CC BY
78
| О. А. Татаринова // О. A. Tatannova TatarinovaOA@yandex.ru
младший научный сотрудник ФГБУН «ФИЦ УУХ СО РАН», Россия, 650065, г. Кемерово, Ленинградский проспект, 10 junior scientific researcherof Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Russia, 650065, Kemerovo, Leningradskii Av., 10
IE. Л.
Ьоломеев //
. Варфс Ye. L. Varfolomeev kku@icc.kemsc.ru
научный сотрудник ФГБУН «ФИЦ УУХ СО РАН», Россия, 650065, г. Кемерово, Ленинградский проспект, 10 scientific researcher of Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Russia, 650065, Kemerovo, Leningradskii Av., 10
УДК 622.275
ВЛИЯНИЕ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОГО (КОМБИНИРОВАННОГО) СПОСОБА РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
OPEN-UNDERGROUND (COMBINED) COAL DEPOSITS DEVELOPMENT METHOD ENVIRONMENT EFFECT
В Российской Федерации 2017 год объявлен Годом экологии. Актуальность вопросов экологии очевидна для Кемеровской области, особенно если учесть тот факт, что в Кузбассе сосредоточена большая часть угольных предприятий страны. Современные темпы роста добычи угля в Кузбассе с преобладанием открытой угледобычи (64% общего объема добычи) ведут к интенсивному развитию экологической и социальной катастрофы в области. Увеличение доли подземной добычи угля за счет строительства шахт с доработкой запасов разрезов (открыто-подземный способ добычи) позволило бы существенно сократить негативную нагрузку на окружающую среду. В настоящее время уделяется большое внимание оценке влияния открытых и подземных горных работ на окружающую среду, поэтому актуальным будет рассмотреть экологический ущерб, нанесенный открыто-подземным (комбинированным) способом разработки угольных месторождений.
Проведен анализ влияния экологических факторов открытого и подземного способов и анализ производственного опыта разработки угольных месторождений Кузбасса открыто-подземным способом.
Выявлены негативные экологические факторы для каждого способа из приведенной в статье классификации. Обоснованно, что последовательный открыто-подземный способ для Кузбасса является наиболее приемлемым по сравнению с подземно-открытым способом и одновременной (совместной) разработкой как с экологической, так и с технологической точек зрения. Одновременная разработка открытым и подземным способом требует дальнейшего изучения как для безопасности ведения горных работ, так и для определения влияния его на окружающую среду. В связи с возросшими требованиями по охране окружающей среды в части полноты извлечения полезных ископаемых из недр применение открыто-подземного способа разработки угольных месторождений становится особенно актуальным.
Abstract. In the Russian Federation, 2017 is declared as the Year of Ecology. The relevance of environmental issues is evident for the Kemerovo region, especially if we take into account the fact that most of the country's coal enterprises are concentrated in the Kuzbass. Current coal production growth rates in the Kuzbass with the prevalence of open coal mining (64% of total production) lead to an intensive development of ecological and social catastrophe in the region. The increase of underground coal mining part by construction of underground mines for the coal reserves final extraction (open-underground mining) would significantly reduce the negative impact on the environment.
Currently, much attention is paid to assessing the impact of open and underground mining on the environment, so it will be relevant to review the environmental damage caused by the open-underground (combined) method ofcoal deposit development.
The analysis of open and underground methods environmental factors and production experience of Kuzbass coal deposits development by open-underground method influence is carried out.
Negative environmental factors have been identified for each method from the classification cited in the article. It is substantiated that a successive open-underground method for Kuzbass is the most acceptable, in comparison with the underground-open method and simultaneous (joint) development both from an environmental and technological point of view. Simultaneous development by open and underground methods
requires further study to determine the impact on the safety of mining and the environment. In connection with the increased environmental protection requirements in terms of the completeness of extracting minerals from the depths, the use of an open-underground method for the development of coal deposits becomes especially urgent.
