УДК 622.85:622.33



Предыдущая | Следующая

 

Приоритетные УДК 622.85:622.33
© Д. Г. Закиров, 2006 направления решения основных экологических и энергетических проблем в угольной промышленности Анализ состояния природоохранных мероприятий по регионам добычи и переработки угля показывает, что в настоящее время основная масса технических решений и мероприятий направлена на нейтрализацию и устранение последствий деятельности производства, а не на исключение первопричин и их источников. Снижение отрицательного влияния предприятий угольной промышленности на природную среду осуществляется посредством частичного восстановления нарушенного природного состояния, которое достигается путем рекультивации земель, осветления и очистки сточных вод, пыле- и газоулавливания теплоэнергетическими и другими установками. Данные меры малоэффективны, так как они не ликвидируют причин, порождающих негативные явления, а только частично ликвидируют последствия, что привело к резкому ухудшению экологической обстановки в регионах и большим экономическим затратам.
Строительство и эксплуатация угледобывающих и перерабатывающих предприятий сопровождается многосторонним негативным воздействием на окружающую природную среду. В экологическом отношении это проявляется в загрязнении вредными веществами и отходами производства естественных водоемов, воздушного бассейна, изъятии из сельскохозяйственного оборота земель за счет образования неблагоприятных форм техногенного рельефа, снижения продуктивности земельных угодий, ухудшения гидрологических и гидрогеологических режимов, изменений тепловых, магнитных, электрических и силовых полей в массиве разрабатываемых площадей, создании тепловых и газовых вертикальных инверсий в атмосфере. Особую экологическую опасность создает суммарное воздействие отходов предприятий угольной промышленности на окружающую среду [1].
Экологические мероприятия при производстве энергетических ресурсов, связанные с достижением установленных нормативов, в настоящее время требуют значительных эксплуатационных затрат. Применяемые на практике технологии очистки воды и воздуха, водоочистные сооружения пыле- и газоулавливающие установки несовершенны и малоэффективны. Поскольку нет комплексных технологий очистки, в очистных сооружениях улавливаются единицы из нескольких десятков вредных веществ, а остальные попадают в атмосферу. При существующем положении, даже при самых больших масштабах работ по ликвидации этих последствий, значительных объемах капитальных и текущих затрат на их осуществление, невозможно полностью решить проблему исключения вредного влияния угледобычи на окружающую среду.
Для решения проблемы рекомендуется в качестве основного направления работ по эффективному снижению отрицательного воздействия на природу развивать малоотходные производства на базе комплексного использования попутных минеральных и энергетических ресурсов шахт, разрезов и других предприятий угольной отрасли, создав эколого-технологические процессы, взаимосвязанные не только с основной технологией добычи угля, но и с получением конечного продукта — электрической и тепловой энергии.
Добыча и обогащение угля являются составными частями производства тепловой и электрической энергии, поэтому угольное предприятие должно входить в состав энергетического предприятия, конечным продуктом которого является энергия. Проблему охраны окружающей среды следует рассматривать в рамках угольно-энергетического предприятия комплексно по всем звеньям технологической цепи: добыча и переработка топлива — производство энергии и ее потребление. Технологические процессы угольно-энергетического предприятия, дополняя друг друга, позволят эффективно использовать природные ресурсы, создавать и применять безотходные и энергосберегающие технологии с учетом преимуществ сквозного производственного цикла. Органичная связка ТЭС – угольное предприятие даст возможность значительно снизить потери в сетях энергоснабжения источника топлива, с максимальной отдачей использовать утилизированную энергию отходов добычи угля (метан, низкотемпературные шахтные воды, вентиляционная струя, дымовые газы, оборотная вода и т. д.). Поскольку твердых отходов от сжигания угля на ТЭС гораздо больше, чем в шахтной котельной, имеет смысл использовать их для закладки выработанного пространства в шахте, что позволит не изымать для складирования отходов дополнительные земельные угодья и исключить неизбежные при этом рекультивационные работы. Эффективность такого комплексного подхода нами была доказана в технико-экономическом обосновании создания ТЭС на промплощадке шахты «Обуховская» ОAO «Ростовуголь» [2].
