CC BY
96
рода для всех прочих организмов. От этого зависит состояние всех систем в целом и их устойчивость к антропогенным изменениям среды обитания.
Список литературы
1. Науки о Земле / Э.М. Соколов [и др.]// Учебник для вузов. М.: Тула, Гриф и Ко, 2001. 514 с.
2. Общая экология / Э.М. Соколов [и др.]// Учебник для вузов. М.: Тула, Гриф и Ко, 2001. 171 с.
3. Садовский М.А. Автомодельность геодинамических процессов. Доклад на годичном общем собрании АН СССР.
4. Экологические проблемы геотехнологий/ Н.Н. Чаплыгин [и др.]// Новые идеи, методы и решения. М.: ООО Изд-во «Научтехлитиздат», 2009. 320 с.
Захаров Евгений Иванович, д-р техн. наук, профессор, ecology@tsu. tula. ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет
APPROACHING TO EVALUATING INTERACTION BIOSPHERE WITH TECHNOSPHERE AND THEIR CONSEQUENCES
Evgeniy I. Zaharov
One of the variants approaching to evaluating interaction biosphere with technosphere at the modern stage of civilization development is considered.
Key words: geo-system, biosphere, technosphere, evaluating condition of geo-
systems.
Evgeniy I. Zaharov, Doctor of Sciences, Full Professor, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula State University
УДК 622.271.7
УГОЛЬ И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ РЕГИОНОВ РОССИИ
Е.И. Захаров, Н.М. Качурин
Дана оценка эффективности работы угольных предприятий России. Рассмотрены возможности глубокой переработки углей Подмосковного бассейна. Ключевые слова: углеводороды, уголь, углехимическая переработка.
В настоящее время учеными определен вероятный углеводородный энергетический потенциал Земли, который в сумме равен 100 %, а именно - 4,2 % приходится на нефть, 2,5 - газ и 93,3 % - уголь, то есть запасов
нефти хватит лет на 40, газа - 60, угля - 270-350 лет. Энергетический потенциал урана, тория почти в 16 раз превышает энергетический потенциал углеводородов. На дальнюю перспективу основу энергообеспечения цивилизация будет обеспечиваться солнечной энергией, в том числе превращения в энергию ветра, морских течений, приливов (отливов), энергии волн.
Топливно-энергетический баланс мировой выработки электроэне-гии на 78-85 % реализуется за счет углеводородов. Доля угля в производстве электроэнергии в период 1995-2000 гг. составляла: в Польше - 96 %; ЮАР - 90 %; Австрии - 86 %; Чехии - 75 %; Китае - 70 %; Германии - 58 %; США - 56 %; Мир - 44 %; РФ - 20 %. В 2010-2012 гг. доля угля в выработке электроэнергии сократилась: в мире с 44 % до 40 %, а в России с 18,2 % до 15,8 %. В тоже время доля газа в ТЭБ РФ возросла с 43,9 % до 53,4 %.
В топливно-энергетическом ресурсном балансе России уголь занимает ведущие позиции, а именно - 43 % от общих запасов углеводородов. Доля же освоенных запасов в РФ: нефти - 16 %; природного газа - 5 %; угля - 2 %.
Сегодня угольная отрасль России - это 354 млн т добытых в 2012 г., 132 млн т. угля экспорта, 165 тысяч рабочих мест и 500 тыс. в смежных отраслях, 54 млрд руб. налогов и социальных отчислений ежегодно.
