Проблемы ресурсосбережения и техноэкологии подземной разработки полезных ископаемых в Казахстане Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 5

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© А.С. Сагинов, .К.Н. Адилов, 2001

УДК 574:622.272 % -- ^ ^

А.С. Сагинов, К.Н. Адилов

ПРОБЛЕМЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ И ТЕХНОЭКОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ

ПЛП^Л! II IXX иЛ1/АП АРНЛ1 IXX П IX А *■> АХХЛТА I I Г"

В

результате антропогенного воздействия процессов горного производства на окружающую среду экологическое равновесие нарушается при выделении в атмосферу десорбированных из массива взрывоопасных или токсичных газов, заражением шахтных вод вредными примесями, выделяющимися из отбитой горной массы, а также из подрабатываемого горного массива, подработкой площадей земной поверхности, последствиями надработки горного массива, образованием в нем выработанных пространств и т.д. В процессе поступления в шахту или рудник в больших количествах различных видов оборудования и материалов (цемента, глины, гравия, песка, лесных и других крепежных материалов, различных типов ВВ для взрывных работ и т.п.), а также их технологической переработки и использования материалов и оборудования о последующей выдачей на поверхность захламляются плодородные земли, горные выработки и подземные пустоты остаточными продуктами горного производства, окружающая среда загрязняется сточными водами.

Значительную опасность для экологии окружающей среды при разработке представляют подземные воды. Известные в Союзе и за рубежом случаи затопления подземных шахт и рудников, особенно соляных, свидетельствуют о возможности катастрофических последствий и большом риске для окружавшей среды. К числу таких месторождений относятся Миргалимсайское, Атасуйское, Белоусов-ское и др. Практика разработки Миргалимсайского месторождения выявила ряд вопросов и проблем в традиционно применяемой технологии горных работ, касающихся экологии окружающей среды. Прежде всего, в эффективном использовании под-

земных или шахтных вод для нужд горного производства. Последнее связано с совершенствованием традиционно применяемой, а также с созданием новой технологии разработки с вовлечением подземных вод в производственном цикле очистных работ.

Большую опасность представляет затопление шахт при их ликвидации. В Карагандинском бассейне по проекту их ликвидации шахты «Топарская», «Чуру-бай-Нуринская», «Молодежная», «Северная», «Майкудукская» и др. в 1995-1997 г.г. были затоплены. На отдельных шахтных полях («Топарская», «Молодежная» и др.) уже наблюдаются геодинамические проявления в зоне крупных тектонических нарушений. Аналогичные проявления наблюдались после затопления рудников «Миргалим-сайский», «Атасуйский» и др.

Технология горного производства находится в постоянном взаимодействии о геомеханической средой. Последняя определяется напряженно-деформированным состоянием массива пород в процессе ведения горных pабот. Состояние горного массива влияет на экологическое равновесие горной среды, определяет направления рационального использования и охраны недр.

Геомеханические процессы, вызванные динамическим взаимодействием горного массива с технологией горных работ, влияют на подработку земной поверхности, состояние плодородных земель, промышленных объектов и сооружений и т.д. Имеющиеся по данной проблеме последние исследования показывают, что доминирующее влияние на геоме-ханическое состояние горного массива оказывают геотектонические процессы. Именно эти процессы способствуют развитию в горном массиве эндогенных и экзогенных трещин, тектонических нарушений, различных аномальных явлений (горных ударов, выбросов, концентраций, напряжений и пр.).

На многих рудных и угольных месторождениях оставлены громадные запасы полезных ископаемых - законсервированные, забалансовые, в прошлом некондиционные потери и пр. Все эти запасы в различных целиках являются следствием прямого и косвенного антропогенного воздействия на природные минеральные ресурсы. Отработка их сопряжена с проблемами повторной отработки их в условиях повышенного экологического риска. Это, в свою

очередь, в значительной мере связано с подработкой пригодных сельскохозяйственных земель в пределах горного отвода, интенсивным выделением остаточных токсичных газов в выработанных пространствах, отравляющих горную среду, прорывом загрязненных подземных вод в шахту и пр.

Значительный интерес представляют техногенные месторождения (ТМ) как результат технологической деятельности, приводящей к скоплению отходов горного, металлургического и химического производства. К ним относятся отвалы, террикони-ки, хвостохранилища, вскрышная горная масса и пр., а также бросовые и некондиционные участки шахтных полей, рудных залежей и пр. ТМ являются объектом вторичной технологической переработки и получения весьма ценных продуктов - различных редких и рассеянных элементов (германия, галлия, таллия, индия, селена, теллура и др.). Большинство ТМ обладают, как правило, важным технологическим свойством - техногенная масса дезинтегрирована до мельчайших фракций и легко преобразуется в агрегатно-подвижное состояние.

Проблемы вторичной переработки и получения продуктов более высоких переделов - большая неравномерность и рассеянность полезных компонентов, склонность к физико-химической и биологической деградации техногенной массы.

