Комплексное использование горных пород и охрана окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный университет

Кафедра «Технология, механизация и организация открытых горных работ»

Письменная работа по дисциплине:

Основы горного дела

на тему

«Комплексное использование горных пород и охрана окружающей среды»

Выполнил:

студент 5 курса

заочного отделения

группы ТБ-06

колесников а м.

Москва 2010

Под системой открытой разработки месторождений понимают определенный порядок выполнения во времени и пространстве определенного комплекса вскрышных и горноподготовительных работ и способ осуществления очистных работ при извлечении полезного ископаемого. Эксплуатационные работы в карьере начинают с расширения разрезной траншеи путем почвоуступной разработки её бортов с параллельным или веерным перемещением фронта работ. Основные элементы систем разработки, применяемых на карьерах, - уступы, фронт работ уступа и карьера, рабочая зона карьера, рабочие площадки уступов. Фронтом работ уступа называется часть уступа по длине, подготовленная к ведению вскрышных или очистных работ, а суммарная длина таких частей по всех уступам называется фронтом работ карьера. Рабочая зона карьера определяется совокупностью вскрышных и добычных уступов, находящихся в одновременной отработке. Ширина рабочей площадки уступа состоит из ширины развала взорванной горной массы (или ширины заходки по целику, если не применяют рыхление породы буровзрывным способом), ширины транспортной полосы с учетом безопасного расстояния от развала, ширины площадки для вспомогательного оборудования и бермы безопасности. При использовании мехлопат и железнодорожного транспорта ширина рабочей площадки составляет 25 - 60 м (больше значение - в скальных породах), а при автотранспорте - 25 - 50 м. Дела с использованием отходов угледобычи обстоят неблагополучно. При разработке рудных и угольных месторождений ежегодный объем вскрышных пород достигает сотен миллионов кубометров, однако, их широкое использование в строительстве еще не организовано. Существенным резервом увеличения производства и снижения себестоимости нерудных строительных материалов является использование отходов углеобогащения и горнорудной промышленности. До 90-х годов текущего столетия учеными и научными организациями России выполнен большой объем НИР по комплексному использованию вскрышных пород, отходов угле- и рудообогащения. Многие из работ доведены до опытно-промышленного применения, однако, внедрение результатов научно-технических разработок в последние годы резко сократилось. Проблемой отходов промышленности занимаются не только в нашей стране, но и во всем мире.

Если проанализировать итоги развития российской экономики в последние годы, то становится очевидным, что механизм нерационального ресурсопотребления не только не остановлен, но и увеличил обороты, поскольку спад в выпуске продукции опережает сокращение потребления сырья и материалов. Вместе с тем прогресс науки и техники позволяет все более рационально использовать материальные ресурсы. Одним из важнейших направлений ресурсосберегающей деятельности является эффективное использование отходов производства. Среди различных факторов, определяющих их рациональное применение, важную роль играют организационные, в том числе система управления ресурсопотреблением, которой, к сожалению, лишь на немногих заводах уделяется внимание.

На основе обобщения отечественных и зарубежных достижений может быть принята следующая комплексная система управления рациональным использованием материальных ресурсов (КС УРИР). Ее цель - постоянное развитие ресурсосберегающих методов хозяйствования. Составная часть КС УРИР - комплексная система управления рациональным использованием вторичного сырья.

Система предусматривает проведение следующих мероприятий:

o научно-технического характера (использование передовой техники и технологии по сбору и переработке вторичного сырья);

o экономического (внутрихозяйственное планирование образования, сбора, использования и реализации отходов, установление цен на эти ресурсы и продукты их переработки, материальное стимулирование их рационального применения, комплексный учет и анализ результатов работы с вторичным сырьем);

o правового (использование директивных указаний и инструкций в работе с вторичным сырьем, подбор и расстановка кадров, расширение и упорядочение договорных отношений между поставщиками и потребителями;

o экологического (использование вторичного сырья с учетом аспектов защиты окружающей среды).

o Система носит многоуровневый характер и охватывает все стадии жизненного цикла вторичных материальных ресурсов:

o выявление ресурсов;

o планирование их сбора и использования, сбор и подготовку к потреблению или реализации; собственно полезное применение;

o реализацию на сторону;

o профилактику частичного уничтожения.

