ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И НАПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ИСДОВ УГЛЕДОБЫЧИ ШАХТЫ САДКИНСКАЯ-ВОСТОЧНАЯ (РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)ПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХО

Настоящая дипломная работа посвящена изучению направлений комплексного использования отходов угледобычи Сулино-Садкинского углепромышленного района на примере шахты Садкинская-Восточная.
Актуальность изучения данного вопроса в первую очередь обусловлена острой необходимостью в утилизации отходов угледобычи, которые оказывают крайне негативное влияние на все элементы биосферы: атмосферу, гидросферу, почвенный покров, приводит к выводу из обращения больших площадей плодородных угодий и росту числа эндемических заболеваний. Особую угрозу они представляют в регионах с высокой плотностью населения и широко развитым сельским хозяйством, таких как Ростовская область. Также отвалы горных пород требуют определенных затрат на их содержание, мониторинг, тушение и т.д.
...

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ …………………………………………………………………..
АННОТАЦИЯ ……………………………………………………………………………………...
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………...
1. ГЕОГРАФО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ …………………..
2. ОБЗОР, АНАЛИЗ И ОЦЕНКА РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТ ………………………..
3. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ, ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ, ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУЛИНО-САДКИНСКОГО
ГЕОЛОГО-ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА ……………………………………………………
3.1. Геологическая характеристика района работ ………………………………………
3.1.1. Стратиграфия и литология продуктивной толщи ………………………..
3.1.2. Тектоника ……………………………………………………………………
3.1.3. Полезные ископаемые …………………………………………………….
3.2. Гидрогеологическая характеристика ……………………………………………..
3.3. Геофизическая характеристика …………………………………………………..
3.4. Технологическая характеристика………………………………………………..
3.4.1. Угленосность ……………………………………………………………….
3.4.2. Качество углей …………………………………………………………….
3.4.3. Природная газоносность углей …………………………………………….
4. ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИЗУЧЕНИЯ УГЛЕОТХОДОВ …….
4.1. Особенности формирования техногенных месторождений твердых отходов горного производства …………………………………………………………………………….
4.2. Оценка ценности отходов угольной промышленности ……………………………
5. ОТХОДЫ УГЛЕДОБЫЧИ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ ПРОМЫШЛЕННУЮ ОЦЕНКУ И НЕОБХОДИМОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ …………………………………………….
5.1. Проблемы освоения техногенных месторождений угольного ряда ………………
5.2. Принципы геолого-промышленной систематизации отходов угледобычи и углеобогащения ………………………………………………………………………………..
5.3. Методологические основы оценки ценности углепромышленных отходов для расширения масштабов их использования в хозяйственной деятельности …………………
5.4. Процессы, влияющие на самовозгорание отвальной породы …………………..
5.5. Минералогенезис в горящих угольных отвалах: фундаментальные и прикладные аспекты неоминералогии ………………………………………………………………………….
5.6. Основы оценки условий для размещения отходов в угольных шахтах …………..
6. ОТВАЛЫ ГОРНЫХ ПОРОД В КАЧЕСТВЕ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ………………………………………………………………………
6.1. Оценка инвестиционной привлекательности техногенных месторождений ……
6.2. Прогнозирование возможных направлений комплексного использованию отходов угледобычи, углеобогащения и сжигания углей ………………………………………………..
6.3. Перспективы использования отходов угледобывающей промышленности в производстве строительных материалов ………………………………………………………….
6.4. Использование отходов угледобычи для производства глинозема ………………….
6.5. Исследование технологии выщелачивания металлов из отходов угледобычи ……..
6.6. Германий как попутное сырье при добыче угля ……………………………………
6.7. Экологически безопасная подготовка и переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения в горючий газ, тепло и электроэнергию ………………………………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………….
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………
Опубликованная …………………………………………………………………………..
Фондовая ………………………………………………………………………………….

Настоящая дипломная работа посвящена изучению направлений комплексного использования отходов угледобычи Сулино-Садкинского углепромышленного района на примере шахты Садкинская-Восточная.
Актуальность изучения данного вопроса в первую очередь обусловлена острой необходимостью в утилизации отходов угледобычи, которые оказывают крайне негативное влияние на все элементы биосферы: атмосферу, гидросферу, почвенный покров, приводит к выводу из обращения больших площадей плодородных угодий и росту числа эндемических заболеваний. Особую угрозу они представляют в регионах с высокой плотностью населения и широко развитым сельским хозяйством, таких как Ростовская область. Также отвалы горных пород требуют определенных затрат на их содержание, мониторинг, тушение и т.д.

