Введение к работе
Актуальность работы. Печорский угольный бассейн представляет собой крупную сырьевую базу для энергетической, металлургической и коксохимической промышленности. Общие ресурсы углей Печорского бассейна составляют около 360 млрд.т. Ресурсы коксующихся углей оцениваются в 41 млрд.т, разведанные балансовые запасы бассейна составляют 9 млрд.т. Доля Печорского бассейна в балансе добычи подземным способом в целом по России составляет 18%, по коксующимся углям - 21 %. В Европейской части России бассейн обладает самым высоким промышленным потенциалом. С 1991 по 1996 год общий объем добычи в России упал на 30 %, в том числе на шахтах Кузбасса - на 27 %, в Печорском же бассейне - лишь на 8 % .
За этот период среднемесячная производительность труда рабочего на добыче увеличилась в Печорском бассейне на - 22,3 %, в то время как в Кузбассе только на 4 %, в Донбассе - снизилась в 3 раза. В целом производительность труда в Печорском бассейне на 70 % выше, чем в Кузбассе. Динамика роста себестоимости работ за 1993-1996 гг. показывает, что индекс затрат по Печорскому бассейну вырос в 12,3 раза, в то время как в Кузбассе - в 18,7, а в Донбассе - в 24,3 раза.
Прогнозная потребность России в коксующихся углях к 2000 году составит около 63 млн.т в год. Потребность в коксующихся углях Печорского бассейна на перспективу до 2010 года оценивается в 17-19 млн.т в год.
Таким образом, Печорский угольный бассейн, расположенный в районах Крайнего Севера, по природным ресурсам, а также по технологическим и организационным особенностям не только не уступает другим угледобывающим районам, но и превосходит их. Кроме этого, необходимо учитывать, что в государственных интересах России Печорский бассейн по геополитическим и стратегическим соображениям занимает особое место.
Значительная часть бассейна и, в первую очередь - Воркутский геолого-промышленный район с коксующимися углями, расположена за Северным полярным кругом. Экологическая обстановка Заполярья требует к себе особого внимания. В результате длительной эксплуатации месторождений бассейна в регионе накопилось значительное количество отходов угледобывающих предприятий. При объемах добычи
горной массы на Воркутском месторождении порядка 12 миллионов тонн в год количество производимых при этом твердых и жидких отходов, загрязняющих ландшафт и занимающих значительные площади, составляет более 3,3 миллионов тонн. Кроме того, ежегодно в атмосферу выбрасывается до 480 млн.м3 метана, причем в год извлекается дегазацией около 200 млн.м3, из которых утилизируется не более 15%. Планируемое к 2000 году увеличение объемов производства угля на перспективных шахтах без существенного снижения количества отходов производства и выбросов метана в атмосферу может существенно осложнить экологическую обстановку в регионе. Поэтому разработка и научное обоснование принципиально новой концепции развития угольной отрасли Печорского бассейна, основанной на комплексном подходе к освоению ресурсов Севера, увязывающей федеральные и местные интересы территорий, а также интересы углепроизводителей, является актуальной научно-технической задачей.
Значительный вклад в совершенствование современной технологии добычи угля подземным способом и рациональное природопользование внесли: А.Т.Айруни, А.А.Борисов, Б.Ф.Братченко, А.С.Бур-чаков, Ю.Ф.Васючков, В.Е.Зайденварг, В.П.Зубов, Б.И.Иванов, О.В.Ковалев, Г.И.Коршунов, В.С.Литвиненко, Н.Я.Лобанов, Ю.Н.Малышев, Г.Г.Мирзаев, А.В.Орешкин, Н.М.Проскуряков, Л.А.Пучков, С.В.Слас-тунов, К.Н.Трубецкой, М.И.Устинов, К.З.Ушаков, Ю.В.Шувалов, М.И.Щадов, В.А.Харченко и др. Работы этих ученых и производственников использовались при написании диссертации.
Цель работы. Снижение техногенного воздействия на окружающую среду угледобывающих и перерабатывающих предприятий при подземной разработке угольных месторождений Севера России в условиях интенсификации производства.
Основная идея. Снижение техногенного воздействия на окружающую среду в условиях интенсификации производства достигается внедрением комплекса инновационных решений по применению современных технологий обогащения угля, дообогащения породных отвалов и переработки шламов обогатительных фабрик, а также утилизации попутно извлекаемого метана.
Основные задачи. Основные задачи работы, в соответствии с поставленной целью, заключались в следующем:
-
Установить характерные особенности влияния угольной промышленности Заполярья на окружающую среду и определить пути комплексного использования недр при подземной разработке месторождений.