Российские угольные компании сегодня готовы к тому, чтобы достойно конкурировать на мировом и отечественном энергорынках, что в период кризисных ситуаций весьма сложно: цены на уголь падают - с сентября 2011 г. мировая цена угля для Европы снизилась со 125 до 94 долл/т, а на российский уголь в балтийских портах со 125 до 83 долл/т к январю
2012 г. Большая часть дохода от экспорта угля (до 74 %) шла на возмещение затрат на транспортировку и портовые услуги. Поставщику оставалось 26 %, что не покрывало даже себестоимость угля, не говоря о возможном расширении производства. Из требуемых угольщикам в первом квартале
2013 г. 37 долл/т, они получили 18-20 долл/т. При этом за последние пять лет себестоимость 1 тонны добычи угля выросла в 6,5 раз, что соответствует темпам роста материальных затрат, почти вдвое превышающих темпы роста потребительских цен (3,5 раза), т.е. инфляция в российском угольном секторе экономики в 1,85 раза выше общероссийской. Как следствие, цены на российский уголь с апреля 2012 г. не обеспечивали рентабельность. Несмотря на сохранение договорных обязательств, поставок продукции на внутреннем рынке (~ 190 млн т) и росте экспорта со 111 до 128 млн т, прибыль сократилась на 10 млрд рублей, т.е. увеличение поставок угля на экспорт в 2012 г. на 15,3 % не обеспечило поддержания роста эффективности продаж и инвестиций.
Угольная отрасль России частная. За последние годы на четверть обновились мощность по добыче и обогащению угля. Прежде всего - это
Кузбасс. Только в 2012 г. в угольную отрасль инвестировано свыше 100 млрд. руб., введены две новые шахты Ерунаковская-8, Бутовская; запущена ОФ «Каскад-2», готовясь к пуску второй очереди ОФ им. Кирова и др. В 2012 г. Кузбасс добыл 200 млн т., мощность по добыче выросла на 4,5 млн т., на 9 млн т по обогащению.
Эффективное управление отраслью позволило привлечь на 1 руб. бюджетных средств порядка 11 руб. частных инвестиций. За последние пять лет угольные компании России инвестировали в развитии 364 млрд руб. при том, что чистая прибыль всех угольных компаний за это же время составила 261 млрд руб.
На базе инновационных технологий растет добыча угля открытым способом за счет широкого циклично-поточных технологий (ЦПТ), особенно на вскрышных работах, что позволило снизить трудоемкость работ по транспортированию пород вскрыши на 35-40 %. Совершенствуются геотехнологии при подземном способе добычи угля - схема «шахта-лава», позволяющая увеличить концентрацию горных работ и снизить затраты. Доля таких шахт в 2012 г. достигла 64 % (54 шахты из 85) при среднесуточной добычи угля из одного забоя свыше 3600 т. Однако переход на глубокие горизонты, усложнение горно-геологических условий, ориентация на использование дорогой зарубежной техники продолжают создавать внутренние проблемы, увеличивая риски, особенно в вопросах безопасного ведения работ, снижая производительность: около 2000 т/год на рабочего, что более чем в 5 раз ниже уровня производительности труда горняков в развитых странах.
Основным фактором, сдерживающим рост производительности труда при подземном способе ведения горных работ в России является управление газодинамическим состоянием угольного массива. В РФ 75 % шахт отнесены к опасным по взрывам метана, метаноугольной пыли, внезапным выбросам. Причем 45 % из указанных шахт, относящихся к наиболее опасным, и только 20 % шахт работало с дегазацией угольных пластов. Из угольных шахт России ежегодно в атмосферу выбрасывается 1,25-1,3
-5
млрд м угольного метана. По оценкам ученых в угольных бассейнах страны содержатся около 60 трил м3 метана, что составляет почти половину мировых запасов природного газа.
Основное направление роста добычи угля на ближайшую перспективу напрямую связано со значительным расширением использования угля в местах его добычи и пригодности к выработке энергетических углей, продуктов углехимии, углеродных и композитных материалов, т.е. более глубокой переработки угля в местах добычи.
Ведущие угледобывающие страны имеют показатели объема обогащения энергетических углей от 55 % (США) до 95 % (ФРГ), что позволяет им использовать в широком масштабе угли со стандартными показателями - более 5100 ккал/кг; £ < 1,0 %; Лс < 15 % и избежать ряда экологи-
ческих проблем, связанных с выбросами продуктов сгорания в атмосферу. ТЭЦ и ГРЭС Европы в первую очередь Германии, работают на углях таких стандартов, что и позволило США нарастить экспорт своего угля в Европу в 2011 г. на 10 млн т больше, чем в 2010 г. - порядка 18 млн т (Германия остановила работу 10 энергоблоков АЭС).
