Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2002
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189800 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины / Б.А. Лысиков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 104-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189800 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лысиков, Б.А. 2023-04-24T17:56:24Z 2023-04-24T17:56:24Z 2002 Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины / Б.А. Лысиков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 104-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189800 622.016 ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины |
| spellingShingle |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины Лысиков, Б.А. |
| title_short |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины |
| title_full |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины |
| title_fullStr |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины |
| title_full_unstemmed |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины |
| title_sort |
перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений украины |
| author |
Лысиков, Б.А. |
| author_facet |
Лысиков, Б.А. |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| issn |
2664-1771 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189800 |
| citation_txt |
Перспективы повторного использования выработанного пространства месторождений Украины / Б.А. Лысиков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 104-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lysikovba perspektivypovtornogoispolʹzovaniâvyrabotannogoprostranstvamestoroždeniiukrainy |
| first_indexed |
2025-11-25T14:54:23Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:54:23Z |
| _version_ |
1850515500536168448 |
| fulltext |
УДК 622.016
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УКРАИНЫ
к. т.н. Лыснков Б. А. (Донецкий национальный технический
университет)
Проблема освоения выработанного пространства, его повторного
использования, особенно угольных месторождений, для народнохозяйственных
целей за последние десятилетия приобрела особую актуальность. Этому вопросу
с 1980 г. были посвящены международные симпозиумы в Копенгагене,
Стокгольме, Ш тутгарте и в Днепропетровске.
На Украине первые попытки целевого использования естественных
подземных пустот или специальных выработок относятся к XI веку. Уже в то
время для проведения религиозных обрядов приспосабливались расположенные
в черте города Киева Лаврские пещеры. В дальнейшем, па протяжен™ многих
веков, пещеры использовались для этих же целей, но уже в комплексе с
поверхностными архитектурными ансамблями. В конце XIX века подземные
сооружения широко стали использоваться для выдержки марочных вин,
производимых в Крыму и Закарпатье.
В настоящее время на Украине строится и эксплуатируется много
крупных производственных подземных объектов, использующих подземное
пространство для хранения газа и нефтепродуктов За последние 20 лет
осуществлены работы по созданию подземных хранилищ общей активной
емкостью около 35 млрд.м3 в основном на базе отработанных газовых
месторождений в Днепропетровско-Донецкой, Карпатской и Шебелинской (на
Харьковщине) нефте! азоносных провинциях На Украине этот показатель один
из наибольших в Европе Благодаря своему исключительно выгодному
географическому положению эти хранилища кроме снабжения газом
потребителей Украины, обеспечивают надежность Транзита экспортируемого
Россией природного газа в страны Центральной и западной Европы, а также
косвенно обеспечивают регулирование газоснабжения республики Беларусь.
Кроме этого Украина располагает подземными хранилищами нефти, мазута и
других нефтепродуктов в сотнн тысяч м3, для которых используются, в
основном, соляные шахты. На территории нашего государства есть
потенциальная возможность для устройства новых хранилищ такого типа на
нео] раниченные объемы хранения.
Украина является одним из немногих государств мира, располагающим
дополнительным потенциальным богатством - наличием большого количества
цлбопшных торных выработок, пригодных для повторного использования в
||М йохшнйстепт> 1х целях. Площадь пригодных и рекомендуемых к
нищ. 1|ц|нму 1в пользованию горных выработок составляет 3,5 млн. м2 при
• I г и имрнГмнпююго пространства около 40 млн. м3. Значительная часть этих
ШI ]
объемов находится в Донбассе.
Актуальная проблема утилизации имеющеюся свободного объема недр
в виде вторичного использования в народном хозяйстве подземных горных
выработок, бездействующих подземны:. сооружений и естественных полостей,
|ребует решения первостепенной задачи - обеспечения их долговечной и
падежной устойчивости.
В настоящее время лишь незначительная часть горных выработок после
звлечения полезного ископаемого остается в состоянии пригодном для
повторного использования. Остальные выработки находятся в бесконтрольном
состоянии, они разрушаются и частично или полностью самоликвидируются,
нарушая ландшафт в местах обрушений и пропатов, угрожая безопасности
коммуникаций, железных и автомобильных дорог, жилых поселков и городов
11оэтому консервация подземных горных выработок приобретает в горно-
| троигельном деле значение самостоятельного направления инженерной
деятельности, способной сохранять фонд отработанных просфанств в
устойчивом состоянии до момента передачи их потребителю, нуждающемуся в
получении промышленных площадей, заинтересованному в совершенствовании
проектирования разработки месторождения полезного ископаемого, вскрытия и
проходки выработок, его эксплуатации, консервации выработок или
сооружений и .аканчивая размещением в них подземных объектов, т.е.