Сравнительный анализ сложившихся тарифов на электроэнергию и природный газ в сопоставимых единицах, например в руб. /ГДж, электроэнергии руб. /тыс. кВт?ч, природный газ в руб. /тыс. м3 показывает, что стоимость электроэнергии превосходит стоимость газа в 10 раз. При КПД брутто электростанции 25 % соотношение цен [электроэнергия (по стоимости сожженного топлива) / топливо] окажется равным 4:
1. Поскольку топливная составляющая для электростанции, сжигающей газ, никогда не превосходит 50 % в структуре себестоимости, то соотношение цен [электроэнергия (себестоимость)] окажется равным 8: 1. Очевидно, что при сложившемся соотношении цен на энергоносители экономически целесообразно ориентироваться на собственные источники электроэнергии.
Иметь собственные источники энергии сегодня выгодно, так как их экономичность, как правило, не ниже электростанций АО-энерго, а иногда и выше.
При этом полностью исключается транспортная составляющая тарифа, которая в составе общего тарифа на электроэнергию достигает 45 – 50 %, а в составе общей платы на тепловую энергию иногда и выше ее стоимости в коллекторах ТЭЦ [3].
Для реализации направления безотходной добычи угля должны создаваться технологии переработки и размещения породы в выработанных пространствах шахт и разрезов без складирования и хранения ее на поверхности. Для сокращения объема откачиваемых и очищаемых шахтных и карьерных вод должны быть созданы соответствующие технологии (снижения водопроницаемости пород, разделения технологических и дренажных водопотоков, предотвращения поступления поверхностных вод, захоронения высокоминерализованных вод в геологических структурах и т. д.).
Выполнение указанных задач может быть достигнуто при комплексном использовании отходов угольной промышленности при условии, что отходами следует считать продукты производства, не являющиеся целью данного производства и различающиеся по: технологическим стадиям их образования; агрегатному состоянию, в котором они находятся; содержанию в них ценных компонентов; степени наносимого ущерба природной среде;
затратам для их использования [1].
По технологическим стадиям выделяются отходы от основных и вспомогательных операций, что определяет их технологичность переработки; по агрегатному состоянию — отходы твердые, жидкие и газообразные. Такое деление позволяет часть отходов аккумулировать, а часть использовать немедленно, иначе они будут безвозвратно потеряны и при этом нанесут ущерб окружающей среде.
Разделение по содержанию ценных компонентов позволяет установить направление использования и определить сферу их применения. По степени ущерба, наносимого природной среде, устанавливается очередность их использования в масштабах региона и отрасли. Основными критериями установления очередности являются величины ущерба, наносимого природной среде, или размер экономии от предлагаемой утилизации отходов [1]. Деление по затратам на использование отходов позволяет выявить не только расходы по их утилизации, но и установить влияние вовлечения отходов на экономику предприятий, на которых эти отходы образуются и перерабатываются.
При оценке воздействия отрасли на природную среду необходимо использовать системный подход. При этом природный комплекс и производство рассматриваются как единая система, состоящая из ряда взаимодействующих подсистем, включающих атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Зона влияния системы очерчивается границей взаимодействия всех ее подсистем.
Главным направлением достижения этой цели является использование достижений научно-технического прогресса. При этом кардинальным направлением создания экологически чистых технологий и предприятий является ориентация на безотходное производство на всех стадиях технологического процесса добычи и переработки угля. Создание экологически чистых производств, исключающих или снижающих вредное влияние на окружающую среду, наиболее надежно достигается при переходе на ресурсои энергосберегающие безотходные технологические процессы. В связи с этим к экологически чистому производству предъявляются определенные требования, выполнение которых позволяет обеспечить достижение поставленной цели. Основным требованием, предъявляемым к экологически чистому предприятию, является наиболее рациональное и комплексное использование отходов и энергии в цикле «природные ресурсы — производство — потребление — вторичные энергетические и сырьевые ресурсы», при этом любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования, то есть сохраняют способность к самовосстановлению и самоочищению [1].