5.3 Методологические основы оценки ценности углепромышленных отходов для расширения масштабов их использования в хозяйственной деятельностиОбразование и накопление твердых отходов в горнодобывающих отраслях России было и остается неотъемлемой частью процессов разработки большинства природных месторождений полезных ископаемых. При этом около двух третей их суммарного объема, превышающего 85 млрд. т приходится на угольную отрасль. Кроме того, добываемые угли стали источником накопления около одного миллиарда тонн твердых отходов у его потребителей.Для накоплений твердых отходов, образовавшихся в результате процессов угледобывающего или углепотребляющего производства, характерным является то, что большая их часть обладает свойствами, определяемыми присутствием в них углеводородов и (или) продуктов их окисления. Таким образом, накопления этих отходов можно рассматривать как часть горнопромышленных отходов, характеризующихся качественно однородными свойствами, приобретаемыми при промышленном производстве и потреблении углей, или как углепромышленные отходы.В настоящее время роль углепромышленных отходов в жизнедеятельности общества заключается, с одной стороны, как техногенных накоплений различных минеральных ресурсов, а с другой, как источников негативного воздействия на окружающую природную среду. Поэтому вовлечение таких отходов в хозяйственную деятельность может представлять большой интерес как с экономической, так и с экологической точек зрения.Практика использования минеральных ресурсов отдельных накоплений углепромышленных отходов началась еще в первой половине прошлого века. В то же время, несмотря на возрастание значимости отходов, преимущественно связанной с истощением и удаленностью природных месторождений, их большая часть по-прежнему остается невостребованной.Переход на рыночные методы хозяйствования также не привел к кардинальному изменению роли отходов в жизнедеятельности общества. В то же время условия рыночного ведения хозяйства позволяют более гибко использовать индивидуальный потенциал отдельных накоплений отходов для удовлетворения спроса в различных видах продукции, которые могут быть созданы на их основе, на территории отдельных локальных рынков, а также для нахождения компромисса интересов всех субъектов этого процесса.В пользу целесообразности такого подхода к использованию отдельных накоплений углепромышленных отходов свидетельствуют и имеющие место диспропорции в развитии хозяйственной деятельности и в состоянии окружающей природной среды, как между отдельными регионами, так и внутри них.Развитие процессов образования и накопления углепромышленных отходов (в дальнейшем — отходы) имеет глубокие исторические корни, связанные с началом освоения угольных месторождений, расположенных в различных регионах России.В течение длительного периода времени на территории страны образовалось множество мелких и крупных накоплений отходов, общее количество которых в настоящее время составляет около 2,5 тыс., а их суммарный объем — более 56 млрд т. Подавляющая часть этих накоплений относится к 5-му классу опасности. Ежегодный прирост накопления отходов после существенного спада до 639 млн. м3 в период 1990-1998 гг., вызванного реструктуризацией угольной отрасли, почти удвоился и продолжает увеличиваться пропорционально росту объемов угледобычи.Распределение по территории страны ежегодного прироста отходов соответствует расположению основных угольных бассейнов РФ и пропорционально объему добываемого в них угля. При этом доминирующая роль в образовании отходов (около 85 %) принадлежит Кузбассу.В результате перехода отрасли к преимущественно открытому способу разработки угольных месторождений наблюдается последовательный рост (с 4,2 до 6,1 т и более) объема отходов, приходящегося на 1 т добываемого угля. При этом в соответствии с энергетической стратегией России объем ежегодно образующихся отходов в ближайшие годы может превысить 3 млрд. т. Накопленные и накапливаемые отходы содержат большое количество экологически вредных компонентов. Процессы окисления (горения) содержащихся в них углеводородов приводят к интенсивному загрязнению атмосферы. Кроме того, в настоящее время отходы занимают около 200 тыс. га земной поверхности. Поэтому находящиеся в регионах образования отходов являются источником негативного воздействия на окружающую природную среду (ОПС). В то же время их роль в воздействии на ОПС в различных участках регионов неравнозначна, поскольку зависит не только от самих отходов, но и от регионального уровня загрязнения среды и процессов его развития.