заинтересованному в пригодном состоянии эксплуатационных выработок и
Сооружений дтя повторного использования.
Как показал мировой опыт основное кредо освоения подземного
пространства - это принцип использования недр и сохранения полостей как
видоизменяемого ресурса. Данный принцип предполагает, что извлечение того
или иного ресурса недр необходимо планировать е учетом возможности
создания подземных полостей, использование которых позволит не только
компенсировать первоначальные затраты, но и получить дополнительный
хозяйственный, экономический и социальный эффект.
В связи с этим принципом, параметры проектируемых объектов,
технология их строительства и эксплуатации выбираются соответствующим
образом, т е. с учетом принципа повторного использования при обеспечении
экологического равновесия окружающей среды.
Для упорядочения осуществления инженерных мероприятий по
Обеспечению долговременной сохранности выработанных пространств
Украины еще в 1989 г. были разработаны Рекомендации по консервации
подземных горных выработок, перспективных для повторного использования в
народном хозяйстве. В Рекомендациях отмечается, что полностью или частично
избежать консервацию и приспособить подземные горные выработки для
повторного исполг зования можно путем заложения в проектах их строительства
инженерных мероприятий но долевой подготовки месторождений полезных
ископаемых, с учетом объемно-планировочных решений, предъявляемых к
1 орнодобывающему предприятию Потребителям ( заказчикам) на вторичное
п( пользование конкретной подземной горной выработки.
Существующие горизонтальные и наклонные выработки вскрытия
105
месторождений негорючих полезных ископаемых непригодны дня повторного
использования в качестве транспортных выработок подземных объектов икза
малых поперечных сечений (18-22 м2). Такие выработки могут быть
использованы как вспомогательные, вентиляционные или как запасные
коммуникации.
В зарубежной практике [1| для успешного повторного использования
выработанного пространства карбонатно-сульфатных или галогенных
месторождений, вскрывающие выработки еще на стадии вскрытия и разработки
месторождения сооружаются большим сечением 40-60 м2 и более,
позволяющим использовать в качестве транспортных средств большегрузный
автотранспорт гаи железнодорожные вагоны.
В качестве вскрывающих выработок большого сечетшя наибольшего
распространения п ол у чи л и наклонные и спиралеобразные стволы,
оборудованные железнодорожными или автомобильными съездами
Применительно к отработанным горным выработкам Артемовского
месторождения соли (Донецкая обл.) с мощностью пласта 20-28 м на глубине
140 м, с возможной площадью повторного использования 388 тыс. м2 и объемом
4 млн. м \ то для дальнейшего успешного повторного использования этого
многоцелевого объекта с долгосрочным периодом эксплуатации могуч быть
предложены следующие варианты решения транспортной проблемы.
-сооружение наклонного автотранспортного ствола сечением 60 м2,
дЖной 2 км и вертикального ствола,
-сооружение железнодорожного прямолинейного ствола сечением 60
м \ дачной 4 км и вертикального ствола.
Необходимость такого решения обусловлена ограниченной пропускной
способностью су щ еств у ю щ и х вертикальных стволов малого диаметра, не
позволяющих эффективно повторно использовать большие объемы
выработанного пространства.
Гипсовое месторождение Донбасса (г Артемовен) расположено на
г лубине 80 м, вскрыто наклонными штольнями, имеет площадь отработанных
горных выработок, подлежащих повторному использованию, 400 тыс. м2 при
объеме 6 млн. м \ Из условий устойчивости, надежности и обеспечения |
пропускной способности при повторном использовании институтом
«ПромстройГИШнроект» рекомендован автотранспортный наклонный ствол для
грузов и эскалаторный тоннель - для трудящихся.
Установлено, что при дополнительных капитальных затратах на I
сооружение наклонных транспортных выработок сечением 60 м2,
экономическая эффективность подземного группового размещен™ объектов
указанных месторождений соли и гипса по сравнению с наземными аналогами
составляет 20-30%.
Экономическое обоснование использования подземных горных 4
выработок заключается в том, что вовлечение подземного пространства в сферу I
хозяйственной деятельности может разгрузить земную поверхность, так как |
площади земляных отводов под строительство подземного объекта составляет
20-30% наземного аналога. Именно этот показатель может сыграть решающую
106
роль при оценке экономической эффективности освоения подъемного
пространства.
