Разработка технических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.02, кандидат технических наук Максимов, Валентин Юрьевич

• Максимов, Валентин Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Максимов, Валентин Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Структура ТЭО на закрытие шахт в различных регионах России

1.2 Анализ способов утилизации твёрдых бытовых и промышленных отходов

1.3 Анализ мирового опыта использования подземного пространства

горных предприятий для размещения ТБО и ТПО

1.4 Задачи и методы исследования

Выводы

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методика исследования

2.3 Методика экономической оценки использования горных выработок

для размещения твёрдых отходов

Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ШАХТ

3.1 Гидрологические условия шахт им. Кирова и, Горняцкая-

Восточная на момент перепрофилизации

3.2 Анализ состояния поддерживаемых выработок и прогноз его изменения на длительную перспективу

3 .3 Систематизация поддерживаемых выработок шахт по

степени их пригодности для размещения отходов

Выводы

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПЕРЕОБОРУДОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ

4.1 Принципиальная технологическая схема размещения отходов в подземном пространстве

4.2 Рекомендации по изменению схем транспорта и вентиляции

4.3 Разработка технического предложения по созданию дополнительных полостей в подземном пространстве шахты и закладка

4.4 Рекомендуемые последовательность и технологическая схема

размещения отходов в подземном пространстве шахты им. Кирова

Выводы

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И МАРКЕТИНГОВАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ РЕШЕНИЙ

5.1 Предпосылки экономической оценки использования подземного пространства шахты им. Кирова для размещения отходов

5.2 Экономическая оценка складирования отходов на полигоне

5.3 Экономическая оценка размещения отходов в горных выработках

шахты им. Кирова по возможным вариантам

5.4 Расчёт сравнительной экономической эффективности

5.5 Маркетинговые исследования

5.6 Рекомендации по созданию новых рабочих мест

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

189

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения отходов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Реструктуризация угольной промышленности России в условиях перехода к рыночной экономике неизбежно приводит к закрытию значительного числа неперспективных шахт в Подмосковном бассейне, Восточном Донбассе, Прокопьевско-Киселёвском районе Кузбасса и других регионах. При этом в ТЭО на закрытие шахт не предусматривается использование основных фондов шахт - горных выработок. Хотя большая часть средств, выделяемых на ликвидацию убыточных шахт, идёт на социальную защиту трудящихся и создание новых производств в районах закрываемых шахт, возникает острая напряжённость в связи с трудоустройством высвобождаемых трудящихся, функционированием служб в населённых пунктах, где закрываемые шахты были градообразующими.

С другой стороны, традиционная для России утилизация бытовых и промышленных отходов на полигонах встречает всё большие сложности с выделением новых площадей под них и экологическими проблемами данного способа.

В этой связи в мировой практике всё большее внимание уделяется использованию подземного пространства горных предприятий для размещения отходов. В России также проявляется большой интерес к данной проблеме, выполнена эколого-экономическая оценка предложенной МГГУ технологии, но конкретно технические решения по использованию подземного пространства для утилизации отходов, в большей степени, относятся к отходам горного производства (в первую очередь породы от проведения и ремонта выработок), оставляемых в выработанном пространстве действующих, а не закрываемых шахт.

В этой связи обоснование и разработка технических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт, отрабатывавших пологие пласты, для размещения продуктов термического обезвреживания твёрдых бытовых отходов (ТБО) следует считать актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка технических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения мелкофракционных шлаков (МФШ) от термического обезвреживания ТБО, обеспечивающей длительное экономически эффективное функционирование шахты в качестве коммунально-бытового предприятия.

Идея работы заключается в рациональном использовании при размещении в подземном пространстве отходов.основных фондов закрываемой угольной шахты - поддерживаемых горных выработок и подготовленных оставшихся запасов.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- возможность использования подземного пространства закрываемой шахты для размещения нетоксичных отходов определяется гидрогеологическими и геомеханическими условиями, а также выполнением требований к минимальному изменению существующих схем транспорта, вентиляции и водоотлива;

- важнейшим условием длительного и эффективного функционирования подземного пространства закрытой шахты является частичное погашение технологических целиков у закладываемых выработок;

- эффективность использования подземного пространства закрытой угольной шахты растёт с увеличением производительности предприятия по размещению отходов по гиперболической зависимости и определяется степенью реализации вторичных ресурсов от термического обезвреживания отходов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- представленным объёмом обследованных и систематизированных горных выработок на двух шахтных полях;

- использованием современных методов эколого-экономической оценки предложенной технологической схемы.