В современной практике работы предприятий угольной отрасли только от 46,5 до 62,4% образующихся отходов размещаются в выработанном пространстве. Остальная их часть складируется на земной поверхности. Из всех отходов угольной отрасли для создания товарной продукции использовано только 3 % от их объема. В настоящее время известно около 60 технологических решений по использованию отходов в качестве минеральных ресурсов для производства продукции для строительной индустрии, сельского хозяйства, металлургии, производства керамики, лакокрасочной промышленности, химической промышленности, потребителей вторичных топливных ресурсов и т. п. При этом только третья их часть апробирована на практике, в то время как остальные две трети остаются только потенциально возможными.Кроме той ценности, которую отходы могут представлять собой как накопления минеральных ресурсов, известна практика их использования для решения различных задач социального значения.Современное состояние научных разработок и практики в области использования техногенных ресурсов отходов дает основание полагать о наличии в них огромного потенциала для создания разнообразных видов продукции в различных сферах жизнедеятельности. В то же время расширение использования отходов может быть осуществлено только при условии соответствия имеющегося у них потенциала с заинтересованностью в его освоении всех субъектов этого процесса.На современном этапе развития России производство различных видов минеральных ресурсов из отходов на предприятиях угольной отрасли, как правило, может представлять собой только сопутствующий вид деятельности.В соответствии с хозяйственной практикой в народном хозяйстве востребованы не сами углепромышленные отходы в том виде, в котором они образуются и накапливаются, а некоторые виды продукции, которые могут быть созданы при их использовании. А, поскольку различные виды продукции из отходов наряду с качественными и количественными параметрами, характеризующими их физическую ценность, имеют и стоимостную оценку, то их производство должно быть экономически оправданным, то есть рентабельным.Таким образом, некоторая часть отходов угледобывающих предприятий, которые могут быть востребованы в народном хозяйстве (регионе), также должна характеризоваться возможностью создания на ее основе рентабельного производства различных видов потребительных стоимостей. Напротив, другая часть отходов, которая не востребована в народном хозяйстве (регионе), соответственно, не может стать основой для создания рентабельного производства различных видов потребительных стоимостей.Таким образом, отходы, образующиеся в угольной промышленности, могут представлять собой как реальную, так и только потенциальную ценность для получения из них различных потребительных стоимостей.В то же время, возможность создания рентабельных производств, использующих отходы для создания некоторых видов потребительных стоимостей, является еще недостаточным условием для их реализации на рынке ресурсов. Только наиболее ценная их часть, из которой возможно создание различных видов потребительных стоимостей, способна конкурировать с аналогичными видами потребительских ценностей, поступающих из других источников.В условиях рыночной экономики создание новых видов деятельности, в том числе связанной с использованием отходов, сопряжено с необходимостью привлечения инвестиций. Ценность углепромышленных отходов, из которых возможно создание конкурентоспособных потребительных стоимостей, должна характеризоваться еще и некоторой привлекательностью для инвесторов.В качестве критерия для оценки инвестиционной привлекательности может быть принят уровень рентабельности производства различных видов потребительных стоимостей из отходов, который может как соответствовать, так и не соответствовать интересам инвесторов. Наряду с ценностью, которую могут представлять углепромышленные отходы с точки зрения возможности получения из них различных видов минеральных ресурсов, в нее могут входить также эколого-экономическая и (или) социально-экономическая составляющие.Расположение характеристик различных видов потребительных стоимостей, создаваемых из углепромышленных отходов в порядке возрастания (снижения) их практической ценности для потребителей, позволяет типизировать отходы по уровню их потребительной ценности.При этом в соответствии с разработанной типизацией первым, самым низким с точки зрения их практической ценности, уровнем является уровень «потенциальной» ценности. Вторым, более высоким, уровнем практической ценности углепромышленных отходов является уровень их «рентабельной» ценности. Третьим, еще более высоким, — уровень их «конкурентоспособной» ценности. И самым высоким — уровень их «инвестиционной» ценности. В то же время степень «ценности» углепромышленных отходов зависит не только от их физико-химических, механических и тому подобных свойств, но и от «востребованности» этих свойств в народном хозяйстве в различные периоды времени.Последовательный рост экономики России сопряжен с развитием различных сфер жизнедеятельности общества, и в том числе тех, которые могут оказать влияние на изменение ценности углепромышленных отходов.Для развития угольной промышленности в народном хозяйстве характерно увеличение объемов образующихся при этом углепромышленных отходов. Это в свою очередь ведет к росту суммарных запасов минеральных ресурсов и дифференциации их распределения по территории регионов.