Экологизация угольного предприятия зависит от организации технологических процессов добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное использование и охрану недр, комплексное использование отходов с получением товарной продукции, полное исключение или уменьшение до санитарных норм загрязнения окружающей среды отходами добычи и переработки угля, исключение нарушения земельных угодий, замкнутые водооборотные циклы и замкнутые топливно-энергетические структуры. Требования представляют собой систему ограничений (экологических и экономических), целесообразных технологических направлений и возможных технических решений добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное природопользование и охрану природной среды.
Кроме того, методологические направления экологизации следует различать по сферам воздействия угольного производства на окружающую среду. Так, для уменьшения вредного воздействия на водные и земельные природные ресурсы базовым направлением следует считать применение безотходных технологий добычи угля, а для снижения загрязнения биосферы основное направление — переход к безотходному производству или к безотходным технологиям, а также применение энергосберегающих технологий и технологий очистки и пылегазоулавливания. Основные принципы экологизации непосредственно добычи угля заключаются в размещении пород вскрыши, а также пород от проведения и ремонта горных выработок и от обогащения в выработанных пространствах разрезов и шахт, исключая складирование их на поверхности; максимальном ограничении техническими и технологическими приемами притоков воды в горные выработки, исключении дренажных вод из процесса смешения с технологическими и их загрязнения; очистке загрязненных шахтных и карьерных вод непосредственно в шахте или разрезе, позволяющей использовать их для технологического водоснабжения; минимальном отчуждении земель для застройки путем размещения инженерных объектов в заглубленных и полузаглубленных полостях; сохранении подрабатываемого массива с применением закладки и других способов поддержания массива пород выработанного пространства.
Основные технические направления реализации принципов экологизации предприятий угольной отрасли [1] вклю — создание подземного породохозяйственного комплекса, включающего в себя: технологические процессы размещения породы в выработанном пространстве очистных забоев, в погашаемых выработках и в околоштрековых охранных полосах; технологию обогащения угля непосредственно в шахтах и разрезах с использованием тяжелосредных сфер и гравитационных установок; рациональную компоновку и расположение зданий и сооружений поверхностного комплекса, транспортных, подъемных и вентиляционных сооружений в заглубленных и подземных полостях;
— создание водохозяйственного комплекса, исключающего сброс неочищенных шахтных и карьерных вод во внешние водоемы и включающего в себя реализацию ряда технических и технологических решений, таких как разделение технологических и дренажных водопотоков, снижение фильтрационных свойств пород водоносных горизонтов путем введения гелеобразующих растворов, применение полной закладки выработанного пространства с минимальным нарушением пород водоносного горизонта, рациональное ориентирование линии очистного забоя относительно трещиноватости пород;
— оборотные технологические циклы, осветление загрязненных шахтных и карьерных вод дренированием через обрушенные породы отработанных горизонтов и породные отвалы, захоронение высокоминерализованных вод в геологических структурах, не являющихся проводниками питания водоносных горизонтов;
— очистка технологических вод без смешения с дренажными и с размещением твердого осадка в выработанных пространствах шахт и разрезов;
— откачка избытка чистых (дренажных) шахтных и карьерных вод и передача их потребителям.
