Проблемы горного дела, энергетики и экологии
Горнодобывающая промышленность находится в тесной взаимосвязи с производителями электрической энергии и экологией. В производственном процессе между этими огромными комплексами возникают противоречия, и только совместное их разрешение позволяет определить рациональные, экологически обоснованные, эк...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60037 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Проблемы горного дела, энергетики и экологии / А.Ф. Булат, М.С. Четверик // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — С. 3-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859634173659054080 |
|---|---|
| author | Булат, А.Ф. Четверик, М.С. |
| author_facet | Булат, А.Ф. Четверик, М.С. |
| citation_txt | Проблемы горного дела, энергетики и экологии / А.Ф. Булат, М.С. Четверик // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — С. 3-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | Горнодобывающая промышленность находится в тесной взаимосвязи с производителями электрической энергии и экологией. В производственном процессе между этими огромными комплексами возникают противоречия, и только совместное их разрешение позволяет определить рациональные, экологически обоснованные, экономичные направления развития. Рассмотрена взаимосвязь проблем горного дела, энергетики и экологии. Проведен анализ производства электрической энергии в мире. Приведены проблемы тепловой энергетики Украины: добычу угля производят на все более глубоких горизонтах шахт, что приводит к увеличению себестоимости угля, нарушению природной среды: атмосферы, земли, воды. Приведены данные о сырьевой базе Украины по добыче урановой руды. Рассмотрены технологии добычи урановых руд подземным способом и подземного выщелачивания. Рассмотрены основные направления развития атомной энергетики, создание атомных электростанций с маломодульными реакторами. В статье приведены направления исследований ИГТМ НАН Украины в области добычи полезных ископаемых на больших глубинах и вклад ведущих ученых в решение проблем горного дела, энергетики и экологии. Изложены работы ИГТМ НАН Украины в области повышения эффективности работы ТЭС.
Гірничодобувна промисловість знаходиться в тісному взаємозв'язку з виробниками електричної енергії та екологією. У виробничому процесі між цими величезними комплексами виникають протиріччя, і тільки спільне їх вирішення дозволяє визначити рац іональні, екологічно обґрунтовані, економічні напрями розвитку. Розглянуто взаємозв'язок проблем гірничої справи, енергетики та екології. Проведено аналіз виробництва електричної енергії у світі. Наведено проблеми теплової енергетики України: видобуток вугілля здійснюється на все більш глибоких горизонтах шахт, що призводить до збільшення собівартості в угілля, порушення природного середовища: атмосфери, землі, води. Наведено дані про сировинну базу України з видобутку уранової руди. Розглянуто технології видобутку уранових руд підземним способом і підземного вилуговування. Розглянуто основні напрями розвитку атомної енергетики, створення атомних електростанцій з маломодульними реакторами. У статті наведено напрямки досліджень ІГТМ НАН України у галузі видобутку корисних копалин на великих глибинах і внесок провідних вчених у вирішення проблем гірничої справи, енергетики та екології. Викладено роботи ІГТМ НАН України в галузі підвищення ефективності роботи ТЕС.
Mining industry is closely connected with electric energy production and environmental protection. Usually, in the course of production process, serious contradictions arise between these huge complexes, and only their joint efforts could determine rational, environmentally sound and costeffective trends of the industries development. In this paper, interdependency between mining, energetic and ecological problems are described. Power generation in the world is analyzed. Problems of thermal energy production in Ukraine are represented: today, coal is mined at increasingly deeper horizons resulting in increased coal cost and disturbed natural environment: atmosphere, earth and water. Data on Ukrainian resources for uranium ore extraction are viewed including different underground practices for uranium ore extraction and underground leaching. Key trends of nuclear power development and establishment of nuclear power plants wi th small modular reactors are analyzed. The paper also presents research schools of the IGTM, NAS of Ukraine, in the field of mining at great depths and contribution of leading researchers of the IGTM in solving mining, energetic and environmental problems. Works of the IGTM, NASU, in the field of improving of thermal power plants efficiency are set forth.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:14:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.001.5+620.9+502
1
Булат А.Ф., акад. НАНУ, д-р техн. наук, профессор
Четверик М.С., д-р техн. наук, профессор
(ИГТМ НАН Украины)
ПРОБЛЕМЫ ГОРНОГО ДЕЛА, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ
Булат А.Ф., акад. НАНУ, д-р техн. наук, професор
Четверик М.С., д-р техн. наук, професор
(ІГТМ НАН України)
ПРОБЛЕМИ ГІРНИЧОЇ СПРАВИ, ЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕКОЛОГІЇ
Bulat A.F., Acad. NASU, D. Sc. (Tech.), Professor
Chetverik M.S., D.Sc. (Tech.), Professor
(IGTM NAS of Ukraine)
MINING, POWER ENGINEERING AND ECOLOGICAL PROBLEMS
Аннотация. Горнодобывающая промышленность находится в тесной взаимосвязи с про-
изводителями электрической энергии и экологией. В производственном процессе между
этими огромными комплексами возникают противоречия, и только совместное их разреше-
ние позволяет определить рациональные, экологически обоснованные, экономичные направ-
ления развития. Рассмотрена взаимосвязь проблем горного дела, энергетики и экологии.
