и не подлежащих использованию отходов, которые поступают не только с производств этой страны, но и из других стран общего рынка.
Обеспечение безопасности предприятий по подземному захоронению предполагает соблюдение большого числа условий на соответствующих стадиях технологии, в том числе:
• отходы не должны в условиях складирования под землей образовывать взрывоопасные, воспламеняющиеся, токсичные и прочие опасные для жизни соединения с окружающими породами и соляными включениями;
• отходы, склонные к самовозгоранию, не подлежат складированию;
• жидкие отходы не складируются. Из таких отходов должны готовиться твердые смеси путем применения соответствующих методов обработки;
• для безопасного обращения с отходами при транспортировке и хранении необходимо предусматривать их надежную упаковку и укладку на специальные основания и поддоны.
Для этого следует применять крепкие, нержавеющие емкости (бочки). Опыт ФРГ свидетельствует, что обеспечение надежности технологии захоронения вредных отходов под землей требует разработки ряда нормативных положений, необходимого оснащения соответствующих служб.
Во-первых, подготовить и утвердить соответствующие законодательные правительственные акты, обязательные для исполнения всех участников этого процесса (захоронения и складирования), т.е. для поставщиков отходов, транспортников отходов и предприятий, приемщиков отходов на их захоронение и складирование. Такие акты (нормативные документы) должны регламентировать как условия, при выполнении которых допускается захоронение и складирование вредных отходов в выработанных пространствах калийных и каменносоляных рудников, так и требования, предъявляемые к упаковке, погрузочноразгрузочным операциям, транспортировке и контролю за состоянием отходов и его изменением во времени, а также ответственность участвующих во всех названных операциях служб и работников и их взаимодействие.
Во-вторых, оснастить все участвующие в этом процессе службы соответствующими приборами, аппаратурой и механизмами, а также оперативной связью и реактивами, необходимыми для осуществления контрольноревизионных функций, связанных с приемкой и хранением поступающих отходов и необходимых для ликвидации опасных ситуаций, если такие вдруг возникнут на той или иной стадии рассматриваемого процесса.
И, в-третьих, обеспечить ведение горных работ на рудниках, выработанные пространства которых будут использоваться для складирования и захоронения вредных отходов, с такими размерами камер и целиков, при которых исключается опасность затопления рудников, и с такой системой вентиляции, при которой исклю-
чаются всякие опасные последствия загрязнения воздушной среды этими отходами для персонала, не занятого в этом процессе, и поэтому не имеющего средств по предотвращению этих последствий.
Технологическая схема захоронения вредных контейнеризированных отходов базируется на исполь-зовании камер и капитальных выработок око-лоствольных дворов, на транспортировании самоходными вагонетками и погрузчиками, на применении систем комплексного контроля за параметрами и характеристиками отходов, за состоянием вмещающего массива горных пород и выработок.
Нейтральные (безвредные) породные сухие отходы размещаются в погашаемые горные выработки и очистные забои.
Можно выделить два основных варианта технологических схем размещения шахтной породы в подземном пространстве шахт.
1. Оставление шахтной породы в пространстве погашаемых горных выработок и в выработанном пространстве лав без выдачи ее на поверхность.
Порода от проведения подготовительных выработок и их ремонта свозится к стационарному дробильнозакладочному комплексу, располагаемому в районе интенсивного развития горных работ. Механическим (конвейерным или электровозным) транспортом порода доставляется к участковым закладочным комплексам. Пневматическими установками в выработанное пространство очистных забоев или конвейерными перегружателями в затухающие горные выработки (не исключаются и пневматические установки) размещается порода. По мере возведения закладочно-
го массива в затухающие горные выработки, закрепленные металлом, крепь демонтируется частично или полностью.
При этом под кровлей горной выработки сооружается передвижной предохранительный потолок, обеспечивающий безопасность нахождения и работы людей.
В очистном забое размещение породы (в особенности пневматической установкой) также сопровождается положительным последствием. Подбучива-ние кровли породой резко снижает деформирование пород кровли, уменьшает давление на крепь, создает более благоприятные условия проветривания рабочего пространства лавы. При любых свойствах пород кровли исключается обрушение их на крепь и в особенности в рабочее пространство лавы.
2. Размещение породы с поверхности в подземном пространстве шахты. Технологическая схема включает в себя дробление и грохочение породы, спуск в шахту, транспорт по горным выработкам и закладку ее в пространство горных выработок или в выработанное пространство очистных забоев. Осуще-
ствление дробления породы на поверхности и сортирование ее используется в целях выделения щебня для дорожного строительства. Несортовая часть породы транспортируется в шахту.
Спуск в шахту осуществляется винтовым спуском по скважинам. Транспортирование и размещение в пределах района закладки осуществляется конвейерами и пневматическими установками. На действующих шахтах возможно размещение породы в раскоски при проведении выемочных и подготовительных выработок, что позволяет исключить оставление целиков и повысить полноту извлечения запасов.
На закрываемых шахтах возможна технологическая схема размещения породы, строительного мусора, шлаков и золы в пространство около-ствольных дворов и вертикальных стволов. Засыпка шурфов и стволов требует устройство винтовых спусков и ступенчатых замедлителей, обеспечивающих сохранность крепления при движении крупных кусков породы и мусора.
і— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Агафонов В.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений»,
Иванов А.Н. - студент специальности ТПУ,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