Ключевые слова: ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫЙ (КОМБИНИРОВАННЫЙ) СПОСОБ РАЗРАБОТКИ, УГОЛЬНОЕ МЕСТО-РОЖДЕНИЕ, ЭКОЛОГИЯ, ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА, ИНФРАСТРУКТУРА, КЛАССИФИКАЦИЯ, РАЗРЕЗ, ШАХТА.
Keywords: OPEN-UNDERGROUND (COMBINED) DEVELOPMENT METHOD, COAL DEPOSIT, ECOLOGY, ENVIRONMENT, INFRASTRUCTURE, CLASSIFICATION, OPENCASTMINE, UNDERGROUNDMINE
аля привлечения внимания общества к вопросам экологического развития Российской Фе-дерации, сохранения биологического разнообразия и обе-экологической безопасности 2017 год в Россия объявлен Годом экологии [1]. Актуальность вопросов экологии очевидна как для России в целом, так и для Кемеровской области в частности, особенно если учесть тот факт, что в Кузбассе сосредоточена большая часть угольных предприятий страны.
Добыча угля в России за 2016 год составила 385,7 млн т Подземным способом добыто 104,6млн т угля, открытым 281,1 млн т. Удельный вес открытого способа в общей добыче составил 72,9% [2]. При этом добыча угля в Кузбассе в 2016 году составила 227 млн т (подземным способом добыто 82 млн т, открытым - 145 млн т) [3]. На долю прогрессивного открытого способа приходится 64 % общего объема добычи угля в Кемеровской области.
Удельное отношение количества вмещающих пород к количеству добытого угля при открытых горных работах составляет 1:10. При подземной добыче угля объём перемещенной породы в тысячу раз меньше, чем при открытых горных работах. В среднем за год перемещается 1400 млн т вмещающих пород. Они представляют собой, как правило, осадочные породы, которые десятками миллионов лет накапливали в себе различные химические элементы и превращались в уголь. Поэтому вмещающие породы содержат в разы больше радиоактивных элементов, токсичных металлов, тяжелых металлов и других элементов, а также их соединения, соли, окислы и т.п., чем угольное вещество. Согласно данным мониторинга, общая площадь нарушенных земель в Кемеровской области составляет 425,9 кв2. При этом на миллион тонн добываемого угля при-ходится в среднем 7,28 км2 нарушенных земель. Современные темпы роста добычи угля в Кузбассе с преобладанием открытой угледобычи ведут к интенсивному развитию экологической и социальной катастрофы в области 4].
Таким образом, более продуктивный и
безопасный открытый способ наносит весьма заметный ущерб экологии, выражающийся в нарушении поверхности земли и выбросах в больших объемах вредных веществ в атмосферу по сравнению с подземным 5].
Поэтому увеличение доли подземной добычи угля за счет строительства шахт с доработкой запасов разрезов позволило бы существенно сократить негативную нагрузку на окружающую среду.
Добычу угля подземным способом с отработкой пластов на нижележащих горизонтах су-ществующих разрезов или доработкой запасов на недействующих разрезах и открытым способом с доработкой запасов действующих или ликвидированных шахт ученые и производственники «называют» открыто-подземным (комбинированным) способом разработки угольных месторождений.
Специалисты (экологи) уделяют большое внимание оценке влияния открытых и подземных горных работ на окружающую среду, поэтому актуальным будет рассмотреть экологический ущерб, нанесенный открыто-подземным (комбинированным) способом разработки угольных месторождений.
Открыто-подземным (комбинированным) способом разработки угольных месторождений предлагается называть отработку запасов в пределах одного месторождения (горного отвода предприятия) одновременно или последовательно открытым и подземным способами с использованием общей производственной инфраструктуры. Классификация (открыто-подземного) комбинированного способа разработки угольных месторождений по последовательности отработки представлена в таблице.