Научное значение работы состоит в разработке методических основ оценки пригодности подземного пространства закрывающейся шахты для размещения отходов.

Практическая ценность работы заключается в разработке технологической схемы размещения продуктов термического обезвреживания ТБО в подземном пространстве шахты, обеспечивающей длительное эффективное использование её основных фондов-выработок и оставленных подготовительных запасов после закрытия.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная в диссертации технологическая схема размещения отходов в подземном пространстве закрываемой угольной шахты передана в ГК Росуголь для реализации.

На основе материалов диссертации сформирован подраздел программы Минобразования РФ 11 Эффективные технологии утилизации, обезвреживания и захоронения отходов" Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации. Приказ №526 от 25.02.98 г.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научно-технических совещаниях в ГК "Росуголь" и НТГА, на научно-технических конференциях "Неделя горняка" в МГГУ (1996-98 гг.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы три научные статьи.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, содержит 193 страницы машинописного текста, 17 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 59 наименований.

Заключение диссертации по теме «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Максимов, Валентин Юрьевич

Выводы

1. Экономическая оценка использования подземного пространства шахты им. Кирова для размещения мелкофракционных шлаков от термического обезвреживания ТБО выполнен ля трёх вариантов, отличающихся степенью утилизации тепловой и электрической энергии и рекуперации чёрных и цветных металлов. Результаты расчётов сопоставляются с народнохозяйственным эффектом от размещения ТБО на полигоне.

2. При размещении ТБО на полигоне затраты финансовых и материальных средств неэффективно как для предприятия, так и для города и региона.

3. При размещении МФШ от обезвреживания ТБО в подземном пространстве закрываемой угольной шахты эффективность финансовых и материальных затрат зависит от использования вторичных ресурсов, которые могут быть получены при термическом обезвреживании твёрдых бытовых и промышленных отходов.

4. Максимальная эффективность характеризует вариант размещения отходов в шахте с использованием тепловой и электрической энергии и получением сплавов металлов (на микроэкономическом уровне-1,49, на макроэкономическом-2,92). Если из всех вторичных ресурсов утилизируется только тепловая энергия, эффективность издержек также находится в области абсолютной эффективности (0,08 и 0,36). Оба варианта выгодны как для угледобывающего предприятия, так и для города, региона, государства. Если же технологическая схема включает только размещение отходов в подземном пространстве шахты без использования тепловой энергии или других вторичных ресурсов, издержки становятся абсолютно неэффективными (-0,8; -0,8).

5. По сравнению с размещением ТБО на полигонах первый вариант размещения ТБО в подземном пространстве шахты имеет сравнительную эколого-экономическую эффективность в 18,2 млн. руб. в год (в ценах 1998 г.).

6. При возможности увеличения производительности размещения отходов в подземном пространстве доход предприятия будет устойчиво расти по гиперболической зависимости.

7. Маркетинговые исследования показали, что в радиусе до 30 км от закрываемой угольной шахты имеются производители отходов в объёмах, значительно превышающих возможности шахты по их размещению. Значительный интерес для инвесторов представляют также возможности трудоустройства около 100 рабочих без их переквалификации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится комплекс технических и технологических решений по использованию подземного пространства закрывающихся угольных шахт для размещения твёрдых нетоксичных отходов, что имеет существенное значение для рационального использования основных фондов закрываемых шахт и обеспечения улучшения экологической обстановки в угледобывающих регионах России.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Разработаны методические основы оценки пригодности подземного пространства закрывающейся угольной шахты для размещения в нём нетоксичных продуктов термического обезвреживания твёрдых бытовых и ряда промышленных отходов по технологическим и экономическим факторам.

2. Обоснованы принципиальные технические решения по размещению отходов в подземном пространстве закрывающейся угольной шахты, включающие поверхностный комплекс, обеспечивающий приём, термическое обезвреживание и доставку шлаков к вскрывающим выработкам, и максимально привязанные к существующим схемам схемы внутришахтного транспорта, вентиляции и водоотлива, а также схему частичного погашения охранных целиков у закладываемых выработок и схему закладочных работ.