К сожалению, в России в настоящее время на ТЭЦ и ГРЭС практически отсутствует оборудование топливного угольного хозяйства. Современные же обогатительные фабрики вполне могут поставлять обогащенный энергетический уголь, соответствующий мировым стандартам: 79008100 ккал/кг, £ < 0,7 %; Ас < 5 - 7 %. Расчеты показывают, что средняя цена товарного угля при снижении зольности на 1 % возрастает на 0,92 долл., а экономия затрат составляет от 2,44 до 9,98 долл. на одну тонну в зависимости от глубины обогащения и дальности перевоза (уровень цен 2000-2004 гг.). Сказанное выше позволило в Сибири и на Дальнем Востоке достичь угольной генерации 50 %, благодаря чему стоимость электроэнергии в Сибири одна из самых дешевых в мире - 1,9 руб. за кВт/час, что более чем в полтора раза ниже, чем цена для конечного потребителя в Европе и на Урале. Уголь в Сибири в полтора раза дешевле, чем газ, и стоит в 5 раз меньше, чем мазут. Однако, самое рентабельное - экспорт угля. Сегодня уголь приносит в страну ежегодно 13 млрд долларов и остается пятым после нефти, нефтепродуктов, газа и черных металлов, базовым экспортным продуктом. И если Россия имеет крупную долю на рынках Европы (32 %), то на быстрорастущем рынке стран АТР страна представлена слабо (менее 5 %), а для этого устранения в 2013 г. заключены контракты, в том числе на поставку 20 млн., т угля в Китай.
Анализ многолетних исследований и практика работы передовых угольных предприятий связаны с созданием новых геотехнологий - угольный метан, глубокое обогащение угля, водоугольные геотехнологии, производство высокоэффективных топливных и газообразных продуктов физико-химической переработки углем с последующей конверсией газообразных продуктов в жидкое.
Кроме указанных достижений по более широкому использованию угля по оценкам экспертного сообщества имеется ряд организационных и социальных проблем, сдерживающих рост производительности труда:
- низкая конкурентноспособность отечественного производства;
- реальное отставание отечественного ТЭК от мирового научно -технического уровня;
- высок уровень энергоемкости и капитальных вложений;
- большой период окупаемости инвестиций;
- сложная система налогооблажения;
- реальная угроза вытеснения отечественных структур с российского рынка западными компаниями и др.
По оценкам экспертов в совете по углю при Международном энергетическом агентстве (МЭА) было отмечено, что уголь и сегодня основной фактор энергетики и его позиции могут усилены многократно за счет технологического прорыва при использовании угля как сырья для производства продуктов углехимии. В этом аспекте представляет интерес бурый уголь Подмосковья.
Своеобразие бассейна, резко отличающегося от других угольных бассейнов, связано с линзовидным и пластообразным залеганием угля со сложными очертаниями залежей, слабостью вмещающих пород, наличием высокой обводненности, наличием плывунов, сложной гипсометрией пласта и др., требующих особых приемов в разведке, строительстве шахт и, особенно, их эксплуатации, в том числе различных по мощности типов шахт от характера месторождения, выбора системы подземных работ, в частности управление массивом, а, следовательно, управлением кровлей, величиной лав, характера механизации работ и т.п.
Особое место занимает проблема качества угля, его свойства и последующее использование, так как угли имеют низкую калорийность и высокую зольность и содержание серы: теплотворная способность изменяется от 2700 до 3500 ккал/кг; содержание влаги от 7,2 до 9,2 % массовой доли; золы - от 30,1 до 44,1 % массовой доли; выход летучих - 43,1 до 51 % массовой доли; углерода от 61,9 до 68,8 % водорода от 4,4 до 5,6 %, азота -от 0,9 до 1,2 %; кислорода - от 20,0 до 27,24 % серы от 4,4 до 8 %. В этой связи на всем протяжении развития бассейна возникали вопросы химико-технологической переработки бурых углей в бассейне. Производственники и научная общественность заявляли о необходимости создания научно-исследовательской организации и Втуза в Подмосковном бассейне. В 192934 гг. группой инж. Вознесенского Е.А. были подготовлены ряд необходимых документов, поддержанных руководством региона, на основе которых появилась научная организация, ставшая впоследствии Подмосковным научно-исследовательским угольным институтом (ПНИУИ), внесшим огромный вклад в развитие бассейна, в механизацию трудоемких горных работ.