Примером последовательной открыто-подземной разработки угольных месторождений в Кузбассе служит разрез Моховский УК «Кузбас-сразрезуголь». В 2003 году на разрезе введен в эксплуатацию подземный шахтоучасток (шахта Байкаимская) на пласте Полысаевский-2, вскры-ва-ющие выработки которого пройдены с борта разреза. В 2011 году годовая добыча подземным способом составила 2,4млнт. Также подземные
Таблица 1. Классификация (открыто-подземного) комбинированного способа разработки угольных месторождений
Наименование способа Основная характеристика способа Особенности применения способа
Последовательная открыто-подземная разработка Разработка месторождения ведется открытым способом, сувеличением глубины возрастает коэффициент вскрыши, при котором дальнейшая эксплуатация месторождения экономически нецелесообразна. Затем переходят на добычу угля нижележащих горизонтов подземным способом путем проходки вскрывающих выработок с борта разреза Ускоренное строительство и ввод подземного участка в эксплуатацию, создание новых рабочих мест. Снижение негативной нагрузки на окружающую среду за счет перехода на подземные горные работы. Использование имеющейся инфраструктуры разреза во время строительства и эксплуатации подземного участка
Последовательная подземно-открытая разработка Разработка месторождения ведется подземным способом, в случае возникновения опасности (сложные горно-геологические условия, пожароопасность) для дальнейшего ведения подземных горных работ, а также при увеличении спроса на уголь определенного качества в верхних горизонтах или возврат к неотработанным запасам (в зависимости от конкретных условий) с учетом обязательного технико-экономического обоснования переходят на открытый способ В населенных пунктах с ликвидированными шахтами возобновление добычи угля открытым способом позволяет создавать новые рабочие места Увеличение негативного воздействия на окружающую среду за счет перехода на открытые горные работы. Использование имеющейся инфраструктуры шахты во время ведения открытых горных работ
Одновременная (совместная) разработка открытым и подземным способом Разработка месторождения ведется одновременно открытыми и подземными горными работами, при которых верхние горизонты в пределах горного отвода предприятия до определенной глубины (технико-экономических обоснованной) отрабатывают открытым способом, нижележащие горизонты — подземным Увеличивается интенсивность отработки месторождения и производственная мощность предприятия по сравнению с последовательными способами. Интенсивность нагрузки на окружающую среду увеличивается, но время её воздействия сокращается по сравнению с последовательными способами. Одновременная разработка является более сложной технологически, что от-ража-ется на безопасности ведения горных работ и требует дальнейшего изучения
участки добычи угля были организованы на территории разреза «Ольжерасский», на горном отводе разреза «Сибиргинский» [6].
Примером последовательной подземно-открытой разработки может служить «Разрез Ок-тябринский», созданный в 1998 году на базе участка открытых работ шахты «Красный Кузбасс» [7]. На одном из старейших предприятий Кузбасса - «Шахта № 12» - динамично развивается производ-ственный участок по добыче угля открытым способом. Проектная мощность предприятия составляет 1 млн тонн угля в год. Балансовые запасы шахты - 7бмлн тонн угля [8].
Одновременно открытым и подземным способом горные работы ведутся на шахте «Распадская-Коксовая». С апреля по сентябрь текущего года на участке открытых горных работ шахты «Распадская-Коксовая» добыто 234 тыс. тонн угля. По итогам 2017 года планируется добыть более 650тысяч тонн [9].
Рассмотрев указанные выше примеры, можно сделать вывод: при применении последовательного открыто-подземного способа разработки в конечном итоге рассматривается влияние ведения подземных горных работ на окружающую среду, но с учетом того, что после окончания ведения открытых горных работ будут выполнены полностью или частично необходимые мероприятия по восстановлению нарушен-ныхземель.