Создание новых и нетрадиционных технологий разработки полезных ископаемых подземным способом и совершенствование существующих в условиях повышенного экологического риска, характерных для рудных месторождений Казахстана, позволят найти наиболее эффективные технические и технологические решения, методы и способы добычи полезных ископаемых. Научное обоснование обеспечивается, начиная с проектных решений, теоретически и научно обоснованных по критериям надежности и безопасности и обеспечивающих экологическую чистоту и экономичность.

Ряд крупных месторождений полиметаллических руд Казахстана (Текелийское, Жолымбет, Жайремское, Ачисайское и др.) являются пожаро- и газоопасными.

Развитие и совершенствование экологически безопасных и безотходных технологий и методов разработки месторождений полезных ископаемых базируются на современных достижениях научно-техни-ческого прогресса в горнодобывающих отраслях промышленности и определяются по следующим направлениям:

• безотходно-селективные технологии подзем-

ной добычи полезных ископаемых, обеспечивающие комплексное использование недр и эффективное управление качеством руд;

• экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии и методы , разработки рудных месторождений;

• нетрадиционные технологии добычи угля, а также геотехнологические методы и бесшахтные технологии извлечения углеводородных ресурсов;

• комплексная разработка техногенных месторождений.

Экологически безопасные технологии разработки предусматривают эффективное подавление и нейтрализация вредных газов (как природных, так и выделяющихся в процессе ведения горных работ). Эти технологии связаны в основном с разработкой: а) пожаро- и газоопасных рудных вел и залежей, содержащих природные токсичные газы (сероводород, сернистый ангидрид); б) сейсмо- и взрывоопасных выемочных участков и блоков рудных месторождений. К ним относятся месторождения Те-кели, Ачисай, Жолымбет, Шалкия и др., а также угольные - Экибастуз, Карагандинский бассейн и др.

Кардинальное решение проблем ресурсосбережения и экологизации разработки угольных месторождений - это переход на бесшахтные, т.е. геотех-нологические методы добычи полезных ископаемых.

Научно-техническая концепция создания бес-шахтной технологии основана на синтезе новых экспериментально изученных, испытанных и обоснованных результатами фундаментальных исследований физических и физико-химических процессов в сочетании с существующими, активизирующие и преобразующие в кондиционные агрегатноподвижные состояния газоугольные пласты.

Бесшахтная технология (БТ) разработки газоугольных пластов - это новый геотехнологический метод комплексной разработки газоугольных месторождений, при котором через систему пробуренных с поверхности скважин постадийно извлекаются углеводородные ресурсы в технологически кондиционных агрегатно-под-вижных состояниях.

Научно-техническая концепция синтеза и проектирования БТ основана на принципах многостадийного геотехнологического освоения газоугольного пласта с реализацией следующей последовательности:

• на 1 стадии технологии БТ - интенсификация извлечения природного газа метана, а также обосно-

вание параметров технологии добычи кондиционного метана с содержанием более 95 % и газодобычного комплекса - модуля при дебите 4, 5м3/мин и более;

• на 2 стадии - микроструктурное преобразование пласта с последующим физико-химическим воздействием на него и преобразованием угля и углеводородных ресурсов в агрегатно-подвижное состояние;

• на Зстадии - преобразование и использование неорганических остатков угольного пласта.

Областью эффективного применения скважинной технологии добычи метана с использованием газодобычного комплекса являются техногенные (бросовые) участки шахтных полей шахт им. В.И.Ленина, "Казахстанская", "Стахановская" и др, а также запасы Тентекской мульды, шахтного поля "Саранской-Г лубокой".

Методология синтеза и проектирования новых технологий, а также создания и оптимизации экологически чистых и природосберегающих технологий разработки полезных ископаемых является одной из важнейших задач при добыче полезных ископаемых является определение рациональных параметров технологии разработки, синтезированной из множества возможных вариантов (как традиционных, так и новых экологически чистых и безот-

ходных технологий).

Оптимизация технологии по минимуму затрат или максимуму прибыли и рентабельности правомерна при системном и комплексном рассмотрении качественных и количественных параметров синтезируемых вариантов с количественной оценкой их по критериям надежности. Совершенствование и повышение надежности технологических процессов является решающим фактором при установлении рациональных параметров экологически чистых и безотходных технологий. Априори считается, что оптимальное сочетание показателей отдельных процессов, обоснованных по критериям надежности и соответствующими параметрами технологической системы, в целом обеспечивает наиболее высокие технико-экономичес-кие показатели. Оптимизация технологии разработки основывается на методах выбора рациональных параметров с учетом сложности взаимосвязей и взаимозависимостей всех технологических процессов, прежде всего, обеспечивающих экологическую чистоту и рациональное использование недр с учетом экономических последствий от потерь и разубоживания, а также требований безопасности ведения горных работ.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =

у---------------------------------------------------------------------7

Сагинов Абылкас Сагинович - академик НАН РК, профессор, доктор технических наук.

Адилов Каиржан Наукебаевич - член-корр. НАН РК, профессор, доктор технических наук, зав. лабораторией Института проблем комплексного освоения недр Министерства образования и науки Республики Казахстан