В результате развития производственно-хозяйственной деятельности в регионе возрастает суммарное загрязнение окружающей природной среды, растет спрос на земную поверхность. Поскольку углепромышленные отходы в районе их расположения в некоторой степени также являются загрязнителями окружающей природной среды и занимают некоторую площадь земной поверхности в районе их расположения, то, соответственно, растет и их значимость как одного из источников антропогенного воздействия. Следовательно, в результате этих процессов растет и их ценность как потенциальных мест для высвобождения занимаемой ими площади земной поверхности и некоторого потенциала для снижения ущерба окружающей природной среде.Возникающие диспропорции в социальном развитии регионов неизбежно влекут за собой обострение потребности в их устранении посредством создания различных социально ориентированных программ и задач, нередко связанных с необходимостью создания новых производств. Использование находящихся в регионе углепромышленных отходов может стать основой для создания такого рода производственной деятельности. И, таким образом, стать основой для решения некоторых задач социального развития региона.Развитие научно-технического прогресса сопряжено с созданием различных технологий, средств производства. Поэтому с течением времени в результате развития научно-технического прогресса неизбежно создание и освоение новых технологических приемов, технологий, позволяющих намного повысить эффективность использования углепромышленных отходов. И, тем самым, создать предпосылки для создания на их основе конкурентоспособной продукции.В соответствии с рассмотренными процессами и явлениями можно сделать вывод о том, что в результате их совместного комплексного действия ценность углепромышленных отходов для региона и народного хозяйства в целом с течением времени последовательно возрастает.В то же время рост ценности углепромышленных отходов в народном хозяйстве еще не означает появления условий, достаточных для осуществления деятельности, основанной на их использовании. Это обстоятельство связано с тем, что различным видам деятельности, направленной на использование углепромышленных отходов, должны соответствовать определенные уровни их ценности. Так, для осуществления коммерческой деятельности, предполагающей привлечение некоторого объема инвестиций, необходим такой уровень ценности углепромышленных отходов, при котором можно будет обеспечить возврат заемных средств.Для осуществления коммерческой деятельности, не требующей возврата инвестиций, необходим такой уровень ценности углепромышленных отходов, при котором создаваемая продукция будет конкурентоспособной.Для создания деятельности, направленной на социальные программы развития региона и на решение задач, связанных с необходимостью повышения эколого-экономической эффективности использования природного потенциала окружающей среды региона, не имеющих обязательной коммерческой направленности, уровень ценности углепромышленных отходов должен быть достаточным для обеспечения условий рентабельности такой деятельности.Таким образом, можно сделать вывод о том, что различные по своим целям виды деятельности, связанные с использованием углепромышленных отходов, могут начать осуществляться только после приобретения ими необходимых для этого уровней ценности.В соответствии с вышесказанным можно сделать вывод о том, что начало использования углепромышленных отходов сопряжено с некоторым периодом времени, в течении которого их первоначальная ценность возрастет до необходимого для соответствующих видов деятельности уровня. А, поскольку первоначальная ценность различных накоплений углепромышленных отходов имеет различные уровни, то для достижения требуемых для различных видов деятельности уровней ценности необходимы соответствующе величины их прироста. Таким образом, с течением времени ценность углепромышленных отходов будет меняться в зависимости от их индивидуальных особенностей и оставаться либо в пределах исходного уровня ценности, либо подниматься на более высокий.В то же время, поскольку в соответствии с рассмотренными выше процессами в различных сферах жизнедеятельности общества за один и тот же период времени прирост ценности для различных накоплений углепромышленных отходов может быть различным, то создание условий для начала одного и того же вида работ по их использованию будет различным. Кроме того, в различных частях региона могут быть востребованы различные, не однородные по своему содержанию виды работ по использованию углепромышленных отходов. Таким образом, можно сделать вывод о том, что начало использования различных накоплений углепромышленных отходов в различных частях региона будет определяться индивидуально в соответствии с уровнем ценности и содержанием работ. А поскольку с течением времени в регионе будет создаваться все большее количество благоприятных условий для начала использования различных накоплений углепромышленных отходов, то можно сделать вывод — процесс вовлечения отходов в народнохозяйственный оборот будет иметь прогрессивный характер.