Рис. 2.1 Основные факторы воздействия на окружающую среду
реклама
Вирумааский колледж Таллиннского технического университета Химический лекторат Kурс лекций по предмету RAR0450 Охрана среды в горной промышленности Подготовил Сергей Чекрыжов Кохтла-Ярве 2014 ВВЕДЕНИЕ Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов – важнейшая социальная и экономическая проблема современности. Элементы природы, которые используются человеком в хозяйственной деятельности для удовлетворения разнообразных потребностей, обобщаются понятием природных ресурсов. В широком плане под ресурсом следует понимать как источники получения вещества, так и пространство – среду их размещения и жизнедеятельности. Горное производство технологически взаимосвязано с процессами воздействия человека на окружающую среду с целью обеспечения сырьевыми и энергетическими ресурсами различных сфер хозяйственной деятельности. Химическая технология твердых горючих ископаемых , в том числе и энергетика непосредственно свяхана с горным производством и в экологическом отношении одна из наиболее сложных отраслей промышленности, что обусловлено особенностями производства. Недра – это часть литосферы, находящаяся под земной поверхностью, которую человек использует для добычи находящихся там ископаемых, для создания подземных сооружений. Объектом связанных с недрами являются почва и ископаемые, их использование и защита. С точки зрения ископаемых Эстония является относительно небогатой страной в мире. Не все, имеющиеся в Эстонии ископаемые в настоящее время добываются, например, фосфорит, гранит и известные своим незначительным содержанием урана диктионема аргиллиты. Интенсивно используются сланец (кукерсит) и торф, ежегодно возрастает потребность в натуральных строительных материалах (песок, гравий, плитняк или известняк, глина и др.). Добыча и использование ископаемых упорядочены Законом о недрах и Законом о добыче. В действующих относительно сланца актах большое значение имеют также Закон об охране атмосферного воздуха и Закон об отходах, которые регулируют использование сланца в устройствах обжига и при производстве масла. Утверждена «Государственная программа развития использования сланца на 2008 – 2015 годы», и Правительством Республики одобрена «Программа развития электрического хозяйствования Эстонии на 2008 – 2018 годы». В «Программе развития строительных ископаемых на 2010 – 2020 годы» рассматриваются добыча и использование всего находящегося в Эстонии сланца, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 доломита, кристаллического строительного материала (в Эстонии, главным образом, гранит), песка, гравия и глины. Самым важным для Эстонии энергетическим ископаемым является сланец. Более 80% добываемого сланца используется для производства электрической и тепловой энергии, из сланца производится свыше 90% электроэнергии Эстонии. Сланец применяется как технологическое сырье для производства топливного масла, масляного кокса, смолы, битума и т. п. Вторым по значению ископаемым в Эстонии, ценным в энергетическом отношении, является торф. В качестве топлива используется, главным образом, хорошо разложившийся торф. Торф, в зависимости от степени разложения, находит применение также в садоводстве и полеводстве. Добыча торфа год от года была неустойчивой, в зависимости от количества осадков. Больше всего торфа добывается в Пярнуском уезде (33%), за ним следуют Тартумаа (17%), Ида-Вирумаа (15%) и Харьюмаа (8%). Доля остальных уездов находится в пределах пяти или менее процентов. Самый многообразный класс ископаемых – это натуральные строительные материалы (строительные ископаемые). Обусловленная дорожным строительством и строительным бумом добыча строительных ископаемых, начиная с 2002 года, заметно возросла. Преобладающее количество строительных ископаемых добывается в Харьюмаа (50%), за ней следуют Йыгевамаа (10%) и Ляэне-Вирумаа (9%). Доля остальных уездов составляет пять или менее процентов. Охрана окружающей среды и рамки природопользования утверждены в Экологической стратегии Эстонии до 2030 года (Eesti keskkonnastrateegia aastani 2030), которая предусматривает решение следующих задач: • сокращение количества отходов, загрязнения отходами и уменьшения нагрузки загрязнения, • сохранение воды, ископаемых, энергетики и транспорта, лесоводства, рыбного промысла и звероловства, а также многообразия ландшафта и природы. • Добыча и использование ископаемых упорядочены Законом о недрах и Законом о добыче, а также планами развития https://www.riigiteataja.ee/akt/13254128 Maapõueseadus – Riigi Teataja В нашей стране широко проводятся исследования по предотвращению отрицательного воздействия горного производства на окружающую среду. Это позволило разработать и передать для практического применения в горнодобывающей промышленности крупные мероприятия по охране и рациональному использованию различных видов природных ресурсов при эксплуатации месторождений полезных ископаемых. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В кратком курсе изложены основные вопросы охраны среды в горной промышленности на примере преприятий Эстонии. В первой главе рассмотрены правовые вопросы недропользования в Эстонии и даны основные правовые нормы Закона о недрах (RT I, 2004, 84, 572) и Законе о добыче полезных ископаемых (RT I, 2003, 20, 118; 2004, 18, 131); Во второй главе даётся описание предметной области дисциплины «горная экология»? рассматривается экологическая стратегия основного горнодобывающего предприятия Эстонии концерна Eesti Energia. В третьей главе рассматриваются основные вопросы защиты окружающей среды в технологии добычи и переработки твёрдых ископаемых на примере горючих сланцев. Указывается на прямую связь между экологическими,техническими и экономическими критериями. В четвертой главе приводится несколько видов классификаций воздействия горного производства на окружающую среду , «Охрана окружающей среды в горной промышленности » является инженерно технологической дисциплиной, в которой рассматриваются существующие технологии, направленные на снижение уровня воздействия человека на среду обитания, и их практическая реализация. Цель дисциплины – приобретение знаний студентов в области существующих экологических технологий, расчёта и эксплуатации природоохранных систем и оборудования в горной промышленности. Задачи дисциплины: ознакомление студентов с законодательной базой ЭР, которые регламентируют деятельность в области защиты окружающей среды; рассмотрение основных технологий очистки газовых выбросов предприятий, рассмотрение основных технологий очистки промышленных стоков; рассмотрение вопросов защиты литосферы от антропогенного воздействия, захоронение твердых промышленных отходов; ознакомление студентов с типовыми методами расчетов основного оборудования природоохранных систем; оценка эффективности природоохранных систем и сооружений. Для успешного освоения предмета требуются знания общетехнических дисциплин и в результате SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Студенты должны знать: основные экологические проблемы природопользования; основные технологии и конструкции природоохранного оборудования, условия их применения, главные принципы их расчетного обоснования; основы технико-экономических подходов к выбору конструкций природоохранного оборудования и сооружений. В результате изучения дисциплины студент должен уметь: владеть основными принципами экологической и технической оценки антропогенного воздействия промышленных предприятий на природные системы; владеть методологией разработки системы мероприятий снижения негативных последствий антропогенного воздействия на природу; владеть основами технико-экономического проектирования природоохранных сооружений и оборудования , а также разработки новых технологий охраны окружающей среды и мониторинга; владеть методами проектирования природоохранного оборудования. В результате изучения дисциплины студент должен иметь представления: о главных направлениях и перспективах научно-технического прогресса в области создания природоохранных систем и сооружений; о главных проблемах возведения природоохранных комплексов, адаптированных к существующим природным ландшафтам; о закономерностях формирования и трансформации (последующей эволюции) природных ландшафтов в процессах проектирования и эксплуатации конкретных природоохранных систем; о методах поддержания устойчивого развития природных систем, нарушенных в результате антропогенных воздействий. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 ГЛАВА 1. ПРАВОВЫЕ ВОПРОСЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ Наука «экология» - это огромный свод законов и правил, которые должны неукоснительно соблюдаться, если человечество хочет добиться гармонии и единения с природой. Каждый процесс внутри биосферы взаимосвязан.Законы зкологии объективны , то есть существуют независимо от человеческого сознания. Закон ограниченности естественных ресурсов: все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части. Закон внутреннего динамического равновесия — один из главнейших в природопользовании. В случае незначительных вмешательств в естественную среду ее экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, но если эти вмешательства превышают определенные границы и уже не могут «угаснуть» в цепи иерархии экосистем (охватывают целые речные системы, ландшафты), они приводят к значительным нарушениям энерго- и биобаланса на значительных территориях и в всей биосфере. Закон оптимальности: никакая система не может суживаться или расширяться к бесконечности. Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные с точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений. Игнорирование закона — создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта и т.п. — привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем. Закон развития окружающей среды: любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно — это вывод из законов термодинамики. Очень важными являются следствия закона. 1. Абсолютно безотходное производство невозможное. 2. Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни — оно будет уничтожено уже существующими организмами 3. Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 экологические кризы. Закон Вернадского о сохранении жизни – жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ энергии и информации. Второй закон Вернадского, закон единства, организм, среда обитания: Жизнь развивается в результате постоянного обмена, веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих её организмов. Научной общественности широко известны также четыре закона экологии американского ученого Б. Коммонера: 1) все связанное со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не проходится напрасно (за все надо платить). Как отмечает М. Реймерс, первый закон Б. Коммонера близкий по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия, второй — к этому же закону и закону развития естественной системы за счет окружающей среды, третий — предостерегает нас от самоуверенности, четвертый — снова затрагивает проблемы, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития естественной системы. По четвертому закону Б. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем у нее, иначе катастрофа с течением времени неминуемая. Первым элементом реализации системного подхода к природоохранной политике государства является сохранение природно-ресурсного потенциала и защита природной среды при удовлетворении потребностей экономического развития. Механизмы обеспечения рационального природопользования и экологической безопасности: Рациональное природопользование – это высокоэффективное хозяйствование, которое не приводит к резким изменениям природно-ресурсного потенциала, минимизирующее нарушение естественных круговоротов веществ. Комплексным природопользованием является использование природно-ресурсного потенциала при котором изъятие одного ресурса наносит наименьший ущерб другим природным ресурсам Экологическая безопасность – это приемлемый социально-экономический уровень экологической опасности Задача управления экологическим риском состоит в минимизации больших (аварийных) потерь. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Объектами управления экологической безопасностью являются геосоциоэкосистемы. Экологические угрозы – это потенциальные сценарии развития событий катастрофического характера, обусловленные изменениями состояния окружающей среды. Оборонительная стратегия представляет собой обеспечения экологической безопасности региона укрепление экологической безопасности путем снижения уровня уязвимости геосоциоэкосистем от внешних воздействий. Управление экологической безопасностью хозяйственного расчета включает в себя государства на основе принципа увязку экологизации производства на каждом конкретном предприятии с его экономической эффективностью и прибыльностью. Экологический риск – неблагоприятного события произведение вероятности проявления экологически и магнитуды экологического ущерба, связанного с этим событием, и выраженного в стоимостном измерении. Сущность концепции ноосферы представляет собой обеспечение равновесия и гармонии во взаимоотношении человека и природы на основе преобразования человека в соответствии с законами природы. Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей» представляет собой закон природы минимума (Либиха) Относительно самостоятельная система, включающая промышленные, природные, коммунально-бытовые, аграрные объекты, функционирующие как единое целое на основе определенного типа обмена веществами, энергией и информацией природно- промышленный комплекс. Организационным обеспечению прав методом реализации граждан на экологической благоприятную функции окружающую государства среду по является экологическое право. Экологическое право - отрасль права, регулирующая отношения между обществом (человеком) и окружающей средой (природой), для сохранения ее для настоящего и будущего поколений. Источники экологического права. Обязательное право - действующие международно-правовые принципы и нормы нормативно-правовые акты,постановления, директивы, конвенции. Рекомендательное право – правовые принципы, содержащие необязательные правиладекларации, юридические предписания. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 1.1. Закон о недрах Правовые вопросы использования природных ресурсов рассматриваются в Законе о недрах , который принят 23 ноября 2004 года (RT I, 2004, 84, 572). 1.1.1 Основные понятия и определения В Законе и изданных на его основе правовых актах понятия используются в следующих значениях: 1) недра - часть земной коры, доступная для деятельности человека на суше, в пограничных водоемах, территориальном море внутренних водах, а также в экономической зоне; 2) полезные ископаемые - природные породы, отложения, жидкости и газы, свойства или условия залегания которых соответствуют установленным требованиям, а залежи или части залежей которых приняты на учет в экологическом реестре в связи с их хозяйственным значением; 3) общегеологические исследования - научные исследования и геолого-прикладные работы, выполняемые в целях выявления геологической структуры недр или закономерностей распространения полезных ископаемых; 4) геологическая разведка недр (далее - геологическая разведка) - геологические работы, выполняемые в целях разработки и принятия к использованию месторождений полезных ископаемых; 5) месторождение полезных ископаемых - залежь полезных ископаемых или ее часть, которая изучена и определена общегеологическими исследованиями или геологической разведкой и принята на учет в экологическом реестре, причем в качестве месторождения полезных ископаемых принимается на учет залежь в целом или часть залежи, которая содержит полезные ископаемые с прослойками породы; 6) добыча полезных ископаемых (далее - добыча) - подготовительные работы к изъятию из недр полезных ископаемых, изъятие полезных ископаемых, технологическая перевозка ископаемых в месте добычи и первичная обработка ископаемых; 7) использование полезных ископаемых - потребление полезных ископаемых без их отчуждения или использование их в самородном виде; 8) перспективный участок - часть недр, предназначенная лицензией на общегеологические исследования или лицензией на геологическую разведку недр для выполнения геологических работ; SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 9) зона обслуживания перспективного участка - территория над перспективным участком, предназначенная лицензией на геологическую разведку для выполнения геологических работ; 10) горный отвод - часть недр, предназначенная лицензией на добычу для добычи полезных ископаемых; 11) зона обслуживания горного отвода - территория над горным отводом или вокруг него, предназначенная лицензией на добычу для добычи полезных ископаемых; 12) рекультивация земель, нарушенных добычей полезных ископаемых, - приведение указанных земель в пригодное для использования состояние; 13) проба породы - кусок породы, взятый из обнажения или керна для изучения. 1.1.2 Область правового регулированя Закон устанавливает порядок и принципы изучения, охраны и использования недр в целях обеспечения целесообразного с экономической и экологичной точек зрения пользования недрами. Законом регулируются: 1) общегеологические исследования; 2) геологическая разведка недр; 3) добыча полезных ископаемых, за исключением в части, урегулированной Законом о добыче полезных ископаемых (RT I, 2003, 20, 118; 2004, 18, 131); 4) права владельцев недвижимых вещей при использовании месторождений полезных ископаемых, расположенных в границах их недвижимых вещей; 5) рекультивация земель, нарушенных общегеологическими исследованиями, геологической разведкой недр и добычей полезных ископаемых; 6) использование недр, не связанное с добычей полезных ископаемых, за исключением в части, урегулированной Законом о добыче полезных ископаемых и Водным законом (ПАЭ, 1994, 37, 655; 1996, 15, 240; 1998, 7, 47; 35, 987; 1999, 22, 155; 40, 583; 2000, 6, 843; 2001, 41, 234; 44, 283; 2002, 17, 375; 2003, 4, 387; 2004, 24, 258; RT I, 2001, 7, 19; 94, 577; 2002, 1, 1; 2003, 13, 64; 26, 156; 51, 352; 2004, 28, 190); 7) охрана недр. 1.1.3.Классификация месторождений полезных ископаемых Месторождения полезных ископаемых общегосударственного и местного значения. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 подразделяются на месторождения Месторождениями общегосударственного значения являются месторождения, расположенные в пограничных водоемах, в территориальном море, внутренних водах и в экономической зоне, а также месторождения: 1) качество или количество содержащихся в которых полезных ископаемых имеет важное значение с точки зрения экономического развития государства; 2) продукция, изготовленная из содержащихся в которых полезных ископаемых, имеет экспортный потенциал; 3) существенные экологические воздействия, исходящие от добычи содержащихся в которых полезных ископаемых, распространяются на территории нескольких уездов или имеют трансграничное распространение. Список месторождений общегосударственного значения устанавливает Правительство Республики. Месторождения, не включенные в список месторождений общегосударственного значения, имеют местное значение. 1.1.4. Право собственности на полезные ископаемые Коренные полезные ископаемые, полезные ископаемые, содержащиеся в месторождениях общегосударственного значения, а также сапропель и морской ил лечебного действия (лечебная грязь) принадлежат государству и на них не распространяется право недвижимой собственности других лиц. Полезные ископаемые, находящиеся на принадлежащих государству недвижимых вещах и во внутренних водоемах, принадлежат государству. Не принятые на учет в экологическом реестре природные залежи коренных пород, отложений, жидкостей и газов принадлежат государству и на них не распространяется право недвижимой собственности других лиц, если это не обусловливается целевым назначением недвижимой вещи. Если для изъятия из недр принадлежащих государству полезных ископаемых требовалось наличие лицензии, то ископаемые, добытые на основании лицензии, принадлежат эксплуатационнику. Если для изъятия из недр принадлежащих государству полезных ископаемых требовалось наличие лицензии, то ископаемые, добытые без разрешения, принадлежат государству. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 1.1.5 Учет полезных ископаемых Учет запасов полезных ископаемых ведется в экологическом реестре по месторождениям в порядке, установленном Законом об экологическом реестре (RT I, 2002, 58, 361; ПАЭ, 2004, 13). Решение о включении в экологический реестр в качестве месторождения природных залежей пород, отложений, жидкостей или газов, разведанных и определенных общегеологическими исследованиями или геологической разведкой, принимает министр окружающей среды на основании результатов общегеологических исследований или геологической разведки с учетом мнения Комиссии по полезным ископаемым Эстонии. Основной задачей Комиссии по полезным ископаемым Эстонии является консультирование Министерства окружающей среды по вопросам исследования и использования недр, учета полезных ископаемых, а также утверждения, квалификации, списания и охраны запасов полезных ископаемых. 1.1.6. Общие требования к общегеологическим исследованиям и геологической разведке Общегеологические исследования и геологическая разведка должны проводиться таким образом, чтобы свести к минимуму возможный вред окружающей среде и людям. В ходе общегеологических исследований в зависимости от цели работ проводятся: 1) геологическая съемка; 2) поиск месторождений полезных ископаемых; 3) геофизические исследования; 4) геохимические исследования; 5) иные геологические работы целевого назначения, за исключением инженерногеологических и инженерно-геодезических работ. В ходе геологической разведки: 1) выясняются с необходимой для разработки детальностью условия залегания, состав и технологические свойства природных залежей или полезных ископаемых и определяются возможные сферы использования изучаемых природных залежей или полезных ископаемых; 2) дается оценка гидрологическим и гидрогеологическим условиям перспективного участка и его окрестностей, возможным изменениям этих условий в ходе разработки и определяются пределы зоны воздействия разработки; 3) намечаются меры по предотвращению и уменьшению возможных изменений в недрах; 4) составляется геологическая карта перспективного участка и его окрестностей; SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 5) вносится предложение об определении категорий запасов полезных ископаемых; 6) изучаются с достаточной для разведки полезных ископаемых точностью все имеющиеся на перспективном участке полезные ископаемые и природные залежи, сохранение которых в пригодном для использования состоянии в ходе последующей разработки изучаемых полезных ископаемых, пород, отложений, жидкостей или газов не представляется возможным с горнотехнической точки зрения. 1.1.7. Категории запасов полезных ископаемых Запасы полезных ископаемых подразделяются в зависимости от степени их разведанности на эксплуатационные, резервные и прогнозные запасы. Эксплуатационные запасы - запасы полезных ископаемых, объем геологической разведанности которых позволяет получить данные, необходимые для добычи и использования запасов полезных ископаемых. Эксплуатационные запасы квалифицируются на основании геологической разведки. Резервные запасы - запасы полезных ископаемых, объем геологической разведанности которых позволяет получать данные, необходимые для оценки перспективности запасов полезных ископаемых и направления дальнейшей геологической разведки. Прогнозные запасы - запасы полезных ископаемых, объем разведанности которых определяется общегеологическими исследованиями. Прогнозные запасы выделяются на территории, граничащей с месторождением за пределами контура эксплуатационных и резервных запасов, либо в зоне, где на основании признаков месторождения можно предполагать наличие нового месторождения. Прогнозные запасы позволяют оценить возможности для увеличения запасов полезных ископаемых в месторождении или установления наличия нового месторождения и служат основанием для направления поисков месторождений полезных ископаемых и геологической разведки. Эксплуатационные и резервные запасы полезных ископаемых подразделяются исходя из возможности их использования и хозяйственного значения на активные и пассивные. Прогнозные запасы на группы не подразделяются. Запасы полезных ископаемых считаются активными, если технология и техника, используемые при их добыче, обеспечивают рациональное использование недр и выполнение экологических требований, а использование полезных ископаемых является выгодным с экономической точки зрения. Запасы полезных ископаемых считаются пассивными, если их использование не представляется возможным с природоохранной точки зрения либо если отсутствует SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 соответствующая технология, однако они могут оказаться пригодными для использования в будущем. 1.1.8 Общие требования к добыче полезных ископаемых При добыче должны применяться технологии, сводящие к минимуму вред, причиняемый окружающей среде и лицам. Эксплуатационник обязан принимать меры по прогнозированию и предотвращению экологических нарушений, ликвидации или смягчению возникших экологических нарушений, а также по наблюдению за возникновением возможных нарушений после прекращения добычи. Право на добычу возникает на основании лицензии на добычу полезных ископаемых (далее - разрешение на добычу), если иное не предусматривается Законом. Допускается разработка только пород, отложений, жидкостей или газов, принятых на учет в качестве полезных ископаемых в экологическом регистре, если иное не устанавливается Законом. Владелец лицензии на добычу имеет на основании лицензии право: 1) подготавливать горный отвод и зону обслуживания горного отвода к изъятию полезных ископаемых из недр; 2) изымать полезные ископаемые из недр; 3) организовывать транспортировку ископаемых с места добычи; 4) подготавливать ископаемые к дальнейшей переработке или использованию; 5) проводить в пределах горного отвода дополнительную геологическую разведку без лицензии на разведку. 6)рекультивировать нарушенные добычей запасов полезных ископаемых земли на основании проекта рекультивации. Годовой нормой добычи полезных ископаемых является среднегодовое количество добываемых запасов полезных ископаемых, путем добычи которых обеспечивается исчерпание запасов полезных ископаемых в горном отводе в течение срока действия лицензии. Годовая норма добычи полезных ископаемых определяется на основании ходатайства о выдаче лицензии на добычу с учетом экологических требований и применяемой при добыче технологии. При добыче запасов полезных ископаемых за прошлое время суммарное количество добываемых запасов полезных ископаемых за текущий год не должно превышать SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 максимально допустимую годовую норму добычи, установленную для выполнения экологических требований, если таковая определена лицензией на добычу. 1.1.9 Ходатайство о выдаче лицензии на добычу Ходатайство о выдаче лицензии на добычу должно содержать: 1) данные о лице, ходатайствующем о выдаче лицензии на добычу, и об эксплуатационнике; 2) данные о горном отводе и его геологической разведанностии, а также о зоне обслуживания горного отвода; 3) данные о годовой норме добычи полезных ископаемых и продолжительности добычи; 4) данные о планируемой сфере использования полезных ископаемых; 5) пояснительную записку; 6) графические приложения; 7) в отношении полезных ископаемых, находящихся в собственности частноправовых лиц, - документы, подтверждающие право землепользования; 8) в отношении полезных ископаемых, находящихся в собственности частноправовых лиц, - письменное согласие собственника полезных ископаемых на выдачу лицензии на добычу полезных ископаемых, если собственник полезных ископаемых не является ходатайствующим о выдаче лицензии на добычу. Лицензия на добычу в месторождениях общегосударственного значения, в пограничных водоемах, территориальном море и внутренних водах и в экономической зоне Эстонской Республики выдает Министерство окружающей среды с учетом заключений Комиссии по полезным ископаемым Эстонии. Лицензию на добычу в месторождении местного значения выдает экологическая служба по месту добычи. Если указанный в ходатайстве горный отвод или зона обслуживания находится на территории двух или более уездов, то лицензию на добычу выдает экологическая служба, на подконтрольной которой территории находится большая часть указанного горного отвода. Если планируемая деятельность сопровождается существенными экологическими воздействиями по смыслу Закона о проведении оценки экологических воздействий и экологического аудита, то Комиссия по полезным ископаемым Эстонии представляет свое заключение после утверждения отчета об оценке экологических воздействий. До подачи ходатайства о выдаче, изменении и перерегистрации лицензии на добычу ходатайствующий должен уплатить государственную установленным Законом о государственной пошлине. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 пошлину по ставкам, 1.1.9. Отказ в выдаче лицензии на добычу В выдаче лицензии на добычу будет отказано, если: 1) ходатайствующий о выдаче лицензии не имеет права на пользование землей для добычи полезных ископаемых, принадлежащих частному лицу; 2) ходатайствующий о выдаче лицензии планирует применять добычу открытым способом, а правила охраны охраняемого природного объекта запрещают добычу полезных ископаемых либо если добыча причиняет вред природному объекту, по вопросу о взятии которого под охрану ведется производство; 3) ходатайствующий о выдаче лицензии планирует применять подземную добычу, а добыча причиняет вред охраняемому природному объекту или природному объекту, по вопросу о взятии которого под охрану ведется производство; 4) отсутствует дополнительное согласие от заинтересованных ведомств 5) породы, отложения, жидкие или газообразные вещества, для добычи которых лицо ходатайствует о выдаче лицензии, не приняты на учет в качестве полезных ископаемых; 6) годовые нормы использования, зафиксированные в ранее выданных лицензиях на добычу тех же полезных ископаемых, превышают максимально допустимое для добычи количество запасов полезных ископаемых в год либо оно будет превышено в случае выдачи лицензии; 7) запасы полезных ископаемых, для добычи которых подано ходатайство о выделении горного отвода, превышают количество, исчисленное на основании Закона; 8) работы, выполняемые на основании испрашиваемой лицензии на добычу, могут значительно ограничивать осуществление прав или обязанностей, вытекающих из ранее выданной лицензии на добычу; 9) в течение 30 дней со дня возбуждения производства по выдаче лицензии на добычу будет подано ходатайство о расширении горного отвода в отношении той же или частично перекрывающейся территории; 10) ходатайствующий представил при подаче ходатайства о выдаче лицензии заведомо ложные данные; 11) в зоне добычи не запланировано сохранение в пригодном для использования состоянии запасов включенных в экологический реестр запасов других полезных ископаемых; 12) ходатайство о выдаче лицензии в отношении определенной территории подано таким образом, что из состава горного отвода исключается часть утвержденных активных SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 запасов, последующее самостоятельное использование которых представляется необоснованным с экономической точки зрения, а исключение указанных запасов полезных ископаемых из состава горного отвода не вытекает из закона либо не обусловливается необходимость охраны имущества или окружающей среды; 13) нарушенные добычей земли не могут быть рекультивированы без несоразмерных расходов; 14) добыча противоречит государственным интересам; 15) для выдачи лицензии был организован аукцион и ходатайство лица не было признано оптимальным; 16) местное самоуправление не согласно с выдачей лицензии на добычу; 17) ходатайство о выдаче лицензии в отношении добычи сланца подано без определения направления возможности использования сланцевого масла, сланцевого газа для составления государственной программы развития использования сланца для производства электрической и тепловой энергии (далее - государственная программа развития использования сланца); 18) указанное в ходатайстве направление использования полезных ископаемых противоречит государственной программе развития использования сланца. Государственная программа развития использования горючих сланцев утверждается Рийгикогу. Лицензия на добычу выдается сроком до 30 лет для добычи запасов полезных ископаемых в месторождениях доломита, фосфорита, кристаллического строительного камня, известняка, сланца, глины или торфа и в месторождениях песка общегосударственного значения и сроком до 15 лет в месторождениях озерной извести, сапропеля, гравия или морского ила и в месторождениях песка местного значения. Если в ходе производства по ходатайству о выдаче лицензии на добычу выяснится, что запасы полезного ископаемого в месторождении не могут быть исчерпаны в течение указанного срока, а использование остатков на основании другой лицензии на добычу представляется нецелесообразным с экономической точки зрения, то орган, выдающий лицензии, вправе выдать лицензию на срок, превышающий установленный не более чем на пять лет. 1.1.10 Плата за право на добычу полезных ископаемых Плата за право на добычу полезных ископаемых исчисляется на основании Закона о природопользовании и принятых на его основании правовых актов. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Владелец лицензии на добычу обязан ежеквартально представлять в орган, выдающий лицензии, отчет об объемах добычи запасов полезных ископаемых. Плата за право на добычу принадлежащих государству запасов полезных ископаемых перечисляется: 1) в размере 30 процентов в государственный бюджет и в размере 70 процентов в бюджет единицы местного самоуправления по месту добычи, если добыча запасов полезных ископаемых производится в месторождении общегосударственного значения; 2) в размере 100 процентов в бюджет единицы местного самоуправления по месту добычи, если добыча запасов полезных ископаемых производится в месторождении местного значения. (3) Плата за право на добычу запасов полезных ископаемых в территориальном море, экономической зоне Эстонской Республики или в иных водоемах, не разделенных между единицами самоуправления, перечисляется в государственный бюджет в размере 100 процентов. Рекультивация земель Владельцы лицензий на общегеологические исследования и геологическую разведку обязаны рекультивировать зоны обслуживания перспективных участков. Лицо, выполняющее работы по рекультивации зоны обслуживания перспективного участка общегеологических исследований или исследований, составляет об этом акт, который должен быть согласован с владельцем недвижимой вещи. Если в течение трех лет после одобрения акта о рекультивации зоны обслуживания перспективного участка на рекультивированной территории обнаружатся экологические нарушения, которые нельзя было предвидеть при одобрении акта, но которые обусловливаются невыполнением требований к рекультивации, то орган, выдающий лицензии, делает лицу, которому была выдана лицензия на общегеологические исследования или на разведку, предписание об устранении нарушений. В случае неисполнения лицом, которому была выдана лицензия на общегеологические исследования или на разведку, предписания к установленному сроку экологические нарушения устраняются на основании решения органа, выдающего лицензии. Рекультивация земель, нарушенных добычей запасов полезных ископаемых Владелец лицензии на добычу обязан рекультивировать нарушенные добычей запасов полезных ископаемых земли на основании проекта рекультивации. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 При рекультивации земель, нарушенных добычей запасов полезных ископаемых, следует обеспечивать: 1) соответствие режима грунтовых вод в месте добычи целевому назначению землепользования; 2) соответствие рекультивированной территории окружающему ландшафту; 3) максимальную естественность рельефа рекультивированной территории; 4) безопасность рекультивированной территории по ее специфическим свойствам для передвигающихся по ней людей. Порядок рекультивации нарушенных добычей запасов полезных ископаемых земель и требования к проектам рекультивации устанавливает министр окружающей среды. В порядке рекультивации нарушенных добычей запасов полезных ископаемых земель определяются: 1) порядок представления данных о нарушенных добычей запасов полезных ископаемых земель и о рекультивации нарушенных земель; 2) форма отчета о нарушении добычей запасов полезных ископаемых земель и о рекультивации нарушенных земель; 3) перечень условий, устанавливаемых в отношении составления проекта рекультивации; 4) требования к проекту рекультивации; 5) требования, предъявляемые к рельефу рекультивированных земель и к проектируемым там сооружениям, исходя из целевого назначения пользования рекультивированными землями; 6) требования к обращению с почвой; 7) порядок работы комиссии по приемке работ по рекультивации . Нарушенные добычей запасов полезных ископаемых земли должны быть рекультиврированы до истечения срока действия лицензии на добычу. Если владелец лицензии на добычу не приступил к выполнению работ по рекультивации нарушенных земель в течение целесообразного с технологической точки зрения времени, то орган, выдающий лицензии на добычу, делает ему предписание, в случае неисполнения которого применяется мера принуждения в порядке, установленном Законом. Предписанием устанавливаются срок начала работ по рекультивации и календарный план их выполнения. Если владелец лицензии на добычу не выполняет работы по рекультивации в соответствии с порядком рекультивации земель, нарушенных добычей запасов полезных ископаемых,то орган, выдающий лицензии на добычу, делает ему предписание, в случае SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 неисполнения которого применяется мера принуждения в порядке, установленном Законом о штрафах. В случае неисполнения указанных предписаний за неприступление к работам по рекультивации нарушенных земель или за невыполнение требований порядка рекультивации нарушенных добычей запасов полезных ископаемых земель налагается штраф в размере до 50 000 крон за один гектар горного отвода и зоны обслуживания горного отвода. Возмещение ущерба, причиненного добычей запасов полезных ископаемых Владельцы лицензий на добычу возмещают ущерб, причиненный добычей запасов полезных ископаемых, независимо от их вины. Положения настоящей статьи применяются также в отношении лиц, имеющих право на добычу запасов полезных ископаемых без лицензии. Лицо, которому причинен ущерб добычей запасов полезных ископаемых, должно предъявить требование о возмещении ущерба в течение трех лет со дня, когда оно узнало или должно было узнать о причинении ущерба. Положения применяются в отношении владельцев лицензий на добычу и лиц, имеющих право на добычу запасов полезных ископаемых без лицензии, в течение 10 лет со дня окончания срока действия лицензии на добычу или прекращения добычи запасов полезных ископаемых без лицензии. 