Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Развитие аэрогазодинамических и тепловых процессов, и прогноз их последствий при закрытии шахт Кузбасса

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Развитие аэрогазодинамических и тепловых процессов, и прогноз их последствий при закрытии шахт Кузбасса"

На правах рукописи

РЫБАК Леонид Львович

РАЗВИТИЕ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ, И ПРОГНОЗ ИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ПРИ ЗАКРЫТИИ ШАХТ КУЗБАССА

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 з МАЙ 2015

Тула 2015

005568804

005568804

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

КАЧУРИН Николай Михайлович.

Официальные оппоненты:

ЛЕВКИН Николай Дмитриевич, доктор технических наук, доцент, ГОУ «Учебно-методический центр по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям Тульской области» (УМЦ ГОЧС)/ заведующий кафедрой гражданской защиты;

АФАНАСЬЕВ Олег Александрович, кандидат технических наук, менеджер по логистике , ООО Компания «Лидер-Экспресс», г. Тула.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт угля» Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кемерово.

Защита диссертации состоится « » 2015 г. в 1200

часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 35-81-81.

Автореферат разослан » 2015 г.

/

Ученый секретарь диссертационного сов

Леонид Элярдович Шейнкман

<г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России нацелена на реализацию потенциальных конкурентных преимуществ российских угольных компаний и переход к инновационному социально ориентированному типу экономического развития страны. При этом предполагается обеспечить высокий уровень экологической безопасности в угольной отрасли. Планируется увеличение производительности труда в 5 раз к 2030 г. Прогнозный диапазон рациональных объемов добычи угля в 2030 г. должен составить 380 - 430 млн т. Президент России В.В. Путин отмечает, что за предстоящие полтора-два года необходимо совершить настоящий рывок в повышении конкурентоспособности российской экономики. Минерально-сырьевые ресурсы России являются частью ее национального богатства и той природной базой, опираясь на которую, развивается экономика России. А научные исследования, "связанные с экологической оценкой реструктуризации и диверсификации угольной промышленности, позволят реформировать экономику страны во многих промышленных отраслях на собственной природно-ресурсной базе.

В соответствии с программой реструктуризации и общей стратегией развития угольной промышленности различных стран предусматривается превращение ее в устойчиво функционирующую и рентабельную отрасль за счет создания конкурентоспособных предприятий, освоения месторождений с благоприятными горно-геологическими условиями, внедрения новых технологий, комплексной экологически чистой переработкой полезных ископаемых. В результате осуществляемой реструктуризации угольной промышленности России и ликвидации нерентабельных угледобывающих предприятий произошла ликвидация шахт Кузбасса, разрабатывавших газоносные и склонные к самовозгоранию угольные пласты. При этом современные масштабы воздействия на атмосферу и гидросферу, а также техногенная активизация геохимического переноса на территориях таких регионов сопоставимы с геологическими процессами. Особую остроту приобретают проблемы, связанные с экологическими последствиями, обусловленными, на первый взгляд, рациональными экономическими решениями.

Работы по экологической реабилитации нарушенных территорий, предусмотренные проектами ликвидации шахт, и обеспечивающие приведение территорий промышленных площадок ликвидируемых шахт в

экологически безопасное состояние, разрабатываются и реализуются на основании результатов прогноза возможных последствий, обусловленных опасными технико-природными процессами. Практика показывает, что существующие методы прогнозирования экологических последствий на территориях горных отводов ликвидированных шахт требуют более глубокого научного обоснования. Это повысит эффективность экологического мониторинга, прогнозных расчетов и долгосрочной оценки воздействия на окружающую среду при закрытии нерентабельных шахт.

Поэтому исследования развития опасных аэрогазодинамических и тепловых процессов, и прогноз их последствий при ликвидации шахт Кузбасса являются актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении мине-/рально-сырьевык ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось уточнение закономерностей развития опасных аэрогазодинамических и теплофизических процессов, воздействие которых на окружающую среду вызвано ликвидацией шахт, для совершенствования системы прогнозирования экологических последствий, обусловленных закрытием нерентабельных шахт Кузбасса.

Идея работы заключается в том, что совершенствование системы прогнозирования экологических последствий, обусловленных закрытием нерентабельных шахт Кузбасса, основывается на адекватных математических моделях фильтрации метана на земную поверхность через подработанные породы и низкотемпературного окисления угля на отвалах.

Основные научные положения работы заключаются в следующем:

1. После закрытия шахт продолжается отрицательное воздействие породных отвалов и выработанных пространств на атмосферу, водные ресурсы и почву, при этом процессы низкотемпературного окисления и самонагревания угольных скоплений на породных отвалах, и фильтрация метана на Земную поверхность представляют наибольшую экологическую опасность.

2. Динамика поступления атмосферного кислорода в угольное скопление за счет диффузии имеет монотонно убывающий вид, а диффузионный поток стремится к асимптотическому значению, зависящему от диффузионных и сорбционных характеристик.

3. Нестационарное поле температуры угольного скопления при самонагревании описывается уравнением теплопроводности с экспоненциальным источником тепловыделения, а продольный профиль температуры имеет точку максимума, мигрирующую вглубь рассматриваемого массива.

4. Фильтрационный поток метана из выработанного пространства, мигрирующий к земной поверхности, стремится к некоторому асимптотическому значению, при котором фильтрационный критерий Фурье будет равен 0,5.