Подземный способ обладает рядом факторов, негативно влияющих на экологическую обстановку, но по сравнению с открытым способом степень его воздействия значительно меньше. Главное достоинство в том, что его применение позволяет сохранить почвенный и растительный покров в первоначальном состоянии по сравнению с открытым способом, но за счет оседания земной поверхности при отработке шахтных полей происходит изменение природного ланд-
шафта. Основное отрицательное воздействие подземных горных работ сказывается на состоянии атмосферы (образование породных отвалов, горящие отвалы с выделением продуктов горения, подземные пожары, выбросы метана) гидрогеологического режима (истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод) 10-11].
Применение последовательного подзем-но-открытого способа оказывает влияние на экологическую обстановку, как и во время ведения традиционных открытых горных работ, но с учетом того, что выполнены технические решения (консервация горных выработок, выходящих на поверхность, рекультивация промплощадок и т.д.), заложенные в проектахликвидации шахт.
При ведении открытых горных работ в разы увеличивается негативная нагрузка на окружающую среду. В первую очередь возрастает площадь нарушенных земель, уничтожается почвенный и растительный покров, грубо меняется природный ландшафт территории. Размещение отвалов вскрышных пород требует больших площадей, понижается уровень грунтовых вод, атмосфера загрязняется угольной и породной пылью, выхлопными газами техники, повышается шумовой фон. Земли, занятые породными отвалами, изымаются из хозяйственной деятельности на долгий срок, тем самым нет возможности строительства новых предприятий, дорог, использования земель для сельского хозяйства. На угольных разрезах в настоящее время остается востребованным буровзрыной способ разрушения горных пород с негативными проявлениями (ударная воздушная волна, разлет кусков породы, вредные газы, пылеобра-зование, сейсмическое воздействие на окружающие объекты) [12]. И самое главное - большинство разрезов находятся вблизи населенных пунктов, что очень опасно для жизни и здоровья населения.
Влияние одновременной (совместной) разработки открыто-подземным способом на экологическую обстановку следует рассматривать как совокупность традиционных способов добычи угля (открытого и подземного).
Безусловно, увеличение производственных мощностей предприятий при одновременной (совместной) разработке приведет к более интенсивной негативной нагрузке на окружающую среду по сравнению с последовательными способами. В дальнейшем после завершения ведения горных работ для восстановления экосистемы потребуется привлечение более значительных финансовых ресурсов. Однако остается нерешенным вопрос: сможет ли природа вос-
становиться после такой ускоренной производственной деятельности.
В настоящее время опыт применения в Кузбассе одновременной (совместной) разработки открыто-подземным способом незначителен (участок открытых горных работ на шахте «Распадская-Коксовая») и требует дальнейшего изучения как для безопасности ведения горных работ, так и для определения влияния его на окружающую среду. Кроме этого, существует большая вероятность столкнуться с неблагоприятными экологическими последствиями ведения одновременной разработки в отдаленной перспективе, которые на момент проектирования и разработки месторождения не являлись очевидными.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что из всех приведенных способов в разработанной классификации открыто-подземный способ для Кузбасса является наиболее приемлемым как с экологической, так и с технологической точек зрения. Это позволяет нам уйти от более распространённого открытого способа добычи на подземный, сохранив при этом окружающую среду и здоровье населения.
Открыто-подземная технология разработки угольных месторождений имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными способами ведения горных работ:
- повышается полнота извлечения угольных запасов, тем самым увеличивается срок эксплуатации месторождения;
- снижаются затраты на строительство шахт или разрезов при последовательном (ком-бини-рованном) способе;
- обеспечивается возможность использования единой инфраструктуры [13];
- сокращается количество разрезов за счет перехода с открытого на подземный способ;
- сохраняется, а при переходе с открытого способа на подземный способ увеличивается
количество рабочих мест, что особенно важно для градообразующих предприятий;
- создаются условия разработки новых технологий и техники.