1.1.6 Пользование недрами, не связанное с добычей полезных ископаемых Собственник недвижимой вещи или лицо, имеющее право на пользование недвижимой вещью, вправе пользоваться недрами без лицензии на общегеологические исследования, на разведку или на добычу, если это обусловливается необходимостью пользования недвижимой вещью и не противоречит закону. Собственник недвижимой вещи - физическое лицо вправе в пределах своей недвижимой вещи изымать без лицензии на добычу для нужд личного хозяйства запасы полезных ископаемых либо природные породы, отложения, жидкие или газообразные вещества, не принятые на учет в качестве запасов полезных ископаемых, если иное не предусмотрено настоящим Законом. Использование ископаемых, остаюшихся при возведении строений, выполнении мелиоративных или сельскохозяйственных работ SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Собственник недвижимой вещи или лицо, имеющее право на пользование недвижимой вещью, вправе распоряжаться, в том числе торговать ископаемыми, образующимися и остающимися в ходе возведения строений либо выполнения мелиоративных или сельскохозяйственных работ. Образование и использование ископаемых в ходе выполнения работ по возведению строений, как-то: рытье канав, заложение фундамента и строительство подземных сооружений, а также в ходе выполнения мелиоративных и сельскохозяйственных работ, не считаются добычей ископаемых. Если ископаемые отчуждаются или используются за пределами недвижимой вещи, то их отчуждение или использование за пределами недвижимой вещи должно быть предварительно согласовано с экологической службой по месту образования ископаемых. Для получения согласования следует подать в экологическую службу ходатайство в простой письменной форме с указанием количества и качества ископаемых, отчуждаемых или используемых за пределами недвижимой вещи, если эти данные известны, и приложением календарного плана планируемой деятельности. 1.1.7 Основные требования к охране недр При организации деятельности, влияющей на состояние и использование недр, должны быть обеспечены: 1) сохранение принятых на учет полезных ископаемых в пригодном для их добычи состоянии; 2) сохранение принятых на учет запасов полезных ископаемых в пригодном для их добычи состоянии; 3) доступ к запасам полезных ископаемых; 4) оптимальное использование запасов полезных ископаемых, предоставленных в пользование. Охрана запасов полезных ископаемых При выдаче лицензии на добычу не допускается исключить из горного отвода части месторождения, использование которых в связи с объемом или состоянием в них запасов полезных ископаемых перестало быть обоснованным с экономической точки зрения. При добыче запасов полезных ископаемых должно быть обеспечено сохранение остающихся в месторождении запасов полезных ископаемых в состоянии, пригодном для использования и добычи. Если в пределах уезда или единицы местного самоуправления находятся запасы полезных ископаемых, принадлежащих государству, то уездный старейшина должен согласовать с SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Министерством окружающей среды уездную планировку, а местное самоуправление общую или детальную планировку до их установления. Требования к охране почв Владелец лицензии на добычу обязан удалять с территории в пределах строений, связанных с добычей запасов полезных ископаемых, почву как минимум в пределах ее гумусового слоя. Толщина почвенного слоя определяется в ходе геологической разведки, а описание почвенного слоя представляется в отчете о геологической разведке. Владелец лицензии на добычу может почву, удаленную в пределах зоны обслуживания горного отвода: 1) временно размещать в пределах зоны обслуживания горного отвода; 2) использовать на основании выданной лицензии при рекультивации земель, нарушенных добычей; 3) отчуждать в количестве, не требующемся для рекультивации нарушенных добычей земель, после указания в проекте рекультивации необходимого для этого количества почвы. Добыча запасов полезных ископаемых не должна вызывать уничтожение почвы. Использование недр только с целью добычи гумусового слоя почвы не допускается. Размещение остатков добычи Требования к местам размещения остатков добычи, не содержащих опасные вещества, и к их размещению устанавливает министр окружающей среды. Возмещение экологического ущерба Окружающей среде причиняется ущерб по смыслу настоящего Закона в случаях: 1) разработки природных, залежей не принятых на учет, или запасов полезных ископаемых в местах, не определенных как места добычи, если иное не установлено Законом; 2) приведения в ходе добычи в непригодное для использования состояние запасов полезных ископаемых, за исключением случаев, когда это необходимо для охраны здоровья или имущества людей либо для уменьшения или предотвращения отрицательных экологических воздействий; 3) приведения прекращением добычи в непригодное для использования состояние запасов полезных ископаемых, за исключением определенных органом, выдающим лицензии, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 пределов, необходимых для предотвращения или уменьшения отрицательных экологических воздействий; 4) использования недр только для добычи гумусового слоя почвы; 5) загрязнения недр. В случаях, указанных в пунктах 1-3, размер причиненного окружающей среде ущерба исчисляется в виде десятикратной суммы цены права на разработку запасов полезных ископаемых, равноценных добытым или приведенным в непригодное для использования состояние запасам полезных ископаемых. В случае, указанном в пункте 4 , размер причиненного окружающей среде ущерба исчисляется в виде двадцатикратной суммы максимальной цены права на добычу, установленную в отношении запасов полезных ископаемых. В случае, указанном в пункте 5, размер причиненного окружающей среде ущерба равняется стоимости очистки от загрязнений загрязненной части недр, если это не сопровождается чрезмерными затратами. Суммы экологического ущерба взыскивает Инспекция по охране окружающей среды. Суммы возмещения ущерба перечисляются в государственный бюджет. Закон вступил в силу с 1 апреля 2005 года. 1.2 Закон о добычи полезных ископаемых Закон устанавливает в целях обеспечения безопасности людей, имущества и окружающей среды, а также экономичного использования месторождений полезных ископаемых требования относительно: 1) добычи полезных ископаемых или использования подземных горных выработок во вторичных целях; 2) проектов добычи полезных ископаемых или использования подземных горных выработок во вторичных целях; 3) предпринимателей, занимающихся добычей полезных ископаемых, использованием подземных горных выработок во вторичных целях или составлением проектов выполнения указанных работ; 4) ответственных специалистов и органа, оценивающего и подтверждающего соответствие названных специалистов установленным требованиям; 5) ответственности и государственного надзора. На физическое лицо, которое является собственником недвижимой вещи, имеющим в соответствии с Законом о недрах право на добычу полезных ископаемых для нужд SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 личного хозяйства на принадлежащей ему недвижимой вещи без лицензии на добычу полезных ископаемых, не распространяются требования настоящего Закона, за исключением требований безопасности, установленных Законом. Требования к гигиене и безопасности труда при добыче полезных ископаемых или использовании подземных горных выработок во вторичных целях вытекают из Закона о гигиене и безопасности труда. К административному применяются положения производству, Закона об предусмотренному административном настоящим производстве Законом, с учетом инженерно-геодезических работ особенностей, вытекающих из настоящего Закона. К выполнению инженерно-геологических и применяются положения Закона о строительстве. К строительству подземных сооружений применяются положения Закона о строительстве с учетом особенностей, вытекающих из настоящего Закона. Положения Закона о строительстве не применяются к строительству и эксплуатации подземных сооружений, являющихся частью работающих шахт. 1.2.1 Основные понятия в значении Закона о добычи полезных ископаемых Добычей являются: 1) работы, выполняемые в недрах при выемке полезных ископаемых с целью их использования, при сооружении подземных горных выработок, при проведении геологической разведки недр или при строительстве подземных сооружений, являющихся частью шахт; 2) перевозки, связанные с добычей полезных ископаемых или их первичной переработкой; 3) первичная переработка полезных ископаемых, включая их дробление промышленным способом, сортировку, подсушку, брикетирование и складирование; 4) образование отвалов, а также рекультивация выработанных территорий и отвалов. 4) образование отвалов, а также приведение в порядок (рекультивация) выработанных территорий или отвалов. Подземная горная выработка представляет собой покрытую природной залежью полость в недрах, размеры и подступы к которой позволяют находиться там людям, а также иная полость в недрах, в которой могут находиться люди и где существуют опасности, характерные для подземных горных выработок. Использование подземных горных выработок во вторичных целях далее - вторичное использование горных выработок - представляет собой использование подземных горных SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 выработок с целью, предусматривающей пребывание в них людей, но не связанной с добычей полезных ископаемых. Подземным сооружением является созданное в результате человеческой деятельности сооружение в подземной горной выработке, не являющееся частью работающей шахты. Шахтой является связанная с добычей рудных или нерудных полезных ископаемых производственная единица, состоящая из необходимых для добычи сооружений и зданий. Шахтой является связанная с добычей полезных ископаемых производственная единица, состоящая из необходимых для добычи сооружений и зданий. Шахты подразделяются на наземные шахты (карьеры) и подземные шахты. 1.2.2 Требования безопасности При добыче полезных ископаемых или вторичном использовании горных выработок должна быть обеспечена безопасность людей, имущества и окружающей среды. В местах добычи полезных ископаемых или вторичного использовании горных выработок (далее - объект) должны быть приняты меры: 1) по предотвращению, обнаружению и пресечению возникновения и распространения пожаров, взрывов и опасной для здоровья среды; 2) по созданию достаточных предупредительных и иных коммуникационных систем с целью обеспечения немедленного начала и бесперебойного выполнения операций по оказанию помощи, эвакуационных и спасательных работ; 3) по обозначению и ограждению опасных зон; 4) по предупреждению прорыва вод в случае выполнения работ вблизи затопленных горных выработок; 5) по предотвращению просадок и обрушений грунта и по управлению указанными процессами. Лица, находящиеся в подземных горных выработках, должны иметь необходимые защитные средства. Выполнение подземных работ должно обеспечиваться горноспасательной службой, организуемой на основании Закона о спасательной службе. Требования безопасности при добыче полезных ископаемых и вторичном использовании горных выработок устанавливает министр экономики и коммуникаций. Сферами деятельности с повышенной опасностью по смыслу настоящего Закона являются: 1) подземные работы; SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 2) подводная добыча полезных ископаемых на глубине не менее двух метров, за исключением добычи ила; 3) добыча полезных ископаемых, в ходе которой взрывные работы проводятся самим предпринимателем; 4) добыча сланцев; 5) добыча полезных ископаемых в разрезах, где максимально допустимая годовая выработка согласно лицензии на добычу превышает 200 000 тонн; 6) добыча в разрезах, в которых высота уступа превышает пять метров. Страхование ответственности Орган по оценке и подтверждению соответствия лиц установленным требованиям должен иметь договор страхования ответственности на страховую сумму не менее 500 000 крон, обеспечивающую полное возмещение вреда, который может возникнуть у третьих лиц в результате его деятельности. 1.3 Политика экономного использования ископаемых Разрешения на добычу ископаемых Разрешения на добычу ископаемых в имеющем общереспубликанское значение месторождении, пограничном водоеме, территориальном и внутреннем море, а также в экономическом поясе Эстонской Республики выдает Министерство Окружающей среды. В месторождении местного значения разрешение на добычу ископаемых выдает Департамент Окружающей среды. Комиссия по ископаемым Эстонии находится в области ведения Министерства Окружающей среды. До 2015 года долгосрочной программой развития сланцевой промышленности Эстонии "с учетом интересов государства" предусматривается снижение годовой добычи сланца до 20 млн тонн. Сланец назван важнейшим ископаемым страны и национальным богатством, а его добычу и эксплуатацию следует использовать "по-возможности эффективно и с наименьшим вредом для окружающей среды". Данные объемы добычи вписаны в программу развития отрасли до 2015 года и должны быть утверждены парламентом Эстонии в виде поправок к Закону "О полезных ископаемых". Принятие поправок позволит восстановить прием ходатайств на годовые квоты по добыче сланца, приостановленные в марте 2006 года. Именно поэтому в вопросе добычи и эксплуатации сланца в Эстонии существовала неопределенность, которая "выражалась в том, что к 2005 году выдавалось разрешений на добычу 24 млн тонн сланца в год", то есть менее SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 половины от общего объема ходатайств. Тем не менее, принято решение о заметном снижении уровня добычи сланца в Эстонии, при этом отмечается, что министерство пришло к соглашению с добывающими компаниями о постепенном уменьшении объемов добычи. К 2016 году должны быть ликвидированы котлы Нарвских электростанций, работающие на сланце. Предприятия сланцедобычи считают, что программа сокращения добычи сланца принята под давлением Европейского Союза, требующего увеличение доли восстанавливаемых энергоресурсов в производстве электроэнергии, развития альтернативных видов топлива и энергии. Глава 2. Горная экология и экологическая политика 2.1 Горная экология. В последнее время среди других проблем, связанных с минеральными ресурсами, всё большее внимание за рубежом уделяется проблеме влияния добычи и использования минеральных ресурсов на окружающую среду, что объясняется рядом причин, в том числе: 1. Крупными нарушениями состояний биосферы горнопромышленных регионов, ставящими под угрозу здоровье проживающих там людей. 2. Возможностью пополнения резервов многих видов минеральных ресурсов только за счёт экологически «грязных» источников, таких, как нефтяные пески, битуминозные сланцы, бедные руды, и др., разработка которых серьёзно угрожает природной среде. 3. Перестройкой в настоящее время или в ближайшей перспективе ряда технологических процессов (из-за энергетических затруднений), которая может существенно ухудшить состояние окружающей среды. 4. Наглядностью отрицательного воздействия горного производства на окружающую среду ( создание техногенного ландшафта, нарушение водного и воздушного режимов в горнопромышленных районах и др.). 5. «Ответственностью» минеральных ресурсов, используемых в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве, за экологическую чистоту последующей производственной цепочки. В проблеме охраны окружающей среды от вредного воздействия горного производства имеется ещё много не решённых вопросов, обусловленных рядом причин объективного и субъективного характера: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 недостаточным обоснованием экологических ограничений в технологии добычи и переработки ископаемых; качественными различиями кругооборота вещества и энергии в искусственных (хозяйственных) системах по сравнению с естественными (экологическими); противоречиями между требованиями улучшения технико-экономических показателей горного производства и необходимостью сохранения биосферы в оптимальном состоянии; недостаточной разработанностью методов экономической оценки природных ресурсов и ущерба, наносимого горным производством элементам биосферы; региональным подходом к охране и рациональному использованию природных ресурсов; недостаточной эрудицией работников горного производства в вопросах экологии. Если раньше охрана окружающей среды предполагала разработку и реализацию мероприятий только защитного характера, то теперь уровень развития горного производства требует расширения этого понятия с включением в него и понятия эффективного управления природными ресурсами. Для разработки и успешной реализации долгосрочной стратегии программы рационального и эффективного использования минеральных ресурсов в сочетании с охраной окружающей среды необходимо интенсивно развивать научные исследования в этом направлении. В прикладных науках, к числу которых относятся и горная наука, создания нового направления может диктоваться насущными проблемами практики разработки месторождений полезных ископаемых, в том числе горючих сланцев. На стыке горной науки и экологии происходит становление нового направления в горной науке – горной экологии, имеющей большое теоретическое и прикладное значение. Горная экология изучает закономерности воздействия человека на окружающую среду в сфере горного производства и, в первую очередь, взаимосвязь физических и химических процессов, лежащих в основе добычи и переработки полезных ископаемых, с кругооборотом вещества и энергии в биосфере. Это направление имеет цель: сформулировать сущность всей проблемы в целом; разработать научную программу и методы изучения проблемы; построить общую и частные модели взаимодействия человека с окружающей средой в сфере горного производства; SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 суммировать результаты проведённых исследований и разработать научные основы технологических процессов, обеспечивающих оптимальный уровень воздействия на окружающую среду. Горноэкологические исследования направлены на решение следующих ключевых вопросов: 1. Создание научных основ горноэкологического мониторинга (наблюдения, контроля, управления): для элементов биосферы и экологических систем, способных к самоочищению, самовосстановлению и развитию; для элементов биосферы и экологических систем, не обладающих способностью к самоочищению и самовосстановлению. Важное место должно занимать изучение состояния окружающей среды с точки зрения её влияния на здоровье человека. В своих предельных значениях скорость может быть катастрофически высокой или едва отличающейся от нуля. Соответственно этому в состоянии здоровья человека могут иметь место резкие сдвиги или менее заметные изменения, которые, однако, могут привести к хроническим заболеваниям. 2. Разработку принципов экономической оценки изменения биосферы под воздействием горного производства и общей эффективности всех мероприятий по рациональному использованию минеральных ресурсов и их охране. 3. Разработку принципов и путей оптимизации воздействия горного производства на окружающую среду. В современных условиях решение проблемы оптимизации воздействия горного производства должно основываться на следующих двух концепциях: 1. Интенсивный путь развития горнодобывающей промышленности (концепция интенсификации). 2. Единство проблем рационального использования и охраны недр и рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (горно-экологическая концепция). О первой концепции. Интенсификация производства предполагает: совершенствование размещения и организации производства, использование высокоэффективной техники и технологии, проведение прогрессивной сырьевой политики. Под интенсификацией горной промышленности понимают: увеличение коэффициента извлечения полезного ископаемого из недр; повышение коэффициента извлечения компонентов из горной массы при обогащении, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 увеличение удельных производственных мощностей предприятий; повышение эффективности использования земель; снижение общего водопотребления и повышение коэффициента оборотного водопользования; повышение коэффициентов использования накопленных и текущих отходов; обеспечение разведанными запасами действующих, строящихся и проектируемых предприятий; снижение уровня затрат на единицу конечной продукции минерально-сырьевого комплекса. Инновационные решения требуют значительных как финансовых так и интеллектуальных инвестиций и могут дать положительный эффект лишь через несколько лет, а сырье, топливо и энергия нужны сегодня. Поэтому наиболее полное использование созданного и накопленного - поистине ключевая задача. В сфере производства минерального сырья - это оптимизация величины потерь при добыче и переработке минерального сырья, комплексное использование всех содержащихся в сырье полезных компонентов, утилизация вмещающих пород и отходов производства, вовлечение в эксплуатацию месторождений минерального сырья с запасами, отнесенными ранее к забалансовым. Изучение природных ресурсов, выявление экономической эффективности их комплексного использования представляет собой одну из главных проблем региональной экономики. В сфере потребления минерального сырья - это снижение расхода и потерь сырья за счет применения более совершенной технологии, использование вторичного сырья и отходов, замена минерального сырья искусственными материалами. О второй концепции. В соответствии с этой концепцией для успешного решения проблемы рационального использования минеральных ресурсов и охраны недр ее необходимо рассматривать в составе единой проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. В соответствии с этой концепцией процесс принятия окончательного решения по тому или иному варианту техники и технологии с целью обеспечения оптимального уровня воздействия горного производства на окружающую среду должен проходить в два этапа: на первом этапе анализируется воздействие данного технико-технологического варианта на каждый элемент биосферы; на втором этапе производится суммарная оценка вышеуказанных локальных воздействий и выбирается оптимальный вариант. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Экологическая стратегия развития горнодобывающей промышленности должна строиться на основе оптимизации воздействия горного производства на окружающую среду. Оптимизация воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнута путем создания экологизированного производства. Мероприятия по охране окружающей среды, научные и практические работы по оптимизации воздействия горного производства должны основываться на концепции интенсификации, предполагающей в качестве обязательного условия интенсивный путь развития горнодобывающей промышленности и горно-экологической концепции, базирующейся на единстве проблем рационального использования и охраны недр и рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Познание законов биосферы и их учет при организации горного производства - важное условие предотвращения вредного воздействия шахт, рудников, карьеров и обогатительных фабрик на природную среду и улучшения ее состояния в будущем. Правильная оценка положений современной экологии даёт возможность путём несущественного изменения системы хозяйственного освоения отдельных регионов согласовать интересы развития промышленности и сельского хозяйства с поддержанием оптимального состояния природной среды. Человек должен научиться управлять эволюцией природных популяций, свести к минимуму возможность появления специфически приспособленных вредных форм, способствовать появлению полезных. 2.2 Экологическая политика Eesti Energia Успех Eesti Energia в области топлива основывается на эффективной добыче сланца и развитии технологии производства жидкого топлива, что обеспечивает максимальную ценность сланцевого ресурса и минимальное воздействие на окружающую среду. Политика в области охраны окружающей среды основывается на следующих принципах Использование системы экологического менеджмента, соответствующей международным стандартам (ISO 14001 и EMAS). Выполнение предварительного анализа оценки влияния на окружающую среду и примение наилучшую имеющуюся технику (Best Available Techniques BAT). Рациональное использование ресурсов и увеличивае уровеня вторичного использования отходов и снижения уровеня выбросов в окружающую среду. Снижение содержание CO2 в поставляемой клиентам энергии, и, таким образом, влияние на изменение климата. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Активного сотрудничества с научными учреждениями и консалтинговыми фирмами. При организации конкурсов при равных условиях отдается предпочтение поставщикам с сертифицированными системами экологического менеджмента. Экологическая политика Eesti Energia направлена на повышение эффективности добычи и транспортировки сланца, оптимальное планирование и управление цепочкой поставок, как единым целым, непосредственно до места потребления клиента. планирование экономного использования природных ресурсов и повторного ввода в оборот рекультивированных земель. увеличение использования возникающей при добыче сланца известняковой породы в строительстве и изготовленнее из нее щебня, что уменьшает необходимость разработки новых известняковых карьеров и сохраняет природную среду Эстонии. В среднесрочной перспективе Eesti Energia планирует получить право стабильно добывать и продавать 17 миллионов тонн сланца в год. С 2016 года концерн планирует организовать производство сланцевого масла по технологии Enefit, которое пригодно к его продаже по цене не ниже нефти, добываемой в Северном море (Brent Crude). Планируемый объём производства завода сланцевого масла составит 20 000 баррелей в день Eesti Energia располагает ведущей технологией производства жидкого топлива из сланца, которая позволяет эффективно использовать в промышленном производстве весь (в том числе мелкий) добытый сланец. В сотрудничестве с стратегическим партнером Outotec совершенствует существующую торговым знаком Enefit уже технологию производства жидкого топлива. Под продаётся странам, заинтересованным в использовании сланца, ноу-хау по использованию запатентованной технологии и готовые инженерные решения важных узлов установки Enefit . Планируется увеличить до трех миллиардов крон в год объем продаж в области проектирования, изготовления, монтажа и обслуживания энергетического оборудования, и к 2015 году ввести в эксплуатацию одну установку по производству сланцевого масла по технологии Enefit за пределами Эстонии. Готовится к вводу в эксплуатацию комплекс по производству электроэнергии и сланцевого жидкого топлива в Иордании. Тепловую и электрическую энергию концерн производит, в основном, из сланца. Вторым важным источником энергии становится биомасса при использовании которой возникает меньше золы и выбросов SO2. Поскольку в случае сжигания биомассы выбросы СО2 не SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 учитываются, то ее использование помогает выполнить взятые Эстонией обязательства в области возобновляемой энергии. Сегодня видом топлива с большим потенциалом являются бытовые отходы. В Эстонии на свалках в год складируется почти 200 000-300 000 т бытовых отходов. Такое количество покрыло бы годовую потребность в топливе электростанции с тепловой мощностью порядка 50 МВт. Для использования этого ресурса на станции, которая до сих работала на природном газе, строится блок по сжиганию бытовых отходов. Рациональность использования ресурсов можно повысить приданием сланцу большей ценности. С экономической точки зрения было бы целесообразным производство из сланца жидкого топлива. Парниковых газов при этом также возникает меньше, чем при производстве электроэнергии. Ввод в работу новой и более эффективной установки Enefit280 еще существеннее снизит объемы выбросов в атмосферу по сравнению с нынешним уровнем. Для производства электроэнергии и тепла концерн Eesti Energia использовали в 2009-2010 году 12 млн. тонн сланца, 133 110 тонн биомассы, 113 млн. куб.м. природного газа, 53 млн. куб.м. пиролизного газа, 14 964218 тонн жидкого топлива. 2.1. Оценка воздействия на окружающую среду Использование земли Вместе с Центром управления государственными лесами (Riigimetsa Majandamise Keskus, RMK)в концерне высаживается больше всех в Эстонии леса. Каждый год восстанавливается на старых карьерах такая же площадь, как и отчужданмая территория. При проведении восстановительных работ учитываются пожелания местных самоуправлений. Например, после окончания горных работ в карьере «Aidu» появится первая в Эстонии отвечающая международным требованиям гребная база, парк ветрогенераторов, стрелковый тир Кайтселийта . Вырубка леса Протяженность электролиниями концена в 1,5 раза предушает протяженность экватора Земной шар. Основная часть электролиний сегодня это все еще – воздушные линии, землю под которым необходимо расчищать от деревьев и кустарника. В год очищается примерно 3000 км линий. Вырубленные деревья и кустарник принадлежат собственнику земли. В будущем можно было бы подумать об использовании земли под линиями для выращивания биомассы. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Переработка отходов Концерн Eesti Energia – крупнейший источник отходов в Эстонии. Для окружающей среды, без сомнения, лучше всего было бы, если бы возникающие отходы, прежде всего породу и золу, можно было бы использовать в качестве сырья. Так уменьшилась бы потребность в использовании новых природных ресурсов и складировании отходов. Если же вторичное использование невозможно, то для транспортировки и складирования отходов мы должны использовать самые экологичные способы. Порода При обогащении сланца породу образует плитняк, объем которого может составлять до 40% от добытой горной массы. Породу используют при рекультивации карьеров и складируют в отвалах. Ее также можно использовать в качестве насыпного материала при строительстве. Например, более 1,2 млн. тонн породы было использовано при строительстве виадука Йыхви. В карьере «Aidu» и шахте «Estonia» построены комплексы по производству щебня, которые еще более расширят возможности применения породы. Зола При переработке сланца на каждую переработанную тонну сланца возникает до полтонны золы, которая складируется на золоотвалах. Пока самым надежным в эксплуатации и экономически обоснованным является гидрозолоудаление – зола смешивается с водой и направляется в зону переработки золоотвала, где происходит оседание твердого материала. В ходе транспортировки химические свойства воды меняются, и величина pH воды-носителя вырастает до 13. В целях снижения влияния на окружающую среду всю систему необходимо изолировать от окружающей среды, а излишек воды, до ее направления в окружающую среду, нейтрализовать. Исследуется и разрабатывается технология использования сланцевой золы в производстве цемента, при заполнении подземных шахт, строительстве дорог и для нейтрализации кислотной почвы. В таком случае уровень вторичного использования сланцевой золы можно было бы повысить в 510 раз. Воздух Природоохранные требования постоянно ужесточаются, и в ближайшие годы нужно будет намного уменьшить выбросы в атмосферу при производстве. Например, по сравнению с сегодняшней ситуацией выбросы SO2 нужно будет снизить наполовину. Улавливание серы На четырех энергоблоках Нарвских электростанций установлено оборудование десульфутизации, которое позволяет уменьшит выбросы SO2 в шести раз. Устанавленное оборудование должно снизить и содержание в дымовых газах твердых частиц. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Улавливание азота С 2015 года в отношении оборудования Нарвских электростанций будут действовать более жесткие, чем сегодня, ограничения на выбросы NOx. Для уменьшения выбросов взвешиваются различные возможности, но окончательный выбор технологии будет основываться на ее эксплуатационной надежности и экономических показателях На электростанции Иру природоохранные требования ЕС уже выполняются. Теплоэлектростанция Иру в качестве основного топлива использует природный газ, но в состоянии работать и на жидком топливе.. Объемы выбросов загрязняющих веществ с Eesti Energia Õlitööstuse (Производство масла Eesti Energia) значительно сократятся после внедрения в 2012 году новой установки Enefit-280. Используемая в настоящее время технология Enefit-140 также позволяет сокращать выброс в атмосферу загрязняющих веществ, при этом увеличивая объемы производства. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ при производстве на предприятиях Eesti Energia: 43 170 тонн SO2, 9330 тыс. тонн NOx, 6240 тыс. тонн твердых частиц, 19 232 тыс. тонн CO и 94,5 тонн тяжелых металлов. 9,1 млн. тонн CO2 Вода Концерн Eesti Energia – крупнейший в Эстонии потребитель воды. Объемы потребления связаны с откачиванием воды при добыче и использованиях на электростанциях охлаждающей воды. Откачиваемая при добыче вода Чтобы сланец можно было добывать в сухих условиях, приходится понижать уровень подземных вод. Откачиваемая из шахт и карьеров вода по канавам и рекам возвращается в окружающую среду. Основная масса откачиваемой воды поступает в Финский залив, меньшая часть – в Чудское озеро. В прошлом 209-2010 году из шахт и карьеров Eesti Energia было откачано в общей сложности 245,6 млн. кубометров воды. Хотя откачиваемая вода по химическому составу несколько отличается от природной, для окружающей среды это опасности не представляет. Попавшие в откачиваемую воду твердые частицы устраняются в отстойниках. Безопасность направляемой в окружающую среду воды подтверждает ее пригодность для выращивания радужной форели. Вблизи заповедников, где снижение уровня подземной воды не разрешено, откачивание воды проходит по специальному проекту горных работ. Охлаждающая вода на электростанциях Для производства тепловой и электроэнергии на электростанциях был использовано 1 млрд. м³ охлаждающей воды и 3 млн. м³ воды было направлено на производственные SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 нужды. Охлаждающая вода для Нарвских электростанций берется из реки Нарва, для электростанции Ахтме – из озера Консу, а для электростанции Иру – реки Пирита. Влияние на окружающую среду от использования охлаждающей воды минимально. В процессе охлаждения в охлаждающую воду не попадает никаких загрязняющих веществ. В сравнении с водой, забираемой из окружающей среды, возвращаемая вода несколько теплее (на 7 градусов), а такое изменение можно с выгодой использовать. Например, в канале охлаждающей воды расположенной в Нарве Эстонской электростанции выращивают чувствительного к низкой температуре атлантического осетра. Вода в системе золоудаления В качестве транспортного средства при складировании сланцевой золы используется вода. При большом объеме производства или в силу большого количества осадков может понадобиться удаление излишней воды-носителя. До направления в окружающую среду такая вода нейтрализуется как минимум до уровня pH 9. Климат Рассматривая влияние энергетики на окружающую среду, не избежать темы изменения климата. Человечество влияет на климат через крупномасштабное сжигание ископаемого топлива. Точно так же и при сжигании нашего сланца выделяются значительные объемы парникового газа CO2: в прошлом финансовом году в общей сложности 9,1 млн. тонн. Европейский Союз поставил цель уменьшить выбросы СО2 к 2020 году как минимум на 20%. Такая политика оказывает влияние и на нашу деятельность. Чтобы выстоять в условиях жесткой конкуренции, поставлена цель уменьшить выбросы СО2 на произведенный МВтч электроэнергии к 2015 году на 30%, а к 2025 году – на 70% по сравнению с нынешним уровнем. Единственного простого решения по уменьшению выбросов СО2, не существует. Одна из возможностей – совместное сжигание биомассы и сланца и снижение температуры в топке через изменение процессов и технологии. Определенные возможности предоставляют также оптимизация производства и энергосбережение. Начаты специальные исследования в области улавливания СО2, чтобы использовать потенциал по улавливанию СО2, имеющийся в золе и воде-носителе сланцевой золы. Выбросы парниковых газов поможет уменьшить также диверсификация портфеля по производству энергии за счет способов производства и решений, свободных от СО2. С одной стороны, нужно развивать различные возможности возобновляемой энергетики, использующие в качестве источников энергию ветра, биомассу и отходы, а с другой – задуматься о рациональном и безопасном развитии атомной энергетики. Сланцевая энергетика SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Базируется на сланцевом топливе (ресурс 100-150 лет) Внедрение новой технологии сжигания сланца в циркулирующем кипящем слое Доля альтернативных энергоресурсов около 2% (2006 год), к 2010 году должна повыситься до 5,1% Энергосистема связана с энергосистемами соседних государств Рис. 2.1 Основные факторы воздействия на окружающую среду SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Глава 3. Охрана окружающей среды в технологии добычи переработки твердого топлива. Технология добычи и переработки твердых горючих ископаемых в экологическом отношении одна из наиболее сложных отраслей промышленности, что обусловлено особенностями производства и масштабами отрасли. 