Проведен анализ производства электрической энергии в мире. Приведены проблемы тепло-
вой энергетики Украины: добычу угля производят на все более глубоких горизонтах шахт,
что приводит к увеличению себестоимости угля, нарушению природной среды: атмосферы,
земли, воды. Приведены данные о сырьевой базе Украины по добыче урановой руды. Рас-
смотрены технологии добычи урановых руд подземным способом и подземного выщелачи-
вания. Рассмотрены основные направления развития атомной энергетики, создание атомных
электростанций с мало-модульными реакторами.
В статье приведены направления исследований ИГТМ НАН Украины в области добычи
полезных ископаемых на больших глубинах и вклад ведущих ученых в решение проблем
горного дела, энергетики и экологии. Изложены работы ИГТМ НАН Украины в области по-
вышения эффективности работы ТЭС.
Ключевые слова: проблемы, горное дело, энергетика, экология, ИГТМ
Введение. Одной из главных проблем развития мировой экономики являет-
ся обеспечение ее сырьевыми энергетическими ресурсами, в которых постоян-
но ощущается недостаток в связи с повышением энерговооруженности хозяй-
ственной деятельности и населения. Основные из них: нефть, уголь, газ, сырье
для атомных электростанций извлекают из недр земли. Проблема усугубляется,
как не желанием развитых стран мира содержать горнодобывающую промыш-
ленность на своей территории, как одну из самых экологически опасных отрас-
лей, так и необходимостью добывать полезные ископаемые на глубоких гори-
зонтах шахт и карьеров.
1
© Булат А.Ф., Четверик М.С., 2013
Переход к рыночной экономике, острая потребность в энергообеспечении
украинской промышленности и населения определяют необходимость их ре-
шения. Горнодобывающая промышленность находится в тесной связи с произ-
водителями электрической энергии и экологией. В производственном процессе
между этими огромными комплексами возникают противоречия, и только со-
вместное их разрешение позволяет определить рациональные, экологически
обоснованные, экономичные направления развития.
Производство электрической энергии атомными и тепловыми электростан-
циями, которые занимают ведущее положение в мире, основывается на исполь-
зовании добытого минерального сырья – урана, угля. Добыча минерального
сырья, его обогащение и подготовка для производства электрической энергии, а
также непосредственное производство электрической энергии приводят к опре-
деленным негативным экологическим последствиям. Проблемные вопросы до-
бычи сырья, производства электрической энергии, экологические последствия
взаимосвязаны, и их необходимо рассматривать во взаимосвязи.
Ниже рассматривается взаимосвязь проблем горного дела, энергетики и эко-
логии.
1. Производство электрической энергии в Мире.
По данным лаборатории Observ'ER (Франция) основное производство элек-
трической энергии в Мире, которое составляет около 3283 ТВт-ч, производят
тепловыми электростанциями - 66,4 %. При этом используют уголь и др. горю-
чие ископаемые. Выработка электроэнергии атомными электростанциями со-
ставляет около 15,2%, а гидроэлектростанциями – 16,2 %. Большая доля элек-
троэнергии в мире, вырабатываемая на ТЭС, приводит и к наибольшим вред-
ным выбросам в атмосферу. Так, на их долю приходится примерно 25% всех
вредных выбросов, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий.
За 20 лет с 1970 по 1990 гг. в мире было сожжено 90 млрд. т угля. Кроме того,
следует учесть также большое накопление отходов сгорания в виде золошлако-
вых (ЗШО) отвалов.
Одним из показателей экономического и социального уровня развития стра-
ны является производство электрической энергии на душу населения: в регио-
нах Центральной Африки и Южной Азии он составляет только около 526 - 566
кВт·час, а в Северной Америке - 15000 кВт·час, что свидетельствует о различии
их уровней развития. В странах СНГ на душу населения производят около 5000
кВт·час. Производство электроэнергии на единицу валовой продукции в стра-
нах СНГ составляет 0,72 кВт/долл., а в Центральной Европе и Северной Аме-
рике - 0,42 кВт/долл. Это показывает о существенно завышенном потреблении
электроэнергии в технологических процессах при производстве продукции в
странах СНГ, свидетельствует об их несовершенстве.
2. Производство электрической энергии в Украине.
В состав энергетической системы Украины входят: 8 гидроэлектростанций
(ГЭС), 44 тепловых электростанции (ТЭС), 4 мощные атомные электростанции
(АЭС): Запорожская, Южно-Украинская, Ровенская, Хмельницкая. Установ-
ленная мощность электростанций объединенной энергосистемы Украины со-
ставляет 53,2 ГВт. Общее производство электроэнергии в Украине составляет
198 млрд. кВт-год (2012 г.), при этом тепловыми электростанциями произведе-
но 96,4 млрд. кВт-год., атомными - 90,1 млрд. кВт-год., а гидроэлектростан-
циями - 10,0 млрд. кВт-год. В соответствии с проектом обновленной Энергети-
ческой стратегии Украины до 2030 года предусматривается увеличить произ-
водство электрической энергии до 282 млрд. кВт-год; в 2015 году до
215 млрд. кВт-год.
2.1. Экспорт электрической энергии.
Электроэнергия Украины является одним из главных видов экспорта. По
итогам 2012 г. экспортировано электроэнергии в страны ЕС, Молдову и Бела-
русь до 9,745 млрд. кВт/ч; на 0,6 млрд. долл. Энергетический холдинг ДТЭК
планирует в 2013 г. увеличить экспорт электроэнергии до 10 млрд. кВт/ч. Для
сравнения отметим, что экспорт железорудной продукции в это же время соста-
вил 35, 1 млн. тонн, на 3,1 млрд. долл., то есть в 5 раз больше. Но производство
электроэнергии в Украине предусматривают увеличить в 1,6 раза, а дальнейшее
увеличение выпуска железорудной продукции затруднено и не будет на нее та-
кого спроса, как на электроэнергию.