Расчеты показывают, что размещение объектов народного хозяйства при
повторном использовании горных выработок сокращает, по сравнению с
наземным вариантом
- объем капитальных вложений;
- эксплуатационные затраты
- естественную убыль хранимой продукции;
- наземную площадь, занимаемую объектом примерно на 70%.
Средняя расчетная оффекпганость подземного строительства в
сравнении с наземным вариантом составляет 30 тыс. долл. США в год на 1 тыс.
м полезной площади объекта.
Использование подземного пространства, представленного устойчивыми
и средней устойчивости горными породами, как среды для расположения
объектов повторного использования, дает преимущество в экономии
строительных материалов, так как в сравнении с наземным аналогом в таких
подземных объектах исключается фундамент, стены, кровля и перекрытие.
Расчеты показывают, что экономия в основных строительных
материалах при использовании в хозяйственных целях полости в породном
массиве составляет 5 долл. США на 1 м3 полезного объема здагшя [2]. Если для
примера взять подземное хранилище плодов и овощей средней емкости, то
объем его составит 40000 м3, а экономия строительных материалов в сравнении
с наземным аналогом составит 200 тыс. долл. США.
Для Украины освоегше подземного пространства в условиях рыночной
экономики - повое направлетгис инженерной деятельности. В данных условиях
необходимость его реализации зависит от наличия специфических условий,
определяющих спрос и предложения 1 1рименителыю к освоению подземного
пространства это означает, что реальная возможность сооружать подъемные
объекты возникает только в том случае, если в существующем правовом поле
совпадают интересы строителей и заказчиков. При этом, государство, преследуя
свои долговременные интересы, может пойти на корректировку
ыконодателыюй базы таким образом, чтобы эти интересы совпали. Например,
снизив налоги для участников освоения подземного пространства, можно
воздать эго предприятие привлекательным с точки зрения вложения средств и
получения прибыли. При ном государство формирует для себя новую
перспективную отрасль строительства, улучшает собственную среду обитания,
снижает уровень потребления тепла и электроэнергии, создает новые рабочие
места за счет тех же шгеесторов
Особую актуальнее гь приобретает проблема рационального использования в
народном хозяйстве подземного пространства угольных месторождений. Дефицит
территории населенных мест проблемы экологии и экономической
целесообразное га диктует необходимость их решения за счет повторного
использования подземного пространства огоаботамгых горных выработок шахт.
I Ьиболъшую остроту проблема приобретает в условиях Донбасса.
107
Установлено [3], что коэффициент пустотности выработанного
пространства при глубинах отработки до 100 м составляет порядка 50%. На
больших глубинах коэффициент пустотности снижаются и на глубинах 200-500
м составляет в среднем 30%. Таким образом, зоны обрушения, сформированные
при отработке угольных пластов, можно рассматривать как емкие коллекторы
для утилизации отходов как уголью,I X так и других промышленных
предприятии
Выработанное пространство угольных месторождений Значительно
0 тличается по параметрам и возможностям их использования от выработанног о
пространства других месторождегпзй полезных ископаемых (гипса, известняка,
соли, железной руды), что требует дифференцированного подхода при его
освоении
Анализ отечественного и зарубежного опыта повторного использования
выработок горнодобывающих шахт позволяет сделать вывод о том, что данные
выработки можно использовать во многих сферах народнохозяйственной
деятельности.
Учитывая параметры горных выработок шахт перспективными
являются следующие основные направления повторного использования горных
выработок угольных месторождений.
I. Размещение в подземном пространстве объектов
1 чрнодобывашщен промышленнос ти.
К данным объектам относится сооружение подземного обогатительного
комплекса в околоствольном дворе шахты с размещением шламоотстойников в
выработанном пространстве. Для условий ш. 11овогродовская (Донбасс,
объединение Селидовуголь) разработан проект сооружения данного объекта.