3.1 Геологическое строение недр и основные месторождения полезных ископаемых Эстонии Территория современной Эстонии расположенна на северо – западной окраине большой геологической структуры – Русской платформы и отличается сравнительно простым строением. Фундаментом территории являются допалеозойские1 (архейская и протерозойская эры 4 200 млн. – 2 000 млн лет назад) кристаллические породы изверженного и метаморфического происхождения2, глубина залегания которых на севере нашей страны состовляет 150 – 200 м., на юге 400 – 500 м. Обнажений кристаллических пород на территории республики не имеется. [1, lk. 5]3 Над кристаллическим щитом залегают почти горизонтально, с уклоном 15 минут (3 м на 1 км) в южном и юго – восточном направлениях, палеозойские осадочные породы, в которых отсутствуют существенные тектонические нарушения. Палеозойские породы перекрыты четвертичными отложениями в основном ледникового происхождения. Представленные мореными и гляциальными отложениями, они формируют современный рельеф поверхности. [1, lk. 5] Геологическое строение территории предопределяет и характер месторождений полезных ископаемых. Все месторождения промышленного значения имеют осадочное происхождение и приуроченны к кембрийской, ордовикской, силурийской и девонским системам нижнего палеозоя. [1, lk. 5] См. Приложение 3 «Геологические этапы развития жизни на Земле» Под метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием различных эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения термодинамических условий (прежде всего температуры и давления). Все преобразования в горных породах при процессах метаморфизма происходят путем их перекристаллизации в твердом состоянии. Метаморфизму могут подвергаться горные породы любого происхождения – осадочные, магматические и ранее существовавшие метаморфические. Степень изменения первичных горных пород (степень метаморфизма) может быть различной – от незначительных преобразований до полного изменения состава и облика пород. Главными причинами, или факторами метаморфизма горных пород, являются температура, давление и химически активные вещества – растворы и летучие соединения 3 [1, lk 5] – номер источника в списке использованной литературы и страница в источнике, где отображена приводимая в настоящем курсовом проекте информация 1 2 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Кембрийские отложения представленны обломочными и глинистыми породами, верхние слои которых обнажаются узкой полосой в предглинтовой зоне вдоль Финского залива. Ордовик состоит, за исключением залежей песчанников в нижней части системы, в основном, из карбонатных пород, которые слагают также всю толщину силура. Девонские отложения прослеживаются главным образом на юге Эстонии, в них преобладают обломочные и глинистые породы, а в юго – восточной части республики встречаются и карбонатные породы. Практически повсеместно коренные породы перекрыты четвертичными гляциальными4 и флювиогляциальными5 отложениями. [1, lk. 5] 3.1.1 Геология Эстонского месторождения горючих сланцев Рис.3.1. Месторождения сланца в Эстонии. Наиболее важным сегодняшний день и широко полезным разрабатываемым ископаемым на Эстонии является горючий сланец – кукерсит, приуроченный к среднему ордовику и залегающий слоями в известняках кукрузенского горизонта. Эстонское месторождение горючих сланцев (рис..) является частью Прибалтийского, к которому относятся также Тапаское и Ленинградское (Россия) месторождения. Весь запас эстонского сланца оценивается в 4,7 млрд. тонн. Гляциальные отложения – ледниковые отложения Флювиогляциальные отложения – материал, образованный в условиях непосредственного контакта с ледником (на поверхности льда), внутри льда и под его толщей, и прогляциальный материал, отложенный за границей ледника. 4 5 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Сланец – осадочная порода, образовавшаяся 400-500 миллионов лет назад на дне водоемов. Образовавшиеся из донных отложений морей и озер горючие сланцы, как правило, старше каменных углей. А диктионемовые сланцы, открытые под пластами кукерсита, еще на десятки миллионов лет старше. Сланец состоит из органических веществ, образовавшихся из одноклеточных организмов, бактерий, водорослей озер и морей и биомассы фито- и зоопланктона. Кукерсит (kukersite) - горючий сланец коричневато-бурого цвета, залегающий в Прибалтийском сланцевом бассейне (рис. Название сланца произошло от немецкого названия эстонского селения Кукрузе (Kukruse). Главными компонентами кукерсита являются кероген (органическое вещество) и карбонат кальция. Источником органического вещества были сине-зелёные водоросли (цианобактерии). Известковая минеральная составляющая образована преимущественно известковыми раковинами морских организмов и их обломками. Кукерсит является одним из лучших в мире горючих сланцев. Эстонские сланцы содержат 20-60% керогена, 20-60% карбонатов и 15-50% обломочного материала, теплота сгорания составляет 8-11 МДж/кг. Геологическая структура территории Эстонского месторождения горючих сланцев имеет трехярусное строение, включающее кристаллический фундамент, комплекс терригенокарбонатных пород и четвертичные отложения различного генезиса6. [2,lk. 9] Кристаллический фундамент залегает на глубине 200....300 метров и состоит из гнейсов7 архейского возраста и крупнозернистых гранитов нижнего и среднего протерозоя. Поверхность кристаллического фундамента имеет слабый наклон к югу под углом 15 минут (3 м на 1 км). [2, lk. 9] Осадочный комплекс представляет собой многослойную толщу терригенно-карбонатных пород, залегающих также под углом 15 минут в южном направлении. Непосредственно на кристаллическом фундаменте залегают песчано – глинястые породы вендского и кембрийского периодов мощностью 170.....200 метров. Над ними расположен ордовикский комплекс карбонатных пород, включающих известняки, доломиты, а также слои горючих сланцев. Мощность осадочного комплекса пород колеблется от 40 метров на севере до 200 метров на юге месторождения. [2, lk. 9] В толще осадочных пород имеются локальные тектонические нарушения разрывного характера – Ахтмеское, Азерийское, Вийвиконнаское, Кохтла – Ярвеское, Сиргалаское и др. Которые представляют собой ряд изгибов с амплитудой 20 метров. В пределах тектонических разрывов породы нарушенны и смяты в складки, наблюдается увеличение Генезис - момент зарождения и последующего развития, приведший к определенному состоянию, виду, явлению. 7 Гнейс - грубосланцеватая регионально-метаморфическая порода. 6 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 мощности четвертичных отложений, наличие озовых систем8 и карстовых воронок, повышенная трещиноватость и доломитизация карбонатных пород, сульфидная минерализация и закарстованность слоев горючих сланцев, которые иногда полностью отсутствуют. [2, lk. 11] Наличие тектонических нарушений и трещин, по-видимому связанно с движением земной коры: в северо-западной Эстонии она поднимается в настоящее время со скоростью около 2 мм в год, а в юго-восточной части – опускается со скоростью 1,2 мм в год. Рис.3.2 . Строение промышленного пласта (Каттай, 2000) Горючие сланцы в основном расположенны в кукрузенском горизонте среднего ордовика, на 15 метровую мощность которого приходится несколько десятков слоев горючих сланцев общей мощностью около 5 метров. Кукрузенский горизонт делится на два подгоризонта. Верхний (хумалаский подгоризонт) содежит тонкие слои сланца, с многочисленными включениями конкреций известняка и в границах Прибалтийского бассеина промышленного значения не предстваляют. [1,lk. 6] Наиболее мощные и выдержанные по протяженности слои сланца находятся в нижней части кукрузенского горизонта (кохтлаский подгоризонт), где они образуют разрабатываемый в настоящее время промышленный пласт, состоящий из слоев А, В, С, D, E, F. Общая мощность промпласта состовляет 2,7....3,0 метра, а на долю сланцевых слоев приходится 2,2....2,4 метра. Глубина залегания промпласта от 10 до 65 метров и более. [2, lk. 9] Верхняя пачка сланца содержит слои G и H. Общая мощность слоя 0,4 – 0, 5 м. с прослойками известняка 0,2 – 0, 3 м. Слои G и H распространяются на большой территории и содержат сланец приемлемого качества, однако вследствии большого удаления от остальных слоев выемка их в настоящий момент нецелесообразна, поэтому они отнесены к забалансовым. [1,lk. 6,7] Озы – это длинные узкие извилистые гряды, сложенные в основном сортированными осадками, протяженностью от нескольких метров до нескольких километров и высотой до 45 м. Озы формировались в результате деятельности подледниковых потоков талых вод, выработавших во льду туннели и откладывавших там наносы. Озы встречаются всюду, где существовали ледниковые покровы. 8 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Горючий сланец – кукерсит – имеет органическое происхождение и представляет собой слоистую осадочную породу желто–бурого цвета, обогащенную органическим веществом – керогеном, теплотворная способность которого очень высокая и составляет 32,27.......38,10 Мдж/кг (8900.....9100 ккал/кг). Кроме керогена, доля которого колеблется от 20 до 60% в зависимости от района месторождения, в состав горючего сланца входят также различные карбонаты – 20......40%, двухсернистое железо (FeS2) – 2...4% и влага 5......10 %. Кероген – высокомолекулярное соединение, нерастворимое в органических растворителях, содержит около 80% летучих веществ, которые выделяются при нагревании без доступа воздуха до температуры 3900 в виде пирабитума, газа и водяных паров. [2, lk. 9]. В химический состав органического вещества сланца входят следующие основные элементы: углерод C, водород H, кислород О, азот N, сера S .В составе минеральной части горючих сланцев чаще всего встречаются кальцит, доломит, кварц, полевые шпаты, пирит и глинистые минералы. По сравнению с другими горючими ископаемыми они содержат меньше органического вещества и, следовательно, дают меньше тепла, выделяемого при сжигании (табл.2..). По этому показателю они в 2 раза уступают каменному углю и в 4 раза нефти. Вот почему важно максимально использовать как органическую, так и минеральную части сланцев. Сланцы содержат также ряд редких элементов - уран, ванадий, молибден, рений и др. Таблица 3.1 . Средний элементный состав органического вещества кукерсита Химический элемент Символ Содержание, % Углерод C 77,0 Водород H 9,7 Кислород O 10,6 Азот N 0,4 Сера S 1,6 Таблица 3.2 .Техническая характеристика эстонских сланцев Показатель Значение Содержание влаги, масс. % 8-10 Содержание золы, масс. % 45-48 Содержание минерального СО2, масс. % 18-21 Содержание органического вещества на 29-38 сухую массу, масс. % Теплота сгорания, МДж/кг 8-11 Выход смолы на органическое вещество, % 65,5 Выход смолы на сухую массу сланца, % 13-15 Выход смолы на сухую массу сланца после 18-20 обогащения, % Гранулометрический состав сланца, мм 25-125 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Кукерсит залегает в виде тонких (0,03 – 0,6 м) слоёв, разделённых прослоями известняков и мергелей (осадочная горная порода глинисто-карбонатного состава). Сланец добывают открытым (в карьерах) и подземным (в шахтах) способами. Открытым способом сланец добывают с глубины до 30 метров, в шахтах – на глубине 40 – 70 метров. Следует отметить, что размещение сланцевого месторождения между Финским заливом и Чудским озером создает особые требования к защите окружающей среды. В настоящее время существуют в основном два основных направления использования горючих сланцев: полукоксование для получения жидкого топлива и химического сырья; прямое сжигание для выработки электрической и тепловой энергии. В перспективе самое важное направление использования горючих сланцев – получение из них жидкого, в первую очередь моторного топлива. По мере истощения запасов нефти это направление становится всё более актуальным. Сланцевая смола, полученная при термической переработке сланца в газогенераторах, наряду с углеводородами содержит много кислородсодержащих соединений: фенолов, кетонов, сложных эфиров. Это значит, что из сланцевой смолы можно получать такие вещества и продукты, которые из другого сырья получить сложно, а то вовсе нельзя. Кукерсит используется в основном как энергетическое топливо, в меньших масштабах для получения жидкого топлива и различных химических продуктов. Зола кукерсита пригодна для производства строительных материалов (например, цемента) и для известкования кислых почв. Диктионемовый сланец В Эстонии есть и другая разновидность сланца – диктионемовый сланец (аргиллит). Залежи диктионемовых сланцев находятся в северной и северо-восточной части Эстонии на площади свыше 11 тыс. км2, и их запасы оценивают в 64 млрд. тонн. Диктионемовые сланцы содержат 10-20% органического вещества, имеют низкую теплоту сгорания (5-7 МДж/кг) и выход смолы 2 – 3,5%. Кроме того, в них высокое содержание пирита FeS2 (2,4 -6,0%), который при горении вызовет загрязнение окружающей среды соединениями серы. Из редких элементов, содержащихся в диктионемовых сланцах, интерес представляют уран, молибден и ванадий, содержание которых в аргиллите в десятки раз превышает их среднее содержание в земной коре. С 1946 по 1952 год аргиллит добывали в Силламяэ как урановое сырьё. В настоящее время диктионемовые сланцы промышленного значения как топливо и как технологическое сырьё не имеют. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Торф Торф является вторым по значению горючим ископаемым Эстонии. Запасы торфа составляют около 2 млрд. тонн. Торф образуется в результате биохимического разложения болотных растений в условиях повышенной влажности и при недостатке кислорода. По происхождению торф подразделяют на два вида (рис. 2.32): хорошо разложившийся торф низинного болота, используется преимущественно как топливо; составляет 85% от общего запаса; торф верхового болота, используется в сельском хозяйстве; составляет 15% от общего запаса. Рис. 3.3. Плохо разложившийся торф верхового болота (слева) и хорошо разложившийся торф низинного болота (справа). Природный торф отличается высокой влажностью – 88-92%. Органическое вещество торфа содержит 50-60% углерода, 5-7% водорода, 30-40% кислорода, 2-3% азота, 0,1-1,5% серы, менее 0,2% фосфора. Содержание минерального вещества в торфе не превышает 35%. Распределение запасов торфа в Эстонии неоднородно. Крупнейшие из них находятся в южной части Ида-Вирумаа, Пярнумаа и центральной Эстонии. Торф применяют в сельском хозяйстве и животноводстве, энергетике, медицине, биохимии. Использование торфа как топлива обусловлено его составом: большим содержанием углерода, малым содержанием серы, низкой зольностью. Основными недостатками являются относительно низкая калорийность и высокая влажность. С развитием современных технологий сжигания и использования экологически чистых процессов SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 получения энергии использование торфа как топлива оценивается учёными как одно из перспективных направлений в энергетике. Несмотря на относительно богатые запасы, роль торфа как энергетического сырья невелика. Торф не выдерживает конкуренции с горючим сланцем. Для производства электроэнергии торф не используется, он применяется в качестве бытового топлива, главным образом в виде торфобрикета, а также в сельском хозяйстве как удобрение на полях и подстилка на животноводческих фермах. Фосфориты Эстония обладает значительными запасами фосфоритов (по разным оценкам от 3 до 8 млрд. тонн). Из них исследованные запасы, пригодные для промышленной добычи, составляют 300 млн. тонн. Фосфориты – осадочные породы, основным компонентом которых является фторапатит Ca5(PO4)3F. Эстонские фосфориты относятся к ракушечным фосфоритам. Ракушечные фосфориты состоят преимущественно из раковин морских животных и их обломков, сцементированных кварцевым песком (рис. 2.33). Фосфоритовые руды образуют пластовые залежи, мощность пластов от нескольких десятков см до 1-2 метров. Руды бедные, содержание полезного компонента пятиокиси фосфора P 2O5 в фосфоритном пласте составляет от 3-4 до 20%, но они легко обогащаются. Обогащение руд флотационным методом позволяет получать концентрат с содержанием P 2O5 до 27-30%. Такой концентрат пригоден для получения фосфорных удобрений. Рис. 3.4 Ракушечные фосфориты Наиболее крупными являются месторождения Раквере и Тоолсе (рис. 2.34). Раквереский фосфоритоносный пласт залегает на глубине от 40 м на севере и до 200 м на юге. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Рис.3.5. Фосфоритные месторождения Эстонии. Впервые в Эстонии фосфориты начали разрабатывать в 1922 году. После Второй мировой войны в Маарду (недалеко от Таллина) был построен химический комбинат, выпускавший фосфоритную муку (молотый фосфорит) и простой суперфосфат. Промышленные запасы месторождения Маарду почти полностью отработаны. Начиная с 1991 года, фосфориты в Эстонии не добывают. Известняк Известняк (плитняк) – широко распространённая осадочная порода, образовавшаяся при участии живых организмов в морских бассейнах. Известняк состоит преимущественно из карбоната кальция СаСО3 в форме кристаллов кальцита. Известняк обычно светло-серого цвета, но может быть белым, голубоватым, желтоватым или зеленоватым в зависимости от состава примесей. Рис.3.6 . Добыча известняка в карьере. Известняки имеют чрезвычайно многообразные области применения. Известняк является строительным камнем.. В настоящее время основное количество добываемого известняка идёт на производство щебня. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В Эстонии добывают и т.н. технологический известняк, который служит сырьём для различных производств. Основными потребителями технологического известняка являются цементная промышленность и производство извести. Другие полезные ископаемые Перечень полезных ископаемых будет неполным, если не упомянуть о запасах глины, песка, гравия, гранита. На севере Эстонии имеются крупные запасы кембрийской синей глины - превосходного материала для производства цемента и различных керамических изделий. Гравий и песок встречаются почти на всей территории республики и используются в строительстве. Особое место среди строительного песка занимает стекольный песок, месторождения которого имеются на юге Эстонии. 3.2. Особенности воздействия технологических процессов на окружающую среду Первым горючих этапом любого ископаемых процесса переработки твердых является его добыча. Эта ступень производства неизбежно связана с большими капитальными затратами, расходованием значительных энергетических и трудовых ресурсов, отчуждением больших земельных территорий, очень интенсивным разрушением ландшафтов, образованием крупных отвалов пустой породы. В настоящее время в Ида-Вирумаа около 9800 га площади находится под карьерами, на территории шахт расположены 32 отвала общей площадью 340 га. Этот этап следует обязательно учитывать при рассмотрении экологических характеристик технологических процессов переработки твердых горючих ископаемых. Вторым э т а п о м процесса является о б о г а щ е н и е сланца . При этом образуются большие количества твердых отходов производства (35–40% от массы исходного сланца), из которых на современных обогатительных фабриках 35–50% приходится на отходы флотации, отличающиеся мелкодисперсностью и высокой влажностью (до 50–60%). В настоящее время суммарное количество твердых отходов добычи о богащения сланца, получаемых в Эстонии , составляет 50 млн. т/год. Кроме того, на обогащение и последующую обработку расходуются большие объемы воды и воздуха. Третьей с т а д и е й , также обязательной для любой технологии, является подготовка с л а н ц а – его окончательное дробление, сушка, классификация дозирование. На этой стадии образуется значительное количество пыли. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 На четвертой, основной технологической стадии, образуются разнообразные отходы. Их количества и состав зависят от специфики технологического процесса и свойств исходного ископаемого. Любой процесс переработки твердых топлив неизбежно связан с образованием сточных вод, включающих влагу сланца , воду, образующуюся при термическом превращении органической массы сланца , ее гидрогенизации и газификации. В то же время в любом процессе, за исключением процессов газификации сланца в кипящем слое или газификации пылевидного топлива, образуются водорастворимые фенолы, органические основания, сероводород; все эти вещества неизбежно оказываются в воде. В нее переходит также значительное количество нейтральных масел, а при низкотемпературных процессах и синтезе из СО и Н2 – нейтральные кислородсодержащие вещества и органические кислоты. Все это обусловило необходимость тщательной очистки больших объемов сточных вод. Источником потерь оказываются воздушники и системы хранения низкокипящих продуктов. Через воздушники теряется до 2% углеводородов. Значительные потери связаны с вентиляционными выбросами. Уходящие с выхлопными газами полициклические ароматические углеводороды представляют опасность, так как обладают канцерогенными свойствами. Экологическая характеристика отрасли ухудшается также в результате использования в ряде производств устаревших технических решений. Экологическую опасность представляют любые нарушения технологии, так как в этом случае происходит значительное и неуправляемое увеличение количества выбросов. 3.3 Общие принципы создания безотходной технологии На современной стадии развития промышленности невозможно идти по пути сохранения технологии неизменной и решения экологических проблем только за счет простого увеличения объемов очистных сооружений, строительства новых хранилищ. Такое увеличение затрат на очистку без изменения технологии означает значительное ухудшение использования природных ресурсов, увеличение эксплуатационных и капитальных затрат. На современном этапе надо иначе организовывать производство, создавать новые процессы и эксплуатировать действующие предприятия в оптимальных режимах, обладающих высокой степенью SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 инженерно-эколого-экономического совершенства. Главной задачей становится создание малоотходных технологий, отличающихся образованием малого количества отходов и выбросов вследствие совершенства и особенностей самого процесса. Рассмотрим основные критерии совершенства технологических процессов. 3.3.1. Инженерные критерии 1. Доступность сырья. По этому показателю, например, производство по технологии УТТ обладает преимуществами перед полукоксованием в генераторах , поскольку доля добычи мелкозернистого сланца составляет значительную долю в общем объеме добычи сланца. 2. Малая зависимость технологического процесса от качества сырья. Так, преимуществом УТТ состоит в том , что можно использовать практически любое сырье, включая твердое и жидкое топливо, при неизменном качестве продукции – генераторного газа, тогда как при полукоссовании отклонения в свойствах сланца , а также использование в качестве добавок других отходов могут нарушить технологический процесс. 3. Получение ограниченного ассортимента продукции стабильного качества. Это обстоятельство важно потому, что в этом случае проще отладить технологический процесс и управление качеством продукции, четко формулируется система оптимального управления производством. 4. Возможность создания установок большой единичной мощности. Эта требование особенно важно при создании новых производств с малым числом параллельных линий, которые должны обслуживаться ограниченным по численности персоналом. 5. Простота управления и регулирования и возможность автоматизированного управления технологическим процессом. Чем совершеннее инженерное решение, тем легче управлять процессом, тем более гибко регулирование, тем легче получить продукцию заданного качества. 6. Надежность и безаварийность эксплуатации. Каким бы совершенным ни был агрегат, как легко бы он ни управлялся, но если из-за недостаточной надежности неизбежны частые остановки и переналадки, то все эти достоинства потеряют свое значение. К тому же частые внеплановые ремонты связаны с большими затратами ручного труда и делают эксплуатацию установок особенно тяжелой. 7. Высокий выход целевых продуктов и высокая селективность. Чем выше селективность, тем меньше затраты на разделение, проще управление технологическим узлом и легче получить продукты высокого качества. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 8. Коррозионная безопасность – необходимое условие надежности и безаварийности технологии. 9. Высокий уровень механизации основных и вспомогательных операций является важнейшим условием современной технологии, в особенности при больших единичных мощностях производства. 10. Простота ремонтов, запуска и остановки приобретает особое значение при создании любых технологических процессов. Установка должна быть снабжена всем необходимым для быстрого запуска и вывода ее на оптимальный режим, она должна стабильно работать и на переходных режимах. Самый совершенный процесс будет бесперспективным, если отступления от оптимального режима глубоко и надолго нарушают технологию. Наименее устойчивые узлы должны быть доступными для ремонта, и должны существовать условия, необходимые для проведения поузлового ремонта. 11. Наличие резервов интенсификации. Любой процесс не может быть абсолютно совершенным. В ходе эксплуатации появляются предложения, улучшающие процесс. Использование опыта смежных отраслей и новые разработки открывают путь к значительному улучшению процесса при реконструкции и техническом перевооружении производства. Поэтому и технология, и конструкция аппаратов, и их компоновка должны быть рассчитаны с учетом возможных изменений. Избыточная специализация может исключить возможность улучшения установки, делает ее моральное и физическое старение необратимым. 12. Возможность утилизации вторичных энергоресурсов позволяет значительно улучшить параметры технологического процесса и сократить его энергоемкость. 13. Малооперационность. При прочих равных условиях преимущества малостадийного процесса очевидны: резко увеличивается надежность, упрощается управление процессом. 14. Привлекательность для обслуживающего персонала. Этот критерий оказывает решающее влияние на возможность комплектации персонала установки, стабильность коллектива и, следовательно, на качество эксплуатации агрегата. 3.3.2. Экологические критерии 1. Ограниченный ущерб природным ресурсам при получении исходного сырья, полупродуктов и при изготовлении оборудования. 2. Ограниченное количество или отсутствие твердых отходов. 3. Возможность квалифицированного использования твердых отходов. 4. Отсутствие большого количества трудно рекуперируемых жидких или газообразных отходов. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 5. Возможность замыкания в технологических циклах жидкостных и газовых потоков. 6. Ограниченное потребление воды и энергии и использование вторичных энергоресурсов и водных ресурсов. Применение воздушного охлаждения позволяет принципиально сократить потребление предприятием остродефицитной воды. Возвращение конденсата пара в производство дает возможность значительно сократить объем стоков и одновременно ограничить потребление свежей воды и затраты материалов и энергии в отделении подготовки воды тепловых электростанций. 7. Высокая селективность процессов и отсутствие трудноразделимых многокомпонентных продуктов реакции. Если это требование не соблюдается и в результате образуются сложные смеси, то возрастает вероятность того, что ряд компонентов или технологических продуктов не найдет применения и окажется в числе неутилизируемых отходов. Именно это тормозит развитие процессов полукоксования и его варианта – энерготехнологической переработки топлив. 8. Возможность комплексной переработки сырья предполагает также организацию переработки, в результате которой в едином технологическом процессе будет получен набор продуктов, находящих квалифицированное применение. 9. Возможность комбинирования технологических процессов является показателем рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов. Сочетание в одном аппарате процессов позволяет не только улучшить качество продукта, но и в масштабе топливно-энергетического комплекса сэкономить значительные материальные и энергетические ресурсы. При этом экономится большое количество тепла. 10. Надежность и безаварийность в работе. При частых внеплановых остановках возможны залповые выбросы больших количеств токсичных веществ, концентрация которых намного превышает допустимые. Поэтому установка должна быть надежной в работе. Она должна быть оборудована резервными емкостями и системами, достаточными для принятия любого аварийного выброса. 11. Наличие резервов интенсификации. Опыт эксплуатации многих предприятий в любых отраслях показывает, что уровень их экологического совершенства может быть заметно повышен при реконструкциях и оптимизации процессов. Эта возможность отсутствует на производствах с негибкими технологическими и компоновочными решениями. 12. Малооперационность, как правило, сокращает количество и ассортимент выбросов и отходов производства. 13. Высокое качество и отсутствие токсичности сырья создают нормальные условия работы обслуживающего персонала и позволяют отказаться от использования дополнительных ресурсов на защиту персонала от вредного воздействия сырья. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 3.3.3. Экономические критерии 1. Невысокие удельные капитальные затраты. При этом следует учитывать весь комплекс затрат, связанных с организацией данного производства. Так, с формальных позиций удельные капитальные затраты на производство сланцевой смолы УТТ выше, чем для полукоксования в генераторах. Однако если учесть неизмеримо большие затраты в сланцевой промышленности, необходимые для добычи крупнокускового сланца , по сравнению с затратами на добычу мелкозернистого сланца, то суммарные капитальные затраты на получение сланцевой смолы превысят затраты на развитие и совершенствование процесса производства смолы в генераторах смолы. 2. Низкие расходные коэффициенты сырья и энергии. Этот показатель носит обобщающий характер и требует учета расходов в смежных отраслях. 3. Высокая производительность труда . При низкой производительности труда во вспомогательных производствах и смежных отраслях не может считаться совершенным и основной процесс. 4. Высокое качество и универсальность продукции. При прочих равных условиях всегда более экономичен процесс, при проведении которого получают продукцию высокого качества, естественно, и более высокой цены, а также продукцию, имеющую более широкий круг квалифицированных потребителей. 5. Транспортабельность продукции связана с условиями поставок и сбыта. При больших единичных мощностях производства наиболее транспортабельны жидкие продукты и наименее транспортабельны твердые продукты, для перевозки которых нужен дорогостоящий и сравнительно малопроизводительный железнодорожный транспорт. 6. Доступность и транспортабельность сырья. 7. Надежность и безаварийность. Частые простои, сверхплановые срочные ремонты обусловливают нерентабельность любого, теоретически самого экономичного производства. 8. Наличие резервов интенсификации. Производство, обладающее гибкой технологией и свободными компоновочными решениями, легко поддается модернизации и легко может быть переведено на изготовление более рентабельной продукции. Рассмотренная система критериев может быть использована для оценки уровня используемых и новых технологических процессов. При сопоставлении конкурирующих и новых процессов в рамках каждого критерия возможна надежная количественная оценка. Возможен и качественный анализ, основанный на экспертной оценке критериев SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 (например, по пятибалльной шкале: 5 – очень благоприятные условия; 4 – хорошие условия; 3 – выполнение связано с большими трудностями; 2 – очень трудная ситуация; 1 – исключительные трудности). Такой анализ новых процессов позволяет выявить узкие места (по критериям, получившим низкие оценки). Ликвидация этих узких мест открывает путь к созданию процесса, отличающегося высоким уровнем инженерно-экологоэкономической эффективности. Глава 4. Воздействие горного производства на биосферу. Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все её элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир. Это воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышают размеры зоны локализации прямого воздействия. В зону распространения косвенного воздействия попадает не только элемент биосферыно и другие элементы. В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются пространства, нарушенные горными выработками, отвалами пород и отходов переработки и представляющие собой бесплодные поверхности. В связи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод (отходов переработки полезных ископаемых) в поверхностные водоёмы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения, ухудшается качество подземных и поверхностных вод. Атмосфера загрязняется пылегазовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников. В результате комплексного воздействия на указанные элементы биосферы существенно ухудшаются условия произрастания растений, обитания животных, жизни человека. Так как недра относятся к элементам биосферы, не обладающим способностью к естественному возобновлению в обозримом будущем, охрана их должна предусматривать обеспечение научно обоснованной и экономически оправданной полноты и комплексности использования. Воздействие горного производства на биосферу имеет большое социальное и экономическое значение. В этом смысле регион Ида-Вирумаа можно рассматривать как SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 геотехногенную систему в полной мере определяющю экономическую и социальную жизнь региона. Так, косвенное воздействие на земли, связанное с изменением состояния и режима грунтовых вод, осаждением пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, а также продуктов ветровой и водной эрозии. Приводит к ухудшению качества земель в зоне влияния горного производства. Это проявляется в угнетении и уничтожении естественной растительности, миграции и сокращении численности диких животных, снижении продуктивности сельского и лесного хозяйства, животноводства и рыбного хозяйства. В настоящее время не представляется возможным дать сравнительную количественную оценку влияния на окружающую среду горного производства и других видов деятельности человека, поскольку отсутствуют научно-методические основы для такого сравнения. В таблице 1 дана качественная сравнительная оценка воздействия на окружающую среду некоторых видов промышленного производства. Таблица 4.1 Сравнительная оценка воздействия различных видов промышленного производства на окружающую среду Воздействие отраслевой промышленности на элементы биосферы Отрасль промышленност и водный бассейн земная поверхность воздушн ый поверхно бассейн стные воды подземны е воды почвенн ый покров ландша фт флор а, нед фаун ра а Химическая и нефтехимическа Си Си Ср Ср Н Ср Н Си Си Н Н Н Н О Н Н Н Ср Ср Н Н я Топливноэнергетическая Строительство SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Транспорт Горнодобываю щая Ср Ср Н Н Н Н О Ср Си Си Си Си Ср Си Примечание: О – отсутствие воздействия, Н – незначительное воздействие, Ср – воздействие средней силы, Си – сильное воздействие. Как следует из этой таблицы, горное производство оказывает наиболее широкое воздействие на биосферу, затрагивающее практически все её элементы. В то же время воздействие некоторых видов деятельности на отдельные элементы биосферы проявляется более интенсивно. 4.1 Классификация воздействия горного производства на окружающую среду Выделяют негативное воздействие горного производства на окружающую среду на следующие группы: осадка земной поверхности вследствие образования подземных пустот и полостей, которые возникают при извлечении полезных ископаемых и откачке шахтных вод; ущерб сельскому хозяйству от воздействия откачанных шахтных вод; ущерб сельскому хозяйству и лесоводству от выделений газов, содержащих сернистые оксиды; ущерб живым существам. Строениям и земельным угодьям вследствие образования терриконов, отстойников шахтных води складирования отходов. Эта классификация является очень узкой и не отражает всех особенностей воздействия горного производства на окружающую среду. Воздействие вызывают геомеханические, гидрологические, химические, физикомеханические и термические изменения в окружающей среде. Геомеханические изменения обусловлены: 1. Строительством карьеров, отвалов, отстойных водоёмов, различных насыпей. 2. Деформацией поверхности в результате ведения горных работ. 3. Хранением отходов обогатительных фабрик. 4. Монтажными работами, работой тяжёлого оборудования и др. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В результате этого воздействия происходят: изменения рельефа местности, геологической структуры массива горных пород, почвы и строительного полотна; механические повреждения почвы, ликвидация почвы и создание беспочвенных местностей; повреждения строительных объектов и инженерных сооружений. Гидрологические изменения обусловлены: 1. Дренажным воздействием подземных и открытых горных выработок. 2. Деформацией поверхности в результате ведения горных пород. 3. Строительством карьеров, отвалов, водоёмов, различных насыпей и траншей. 4. Смещением русел рек, строительством водоёмов, перепадов и других гидротехнических сооружений. 5. Загрязнением вод. 6. Использованием подземных вод для различных целей. 7. Дренированием месторождений. В результате этого воздействия происходят: изменения положения и движения уровня подземных вод и гидрографической сети; ухудшение качества вод мелкозалегающих водоносных горизонтов, геолого-инженерных условий строительного полотна, водного режима почвенного слоя; уменьшение ресурсов подземных вод; увеличение механического уплотнения грунтов; изменения морфодинамического режима рек; создание пойм. Химические изменения обусловлены: 1. Эмиссией газов и химически активной пыли. 2. Сбросом засоленных и загрязненных вод. 3. Воздействием токсичных компонентов, содержащихся в породных отвалах и хвостохранилищах. В результате этого воздействия происходят: изменения состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почвы. Физико-механические изменения обусловлены: 1. Эмиссией пыли и аэрозолей. 2. Сбросами вод, загрязненных суспензией и гидрозолями. В результате этого воздействия происходят: изменения состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почв; калькуляция русел и водотоков. Термические изменения обусловлены: 1. Загрязнением воздуха горячими газами . 2. Сбросом подогретых вод. 3. Нагнетанием подогретых вод в массив горных пород. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В результате этого воздействия происходят: изменения качества атмосферного воздуха и водного бассейна. Классификация представляется недостаточно удачной по следующим причинам: 1. Неясны принципы, положенные в основу классификации типов изменений, так как одни и те же причины обусловливают различные изменения в окружающей среде. 