За последние годы, в связи с возросшими требованиями по охране окружающей среды в части полноты извлечения полезных ископаемых из недр 14], применение открыто-подземного способа разработки угольных месторождений становится особенно актуальным. Разработка уголь-ных месторождений рассматриваемым способом обеспечит повышение эффективности использования государственной собственности-недр Российской Федерации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Официальный сайт президента России. Режим доступа: http://www.kremlin.ru/acts/bank/40400/ (дата обращения: 15.10.2017).
2. Итоги работы угольной промышленности России за январь-декабрь 2016 года. Составитель Таразанов И.Г. // Уголь . 2017. № 3 С. 36-50.
3. Основные показатели работы угольной промышленности Кузбасса. Кемерово, 2016. № 12. С. 4 -5.
4. Дурнин М.К. Экологические и социально-экономические проблемы угледобычи в Кузбассе // Российский уголь: отраслевой портал. Режим доступа: www.rosugol.ru/news/discussion/index.php? ELEMENTJD =18894. (дата обращения: 15.10.2017).
5. Федорин В.А., Шахматов В.Я., Михайлов А.Ю., Варфоломеев Е.Л. Условия, регламентирующие безлюдную технологию разработки угольных пластов с использованием комплекса глубокой разработки пластов // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2016. № 4. С. 83 - 88.
6. Угольные предприятия ПАО «Мечел»: Торговая интернет-площадка Miner.ru. Режим доступа: http://www.mmer. ru/info/224/. (дата обращения: 15.10.2017).
7. Официальный сайтАО «Разрез Октябринский». Режим доступа: http://rokt.su/. (дата обращения: 15.10.2017).
8. Официальный сайт ЗАО «Стройсервис». Режим доступа: https://stroyservis.com/ about/companies/detail/8 (дата обращения: 15.10.2017).
9. Официальный сайт ПАО «Распадская». Режим доступа: http://www.raspadskaya.ru/ press-center/press_ about/?id=384 (дата обращения: 15.10.2017).
10. Новоселов С. В. Проблемы оценки выбросов метана угледобывающими предприятиями Кузбасса и антропогенного загрязнения атмосферы // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей; под общей ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк, 2017. С. 442 -447.
11. Стрекалов С. В. Сравнительный анализ влияния открытого и подземного способов добычи угля на экологические и социально-экономические аспекты в угледобывающих регионах // Евразийский союз ученых. 2015. №. 11-4. С. 112-115.
12. Машуков И.В. Снижение отрицательного воздействия массовых взрывов при открытых горных работах на прилегающие территории // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей; под общей ред. В.Н. Фрянова Новокузнецк, 2017. С. 434-438.
13. Татаринова О.А. Инфраструктурный подход к освоению Терсинского геолого-экономического района // Вест-никКузГТУ. 2013. №6. С.70-72.
14. Варфоломеев Е. Л. Инновационное решение короткозабойной технологии добычи угля, направленное на повышение полноты извлечения и эффективности отработки угольных пластов подземным способом // Рацио-нальноеосвоениенедр. 2011. №.4. С. 14-18.