Минеральная часть бурых Подмосковных углей содержит десятки элементов, некоторые из них являются практически единственной сырьевой базой. Формула геохимической специализации Подмосковных углей отражает высокое содержание металлов в пластах
2400^ 1 12п 9Аg 6РЬ 4Ое 48с 3Ве 3№Ь 2Т1 22т 28п 2Мо.
В формуле перед химическим символом элемента стоит цифра, отражающая максимальный кларк концентраций элемента в угле (усредненный). Максимальный уровень кларка концентраций (КК) установлен для ограниченного круга химических элементов при КК>1000. Для Подмосковного бассейна - это уран (2400).
Однако в целом подмосковный уголь - основа углехимических разработок. Уже сегодня из него можно получать до 1000 различных продуктов и препаратов:
- на основе пиридин-хинолиновых оснований, выделяемых из угольных смол, получены многие весьма ценные препараты с пестицид-ными свойствами - гербициды, инсектициды, фунгициды, бектерициды, репелленты, стимуляторы роста растений и другие;
- угольные азотносодержащие соединения нашли широкое применение в фрмацевтических препаратах, красителей, синтетических каучу-ков, ионообменных смол, поверхностно-активных веществ и др.;
- фенолы смолы полукоксование бурых углей используются в производстве лаков, пластификаторов, поверхностно-активных веществ, ядохимикатов, различных пластиков, клеев и др.;
- нафтеновые углеводы являются ценным сырьем для получения нафтеновых кислот, лаков, антисептиков, растворителей, катализаторов, эмульгаторов и др.;
- наряду со смолой полукоксование ценным продуктом, получаемым из органического вещества бурых углей (ОВУ), являются гуминовые и фульвокислоты - важнейших источник азота, углеводородов, битумов, аминокислот, различных металлов.
Что же касается использования подмосковного бурого угля в качестве энергетического топлива, то технологические решения, отвечающие требованиям современного уровня имеются: подземная газификация (отработанное в нашем регионе), микроугольные и водоугольные технологии института теплофизики СО РАН, технологии институту электрофизики и электроэнергетики РАН и др.
Под руководством акад. Ф.Г. Рутберга разработан принципиально новый подход превращения твердого органического вещества, например, угля, в синтез-газ. Указанная технология базируется на глубоких фундаментальных исследованиях в области плотной низкотемпературной плазмы - ионизированного газа, содержащего одинаковое количество отрицательных и положительных заряженных частиц. При помощи генератора плазмы образуется струя газа, температура которой сопоставима с температурой поверхности Солнца (~ 6000° С). Эта струя поступает в реактор -стальной цилиндр, обложенный внутри высокопрочной керамикой, способной выдерживать температуру в 1700о С. Воздействие плазмы на уголь сообщает ему энергию, необходимую для перевода из твердой фазы в газообразную без вредных выбросов. Идет процесс уголь-газ, а затем молекулы газа разделяются на атомы. В итоге получается смесь двух газов: водорода и окиси углерода, т.е. так называемый синтез-газ. Его колоритность несколько ниже природного газа, но вполне достаточно для использования в энергетике, в системе ЖКХ.
Следует отметить, что для производства плазмы затрагивается одна единица энергии, а на выходе синтез-газ создает 5-6 единиц, так как все переводится в скрытую энергию, а не выбрасывается в атмосферу в виде токсичных выбросов. При обычном сжигании извлекается 20-30° энергии, остальное уходя в атмосферу в виде вредных компонентов.