Применение кругонаклонпых сепараторов КНС-108 для обогащения угля
требуют большого количества технической вода. С этой целью используют
шахтную воду, поступающую в неограниченном количестве в водосборники
шахты. Тс\ноло1 ией предусматривается, что шламовая вода после процесса
обогащения горной массы осветляется и направ шется в зумпф к насосной
оборотного водоснабжения, которая перекачивает осветленную воду в
расходный бак сепараторов. Шлам, полученный в процессе обогащения
перекачивается в шламоотстойники, расположенные в отработанных
выработках. Обогащенный уголь выдается на поверхность, а порода
(отделенная в процессе обогащения от горной массы) - размещается в
выработанном пространстве шахты. Данное решение позволяет:
- ликвидировать отвалы породы;
- освободить земельные участки занимаемые под золоотвалы и под
промышленные участки обогатительных фабрик;
получить экономию за счет отказа от необходимости строительстве
IДании н и ти т ельной фабрики;
-ОПИнтп. деформации земной поверхности в связи с закладкой
И11)нй инаакм и ирис грапетпа шахты;
V I ван п. аншйжю окружающей среды за счет ликвидации отвалов
11IX
породы на поверхности
Общая сметная стоимость строительства рассмотренного подземного
0 6 0 1 атительного комплекса - 2 млн. 100 тыс. грнвен. При сооружения
комплекса общая стоимость реализованного угля за счет снижения зольности
горной массы с 40,6 до 32,4% увеличивается на 2 млн 800 тыс. грн. в год. С
учетом капитальных затрат на сооружение камер дтя размещения оборудования
подземного обогатительного комплекса предложенный проект должен
окупиться в течение 2-3 лет.
II. Размещение в погашаемых выработках шламов тепловых
электростанций.
Тепловые электростанции Донбасса (Кураховская, Зуевская,
Углегорская! обычно располагаются по соседству с шахтами. Работа сташжи
сопряжена с получением золы как остаточного продукта сгорания угля, которая
ежедневно тысячами тонн выбрасывается в золоотвалы Расположенные на
поверхности земли они под действием атмосферных явлений (солнца, ветра,
дождя) являются источниками загрязнения окружающей среды. Инфильтрация
Атами через основание зодоотвалов приводит к загрязнению грунтовых вод,
питающи; всю растительность окружающего района и пагубно влияющих на
источники питьевой воды. На рядом расположенных шахтах в процессе
проведения подготовителыплх выработок и выемки угля в горном массиве
создаются пустоты, которые могут повлечь деформацию дневной поверхности
со всеми выт екающими последствиями (разрушение сооружений, нарушение
гидрогеологического режима района и т.д.).
Утилизация золы, получаемой на теплоэлектростанциях Донбасса, в
выработанное пространство ближайших шахт имеет следующие преимущества:
- ликвидация отрицательного воздействия на окружающую среду
золоо гвалов теплоэлектростанций;
- снижение деформации земной поверхности
- высвобождение земли, занимаемой золоотвалами.
Для реализации данного решения необходима изоляция отработанного
пространства, используемого для утилизации золы, от других объектов
действующей шахты и обеспечение временной устойчивости отработанного
пространства до заполнения его золой.
С учетом приведенных рекомендаций ПНО «Спецтампонажгеология»
готовит технико-экономическое обоснование утилизации золы Кураховской
ТЭС в выработки закрываемой шахты «Горняк» (объединение Селидовуго.Ль).
Па основе золошлаков ГЭС разрабатываются оптимальные рецептуры
икладочного раствора и технологические схемы его нагнетания в погашенные
выработки применительно к конкретным условиям шахты
Вместе со шламом возможна подача хозфекальных стоков после первой
стадии обработки на очистных сооружениях. Для этого необходимо выбирать
отработанные угольные пласты, расположенные между глинистыми породами,
не допускающими филырации При подаче предварительно обработанных
хозфекальных стоков в выработанное пространство отраоотанпых уголыьлх
пластов возможна экономия за счет отказа от строительства дорогостоящих
109
очистных сооружений.
III. Использование выработанного пространства шахт для
размещения пород террнкоников.
Строительство, как и реконструкция шахт, невозможна без проходки
стволов. Сооружение только одного ствола диаметром 8 м и глубиной 1000 м
предусматривает выдачу на поверхность около 1 0 0 тые.м3 разрушенной горной
породи, которую необходимо уложить в отвалы. Существующая технология
добычи угля также предусматривает выдачу на поверхность не только
полезного ископаемого, но и большого количества (до 30% от добычи угля)
горной породы, которую располагают на поверхности в виде отвалов
(террнкоников). Свою лепту в создание террнкоников вносят и поверхностные
обогатительные фабрики. В настоящее время на территории Украинской части
Донбасса расположено более 1183 террнкоников и отвалов, из которых
происходит выделение ядовитых газов и пылеобразование, ухудшающих
жологию окружающей территории. Кроме этого общая площадь земель
выведенных из хозяйственного оборота с учетом 200 м опасной зоны и 500 м
санитарной зоны вокруг каждого отвала - составляет 1 2 1 тыс. га.