3. Показано, что для увеличения срока использования подземного пространства шахты для размещения отходов целесообразно создавать дополнительные полости в охранных целиках с закладкой этих полостей, а затем и прилегающих к ним участков выработок мелкофракционными шлаками.

4. Разработана технологическая схема использования подземного пространства закрываемой шахты им. Кирова АО "Ростовуголь" как типичного представителя шахт Восточного Донбасса. Предложена последовательность работ по размещению шлаков от термического обезвреживания ТБО в первой очереди закладываемого МФШ подземного пространства.

5. Рекомендуемая суточная производительность комплекса по переработке и размещению твёрдых бытовых отходов в подземном пространстве шахты им. Кирова - 100 т ТБО в сутки. Срок работы шахты по размещению отходов с учётом 50% - ного погашения технологических целиков - 58 лет.

6. Экономическая оценка предложенной технологической схемы выполнена для трёх вариантов: 1) с использованием в качестве вторичных ресурсов тепловой и электрической энергии и сплавов металлов; 2) с использованием только тепловой энергии от переработки ТБО; 3) без использования вторичных ресурсов.

Показано, что использование горных выработок для размещения отходов по вариантам 1 и 2 наиболее эффективно, как для угледобывающего предприятия, так и для города, региона, государства, 3 вариант неэффективен.

7. Маркетинговые исследования показали, что в радиусе до 30 км от закрываемой угольной шахты имеются производители отходов в объёмах, значительно превышающих возможности шахты по их размещению.

8. Предложен комплекс решений по размещению нетоксичных твёрдых бытовых и ряда промышленных отходов, требующих термического обезвреживания, в подземном пространстве закрываемой шахты обеспечивает рациональное использование основных фондов закрываемой шахты поддерживаемых горных выработок и оставляемых при ликвидации шахты подготовленных промышленных запасов, снижение социальной напряжённости и повышение экологической чистоты в шахтёрских регионах с закрывающимися шахтами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ярунин С.А., Закоршменный И.М., Максимов В.Ю. Потенциальные возможности многоцелевого использования подземного пространства угольных шахт. -МГГУ-Горный информационно-аналитический бюллетень, 1998, №3.

2. Максимов В.Ю. Методические основы разработки принципиальной технологической схемы способа размещения отходов в подземном пространстве шахты. Рукопись деп. в издательство МГГУ, №142 от 1.10.98 г.

3. Максимов В.Ю. Систематизация поддерживаемых выработок шахт по степени их пригодности для размещения отходов. Рукопись деп. в издательство МГГУ, №143 от 1.10.98 г.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Максимов, Валентин Юрьевич, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Программа Правительства РФ "Реформы и развитие экономики в 1995-1996 г.г."

Вопросы экономики, 1995 г, №4, с. 67-74.

2. Малышев Ю.Н. Угольная промышленность России, ее состояние и перспективы.

Уголь, 1995 г., №1.

3. Малышев Ю.Н. Современное состояние угольной промышленности России и

пути выхода из кризиса. Уголь, 1995 г., №3, с. 19-25.

4. Яновский А.Б. Реструктуризация угольной промышленности в условиях

перехода к рыночной экономике. Дисс. на соиск. уч. степени докт экон. наук. М., МГГУ, 1995 г.,278 с.9.

5. Основные направления реструктуризации угольной промышленности России.

Уголь. 1995 г., №11, с. 3-7.

6. Разработка программы реструктуризации и реформирования угольной

промышленности России. М., Институт коньюктуры рынка угля, 1994 г. Деп. в ЦНИЭИ уголь №5502 от 4.11.95, 101 с.

7. Гондурасов А.Ф. О стратегии развития угольной промышленности России.-

Уголь, 1995, №4.

8. Гринько Н.К. Проблемы угольной отрасли России и кто их будет решать. Уголь,

1995, №9.

9. Евтушенко А.Е., Лурий В.Г., Михеев И.Д. к вопросу о стратегии

реструктуризации угольной промышленности.-МГГУ- Горный информационный бюлетень, 1994, №5.