Обращаем внимание на следующее. В странах ЕС, особенно в Германии,
предусматривается переход автомобильного транспорта на использование элек-
троэнергии. В то же время, некоторые страны ЕС отказываются от атомной
энергетики, а производительность тепловых электростанций находится на пре-
деле. Поэтому спрос на электрическую энергию будет возрастать.
2.2. Производство электроэнергии тепловыми электростанциями.
Энергетика Украины включает крупные тепловые электростанции (ТЭС) –
Приднепровскую, Змиевскую, Углегорскую, Бурштынскую, Зуевскую и др., ко-
торые используют, в основном, угольное топливо. Производство электрической
энергии тепловыми электростанциями в Украине имеет ряд особенностей.
Первая. Сырьевая база: добычу угля производят на все более глубоких гори-
зонтах шахт, что неизбежно приводит к увеличению его себестоимости, а, сле-
довательно, и производимой электроэнергии. В связи с разработкой угольных
пластов малой мощности и несовершенством технологии их выемки, происхо-
дит ухудшение качества углей, что приводит к увеличению отходов.
Вторая. Существенное нарушение окружающей природной среды: атмо-
сферы, земли, воды. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в виде сер-
нистых, азотистых и др. соединений, пыли. В отвалах украинских ТЭС накоп-
лено 358,8 млн. т золошлаковых отходов (ЗШО) на площади 3170 га. Среднего-
довой выход золошлаков достиг 14 млн. т. Влияние ТЭС на водную среду про-
является в двух видах: сброс в водоемы вредных веществ и тепловой нагрев во-
ды. При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов блоков ТЭС образует-
ся до 10000 м
3
разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натрия, ам-
миака, солей аммония. Сточные воды ТЭС содержат ванадий, никель, фтор, фе-
нолы и нефтепродукты. От электростанций в водоѐмы непрерывно поступает
поток воды с температурой на 8-12ºC превышающей температуру воды в водо-
ѐме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 м³/с нагретой воды. Тепловое загрязнение
водоѐмов приводит к нарушению их состояния. Необходимо, чтобы нагрев во-
ды в любом месте реки не повышался от уровня его природного состояния
больше чем на 3ºC.
Третья. Практически все украинские ТЭС требуют реконструкции, замене
оборудования.
Реконструкция позволяет увеличить мощность энергоблоков и улучшить
экологическое состояние, так как в соответствии с соглашениями, Украина к
2017 году должна всю свою теплоэнергетику привести к нормам Евросоюза в
отношении вредных выбросов. Примером такой реконструкции может быть
техническое переоснащение энергоблока №3 Криворожской ТЭС (г. Зелено-
дольск, Днепропетровская обл.). Реконструкция позволила увеличить установ-
ленную мощность на 18 МВт - с 282 до 300 МВт. Реконструкция электрофильт-
ров позволила повысить эффективность очистки дымовых газов до 99,75%, а
ожидаемые значения концентрации пыли в уходящих газах – 50 мг/м
3
, что со-
ответствует требованиям Европейского Союза.
Четвертая. При подземной добыче угля также происходят существенные
нарушения окружающей среды, что нужно учитывать.
Пятая. Проблемным вопросом является сжигание в котлоагрегатах низко-
реакционных энергетических углей. Оно сопровождается существенным меха-
ническим и химическим недожогом угля, необходимостью использования при-
родного газа, большими выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.
2.3. Производство электрической энергии атомными электростанциями.
На украинских АЭС эксплуатируют 15 энергоблоков суммарной установ-
ленной мощностью 13,8 ГВт. Для обеспечения их работы ежегодно необходимо
около 2,5 тыс. т. урана. Оптовая цена на уран находится примерно на уровне
136 долл. за фунт. Тариф электроэнергии, вырабатываемой АЭС, на 59 % ниже,
чем произведенный на тепловых электростанциях (ТЭС).
2.3.1. Экологические проблемы ядерной энергетики.
Важной экологической проблемой ядерной энергетики является загрязнение
окружающей среды радиоактивными изотопами (около 250), которые попадают
в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. При работе АЭС
образуется тритий или радиоактивный водород. Он способен замещать части
молекул воды в живых организмах, что может поражать генетический аппарат
клеток. Опасно - загрязнение биосферы плутонием. У него низкая температура
плавления – всего 640 С, он способен к самовозгоранию при наличии кислоро-
да. Важнейшей проблемой ядерной энергетики является утилизация и захоро-
нение радиоактивных отходов. На 424 гражданских ядерных энергетических
реакторах, работающих во всем мире, ежегодно образуется большое количество
низко-, средне- и высокорадиоактивных отходов. Проблемой также является
вывод выработавших ресурс реакторов. Однако, если сравнить те экологиче-
ские проблемы, которые создают тепловые электростанции, те огромные пло-
щади нарушенных земель отходами ТЭС и предприятиями по добыче угля, на-
рушения водной и воздушной среды, то они намного больше, чем возникающие
в процессе производства электроэнергии атомными электростанциями.
2.3.2. Сырьевая база атомной энергетики.