2. Одни и те же результаты воздействия горного производства отнесены в различные классы. Более целесообразно классифицировать воздействие горного производства на окружающую среду по отдельным элементам биосферы. Основные виды и результаты воздействия горного производства на биосферу приведены в табл.2. Таблица 4.2 Основные виды и результаты воздействия горного производства на биосферу. Элементы Воздействие на элементы биосферы биосферы 1 2 Водный Результат воздействия 3 Уменьшение запасов подземных, бассейн: Осушение месторождения, сброс грунтовых и поверхностных вод. воды сточных и дренажных вод Нарушение гидрогеологического и подземные гидрологического режимов водного бассейна. воды Осушение и перенос Загрязнение водного бассейна поверхностные поверхностных водоёмов и сточными и дренажными водами. водотоков, сброс сточных и Ухудшение качества вод в дренажных вод, водозабор для результате неблагоприятных технических и бытовых нужд изменений гидрохимических и предприятий. биологических режимов поверхностных и подземных вод. Воздушный Организованные и Загрязнение (запыление и бассейн неорганизованные выбросы в загазовывание) атмосферы. атмосферу пыли и газов. Земли почвы Проведение горных выработок, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Деформация земной поверхности. сооружение отвалов, Нарушение почвенного покрова. гидроотвалов, хвосто- и Сокращение площадей водохранилищ. Строительство продуктивных угодий различного промышленных и гражданских назначения. Ухудшение качества зданий и сооружений. почв. Изменение облика территории. Прокладка дорог и других видов Изменение состояния грунтовых и коммуникаций. поверхностных вод. Осаждение пыли и химических соединений вследствие выбросов в атмосферу. Эрозионные процессы. Флора и фауна Промышленное и гражданское Ухудшение условий обитания строительство. Вырубка лесов. лесной, степной и водной флоры и Нарушение почвенного покрова. фауны. Миграция и сокращение Изменение состояния грунтовых численности диких животных. и поверхностных вод. Угнетение и сокращение видов Запыление и загазовывание дикорастущих растений. Снижение атмосферы. Производственные и урожайности сельскохозяйственных бытовые шумы. культур. Снижение продуктивности животноводства рыбного и лесного хозяйства. Недра Проведение горных выработок. Изменение напряжённо- Извлечение полезных деформированного состояния ископаемых, вмещающих и массива горных пород. Снижение вскрышных пород. Осушение качества полезных ископаемых и месторождения. Обводнение промышленной ценности участков месторождения. месторождений. Загрязнение недр. Возгорание полезных Развитие карстовых процессов. ископаемых и пустых пород. Потери полезных ископаемых. Захоронение вредных веществ и отходов производства. Сброс сточных вод. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В настоящее время месторождения твердых полезных ископаемых разрабатываются в основном тремя способами: открытым, подземным и геотехническим. В будущем значительные перспективы имеет подводная добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов. Генеральным направлением развития горнодобывающих отраслей является обеспечение опережающего роста прогрессивного открытого способа добычи, на долю которого в производстве сланца приходится 60 %. Глава 5. Шахтные воды и их использование 5.1. Законодательные нормы Эстонской Республики и директивы ЕС в области охраны и использования водных ресурсов. Водосброс промышленных вод Ида-Вирумаа составиляет около 88% общего водосброса в Эстонии. Причем, 98% водосброса приходится на энергетику – охлаждающая вода, 1,9% приходится на промышленность и коммунальное хозяйство и 0,1% составляют ливневые стоки (атмосферные осадки). Таким образом защита водного бассейна Ида-Вирумаа является актуальной проблемой. На сегодняшний день в Эстонской Республике основным документом в области охраны и использования вод, а также в отношениях между земельными собственниками и водопользователями является водный закон (Veeseadus). Рассмотривая работу горнодобывающего предприятия необходимо отталкиваться от следующего ряда негативных воздействий на гидросферу региона Ида – Вирумаа (северовосточная Эстония): 1. Осуществляется механическое воздействие на подземные и поверхностные воды (снижение уровня в результате влияния депрессионной воронки, стоительство дренажной сети и т.д.); 2. Изменяются химические и биологические свойства воды (увеличивается жесткость, возрастает количество растворенных сульфатов, периодическое возникновение органического загрязнения). Из Водного закона следует, что если оказывается влияние на состояние водоемов или подземного горизонта с помощью технических средств, то для осуществления такого влияния необходимо иметь разрешение на специальное водопользование. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Таким образом исходя из всего вышесказанного следут, что для осуществления добычи сланца-кукерсита на территории Эстонии необходимо иметь разрешение на специальное водопользование. Разрешение на специальное водопользование в соответствии с законодательством Эстонской республики выдает служба охраны окружающей среды по месту нахождения используемого водоема или водоприемника. В соответствии с законодательством Эстонской республики учреждение, выдающее разрешение на специальное водопользование, или министр окружающей среды может требовать проведения экологической экспертизы, предшествующей выдаче разрешения, или аудиторской проверки объекта в течении срока действия разрешения. [12] В связи со вступлением Эстонии в состав Европейского Союза (ЕС) в нашей стране начинает действовать ряд Европейских директив связанный с водными ресурсами: 1) Рамочная директива водной политики 2000/60/ЕС Целью рамочной директивы является установка единых рамок для защиты вод во внутренних водоемах, переходных вод, береговых вод и грунтовых вод, защита и улучшение состояния водной экосистемы, а также предотвращение дальнейшего ухудшения этого состояния, развитие бережного водопользования, защиты водной среды от сбросов, эмиссии и других вредных воздействий, а также от опасных веществ, чтобы получить сохраненной и в достаточном количестве поверхностную и подземную воду с хорошим качеством и уравновешенным водопользованием. 2) Директива питьевой воды 98/83/ЕС 3) Директивы по поверхностным водам 79/869/ЕЭС; 75/440/ЕЭС Директивы по питьевой воде и поверхностным водам преследуют одну общую цель – защита здоровья людей от негативного влияния загрязненной воды, и обеспечить что бы вода была чистой и здоровой. Цель распространяется также на поверхностные водоемы служащие источником питьевой воды в области чистоты и соответствии требованиям качества. 4) Директива качества воды для купания 76/160/ЕЭС 5) Директива для водоемов используемых для разведения рыбы 78/695/ЕЭС Целью этих директив является защита известных типов водоемов, учитывая целевое назначения водоемов – вода водоемов используемых для купания или водоемы служащие местом жительства для ценных видов пресноводных рыб и снижения загрязнения в этих водоемах. 6) Директивы по опасным веществам и по грунтовым водам: 76/464/ЕЭС; 82/176/ ЕЭС; 84/156/ ЕЭС; 84/491/ ЕЭС; 86/280/ ЕЭС; 80/68/ ЕЭС SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Данные директивы преследуют цель защитить водоемы и грунтовые воды от загрязнения опасными веществами, снижении, избегания, а также удалении загрязнения вызванного опасными веществами. 7) Директива по сточным водам населенных пунктов 91/271/ЕЭС Данная директива регулирует количество загрязненной воды происходящей из населенных пунктов, обработку и возвращение назад в окружающую среду, чтобы защитить водоемы и грунтовые воды от загрязнения. 8) Директива по нитратам 91/676/ЕЭС Целью директивы является недопускание попадания большого количества нитратов в водную среду, ограничение влияния этого загрязнения, которое вызывается интенсивной сельскохозяйственной (далее по тексту – с/х) деятельностью, а также использованием удобрений в с/х. Порядок использования и защиты воды в Эстонии осуществляется исходя из Водного закона, на основании которого использование воды и методы защиты планируются в программе использования вод. На основании постановления правительства Эстонской республики на территории Эстонии установлен один водный регион, входящий в состав водного региона Балтийского моря, который в свою очередь разделен на 11 областей. Защита Балтийского моря осуществляется в рамках конвенции по защите Балтийского моря HELCOM. Программы использования вод составляются по Эстонскому водному региону и по каждой водной области отдельно. Рис 5.1 Здание HELCOM в Хельсинке ’ За составление программ по использованию вод несет ответственность министерство окружающей среды, на уровне водных областей – службы окружающей среды при министерстве окружающей среды. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 5.2. Геология и гидрогеология Эстонского месторождения горючих сланцев Прибалтийский сланцевый бассеин расположен на территории площадью 60 тыс. км 2. на территории Эстонской Республики, а также Ленинградской, Новгородской и Псковской областей Российской Федерации. Западная часть сланцевого бассеина предстваленна Эстонским и Тапаским месторождениями горючих сланцев, а на востоке от реки Нарвы выделяют Ленинградское, Вейнмарнское и Чудово – Бабинское месторождения. Эстонское месторождение горючих сланцев находится в северо-восточной части Эстонской республики между Финским заливом и Чудским озером на территории протяженностью с севера на юг от 30 до 50 км, а с востока на запад от 70 до 100 км. (см. Рис.1) 5.2.1 Гидрология Эстонского месторождения горючих сланцев Рельеф территории месторождения представляет собой слегка волнистое равнинное плато с довольно крупными лесными и болотными массивами. Около 25 % всей территории заболочено. [2, lk. 6] SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Краткая характеристика основных рек Эстонского месторождения горючих сланцев Площадь Название реки Средний Длинна,км водосбора, расход, км2 м3/с Место впадения Вазавере 20 57 0,36 Балт. море Пюхайыги 26 166 1,64 Балт. море Пуртсе 51 792 6,44 Балт. море Оямаа 26 200 2,83 р. Пуртсе Кохтла 32 178 1,68 р. Пуртсе Пунгерья 61 664 3,27 Чудское озеро Нарова 78 56170 402 Балт. море Мустайыги 24 304 2,83 р.Нарва Ранна - Гидрографическая сеть9 в районе месторождения развита слабо и представленна немногочисленными маловодными и короткими реками, главным образом, рыбохозяйственного назначения. (см.табл.2) Исключение представляет река Нарва, используемая для гидротехнических целей, а также для хозяйственно-питьевого водопользования. Истоки рек расположенны большей частью в болотах. [2,lk. 8] Плоский рельеф территории затрудняет сток поверхностных вод, поэтому в периоды весенних и осенних паводков реки и ручьи месторождения широко разливаются из-за отсутствия развитых долин русел, что вызывает обводнение и заболачивание больших территорий с пониженным уровнем поверхности. Гидрграфическая сеть служит также дренажом для подземных водоносных слоев известняков. [2,lk. 8] На территории месторождения имеет место водораздел, который разделяет гидрографическую сеть на две части, одна из них – северная, относится к бассеину Финского залива, другая – южная, к бассеину Чудского озера, причем к бассеину Финского залива относится около ¾ территории месторождения. По линии водораздела Гидрографическая сеть – совокупность рек, озер, болот, каналов, водохранилищ в пределах каких-либо территорий. Характеризуется коэффициентом густоты речной сети, озерности и заболоченности 9 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 наблюдается также резкое изменение направления движения подземных вод с севера на юг. [2,lk. 9] В северной части месторождения расположенны мелкие, но живописные озера ледникового происхождения с общей площадью 3,5 км2 – Консу, Кутрна, Нымме –Ярв и др. [2,lk. 9] 5.3 Грунтовые воды в районе Эстонского месторождения Образование подземных вод на глубинах, которых достигают горные работы в настоящее время, происходит в основном за счет атмосферных осадков и поверхностных вод. Подземные воды классифицируются на три основных типа: 1. Верховодка – распологается в самой верхней части земной коры на небольших глубинах. Ее распространение носит ограниченный и непостоянный характер. Режим вод тесно связан с поступлением атмосферных осадков: в засушливое время они часто исчезают, а в период дождей появляются вновь. Запасы воды в зоне верховодки незначительны, они слабо минерализованны и могут быть загрязнены органическими веществами. Воды верховодки можно использовать при помощи неглубоких колодцев. 2. Грунтовые воды – залегают на относительно небольшой глубине на первом от поверхности Земли водоупорном слое, который состоит из водонепроницаемых пород. Толща рыхлых или трещиноватых пород, насыщенных свободной водой, называется водоносным горизонтом. Грунтовые воды обычно имеют хорошую связь с поверхностными водными объектами. Наиболее широкое распространение грунтовые воды получили в аллювиальных10 отложениях террас, пойм, русловых частей и погребенных долин рек. Грунтовые воды используются для нужд водоснабжения. 3. Артезианские воды – обычно залегают на большой глубине в водоносных горизонтах из рыхлых или трещиноватых горных пород, перекрытых сверху и снизу водоупорными слоями. Режим этих вод в большенстве случаев почти не зависит от влияния поверхностных водных объектов и атмосферных осадков. Артезианские воды отличаются чистотой и поэтому находят широкое применение для нужд централизованного водоснабжения. [3, lk. 7] В гидрогеологическом отношении Эстонское месторождение расположенное на территории Прибалтийского сланцевого бассеина входит в состав Прибалтийского артезианского бассеина с большими ресурсами подземных вод. По классификации Н.И. Аллювиальные отложения (alluvio - нанос, намыв) – отложения, формирующиеся постоянными водными потоками в речных долинах. 10 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Толстохина (Толстохин Н.И. «Гидрохимическая зональность артезианских бассеинов», записки Ленинградского горного института, XXXII, вып. 2. М. – Л., Углетехиздат, 1956) подземные воды западной и северо – западной части бассеина с минерализацией около 0,5 мг/л относятся к первому однозональному гидрохимическому поясу. Воды восточной и юго – восточной части с минерализацией до 1,5 мг/л относятся ко второму двухзональному гидрохимическому поясу. Граница между этими поясами проходит, вероятно, по Ахтмескому и Вийвиконнаскому нарушениям. [2, lk. 13] В пределах сланцевого бассеина выделяют11 три водоносных комплекса: I комплекс включает воды кристаллического фундамента, II комплекс состоит из гдовских и ломоносовских водоносных песков и песчанников, III комплекс содержит все среднекембрийские, ордовикские и девонские породы. [2, lk.14] Воды двух первых комплексов напорные, залегают на большой глубине, надежно изолированы мощной толщей синих глин от вод верхних водоносных горизонтов и не принимают непосредственного участия в обводнении шахт и карьеров. Однако, как показывет ряд наблюдений, вследствии депрессии, образованной системой шахтного и карьерного водоотлива, по-видимому, имеет место перетекание вод двух первых комплексов в вышележащие горизонты III комплекса, что подтверждается постоянным понижением уровня воды в гдовском и ломоносовском водоносных горизонтах. [2,lk. 14] Справочно. В обводнении горных выработок сланцевых шахт и карьеров Эстонского месторождения непоспредственное участие принимают следующие водоносные пласты: 1. Воды четвертичных отложений (так называемая верховка), которые в зависимости от типа и происхождения пород подразделяются на: 1.1. Воды болотных отложений, имеющих свободную поверхность с глубиной уровня 0,2 – 0,5м. Наибольшие объемы воды заключены в торфянниках болот, особенно крупными из которых являются: Muraka, Ratva, Puhatu, Kodasoo и др. Болотные воды принимают непосредственное участие в обводнении карьерных полей AS Narva Karjäär, AS Aidu Karjäär. 1.2. Воды озерно-ледниковых (лимно-гляциальных) отложений, заключенных в тонкозернистых пылеватых песках мощность от 2....3 до 10 м., заполняющих болотные и озерные равнины, учавствуют в обводнении горных выработок сланцевых карьеров. Глубина уровня воды может колебатся в пределах от 1 до 7 м. 1.3. Воды отложений аллювиальных и древних погребенных долин с глубиной уровня залегания 2-3 м. и мощностью вмещающих пород до 10-30 м. [2, lk. 14] 11 Газизилов М.С. «Карст и его влияние на горные работы» Москва, изд. «Наука», 1971, 204 с SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 2. Воды всей толщи ордовикских известняков, которая может рассматриваться как единый водоносный горизонт для северной части Эстонского месторождения. Различные степени закарстованности и трещиноватости являются основными факторами, влияющими на водообильность отдельных горизонтов. Наиболее трещиноватой и закарстованной, а следовательно, и водообильной является верхняя часть комплекса. К югу, по мере погружения пород комплекса, наблюдается разделение этого водоностного горизонта на отдельные части. Наличие прослоев сильно глинистых известняков, мергелей, метабентонитовых и глауконитовых глин, расположенных среди карбонатных пород, позволяет выделить следующие горизонты: 2.1. Набала – Раквереский самый верхний водоносный горизонт мощностью до 25 м., расположенный в известняках набалаского и раквереского горизонтов среднего ордовика на юге месторождения. Воды горизонта имеют уровень залегания на глубине 0,3 – 6,0 м. В основном они безнапорные и принимают участие в обводнении шахты «Эстония» и частично шахты «Виру». 2.2. Кейла – Кукрузеский водоносный горизонт мощностью около 45 м. расположен по всей территории месторождения и является основным источником обводнения горных выработок. Водовмещающие породы представленны известняками кейлаского и кукрузеского горизонтов, глубина залегания которых возрастает к югу от 1-2 м. до 75 м. Глубина уровней воды колеблется в пределах от 0,1 до 15,0 м. 2.3. Ласнамяе – Кундаский водоносный горизонт расположен в известняках ласнамяеского, азериского и кундаского горизонтов общей мощностью до 20 метров. Залегает на 10...15 м ниже промпласта горючих сланцев. Глубина залегания водоносных пород увеличивается к югу от 3...4 до 120 метров. Воды горизонта в основном напорные с глубиной залегания уровня до 25 метров В районе действующих шахт и карьеров12 запасы воды горизнта в значительной степени истощены шахтным и карьерным водоотливом. . [2, lk. 15] Режим подземных вод Эстонского месторождения определяется количеством атмосферных осадков, годовыми сезонами и характеризуется двумя максимумами – весенним и осенним, и двумя минимумами – летним и зимним. Режим подземных вод Ленинградского месторождения практически не зависит от сезонов года. . [2, lk. 15] Воды Ласнамяе – Кундаского водоносного горизонта принимают активное участие в обводнении сланцевых карьеров, только в случае нарушения водоупорного перекрытия более чем на 25 % от его толщи между кейла – кукрузенским и ласнамяе – кундаским водоносным горизонтом, при прохождении подземной проходки для создании дренажного штрека посредством которого осуществляется отвод производственных сточных вод из рабочего забоя карьера. 12 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Воды ордовикского комплекса Эстонского месторождения пресные, средней минерализации (сухой остотак колеблется от 350 до 800 мг/л), а жесткость достигает 200 или 7,1428 мг – экв/л. [2, lk. 15] По составу эти воды относятся к гидрокарбонатным – магниево-кальциевым. Однако вблизи тектонических и карстовых нарушений, отличающихся повышенным содержанием сульфидов, способных к окислению, состав вод изменяется на сульфатногидрокарбонатную, магниево-кальцийный с минерализацией до 3000 – 5000мг/л. (3......5 г/л) [2, lk. 16] Пополнение запасов воды ордовикского и других комплексов осуществляется за счет атмосферных осадков, аккамулируемых в песчано-глинистых четвертичных отложениях. Особенно большие запасы воды накапливаются в погребенных долинах и других местах понижения рельефа местности. [2, lk. 16] 5.4 Климат в районе Эстонского месторождения горючих сланцев Климат района месторождения является переходным от морского к континентальному, умеренно влажный, средняя температура воздуха + 4,10 С. [2, lk. 6] Зимой температура может понижаться до – 35 .... – 420 С, летом температура может повышаться до +300 С в тени, зарегестрированный в результате наблюдений маскимум составил + 330 С. Средняя температура самого холодного месяца – февраля, минус 70С, а самого теплого – июля – плюс 16,50С. Относительная влажность воздуха 70.....90% и выше. Годовое количество атмосферных осадков состовляет 660 – 730 мм (максимум – 860 мм), по данным Йыхвинской метеорологической станции в 1996 – 2001 годах оно составляло 744 93 мм/г. [4, lk. 22] Испарение с водной поверхности составляет около 400 мм, а с поверхности суши – около 330 мм в год. Таким образом, годовая сумма осадков превышает количество испарений, что способствует значитальному увлажнению и заболачиванию почвы. Холодный период года с температурой воздуха ниже 00С длится с ноября по март. [2, lk. 6] Устойчивое снежное покрытие состовляет в среднем 107 дней в году. [4, lk. 22] Близкое расположение Северной Атлантики с ее теплыми течениями определяет мягкую зиму и прохладное лето северо-восточной части Эстонии. Непосредственное влияние Балтийского моря проявляется в затяжном характере весны и осени, которое объясняется охлаждением воздуха атмосферы холодными массами морской воды весной, а осенью нагретая за лето морская вода способствует повышению температуры воздуха в прибрежных районах. [2,lk. 8] SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Обильные снегопады зимой обуславливают уменьшение глубины промерзания почвы и особенно болот. Глубина промерзания почвы на участках со снеговым покровом достигает 0,75 метра, а без покрова 1,25 метра. [2,lk. 8] Доминирующие направления ветров: южное и юго-западное (соответсвенно 18 и 19 %), также северо-западное (15 %) и юго-восточное (14 %). Средняя скорость ветра составляет 4,4 м/с. [4, lk. 22] 6. Защита шахт и карьеров от воды 6.1 Общие вопросы по гидрогеологии месторождений полезных ископаемых На многих участках земная поверхность имеет естественный режим подземных вод, при этом обводненность их зависит от природных условий и характерных для данного района факторов, а именно: количество атмосферных осадков, рельефа местности, фильтрации воды из расположенных рядом естественных или исскуственных водоемов, состава грунта, его трещиноватости и других факторов. С момента начала вскрышных работ при строительстве горного предприятия или проведения горных выработок для предварительного его осушения естественный режим подземных вод и сток атмосферных осадков нарушается – в горные выработки (шахты, карьеры) начинает притекать вода. Для обеспечения нормальной и бесперебойной работы горного оборудования (создания нормальных санитарных условий для производительного труда и безопасного ведения горных работ), необходимо удалять эти воды из района ведения горных работ. Для этого в специальных горных выработках оборудуют водоотливные установки, которые особенно в условиях отработки обводненных месторождений и глубоких горизонтов представляют собой сложный комплекс инженерных сооружений. В этих выработках монтируют насосное оборудование, трубопроводы, запорную арматуру, трубные коллекторы, электрооборудование и аппаратуру автоматического управления. . [5, lk. 160] Проблема водоотлива должна рассматриваться комплексно, начиная с вопроса гидрогеологии месторождения, которая имеет огромное значение для выбора насосного оборудования, подбора режима работы установок, обобщения опыта их эксплуатации в различных бассеинах полезных ископаемых и заканчивая вопросами автоматизации и промышленной эстетики. [5, lk. 161]. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 6.2 Защита шахт и карьеров от воды Большая часть месторождений полезных ископаемых обводнена из-за наличия водоносных пластов (горизонтов), расположенных выше залежей полезных ископаемых, и воздействия атмосферных осадков. По степени обводненности месторождения полезных ископаемых подразделяют на три основные группы: 1. Сложенные устойчивыми скальными и полускальными некарстующимися породами, в которых имеются один или два водоносных горизонта незначительной водонепроницаемости. 2. Сложенные переслаивающимися, неустойчивыми песчанно – глинистыми и устойчивыми скальными и полускальными породами.. Они обладают сравнительно высокой водообильностью, так как в обводнении горных выработок принимают участие до 10 водоносных горизонтов. 3. Сложенные тектоническими породами, карстующимися нарушениями. Такие или месторождения сильно раздробленными обладают наибольшей водообильностью. К ним относится Прибалтийский бассеин горючих сланцев, [2, lk. 5]. Как показывает опыт, с увеличением глубины залегания полезных ископаемых обводненность их месторождений, как правило, снижается. [2, lk. 5]. Для обеспечения нормальных условий добычи полезных полезных ископаемых их месторождения подвергаются осушению. Поэтому добыча угля, горючих сланцев, железных и полиметаллических руд, серы и других ископаемых связанна с попутным извлечением больших объемов воды, которая обычно загрязняется сверх допустимых норм. Осушение месторождений нередко приводит к загрязнению рек и водоемов, истощению и загрязению подземных горизонтов, в резуьтате чего ухудшаются условия жизни людей, животных и растительности. Постоянно возрастающие требования по охране окружающей среды ведут к усложнению деятельности горнодобывающих предприятий, которые должны обеспечивать не только осушение разрабатываемых месторождений, но и предотвращение вредных последствий производственной деятельности на состояние водных ресурсов. [2, lk. 5-6]. Выбор способа и гидрогеологическими средств и SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 защиты шахт горнотехническими и карьеров от особенностями воды определяется разрабатываемого месторождения, а также экономическими показателями деятельности предприятия. [2, lk. 6] 6.3 Водоотлив сланцевых шахт и карьеров Поступление больших объемов воды в горные выработки шахт и карьеров может вызвать в определенных условиях оползни, обрушения, прорывы плавунов и подземных вод, пучение и другие отрицательные горно-геологические явления, способные вывести из строя горное оборудование и механизмы или затруднить их работу, а также может послужить причиной несчастных случаев с обслуживающим персооналом. Также при этом происходит повышение влажности полезного ископаемого и вскрышных пород, что ухудшает качество товарной продукции и увеличивает стоимость ее транспортировки. Основная задача осушения шахт и карьеров заключается в удалении воды из горных выработок для предотвращения возникновения отрицательных горно-геологических явлений и несчастных случаев, улучшения условий труда людей и машин, снижение влажности товарной продукции и др. Для регулярного осушения горных выработок шахт и карьеров применяет различные системы водоотлива. [2, lk. 24] 6.3.1 Водоотлив сланцевых шахт Шахтная система водоотлива в общем случае включает поверхностные и подземные водосборные и водоотводные каналы, лотки и трубы, а также водоотливные станции (установки) с водосборниками, ставами нагнетательных трубопроводов и другими устройствами. (Рис. ) [2, lk. 25]. В сланцевых шахтах вода, истекающая из трещин в боковых стенах и кровле выработок, отводится из очистных или подготовительных выработок по щелям шириной 0,12 – 0,14 м. и глубиной 1,0 – 2,0 м., прорубленных в почве выработок с помощью врубовых машин, находящихся в боковом положении при проходке щелей. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Рис. 6.1 Схема водоотлива сланцевых шахт: 1 – вентиляционный штрек; 2 – подземная водоотливная канава; 3 – водосборник; 4 – насосная станция; 5 – став нагнетательных трубопроводов; 6 – поверхностная водоотводная канава. Затем вода попадает в канавы шириной 0,6 – 1,2 м.и глубиной 0,4 – 3,0 м., расположенные в вентиляцинных штреках. Благодаря наличию заданных уклонов дна щелей и канав – 0,0020 – 0,0050, вода самотеком направляется в водосборники водоотливных установок. .[2, lk. 25] Шахтные стационарные водоотливные установки подразделяются на главные, которые откачивают на поверхность воду, собираемую со всех шахтных выработок, и участковые – для сбора и удаления воды из отдельных групп выработок либо в водосборник главной водоотливной установки, либо сразу на поверхность через скважины, шурфы, ходки и т.п. [2, lk. 25]. Главные водоотливные установки шахт должны иметь водосборники, состоящие из одной или более выработок, расчитанные не менее чем на двухчасовой нормальный приток. В шахтах, опасных по прорыву вод, емкости водосборников главных водотливных установок должны быть не менее восьмичасового нормального притока, а на участковых – не менее четырехчасового. Водосборники должны подвергатся периодической очистке для того, что бы заиливание не превышало 30 % от их общего объема. При подготовке шахт к приему паводковых вод водосборники должны подвергатся очистке от накопившегося осадка независимо от величины объема. [2, lk. 26]. На сланцевых шахтах наибольшее распространение получила система водоотлива с использованием участктовых водоотливных установок, откачивающих воду на поверхность через шурфы. Тип и число насосов определяются из условия, что их производительность должна обеспечить откачку нормального суточного притока воды не более чем за 16 часов, а для шахт, введенных в эксплуотацию до действия этих правил по SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 безопасности, приемлемо время откачивания нормального суточного притока не более чем за 20 часов. Водоотливные установки шахт чаще всего оборудуются центробежными насосами, расположенными в специальных подземных камерах для работы в автоматическом режиме Водоотливные установки в шахтах оборудуются не менее чем двумя нагнетательными трубопроводами – рабочим и резервным. При откачке аварийных или паводковых вод используются оба трубопровода. Откачиваемая из шахт насосными установками вода попадает в поверхностные открытые канавы для сброса в естественные водоемы или водотоки. [2, lk. 27]. 6.3.2.Водоотлив сланцевых карьеров На сланцевых карьерах применяют системы открытого и подземного водоотлива. Наибольшее распространение получила система подземного водоотлива, при которой в добычных траншеях вдоль подошвы вскрышных уступов устраиваются буровзрывным способом без выемки разрыхленной породы дренажные канавы (см. Рис.). По этим канавам вода отводится из добычной траншеи в подземный водоотводный штрек сечением 5 м2, пройденный ниже уровня промпласта перпендикулярно фронту горных работ. (см. Рис.) [2, lk. 27]. В этот же штрек попадает вода из выездных траншей, вдоль которых расположены водоотводные канавы. По водоотводному штреку вода подводится к подземному водосборнику, откуда периодически откачивается на поверхность земли насосами напогружного типа 20А и 24А. [2, lk. 27] Рис. 6.2 Удаление воды из рабочего забоя сланцевого карьера 1 – закрытая канава в добычной траншее 2 – дренажный штрек 3 – насосный колодец SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 4 – рабочее колесо насоса 5 – насосная скважина 6 – насосный вал 7 – фундамент 8 – двигатель насоса 9 – защитный колпак двигателя и насоса 10 – водоотводящая труба Рис.6.3 Закрытая дренажная канава 11 – водоотводящая канава 12 – наклонный ствол К устройству подземного водоотлива на карьерах предъявляются те же требования, что и к шахтному. [2, lk. 27]. При открытом водоотливе на карьерах вода собирается по канавам в открытый водосборник, расположенный на самых низких отметках, а оттуда откачивается по трубам в канавы для отвода за пределы карьерного поля. Суммарная производительность насосов установки открытого водоотлива должна обеспечить откачку максимального ожидаемого суточного притока воды в течении 20 часов, а производительность резервных насосов должна составлять 20 – 25 % от производительности рабочих насосов. [2, lk. 28] 7. Состав и свойства производственных сточных вод сланцевых шахт и карьеров Состав и свойства сточных вод определяются прежде всего условиями образования и зависят от источников их загрязнения. Факторы, влияющие на состав и свойства сточных вод, разделяются на естественные (природные) и искусственные. Основным естественным фактором, влияющим на состав шахтных, карьерных и дренажных вод, является вертикальная геогидродинамическая зональность подземных вод, в соответствии с которой они разделяются по глубине на три зоны – верхнюю, среднюю и нижнюю. (Алекин О.А. «Оновы гидрохимии» Л., Гидрометеоиздат, 1970, 444 с.) [2, lk. 72] К верхней зоне с активным водообменом относятся грунтовые воды, образующиеся в результате инфильтрации поверхностных вод, а также артезианские воды до глубины 300 м. при наличие между водоносными горизонтами активной циркуляции воды. Минерализация вод верхней зоны зависит от климата, состава горных пород, рельефа местности и других факторов. При небольших глубинах горных выработок и наличии окислительной среды в них находятся пресные, гидрокарбонатные воды, а с увеличением SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 глубины они переходят в гидрокарбонатно – сульфатные, сульфатно – карбонатные и др. [2, lk. 72] В средней зоне на глубине 500 – 600 м. и более с медленным водообменом и восстановительной средой расположены подземные воды с высокой минерализацией. Они образуются путем смешения инфильтрационных вод с водами, заключенными в засоленных слоях морских осадков. В горных выработках на глубине средней зоны встречаются сульфатные, натриево – кальциевые или гидрокарбонатные натриевые воды, переходящие в хлоридно – гидрокарбонатные, натриевые и др. [2, lk. 74] В нижней зоне с застойным водным режимом на глубине более 500 – 600 м. обычно расположенны хлоридные воды с концентрацией рассолов. [2, lk. 74] 7.1 Понятие о жескости производственных сточных вод Жесткость воды зависит от содержания в ней соединений кальция и магния. В настоящее время жесткость воды выражают в мг – экв/ л, который показывает сколько катионов Са2+ или Mg2+находиться в одном литре воды. 1 мг/экв равен содержанию 20,04 мг/л Са2+ или 12,16 мг/л Mg2+. [6, lk. 58] В более раннее время для определения жесткости воды использовали оценку в градусах. Один градус жесткости соответствовал содержанию в воде соединений кальция или магния, эквивалентному 10 мг/л оксида кальция (СаО) или 14 мг/л оксида магния (MgO). Если сравнивать оба метода оценки жествкости то 1 мг – экв/л будет равен 2,80 жесткости. [6, lk. 58] SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Таблица 7.1 Обозначение воды Общая жесткость мг - экв град Очень мягкая до 1,5 до 4,2 Мягкая 1,5 - 3,0 4,2 - 8,4 Умеренно жесткая 3,6 - 6,0 8,4 - 16,8 Жесткая 6,0 - 9,0 16,8 - 25,2 Очень жесткая Свыше 9,0 Свыше 25,2 Степени жесткости воды в мг-экв/л и в градусах. *Примечание: в настоящей таблице использованны данные ГОСТ 2874 - 54 Различают: общую жесткость воды, обусловленную общим количеством соединений кальция и магния, в ней растворенных. Жесткость карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). [6, lk. 58] Карбонатная жесткость зависит от содержания бикарбонатов и карбонатов кальция и магния. Некарбонатная жесткость обуславливается наличием в воде всех растворенных соединений кальция и магния, кроме бикарбонатов и карбонатов, например CaSO4, MgCl2, MgSO4, CaCl2 и др. [6, lk. 58] 7.2 Понятие о кислотности производственных сточных вод Иногда шахтная вода содержит свободную серную кислоту (H2SO4). Такой вид вод называется кислотными или кислыми. Свободная серная кислота появляется в шахтной воде вследствии окисления колчеданов 2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4; 4FeSO4 + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 4H2SO4. Следовательно чем больше в шахте пирита и вообще сульфидов, тем вероятнее, что вода будет содержать свободную серную кислоту. Степень кислотности шахтной воды характеризуется количеством свободной серной кислоты, находящейся в воде, и главным образом ее так называемым водородным показателем рН. Это понятие вводится по ряду следующих соображений. [6, lk. 59] В водных растворах и даже в чистой воде часть молекул водорода находится в диссоциированном состоянии, т.е. в виде водородных [Н+] и годроксильных [ОН-] ионов. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Их относительное содержание может быть весьма различным. При [Н+] = [ОН-] вода имеет нейтральную реакцию, при [Н+] > [ОН-] – кислотную, и при [Н+] < [ОН-] – щелочную. [6, lk. 59] Обычно концентрацию свободных водородных ионов в воде, или степень истинной кислотности и агрессивности шахтной воды, оценивают водородным показателем рН, который представляет собой логорифм lg [Н+], взятый с обратным знаком. В результате эксперементов было установленно, что в 1 л чистой воды содержание свободных водородных ионов равно одной десятимилионной части грамма т.е. [Н+] = 1*10-7 и соответственно lg[Н+] = - 7. Иными словами, для чистой воды, обладающей нейтральной реакцией, рН = 7. Если бы вода, будучи кислотной, содержала количество водородных ионов, например, в 1000 раз больше, то соответственно мы имели бы [Н+] = 1*10-4; lg[Н+]= - 4; рН = 4 По водородному показателю рН шахтные воды могут быть классифицированны как: 1. Щелочные......................... при рН > 7; 2. Нейтральные....................рН = 7; 3. Слабокислотные..............7 > pH > 5; 4. Среднекислотные............5 > pH > 3; 5. Сильнокислотные............рН < 3. Таким образом, чем выше концентрация свободных водородных ионов и, следовательно, чем меньше водородный показатель рН, тем выше кислотность воды и ее разрушающее действие на металлы (коррозия), бетон и прочие стоительные материалы и оборудование. [6, lk. 60] 7.3 Характеристики производственных сточных вод сланцевых шахт и карьеров Эстонского месторождения Воды сланцевых шахт и карьеров Эстонского месторождения по химическому составу относятся к гидрокарбонатно–сульфатным, магниево–кальцевым или к сульфатно– гидрокарбонатным магниево–кальциевым с щелочной реакцией, невысокой минерализацией от 0,1 до 1,6 г/л и повышенной жесткостью – от 8 до 20 мг-экв/л. (см. Таблицу 5.). [2, lk. 74] При попадании в горные выработки сланцевых шахт и карьеров подземные воды обогащаються сульфатами, образующимися при окислении пиритов (сульфидов, например FeS2) свободным и растворенным кослородом (Савицкий Л.А. Геологоэкономическая оценка возможности использования шахтных вод для водоснабжения SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 города Кохтла – Ярве. Отчет, утвержденный Управлением геологии ЭССР 27.07.76. Таллинн, 1976, 155 с.) [2, lk. 74] 4FeS2 + 15O2 + 2H2O 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4 Образующаяся при этом серная кислота взаимодействует с карбонатом, в результате чего также образуются сульфаты CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O Таблица 7. 