Организационно-методической, нормативно-технической и правовой ее основой являются стандарты и сертификация вторичных ресурсов. Регламентируя прогрессивные нормы, правила и методы, а также этапы и содержание процессов, стандарты вносят ясность в работу исполнителей, четко разграничивая их права и обязанности, а также устанавливая формы материального и морального стимулирования.

Основные функции стандартов в области управления рациональным использованием вторичных ресурсов:

* упорядочение внутренних и внешних связей производственных систем для вовлечения в производство отходов, а также повышения эффективности их использования;

* нормирование требований к экономному, рациональному применению вторичного сырья и элементам производства, обеспечивающим выполнение этих требований;

* внедрение в производство достижений научно-технического прогресса и передового опыта (образцов вторичных ресурсов и технологии их полезного использования);

* организация трудовых процессов на основе прогрессивной технологии и совершенствования производственных отношений;

* обеспечение контроля за рациональным использованием отходов на стадиях их жизненного цикла;

* управление рациональным использованием дополнительных источников снабжения.

КС УРИР регламентируется нормативно-технической документацией, определяющей нормирование, оценку и контроль показателей рационального использования вторичных ресурсов, функции управления и организацию трудовых процессов), а также их взаимосвязи. Особо следует отметить систему документов, регламентирующих специализированные функции управления рациональным применением вторичных ресурсов.

Некоторыми авторами сделана попытка классифицировать воздействие горного производства на окружающую среду. Японский учёный М. Накао разделяет негативное воздействие горного производства на окружающую среду на следующие группы:

1 - осадка земной поверхности вследствие образования подземных пустот и полостей, которые возникают при извлечении полезных ископаемых и откачке шахтных вод;

2 - ущерб сельскому хозяйству и рыболовству от воздействия

откачанных шахтных вод;

3 - ущерб сельскому хозяйству и лесоводству от выделений газов, содержащих сернистые оксиды;

4 - 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.

3. Польские специалисты Е. Малара, Т. Скавина, и З. Боярский считают что это воздействие вызывают геомеханические, гидрологические, химические, физико-механические и термические изменения в окружающей среде. восстановление нарушенный горный порода

Геомеханические изменения обусловлены:

1. Строительством карьеров, отвалов, отстойных водоёмов, различных насыпей и траншей.

2. Деформацией поверхности в результате ведения горных работ.

3. Хранением отходов обогатительных фабрик.

4. Монтажными работами, работой тяжёлого оборудования и др.

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 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 суффозии и 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.

2. Сбросом подогретых вод.

3. Нагнетанием подогретых вод в массив горных пород.

В результате этого воздействия происходят: изменения качества атмосферного воздуха и водного бассейна.

Классификация, предложенная польскими специалистами, 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.