Для атомной энергетики основным видом сырья является уран. Украина
входит в десятку стран мира по добыче урановых руд (данные 2010 г.), в тыс.т.:
Канада -11,6; Австралия- 9,5; Казахстан -4,4; Россия- 3,4; Намибия-3,1; Нигер-
3,1; Узбекистан-2,3; США -1,06; Украина-1,05; Китай -0,75. Наиболее крупный
рудник мира по добыче урана Макартур-Ривер, находится в Канаде и произво-
дит около 17 % мировой добычи. Эффективно перерабатывать руды с содержа-
нием оксида урана 0,05–0,07 %. Применяют комплексную переработку урано-
вых руд с попутным извлечением компонентов: фосфор, ванадий, сера, молиб-
ден, железо, медь, золото, редкоземельные элементы. Добычу производят под-
земным (38 %) и открытым (30 %) способами, способом подземного выщелачи-
вания (СПВ) (21 %), попутная добыча (11 %).
2.3.3.Сырьевая база урана в Украине.
Сырьевая база урана в Украине представлена коренными месторождениями
различных формаций и россыпными. Добыча ведется на шахтах Ингульская и
Смолинская, пущена в эксплуатацию Новоконстантиновская. В Николаевской
области предусматривается отработка россыпных гидрогенных месторождений
методом скважинного подземного выщелачивания: изучается Братское место-
рождение, подготавливается к отработке Сафроновское. Годовая добыча на
Сафроновском месторождении составит 100-150 т. уранового концентрата. Раз-
веданные общие запасы месторождений этого типа оцениваются около
70 тыс.т. урана. Добычу урановой руды осуществляют в объеме около 40 % от
потребности АЭС Украины. Предусматривается до 2015 г. обеспечить ураном
все действующие энергоблоки АЭС, а в период до 2030 г. - увеличить произ-
водство урана до 6,4 тыс. т. в год. Значительную часть добычи урана преду-
сматривается осуществлять на Новоконстантиновском руднике при уровне его
производительности 1,5 тыс. т., с наращиванием до 2,5 и затем до 3,5 тыс.т.
Разведанные запасы урана в Украине составляют около 131 тыс. т., а про-
гнозные - около 200 тыс. т. Крупнейшие из них расположены в Кировоградском
рудном районе. О масштабах их распространения можно судить исходя из гео-
логической карты Кировоградского рудного района (рис. 1).
2.3.4. Подземная добыча урановых руд.
Следует остановиться на особенностях разработки урановых руд на Ново-
константиновском руднике. Залегание разрабатываемого пласта составляет
около 50
о
. Для отбойки и выпуска руды предусмотрено применять очистные
камеры высотой 120-180 м. При таких параметрах камер будут происходить
большие потери руды или ее разубоживание. Для этих условий рационально
применить технологию предобогащения руды непосредственно в подземных
условиях, к тому же опыт сепарирования отвальных пород на ВостГОКе имеет-
ся. Не менее важным является изучение проявления горного давления, сдвиже-
ния горных пород и земной поверхности, несмотря на применение технологии
горных работ с закладкой выработанного пространства.
Рис. 1 – Геологическая карта Кировоградского рудного района. Составлена по материа-
лам КП «Кировгеология» (По данным [1,2].)
1 – стратифицированная ингуло-ингулецкая серия; 2, 3 – Новоукраинско-Кировоградский
(Н-К) гранитоидный массив: 2 – диорит-монцонитовая формация,
3 – гранит-мигматитовая формация; 4, 5 – Корсунь-Новомиргородский (К-Н) рапакиви-
анортозитовый массив: 4 – габбро-анортозитовая формация, 5 – рапакиви-гранитная форма-
ция; 6 – дайковый комплекс; 7,8 – разломы: 7 – главные, 8 – второстепенные;
9 – урановые месторождения; 10 – урановые рудопроявления
2.3.5. Добыча урановых руд способом подземного выщелачивания.
Необходимость скорейшего обеспечения потребности АЭС Украины в ура-
новом сырье требует разработки небольших по запасам и капитальным вложе-
ниям гидрогенных месторождений песчаникового типа способом подземного
выщелачивания (СПВ). Опыт применения этой технологии на Девладовском
месторождении (годы отработки 1962 – 1982) свидетельствует о более низкой
себестоимости добычи урана и небольших капитальных вложениях.
На этом месторождении применялась сернокислотная, так называемая,
«твердая» технология выщелачивания. Образовался ореол загрязнения площа-
дью 1,2 млн.м
2
. Этот ореол, содержащий сульфат-ион и другие загрязняющие
вещества, по прогнозам [5] самоочистится к 2130 г. Он перемещается со скоро-
стью примерно 90-100 м/год с практически неизменной концентрацией загряз-
няющих веществ.
Широкое применение получает слабокислотное и водное выщелачивание
урана, которое разработано и применяется в Узбекистане и Казахстане. При
этом методе, после извлечения урана из недр, показатели качества подземных
вод (общая минерализация, кислотность, содержание микрокомпонентов) нахо-
дятся в пределах фоновых значений.
3. Перспективные направления в горном деле и использования атомной
энергетики.