-
Исследовать закономерности формирования отходов добычи и загрязнения окружающей среды в зависимости от технологических звеньев угольного производства.
-
Разработать рациональные технологические схемы обогащения коксующихся углей, обеспечивающие реконструкцию существующих обогатительных фабрик с увеличением выпуска концентрата до 70 % от всего объема товарной продукции.
-
Изучить возможности наиболее полной переработки породных отвалов угольных шахт с извлечением содержащегося в них угля.
-
На основе анализа имеющихся технологий разработать рациональную организационную схему переработки шламовых отходов углеобогащения шахт ОАО "Воркутауголь".
-
Выполнить комплексную оценку и обосновать перспективные схемы добычи и использования метана угольных месторождений Севера.
-
Провести эколого-экономическую оценку комплексного использования природных и вторичных ресурсов угольных месторождений Севера.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод, включающий аналитические, натурные и лабораторные исследования, а также анализ и обобщение работ предшественников.
Защищаемые научные положения.
-
Объемы получаемых отходов производства ОАО "Воркута-уголь" при существующих технологиях добычи и переработки горной массы достоверно прогнозируются регрессионными уравнениями, описывающими взаимосвязь между количеством отходов, объемами добычи горной массы, числом действующих очистных забоев и протяженностью проводимых выработок.
-
Использование новых технологий обогащений угля, дообо-гащения породных отвалов и утилизации отходов шахт Воркутского геолого-промышленного района в условиях увеличения добычи угля до 17-19 млн.т в год обеспечивает планомерное снижение накопившихся отходов производства на 4,5-5,0 млн.т в год.
3. Экологическая безопасность угледобывающих регионов Севера России и конкурентоспособность добываемого угля обеспечивается привлечением инновационного потенциала Северо-Запада РФ (и в первую очередь Санкт-Петербурга) для создания и реализации программы широкого использования шахтного метана в электротеплоэнергетических установках и для получения дешевого моторного топлива, а также сырья для химической промышленности.
Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов исследований, большим объемом статистических данных, характеризующих работу добывающих и перерабатывающих предприятий ОАО "Ворку-тауголь", а также адекватностью полученных зависимостей по критериям математической статистики.
Научная новизна работы. Установлена количественная зависимость между объемами получаемых отходов и основными параметрами шахт, на основе которой разработаны инновационные решения по комплексному использованию природных ресурсов, обеспечивающие экологическую безопасность и конкурентоспособность добываемого в Печорском бассейне угля.
Практическая значимость. Заключается в корректировке программы реструктуризации ОАО "Воркутауголь", учитывающей состояние экономики страны; в разработке технологий комплексной переработки каменноугольных шламов, дообогащения породных отвалов; в выделении приоритетных направлений по привлечению инновационного потенциала Северо-Запада РФ с целью утилизации метана для получения тепловой и электрической энергии, моторного топлива и сырья для химической промышленности.
Личный вклад автора диссертационной работы. Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке цели и задач, в разработке методики исследований, в разработке стратегии повышения экологической безопасности и широкого внедрения ресурсосберегающих технологий, а также в обосновании радикальных путей повышения эффективности производства и в широком внедрении практических разработок на предприятиях ОАО "Воркутауголь".
Апробация работы. Основные положения работы в целом и отдельные предложения, выработанные в процессе ее выполнения,
докладывались на Госсовете Республики Коми, в Правительстве Российской Федерации, обсуждались и получили одобрение на Международном симпозиуме в городе Сючжоу (КНР), Международной конференции "Город в Заполярье и окружающая среда (10-12.09.1997 г.) г.Нарьян-Мар, Международной деловой встрече "Угольная промышленность стран СНГ на пороге XXI века" (28-29.01.1998 года), Межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 27-29 апреля 1998 г. (г. Воркута), заседаниях технико-экономического Совета ОАО "Воркутауголь", на заседаниях ученого Совета института "Печорниипроект", научных семинарах Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).
Реализация результатов работы. Выводы и рекомендации использованы в "Предложениях по корректировке программы реструктуризации угольной промышленности Воркутинского промышленного района на 1998-2000 годы" в проекте реконструкции углеобогатительных фабрик ОАО "Воркутауголь", в проектах комплексной переработки угольных шламов и дообогащения породных отвалов, а также при решении оперативных вопросов, связанных с утилизацией метана на шахтах бассейна, проектах модернизации шахт ОАО "Воркутауголь".
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано десять научных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 97 наименований.