2 Физико – химический состав вод сланцевых шахт и карьеров Физико - химический состав шахтных и карьерных вод № Показатели 1 2 Активная реакция рН Взвешенные вещества AS AS Narva Aidu Karjäär Karjäär 8,1 8,1 8,0 35 182 28,0 35,0 Еденица Шахта Шахта измерения Виру Эстония - 8,0 мг/л 3 ХПК мг/л 20,4 8,2 21,1 13,2 4 БПК5 мг/л 3,9 2,8 2,8 2,8 5 Фенолы летучие мг/л 0,001 0,003 0,005 0,003 6 Нефтепродукты мг/л 0,05 0,01 0,02 0,03 7 Азот общий мг/л 1,1 1,1 2,1 1,2 8 Фосфаты мг/л 0,006 0,002 0,004 - 9 Сухой остаток мг/л 945 886 784 850 10 Прокаленный остаток мг/л 666 430 545 600 11 Хлориды мг/л 37 22 15 24 12 Сульфаты мг/л 318 330 239 300 13 Железо растворенное мг/л 0,01 0,03 0,28 0,30 14 Жесткость общая мг-экв/л 12,7 9,9 9,4 10,8 15 Кальцый мг-экв/л 7,3 5,6 5,3 8,0 16 Магний мг-экв/л 5,4 4,3 4,1 2,8 17 Щелочность мг-экв/л 6,2 5,3 5,1 5,7 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Примечание. Загрязнение шахтных и карьерных вод нефтепродуктами, фосфатами, * соединениями азота и фенолами носит эпизодический характер. [2, lk. 73] Увеличение жесткости воды приосходит не только за счет образования сульфатов, но и в результате растворения в воде солей кальция и магния. При уменьшении углекислоты в растворе, вызванном повышением температуры воды при вентиляции, может происходить разрушение гидрокарбонатов по уравнению: Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Состав и свойства шахтных и карьерных вод изменяются в процессе эксплуотации шахт и карьеров: с увеличением времени их эксплуотации возрастают минерализация и жесткость. (Газизов М.С. «Карст и его влияние на горные работы» М., издательство «Наука» 1971, 204с). [2, lk. 74] Загрязнение сточных вод разделяется на минеральное, органические и бактериальное. К минеральным загрязнениям относятся песчаные, глинистые, известняковые и другие частицы, а также растворенные соли, щелочи и кислоты. Органические загрязнения обычно представлены частицами керогена сланца, отходами жизнедеятельности дюдей и животных, производственными отходами и сырьем, продуктами разложения растительности и живых тканей и т.п. [2, lk. 74] 7.3.1 Минеральное и органическое загрязение Нерастворимые минеральные и органические загрязнения чаще всего находятся в воде в виде взвешенных частиц крупностью от 0,001 до 100 мкм. Взвешенные вещества являются основным загрязнителем производственных сточных вод сланцевых шахт и карьеров. Их концентрация может колебаться в широких пределах – от 20.....40 до 500.....600мг/л и более. Источниками загрязнения шахтных и карьерных вод взвешенными веществами являются производственные процессы по добыче и обогащению горючих сланцев. К их числу относиться бурение взрывных скважин и шпуров, дробление и измельчение горных пород взрывным способом и горно-транспортными машинами. Основными технологическими факторами, влияющими на степень загрязненности шахтных и карьерных вод взвешенными веществами, являются тип и степень механизации проходческих, вскрышных и добычных работ, конструкции машин, интенсивность работы оросительных систем, способы и средства борьбы с пылью и.др. Увеличение нагрузок на забой, концентрация производства обычно ведут к повышению запыленности воздуха, переизмельчению горных пород, а следовательно, и к росту содержания взвешенныых SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 веществ в воде. Внедрение комбайновой выемки также способствует переизмельчению пород промпласта и увеличению содержания взвешенных веществ в воде. [2, lk. 75] На образование взвешенных веществ и загрязнение ими вод большое влияние оказывают состав и крепость горных пород, их влажность, смачиваемость пыли и другие факторы. Взвешенные вещества, загрязняющие воды сланцевых шахт и карьеров, в основном минерального происхождения, что подтверждается низкими значениями БПК из таблицы 5 . [2, lk. 76] Загрязнение шахтных и карьерных вод нефтепродуктами является эпизодическим. Попадание нефтепродуктов горючесмазочных материалов в воду, (далее как по правило, тексту – обусловленно ГСМ) при утечками неисправностях горнотранспортных машин и оборудования, а также нарушением правил хранения, использования и утилизации свежих и отработанных ГСМ. Загрязнение шахтных и карьерных вод нефтепродуктами может быть практически полностью ликвидированно при соблюдении правил и требований эксплуотации машин и оборудования, хранения, использования и утилизации свежих и отработанных ГСМ. . [2, lk. 76] Загрязнение шахтных и карьерных вод фенолами, являющимися одними из конечных продуктов термической переработки сланцев, происходит, вероятно, за счет выбросов в атмосферу этого продукта сланцевыми тепловыми электростанциями и установками термической переработки сланца. После выпадения фенолов из атмосферы на поверхность почвы и водных объектов они вместе с атмосферными осадками попадают в водоносные горизонты и горные выработки по трещинам и карстовым нарушениям. Замечено также, что содержание фенолов в шахтных водах повышается при интенсивном горении терриконов, например, на шахтах «Сомпа» и «Кукрузе» в прошлые годы . [2, lk. 76] 7.3.2 Биологическое загрязение Бактериальные загрязнения шахтных и карьерных вод представленны различными микроорганизмами, наиболее распространенными из которых являются бактерии группы кишечной палочки, плесневые грибы и др. [2, lk. 76] Из низших паразитических организмов в шахтных водах могут обитать личинки круглых червей анкилостома. В биологически загрязненных шахтных водах при условии повышения температуры до 25.....300 С они могут распростроняться и при попадании в организм человека вызвать анкилостомиаз, профессиональную болезнь горнорабочих [6. lk. 63] SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Хозяйствено-бытовые и комунальные сточные воды сланцевых шахт и разрезов также загрязнены, в основном, взвешенными веществами, нефтепродуктами и фенолами. Но степень загрязненности этих сточных вод значительно выше, чем шахтных и карьерных: по взвешенным веществам в 3-20 раз, по нефтепродуктам в 10-20 раз, по фенолам в 10-30 раз и БПК20 в 20-50 раз. Однако при этом минерализация хозяйственно-бытовых сточных вод в большенстве случаев ниже, чем шахтных и карьерных. [2, lk. 76] 8. Влияние осушения и водоотлива на гидрогеологические условия месторождений 8.1 Влияние осушения и водоотлива на гидрогеологические условия В результате проведения осушительных работ и действия водоотлива происходит изменение гидрогеологических условий на территории разрабатываемых месторождений полезных ископаемых. Эти изменения в основном приводят к возникновению следующих отрицательных явлений: 1. Истощение водоносных горизонтов, подвергаемых дренированию, что проявляется в ухудшении условий их питания и снижения уровня подземных вод. Например: ежегодное увеличение площади отработанных горных выработок на сланцевых шахтах и карьерах вызывает снижение уровней подземных вод от 0,5 до 2,0 метров и более, причем уровни подземных вод также подверженны сезонным колебаниям, амплитуда которых составляет 8.....17 метров. 2. Создание депрессионных воронок под воздействием истощения водоносных горизонтов. Размеры депрессионных воронок определяются интенсивностью проведения осушительных работ и водоотлива, глубиной горных выработок и их площадью. Площадь депрессионной воронки в 3....10 и в более раз превышает площадь непосредственно осушаемой территории, т.е. горных выработок шахт и карьеров. По мере отработки расположенных вблизи друг друга шахт и карьеров их отдельные депрессионные воронки соединяются между собой, создавая значительные по площади регионы влияния горных работ на гидрогеологию всего месторождения или бассеина. Так, депрессионные воронки от сланцевых шахт и карьеров занимают площадь с радиусом 10....20 км. 3. Нарушение режима питания небольших рек, озер и подземных водоносных горизонтов, что связанно с образованием депрессионных воронок. [2. lk. 41] Под их действием изменяются направления движения потока подземных вод: чаще всего потоки начинают двигаться в радиальном направлении в сторону центра депрессионной воронки, т.е. к дренажному или водоотливному устройству. Наличие депрессионной воронки и SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 снижение уровня подземных вод часто приводит к значительному росту инфильтрации рек и озер на участках, расположенных в зоне депрессионной воронки. Особенно это заметно проявляется на участках рек, прилегающих в сильно трещиноватых, закарстованных или песчанных породах (Пуртсе, Кохтла и др.). При высокой загрязненности воды в дренируемых реках и озерах происходит загрязнение подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения. 4. Загрязнение откачиваемых шахтных и карьерных вод различностными загрязняющими веществами происходит в процессе проведения горных работ. Сброс загрязненной воды без очистки может привести к загрязнению естественных водоемов и водотоков, а также к снижению их биологической продуктивности. 5. Деформация земной поверхности с образованием мульд оседания, провалов и других нарушений, которая ведет к ухудшению условий для сельскохозяйственного производства, лесоразведения и т.д. Кроме того, под воздействием горных работ происходит осушение почвы на территории распространения депрессионных воронок. [2, lk. 41-42] 8.2 Мониторинг осушаемых водоносных горизонтов Для контроля за изменением уровня, химического состава и температуры подземных вод при разработке месторождений гидронаблюдательные скважины, полезных конструкция ископаемых используются которых обусловленна гидрогеологическими факторами. Каждая наблюдательная скважина должна быть надежно изолированна от всех водоносных горизонтов, кроме наблюдаемого. Фильтры устанавливаются при необходимости в нижней части наблюдаемого горизонта. Длинна фильтра принимается не менее 3......5 метров. [2, lk. 42] По гидронаблюдательным скважинам должны проводиться регулярные гидрорежимные наблюдения, по которым строятся через определенные промежутки времени карты гидроизогипс13 для каждого дренируемого (осушаемого) водоносного горизонта. По картам определяется прогноз влияния горных работ на состояние ресурсов подземных и поверхностных вод территории месторождений. [2, lk. 42] Карта гидроизогипс (контура грунтовых вод) - карта, на которой отображается положение зеркала грунтовых вод в виде гидроизогипс. 13 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 8.2.1 Поверхностные воды на территории Narva karjäär Поверхностные воды представленны р. Mustajõgi, р. Нарва, сетью каналов и прудовотстойников для удаления производственных сточных вод предприятия Narva karjäär. Состояние почвы и поверхностных вод в районе сланцевого месторождения хорошее. Остаточного загрязнения на зафиксированно. Откачиваемая из Narva karjäär производственная сточная вода направляеться через пруды отстойники в реку Нарва, где весь водосброс в реку осуществляеться ориентировочно на 900 метров ниже по течению от городского водозабора г. Нарва. Водосброс выше по течению от городского водозабора ликвидорован, что является очень позитивным фактором. [4, lk. 22] Выпуск карьерной воды в в реку Нарва практически не оказывает влияние на на физико – химический состав речной воды, так как количества потоков не сравнимы. В 2000..... 2002 годах суммарный годовой сток карьерной воды из Нарвского карьера был до 48 млн м 3/г или 1,52 м3/с, причем часть воды поступила в р. Нарва также через ручей Metsaküla. Средний водоток реки Нарва в устье составляет примерно 400 м3/с и за год в Финский залив впадает через реку Нарва около 12,5 км3 воды. Ожидаемое количество воды из подготавливаемого к открытию OÜ Merko Kaevandused карьера Narva Põlevkivi karjäär 2 будет составлять по предварительной оценке около 369 – 750 м3/ч взависимости от времени года и объемов инфильтрационных вод из реки Нарва и болотного заповедника Пухату. [4, lk. 22] Карьерная вода не влечет за собой опасности для жителей водоемов (фитопланктона и рыбы). Существенно большую опасность для качества воды в реке Нарва представляет вода из отстойников, расположенных на территории зольных гор Эстонской и Балтийской электростанций. [4, lk. 23] 8.2.2 Атмосферный воздух на территории Narva karjäär На состояние атмосферного воздуха в пределах горного отвода Narva karjäär больше всего оказывают влияние относительно недалеко расположенные Эстонская и Балтийская электростанции (Нарвские электростанции). В более ранние времена (ранее 1993 года) на регион оказывали сильное воздействие такие загрязнители, как сланцевая летучая зола и диоксид серы (SO2), состояние хвойных деревьев на территории отвода AS Narva karjäär было относительно плохим, были уничтоженны болотные мхи и лишайники на стволах SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 деревьев. В настоящее время загрязнение воздуха существенно снизилось, причем максимальный уровень загрязнения летучей золой находиться в пределах 100 ..... 200 мг/м3, что ниже разрешенного уровня загрязнения атмосферного воздуха (ПДК = 500 мг/м3); аналогично в разрешенных пределах концентрация диоксида серы – максимальная ~ 300 мг/м3 и средне годовая 5....10мг/м3 (разрешенный уровень (ПДК) соответственно 500 мг/м3 и для природных систем 20 мг/м3). В связи с реновацией котлов Нарвских электростанций (использование кипящего слоя при сжигании сланца) и установкой новых эффективных электрофильтров уровень загрязнения на близлежайших территориях будет снижен еще существеннее чем это было уже сделанно. Удаленные и имеющие небольшую мощность источники загрязнения (локальные котельные и пр.) влияют на уровень загрязнения воздуха незначительно. [4, lk. 23] 8.2.3 Условия образования и выпуска производственных сточных вод на территории Narva karjäär В рабочую зону карьера вода начинает затекать главным образом из кватернарного (четвертичные отложения) и кейла – кукрузенского водоносных горизонтов. Возникает необходимость откачки и удаления этой воды из рабочего забоя карьера. Среднегодовой приток воды, который необходимо откачивать для нормальной работы оборудования и обслуживающего персоонала по данным 2003 года составил 5958,44 м3/ч. [4.lk. 38] Вода попавшая в карьер собираеться в добычных траншеях и формирует карьерную воду. Для удаления собранной в добычных траншеях воды создаются закрытые дренажные канавы с помощью буровзрывных работ. Рис. 81 Рис.8.2 Закрытая канава проходящая на дну карьера создаваемая буровзрывными работами без выемки вмещающих скальных пород Расположенный на поверхности земли насосный агрегат для откачки карьерных вод. Под насосом на глубине 30 м. расположен дренажный штрек SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 При создании дренажных канав в слоях известняка, распологающихся ниже слоя залегания пачки сланца А ослабляется в некоторой степени относительная водонепроницаемость водостойкого слоя, который защищает залегающий ниже ласнамяэкундаский водоносный горизонт от возможного загрязнения с земной поверхности через кейла-кукрузенский водяной горизонт. Необходимо соблюдать правило, что водостойкий слой нельзя повреждать ни в коем случае больше, чем на 25 % от его толщины, в противном случае последний потеряет большую часть своих защитных возможностей, а также увеличится количество выкачиваемой из карьера воды. В следствии этого при осуществлении работ в карьере необходимо избегать случайных загрязнений почвы во избежании его распространения на ласнамяе-кундаский водоносный горизонт. [4.lk. 52] Закрытые дренажные канавы отводит воду в дренажные штреки, откуда карьерная вода откачивается в расположенные на поверхности земли водоотводящие канавы, по которым вода поступает на очистку производящуюся в прудах-отстойниках под действием гравитационных сил. После очистки в прудах-отстойниках, вода направляеться в канавы, впадающие в р. Нарва. Место выпуска воды в р. Нарва, как уже было сказанно выше, распологается ниже по течению относительно того места где осуществляется водозабор для города Нарва. [4.lk. 38] Вода выкачиваемая из карьера принадлежащего Narva karjäär жесткая, сульфатизированная и содержит взвешанные вещества, которые состоят в основном из очень мелких фракций породы. [4.lk. 38] Характеристики выкачиваемой карьерной воды из работающего Narva karjäär следующие: Жесткость – 9.....11 мг-экв/л Содержание сульфатов до 500 мг/л Количество взвешанных веществ в неочищенной воде (до прудов-отстойников) до 120 мг/л Высокое содержание сульфатов в откачиваемой карьерной воде сильно отличается от содержания сульфатов в шахтной воде из подземных выработок. [4.lk. 38] На выходе из прудов-отстойников содержание взвешенных частиц состовляет 5 – 10 мг/л, что не превышает природный фон взвесей, а также нормативов установленных волостной управой и разрешением на специальное водопользование выданное предприятию AS Narva karjäär. [4.lk. 38] SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 8.2.4.Влияние депрессионной воронки на близлежащие территории Деятельность горнодобывающего предприятия оказывает воздействие на гидрогеологическую динамику не только на территории подверженные непосредственной разработке, но и на близлежащие площади. Размеры этих площадей зависят от залегающих пород на территории ведения горных работ, глубины разрабатываемого месторождения, от обводненности данного рельефа местности и его формы, режима и направлениях течения грунтовых вод и прочих факторов. [4.lk. 51] В результате деятельности Narva karjäär наблюдается снижение уровня подземных вод на южной границе горного отвода, которое достигает нижних слоев сланца и поднимается в южном направлении до природного уровня на удалении 2.......3 км. от настоящего фронта ведения горных работ Narva karjäär. [4.lk. 51] Таким образом влияние карьера на кейла-кукрузенский водоносный горизонт неизбежно. На лицо понижение уровня воды и влияние на соседние площади, однако оно не очень большое и восстановление произойдет относительно быстро после закрытия карьера. Следует иметь ввиду, что чем больше ход горных работ вторгается в ласнамяе-кундаский водоносный горизонт, тем больше может сформироваться депрессионная воронка грунтовых вод. [4.lk. 53] 9. Общие требования для методов очистки сточных вод сланцевых шахт и карьеров Загрязненные сточные воды перед повторным использовонием или выпуском в природные водоемы должны подвергаться очистке, способ и степень которой зависят от характера и степени загрязненности, объемов сточных вод, характера их последующего использования, условий выпуска в водные объекты и т.д. Многообразие состава и свойств сточных вод нараяду с разнообразными требованиями к качеству их очистки требуют примененния различных технологических схем очистки, обеспечивающих необходимую степень очистки и экономичность. Технология очистки сточных вод в условиях шахт и карьеров должна, как правило, включать: 1. осветление; 2. обеззараживание; 3. обработка осадка. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В зависимости от исходной концентрации взвешенных веществ осветление сточных вод может производится в одну или две ступени. Наиболее предпочтительными технологическими схемами очистки шахтных вод являются: 1. с применением прудов-отстойников; 2. с применением скорых фильтров; 3. с использованием осветлителей со взвешенным слоем осадка; 4. с использованием тонкослойных отстойников; 5. с использованием выработанного пространства; 6. с использованием фильтров с восходящим потоком; 7. с использованием виброфильтров. Технологические схемы с применением прудов-отстойников являются наиболее простыми и наиболее подходящими для осветления вод с хорошими седиментационными свойствами т.е. осаждение в них происходит без добавления реагентов. Прудыотстойники могут быть как одиночными, так и в виде каскада. Кроме того, прудыотстойники чаще всего применяются в качестве первой ступени очистки в большенстве технологических схем. Недостатком применения прудов-отстойников является потребность в больших свободных территориях. Поэтому в стесненных условиях предпочтительными являются схемы с тонкослойными отстойниками. В Эстонии для очистки сточных шахтных и карьерных вод используются как правило только пруды-отстойники, перед сбросом воды в природные водоемы. Выбор технологической схемы очистки сточных вод производиться на основании исходных данных для проектирования очистных сооружений путем сопоставления их с характеристиками технологических схем. В состав исходных данных для проектирования очистных сооружений должны быть включены: 1. объем и суточный режим откачки сточных вод; 2. физико-химический состав сточных вод; 3. потребление очищенных и неочищенных сточных вод; 4. требования контроллирующих органов к сбросу и потреблению сточных вод; 5. характеристики водных объектов, предназначенных для приема сточных вод; 6. результаты технологических исследований сточных вод и образующегося осадка. Режим откачки сточных вод или поступление их на очистные сооружения должен быть равномерным. В противном случае нужно применять усреднители больших объемов. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Физико-химический состав сточных вод определяется не менее чем по 3 анализам. Конценрация взвешенных веществ определяется по результатам анализов шахтных вод в течении года, предшествующего сроку выдачи задание на проектирование. Кроме взвешенных веществ, к числу показателей физико-химического состава сточных вод относятся нефтепродукты, рН, жесткость, минерализация, хлориды, сульфаты, БПКполное, коли-титр и т.д. [7] 9.1. Происхождение шахтных вод Существует несколько гипотез о происхождении шахтных вод. В настоящее время является общепризнанным, что подземные воды на глубине горных выработок образуются за счет атмосферных осадков и поверхностных вод. Горные породы насыщаются водой и образуют напорные и безнапорные водоносные горизонты. Подземные воды, накапливающиеся на первом от поверхности водоупорном слое горных пород, заполняющие поры рыхлых грунтов, трещины коренных или скальных пород, относят к грунтовым водам. Они имеют свободную водную поверхность (рис. 1.1., скв. 1). Ниже располагаются водоносные горизонты, заключенные между водоупорными пластами, частично или полностью изолированными один от другого. Межпластовые воды могут быть как напорными (скв. 3), так и безнапорными (скв. 2). Рис. 8.3. Распределение воды в толще горных пород: ав – зона аэрации; вг – зона капиллярного поднятия; гд – зона насыщения; гг – линия зеркала грунтовых вод; вв – линия капиллярного поднятия; бб – «верховодка»; 1, 2, 3 – скважины; 4 – водопроницаемые породы; 5 – грунтовые воды; 6 – водоупор; 7 – межпластовые воды SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В водопроницаемых отложениях зоны аэрации часто встречаются линзы водоупорных пород, на которых могут скапливаться воды при инфильтрации атмосферных осадков и внутригрунтовой конденсации. Эти воды характеризуются небольшими запасами, меняющимися в зависимости от количества атмосферных осадков, и носят название «верховодка». По характеру водосодержащей среды подземные воды классифицируются на поровопластовые, трещинно-пластовые, трещинные и карстовые. Порово-пластовые воды приурочены, как правило, к рыхлым несвязанным грунтам (песок, гравий, галечник). Трещинно-пластовые воды циркулируют в основном по трещинам пластов, в кровле и почве которых находятся слабоводопроницаемые породы. Коллекторами подземных вод могут быть также и угольные пласты, подверженные кливажным и тектоническим трещинам. Трещинные воды распространены в районах, сложенных скальным комплексом осадочных пород, претерпевших значительные тектонические воздействия. Трещинные воды, обладающие напором, относят к жильным водам. При выветривании карстовых пород образуются карстовые воды. Гидрогеологические условия различных шахтных полей характеризуются многообразием сочетания различных типов вод, что усложняет разработку месторождений. С целью создания нормальных условий эксплуатации шахт организуется водоотливное хозяйство, при помощи которого производится осушение горных выработок. 9.2. Притоки воды в шахты Под шахтными водами принято понимать все воды, проникающие в выработанное пространство и проходящее через водоотливное хозяйство шахты. В процессе эксплуатации месторождений полезных ископаемых происходит дренирование горными выработками основных водоносных горизонтов продуктивной толщи. Величина водопритока в шахты зависит от ряда факторов, обусловливаемых главным образом геологическими, гидрогеологическими и климатическими особенностями месторождения, степенью разветвленности речной сети в его пределах, а также способом подготовки шахтных полей. В массиве, затронутом горными работами, породы часто перемещаются с нарушением сплошности напластования, и в зависимости от мощности, глубины залегания и угла падения пластов сдвиг пород может вызвать повышение притоков воды в шахту. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Величина притоков воды на большинстве шахт не остается постоянной в течение года. Заметное увеличение притоков (до 1,5-2 раз) наблюдается в весенний период, что связано с таянием снега, и в период интенсивного выпадения дождей. Превышение максимальных притоков над нормальными притоками тем больше, чем меньше глубина разработки и теснее связь подземных водоносных горизонтов с поверхностными водами. Продолжительность периода максимальных притоков невелика и обычно не превышает 20-30 суток. Водообильность шахт определяется гидрогеологическими условиями месторождения, глубиной разработки, схемой вскрытия и отработки шахтного поля, системой разработки, способом управления кровлей и другими горно-геологическими и горнотехническими факторами. Притоки воды в шахту в зависимости от этих факторов изменяются в очень широких пределах от 10 до 4000 м3/ч, а коэффициент водообильности – от 0,5 до 20 м3/ч. однако большая часть шахт имеет притоки воды от 100 до 500 м3/ч. водопритоки свыше 1000 м3/ч встречаются как исключение лишь в отдельных шахтах. Обводненность месторождений характеризуется коэффициентом водообильности Кв, который представляет собой отношение количества выкачиваемой на поверхность воды в кубических метрах (Q, м3) к количеству добытого ископаемого в тоннах (Т, т) за тот же промежуток времени (Кв = Q / Т). В зависимости от гидрогеологических условий шахтного поля прогноз притока воды в горные выработки может осуществляться различными методами: аналитическим, балансовым, гидрогеологической аналогии, гидродинамического и электрогидродинамического моделирования. В пределах освоенных месторождений для предварительного суждения о степени обводненности горных выработок применяется обычно метод гидрогеологической аналогии. Так, прогноз обводненности намечаемых к строительству шахт может быть произведен по коэффициентам водообильности действующих шахт с аналогичными гидрогеологическими условиями по формуле: Q = Кв · Т / 24 м3/ч, где Т – производительность шахты-новостройки, т/год. При этом необходимо учитывать также уровень механизации проектируемых и действующих шахт, так как коэффициент водообильности не является постоянной величиной и зависит от степени оснащения ископаемого забоя машинами и механизмами. При росте производительности труда рабочего, коэффициент водообильности будет снижаться, в то время как общий водоприток может даже увеличиваться. В зависимости от водообильности вмещающих пород месторождения полезных ископаемых подразделяются на три типа и в пределах каждого типа – на несколько групп. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Первый тип – месторождения, в геологическом разрезе которых преобладают плотно сцементированные (скальные) породы.. Для таких пород характерна развитая трещиноватость, однако в эксплуатируемых месторождениях вследствие дренажа в трещинах не происходит накапливание воды. Второй тип – месторождения, в геологическом разрезе которых преобладают рыхлые, несцементированные осадочные (обломочные) породы. Месторождения этого типа обладают сравнительно высокой водообильностью, которая обусловлена литологическим составом пород почвы и кровли пластов и характеризуется случаями прорыва в выработки вместе с водой песчано-глинистых пород. Третий тип – месторождения, в геологическом разрезе которых значительное место занимают карстующиеся породы (галоидные, карбонатные, магнезиальные, сернокислые). Такие месторождения обычно обладают наибольшей водообильностью. Притоки воды в выработки могут достигать здесь нескольких сотен и даже тысяч кубических метров в час. Классифицируя месторождения по степени обводненности, помимо названных трех типов обводненности, выделяет еще четвертый тип месторождений, залегающих в условиях вечной мерзлоты. В этом случае создается определенная опасность для месторождений, расположенных вблизи водоемов, так как мерзлотный слой может быть разморожен струями подземных и поверхностных вод. Величина водопритока зависит также от гипсометрического расположения шахтного поля относительно местного базиса дренажа и находится в прямой зависимости от количества атмосферных осадков. 9.3. Формирования водопритоков шахт Эстонии Режим подземных вод Эстонского месторождения определяется количеством атмосферных осадков, годовыми сезонами и характеризуется двумя максимумами – весенним и осенним – и двумя минимумами – летним и зимним. Воды ордовикского комплекса Эстонского месторождения пресные, средней минерализации (сухой остаток колеблется от 350 до 800 мг/л), а общая жесткость достигает 20°. По составу эти воды относятся к гидрокарбонатным – магниевокальциевым. Однако вблизи тектонических и карстовых нарушений, отличающихся повышенным содержанием сульфидов, способных к окислению, состав вод изменяется на сульфатно-гидрокарбонатный магниево-кальциевый с минерализацией до 3000-5000 мг/л. Пополнение запасов вод ордовикского и других комплексов осуществляется за счет атмосферных осадков, аккумулируемых в песчано-глинистых четвертичных отложениях. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Особенно большие запасы воды накапливаются в погребенных долинах и других местах понижения рельефа. Эстонские месторождения горючих сланцев являются одними из обводненных. Коэффициент водообильности действующих шахт и разрезов, представляющий объем откачиваемой насосами из горных выработок воды на 1 т добытого сланца, колеблется в очень широких пределах – от 2 до 40 м3/т. Основными источниками обводнения Эстонских сланцевых шахт и разрезов являются поверхностные и часть подземных вод ордовикского комплекса, расположенных выше и ниже промпласта горючих сланцев. Притоки воды в горные выработки зависят от глубины и площади разработки, сезонов года и также характеризуются двумя максимумами (весной и осенью) и двумя минимумами (зимой и летом). Среднесуточные осенние максимумы обычно ниже весенних, а летние минимумы выше зимних. Величины притоков воды в горные выработки находятся в прямой зависимости от числа и водообильности водоносных горизонтов, площади отработанного пространства и обильности атмосферных осадков. Прогноз притоков воды в горные выработки может выполняться различными методами – гидрогеологических аналогий, балансовым, аналитическим, математического и физического моделирования. Наиболее простым является определение прогноза обводненности намеченных к строительству шахт и разрезов по коэффициенту водообильности действующих горнодобывающих предприятий с аналогичными гидрогеологическими условиями: Qч = Кв · Рсут / 24, где Qч – часовой приток воды в горные выработки, м3/м; Рсут – объем суточной добычи шахты или разреза, т. Анализ данных многолетних наблюдений за притоками воды в действующие шахты показывает, что они зависят от площади выработанного пространства или периметра этой площади, глубины разработок и их расположения по отношению к соседним шахтам и карстовым нарушениям. На основании такого анализа установлена аналитическая зависимость удельных водопритоков в эстонские шахты от площади выработанного пространства: qп = 1 / √ S · a, где qп – удельный приток воды в шахту; S – площадь выработанного пространства; а – коэффициент, равный 313 при определении максимальных водопритоков; 60 – средних; 32 – нормальных; 16 – минимальных. Установлены также эмпирические формулы расчета ожидаемых притоков воды для условий проектирования аналогичных шахт: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Qmax = 0,208 · P – 185; Qcp = 0,085 · P – 70 Qнорм = 0,66 · Р – 53; Qmin =0,044 · Р – 40, где Qmax, Qcp, Qнорм, Qmin – максимальные, средние, нормальные и минимальные притоки воды; Р – периметр выработанной площади S. Последний может быть определен по формуле: Р ≈ 3,55 √ S. Анализ данных многолетних наблюдений показывает также, что в первые годы эксплуатации шахт отмечается обычно наличие жесткой зависимости между ростом объемов водопритоков в горные выработки и увеличением их площади. Затем, начиная с 6-10 года эксплуатации, влияние увеличения отработанной площади несколько снижается из-за истощения водоносных горизонтов кровли и основное влияние на объем водопритоков оказывают метеорологические факторы – атмосферные осадки. Балансовые расчеты по Эстонскому месторождению показывают, что общий приток воды в шахты составляет 30-35 % от объема атмосферных осадков, выпадающих в зоне влияния шахтного водоотлива. Годовые водопритоки распределяются по сезонам следующим образом: 20 % относятся к зимнему периоду (декабрь-февраль), 29 % - к весеннему (мартмай), 27 % - к летнему (июнь-август), 24 % - к осеннему (октябрь-ноябрь). 9.4. Формирование химического состава подземных вод Состав подземных вод и факторы, влияющие на его изменение, отражаются вертикальной геогидродинамической зональностью, согласно которой подземные воды разделяются по глубине на три зоны. В верхней зоне – зоне активного водообмена – распространены в основном грунтовые воды, образующиеся в результате инфильтрации поверхностных вод. Иногда эта зона простирается на глубину до 300 м и включает артезианские воды при наличии между водоносными горизонтами активной циркуляции воды. Минерализация подземных вод зоны зависит от таких факторов, как климат, состав горных пород, рельеф местности и отражается широтной зональностью грунтовых вод. В районах с избыточным увлажнением горных характеризующейся выработок, окислительной расположенных средой, обычно на небольшой глубине, встречаются пресные, гидрокарбонатные воды, переходящие с глубиной в гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатно-гидрокарбонатные. В засушливых районах солесодержание грунтовых вод повышается за счет проникновения вглубь вместе с редкими осадками солей, образовавшихся в почве в процессе испарительной концентрации. Грунты здесь не SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 промыты, что обуславливает ухудшение условий водообмена и формирование вод сульфатного и хлоридного классов. Средняя зона характеризуется медленным водообменом, восстановительной средой и отражает свойства верхней и нижней зон. В этой зоне встречаются воды I, II и III типов. Вследствие большого удаления от областей питания подземные воды, заполняющие породы горных пород, обладают значительной минерализацией. Эта зона распространяется до глубины 500-600 м, а при наличии тектонических нарушений достигает 1000 м и более, где встречаются и области с застойным водным режимом. В зависимости от гидрогеологических условий горными выработками на такой глубине могут быть вскрыты сульфатные, натриево-кальциевые или гидрокарбонатные натриевые воды, переходящие в хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, а также высокоминерализованные воды, переходящие в рассолы. Эти воды образуются в результате смешения инфильтрационных вод с водами, содержащимися в засоленных толщах морских осадков. Нижняя зона характеризуется застойным водным режимом и, как следствие, хлоридными водами, имеющими концентрацию рассолов. Крайняя сложность явлений, сопровождающих процесс формирования химического состава шахтных вод, обуславливается совокупным действием различных факторов, основными из которых являются литолого-минералогический состав горных пород, условия питания водоносных горизонтов и интенсивность водообмена, климат, антропогенные факторы и др. До поступления в шахту химический состав подземных вод формируется, как было показано выше, под влиянием солей, вымываемых при инфильтрации поверхностных вод. Инфильтрующиеся в горные породы поверхностные воды содержат углекислоту и кислород. Наличие в воде свободной углекислоты увеличивает растворимость карбонатов кальция и магния. Процесс выщелачивания полевых шпатов и алюмосиликатов водой, содержащей свободную углекислоту, происходит сравнительно медленно. При этом остается нерастворимым осадок в виде каолинита, иллита, монтмориллонита и других, а вода обогащается карбонатами щелочных элементов. В хорошо растворимых породах (гипс, галит, мирабилит) формируются минирализованные воды. С повышением минерализации воды увеличивается содержание сульфатов. В водах высокой минерализации преобладают хлориды. Источником ионов хлора в воде является галит. В процессе контакта подземных вод с горными породами происходит вытеснение катионов поглощающего комплекса пород катионами, находящимися в воде. При наличии гидравлической связи ионный обмен может происходить также между водами различных SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 водоносных горизонтов. Смешение гидрокарбонатно-натриевых вод с сульфатнокальциевыми приводит к образованию сульфатно-кальциевых вод (Ca2+ + SO42-) + 2(Na+ + HCO3-) → CaCO3↓ + H2O + CO2↑ + (2 Na+ + SO42-). Смешение сульфатно-кальциевых вод с хлоридно-натриевыми протекает с уменьшением в этих водах общего содержания сульфата кальция в результате его выпадения в осадок. Дальнейшая метаморфизация ионно-солевого состава подземных вод происходит под действием кислорода воздуха и содержащихся в полезном ископаемом растворимых солей. Свойства и химический состав подземных вод ископаемых месторождений изменяются с началом их промышленного освоения. 9.5. Классификация шахтных вод Большое разнообразие химического состава шахтных вод вызывает необходимость их классификации по химическому составу, так как выделение типов воды облегчает оценку ее питьевых, технических и ирригационных качеств, а также свойств, оказывающих отрицательное влияние на поверхностные и подземные водные источники. Суммарное содержание растворенных солей в шахтных водах находится в значительных пределах (500-50000 мг/л) и поэтому представляется необходимым разделить весь диапазон минерализации на отдельные интервалы применительно к характеристике шахтных вод различных месторождений, их использованию в ирригационных целях, технического водоснабжения или отвода в водоемы, выбору схем деминерализации или отнесению к разряду рассольных. Наиболее приемлемой считается следующая классификация шахтных вод: Воды Минерализация, г/л Пресные ……………………………………. до 1 Слабосолоноватые ………………………… 1-3 Солоноватые ……………………………….. 3-5 Сильносолоноватые ……………………….. 5-10 Соленые ……………………………………. 10-25 Сильносоленые ……………………………. 