REFERENCES
1. Ofitsialny sait prezidenta Rossii - The Russian President official site. Retrieved from : http://www.kremlin.ru/acts/ bank/40400/15.10.2017 [in Russian],
2. Tarazanoz, I.G. (2017). Itogi raboty ugolnoi promyshlennosti Rossii za ianvar-dekabr 2016 goda [The work results of Russian coal industry in January-December 2016]. Ugol- Coal, 3, 36-50 [in Russian],
3. Osnovnyie pokazateli raboty ugolnoi promyshlennosti Kuzbassa [The main performance indicators of Kuzbass coal industry], (2016). Kemerovo. 12, 4-5 [in Russian],
4. Durnin, M.K. (2017). Ekologicheskie i socialno-ehkonomicheskie problemy ugledobychi v Kuzbasse [Ecological and socio-economic problems of coal mining in Kuzbass], Rossiiski ugol: otraslevoi portal - Russian coal: branch portal. Retrievedfrom : www.rosugol.ru/news/discussion/index.php. ELEMENT_ID =18894 [in Russian],
5. Fedorin, V.A., Shakhmatov, V.Ya., Mikhailov, A.Yu., & Varfolomeev, Ye.L. (2016). Usloviya, reglamentiruyushchie bezlyudnuyu tekhnologiyu razrabotki ugolnyh plastov s ispolzovaniem kompleksa glubokoj razrabotki plastov], Vestnik Nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Herald of Safety in Mining Industry Scientific Center, 4, 83-88 [in Russian],
6. Ugolnyie predpriiatia РАО "Mechel", Torgovaia internet-ploshchadka Miner.ru [РАО "Mechel" coal enterprizes: Trading Internet platform Miner.ru]. Retrievedfrom : http://rokt.su/. 15.10.2017 [in Russian],
7. Ofitsialny sait AO "Razrez Oktiabrinskii" [Official site of AO "Razrez Oktiabrinskii], Retrieved from : http://rokt.su/. 15.10.2017 [in Russian],
8. Ofitsialny sait ZAO "Stroiservis" [Official site of ZAO "Stroiservis"]. Retrieved from : https://stroyservis.com/about/ companies/detail/8. 15.10.2017 [in Russian],
9. Ofitsialny sait РАО "Raspadskaia" [Official site of РАО "Raspadskaia"] Retrieved from : http://www.raspadskaya.ru/ press-center/press_about/?id=384. 15.10.2017 [in Russian],
10. Novoselov, S.V. (2017). Problemy otsenki vybrosov metana ugledobyvayushchimi predpriyatiyami Kuzbassa i antropogennogo zagryazneniya atmosfery [The problems of estimating methane emissions from coal-mining enterprises of Kuzbass and anthropogenic pollution of the atmosphere], Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispol'zovaniya mineral'nyh resursov - High technology of development and use of mineral resources: Scientific articles collection; underthe general edition ofV.N. Fryanov, Novokuznetsk, pp. 442-447 [in Russian],
11. Strekalov, S.V. (2015). Sravnitelnyjanalizvliyaniyaotkrytogoi podzemnogosposobovdobychi uglya naehkologicheskie i sotsialno-ehkonomicheskie aspekty v ugledobyvayushchih regionakh [The open and underground coal mining methods influence on ecological and socio-economic aspects in coal-mining regions comparative analysis], Yevraziiski soiuz uchenykh - EuroAsian Union ofScientists, 11-4, 112-115 [in Russian],
12. Mashukov, I.V. (2017). Snizhenie otritsatelnogo vozdejstviya massovyh vzryvov pri otkrytyh gornyh rabotah na prilegayushchie territorii [Reduction of the negative impact of mass explosions in open mining operations on adjacent territories], Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispol'zovaniya mineral'nyh resursov - High technology of development and use of mineral resources: Scientific articles collection; under the general edition of V.N. Fryanov, Novokuznetsk,
pp. 434-438 [in Russian],
13. Tatarinova, O.A. (2013). Infrastrukturny podkhod k osvoieniiu Tersinskogo geologo-ekonomicheskogo raiona [Infrastructural approach to the development of the Tersinsky geological and economic region], Vestnik KuzGTU -KuzGTU Herald, 6, 70-72 [in Russian],
14. Varfolomeev, Ye.L. (2011). Innovatsionnoe reshenie korotkozabojnoj tekhnologii dobychi uglya, napravlennoe na povyshenie polnoty izvlecheniya i ehffektivnosti otrabotki ugolnyh plastov podzemnym sposobom [Innovative solution of short-face coal mining technology, aimed at increasing the extraction completeness and efficiency of coal seams mining by underground method], Ratsionalnoie osvoienie nedr- Rational reserves development, 4,14-18 [in Russian],