Одним из направлений в атомной энергетике является создание и использо-
вание мини атомных электростанций - мало-модульные реакторы (ММР). По-
вышение требований к обеспечению безопасности и контроля увеличивает ка-
питальные затраты, что может привести к нерентабельности мощных атомных
электростанций. Кроме того, удаленность, например, горных объектов или дру-
гих предприятий от мощных энергетических центров требуют их автономного
обеспечения электроэнергией. Это также обеспечит снижение стоимости элек-
троэнергии. Мощность энергоблоков атомных электростанций постоянно воз-
растала, достигнув в настоящее время 1000-1600 МВт. Интенсивное увеличение
капитальных затрат при реализации крупных энергетических объектов, подо-
рожание энергоносителей и рост тарифов на электроэнергию привели к повы-
шенному спросу на достаточно мощные, но компактные и недорогие атомные
электростанции. Атомные электростанции мощностью 1000 МВт и менее назы-
вают «мини». Для сравнения следует отметить, что мощность Приднепровской
ТЭС составляет 2400 МВт., что соответствует 2,5 атомным электростанциям
«мини». Примером такой станции может быть Билибинская АЭС (Россия), со-
стоящая из четырех блоков по 12 МВт (построена в 1974-1976 гг.). Она снабжа-
ет теплом и электроэнергией г. Билибино на Чукотке и местные горнодобы-
вающие предприятия.
Горнодобывающая промышленность является одной из наиболее энергоем-
ких отраслей. Причем затраты на электроэнергию и на энергоносители состав-
ляют существенную величину в себестоимости продукции. Особенно ощутимо
это при добыче железных руд, где для производства конечного продукта осу-
ществляют дробление руды, ее измельчение. Карьеры во многих случаях нахо-
дятся на значительных удалениях от селитебной зоны. Поэтому рационально
для условий горных предприятий создание атомных электростанций с мало-
модульными реакторами. Возможно их применение и в сталелитейном произ-
водстве.
4. Вклад Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова в ре-
шение проблем горного дела, энергетики и экологии.
В 1962 г. решением Государственного комитета по науке и технике при СМ
СССР был создан Институт геотехнической механики им. Н.С.Полякова Академии
наук Украины для решения фундаментальных проблем добычи полезных ископае-
мых на больших глубинах.
Основными направления научной деятельности ИГТМ являются: изучение фи-
зики и механики горных пород; изыскание и разработка новых эффективных мето-
дов разрушения горных пород; управление напряженно-деформированным состоя-
нием пород и массивов; разработка методов управления аэрогазодинамическими
процессами; изучение физических основ и научное обоснование создания прогрес-
сивных методов, техники, технологии и технических средств добычи и переработки
полезных ископаемых; процессы и технологии энергопреобразований угля и шахт-
ного метана; параметры функционирования и структура энергетических комплек-
сов; энергосбережение и надежность горного производства; решение проблем эко-
логического состояния горнодобывающих регионов.
За почти полувековой период деятельности института внесен существенный на-
учный вклад в развитие вышеназванных направлений [5]. Среди важнейших и наи-
более значимых разработок ИГТМ следующие: технология поиска, добычи и ути-
лизации шахтного метана, его естественных и техногенных скоплений на углегазо-
вых месторождениях; нетрадиционные технологии добычи угля на больших глуби-
нах с использованием энергии горного давления; способы предотвращения внезап-
ных выбросов угля, породы и газа; способы отработки выбросоопасных угольных
пластов; циклично-поточная и поточная технологии разработки разрушенных
взрывом пород комплексами машин циклического и непрерывного действия; новые
конструкции крепления, средства и методы виброакустической и ультразвуковой
диагностики состояния и свойств горных пород и массива; параметрический ряд
динамично активных резиновых резонирующих ленточно-струнных сит для клас-
сификации полезных ископаемых и многие другие.
Значительная часть работ института направлена на решение проблем энергети-
ки: разработан концептуальный подход к проблеме реструктуризации угольной от-
расли, основанный на диверсификации деятельности угольных шахт в направлении
углубленной переработки угля в тепловую и электрическую энергию путем созда-
ния теплоэнергетических комплексов; создан ряд программ и проектов развития
малой энергетики
В ИГТМ НАНУ выполнен ряд работ, направленных на повышение эффек-
тивности работы тепловых электростанций.
1. Разработан реактор и технология сжигания низкореакционных энергети-
ческих углей. Сущность технологии заключается в скоростном нагреве потока
аэросмеси в специальном аэродинамическом реакторе, где частицы угольной
пыли разогреваются до температуры воспламенения. Происходит воспламене-
ние частиц угля без добавления природного газа или мазута [6].
2. Предложена технология складирования отходов ТЭС в отработанных
карьерах с одновременным извлечением угля и других полезных компонентов,
накапливающихся в результате сегрегации, которая позволяет решить проблему
загрязнения окружающей среды.
Рассмотрим ее на примере Приднепровской ТЭС. На территории города
Днепропетровска находится Приднепровская ТЭС. В связи с устаревшей техно-
логией возле нее накопилось большое количество отходов, которые не исполь-
зуются и являются источником загрязнения окружающей среды. Образующиеся
новые отходы некуда складировать, что препятствует нормальной работе стан-
ции.
На расстоянии 5 км от Приднепровской ТЭС расположен Рыбальский карь-
ер, в котором производилась добыча гранита для производства строительной
продукции. Работы на данном карьере приостановлены. Он также является од-
ним из объектов нарушения природной среды. Зола уноса Приднепровской
ТЭС содержит обломки несгоревшего угля (недожог). Его содержание изменя-
ется от 12,0 до 23,6% и составляет в среднем 17,8%. Общий объем золы уноса в
золошлаковом отвале ТЭС составляет более 20 млн.т. При размещении золоот-
ходов Приднепровской ТЭС с использованием гидротранспорта (рис.2) в Ры-
бальском карьере, в результате сегрегации смеси при складировании, можно
получить около 20 млн.т. угля и большое количество магнетита.