Воздействие на ландшафты открытых горных работ проявляется, в коренном переустройстве рельефа, с образованием техногенных отрицательных (денудационных) и положительных (аккумулятивных) форм. Положительными формами рельефа, остающимися после производства открытых горных работ, являются отвалы, которые по отношению к контуру карьера подразделяются на внутренние, находящиеся внутри этого контура и внешние, располагающиеся вне контура карьера. По форме, внешние отвалы могут быть: плоскими, в случае если они сформированы посредством гидротранспортировки пород вскрыши; платообразными, при транспортной системе разработки месторождения и одноярусной отсыпки в отвалы вскрышных пород или платообразными террасироваными, при многоярусной отсыпки тела отвала; гребнеобразными или представлять собой систему гребней, образующихся при отсыпке верхнего яруса отвалов драглайнами, консольными отвалообразователями или драгами. Отвальными породами могут быть также отсыпаны разного рода насыпи и дамбы при строительстве транспортных коммуникаций или гидротехнических сооружений. Отрицательными формами рельефа, остающимися после открытых разработок являются карьеры, траншеи и канавы, весьма различные по своим параметрам. Карьер охватывает собой совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом. В угольной промышленности карьер обычно называют разрезом, в практике разработки россыпей - полигоном. Форма карьеров определяется условиями залегания полезного ископаемого и геометрией разрабатываемого пласта или рудного тела: выровненные мульдообразные карьеры характерны для разработок торфяников, сапропелей иных площадных пологопадающих залежей полезных ископаемых при небольшой мощности вскрышных пород. Их глубина обычно не превышает 10 м; мульдообразные гребневидные формируются при разработке сходных по геометрии и положению в разрезе залежей, при большей мощности вскрышных пород или значительном преобладании масс вмещающих пород над массой полезного ископаемого (россыпные месторождения). Для техногенного рельефа, остающегося после разработки подобных месторождений, характерно наличие гребневидных отвалов вскрышных пород, покоящихся на дне карьерной выработки. В случае разработки террасовых россыпей собственно карьерная выработка может не быть выраженной в рельефе и, в этом случае, система гребневидных отвалов представляет собой уже аккумулятивные формы техногенного рельефа: трапециевидные вытянутые горизонтальные карьеры образуются при разработке вытянутых горизонтальных или пологопадающих залежей малой (до 20 м) мощности, с перевалкой пород маломощной вскрыши драглайнами во внешние бортовые отвалы, экскаваторами или отвалообразователями - во внутренние; трапецевидные террасированные вытянутые горизонтально каньоны формируются при разработке полого или крутопадающих глубоких залежей любой мощности, с перевалкой вскрышных пород во внутренние отвалы; циркообразные террасированные карьеры формируются при разработке глубокозалегающих залежей крутого падения, в том числе - кимберлитовых трубок, с перевалкой вскрышных пород только во внешние отвалы. траншеи представляют собой трапецевидные вытянутые горизонтальные или наклонные горные выработки, протяженность которых значительно превышает их ширину. По отношению к контуру карьера, траншеи могут располагаться внутри него, либо находится за его пределами. При значительной глубине траншеи ее борта могут быть террасированы. канавы, вид горных выработок характерный для геологоразведочных работ, использующийся в горных предприятиях обычно для отвода поверхностных вод от карьерного или шахтного поля. Открытыми разработками россыпных месторождений нарушены природные долинные ландшафты многих рек Южной и Восточной Якутии, Южной и Северо-Восточной Сибири. Часть нарушенных долинных ландшафтов освоена вторичной растительностью, часть представляет собой открытые техногенные бедленды, называемые иногда "лунными ландшафтами". В большинстве случаях самовосстановления растительности нарушенных долинных ландшафтов, последние не достигают зональной биологической продуктивности и, соответственно, экологической ценности и значимости. Между тем, многие долинные ландшафты тундровой и таежной зон представляют собой наибольшую ценность для природных экосистем, в частности именно долины рек являются местообитанием многих редких организмов, именно там находят отдых перелетные птицы и пищу копытные во время зимней бескормицы при гололедных явлениях в тундре. Техногенный рельеф речных долин, остающийся после разработки россыпных месторождений сложен и разнообразен. Его морфологические параметры сопоставимы с параметрами естественных форм рельефа: высотами речных террас, глубиной вреза в их поверхность долин и ручьев. В соответствии с геологическими условиями и принятой технологией разработки россыпного месторождения, глубина карьерных выемок составляет от 2 до 25 м. Высота отвалов вскрышных пород, в зависимости от способа их транспортировки, достигает обычно 8-12 м при бульдозерном или скреперном отвалообразовании, до 20-25 м при экскаваторной или автомобильной транспортировке вскрышных пород (торфов). Высота отвалов обогащения может составлять от от 2-3 метров при гидравлическом их транспорте, до 15-20 м при использовании транспортных механизмов. Высота дражных отвалов, весьма распространенных в долинах рек, составляет 8-15 м. Нарушенные горными разработками земли представляют собой склоновые поверхности различной формы и ориентировки, увенчанные гребнями или конусами, существенно отличающиеся по ряду своих свойств от естественных. Таким образом, наиболее существенные нарушения природной среды возникают именно при открытых горных работах, для организации которых и используется обычно значительная территория, занятая карьерами, отвалами, железнодорожными и автомобильными дорогами обогатительными фабриками и другими промышленными сооружениями. Так, средняя площадь карьера строительных материалов составляет 30 - 250 га, карьера по добыче марганцевой руды или угля - 1000 - 2000 га, железорудного карьера - 150 - 500 га. Открытый способ разработки является основным направлением развития горной промышленности, что вызывает увеличение территорий, которые частично или полностью подвергаются нарушению. Интенсивное развитие открытых работ сопровождается ростом объемов и, соответственно, отвалов вскрышных пород. Глубина рудных карьеров в настоящее время достигает 250 м. Текущий коэффициент вскрыши (количество вскрышных пород, приходящихся на единицу полезного ископаемого при открытых горных работах в т/т или м3/м3) составляет на железорудных карьерах 15 т/т, а на меднорудных достигает 20 т/т. В горнотехнической литературе отмечается, что через 30 лет глубина карьеров увеличится до 1000 м. С углублением карьеров изменится текущий коэффициент вскрыши до 30-50 т/т. Так как высота отвалов обычно не превышает 50 м и вряд ли может быть более 100 м, то для размещения такого большого объема вскрышных пород на поверхности земли потребуются значительно большие территории. Расчеты показывают, что при глубине открытых работ 500-1000 м площадь отвала будет превышать площадь карьера в 4-7 раз.