Если синтез-газ использовать в специальных установках - комбайн-циклах, то 60 % энергии можно преобразовывать в энергию, 30 % - теплоносители.
Такие установки можно размещать в горных выработках (шахтах), на месте из угля получать синтез-газ, направлять синтез-газ в комбайн-циклы, выдавать энергию и тепло для местной промышленных объектов, городов и пр.
Для реализации такой технологической цепочки необходимо финансирование исследований на предмет привязки и адаптации к конкретным условиям, и в конечном итоге приведет к снижению социально-экономических ситуаций в регионе.
Список литературы
1. Смыслов А.А., Кирюков В.В. Твердые горючие полезные ископаемые. Недра России, том 1. Полезные ископаемые. С-Петерб. М., 2001. С. 80-106.
2., Чантурия В.А., Малышев Ю.Н., Рубан А.Д. Проблемы и перспективы развития угольных энергоресурсов России. Энергетика России, проблемы и перспективы / К.Н. Трубецкой [и др.]//Труды Научной сессии РАН. М.: Наука, 2006. С. 208-221.
3. Материалы комиссии по вопросам стратегии развития ТЭК и экологической безопасности. Кемерово, 26 августа 2013 г.
Захаров Евгений Иванович, д-р техн. наук, профессор, ecology@tsu. tula. ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Качурин Николай Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, ecolo-gy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COAL AND MEANING ONE FOR DEVELOPMENT OF RUSSIAN REGIONS Evgeniy I. Zaharov, Nikolai M. Kachurin
Evaluation of Russian coal enterprises efficiency was given. Possibilities of profound processing coal of Moscow Coal Basin were considered.
Key words: hydrocarbons, coal, coal-chemical processing.
Evgeniy I. Zaharov, Doctor of Sciences, Full Professor, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula State University,
Nikolai M. Kachurin, Doctor of Sciences, Full Professor, Chief, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula State University
УДК 622.33 (571.17): 502.7
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КУЗБАССА
НА АТМОСФЕРУ
Т.В. Корчагина, С.А. Воробьев, Л.Л. Рыбак
Дана общая характеристика пылегазовых выбросов на шахтах Прокопьевско-го района в Кузнецком угольном бассейне. Отмечено, что наиболее существенные отрицательные экологические последствия наблюдаются при увеличении добычи угля. Рекомендовано использовать закономерности, отражающие связь добычи угля с мощностью пылегазовых выбросов, в технико-экономических расчетах.
Ключевые слова: угольная шахта, пылегазовый выброс, производительность, техногенный массив, отходы, экологические последствия.
Одним из основных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу угледобывающими предприятиями Кемеровской области являются техногенные массивы, представленные карьерами, терриконами и породными отвалами. Выбросы пыли в атмосферу происходят при выгрузке породы в отвал, его формировании и при сдувании твердых частиц с поверхности отвала. Интенсивность пылевыделения зависит от типа используемого оборудования, влажности перегружаемого материала, высоты пересыпа, климатических условий и эффективности применяемых средств пылеподавления [1 - 2].
Количество твердых частиц, сдуваемых с поверхности породных отвалов, зависит от площади пылящей поверхности, влажности и степени измельчения горной массы, климатических условий и эффективности средств пылеподавления. Для оценки воздействия техногенных массивов на атмосферу были исследованы угледобывающие предприятия ООО «Объединение «Прокопьевскуголь»: ООО «Шахта Тырганская», ООО «Шахта Зиминка», ООО «Шахта им. Ворошилова», ООО «Шахта Красногорская», - расположенные в черте г. Прокопьевска и имеющие на территории горных отводов техногенные массивы.
Анализ данных государственной статистической отчетности по форме № 2-ТП (воздух) за 1997-2012 гг. свидетельствует о значительном увеличении объемов выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ по всем исследуемым предприятиям ООО «Объединение «Прокопьевск-уголь»: от 649,938 до 5440,729 т в год по ООО «Шахта им. Ворошилова»;