Кроме того, это позволит получить свободные площади для складирования
отходов и обеспечения нормальной работы станции.
Для реализации научных разработок, их координации среди научно-
исследовательских академических, отраслевых, учебных, проектных институтов и
предприятий Институт геотехнической механики на протяжении всей свое плодо-
творной научной деятельности организовывал совместно с другими учреждениями
и проводил Всесоюзные семинары, конференции, совещания, симпозиумы. Так,
например, в 1969-1970 г.г. были проведены: Всесоюзный семинар по борьбе с вы-
бросами породы, по механике горных пород (май 1969 г.), конференция по прове-
дению, креплению и охране горных выработок (ноябрь 1969 г., г. Тбилиси), по тер-
момеханическому разрушению горных пород (май 1969 г.), по глубоким карьерам
(май 1970 г.), по горной механике (июнь 1970 г.), Всесоюзное совещание по борьбе
с выбросами угля, газа и пород (май 1970 г., МакНИИ).
Рис.2 – Схема гидротранспорта золоотходов Приднепровская ТЭС - Рыбальский карьер
Одной из основных задач, проводимых конференций, совещаний и симпозиу-
мов, являлось принятие решений о направлении дальнейших исследований и вклю-
чение их в государственные планы новой техники для реализации. Кроме того,
разрабатывались рекомендации по стратегическим направлениям исследований и
развития промышленности, которые направлялись в Совет Министров СССР и
УССР. В работе, конференций, симпозиумов обычно принимало большое количе-
ство участников. Так, например, 9-14 июня 1969 г. проходил, организованный
ИГТМ АН УССР, Всесоюзный симпозиум по реологии горных пород «Научные
основы прочности и пластичности». В работе симпозиума приняло участие 250
представителей союзных, республиканских Академий наук и других учреждений из
городов: Днепропетровск, Москва, Ленинград, Новосибирск, Киев, Алма-Ата, Таш-
кент, Фрунзе, Прокопьевск, Ростов-на-Дону, Донецк, Кривой Рог, Караганда, Ива-
но-Франковск, Кишинев, Воронеж, Кемерово, Пермь, Орджоникидзе, Шахты, Тби-
лиси, Севастополь, Брянск, Рига.
При становлении Украины как самостоятельного государства и переходе к
рыночной экономике наряду с решением проблем добычи полезных ископае-
мых на больших глубинах возникли и другие. Главная из них – выполнение ра-
бот, направленных на повышение энергетического обеспечения государства. В
ИГТМ НАН Украины разработана концепция комплексной дегазации и утили-
зации шахтного газа – метана. Она основывается на организационном разделе-
нии во времени и подземном пространстве добыче двух энергоносителей – угля
и метана. Создана технология дегазации «Газовый горизонт», которая преду-
сматривает опережающую дегазацию угольных пластов. Это позволило полу-
чать дополнительно метан высокого качества.
Проблемы добычи шахтного метана, его утилизации, запасы, способы и ме-
тоды дегазации рассматриваются на проводимых институтом с 2000 г. между-
народных научно-практических конференциях «Метан вугільних родовищ».
Основным направлением развития потенциала института является привле-
чение молодых специалистов, для стимулирования деятельности которых с
2003 г. проводятся ежегодные конференции молодых ученых «Геотехнические
проблемы разработки месторождений».
С 1993 г. институт издает межведомственный сборник научных трудов
«Геотехническая механика», который отображает научные разработки и дости-
жения.
Дальнейшая деятельность Института геотехнической механики
им. Н.С. Полякова будет также направлена на решение проблем горного дела,
энергетики и экологии.
Выводы
1. Более низкая себестоимость электроэнергии, производимой атомными
электростанциями, возможный переход в будущем к широкому использованию
мало-модульных реакторов, может привести к нерентабельности тепловых
электростанций, несмотря на их реконструкцию (которую к 2017 г. закончить
на 44 электростанциях вряд ли удастся). Такое положение может привести к за-
крытию шахт, добывающих энергетические угли. Это может улучшить эколо-
гическое состояние регионов, но приведет к социальным проблемам.
2. Снижение затрат на производство уранового концентрата, повышение его
конкурентной способности возможно по двум направлениям: применения тех-
нологии предобогащения добытой руды непосредственно в шахте с размещени-
ем отходов в выработанном пространстве и применения автономного электро-
снабжения.
3. Одним из направлений, позволяющим повысить эффективность добычи
полезных ископаемых, улучшить экологическое состояние природной среды
наряду со снижением энергетических затрат в технологических процессах, яв-
ляется использования более дешевой электроэнергии, производимой автоном-
но.
4. Извлечение из недр горючих полезных ископаемых и использовании их
на ТЭС для производства электрической энергии, большое количество отходов,
которые постоянно увеличиваются, приводят к существенным нарушениям ок-
ружающей среды, что требует создания более совершенного энергообеспече-
ния.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Старостенко, В. И. От поверхностных структур к интегральной глубинной модели Кировоград-
ского рудного района (Украинский щит), I / В.И. Старостенко, В. И. Казанский, Н.И. Попов и др. //
Геофиз. журн. – 2010. – Т. 32. № 1. – С. 3-33.