Создание комплекса по защите атмосферы на базе теплоэнергетического хозяйства включает в себя следующие технические и технологические решения:
— технологию сжигания метановоздушных смесей из дегазационных систем в двигателях внутреннего сгорания, в теплофикационных газотурбинных установках, в топках котлов на границе зеркала горения слоя угля при содержании метана от 25 % и выше;
— технологию извлечения метановоздушных смесей из вентиляционных систем вихревыми мембранными или сепарационными газоразделительными установками;
— технологию использования отходящей низкопотенциальной теплоты компрессоров, кондиционеров, вентиляторов и других энергетических установок для обогрева стволов шахт, теплиц и парников, прудов-отстойников и рыбоводческих прудов, стен зданий и сооружений, АБК и жилого фонда с использованием тепловых насосов и теплотрансформаторов;
— системы пылеподавления и снижения пылеобразования, основанные на эффективных технических решениях;
— технологию защиты окружающей среды от вредного влияния шума и вибрации с размещением источников шума в заглубленных полостях, звукоизоляцией и совершенствованием оборудования.
В связи с изложенным предприятия угольной промышленности должны рассматриваться в составе комплекса производств, расположенных на одной промплощадке и выпускающих конечную продукцию в виде товарного угля, стройматериалов, электрической и тепловой энергии и др.
Создание такого комплекса производств обеспечит минимальное отчуждение земли, возможность размещения в горных выработках невостребованных отходов всех производств комплекса, использование очищенных сточных вод для технологического водоснабжения, покрытие нужд тепло- и электроэнергии за счет собственных источников, сокращение перевозок, совмещение ряда служб и вспомогательных объектов. Снижение вредного воздействия на окружающую среду обеспечивается как на уровне отдельных производств, так и всего комплекса в целом.
С целью снижения или исключения вредного влияния на окружающую среду необходимо создавать оборудование и технологии утилизации сопутствующих ресурсов и отходов угледобычи и переработки. Цель может быть достигнута за счет следующих технических и технологических решений:
— создания замкнутых водохозяйственных комплексов, обеспечивающих полное использование шахтных и карьерных вод для технологического водоснабжения собственных нужд производства и смежных отраслей;
— создания замкнутого теплоэнергетического хозяйства, обеспечивающего потребности предприятий производственного комплекса собственным теплом и электроэнергией, получаемых от утилизации метана, и использующего отходящую низкопотенциальную теплоту энергетических установок, вентиляционных и дегазационных систем и других источников;
— создания комплекса по переработке твердых отходов, включающего в себя сбор и переработку шахтной породы и отходов углеобогащения, и энергетических объектов, обеспечивающего сохранность поверхности, ликвидацию отчуждения земель под их складирование, исключение загрязнения атмосферы, водоемов и почвы;
— создания систем заглубленных и подземных объектов для размещения части поверхностного комплекса, обеспечивающих устранение шума и вибрации стационарного оборудования;
— создания короткозабойной комплексно-механизированной технологии для отработки особо экологически чувствительных участков, обеспечивающей охрану отрабатываемого массива, водоносных горизонтов, тепловых, газовых, электрических, магнитных, силовых и других полей; совершенствования трубопроводного транспорта твердых отходов. При условии максимального экономически оправданного использования всех видов отходов и сопутствующих ресурсов разрабатываемых месторождений, а также минимизации оказываемого ими нежелательного влияния на природную среду и здоровье людей угольная промышленность может стать рентабельной и конкурентоспособной.
Список литературы 1. Климов С. Л., Закиров Д. Г. Энергосбережение и проблемы экологической безопасности в угольной промышленности России. — М.: Изд-во Академии горных наук. — 2001.—271 с.
2. Закиров Д. Г., Цукерман И. С. Новые подходы к решению комплекса экологических, энергетических и экономических задач на угледобывающих предприятиях России (тезисы) // Межотраслевое совещание по совершенствованию экологической работы в отрасли ТЭК.
— Пермь: 1997.
3. Закиров Д. Г. Повышение эффективности использования энергоресурсов, создания собственных источников энергии — одно из основных направлений повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции в современных условиях (тезисы) // 1-я Международная научно-практическая конференция и выставка «Энергетика, материальные и природные ресурсы.
Эффективное использование. Собственные источники энергии». – Пермь:
2005. — С.14 – 19.