Технологические процессы разработки месторождений открытым способом сопровождаются образованием значительного количества пылегазовых выбросов, содержащих вредные компоненты (пыль, сажа, оксиды азота, углерода, диоксид серы и т. д.) и загрязняющих атмосферу прилегающей территории. Пылегазовое загрязнение происходит при буровзрывных работах, экскавации, погрузке в транспортные средства и транспортировании горной массы, внутреннем и внешнем отвалообразовании, а также при работе энергетических установок, на открытых складах.

Естественное проветривание карьера происходит при использовании ветров по прямоточной схеме, при которой скорость ветра возрастает с высотой.

Кроме этого необходима принудительная вентиляция карьера: применение вентиляторов-оросителей НК-12КВ-1М в комплексе с установками УМП-1.

Основой воздухоохранных мероприятий на карьере является комплексный подход к их разработке и реализации. Для каждого вида источников вредных выбросов в атмосферу должны быть типовые технические решения по уменьшению выделения загрязняющих веществ, обоснованы пределы достигаемой эффективности от их внедрения, определена номенклатура серийно-выпускаемого пылегазоулавливающего оборудования.

5. Целесообразность использования нарушенных земель для промышленного и гражданского строительства устанавливается на основе региональных схем землеустройства и рекультивации земель, генеральных планов застройки территорий, результатов инженерно-геологических изысканий на территории нарушенных земель и соответствующих технико-экономических расчетов.

Таким образом, как отмечает В.А. Овчинников, рекультивация является многоцелевым мероприятием с природоохранной, природовосстановительной, хозяйственно-восстановительной и территориально-планировочной функциями. Рекультивационные работы, выполняемые горным предприятием. Подход к рекультивированным землям как к одному из видов продукции горных предприятий, производство которой планируется и контролируется, в значительной степени определяет эффективность и качество горного производства в целом, существенно снижает его негативное воздействие на окружающую среду, имеет огромное социальное и экономическое значение.

Горное предприятие выполняет технический этап рекультивации, который включает:

1. планировку поверхности нарушенных земель (грубую и чистовую);

2. выполаживание или террасирование откосов отвалов и бортов карьерных выемок;

3. ликвидацию последствий усадки отвалов;

4. противоэрозионные мероприятия;

5. снятие, транспортирование, складирование (при необходимости) и нанесение на рекультивируемые земельные участки почвенно-растительного слоя и (или) пригодных (плодородных и потенциально плодородных) пород;

6. комплекс мелиоративных мероприятий (при необходимости), направленных на улучшение химических и физических свойств пород и их смесей, слагающих поверхностный слой рекультивируемых земель;

7. строительство гидротехнических и мелиоративных сооружений дорог, прокладку прочих инженерных коммуникаций.

При выборе схемы и структуры механизации рекультивационных работ в первую очередь учитываются направление освоения восстанавливаемых земель, технология отвальных и вскрышных работ, состояние нарушенных участков и свойства вскрышных пород. Основное требование рекультивации к технологии вскрышных отвальных пород сводится к созданию на отработанных землях биогеоценозов и форм рельефа, благоприятных для последующего освоения. Технология горных работ должна обеспечить:

· селективную выемку пород, пригодных для биологической рекультивации, их транспортирование, хранение или непосредственное использование для рекультивации нарушенных земель;

· размещение непригодных и малопригодных пород в нижней части отвалов;

· компактную укладку вскрышных пород в отвалы для снижения объема горно-планировочных работ;

· выполаживание откосов отвалов и бортов остаточных карьерных выемок;

· формирование оптимальных по геометрическим параметрам, негорящих и устойчивых отвалов;

· оптимальное изъятие и минимальные сроки использования земель в

технологическом процессе;

· сокращение отрицательного влияния на окружающую среду, сохранение в зоне открытых разработок благоприятных экологических условий для растений и животных.