2. Казанский, В. И. Глубинное строение и металлогения Кировоградского полиметального рудно-
го района (Украинский щит): корреляция геологических и сейсмических данных / В.И. Казанский,
О.Ф. Макивчук, Н.И. Попов и др. // Геология рудн. месторожд. – 2012. – Т. 54. № 1. – С. 22-48.
3. Истомин, В.П. Определение режимов подземного выщелачивания при разработке уранового
месторождения Тохумбет / В.П. Истомин, С.В. Скрипко // Горный журнал. – 2009. – № 4. – С.62-64.
4. Моніторинг природного середовища після добування урану способом підземного вилугову-
вання / В. Шумлянський, М.Макаренко, І Колябіна [та ін.]. – К.:Логос, 2007. – 212 с.
5. Булат, А.Ф. Окремі сторінки історії і сьогодення діяльності інституту геотехнічної механіки ім.
М.С. Полякова НАН України /А.Ф. Булат // Геотехнічна механіка: міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ
НАН України. - Дніпропетровськ, 2012-Вип.100.(ювілейний). – С.4-26.
6. Волошин, А.И. Основные достижения в области геотехнологий, систем трубопроводного
пневмотранспорта, теплоэнергетики и контроля герметичности полых изделий / А.Ф. Булат // Геотех-
нічна механіка:міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ НАН України.-Дніпропетровськ, 2012. –
Вип.100.(ювілейний). – С.79-91.
REFERENCES
1. Starostenko, V.I., Kazansky, V.I. and Popov, N.I. (2010) “Of surface structures to the integrated mod-
el of deep Kirovograd ore district (Ukrainian Shield), I” Geofizicheskyi zhurnal, vol. 32, no. 1, pp. 3 – 33.
2. Kazansky, V.I., Makivchuk, O.F. and Popov, N.I. (2012) “Deep structure and metallogeny of the Ki-
rovograd polymetallic ore district (Ukrainian Shield): correlation of geological and seismic data” Geologiya
rudnykh mestorozhdeniy, vol. 54, no. 1, pp. 22 – 48.
3. Istomin, V.P. and Skripko, S.V. (2009) “Determination of regimes of in-situ leaching in the develop-
ment of uranium deposit Tohumbet” Mining Journal, no. 4, pp. 62 – 64.
4. Shumlyansky, V., Makarenko, M., Kolyabina, I. and others (2007) Monitoryng pryrodnogo seredo-
vyshcha pislya dobuvannya uranu sposobom pidzemnogo vylugovuvannya [Monitoring of the environment
after mining of uranium with method of underground leaching], Logos, Kiev, Ukraine.
5. Bulat, A.F. (2012) “Several pages about history and current activity of the M.S Polyakov Institute of
Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine” Geotekhnicheskaya Mekhani-
ka [Geo-Technical Mechanics], no. 100, pp. 4-26.
6. Voloshin, A.I. (2012) “The main achievements in the field of geo-technologies, systems of pipeline
pneumatic transport, Heat and Power Engineering and control of tightness of hollow articles” Geotekhni-
cheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 100, pp. 79-91.
–––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Булат Анатолий Федорович, Академик Национальной академии наук Украины, доктор техни-
ческих наук, профессор, директор института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова
Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина,
igtmnanu@yandex.ru.
Четверик Михаил Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом Гео-
механических основ технологий открытой разработки месторождений, Институт геотехнической ме-
ханики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепро-
петровск, Украина, chetverik.mihail@inbox.ru.
About the authors
Bulat Anatoly Fedorovich, Academician of the National Academy of Sciences of Ukraine, Doctor of
Technical Sciences (D. Sc), Professor, Director of the Institute, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Me-
chanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine,
igtmnanu@yandex.ru.
Chetverik Mikhail Sergeyevich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Professor, Head of Department
of Geomechanics of Mineral Opencast Mining Technology, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Me-
chanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine,
chetverik.mihail@inbox.ru.
–––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Гірничодобувна промисловість знаходиться в тісному взаємозв'язку з вироб-
никами електричної енергії та екологією. У виробничому процесі між цими величезними
комплексами виникають протиріччя, і тільки спільне їх вирішення дозволяє визначити раці-
ональні, екологічно обґрунтовані, економічні напрями розвитку. Розглянуто взаємозв'язок
проблем гірничої справи, енергетики та екології. Проведено аналіз виробництва електричної
енергії у світі. Наведено проблеми теплової енергетики України: видобуток вугілля здійсню-
ється на все більш глибоких горизонтах шахт, що призводить до збільшення собівартості ву-
гілля, порушення природного середовища: атмосфери, землі, води. Наведено дані про сиро-
винну базу України з видобутку уранової руди. Розглянуто технології видобутку уранових
руд підземним способом і підземного вилуговування. Розглянуто основні напрями розвитку
атомної енергетики, створення атомних електростанцій з мало-модульними реакторами.
У статті наведено напрямки досліджень ІГТМ НАН України у галузі видобутку корисних
копалин на великих глибинах і внесок провідних вчених у вирішення проблем гірничої спра-
ви, енергетики та екології. Викладено роботи ІГТМ НАН України в галузі підвищення ефек-
тивності роботи ТЕС.
Ключові слова: проблеми, гірнича справа, енергетика, екологія, ІГТМ.