25-50 Рассолы …………………………………….. свыше 50 SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Природные воды делятся по преобладающему аниону (по эквивалентам) на три класса: гидрокарбонатный и карбонатный (НСО3- + СО32-), сульфатный (SO42-) и хлоридный (Cl-). Эта классификация сочетает принцип деления по преобладающим анионам и катионам с делением по количественному соотношению между ними. Каждый класс, в свою очередь, делится по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа подразделяется на четыре типа, которые определяются соотношением между ионами в эквивалентах: I – HCO3- > Ca2+ + Mg2+; II - HCO3- < Ca2+ + Mg2+ < HCO3- + SO42-; III - HCO3- + SO42- < Ca2+ + Mg2+, или Cl- > Na+; IV – HCO3- = 0. Следует отметить, что, несмотря на простоту и логическую последовательность изображения классификации вод, она не может отразить всего многообразия вод, встречающихся в природе. При этом лишь находят отражение преимущественно встречающиеся воды и представляющие определенный интерес. 9.6. Состав и свойства шахтных вод Шахтные воды отличаются большим разнообразием химического состава, непригодны для питья и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной обработки. Загрязнения шахтных вод делятся на минеральные, органические и бактериальные. К минеральным загрязнениям относятся песчаные и глинистые частицы, минеральные включения углей (кварц, пирит, карбонаты и др.), инертная пыль, а также содержащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кислоты. К числу основных загрязнений, наличие которых в шахтных водах непосредственно связаны с горными работами, относятся взвешенные вещества (ВЗВ), нефтепродукты, бактериальные примеси. Обогащение этими загрязняющими веществами происходит в процессе движения их по горным выработкам и выработанному пространству шахты. Органические загрязнения представлены частицами чистого полезного ископаемого, минеральными маслами, применяемыми для смазки горных машин и механизмов, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 продуктами жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и другими, основной составной частью которых является углерод (органический). Нерастворимые включения находятся в воде в виде грубодисперсных взвесей с размером частиц более 100 мкм, а также суспензий и коллоидных взвесей с размером частиц соответственно от 100 до 0,1 и от 0,1 до 0,001 мкм. Бактериальные загрязнения шахтных вод представлены различными микроорганизмами, среди которых наиболее распространены плесневые грибы, микробы кишечной группы и др. Шахтная вода обычно не имеет запаха, однако иногда затхлый неприятный запах придает ей растворенный сероводород или разлагающиеся органические вещества. Температура воды в зависимости от географического расположения шахт и глубины разработки колеблется в пределах 6-25 °С. Цвет воде придают растворенные и взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ в воде изменяется в широких пределах. Концентрация взвешенных веществ в выдаваемых на поверхность шахтных водах варьирует от 30 до 2000 мг/л. Степень загрязнения взвешенными веществами зависит от гидрогеологических условий шахтного поля, физико-механических свойств ископаемого и вмещающих пород, технологии и интенсивности ведения очистных и подготовительных работ и других факторов. Привкус шахтной воде придают в основном растворенные минеральные соединения, газы и другие вещества. Распространенный солоноватый привкус объясняется присутствием хлористого натрия. При наличии в воде сульфатов магния и кальция она приобретает горький привкус, ионы железа придают воде неприятный вкус, а органические вещества – сладковатый. Из микроэлементов в шахтных водах распространены титан, мышьяк, никель, бериллий, цинк, кадмий, железо, медь, стронций, ванадий, хром, кобальт, галлий, свинец, молибден, серебро, олово, сербма, барий, теллур, марганей, висмут и др. Спектральные анализы показывают, что содержание отдельных микроэлементов в шахтных водах превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК), что вызывает необходимость проводить оценку возможности отвода стоков в водоемы с учетом их разбавляющей способности. Физико-химический состав шахтных вод весьма разнообразен, что обусловлено различием состава подземных вод водоносных горизонтов. Степень кислотности шахтных вод обуславливается присутствием свободной серной кислоты и характеризуется концентрацией водородных ионов (рН). По величине рН шахтные воды условно делятся на 3 класса: нейтральные (рН = 6,5-8,5), кислые (рН < 6,5) SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 и щелочные (рН > 8,5). Основной объем шахтных вод относится к классу нейтральных. Кислые шахтные воды встречаются относительно редко в отдельных угольных бассейнах и месторождениях, объем их не превышает 5 % общего объема шахтных вод. Доля щелочных шахтных вод так же, как и кислых, невелика. Кроме того, щелочные воды в отличие от кислых не представляют большой опасности для водоемов. По степени минерализации шахтные воды, как и природные, делятся на пресные (с минерализацией до 1 г/л), солоноватые (1-25 г/л), соленые (25-50 г/л) и рассолы (свыше 50 г/л). Примерно половина общего объема шахтных вод относится по степени минерализации к пресным, а другая половина – к солоноватым. Шахтные воды с высокой минерализацией, относящиеся к категории соленых вод и рассолов, встречаются редко. Преобладающими ионами являются кальций, магний, натрий, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты и карбонаты. Жесткость шахтных вод. Различают жесткость общую, карбонатную и некарбонатную. Общая жесткость шахтных вод определяется природой подземных вод водоносных горизонтов, вскрытых горными работами, и колеблется в широком диапазоне. Высокой жесткостью (свыше 7 мг·экв/л) характеризуются обычно шахтные воды с повышенной общей минерализацией и часть пресных шахтных вод. Наиболее характерные значения общей жесткости находятся в пределах 5-30 мг·экв/л. Общая жесткость характеризуется присутствием в воде солей кальция и магния – Ca(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2 и MgCl2, Mg(HCO3)2. Карбонатная жесткость характеризуется наличием карбонатов кальция и магния, выпадающих в осадок при кипячении - Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Некарбонатная жесткость обуславливается присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния. Рассмотренные выше показатели физико-химического состава шахтных вод обусловлены природой тех подземных или поверхностных вод, которые имеют решающее значение в формировании водопритоков; на величину этих показателей горные работы практически влияния не оказывают. Органические загрязнения шахтных вод можно охарактеризовать перманганатной или бихроматной окисляемостью (ХПК), а также биохимической потребностью в кислороде (БПК). Окисляемость является показателем загрязненности воды органическими веществами и выражается количеством кислорода в миллиграммах, затрачиваемого на окисление этих веществ в 1 л воды в определенных условиях. В зависимости от степени изоляции SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 шахтных вод от попадания в них органических загрязнений величина их окисляемости колеблется в значительных пределах. В связи с увеличением количества трудноокисляемых загрязнений в производственных сточных водах широкое распространение получил метод определения химического потребления кислорода (ХПК) с использованием в качестве окислителя бихромата калия, по которому получают наиболее полную оценку находящихся в сточных водах органических соединений. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) шахтных вод определяется количеством кислорода, расходуемым на окисление нестойких органических веществ за определенный промежуток времени (в течение пяти суток БПК5 и двадцати суток БПК20) и выражается в мг/л О2. Показатели биохимической потребности в кислороде шахтных вод весьма разнообразны даже а пределах одного бассейна. Азотная группа. Наличие азота аммонийных, нитритных и нитратных ионов в шахтных водах указывают на загрязнение воды продуктами распада растительного и животного происхождения. При биохимическом распаде азоторганических соединений регенерирует в минеральные формы. Конечным продуктом распада являются ионы аммония, которые могут быть окислены в нитриты и нитраты. В подземных водах содержание NH4+ составляет сотые, реже десятые доли миллиграммов на литр. Поэтому повышенное содержание NH4+ указывает на загрязнение воды органическими примесями. Причем присутствие ионов NH4+ и NО2- свидетельствует о свежем загрязнении. Присутствие иона NО3- показывает, что загрязнение произошло давно и вода подверглась самоочищению. Наличие нитратов в очищенной шахтной воде указывает на достаточно полную ее очистку от органических загрязнений. В шахтных водах, как правило, азот в виде нитратов и аммиака находится в небольших количествах. Бактериальное загрязнение шахтных вод обусловлено наличием в них большого количества микроорганизмов, что является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых организмов. Это создает благоприятную среду для развития бактерий, среди которых могут быть патогенные – вредные для организма человека, возбуждающие различные желудочно-кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерия и т.д.). Степень загрязнения шахтных вод оценивается микробиологическими показателями. 1. Коли-титром – количеством воды (в миллилитрах), в котором обнаруживается одна кишечная палочка 2. Коли-индексом – количество кишечных палочек, находящимся в 1 л исследуемой воды. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 3. Микробным числом – общим количеством микробов в 1 мл воды. Природные воды по степени бактериальной загрязненности подразделяются на пять видов. Вода Сильнозагрязненная Коли-индекс Коли-титр, мл свыше 10000 0,1 Загрязненная 1000 1 Слабозагрязненная 100 10 Удовлетворительная 10 100 Хорошая менее 3 333 Весьма редки случаи, когда коли-титр шахтных вод находится в пределах 10-100 мл. Обычно он составляет 0,01-0,001 мл и менее. Однако шахтные воды редко бывают инфицированными и поэтому имеют меньшую опасность в эпидемиологическом отношении по сравнению с бытовыми сточными водами. 10. Требования к качеству шахтных вод при их использовании в технических целях 10. 1. Классификация и требования к качеству используемых вод Очищенные шахтные воды используются в процессе сланцедобычи для нужд комплексного обеспыливания, включающее нагнетание воды в пласт с целью дегазации и предотвращения внезапных выбросов газа и пыли, а также интенсивного пылеподавления в процессе разработки; устройства водяных заслонов на входящей и исходящей струях забоев, пластов или крыльев шахт; для орошения забоя при работе очистных и подготовительных комбайнов, а также транспортных средств; при бурении дегазационных скважин и шпуров с промывкой; на обмывку стенок основных и вспомогательных выработок для предупреждения и локализации взрыва сланцевой и породной пыли. Кроме того, значительный объем шахтной воды необходим поверхностным комплексам шахт и обогатительным фабрикам. Одним из аспектов водопользования шахт и разрезов является водопотребление, т. е. использование требуемого качества для определенных нужд. Различают три основных направления водопотребления на шахтах и разрезах: 1) на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды; 2) на производственные, или технические нужды; 3) на нужды пожаротушения. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Качество используемой воды характеризуется совокупностью физических, химических, биологических и бактериологических показателей, определяющих ее пригодность для использования в различных направлениях. Общими требованиями к качеству используемых вод являются: 1. отсутствие отрицательных органолептических свойств; 2. безвредность для здоровья людей; 3. отсутствие вызывающих свойств, коррозию ухудшающих оборудования, качество солевые выпускаемой отложения продукции либо или биологическое обрастание. В зависимости от назначения воды разделяются на питьевую, свежую техническую, оборотную и последовательно используемую. Питьевая вода должна отвечать требованиям и предназначена в основном для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд. В некоторых случаях питьевая вода используется и для производственных нужд, например, для пылеподавления, выработки теплоэнергии и др. Свежая техническая вода используется только для производственных нужд. К ней относятся и попутно извлекаемые при добыче полезных ископаемых шахтные и карьерные воды. Оборотная или циркуляционная вода предназначена для многократного использования в технологических процессах после периодической очистки, охлаждения или других способов нормализации ее качества. Последовательно используемая вода предназначена для поочередного применения ее в нескольких технологических процессах без промежуточных обработок и последующим за последним процессом сбросом. Техническая вода в зависимости от направления использования разделяется на четыре категории: 1. для охлаждения оборудования и продуктов в теплообменных аппаратах, при котором происходит только нагревание воды без ее загрязнения; 2. для поглощения и транспортировки механических примесей без нагрева, в результате чего вода загрязняется механическими частицами и растворенными веществами (при обогащении полезных ископаемых, гидротранспорте и др.); 3. для поглощения и транспортировки механических и растворенных примесей при одновременном нагреве (при улавливании и очистке промышленных газов, гашении кокса и др.); 4. для растворения реагентов, применяемых в технологических процессах (при очистке сточных вод, флотации и т. д.). Перечень основных требований, предъявляемых к качеству используемой на шахтах и разрезах технической воды, предоставлен в таб. 10.1. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Таблица 10.1. Основные характеристики технической воды Показатели качества воды Для охлаждения Для оборудования и поглоще- продукта (бес ния и Для мойки соприкосновения транспор- котель- ато- с ним) при тировки ных транс- температуре 80- механи- портных 400 °С ческих средств свежая оборот- Для примесей ная Температура, °С 20-25 25-40 не нор- не нор- не нор- мируется мируется мируется Взвешенные вещества, мг/л 20-25 20-30 50-5000 до 5 40-70 Эфирорастворимые, мг/л 10-20 10-20 - - 15-20 Запах, балл до 3 до 3 до3 - до 3 Жесткость, мг-экв/л не нор- не нор- общая до 7,0 до 7,0 мируется 0,02 мируется карбонатная до 2,5 до 2,5 " - " 1,5-3,0 3,5-4,0 " - до 10 Сухой остаток, мг/л 500 до 2000 до 7000 до 1000 до 2000 Хлориды, мг/л 100 250-350 до 1500 - до 350 Сульфаты, мг/л 150 350-500 до 2500 - до 500 Железо общее, мг/л 1,0 0,5-4,0 не нор- - до 4 Щелочность общая, мг-экв/л мируется Окисляемость, мг/л 10-15 10-15 " - до 15 БПК, мг/л 15-20 15-20 " - до 20 Фосфаты, мг/л до 1,5 до 1,5 " - не нормируется В зависимости от способа водоснабжения разделяются на: 1. прямоточные; SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 использования воды системы производственного 2. оборотные; 3. с повторным использованием. В прямоточных системах вся забираемая вода после однократного использования сбрасывается или передается на очистку, за исключением объема безвозвратно расходуемых потерь. Баланс между объемами забираемой (Qз) и сбрасываемой (Qсб) воды при этом выражается в виде: Qсб = Qз – (Qп + Qщл), где Qп – объем безвозвратных потерь воды при производственных процессах; Qщл – объем потерь воды, удаляемой со шламом из очистных сооружений. В системах с последовательным использованием воды этот же баланс представляется в виде: Qсб = Qз – (Qп1 + Qп2 + Qщл), где Qп1,Qп2 – безвозвратные потери в различных производственных процессах. Системы оборотного водоснабжения подразделяются в зависимости от характера используемой воды на: системы с использованием воды в качестве теплоносителя, в которых предусмотрено только охлаждение воды без ее очистки; системы, в которых вода в процессе использования загрязняется и поэтому предусмотрена очистка ее перед повторным использованием; системы, в которых вода в процессе использования как загрязняется, так и нагревается, поэтому перед повторным использованием она подвергается очистке и охлаждению. Для компенсации безвозвратных потерь осуществляется постоянная или периодическая подпитка систем оборотного водоснабжения. Объем подпиточной воды обычно составляет 5-10 % объема воды, циркулирующей в системе. Эффективность использования воды в оборотных системах водоснабжения оценивается следующими критериями: Количеством использованной оборотной воды (Роб) в процентах: Роб = 100 · Qоб / (Qоб + Qпод + Qс), где Qоб – объем оборотной воды, циркулирующей в системе, м3; Qпод – объем подпиточной воды, м3; Qс – объем воды, поступающей в систему водоснабжения с сырьем, м3. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 1. Коэффициентом использования воды, забираемой из источника (Ки): Ки = (Qз + Qс – Qсб) / (Qз + Qс) ≤ 1 2. Безвозвратным потреблением и потерями воды (Рп): Рп = 100 (Qз + Qс – Qсб) / (Qз + Qс + Qсб + Qпосл), где Qпосл – объем воды, используемой последовательно, м3. На шахтах и разрезах обычно применяются прямоточные системы водоснабжения для хозяйственно-бытовых и пожарных нужд, а оборотные – для производственных нужд. 10.2. Основные направления использования сточных вод Около 90 % сточных вод шахт и разрезов приходится на воды, забираемые попутно при добыче полезных ископаемых, которые могут широко использоваться для технического водоснабжения. По согласованию с органами санитарного надзора допускается использование шахтных и карьерных вод для пылеподавления рабочих мест в горных выработках при соблюдении следующих условий: содержание взвешенных веществ – не более 50 мг/л; коли-титр – не менее 300 см3; активная реакция рН – в пределах 6-9,5; полное отсутствие посторонних запахов. Широкое применение шахтные и карьерные воды находят также для пожаротушения, поливки автодорог и газонов, для мойки. Наиболее распространенным является использование шахтных и карьерных вод в системах оборотного водоснабжения обогатительных и брикетных фабрик при мокрых способах обогащения, в системах мокрого пылеулавливания, при гидродобыче и гидрозакладке, для мойки автотракторной техники и т. д. Кроме того, шахтные и карьерные воды находят применение для профилактики самовозгорания и тушения породных отвалов, для борьбы с пылью при бурении скважин, нагнетания вод во вскрышные породы и в пласты угля с целью их увлажнения для снижения интенсивности пылеобразования при ведении выемочных и транспортных работ на карьерах. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Дренажные воды, образующиеся в процессе осушения шахтных и карьерных полей, относятся к чистым, не требующим очистки, и могут использоваться как для хозяйственно-бытовых, так и производственных нужд. Наиболее предпочтительными направлениями их использования для технических нужд являются выработка на их основе тепла, кондиционирования воздуха, производство сжатого воздуха, пылеподавление на рабочих местах и т. д. В связи с тем, что многое шахты и разрезы не могут потреблять всю попутно извлекаемую воду, то одним из рациональных направлений является использование ее для орошения сельхозугодий и рыбоводства в местах с засушливым климатом. Обязательным условием использования шахтных и карьерных вод для этих целей является тщательное исследование их свойств и обеспечение требуемой степени их очистки и обеззараживания. И, наконец, последним направлением использования вод шахт и разрезов является рекреационное, когда на месте горных выработок, в неровностях рельефа и других местах устраивают водоемы для организации зон отдыха. Несмотря на имеющиеся широкие возможности использования шахтных и карьерных вод, большая часть их объема чаще всего пока сбрасывается в гидрографическую сеть с соблюдением условий выпуска, направленных на предотвращение их вредного влияния на природные водные объекты. При этом выпуск очищенных и обеззараженных сточных вод нередко ведет к оздоровлению среды природных водных объектов. Возможность и объем использования шахтных вод определяются: наличием потребителей неочищенной и очищенной шахтной воды и их потребностью в воде; требованиями этих потребителей к качеству воды; притоком и физико-химическим составом шахтных вод; технической возможностью и стоимостью очистки шахтных вод до требуемых кондиций. Основными потребителями шахтных вод являются: технологические процессы на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля; профилактическое заиливание и гидрозакладка выработанного пространства; котельные; борьба с пылью в подземных выработках, на технологических комплексах поверхности шахт и на обогатительных фабриках. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Общие требования к воде, предназначенной для использования на технические нужды, сводятся к следующим: быть безвредной для обслуживающего персонала; не обладать отрицательными органолептическими свойствами; не вызывать коррозии оборудования, аппаратуры, трубопроводов и сооружений; не давать солевых отложений и не способствовать развитию биологических обрастаний; не снижать технико-экономических показателей производственного процесса и не создавать аварийных режимов. 10.3. Потребители очищенной шахтной воды В основном шахтную воду на производстве используют на технологические нужды, на нужды вспомогательного производства, на хозяйственно-бытовые и питьевые нужды. Технологические нужды включают в себя следующие направления водопотребления: пылеподавление и противопожарная защита. В расчетах норм потребления воды на пылеподавление учитывается ее расход: на орошение в процессе выемки угля, при проходке подготовительных выработок, при транспортировке горной массы на пунктах пересыпа и перегрузки, для нагнетания воды в пласт, на устройство водяных завес, а также на осуществление целого ряда вспомогательных производственных операций с использованием воды в незначительных количествах. Водопотребление при пылеподавлении организовано по прямоточной системе. Значения нормативов, а также объемные показатели, определяющие расчетную величину водопотребления по каждому процессу, представлены в таблице10.2 . Таблица 10.2. Нормативы и объемные показатели, определяющие величину водопотребления, на пылеподавление шахт Потребляющие процессы 1 1. Нагнетание воды в пласт SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Ед. Нор- изм. матив Объемный показатель 2 3 4 л/т 25 V1 - объем добычи сланца с нагнетанием воды в пласт, тыс. т. 2.Орошение при выемке сланца из очистных забоев (включает орошение при работе л/т 30 V2 - объем добычи сланца из очистных забоев, тыс. т. механизмами и ручной навалке) 3. Устройство водяных завес при выемке сланца (проходке V3 - годовой фонд времени выработок) взрыванием: работы завес, тыс. мин. одинарных двойных 4. Устройство водяных завес при выемке сланца л/мин 30 л/мин 60 (проходке V4 - годовой фонд времени выработок) взрыванием: работы завес, тыс. мин. одинарных двойных 5. Орошение при ведении подготовительных работ л/мин 30 л/мин 60 V5 м3/м 0,6 выработок, тыс. м. л/т 10 V6 - объем пересыпаемой с объем - проведения (включает орошение взорванной массы при погрузке и орошение при работе проходческих комбайнов) 6.Орошение при конвейерной транспортировке (перегрузка сланца с конвейера на конвейера на конвейер массы конвейер) 7. Орошение сланца, т. на погрузочных л/т 10 пунктах 8. V7 - объем сланца, поступающего Орошение при перегрузке л/т 15 на транспортировку, т. сланца и породы с конвейера в V8 - объем сланца и породы, вагонетки или из вагонеток в скип выдаваемой 9. Пылеподавление поверхностном комплексе пунктах пересыпа на на л/т 8 поверхность, тыс. т. V9 - объем сланца, орошаемого на поверхности пересыпа. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 на в пунктах Потребность в воде для неучтенных процессов (противопожарные водяные заслоны, водяная забойка и водо-распылительные завесы при взрывании, промывка шпуров при бурении бурильными молотками, обмывка выработок перед взрыванием, ежедневная обмывка и орошение в подготовительных выработках, проверка трубопроводов и др.) принимается дополнительно в размере 15 % от расчетной потребности на пылеподавление. Согласно санитарным нормам и правилам по содержанию угольной и сланцевой промышленности для целей орошения должна использоваться вода питьевого качества. В то же время, по согласованию с санитарными органами наряду с питьевой водой может быть использована очищенная и обеззараженная шахтная вода. В расчетах норм потребности в воде на производство теплоэнергии в котельных учитывается ее расход на выпуск теплоэнергии, продувку котла, на водоподготовку и другие собственные нужды котельной. Водоснабжение основного процесса (выработки теплоэнергии) организованно по оборотной системе с возвратом конденсата, вспомогательных процессов – по прямоточной системе. Расчет норм потребности в воде на нужды котельной производится при учете того, что на нужды котельной рекомендуется применять воду, очищенную до требований санитарных органов, на нужды гидрозолоудаления – техническую и шахтных водоотливов. При расчетах следует учитывать, что используется оборотная вода в размере 1,32 м3/Гкал и свежая вода на восполнение потерь в сети (при возврате конденсата в размере 80 %) – 0,35 м3/Гкал. В расчете норм потребности в воде для прочих неучтенных потребителей учитывается ее расход на: геологоразведочные работы, тушение породных отвалов, на капитальное строительство, технологические капитальный нужды и текущий механических ремонт цехов, зданий и сооружений противопожарные шахт, мероприятия (пополнение противопожарных резервуаров, полив лесных складов в летнее время), на биологическую рекультивацию земель, мойку полов конторских и производственных помещений, собственные нужды водопровода и др. Потребность в воде, при расчете норм для прочих потребителей, в соответствии с практикой проектирования водоснабжения, учитывается совместно с расходом воды на плановые потери и утечки в сетях водоснабжения и принимается в размере 15 % от суммарного расхода по учтенным процессам водопотребления. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 При расчете норм потребления воды для хозяйственно-бытовых нужд, работающих на производстве, учитывается ее расход на хозяйственно-питьевые нужды и на приготовление напитков, мытье фляг, душевых, обуви, стирку спецодежды (при наличии собственной прачечной), на полив территории и приготовление пищи в столовых и буфетах, размещенных на территории предприятия. Водоснабжение процессов организовано по прямоточной системе. Значение нормативов для расчета норм и рекомендуемые объемные показатели, определяющие величину водопотребления по процессам представлены в таблице 10.3. Таблица 10.3. Нормативы и объемные показатели, определяющие водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды работающих на предприятии Направление расходования Ед. имз. Нор- Объемный показатель матив 1 2 1.Хозяйственно-питьевые л/чел.- нужды: см. трудящихся, - 3 15 4 V1,2–среднегодовое работающих непосредственно в чел. шахтах пользующегося другие - категории пищи в столовых и буфетах л/блюдо 12 3. Поливка зеленых насаждений, и контингента, 25 Приготовление газонов смен соответствующими услугами. трудящихся 2. - количество цветников территории предприятия V3–количество блюд, приготовляемых за год. на л/м2 на 1 поливку 5,0 V4 – расчетная годовая площадь поливки. 11.Спуск сточных вод 11.1. Требования к условиям спуска сточных вод в водоем В соответствии с действующим законом «Veeseadus» [RT1 1994, 40, 655] использование водных объектов для сброса в них сточных вод допускается только с разрешения органов по охране и использованию водных ресурсов . SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В результате выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водных объектах. Однако это ухудшение не должно оказывать существенного влияния на состояние водных объектов, которое определяется системой нормирования на основе предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных загрязнений, позволяющих разрабатывать технологические и санитарно-технические мероприятия для предотвращения загрязнения и истощения водных объектов. Практика показала, что политика запрещения какого-либо сброса сточных вод в водоемы нереальна и приводит к противоположным результатам. Рациональная точка зрения в области охраны водоемов и мировом масштабе допускает некоторое изменение в них качества воды, не оказывающее отрицательного влияния на здоровье людей и беспрепятственное использование водоемов для различных нужд населения и народного хозяйства. Требования к условиям выпуска сточных вод в поверхностные водные объекты – озера, реки, водохранилища, искусственные каналы, пруды и ручьи – определяются Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, а в моря – Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей. Основные положения сводятся к ограничению выпуска в водные объекты сточных вод, для чего рекомендуется максимально использовать их в оборотных системах водоснабжения, устранять их частично или полностью за счет совершенствования технологии производства или разработки бессточной технологии, использовать сточные воды для орошения в сельском хозяйстве и др. Если невозможно избежать выпуска сточных вод в водные объекты, необходимо расчетным путем установить условия выпуска, при которых гарантируется охрана водных объектов от загрязнения. Водные объекты считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в них претерпели изменения под влиянием производственной или бытовой деятельности, в результате чего они стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования. Критерием загрязненности является ухудшение качества воды в результате изменения ее физических и химических органолептических свойств, появление в ней веществ, вредных для людей, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов, а также повышение температуры, изменяющее условия нормальной жизнедеятельности организмов. Правила предъявляют определенные требования к составу и свойствам воды водоемов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, причем за расчетный принимается створ, расположенный на водотоках в одном километре выше ближайшего по течению пункта водоснабжения, места купания, организованного отдыха SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 и т. д., а на непроточных водоемах и водохранилищах – в одном километре в обе стороны от пункта водопользования. Состав и свойства воды рыбохозяйственных водоемов должны удовлетворять рыбохозяйственным требованиям непосредственно в месте выпуска - при рассеивающем выпуске. При отсутствии такого выпуска - в створе, определяемом в каждом конкретном случае органами рыбоохраны, но не далее чем в 500 м от места выпуска. В водоемах в интервале движения воды от места приема сточных вод до пунктов водопользования происходят процессы самоочищения воды, которые должны завершаться несколько раньше или к моменту приближения смеси потоков к расчетному створу. Этот важный момент учитывается при выполнении расчетов необходимой степени очистки сточных вод перед выпуском их в водоемы. Соблюдения Правил позволяет проявиться способности самоочищения водоемов и водостоков в полной мере, что приводит к снижению затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений, обусловливает сохранение чистоты водоемов и санитарное оздоровление прилегающих объектов. 11.2. Необходимая степень очистки сточных вод при их отведении в водоем 11.2.1. Естественное самоочищение водоемов Наблюдение за состоянием водоемов, находящихся в черте загрязняющего влияния шахт, показывает, что в результате сложных физико-химических и биологических процессов, происходящих в воде, проявляется тенденция постепенного уменьшения внесенных в водоем загрязнений. При этом происходит разбавление шахтных вод, окисление органических примесей, нейтрализация кислот, щелочей и т. д. Влияние совокупности перечисленных факторов приводит, как правило, к снижению, а иногда и к полному исчезновению поступивших характеризующими степень в водоем загрязненности загрязнений. водоема Важными органическими показателями, веществами, являются растворенный кислород и биохимическое потребление кислорода (БПК). Растворенный кислород в воде водоема необходим для жизнедеятельности биоценозов, а также для окисления органического вещества, поступающего в водоем вместе с загрязненными сточными водами и поверхностным стоком. Поступление кислорода воздуха в воду происходит в результате его контакта с поверхностью водоема. С увеличением турбулентности потока вода больше насыщается кислородом. Кроме того, в SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 воду поступает кислород, освободившийся на свету в результате фотосинтеза, т. е. потребления углерода зелеными водорослями и растворенной в воде углекислоты. Органические вещества поглощают кислород и снижают его содержание в воде. Если реаэрация способна восполнять дефицит кислорода при постоянном поступлении в водоем органических загрязнений, не исключена возможность снижения биологической продуктивности водоема. Дефицит кислорода в водоеме D выражают в процентах и долях от насыщения, а также в миллиграммах на литр. Если D = 0, то имеет место полное насыщение воды кислородом при данной температуре. При D = 1 растворенный кислород в воде отсутствует. Процесс растворения кислорода в воде может быть выражен уравнением: Dt = D010-kt, где Dt – дефицит кислорода, выраженный в долях от полного дефицита через определенный период времени; D0 – начальный дефицит кислорода; k – константа реаэрации, зависящая от условий перемешивания воздуха с водой (скорости течения воды и температуры); t – время, в течение которого идет потребление кислорода, сут. Биохимическая потребность в кислороде (БПКполн), необходимая для завершения углеродистой фазы окисления органических веществ, выражается в миллиграммах на литр О2 и часто соответствует для бытовых сточных вод величине БПК20. Большинство исследователей разделяет процесс самоочищения на два этапа: первый – перемешивание загрязненной струи со всей массой воды; второй – явление самоочищения, т. е. окисление органических примесей, нейтрализация химических загрязнений, отмирание бактерий, выпадение осадка и т. д. 11.2.2. Определение степени очистки сточных вод по показателям вредности Для определения необходимой степени очистки сточных вод и выбора рациональной схемы очистных сооружений следует располагать подробными данными о количестве и составе сточных вод, прилежащих спуску в водоем, а также данными детальных санитарных обследований водоема. Исследования на этой стадии включают анализ гидрологической, гидробиологической, бактериологической характеристик водоема. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 физико-химической и санитарно- Чтобы сохранить водоемы на уровне водно-санитарных нормативов, рекомендуется производить расчеты по определению необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоемы, по следующим показателям вредности: общесанитарным (БПК, рН, растворенному кислороду), органолептическому, санитарно-токсикологическому, взвешенным веществам и температуре. Степень очистки по БПКполн. В соответствии с принятыми нормативами биохимическая потребность воды водоема в кислороде после отвода сточных вод не должна превышать в зависимости от вида водопользования 3 или 6 мг/л О2. Концентрация сточных вод, выраженная в БПК, при которой спуск их в водоем будет соответствовать санитарным требованиям, определяется из уравнения: Кст = (a∙ Q / q∙ 10-kст ∙ t) ∙ (Кпр.доп – Кр ∙ 10-kв ∙ t) + (Кпр.доп / 10-kст ∙ t), где Кст и Кр – БПКполн соответственно речной и сточной воды, г/м3; Кпр.доп – предельнодопустимая концентрация загрязнения водоема после смешения потока; kст и kв – константы скорости потребления кислорода органическими веществами соответственно для сточных вод и воды водоема, зависящие от температуры воды; a – коэффициент смешения; Q – расход воды (при 95 %-ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска, м3/с; q – расход сточных вод, м3/с. При спуске вод в водохранилище в эту формулу вместо a ∙ Q / q следует ввести выражение п-1полн, где п – разбавление сточных вод в водохранилище. Степень очистки по распространенному в воде водоема кислороду. Из существующих способов расчета допустимой нагрузки сточных вод на водоем по содержанию растворенного в воде кислорода наиболее простым является способ, основанный на учете поглощения сточными водами только того растворенного кислорода, который содержится в воде водоема у места спуска сточных вод. При этом считают, что если количество растворенного кислорода через двое суток после сброса сточных вод в водоем не стало меньше 4 мг/л, то и в дальнейшем снижения его концентрации в воде не произойдет. Таким образом, остаточное содержание растворенного кислорода в воде водоема после окисления органических загрязнений должно быть больше или равно 4 мг/л, т. е. соответствовать требованиям санитарных норм. Допустимая концентрация сточных вод при этом условии определяется из выражения: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Кст = 2,5аQ / q∙ (Qр – 0,4Кр – 4) – 10, где Qр – содержание растворенного кислорода в речной воде до места спуска сточных вод, г/м3; аQ – расчетный расход вода реки, участвующий в смешении, м3/с. Из приведенного следует, что сточные воды должны быть очищены до концентрации органических загрязнений по БПКполн, равной Кст, найденной расчетным способом, если величина Кст сточных вод больше расчетной концентрации. Степень очистки по изменению реакции воды. В природных водоемах всегда содержится некоторое количество бикарбоната Ca и Mg, вследствие гидролиза которых образуется избыток гидроксильных групп, обеспечивающих нейтрализация определенных количеств кислот. Присутствие в воде углекислоты способствует растворению бикарбонатов и нейтрализации поступающих в водоем щелочей. При этом из бикарбонатов образуются не поддающиеся гидролизу карбонаты. Наличие в природных водах щелочного и кислотного резервов в общем случае обеспечивает нейтрализацию тех небольших количеств кислот и щелочей, которые присутствуют в сточной воде. Однако нейтрализующая способность водоемов имеет определенные границы, и поэтому предусматривается постоянное поддержание активной реакции воды в водоемах в пределах 6,5-8,5. Условия спуска в водоем кислых и щелочных вод могут быть определены с помощью формул: Хк = 0,5В – 0,01С; Хщ = 0,02С – 0,01В, где Хк – количество кислоты, которое можно сбросить в водоем при снижении рН воды в нем до 6,5, мл нормального раствора щелочи; В – щелочность воды, мл нормальной кислоты; С – содержание свободной углекислоты, ммоль; Хщ – количество щелочи, которое можно сбросить в водоем при увеличении рН до 8,5, мл нормальной кислоты. Приведенные формулы могут учитывать природные свойства воды (рН, щелочность) водоемов, тогда вместо С и В в формулы подставляются величины, которые относятся к воде водоема, куда планируется спуск сточных вод. Следует отметить, что в кратких санитарных анализах воды не определяется содержание свободной углекислоты С. Его можно рассчитать по формуле: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 LgC = 8,16 + pH + lgB. Степень очистки сточных вод по органолептическому показателю вредности. Известны общие гигиенические нормативы к составу и свойствам воды в отношении запаха, привкуса, окраски и плавающих примесей. Наиболее характерным показателем, характеризующим загрязнение шахтных вод, является общее содержание в них солей. При наличии установленных предельно-допустимых концентраций и аналитических данных расчеты необходимой степени очистки промышленных сточных вод от различных загрязнений с достаточной надежностью могут быть выполнены по формуле: К’ст = аQ / q ∙ (Кпр.