Технологические схемы селективного отвалообразования должны удовлетворять ряду требований, в частности:

· обеспечивать создание после выполнения планировочных работ рекультивационного слоя требуемой мощности и структуры из пород с благоприятными агрофизическими и агрохимическими свойствами в соответствии с направлением рекультивации и требованиями к качеству восстанавливаемых земель;

· предусматривать укладку в отвалы максимально возможного объемА вскрышных пород наиболее производительным валовым способом;

· обеспечивать минимальные потери и разубоживание пригодных пород при их разработке, транспортировании и укладке.

Установлено, что с целью уменьшения изъятия земель рационально: применение технологии отработки месторождений с внутренними отвалами; использование выработанного пространства карьеров для размещения вскрышных пород с разрабатываемых соседних участков; крупноплощадное расположение внешних отвалов в непосредственной близости от карьеров. При большой протяженности месторождения с крутой залежью полезного ископаемого, когда внутреннее отвалообразование невозможно, рациональна блочная отработка карьерного поля с размещением пород в выработанное пространство предыдущего блока. Для сокращения сроков задалживания земель при внешнем отвалообразовании целесообразен вариант форсированного возведения отвалов на проектную высоту с односторонним подвиганием фронта от границ земельного участка к его центру с одновременной отсыпкой всех отвальных ярусов и их последующей рекультивацией. Предпочтение отдается отвалам, имеющим площадь более 10 га и правильную геометрическую форму, максимально приближающуюся к квадрату, прямоугольнику или кругу. Такая форма отвала наиболее приемлема для рекультивации и последующего хозяйственного использования восстановленных земель. В процессе отсыпки и последующей технической рекультивации отвалов с учетом направления хозяйственного использования земель возможно создание следующих основных видов рельефа их поверхности:

· плоская (платообразная) поверхность с небольшими уклонами (от 2 до 5°) для стоков избыточной воды - при сплошной грубой и чистовой планировке;

· волнообразная поверхность, сглаженная или с горизонтальными площадками с перепадами отметок рельефа отвала и чередованием участков с одинаковыми отметками - при частичной планировке, когда срезаются вершины гребней и выполаживаются их откосы;

· террасированная поверхность с чередованием террас одинаковой высоты и ширины - при выполаживании откосов одноярусных отвалов большой высоты и многоярусных отвалов, а также бортов карьеров.

Способ отсыпки определяет объем планировочных работ. При планировке плоских (платообразных) отвалов, в том числе гидроотвалов, хвосто- и шламохранилищ, объем работ незначителен и составляет 0,01-0,05 м³/м². Во всех других случаях объем планировочных работ существенно выше. Выбор форм рельефа рекультивируемых земельных участков определяется прежде всего необходимостью создания оптимальных условий для их последующего эффективного использования. Выполнение операций технического этапа основным горнотранспортным оборудованием требует изменения элементов системы разработки и технологических схем горных работ, в частности, ширины вскрышной заходки, высоты уступов и подуступов, схемы расстановки экскаваторов в забоях, последовательности операций, прокладки новых транспортных коммуникаций, а также влияет на производительность этого оборудована и организацию горных работ, включая рекультивацию. В отдельных случаях (при бестранспортной или транспортно-отвальной системе разработки) при необходимости создания отвального массива со структурой, наиболее эффективной для целей рекультивации, может оказаться рациональной замена существующих горных машин на другие с большими рабочими параметрами или переход на комбинированную систему разработки месторождения. По мнению американских специалистов, основной объем работ по рекультивации должен выполняться используемым на карьере оборудованием, а технология вскрышных и отвальных работ должна разрабатываться с учетом последующей рекультивации. При необходимости селективной разработки вскрышных пород могут применяться драглайны, хотя при бестранспортной системе это приводит к снижению производительности машин из-за увеличения времени цикла. При селективной разработке пород весьма эффективно применение роторных экскаваторов, но их использование ограничивается минимальной толщиной слоя, которая при работе крупных машин составляет 3-4 м.

Министерство сельского хозяйства определило, что мелиоративный период при рекультивации земель, нарушенных горными работами, должен составлять не менее 5 лет.

Литература

1. Технология, механизация и организация открытых горных работ. Учебник. Томаков П.И., Наумов И.К. - М.: МГИ,1992.

2. Практикум по открытым горным работам. Ялтанец И.М., Щадов М.И.- МГГУ.: 1996.

3. Открытые горные работы. Т. 1. Ржевский В.В. - М.: Недра, 1985.

4. Открытые горные работы. Т. 2. Ржевский В.В. - М.: Недра, 1985.

Размещено на Allbest.ru