Для расширения масштабов использования углепромышленных отходов разработан комплекс рекомендаций и эколого-экономический механизм, позволяющие своевременное и рациональное принимать решения по вовлечению углепромышленных отходов в хозяйственную деятельность регионов (рис. 4). Представленный механизм состоит из: анализа имеющихся в регионах условий для использования находящихся там отходов, установления цели их использования, выбора направлений использования отходов, формирования вариантов использования отходов, оценки и выбора вариантов использования отходов, а также реализации выбранных вариантов.Рис. 4 — Эколого-экономический механизм вовлечения углепромышленных отходов в хозяйственную деятельностьМеханизм эколого-экономической оценки и выбора вариантов использования углепромышленных отходов предусматривает:- проведение анализа экономических, экологических и социальных условий для использования отдельных накоплений отходов;- формирование целей для возможного использования отдельных накоплений отходов;- формирование направлений возможного использования отдельных накоплений отходов в соответствии с выбранными целями;- процедуру последовательной оценки и выбор варианта использования отдельных накоплений отходов, состоящую из формирования вариантов использования накоплений отходов, оценки вариантов использования отходов на основе разработанной экономико-математической модели, выбора приоритетного варианта использования накопления отходов, реализации выбранных вариантов использования накоплений отходов.5.4 Процессы, влияющие на самовозгорание отвальной породыНа современных глубинах разработки породы угольных месторождений находятся в восстановительных условиях. При производстве выемочных работ в углях и углисто-глинистых породах начинают протекать биохимические процессы окислительного выщелачивания содержащихся в них рудных минералов, в основном пирита, который представлен пылевидной вкрапленностью, прослоями и линзами. Причем, прослои и линзы его состоят преимущественно из глобулей (фрамбоидов) с размерами до 50 мкм, а они в свою очередь — из совокупности микрокристаллов с размерами 0,5…2,5 мкм. Фрамбоиды находятся на поверхности микротрещин и макропор и поэтому доступны для внешних агентов выветривания. В окислительных условиях происходит обновление поровых растворов углей и углисто-глинистых пород. Появление в растворах кислорода, углекислого газа и микроорганизмов тионовой группы определяет специфический характер и большую скорость окислительного выщелачивания пирита.Исследованиями М.П. Зборщика и В.В. Осокина (1990) доказано наличие тионовых бактерий Th. ferrooxidans в поровых растворах, находящихся в водно-воздушных условиях пород угольных месторождений и их решающая роль в процессах окисления и выщелачивания пирита. Биохимический процесс окислительного выщелачивания пирита является экзотермическим, сопровождается выделением элементной серы, серной кислоты и соединений железа. В связи с повышением температуры поровых растворов изменяется морфология микроорганизмов: из палочковидной формы они переходят в сферическую форму, приспосабливаясь к изменяющимся условиям среды обитания. На рисунке 5 видны при увеличении 270х тионовые бактерии палочковидной (а) и сферической формы (б). Рис. 5 — Тионовые бактерии различной формыРоль микроорганизмов в биохимическом процессе окислительного выщелачивания пирита заключается в расчленении его и увеличении вследствие этого реакционной способной поверхности окислении серы и двухвалентного железа в условиях, в которых невозможно их химическое окисление, в непосредственном участии в экзотермических реакциях. Увеличение реакционно-способной поверхности пирита и повышение температуры среды за счет биохимических процессов интенсифицирует чисто химические процессы окислительного выщелачивания этого минерала с дальнейшим повышением температуры и выделением указанных выше веществ новообразования.Следствием повышения температуры поровых растворов является самонагревание горной породы. Выполнен анализ химических реакций, связанных с окислительным выщелачиванием пирита в углях и углисто-глинистых породах. По результатам этого анализа, основными веществами новообразования в самонагревающейся горной породе, определяющими характер дальнейшего протекания всех процессов, являются элементная сера и серная кислота. Экспериментально установлено, что в самонагревающейся отвальной породе при температуре 75°С и выше содержание элементной серы может быть более 4% (более 40 кг серы в 1 т породы). С минералогической точки зрения представляет интерес анализ различных модификаций элементной серы, выделенной из отвальной породы в большом температурном интервале.