Abstract. Mining industry is closely connected with electric energy production and environmental
protection. Usually, in the course of production process, serious contradictions arise between these huge
complexes, and only their joint efforts could determine rational, environmentally sound and cost-effective
trends of the industries development. In this paper, interdependency between mining, energetic and eco-
logical problems are described. Power generation in the world is analyzed. Problems of thermal energy
production in Ukraine are represented: today, coal is mined at increasingly deeper horizons resulting in in-
creased coal cost and disturbed natural environment: atmosphere, earth and water. Data on Ukrainian re-
sources for uranium ore extraction are viewed including different underground practices for uranium ore
extraction and underground leaching. Key trends of nuclear power development and establishment of nuc-
lear power plants with small-modular reactors are analyzed.
The paper also presents research schools of the IGTM, NAS of Ukraine, in the field of mining at great
depths and contribution of leading researchers of the IGTM in solving mining, energetic and environmen-
tal problems. Works of the IGTM, NASU, in the field of improving of thermal power plants efficiency are
set forth.
Keywords: problems, mining, energy, environment, IGTM
Статья поступила в редакцию 30.09.2013
Рекомендовано к публикации д.т.н. А.П. Круковским
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60037 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:14:27Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булат, А.Ф. Четверик, М.С. 2014-04-11T10:30:20Z 2014-04-11T10:30:20Z 2013 Проблемы горного дела, энергетики и экологии / А.Ф. Булат, М.С. Четверик // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — С. 3-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60037 622.001.5+620.9+502 Горнодобывающая промышленность находится в тесной взаимосвязи с производителями электрической энергии и экологией. В производственном процессе между этими огромными комплексами возникают противоречия, и только совместное их разрешение позволяет определить рациональные, экологически обоснованные, экономичные направления развития. Рассмотрена взаимосвязь проблем горного дела, энергетики и экологии. Проведен анализ производства электрической энергии в мире. Приведены проблемы тепловой энергетики Украины: добычу угля производят на все более глубоких горизонтах шахт, что приводит к увеличению себестоимости угля, нарушению природной среды: атмосферы, земли, воды. Приведены данные о сырьевой базе Украины по добыче урановой руды. Рассмотрены технологии добычи урановых руд подземным способом и подземного выщелачивания. Рассмотрены основные направления развития атомной энергетики, создание атомных электростанций с маломодульными реакторами. В статье приведены направления исследований ИГТМ НАН Украины в области добычи полезных ископаемых на больших глубинах и вклад ведущих ученых в решение проблем горного дела, энергетики и экологии. Изложены работы ИГТМ НАН Украины в области повышения эффективности работы ТЭС. Гірничодобувна промисловість знаходиться в тісному взаємозв'язку з виробниками електричної енергії та екологією. У виробничому процесі між цими величезними комплексами виникають протиріччя, і тільки спільне їх вирішення дозволяє визначити рац іональні, екологічно обґрунтовані, економічні напрями розвитку. Розглянуто взаємозв'язок проблем гірничої справи, енергетики та екології. Проведено аналіз виробництва електричної енергії у світі. Наведено проблеми теплової енергетики України: видобуток вугілля здійснюється на все більш глибоких горизонтах шахт, що призводить до збільшення собівартості в угілля, порушення природного середовища: атмосфери, землі, води. Наведено дані про сировинну базу України з видобутку уранової руди. Розглянуто технології видобутку уранових руд підземним способом і підземного вилуговування. Розглянуто основні напрями розвитку атомної енергетики, створення атомних електростанцій з маломодульними реакторами. У статті наведено напрямки досліджень ІГТМ НАН України у галузі видобутку корисних копалин на великих глибинах і внесок провідних вчених у вирішення проблем гірничої справи, енергетики та екології. Викладено роботи ІГТМ НАН України в галузі підвищення ефективності роботи ТЕС. Mining industry is closely connected with electric energy production and environmental protection. Usually, in the course of production process, serious contradictions arise between these huge complexes, and only their joint efforts could determine rational, environmentally sound and costeffective trends of the industries development. In this paper, interdependency between mining, energetic and ecological problems are described. Power generation in the world is analyzed. Problems of thermal energy production in Ukraine are represented: today, coal is mined at increasingly deeper horizons resulting in increased coal cost and disturbed natural environment: atmosphere, earth and water. Data on Ukrainian resources for uranium ore extraction are viewed including different underground practices for uranium ore extraction and underground leaching. Key trends of nuclear power development and establishment of nuclear power plants wi th small modular reactors are analyzed. The paper also presents research schools of the IGTM, NAS of Ukraine, in the field of mining at great depths and contribution of leading researchers of the IGTM in solving mining, energetic and environmental problems. Works of the IGTM, NASU, in the field of improving of thermal power plants efficiency are set forth. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Проблемы горного дела, энергетики и экологии Проблеми гірничої справи, енергетики та екології Mining, power engineering and ecological problems Article published earlier |
| spellingShingle | Проблемы горного дела, энергетики и экологии Булат, А.Ф. Четверик, М.С. |
| title | Проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| title_alt | Проблеми гірничої справи, енергетики та екології Mining, power engineering and ecological problems |
| title_full | Проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| title_fullStr | Проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| title_full_unstemmed | Проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| title_short | Проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| title_sort | проблемы горного дела, энергетики и экологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60037 |
| work_keys_str_mv | AT bulataf problemygornogodelaénergetikiiékologii AT četverikms problemygornogodelaénergetikiiékologii AT bulataf problemigírničoíspravienergetikitaekologíí AT četverikms problemigírničoíspravienergetikitaekologíí AT bulataf miningpowerengineeringandecologicalproblems AT četverikms miningpowerengineeringandecologicalproblems |