доп – Кр) + Кпр.доп, где К’ст – максимально допустимая концентрация в сточных водах, при которой уровень загрязнения водоема после смешения потоков не превзойдет нормативного Кпр.доп. Степень очистки сточных вод по санитарно-токсикологическому признаку вредности. При решении вопроса о порядке предупредительного санитарного надзора, когда в отводимых в водоем сточных водах содержатся лимитируемые по санитарнотоксикологическому признаку вредности вещества, можно пользоваться расчетами возможного разбавления этих сточных вод: п = аQ + q / q, а также предельно-допустимыми концентрациями для содержащихся в воде водоема токсических веществ. Условия выпуска сточных вод по температуре воды водоема. В соответствии с санитарными требованиями, ограничивающими повышение летней температуры воды водоема за счет поступающих в него сточных вод, температура последних Тст, при которой будут соблюдены эти требования в створе пункта водопользования, может быть определена по формуле: Тст = (аQ / q + 1) Тдоп + Тmax, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 где Тmax – максимальная температура воды водоема до выпуска сточных вод в летнее время; Тдоп – допустимое санитарными правилами повышение температуры воды водоема, 3°. Степень очистки по количеству взвешенных веществ. Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами установлено допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в воде каждого вида водоемов после смешивания со сточными водами. Кроме того, в проточные водоемы запрещается сброс сточных вод с гидравлической крупностью частиц более 2 мм/с. При санитарной экспертизе для расчета возможности отведения сточных вод по этому показателю пользуются уравнением: Сст = Сдоп (аQ / q + 1) + Ср, где Сст – максимальная концентрация взвешенных веществ в сточных водах, при которой соблюдаются условия спуска их в водоемы; Ср – концентрация взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод; Сдоп – допустимое увеличение содержания взвеси в воде водоема после отвода сточных вод (0,25 или 0,75 мг/л). 12. Очистка шахтных вод 12.1. Классификация способов и методов очистки сточных вод Большое разнообразие сточных вод по составу и свойствам требует применения различных способов и методов их очистки. Основными способами очистки сточных вод являются механический, физико-химический, химический, биохимический и термический. Механическая очистка используется для удаления из сточных вод нерастворенных взвешенных частиц. Частицы с плотностью большей плотности воды (как правило, минерального происхождения) под воздействием гравитационных сил выпадают в осадок. Частицы же с плотностью меньшей плотности воды (нефтепродукты, жиры) всплывает на поверхность. По мере накопления осажденные и всплывшие загрязнения удаляются из очистных сооружений. Механическая очистка сточных вод осуществляется методами процеживания, отстаивания в отстойниках и прудах-осветлителях и фильтрования через слой зернистого материала, сетки и ткани. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Осветление от взвешенных веществ выполняется в отстойниках различных конструкций, где происходит одновременное разделение тяжелых и легких частиц. Для очистки сточных вод от частиц минерального происхождения большой плотности применяются песколовки, гидроциклоны, сепараторы и осадительные центрефуги. Физико-химическая очистка сточных вод основана на изменении физического состояния загрязнений с целью облегчения их удаления. Методами физико-химической очистки являются коагуляция, флокуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен и др. При коагуляции происходит слипание мелких частиц под воздействием специально добавляемых в сточные воды веществ – коагулянтов, в результате чего происходит увеличение размеров частиц и ускорение их осаждения. В качестве коагулянтов применяют некоторые соли алюминия, железа, магния, известь, шламовые отходы и др. Флокуляция является разновидностью коагуляции, основанной на добавлении в сточные воды флокулянтов – органических природных и синтетических высокомолекулярных веществ. Сорбция заключается в поглощении вредных веществ из сточных вод твердыми телами или жидкостью, называемыми сорбентами, к которым относятся простые материалы из золы, шлаков, торфа, активированных углей и др. Флотация основана на процессе прилипания загрязняющих частиц к пузырькам воздуха, насыщающего сточные воды, образования пенного из загрязняющих частиц и удаление его с поверхности очищаемой воды. При экстракции в сточные воды добавляются специальные вещества экстрагенты, в которых загрязняющие вещества растворяются лучше, чем в воде, но при этом не происходит смешивания их с водой и они периодически удаляются из нее по мере насыщения загрязняющими веществами. После удаления из воды производится удаление загрязняющих веществ из экстрагентов. Другие методы физико-химической очистки применяются значительно реже и в ограниченных масштабах. Химическая очистка применяется при необходимости более полного удаления взвешенных веществ из шахтной воды, ее стабилизации и т. п. путем применения реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами, в результате чего образуются новые вещества, более легко удаляемые из сточных вод, чем исходные. Наиболее распространенными методами химической очистки являются нейтрализация и окисление. Нейтрализация производится на основе проведения реакций между веществами со свойствами кислот и оснований. Для этого обычно смешивают кислые и щелочные сточные воды, а также применяют реагенты в виде растворов кислот и, щелочей, извести, кальцинированной соды и др. Окисление вредных веществ в сточных водах производится с помощью хлора, гипохлорита кальция или натрия, хлорной извести, озона, кислорода и др. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Биохимическая очистка состоит в окислении органических примесей в сточных водах с помощью микроорганизмов, разлагающих в процессе жизнедеятельности органические вещества на минеральные составляющие. Осуществляется биохимическая очистка с помощью полей орошения, полей фильтрации и биологических прудов, где процессы очистки близки к естественным. Искусственно создаваемые условия очистки реализуются в специальных установках (сооружениях), к которым относятся биологические фильтры, аэротенки и окситенки. Термическая очистка предназначена для сточных вод с высокой минерализацией или содержащих органические токсические вещества. Сначала производят выпаривание сточных вод для получения концентрированных растворов, из которых затем выделяют сухой остаток. В некоторых случаях сточные воды вводятся в распыленном состоянии в специальные аппараты с температурой 900-1000 °С для сжигания органических примесей. 12.2. Методы очистки шахтных вод Методы очистки шахтных вод обусловливаются их физико-химическими и технологическими свойствами, а также климатическими условиями месторождений. В настоящее время признано целесообразным осуществлять очистку шахтных вод на обособленных очистных сооружениях, так как в отличие от сточных вод других производств они, как правило, не содержат в значительных количествах вредных и трудно растворимых примесей. Совместно с шахтными водами могут очищаться такие производственные сточные воды, которые загрязнены взвешенными веществами и не содержат каких-либо специфических загрязнений. Основными методами очистки шахтных вод от взвешенных веществ являются отстаивание, осветление во взвешенном слое осадка и фильтрование. Первый из них применяется как без обработки, так и с предварительной обработкой воды реагентами, а два вторых метода – преимущественно с предварительной обработкой воды реагентами. В качестве сооружений для реализации этих методов нашли практическое применение пруды-отстойники, горизонтальные (земляные и железобетонные), вертикальные и радиальные отстойники, осветлители со взвешенным слоем осадка, скорые напорные и открытые однослойные и двухслойные фильтры и фильтры с восходящим потоком очищаемой воды (контактные осветлители). Наибольшее распространение на шахтах из перечисленных выше типов сооружений получили пруды-отстойники, скорые открытые однослойные фильтры. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Метод отстаивания может применяться в основном в качестве первой ступени очистки (предварительной очистки) от взвешенных веществ перед фильтрованием и при благоприятных условиях (невысоких требованиях к качеству очищаемой воды и хорошей осаждаемости взвешенных веществ или хорошей способности их к коагуляции под влиянием реагентов) в качестве самостоятельного метода очистки перед сбросом шахтных вод в водоемы. Осветление в слое взвешенного осадка является весьма эффективным методом очистки шахтных вод от взвешенных веществ при условии предварительной совместной их обработки коагулянтом и флокулянтом, который во многих случаях может применяться для одноступенчатой очистки шахтных вод перед сбросом в водоемы. Возможно его применение также в качестве одной ступени очистки перед фильтрованием. Фильтрование применяется для глубокой одноступенчатой очистки шахтных вод (до 5 мг/л) с небольшим исходным содержанием взвешенных веществ или в качестве второй ступени очистки после отстаивания или осветления в слое взвешенного осадка. При снижении концентрации взвешенных веществ в воде, подаваемой на фильтры, эффективность и экономичность их работы повышается. Применение реагентов (коагулянтов и флокулянтов) позволяет значительно интенсифицировать процесс очистки и повысить его эффективность. На практике наиболее широко используется сернокислый алюминий и полиакриламид (ПАА), возможно применение хлористого железа, извести и других реагентов. Рассмотренные выше методы очистки шахтных вод от взвешенных веществ положены в основу предлагаемых для применения технологических схем. Очистка шахтных вод от нефтепродуктов в связи с невысоким их содержанием производится одновременно с очисткой от взвешенных веществ теми же методами и на тех же очистных сооружениях. С этой целью отстойники оборудуются устройствами для периодического удаления всплывающих нефтепродуктов. Высокие концентрации нефтепродуктов неблагоприятно отражаются на работе очистных сооружений, особенно фильтров с зернистой загрузкой, и даже могут вывести их из строя. Поэтому наиболее действенным мероприятием по достижению предельно допустимых концентраций (ПДК) нефтепродуктов в шахтных водах и предупреждению вредного влияния на работу фильтров, является ликвидация потерь эмульсий и масел в шахте и попадания их в шахтные воды. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Основное оборудование процессов очистки воды Название 1. Гидроциклон 2. Радиальный отстойник 3. Вертикальны й отстойник 4. Биологически е пруды 5. Флотатор 6. Горизонтальн ая песколовка 7. Адсорбер Эскиз A. B. C. D. Принцип действия основан на… I.При тангенциальной подаче воды в аппарат примеси удаляются за счет резкого разворота на 180о вихревого потока при соударении о перегородку G J H M II.осаждении примесей в коническом днище сооружения за счет снижения скорости кругового движения воды III.Выполнен в виде круглого резервуара, внутри котоpoгo устроена цилиндрич. перегородка, разделяющая его на зону реакции, располож. в центре, и зону илоотделения, находящуюся на периферии. IV.Окислении примесей активным илом на ступеньках и в искусственном водоеме V.Метод заключается в адсорбировании приме-сей мелкими пузырьками воздуха и в поднятии их на поверхность бассейна, где образуется слой пены. E. K VI.осаждении песка под действием силы тяжести за счет снижения скорости потока воды в аппарате F. L VII.смешении сточной воды с твердым веществом, которое поглощает загрязнения G. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 B 8. каркаснонасыпной фильтр VIII.задержании крупнодисперсных примесей воды фильтрационным слоем гравийной загрузки где образуется слой пены. H. C Очистка шахтных вод от бактериальных примесей является завершающим этапом и производится на практике путем хлорирования с использованием жидкого хлора, хлорной извести и гипохлорита натрия или бактерицидного облучения. Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Так, при его использовании природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются, а бактерицидное действие во много раз быстрее, чем хлора. Благодаря этому воду можно сразу подавать потребителям. Эксплуатация установок для обеззараживания бактерицидными лучами проще, чем эксплуатация хлорного хозяйства. Объем осадка, образующегося в процессе очистки шахтных вод, достигает 8-10 % объема очищаемой воды, а концентрация твердой фазы колеблется от 1 до 50 г/л. На практике применяют преимущественно следующие методы обработки, утилизации и складирования осадка: складирование в прудах-отстойниках и илонакопителях; захоронение в подземных выработках отработанных шахт или отработанных участков действующих шахт; обезвоживание на иловых площадках; обезвоживание на площадках для подсушивания с последующим использованием обезвоженного осадка в качестве топлива и добавки к топливу при достаточно низкой его зональности или складированием на породных отвалах при высокой его зональности. Накопление осадка в прудах-отстойниках и илонакопителях является простым, удобным в эксплуатации и дешевым методом его обработки, позволяющим избежать затрат на его обезвоживание. Однако эти сооружения занимают большие площади, а в паводковые периоды представляют потенциальную опасность как источник загрязнения водоемов. Они рассчитываются на длительный срок службы, составляющий не менее 10 лет. По истечении срока службы производится наращивание бортов сооружений для образования дополнительной емкости, или строятся новые сооружения, а территории, занимаемые старыми сооружениями, рекультивируется. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 12.3. Технологические схемы очистки Различие состава и технологических свойств шахтных вод не позволяет выбрать одну универсальную технологическую схему. В общем случае технология очистки нейтральных шахтных вод включает ряд технологических процессов, представленных на рис. . Шахтный водоотлив Усреднение Использование (1я группа потребителей) Реагентная Переработка Реагентная обработка промывной воды Сгущение промывной воды Аккумулирование и уплотнение осадка Реагентная обработка осадка I ступень очистки (отстаивание) Обеззараживание Реагентная обработка Сброс в водоем II ступень очистки Обеззараживание и аккумулирование Сброс в водоем Использование (2я группа потребителей) Обеззараживание осадка Утилизация (складирование осадка) Рис.12.2. Блок- схема очистки и использования нейтральных шахтных вод. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 В каждом конкретном случае в зависимости от состава и технологических свойств шахтных вод, требований к глубине очистки и особенностей применяемых методов и устройств отдельные процессы могут быть полностью исключены из технологии или совмещены с другими процессами.. Эти обстоятельства обуславливают большое разнообразие применяемых на практике технологических схем. Для возможности сопоставления их между собой и технико-экономической оценки выработаны общие требования к технологии очистки и очистным сооружениям, которые сводятся к следующим: технология очистки должна предусматривать 3 основных стадии: удаление по сезонам года, а также в результате вскрытия новых горизонтов и освоения новых участков шахтного поля; качество очистки шахтных вод должно обеспечивать возможность широкого использования очищенной воды на производственные нужды предприятий и удовлетворить условиям сброса избыточного объема в водоемы; очистные сооружения должны быть надежны в работе, экономичны, просты в строительстве и эксплуатации, по возможности компактны и не должны занимать больших площадей, пригодных для использования в народном хозяйстве; технологические процессы очистки воды и обработки осадка должны максимально поддаваться механизации, дистанционному управлению и автоматизации; совокупность технологических схем очистки должна охватывать весь возможный диапазон изменения притоков, состава и технологических свойств шахтных вод. На основании анализа результатов выполненных научных исследований, практического опыта применения различных технологических шахтных вод и выявления соответствия этих схем перечисленным выше общим требованиям выбраны 6 наиболее современных и эффективных технологических схем, представленных в таблице 12.1. Технологические схемы обеспечивают различную степень очистки шахтных вод. Очистка от взвешенных веществ производится в одну или в две ступени. В двухступенчатых технологических схемах в зависимости от конкретных условий глубокой очистке может подвергаться весь объем шахтных вод или только некоторая его часть. Каждая технологическая схема обеспечивает заданную эффективность и является наиболее экономичной только в определенных, характерных для нее условиях применения, при определенном составе и технологических свойствах шахтной воды, которые приведены в таблице 12.1. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Таблица 12.1. Условия применения технологических схем и показатели эффективности очистки № Технологическая схема 1. Технологическая схема с использованием прудовотстойников пруд-отстойник большой емкости - каскад прудов-отстойников пруд-отстойник и скорые фильтры на часть притока пруд-отстойник и скорые фильтры на весь приток 2. 3. 4. 5. Технологическая схема с использованием осветлителей со взвешенным слоем осадка с обезораживанеием осадка на иловых площадках с обезораживанеием осадка на центрефугах с обезораживанеием осадка нафильтр-пессах Технологическая схема с использованием тонкослойных отстойников с фильтрованием части притока и складированием осадка в илонакопителе с фильтрованием всего притока и обезвоживанием осадка на ценрифугах Технологическая схема с использованием выработанного пространства Технологическая схема с использованием фильтров с восходящим потоком с обезвоживанием осадка на центрифугах SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Производительность очистных сооружений, м3/час Концентрация взвешенных веществ, мг/л В исходной воде В очищенной воде Общая Тонко- После После дисперс1-ой 2-ой ных стустучастиц пени пени не ограничивается " " не ограничивается " " 30-50 30-50 - 30-50 30-50 20-30 30-50 5 " " 30-50 30-50 5 не менее 150 " не менее 150 " не ограничивается " 10-15 - 10-15 - " " " 10-15 - не более 1200 " не ограничивается " не ограничивается " 30-50 5 30-50 5 не более 600 " не более 50 30-50 10 1002000 не более 20 не ограничивается 5 - 6. со складированием осадка в илонакопителе Технологическая схема с использованием виброфильтров 1002000 75-300 " " 5 - 100 " 15 - Во всех технологических схемах обеспечивается надежное обеззараживание шахтных вод за счет предшествующей очистки от взвешенных веществ и применения эффективного реагента (жидкого хлора). Коли-индекс очищенной воды не превышает 3, а коли-литр составляет не менее 300. Технологическая схема с прудами-отстойниками может эффективно применяться для очистки шахтных вод, в которых взвешенные вещества обладают хорошими седиментационными свойствами, т. е. кинетически неустойчивы и способны к коагуляции без введения химических реагентов. При этом общее содержание взвешенных веществ в исходной воде может быть различным и не оказывает существенного влияния на качество очистки. Наиболее рациональной областью применения технологической схемы с осветлителями с взвешенным слоем осадка являются шахтные воды с большим исходным содержанием взвешенных веществ, характеризующихся в естественном состоянии высокой кинетической и агрегатной устойчивостью, но обладающих хорошей способностью к коагуляции под влиянием химических реагентов. Технологическая схема с тонкослойными отстойниками может применяться для шахтных вод, содержащих крупнодисперсную взвесь или взвесь, хорошо коагулирующую при введении реагентов с образованием крупных и плотных хлопьев, оседающих с высокой скоростью. Применение этой схемы предпочтительно в районах густонаселенных, с развитой промышленностью и сельским хозяйством, не имеющих свободных площадей для размещения прудов-отстойников. Применение технологической схемы с очисткой шахтных вод на 1 ступени в выработанном пространстве возможно, если оно: - не угрожает безопасности работ в шахте в результате накопления большого объема воды и внезапного прорыва ее в действующие горные выработки; - не приводит к вторичному загрязнению очищаемой воды в результате контакта ее с обрушенными породами, например, к повышению степени минерализации, жесткости, закислению; - обеспечивает устойчивый эффект очистки от взвешенных веществ, достаточный для надежной и эффективной работы 2 ступени очистки (фильтров); - экономически оправдано. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Целесообразность применения данной схемы определяется главным образом горногеологическими и горнотехническими условиями разработки и поэтому должна рассматриваться отдельно в каждом конкретном случае. Основным условием применения одноступенчатой технологической схемы очистки на фильтрах с восходящим потоком очищаемой воды является сравнительно низкое исходное содержание взвешенных веществ (не более 200 мг/л) и нефтепродуктов (не более 1,5 мг/л) в шахтной воде и отсутствие высоких пиковых концентраций этих загрязнений, неблагоприятно отражающихся на работе сооружений. Областью применения технологической схемы с виброфильтрами являются шахтные воды, не содержащие в значительном количестве (свыше 50 % их общей массы) тонкодисперсных частиц размером менее 10 мкм, эффективность улавливания которых на этом аппарате сравнительно ниже, чем крупнодисперсных частиц. Выбор технологической схемы очистки шахтных вод для конкретной шахты или группы шахт производится на основании исходных данных для проектирования очистных сооружений путем их анализа и сопоставления с условиями применения технологических схем, приведенным в описании к ним в таблице 4.3.1., а также выполнения необходимых расчетов. Если для данной шахты оказывается приемлемым 2-3 технологические схемы, то окончательный выбор одной из них осуществляется путем их технико-экономического сравнения. 12.4. Совершенствование очистки карьерных вод В настоящее время карьерные воды разрезов отводятся по заранее пройденным ниже промпласта сланца водоотводным штрекам, откуда загрязненная вода откачивается в пруды-отстойники для осветления. Принятый способ очистки карьерных вод обеспечивает достаточно высокую надежность отведения воды из разреза даже при условии значительной сезонной неравномерности притока, характерного для разрезов, но имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются: - неустойчивый гидравлический режим работы пруда-отстойника за счет неравномерности поступления воды; - необходимость сооружения больших по размерам поверхностных прудов- отстойников; - не обеспечивается постоянно требуемая эффективность очистки карьерных вод. Механическая очистка карьерных вод может успешно осуществляться непосредственно в водоотводном штреке, размеры которого (длина, ширина, высота) вполне достаточны для SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 устройства подземного отстойника. Сооружение подземного отстойника заключается в том, что после окончания проходки штрека в нем устанавливаются переливные стенки, при необходимости, нефтеловушки простейшего типа. Конструкция переливных стенок, их размеры и расстояния между ними зависят от срока службы отстойника, ожидаемого притока воды, количества взвешенных частиц и определяются расчетом по известным методикам. Очистка дренажных вод непосредственно в штреке позволит: постоянно откачивать чистую воду за счет устойчивого гидравлического режима работы подземного отстойника, повысить надежность работы насосов и значительно сократить расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Пример расчёта осветлителя шахтных вод. Предпологается практический расчет пруда – отстойника для осветления производственных сточных вод AS Narva karjäär (см. Рис.7). При расчете отстойника используем ряд величин полученных методом эксперемента и/или наблюдения. Рис.12.3 Пруд-отстойник для очистки производственных сточных вод сланцевых гахт и карьеров В связи с тем, что климат в рассматриваемом районе умеренно влажный, а средняя температура воздуха составляет + 4,10 С найдем плотность воды, которая при заданной среднегодовой температуре будет 1000,00 кг/м3. Концентрация взвешенных веществ, состоящих из частиц сланца, известняка и других горных пород достигает в неочищенных производственных сточных водах 120 мг/л. Исходя из разрешения на специальное водопользование и разрешения на загрязнение (является составной частью разрешения на специальное водопользование) выданного предприятию AS Narva karjäär можем определить максимально разрешенную концентрацию взвешенных веществ при сбросе их в природные водоемы. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Эта величина составляет 15 мг/л.. Годовой объем производственных сточных вод 2003 году составил 52 196 000 м3/г. Для практического расчета пруда – отстойника предлагается использовать цифру, превышающую по своей величине количество откаченной из карьера воды в 2003 году на 2 004 000 м3/г, таким образом в расчетах будет фигурировать цифра 55 000 000 м3/год. Данный допуск делается с целью, что в случае превышения нормы годового количества атмосферных осадков, случае нарушения водоупорного слоя между кейла-кукрузенским и ласнамяе-кундаским водоносными горизонтами, а также увеличения количества откачиваемых карьерных вод образующихся в результате инфильтрации (в результате приближения к северной границе болотного заповедника Пухату), часть производственной сточной воды не была направленна в природные водоемы без достижения необходимого уровня очистки. 1. Определим расчетный расход в м3/сек: Qm 3 / г q= , где: 365 24 60 60 Q m3/г – объем производственной сточной воды в год q 55000000 1.74m 3 / сек 365 24 60 60 2.Найдем требуемый эффект осветления: С С2 Э 1 100% , где: С1 С1 – начальная концентрация взвешенных веществ в неочищенной воде; С2 – допустимая конечная конц. взвешенных частиц в отстоенной воде. Э 120 15 100% 87,5 % 120 3. Найдем среднюю глубину потока в отстойнике на участке l1: hср Н h0 , где: 2.15 Н – глубина проточной части отстойника; h0 - высота движующегося слоя в месте входа жидкости в отстойник Примем глубину протосчной части отстойника Н = 1,75 м., среднюю скорость потока (Vср) при этой глубине примем равной максимальному ее значению по СНиП Vср = 7мм/сек. При расчете допускаем, что производственная сточная вода в начале и в конце отстойника распределяется равномерно по всей ширине при помощи распределительного водослива. В этих условиях исходя из СНиП получаем h0 = 0,25 м. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Таким образом мы имеем необходимые данные для определения средней глубины прудаотстойника на участке l1: 1.75 0.25 0.93023 м 930,23 мм. 2.15 hср 4. Найдем среднюю скорость потока на участке l1: Н V1 Vср hср 1.75 V1 7 13,1720 мм/сек 0.93 5. Найдем длинну участка l1: H h0 , где: l1 1,15 K К – коэффициент определяемый из графика 1, данная величина является эксперементальной и зависит от средней скорости потока. При Vср = 1....10 мм/сек, величина К = 0,1.....0,17 Значение коэффициента К Зависимость коэффициента К от скорости потока Vср 0,275 0,25 0,225 0,2 0,175 0,15 0,125 0,1 0,075 0,05 0,025 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Средняя скорость потока Vср в мм/сек Исходя из уравнения параболы y = ax2 + b, найдем коэффициент К при Vср = 7 мм/сек. Имеем точки с координатами: 1. x 1 y 0.1 2. x 10 y 0.17 y ax 2 b SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Решим систему уравнений: 0,1 = a + b b = 0,1 – a 0.17 = 100a + b b = 0,17 – 100a Так как оба уравнения системы равны числу b, то их фактически можно приравнять друг к другу, таким образом мы имеем уравнение: 0,1 – а = 0,17 – 100а Отсюда мы можем найти чему равно а, перенеся а в левую сторону уравнения: - а + 100а = 0,17 – 0,1 99а = 0,07 a 0.07 0,000707 99 Теперь можно найти чему равняется b: b = 0,1 - 0,000707 b = 0,09929 теперь найденные величины «а» и «b» подставляем в первоначальное уравнение параболы и получаем: y = 0,000707x2 + 0,09929 при х = 7 мм/сек у = 0,000707 * 72 + 0,09929 = 0,133933 Таким образом исходя из решения параболы, коэффициент К = 0,133933, подставим в формулу для нахождения длинны участка l1: l1 1,15 1,75 0,25 8,1724 0,133933 6. Продолжительность потока воды на участке l1 расчитаем по формуле: l t1 1 ,где: V1 l1- протяженность первого участка; V1- средняя скорость потока на участке l1. t1 8172,4262 620,4392 сек 10,340 мин. 0,172344 часа. 13,1720 7. За отрезок времени t1 осудающая частица пройдет по вертикали путь h1: h1 t1 u1 t1 (u0 w1 ) , где: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 u1 и u0 – скорость осаждения частицы соответственно в спокойно стоящей воде и в потоке, движующемся сос скоростью V1; w1 – суммарное добавочное сопротивление для оседающей частицы в потоке движующемся со скоростью V1 (принимается по графику 2). Исходя из выведенного эксперементальным методом уравнения w 0.00004Vср3 Рис 12.4 Значения вертикальной составляющей скорости w Скорость осаждения взвешанной частицы мы можем определить через уравнение Стокса для условий что осаждение свободное, проходит в ламинарных условиях и диаметр осаждаемой частицы меньше 1 мм. gd 2 u0 ( тв. жидк. ) 18 g– ускорение свободного падения 9,81 м/сек2; d – диаметр осаждаемой частицы в метрах; тв , жидк - плотность твердой и жидкой фаз разделяемой суспензии, в кг/м3; - вязкость жидкости (в данном случае определим вязкость жидкости исходя из графика 3. «Зависимость вязкости воды от температуры»). SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 Вязкость воды (в 10^-6 Pa*sek) Зависимость вязкости воды от температуры Температура Рис 12.5. Зависимость вязкости воды от температуры При уменьшении температуры воды ее вязкость увеличивается, поэтому скорость выпадения частиц в холодной воде будет меньше, чем в теплой. Плотность воды составляет для среднегодовой температуры в 4,10С 1000 кг/м3; За плотность твердой фазы примем наименьшую плотность горных пород в районе месторождения (для того что бы на дно пруда-отстойника осели все твердые частицы, и частицы с наменьшей плотностью не оказались вынесенными в природные водоемы). Плотность сланца в слое F составляет от 1,55 г/см3 до 1,8 г/см3, плотность известняка в прослойках от 2,2 г/см3 до 2,8 г/см3. Исходя из этого можно взять величину тв = 1,50 г/см3 или 1500 кг/м3. Нерастворимые минеральные и органические загрязнения чаще всего находятся в воде в виде взвешенных частиц крупностью от 0,001 до 100 мкм. Для расчетов в настоящем курсовом проектировании предлагаю использовать наименьший размер твердых частиц (0,001 мкм), с таким расчетом, чтобы мелкодиспергированные в воде частицы успели осесть на дно пруда-отстойника и не выносились водой в природные водоемы. Для осуществления расчетов необходимо микроны перевести в метры: 0,01 мкм = 0,00000001 м = 110-8м. Подставив полученные значения в уравнение Стокса, найдем скорость свободного осаждения частицы: SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 u0 9.81 (1 10 8 ) 2 9,81 1 10 16 9,8116 ( 1500 1000 ) 500 500 3,6 14 18 1,5079 10 3 18 1,5079 3 0,0271422 500 1,80 11 m / sek Переведем скорость осаждения частицы из м/сек в мм/сек 1,807149-11 ∙ 1000 = 0,000000018 мм/сек =1,80-8 мм/сек.. w1- определим по графику 2 w1 = 0,00004 ∙ V31 w1 = 0,00004 ∙13,17203 = 0,091 w1 = 0,09141451 Теперь можем определить путь, пройденный частицей по вертикали h1 за промежуток времени t1: h1 620,43 (1,80 8 0,091) | 56,7 | 56,7 / 1000 0,056 = 5,67-2 м. 8. Оставшуюся часть пути (Н – h0) частица пройдет за время t2, определяемое по формуле: t2 H h1 h2 u2 u0 w2 = 2125,78 мин = 35,4часа . t2 1750 0,056 1749,94 127547,05 1,80 8 0,013 0,013 w2 0,00004 Vср 3 w2 0,00004 7 3 0,013 9. За этот отрезок времени оседающая частица пройдет по горизонтали путь: l 2 t 2 Vср ; l2 0,007 127547,05 892,8 м. В конце отстойника скорость потока увеличивается и условия осаждения резко ухудшаются. Длиннна участка с повышенной скоростью зависит от глубины отстойника у конструкции сливного устройства q - расчетный приток сточных вод в м3/сек; Vср – принятая для данного отстойника расчетная скорость потока в м/сек. B 1,74 142,04 метра. 0,007 1,75 Таким образом в результате расчетов было установленно, что для очистки откачиваемого количества воды (плюс резервный запас) необходимые размеры отстойника состовляют: Длинна 905 м Ширина 142 м Масса осадка 5 480,57 т/г Объем осевшего осадка 3 653,7 м3/г SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 12.5 Влияние сточных вод сланцевых шахт и разрезов на состояние природных водных объектов Разработка Эстонского месторождения горючих сланцев открытым и подземным способом сопровождается необходимостью откачки из горных выработок 8-10 м3 воды на каждую тонну извлекаемого из недр сланца. Годовые притоки в горные выработки составляют 230-260 млн. м3. В процессе ведения горных работ происходит бактериальное и физико-химическое загрязнение откачиваемых вод. В последнем основное участие принимают взвешенные частицы минерального происхождения, образующиеся при дроблении и измельчении пород, вмещающих и промпласта, и нефтепродукты, попадающие в воду в результате небрежного хранения и неправильного использования горючесмазочных материалов на шахтах и разрезах. Содержание взвешенных веществ (ВЗВ) в уже откачанной на поверхность воде колеблется в очень широких пределах – от 30-90 до 200-400 мг/л, а нефтепродуктов (НП) от 0,5-1,0 мг/л. Минерализация шахтных вод составляет 600-1550 мг/л (в среднем 1018); водородный показатель – 8,0-8,7 (в среднем 8,2); общая жесткость – 7,7-16,8 мг-экв/л (в среднем 12,9); БПК20 – 1,8-3,3 мг/л. Наблюдается также эпизодические загрязнения шахтных и карьерных вод фенолами, являющимися продуктами термической переработки горючих сланцев. Можно предположить, что при этом действует следующий механизм загрязнений: образующиеся при сжигании сланца на электростанциях и при термообработке на сланцеперерабатывающих предприятиях летучие фенолы выбрасываются в атмосферу, разносятся ветровыми потоками, осаждаются из воздуха на поверхность почвы и водных источников, а затем по трещинам в кровле промпласта проникают вместе с водой атмосферных осадков в горные выработки. Для предотвращения загрязнения вод фенолами следует устранить источники их выброса. Сброс шахтных и карьерных вод в местную гидрогеографическую сеть, безусловно, способствует изменению состава ее вод. В результате сброса повышается минерализация и жесткость воды в реках, а содержание ВЗВ, НП, фенолов и БПК20 обычно снижается. Следует подчеркнуть, что даже сброс неочищенных шахтных и карьерных вод в ряде случаев ведет к снижению содержания ВЗВ и НП. Наибольшему бактериальному загрязнению шахтные и карьерные воды подвержены непосредственно в зонах горных работ и в горных выработках, по которым ведется SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 транспортировка горной массы и других грузов. В отработанных пространствах шахт, то есть там, где не ведется никаких работ, из-за протекающих гнилостных процессов также возможно бактериальное загрязнение стекающих оттуда вод, но в значительно меньшей степени, чем в зонах ведения работ. На отработанных пространствах сланцевых разрезов возможность бактериального загрязнения фильтрующихся через отвалы атмосферных осадков значительно ниже, чем в шахтах. Несмотря на бактериальную загрязненность, обеззараживание шахтных и карьерных вод при сбросе в гидрографическую сеть в настоящее время не производится. Целесообразность проведения обеззараживания всего объема сбрасываемых стоков весьма сомнительна по следующим причинам. Во-первых, обработка таких больших объемов требует сложной организации работ по обеззараживанию и больших затрат материальных и трудовых средств. Во-вторых, из-за большой неравномерности притоков воды в сланцевых шахтах и на разрезах, трудно обеспечить нормальную концентрацию в воде обеззараживающих веществ, например, хлора, превышение которой выше установленных норм оказывает очень вредное влияние на флору и фауну естественных водоемов, в которые осуществляется сброс. Сброс сточных вод сланцевых шахт и разрезов оказывает существенное влияние на состояние природных водных объектов, в результате чего изменяются состав и свойства воды. Выпуск сточных вод ведет во всех случаях к повышению минерализации и жесткости речной воды. В некоторых случаях наблюдается незначительное увеличение содержания взвешенных веществ и нефтепродуктов. В большинстве случаев (особенно при наличии очистных сооружений для осветления шахтных и карьерных вод) выпуск сточных вод способствует уменьшению концентрации взвешенных веществ, нефтепродуктов, показателя активной реакции и даже минерализации и жесткости в природных водных объектах. В связи с незначительной загрязненностью органическими веществами шахтных и карьерных вод, их выпуск практически во всех случаях способствует снижению БПК речной воды. Таким образом, выпуск шахтных и карьерных вод после их очистки и обеззараживания может рассматриваться как одно из направлений их рационального использования, способствующее оздоровлению состояния природных водных объектов в районах разработки месторождений полезных ископаемых. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 ГЛАВА 5. Рекультивация отвалов, горных разработок, золоотвалов, терриконов, карьеров За последние 150 лет в результате добычи полезных ископаемых на Земле образовались карьеры объемом 40-50 км3 и отвалы - около 100 км3. На каждого жителя планеты ежегодно добывается около 20 т минерального сырья. Добыча 1 млн. т железной руды приводит к нарушению от 10 до 650 га земель, марганцевой - от 75 до 600 га, угля - от 2,5 до 45 га, руд для производства минеральных удобрений - от 20 до 100 га, 1 млн. м нерудных (строительных) материалов - от 1,5 до 580 га. В ходе строительства одной нитки магистральных трубопроводов длиной в 1 км нарушается до 4 га земель. За год это составляет несколько десятков тысяч гектаров (без учета временных сооружений и дорог). Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности уничтожена растительность, изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и загрязнен почвенный покров, принято называть нарушенными. Значительный ущерб участкам, пригодным для сельскохозяйственного использования, причиняют открытые разработки недр. Вновь использовать такие земли в хозяйственных целях можно только после их восстановления. Процесс восстановления нарушенных земель называется рекультивацией. Целью рекультивации является создание нового ландшафта. Все компоненты ландшафта создаются заново в процессе рекультивации: формируются рельеф и толща пород, составляющих подпочву будущего ландшафта; восстанавливается режим грунтовых вод; в соответствии с выбранным видом освоения рекультивируемых территорий создается структура почвенного и растительного горизонтов ландшафта. Искусственно воссозданная среда формирует животный мир восстанавливаемых территорий Рекультивация земель — сложная проблема. Ее решение в значительной мере зависит от конкретных экологических условий нарушенных территорий. Для проектирования рекультивационных работ нужны данные о физико-химическом составе грунта, особенностях гидрологического режима, форме отвалов, крутизне откосов и т. д. Предприятиям, организациям и учреждениям вменяется в обязанность после торфоразработок, горных, строительных и иных работ за их счет приводить нарушенные земли в состояние, пригодное для использования в сельском, лесном и рыбном хозяйстве. При добыче полезных ископаемых открытым способом, строительстве животноводческих комплексов, создании орошаемых участков и других работах, связанных с нарушением почвенного покрова, необходимо выполнять требования по снятию, хранению и возврату SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 или перемещению верхнего гумусированного слоя почвы на рекультивируемые земли, а при экологической целесообразности — и на малопродуктивные угодья. 5.1 История развития рекультивации Первые работы по рекультивации проводились там, где концентрация промышленного производства достигла наивысшего уровня и где дефицит земель ощущается наиболее остро, Один из первых исторических фактов рекультивации– высадка ольхи на отвалах образованных после добычи угля по приказу короля Саксонии Фридриха в 1784 году. Однако до начала 20 века эти работы можно считать единичными и как исключение из правил. Вначале эти работы носили прикладной характер, с решением частичных задач: озеленить вновь образовавшийся отвал отработанной породы, предотвратить его пыление и загрязнение окружающих территорий, посадить на загрязненном участке лесные культуры, создать водоем, выровнять участок, отвести воду и т. п. Мировой опыт по рекультивации земель насчитывает всего около 80 лет. Первые работы по рекультивации земель были проведены в 1926 г. на участках, нарушенных горными работами (США, шт. Индиана), Далее появляются сведения о рекультивации земель, нарушенных горными работами, которые относятся к 1766г., к началу эксплуатации Рейнского буроугольного бассейна (Германия). В 1903г. в Англии начались работы по облесению террикоников.Широкое развитие в Европе и США рекультивация получила в предвоенные годы и главным образом после второй мировой войны. В настоящее время успешная работа по рекультивации буроугольных и каменноугольных разработок проводится в Германии, Польше, Англии, США и других странах. На первых этапах развития рекультивация осуществлялась преимущественно в целях озеленения. Например, в Рейнском буроугольном бассейне различают 3 этапа рекультивации. Рекультивация в Рейнском бассейне основывается на ландшафтноэкологическом анализе с разработкой перспективных планов дальнейшего развития ландшафта. Площадь "Neue Ronneburg" в Landschaft Германии рекультивация открытой после разработки полезных ископаемых Планируется создание экологических сбалансированных ландшафтов. При этом за единицу площади экологически сбалансированного сельскохозяйственного ландшафта SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 принимается 2000 га, для рекреационного - 2500 га. Отработанные карьеры превращаются в водоемы для отдыха и спорта, склоны подлежат облесению. Во Франции, Дании, Бельгии, Италии и других европейских странах существенную проблему охраны окружающей среды составляет озеленение терриконов угольных шахт и рекультивация В Англии карьеров с ее высокой строительных плотностью населения материалов. предпочтение отдается сельскохозяйственной рекультивации и использованию отвалов под городские и рекреационные застройки. Устройство парков и строительство на шахтных землях практиковалось еще с середины прошлого века, сейчас такие парки имеются во многих городах страны. В США рекультивацией земель занимаются Лесная и Геологическая службы, Служба охраны почв, Горное бюро и ряд федеральных ведомств и агентств в штатах. Регламентирование деятельности горнодобывающих предприятий и работ по рекультивации отражается в законах штатов. Создан ряд специализированных объединений по восстановлению земель, нарушенных открытыми растительная разработками. Преимущественное рекультивация, заключающаяся распространение в создании здесь лесов получила рекреационного назначения. Широко практикуется аэросев, заделка семян на крутых откосах гидронамывом, посадка ручным способом. Большое значение придается подбору видов древесных и кустарниковых растений, наиболее устойчивых к сложным экологическим условиям, который производится на основе наблюдений за естественным зарастанием отвалов. Достоинством американских программ является тесное увязывание рекультивации с планами работ по охране почв и вод в границах специальных мелиоративных районов, на которые разделена вся территория страны. В Канаде службой леса начаты опытные работы по рекультивации отвалов на площади 4 тыс. га. Все горнодобывающие компании страны обязаны иметь рекультивационные планы, по которым они приступают к рекультивации не позднее трех лет после окончания вскрышных работ. Основную трудность в горных районах представляет закрепление поверхности эродирующих и зарязняющих воздух и воду отвалов, состоящих из отходов от обогащения руд, хвостов и шлаков. С этой целью производятся посевы трав и посадка SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 деревьев на плоских вершинах и откосах дамб, водоочистных сооружений. Все работы по рекультивации проводят в соответствии с планами по предотвращению загрязнения рек, в верховьях В которых Германии обычно первостепенное размещаются значение придается рудники и восстановлению отвалы. земель для сельскохозяйственного использования, однако вопросы лесной рекультивации занимают важное место в общей системе охраны и востановленни техногенных ландшафтов. Государственные лесничества успешно создают лесонасаждения на шахтных отвалах, сложенных каменистыми породами, в Рудных горах. Ельники, посаженные на таких отвалах более ста лет назад, представляют собой спелые полнодревесные насаждения. Однако наибольший размах работы по лесной рекультивации получили на территориях, нарушенных при открытой добыче бурого угля. Во всех законоположениях выдвигается требование о создании на нарушенных территориях нового культурного ландшафта. Ландшафтное планирование находится под контролем государственных организаций, на основе перспективных планов горные предприятия заключают долгосрочные договоры с государственными землепользователями, в которых оговариваются все виды рекультивационных работ, сроки исполнения и требования к качеству подготовки территории. Горные предприятия проводят разравнивание отвалов, нанесение плодородных грунтов, химическую мелиорацию и общее инженерно-техническое обустройство территории. Работы по биологической рекультивации проводятся будущими землепользователями и финансируются из средств централизованного налога за пользование землями. Разработана эффективная система экономического стимулирования этих работ и повышения заинтересованности землепользователей в мелиорации рекультивированных земель. На первые 10-15 лет для восстанавливаемых территорий утверждаются обязательные для землепользователей мелиоративные севообороты. В Чехословакии широкое распространение получили работы по лесной рекультивации. В связи с большой плотностью населения, значительной концентрацией промышленных предприятий в отдельных районах, вызывающей серьезное загрязнение среды, в Чехословакии особое значение придается санитарно-гигиенической роли лесов, поэтому лесонасаждения на отвалах носят не только хозяйственный, но и озеленительный, парковый В ряде характер. горных районов страны созданы специализированные предприятия "Рекультивация", выполняющие часть горно-планировочных работ и весь цикл работ по биологической рекультивации. Субсидируются эти работы из средств горной промышленности и государственного бюджета. Для каждого горнопромышленного SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 района страны составлены генеральные планы, представляющие собой техникоэкономическое обоснование рекультивации, строго увязанное с территориальными планами хозяйственного развития районов в целом. В Польше важную часть ландшафтной планировки в горнопромышленных округах составляет лесная рекультивация. Объектами рекультивации служат шахтные отвалы, высокие многоярусные отвалы угольных карьеров Конии и Туров, отвалы серных и железорудных разработок и различных металлургических производств, громадные территории выработок песка ("песковин"). В соответствии с законодательством промышленные предприятия Польши обязаны проводить инвентаризацию нарушенных земель, давать прогноз влияния промышленности на среду, проводить экономический анализ наносимого ущерба, анализировать агротехнические свойства горных пород и давать классификацию нарушенных земель по пригодности их к рекультивации. Польскими исследователями разработаны принципы ведения лесного хозяйства на территориях, подвергающихся Хозяйственные значительному планы включают разрушительному интенсивное воздействию лесопользование промышленности. на территориях, отводимых под горные разработки, лесовосстановление на отвалах, реконструкцию и уход за насаждениями в зонах сильного загрязнения воздуха и вод промышленными выбросами. Рекультивация при этом понимается как полное восстановление среды, а не только как комплекс агротехнических мероприятий на террикониках или отвалах. В Польше имеется большой опыт по озеленению отвалов каменноугольных шахт, имеющих трапециевидную или конусовидную форму с усеченными вершинами. Возраст некоторых насаждений превышает 15-20 лет. Начинается в Польше и рекультивация выработанных торфяников, предпочтение здесь отдается созданию охотничьих угодий и рыбоводческих прудов. В Болгарии, Венгрии, Румынии начала развиваться преимущественно сельскохозяйственная рекультивация, но нередко на промышленных отвалах для оздоровления санитарно-гигиенической обстановки и в рекреационных целях создаются лесонасаждения. 5.2 Рекультитвация в Эстонии В Эстонии с конца 50-х годов ведется успешное облесение отвалов открытых разработок. В Кохтла-Ярвинском сланцевом бассейне, занимающем огромную площадь в тысячи квадратных километров, до последнего времени основным видом восстановления нарушенных земель была лесная рекультивация, но сейчас развернулись работы и по их SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 сельскохозяйственному освоению. Объектом сельскохозяйственной рекультивации становятся и золоотвалы. Все принципиальные проблемы рекультивации отвалов сланцевого бассейна в Эстонии в основном решены. Лесная рекультивация полностью оправдывает себя с хозяйственной точки зрения, товарная стоимость древесины сосняка 20-летнего возраста полностью покрывает расходы на горно-техническую и биологическую рекультивацию. Важную проблему представляет рекультивация косозольных отвалов . Они не только изымают землю из оборота, но и представляют опасность в санитарно-гигиеническом отношении. Поэтому их нужно закреплять и озеленять. Эти отвалы и шламы вследствие дефицита азота и воды зарастают очень медленно. Но достаточно нанести на их поверхность 2—3-сантиметровый слой почвы, как они могут дать урожайность сена 3—5 т/га. Причем на шламовых полях, содержащих токсичные соединения, покрытие почвой должно быть более мощным, чем на золоотвалах. Шламовые поля необходимо закреплять. Для этого их мульчируют соломой, опилками, древесной корой, различными искусственными стабилизаторами. Нарушенные территории по физикохимическим свойствам и пригодности к биологическому освоению разделяют на три группы: 1-я группа — потенциально плодородные почвогрунты, пригодные для произрастания растений; 2-я группа — грунты, малопригодные для растительности, так называемые индифферентные грунты, которые следует использовать под облесение; 3-я группа — фитотоксичные почвогрунты, непригодные для освоения без проведения химической мелиорации. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 5.3 Технология рекультивации Отвалы, весьма будучи неоднородными, разнообразны кислотности свойствам. и по степени водно-физическим Рекультивацию земель, нарушенных горными разработками, проводят в три этапа. Первый этап — подготовительный, когда обследуют земли, требующие рекультивации, устанавливают ее направление, составляют технико- экономическое обоснование и проект рекультивации. Второй этап—горно-техническая рекультивация в зависимости от условий района может дополняться промежуточной стадией — химической мелиорацией. Горнотехническую рекультивацию проводят предприятия, разрабатывающие полезные ископаемые. Горнотехническая рекультивация включает три стадии работ по формированию рельефа местности. Первая стадия — селективная выемка и складирование верхнего гумусированного слоя почвы и нетоксичных пород с последующим их использованием для рекультивации. Вторая стадия — формирование и планирование поверхности отвалов. Под них в первую очередь надо отводить выработанное пространство карьеров, а также овраги и балки. Участки для отвалов располагают в местах, которые не будут использованы для горных работ, и на других площадях, выведенных из сельскохозяйственного оборота. Это, как правило, земли с низким плодородием. Надо учесть санитарные требования, предусмотреть эстетику будущего ландшафта и возможность выполнения отдельных работ с наименьшими затратами. При условии содержания в отдельных грунтах менее 20 % токсичных пород в случае лесохозяйственного использования достаточно формирования отвалов и их разравнивания, позволяющего механизированно проводить посадку лесокультур и уход за ними. При сельскохозяйственном освоении выполняют планировку бульдозерами, выполаживание отвалов до состояния, обеспечивающего их постоянную устойчивость. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Третья стадия — формирование плодородного корнеобитаемого слоя для последующего этапа рекультивации — биологического, путем возврата ранее вынутого и складированного в бурты верхнего гумусированного слоя почвы. Если породы токсичны или соленосны, необходимо применять селективное отвалообразование, которое обеспечивает их захоронение в основание отвалов. Затем токсичные или соленосные грунты перекрывают экраном — слоем нетоксичной породы (60—100 см), проводят планировку площади бульдозерами и покрывают гумусированным слоем почвы. Токсичность сульфид содержащих пород можно снизить химической мелиорацией. Один из способов — внесение высоких доз извести. При токсичности грунтов более 40 % рекомендуется проводить полную химическую мелиорацию, причем количество извести в разных районах неодинаково. При содержании 20—40 % токсичных пород применяют частичную мелиорацию, а при содержании их менее 20 % мелиорацию не проводят. По окончании мелиоративных работ грунты покрывают селективно вынутым гумусированным слоем. Но предпочтительнее выполнять покрытие нетоксичной материнской породой, а затем на нее наносить гумусированный слой. Помимо так называемого сухого способа покрытия отвалов можно применять гидроспособ, при котором на спланированную поверхность отвалов подают по трубам пульпу из смеси воды и гумусированного слоя почвы. Третий этап восстановления нарушенных горными разработками территорий — биологическая рекультивация. В процессе ее решается задача восстановления плодородия подготовленных горно-технической рекультивацией участков и перевод их в категорию полноценных сельскохозяйственных и лесных угодий. Методы биологической рекультивации различны в зависимости от зональных и хозяйственно-экономических условий. Известны два вида биологической рекультивации: лесная и сельскохозяйственная. Наиболее экономным видом освоения рекультивируемых земель считается их облесение, поэтому в большинстве стран предпочтение отдается лесной рекультивации. За год-два до посадки проводят противоэрозионные мероприятия. По существу, для облесения пригодны почти все вскрышные породы. Оптимум рН грунтов для хвойных видов 4,5-6,0, для лиственных – 6.0-7,5. Cоздание лесонасаждений на отвалах посевом семян древесных пород оказалось неудачным. Семена поедают грызуны, всходы усыхают. Поэтому рекомендуют посадку SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 древесных пород: хвойных – двулетними, лиственных – однолетними сеянцами. Подбирают местные, аборигенные породы. Для снижения эрозии на отвалах необходимо создавать дернину. Хорошо показали себя травосмеси из овсяницы, мятлика и волоснеца на предварительно нанесенном 10сантиметровом слое почвы. Для закрепления склонов можно применять гидропосев трав без предварительного нанесения плодородного слоя. Для закрепления органогенных субстратов и снижения термоэрозии используют морошку, княженику, костянику. Застройка отвалов, дачное строительство возможны после их усадки – не менее чем через 10 лет после отсыпки, причем, как правило, допускается возведение одноэтажных зданий. На нетоксичных вскрышных породах в густонаселенных районах практикуется сельскохозяйственная рекультивация. Подготовка нарушенных территорий после горнотехнической рекультивации включает несколько стадий: известкование; рыхление на глубину до 60 см; внесение повышенных доз сбалансированных удобрений; посев злаково-бобовой травосмеси. Удобрения применяют после выполнения горно-технической рекультивации, под посев трав и после них. В целом за три этапа вносят 200—250 кг минеральных удобрений при соотношении NPK, равном 2:3:5. Карьеры нерудных ископаемых можно, если позволяют гидрогеологические условия, заполнять водой, создавая водохранилища с благоустроенными, озелененными берегами. Здесь можно организовать зоны отдыха для жителей городов. Подобный метод использования бросовых земель с системой озер преобразует ландшафт, улучшает рекреационные условия. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Центр водного спорта Айду Земледелие на рекультивированных землях имеет специфические особенности, базируясь в то же время на основных звеньях системы земледелия, применяемых в ненарушенных агроландшафтах и включает: организацию территории в соответствии со специализацией хозяйства и его природно-экономическими условиями; севообороты в соответствии со сложившейся структурой посевных площадей; способы обработки почвы, сева и ухода за растениями в соответствии с почвенным покровом; систему удобрения; систему защиты от сорняков, болезней и вредителей; систему мероприятий по защите почв от эрозии. За основу при организации территории рекультивированных земель должна быть взята специализация хозяйства. Она включает создание севооборотов с оптимальными размерами полей и чередованием культур, лесных полос, лесомелиоративного фонда на крутосклонах или неиспользуемых участках, подъездных путей, засыпку оврагов или создание гидротехнических противоэрозионных сооружений, организацию рекреационных зон вокруг сохранившихся водоемов и т. д. К специфическим особенностям земледелия в техногенных агроландшафтах следует отнести поэтапное освоение земель. В соответствии с требованиями к биологическому этапу рекультивации, последний разделяется на два периода. На первом, мелиоративном периоде решают коренные вопросы окультуривания рекультивированных почв путем подбора культур-освоителей или севооборотов, внесения удобрений мелиоративных мероприятий, связанных с периодом дальнейшего сельскохозяйственного использования. На втором, и других интенсивного послемелиоративном периоде рекультивированные земли должны быть включены в структуру сельскохозяйственных угодий с соответственной плановой отдачей от них. В зависимости от окультуренности и достигнутого в мелиоративном периоде уровня плодородия такие земли отводят в категорию пахотных угодий или же под кормовые культуры (улучшенные выгона, сенокосы, пастбища). Сформированные в техногенных агроландшафтах почвы в большей степени подвержены эрозионным процессам и различного рода другим деградациям, поэтому необходимо иметь противоэрозионный фон в течение всего года. Эрозия определяется не только известными факторами, но и особенностями техногенного ландшафта, в основном динамичностью его составных элементов. Среднегодовой поверхностный смыв в первые 3-5 лет после рекультивации может достигать 200-800 м3 /га. По мере освоения и укрепления поверхности растительным покровом интенсивность эрозийных процессов ослабевает, но остается довольно высокой. Рекультивированные почвы в сильной степени подвержены также ветровой эрозии. Но SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 даже самыми простыми агротехническими приемами можно значительно уменьшить водноэрозионные и дефляционные процессы. . Увеличение мощности почвенного слоя не всегда сопровождается повышением урожайности культур. Рекультивированные земли с нанесенным гумусированным слоем можно использовать более интенсивно в полевом или же в почвозащитном севооборотах. Применяемая при этом система удобрения должна обеспечить не только получение высоких урожаев, но и способствовать улучшению плодородия рекультивированных почв. Дозы удобрений в этих условиях должны быть на 30-40% выше, чем на зональных почвах. Внесение мелиорантов и использование многолетних злаково-бобовых трав позволяет накапливать органическое вещество в верхних слоях почвы, полнее мобилизовать питательные вещества почв и удобрений, вести борьбу с сорняками. Внесение органо-минеральных удобрений повышает урожайность культур в 1,5-3 раза. В мелиоративный период на площадях без нанесенного гумусированного слоя следует выращивать в течение пяти шести лет многолетние и однолетние травы с ежегодным внесением N80-100P80-100 K80-100. Или же в первый год освоения внести 50-60 т/га навоза, N50P50 K50, а затем ежегодно весной подкармливать (N50-100P50-100 K50-100) только многолетние бобовые травы. Урожай сельскохозяйственных культур на таких землях даже в производственных условиях получают на уровне зональных почв. Применяемые зональные технологии возделывания сельскохозяйственных культур не всегда и не везде приемлемы для нарушенных земель. В связи с этим обработка рекультивированных почв требует применения технологических операций, исходя из специфики самих почв и возделываемых культур. Она должна быть, прежде всего, почвозащитной и базироваться на разноглубинных обработках орудиями плоскорезного типа, способствующими мульчированию поверхности почвы. Формирование горнопромышленного ландшафта с максимальным сохранением естественного рельефа местности достигается при соблюдении следующих условий: активное формирование отвалов путем перераспределения грузопотоков вскрыши и изменения в процессе отвалообразования высоты отвальных ярусов; внедрение системы разработки и технологии горных работ, предусматривающих максимальное использование площадей горного и земельного отводов (после их отработки) для дальнейшего сельскохозяйственного освоения. При этом следует иметь в виду, что рекультивированы под пашню могут быть только горизонтальные и SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 слабопокатые поверхности отвалов; земли же, находящиеся под откосами, остаточными карьерными выемками, бермами безопасности, траншеями и т.д., безвозвратно утрачиваются для этого вида использования и в лучшем случае могут быть использованы для лесохозяйственного и рекреационного освоения; учет региональных особенностей разрабатываемого месторождения. Так, при необходимости формирования высоких многоярусных отвалов в районах с недостатком тепла отвалы следует размещать так, чтобы преобладали южные и юго-западные экспозиции откосов; в южных засушливых районах отвалы целесообразно ориентировать длинной стороной на север или северо-восток. Эффективность внешних отвалов оценивается критериями: а) удельной вместимостью отвала: K1 V0 S0 где К1- удельная вместимость отвала, м3/м2; V0 - объем породы в отвале, м3; S0- площадь, занимаемая отвалом, м ; в) коэффициентом формы отвала: K3 P0 PK где K3- коэффициент формы отвала; P0- периметр отвала, м; PK- периметр круга такой же площади, м. Из всех форм отвала наилучшей, с точки зрения рационального использования земель, является форма круга, затем квадрата. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Анализ проблемы взаимодействия горного производства и окружающей среды, позволил выявить закономерности этого взаимодействия и наметить основные пути решения проблемы в будущем. Принципиальное значение имеет новая классификация видов и результатов воздействия горного производства на различные элементы биосферы, позволяющая более обоснованно разрабатывать стратегию развития горного производства. Оптимизация воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнута путем создания экологизированного производства. Это требует широкого развития горно-экологических исследований, направленных на разработку и последующую реализацию: мониторинга той части биосферы, которая подвергается воздействию горного производства; принципов и методологии экономической оценки эффективности мероприятий по рациональному использованию минеральных ресурсов и охране окружающей среды; техники и технологии малоотходного, а в последующем - безотходного горного производства. Мероприятия по охране окружающей среды, научные и практические работы по оптимизации воздействия горного производства должны основываться на концепции интенсификации, предполагающей в качестве обязательного условия интенсивный путь развития горнодобывающей промышленности и горно-экологической концепции, базирующейся на единстве проблем рационального использования и охраны недр и рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Познание законов биосферы и их учет при организации горного производства - важное условие предотвращения вредного воздействия шахт, рудников, карьеров и обогатительных фабрик на природную среду и улучшения ее состояния в будущем. Правильная оценка положений современной экологии даёт возможность путём несущественного изменения системы хозяйственного освоения отдельных регионов согласовать интересы развития промышленности и сельского хозяйства с поддержанием оптимального состояния природной среды. Человек должен научиться управлять эволюцией природных популяций, свести к минимуму возможность появления специфически приспособленных вредных форм, способствовать появлению полезных. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 Геологическая и гидрогеологическая структуры, а также климатические параметры Эстонского месторождения горючих сланцев обуславливают высокую его обводненность и большую сезонную неравномерность притоков воды в горные выработки шахт и разрезов. Поступающие в горные выработки воды подразделяются на шахтные, карьерные и дренажные. Шахтные и карьерные воды различаются в зависимости от способа ведения горных работ – подземного или открытого. Общим для шахтных и карьерных вод является то, что они образуются при поступлении подземных и поверхностных вод в действующие горные выработки, где и подвергаются загрязнению различными вредными веществами в процессе ведения горных работ. Дренажные же воды образуются при поступлении подземных и поверхностных вод в отработанные части карьерных и шахтных полей, т. е. в действующие горные выработки, где они практически не загрязняются и поэтому могут быть отнесены в большинстве случаев к условно чистым, не требующим очистки. При этом следует отметить, что объем дренажных, т. е. условно чистых вод значительно больше, чем объем шахтных и карьерных (до смешивания). Существующая система осушения сланцевых шахт и разрезов предусматривает применение только водоотлива, предназначенного для сбора и удаления воды из действующих и отработанных горных выработок одновременно. В результате происходит смешивание шахтных и дренажных, а также карьерных и дренажных вод, в результате чего большая часть всего объема откачиваемых из сланцевых шахт и разрезов вод относится к загрязненным и требует очистки. Большие объемы и высокая степень сезонной неравномерности притоков поступающей в горные выработки воды наряду с необходимостью выполнения правил безопасности требует сложной организации системы водоотлива на сланцевых шахтах и разрезах. Эта сложность заключается в необходимости обеспечения большого резерва производительности насосных станций по сравнению со среднегодовыми притоками воды и выработки. Кроме того, для сланцевых шахт и разрезов в значительной мере присуща децентрализация водоотлива, требующая больших затрат на проходку щелей, канав и каналов. В конечном счете, все недостатки существующей системы водоотлива сфокусированы в проблеме загрязнения всех видов, поступающих в горные выработки, вод и необходимости очистки громадных объемов шахтных и карьерных вод. Составной частью технологии добычи и обогащения горючих сланцев, как и других полезных ископаемых, являются процессы осушения разрабатываемых месторождений, потребления воды для различных производственных нужд и отведения образующихся сточных вод в природные водные объекты. Интенсификация развития горнодобывающих SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 отраслей народного хозяйства требуют постоянного совершенствования организации водопользования шахт и разрезов с целью сокращения потребления воды питьевого качества и, особенно на производственные нужды, расширения использования попутно добываемых шахтных и карьерных вод, предотвращения истощения и загрязнения подземных и поверхностных вод. Для разработки мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов необходимо знать образование сточных вод, факторы, влияющие на их состав и свойства, и допустимую степень воздействия сточных вод на природные водные объекты, в которые они сбрасываются. Актуальность этих проблем особенно возросла в связи с возникшей в последние годы необходимостью защиты от загрязнений Балтийского моря и Чудского озера, куда сбрасываются сточные воды горнодобывающих предприятий . Применение специальных мер для предварительного осушения шахтных и карьерных полей на месторождениях горючих сланцев позволит получить существенный эффект. Вопервых, оно может привести к резкому сокращению объемов загрязнения шахтных и карьерных вод из-за уменьшения водопритоков в горные выработки. Во-вторых, предварительное осушение позволит избежать роста минерализации в откачиваемой воде, который наблюдается при существующей системе водоотлива. Кроме того, предварительное осушение должно привезти к резкому сокращению объемов очистки шахтных и карьерных вод и снизить уровень отрицательного влияния их выпуска в природные водные объекты. С технической точки зрения организация применения предварительного осушения полей сланцевых шахт и разрезов не может вызвать больших трудностей. Для охраны подземных вод от загрязнения и истощения при ведении горных работ со временем должны получить более широкое распространение противофильтрационные завесы (ПФЗ). Применение ПФЗ в значительной мере способствует сокращению размеров депрессионных воронок. Кроме того, применение ПФЗ может также привести к сокращению потерь запасов сланца в целиках, оставляемых для защиты от подработки озер, болот и других природных объектов. Целесообразно также применение и других известных способов защиты подземных вод от загрязнения, источниками которого могут быть различные технологические сооружения шахт и разрезов. Для учета объемов собираемых, используемых и сбрасываемых сточных вод можно использовать различные способы и средства, область применения которых регламентируется конкретными условиями шахт и разрезов. Внедрение этих способов и SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 средств обеспечит улучшение системы первичного учета вод на сланцевых шахтах и разрезах. В зависимости от состава шахтных вод применяются различные методы и технологические схемы их очистки. Наибольшее распространение получила схема двухступенчатой очистки (реагентная обработка с отстаиванием и фильтрованием). Для исключения санитарной опасности шахтных вод, особенно при использовании в технических целях, производят их обеззараживание, которое осуществляется в основном жидким хлором, хотя применяются и другие способы обеззараживания. Следует отметить, однако, что весь объем выдаваемых на поверхность шахтных вод не может быть непосредственно использован для нужд народного хозяйства. Добыча сланца при существующих методах ведения горных работ не может производиться без откачки шахтных вод на поверхность. Выдаваемая из шахты вода загрязнена в различной степени взвешенными веществами, растворенными минеральными веществами, бактериальными примесями и поэтому, как правило, не может быть использована полностью в народном хозяйстве или сброшена в водоемы без предварительной очистки. Наиболее характерным видом загрязнений шахтных вод являются взвешенные вещества. Они содержатся в том или ином количестве практически во всех шахтных водах, выдаваемых на поверхность с рабочих горизонтов шахты. Вследствие этого удаление взвешенных веществ является основным видом очистки нейтральных и слабощелочных пресных шахтных вод и первой стадией очистки солоноватых и соленых шахтных вод перед опреснением. На практике очистка шахтных вод от взвешенных веществ производится с использованием различных методов и сооружений, которые существенно отличаются друг от друга по эффективности и другим технико-экономическим показателям. Большая часть попутно извлекаемой из недр воды при разработке Прибалтийского бассейна горючих сланцев подлежит пока выпуску в гидрографическую сеть. Существующее законодательство по охране и рациональному использованию водных ресурсов требует проведения специальных расчетов по определению условий выпуска сточных вод в природные водные объекты. Подробное изложение требований и методики расчета по определению условий выпуска сточных вод позволит широко использовать их в практике работы сланцевых шахт и разрезов при обосновании ходатайств для получения разрешений на спецводопользование и разработке мероприятий по очистке сточных вод. Выпуск сточных вод без соблюдения установленных требований может нарушить веками складывавшееся экономическое равновесие в природных водных объектах и нанести им в некоторых случаях непоправимый ущерб. Использование, приведенных в данной работе, SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 методов по очистке сточных вод, а затем уже очищенных шахтных вод позволит избежать вредных последствий выпуска сточных вод сланцевых шахт и разрезов в природные водные объекты. В настоящий момент проблемами охраны окружающей среды в горной промышленности Эстонии занимаются различные научно-исследовательские организации (AS Maves и др.), имеющие компетентных специалистов в данной области, которые продолжают вести научные исследования с целью снижения негативного влияния на водные запасы Эстонской республики, их рационального использования и сохранения для последующих поколений. Список литературы 1. http://seadus.ibs.ee/aktid/rk.s.19940511.365.19980716.html 2. https://www.riigiteataja.ee/ert/act.jsp?id=28669 3. www.envir.ee 4. М.Е. Певзнер, В.П. Костовецкий, «Экология горного производства», - Москва, «Недра», 1990 г. 5. А.В. Колосов, «Эколого-экономические принципы развития горного производства», Москва, «Недра», 1987 г. 6. С.Н. Подвишенский, В.И. Чалов, О.П. Кравчино, «Рациональное использование природных ресурсов в горнопромышленном комплексе», - Москва, «Недра», 1988 г. 7. Е.И. Захаров, А.А. Лебедкова, «Охрана окружающей среды. Для студентов горных специальностей», Учебное пособие. – Тула: ТулПИ, 1987 8. «Полезные ископаемые Эстонской ССР и их добыча» Вельо Лаурингсон, Альфред Рейер. Таллинн «Периодика» 1981. 95 с. 9. «Условия образования и выпуска сточных вод сланцевых шахт и разрезов» Э.В. Парахонский Таллинн «Валгус» 1983. 143 с. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014 10. «Основы водопользования шахт и разрезов» Э.В. Парахонский.Таллинн «Валгус»1987. 103 с. 11. „OÜ Merko Kaevandused poolt Narva põlevkivi karjäär 2 mäeeraldisel kavandatava põlevkivi kaevandamisega kaasneva keskkonnamõju hindamine” TPU Ökoloogia Institut, Kirde-Eesti osakond. Töö nr. 47-03.Mer. Jõhvi, juuni 2003. 86 lk. 12. «Водоотлив и осушение горных предприятий» В.А Боярский, И.П. Киров, Москва «Высшая школа» 1980. 303 с. 13. «Шахтный водоотлив» Л. Д. Шевяков, А. Н. Бредихин, издание 5-ое переработанное, Госгортехиздат, Москва 1960, 354 с. 14. «Очистка шахтных вод» И.Л. Монгайт, К.Д. Текиниди, Г.И. Николадзе. Москва «Недра» 1978.171 с.; 15. «Канализация» А. И. Жуков, Я.А. Карелин, С.К. Колобанов и др. Издание 4-е, переработанное и дополненное, под редакцией проф. А.И. Жукова. «Издательство литературы по стоительству» Москва 1969. 589с 16. http://www.envir.ee/vesi/EL%20veepoliitika.pdf 17. https://www.riigiteataja.ee/ert/act.jsp?id=28669 18. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ, 1998 – 455 с. 19. Э. В. Парахонский Основы водопользования шахт и разрезов. Таллинн: «Валгус», 1987, 103 с. 20. Э. В. Парахонский Условия образования и выпуска сточных вод сланцевых шахт и разрезов. Таллинн: «Валгус», 1983, 143 с. 21. Научный редактор Э. В. Парахонский Охрана труда и природной среды при добыче и обогащении полезных ископаемых. Кохтла-Ярве, 1982, 266 с. 22. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод. Москва – 1985, 76 с. 23. Комплексная переработка шахтных вод / А. Т. Пилипенко, И. Т. Гороновский, В. Д. Гребенюк и др.; Под. ред. А. Т. Пилипенко. – К.: Технiка, 1985. – 183 с., ил. – Библиогр.; с. 175-182. 24. Монгайт И.А., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод. М.: Недра, 1978 173 с. 25. Горшков В.А. Очистка и использование сточных вод угольной промышленности. - М.: Недра, 1981 – 169 с. SChekryzhov, VK TTÜ. 2014