10. Зайденварг В.Е., Яновский А.Б. Об углублении процессов реструктуризации угольной промышленности России. Уголь на конкурентном рынке. -Конференция по угольной промышленности. Российская Академия Гос. Службы при Президенте РФ. М., 1995.

11. Коллодий К.К. О реструктуризации углеобогащения.-Уголь, 1995, №11.

12. Концепция реструктуризации российской угольной промышленности. М., 1994.

13. Краснянский Г.Л., Плакитин Ю.А. Акционирование и структурная перестройка в угольной промышленности.-Уголь, 1994, №8.

14. Малышев Ю.Н. О ходе реструктуризации угольной промышленности и практических мерах по усилению этой работы.-Уголь, 1995, №8.

15. Малышев Ю,Н. Угольная промышленность: состояние отрасли, реформирование экономического и хозяйственного механизма, совершенствование структуры управления, систем ценообразования и финансирования. -Экономика топливно-энергитического комплекса, ВНИИОЭНГ, 1994. вып. 3.

16. Основные направления реструктуризации угольной промышленности России. М., 1995.

17. Положение о государственной поддержке предприятий угольной промышленности. М., Российская угольная компания, 1993,-Депонир. МГГУ. №28/93 от 15.09.93.

18. Попов В.Н. Некоторые аспекты социальной политики при реструктуризации угольной промышленности России. Уголь, 1995, №7.

19. Яновский А.Б. Основы реструктуризации угольной промышленности. М., МГГУ, 1995.

20. Davignon Е La role des socites Holding dans la restructuration des sociétés. - Arts et manuf, 1990, В 416.

21. Эталон ТЭО (проекта) ликвидации шахты (разреза). М., Центрогипрошахт, 1995, 95 с.

22. Александровская З.И., Букреев Е.М., МедвеевЯ.В., Юскевич Н.Н. Благоустройство городов.-М.: Стройиздат, 1984-341 с.

23. Методика исследования свойств твёрдых отбросов. МЖКХ РСФСР. -М,: Стройиздат, 1981.-144 с.

24. Санитарная очистка городов от твёрдых бытовых отходов. З.И. Александровская. A.M. Кузьменкова, Н.Ф. Гуляев, Я.И. Крхамбаев-М.: Стройиздат, 1977-318 с.

25. Санитарная очистка и уборка населённых мест.-Справочник.-М. : Стройиздат, 1986.-245 с.

26. Тарнижевский М.В. Жилищно-коммунальное хозяйство.-М.: Стройиздат, 1986,- 248 с.

27. Шевченко Ю.Л., Дмитренко Т.Д. Справочник по санитарной очистке городов и посёлков.-Киев: Будивельник, 1984.-158 с.

28. Ярошевский Д.А.,Мельников Ю.Ф., Корсаков И.Н. Санитарная техника городов. М. , Стройиздат, 1990, 321 с.

29. Совершенствование сбора, удаления, обезвреживания и утилизации твёрдых бытовых отходов.-Киев, УкрНИИНТИ, 1990.

30. Bintig К.Н. Zu einigen okonomisehen Fragen der Nutzbarmachung von Abprodukten. "Nachr. Mensch-Umwelt, 1987, 15, №3.

31. Barniske Z. Energienutzung und Umweltprobleme bei der Mullverbrennung -Vorschritten und Richtlingen.-Gesund. Jng. Umwelt-techn"., 1987, 108, №6.

32. Предельное количество токсичных промышленных отходов, допустимое для складирования в накопителях (на полигонах) ТБО.-М., 1985.

33. Малкин A.C., Полунин В.Т., ЛЕ НЕ ХУНГ. Проблема использования подземного пространства. Ресурсосбережение и экология горных предприятий, выпуск 1. М, МГГУ, 1994 г., 96 с.

34. Ярунин С.А., Закоршменный И.М., Максимов В.Ю. Потенциальные возможности многоцелевого использования подземного пространства угольных шахт. -МГГУ-Горный информационно-аналитический бюллетень, 1998, №3.

35. Шишиц И.Ю. Использование подземного пространства для надёжной изоляции радиоактивных и токсичных, промышленных отходов. Курс лекций. М., МГГУ, ч. 1-2, 1996 г., ч. 3-4, 1997 г.