Учитывая необходимость захоронения отходов угольных предприятий, в
Донбассе разработаны Предложения по использованию подземною
пространства с целью размещения в них пород отвалов Разработаны
практические рекомендации, согласно которым отходы промышленных
предприятий целесообразно захоронить в виде стабильных закладочных смесей,
что позволяет их располагать в радиусе 1 0 0 - 2 0 0 м от каждой скважины
пробуренной с поверхности земли. Стабильность (ссдимептационная
устойчивость) закладочных смесей обеспечивается при их затворошш на
глинистом растворе.
Закладочные смеси, приготовляемые из отходов предприятий уг ольной
промышленности, хорошо прокачиваются на большие расстояния по трубам
диаметром 50 мм при платности 1500-1700 кг/м3
В зависимости от размеров отработанных выработок их заполнение
породами отвалов следует производить в напорном или безнапорном режиме
нагнетания закладочных смесей.
В настоящее время ГПЮ «Спецтампонажгеология» исследованы
свойства отходов производства шахты «Центральная» (объединения Антрацит)
на пригодность заполнения выработанного пространства, разработана
технологическая схема утилизации породного отвала в выработки закрываемой
шахты осуществлена технико-экономическая оценка ггроизводства работ по
захоронению 1 0 тыс. м3 отвалов в пустоты шахты «Центральная» по пласту К5
через три технологические скважины глубиной 240 м и диаметром 90 мм.
Для снижения затрат, связанных с гахооонением отходов угольно*
промьшшеш гости в выработанное пространство шахт, необходимо орг гнизовать
попутное извлечение полезных составляющих из агходов: угля из нтамов обогати
тельных фабрик, редкоземельных и цветных металлов - из порода и золы ТЭС.
Исследованиями ученых Донецкого национального технического
университета [4] установлено, что как в бурых углях Александрийского
110
бассейна в Диет тропегроиской области, так и вмещающих породах содержится
от 0,5 до 3,2 г золота на тонну угля или вмещающих пород. Следует иметь
ввиду, что содержание 2 г золота на тонну крепких пород, залегающих па
большой глубине, уже рентабельно для их извлечения и разработки.
В Донбассе большое число шлаковых отвалов ТЭС, где десятилетиями
накапливалась золотоносная зола - ведь золото не горит. Добыча драт оценного
металла может вестись либо попутно с углем, либо с переработкой шлаков. И
это не только предположения. В России начали эти работы позднее и уже
опередили нас. На Рефтинской ГЭС возле Екатеринбурга сжигают угли
Экибастузского бассейна. Так вот там с помощью шведской обогатительной
установки доказали, что далее ради 0 , 2 г золота перерабатывать тонну
золошлаков - рентабельно, т.к. грамм добытого золота обходится от 2 до 5
долл США, а цена на мировом рьпже - 10 долл.
Между тем ишаков экибастузских углей у нас на Украине тоже в
достатке. В 30-х годах эта угли завотилист на наши теплоэлектростанции в
частности, на Кураховскую ТЭС.
Существующий опыт и технические разработки показывают, что кроме
представленных, возможны следующие напоавления повторного использования
выработанного прос транства угольных месторождений:
- размещение радиоактивных отходов;
- в качестве хранилищ технической веды;
- утилизация городского мусора;
- круглогодичного выращивания грибов, цветов и некоторых других
видов сельхозпродукции.
Учитывая современный уровень и перспективы развитая
инфраструктуры Донбасса, повторное освоение подземного пространства
уволычых месторождений позволит:
- высвободить земельные участки, занимаемые под золоотвалы, здания
и сооружения горнодобывающих предприятий;
- снизить отрицательные последствия дефоомации земной поверхности;
- улучшить экологическую обстановку окружающей среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 1)пс1ег<!гоипс1 сопЫгишоп КевеагсЬе оГ еШстепсу оГ ияаре апс! ргосресЩ оГ
с1еуе1ортеп1 оГ кЬаП-ыпкпщ анс1 итпе1-с1гн'т§ есриртепТ т штс1еп>гоипс1
со1И*гисЦоп. - М.: ИТА, 1990. -241 р.
2 Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных
городов. Тезисы докладов Международной конференции. Днепропетровск,
1996, - 137 с
3. 3 Уманский Р.З. Основные направления по использованию подземных
пространств закрываемых шахт. // Уголь Украины, 1998, - № 4. - с. 22-23.
4. Панов Б.С. и др. Золото в бурых утлях Украины. // Уголь Украины. 1998, -
№ 6 . - с . 22-24.
111
|