36. Беженарь И.А. Использование технологического подземного пространства действующих и закрываемых шахт, для размещения шахтной породы и отходов горнодобывающей промышленности. Дисс. на соиск. уч. степени канд. технических наук. М., МГГУ, 1998 г., 223 с.

37. Ярунина И.С. Эколого- экономическая оценка технологии использования подземного пространства закрываемых шахт для размещения отходов. Дисс. на соиск. уч. степени канд. экономических наук. М., МГГУ, 1994 г.

38. Третьяков И.О. эколого-экономическое обоснование направлений использования выработанного подземного пространства, дисс. на соиск. уч. степени канд. экономических наук. МГГУ, 1996 г., 117 с.

39. Тарасов В.Ф. Эколого-экономическая оценка использования горных выработок для размещеня твёрдых отходов, дисс. на соиск. уч. степени канд. экономических наук. М., МГГУ, 1996 г., 127 с.

40. Site investigations, design, construction, operation, shutdown and surveillance of repositories for low-and intermediate-level radioactive wastes in rock cavities. JAEA, Technical Report, Vienna, Austria, 1984, 87 c.

41. Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах.

42. Дюрр К. Скважины-хранилища-концепция захоронения вредных для

окружающей среды отходов. Глюкауф, 1992, №7, с. 37-39.

43. Мартене П.Н., Лаумерт Г. Поземное хранение отходов в ФРГ.-Глюкауф, 1993,

№3-4, с. 42-48.

44. Kind H.-J. Die Untertage deponie Herfa-Neurode. "Gluckauf', 127, 1991, №19/21, S. 922- 926.

45. Zweite allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz (TA-Abfall), Teil 1, 1991.

46. Кинд Х.И. Подземное хранилище Херфа - Нойроде. - Глюкауф, 1992, №8, с. 57-60.

47. Keim U. Mögliche Umweltschutzdienstlestungen es Bergbans um Beispiel der Bergwerksdeponie Heilbronn. "Gluckauf', 127, 1991, №10/20, S. 911-914.

48. Bundesminister für Umwelt. Naturschutz und Reaktor-sicherheit: Endlager Morsleben. Presse - mitteilung vom 10. Juli 1992.

49. Krüssel W. Die Nutzung von Grubenraumen fur den Umweltschutz. "Gluckauf1, 127,

1991, №15-16, S. 692-698.

50. Brasser Th., Brewitz W. Aspekte der untertagigen Ablagerung von Abfallen. Berlin: Erich Schmidt, 1991.

51. Viehl E. Schacht Konrad-Ein geplantes Endlager fur radioktive Abfalle. -"Erzmetair, 41, 1988, №4, S. 183-190.

52. Neubauer W.H. Die Rolle des Bergbaus bei der Entsorgung von Sonderabfallen Das Bergwerk als Deponie. "Berg-und Hüttenmännische Monatshefte", 134, 1989, №12, S. 377-391.

53. Fritz W. Restoffe unter Tage: Vermeidungs-und Entsorgungsstrategien der

Ruhrkohle AG. "Gluckauf, 128, 1992, №5, S. 341-347.

54. Pllate M. Verwertung und Ablagerung von Reststoffen und Abfüllen in den Bergwerken der Ruhrkohle AG. "GIluckauf127, 1991, №19-20, S. 911-914.

55. Выполнить анализ горно-технической ситуации закрывающихся шахт,

разработать технологические схемы размещения и переработки отходов в их подземном пространстве и дать их эколого-экономическую оценку. Отчёт по НИР ПУ-1-445. Рук. Ярунин С.А. М., МГГУ, 1994 г.

56. Земисев В.Н. Расчёты деформаций горного массива. Недра, МГГУ, 1973 г., 144 с.

57. ТЭО закрытия шахтоуправления "Горняцкое" АО "Ростовуголь", Ростов-на-Дону, 1995 г.

58. Белинский B.C., Борисов В.В. и др. Способ охлаждения плавильной печи непрерывного действия и плавильная печь. Заявка №9305469 от 15.12.93.

59. Борисов В.В., Камаев A.A. и др. Устройство для утилизации тепла химических процессов. Заявка на изобретение № 94031528 от 31. 08.94.