Новизна основных научных и практических результатов:

• усовершенствованы методические положения прогноза аэрогазодинамических и теплофизических процессов, обусловленных закрытием шахт, в соответствии с которыми осуществляют комплексную оценку газовых и тепловых параметров на территориях горных отводов ликвидируемых шахт;

• обоснована физическая модель и математическое описание прогнозной оценки метановыделения из выработанных пространств ликвидируемых шахт на земную поверхность, отличающаяся тем, что динамика показателей, влияющих на экологическую безопасность, оценивается в результате вычислительных экспериментов и ситуационного анализа;

• предложены математические модели и алгоритмы оценки самонагревания угольных скоплений на поверхности породных отвалов, отличающиеся тем, что тепловыделения моделируются источником с пространственно изменяющейся мощностью по экспоненциальному закону;

• усовершенствована структурно-функциональная схема оценки экологических последствий при закрытии шахт Кузбасса и разработаны комплексные мероприятия по прогнозированию экологической безопасности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается: большим объемом измерений (газодинамический мониторинг проводился на горных отводах 11-ми ликвидируемых шахт); корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической физики и современных дос-

тижений вычислительной техники; достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований; удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными.

Практическое значение работы заключается в том, что разработан единый подход и усовершенствована система прогнозирования аэрогазодинамических и теплофизических процессов, обусловленных закрытием шахт Кузбасса. Разработаны комплекты математических моделей и комплексы программных средств, позволяющие оценить эффективность профилактических мероприятий, что повышает достоверность геоэкологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации территорий горных отводов ликвидируемых шахт.

Реализация работы. Уточненные геоэкологические закономерности, характеризующих последствия ликвидации шахт Кузбасса по аэрогазодинамическому фактору и возможности самовозгораний породных отвалов, позволили усовершенствовать систему экологического мониторинга закрытых шах ОАО «Прокопьевскуголь». Научные и практические результаты были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по федеральной и межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу «Промышленная экология. Защита биосферы» и «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» для студентов, обучающихся по направлению «Горное дело».

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2013 -2015 гг.), на научно-технических советах ОАО «Прокопьевскуголь» (г. Прокопьевск Кемеровской обл., 2012-2014 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподава-тельского состава ТулГУ (г. Тула, 2012 - 2015 гг.); Научно-практической конференции, посвященной 25-летию Горного института УрО РАН «Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях» (г. Пермь, 2013 г.) , 9-й и 10-й Международных конференциях по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2013 - 2014 г.).

Личный вклад автора состоит в натурных наблюдениях аэрогазодинамических и теплофизических процессов, обусловленных закры-

тием шахт, разработке математических моделей, проведении вычислительных экспериментов и формулировании основных выводов, научных положений и практических рекомендаций.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 23 работы, 2 из которых опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 21 таблицу, 46 рисунков, список литературы из 118 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколову и д.т.н., проф. Е.И. Захарову за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема прогнозирования экологических последствий для территорий горных отводов закрываемых шахт в горнопромышленных регионах России приобрела исключительную актуальность еще во второй половине XX века Фундаментальные теоретические положения и практические рекомендации по прогнозированию экологического состояния горнопромышленных регионов сформулированы в трудах К.Н. Трубецкого, Н.В. Мельникова, H.H. Моисеева, Ю.Н. Малышева, Д.Р. Каплунова, В.И. Клишина, В.А. Харченко, Э. М. Соколова, Н.М. Качу-рина, Е.И. Захарова, П.А. Игнатова, В.И. Ефимова, JI.H. Попова, О.Н. Русака, Н.И. Володина, H.H. Семенова, В.Г. Гридина, H.H. Чаплыгина, В.В. Мельника и других исследователей. Аналитический обзор показал, что существующие подходы к оценке воздействия на окружающую среду не отражают динамики аэрогазодинамических и теплофизиче-ских процессов, обусловленных закрытием шахт, а методология прогноза экологических последствий для территорий горных отводов закрываемых шахт требует дальнейшего развития и совершенствования.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.

1. Изучить содержание и структуру существующей базы данных по воздействию на окружающую среду в районах размещения предприятий подземной добычи углей на территории Кузбасса.

2. Уточнить закономерности формирования пылегазовых выбросов, сбросов и нарушения земель при подземной добыче коксующихся

углей, оценить прогнозные ресурсы метана и угольные пласты, склонные к самовозгоранию, используя показатели газодинамического мониторинга

3. Разработать математическую модель поглощения кислорода угольными скоплениями на поверхности породных отвалов действующих и ликвидируемых шахт Прокопьевского района Кемеровской области.

4. Разработать математическую модель самонагревания угольного скопления на поверхности породных отвалов действующих и ликвидируемых шахт Кузнецкого угольного бассейна.

5. Разработать математическую модель фильтрационного движения метана на подработанных территориях.

6. Создать комплекс программных средств, провести вычислительные эксперименты и практическую апробацию усовершенствованных методов оценки экологических последствий при закрытии шахт по газовому фактору и возможности самовозгорания отвалов.

Одним из основных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу угледобывающими предприятиями Кемеровской области являются техногенные массивы, представленные карьерами, терриконами и породными отвалами. При этом аэрогазодинамические и теп-лофизические процессы, протекающие на породных отвалах действующих и закрытых шахт, во многом определяют негативные экологические последствия.

Для оценки воздействия техногенных массивов на атмосферу были исследованы угледобывающие предприятия ООО «Объединение «Прокопьевскуголь»: ООО «Шахта Тырганская», ООО «Шахта Зи-минка», ООО «Шахта им. Ворошилова», ООО «Шахта Красногорская», - расположенные в черте г. Прокопьевска и имеющие на территории горных отводов техногенные массивы.

Анализ данных государственной статистической отчетности по форме №2-ТП (воздух) за 1997-2012 гг. свидетельствует о значительном увеличении объемов выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ по всем исследуемым предприятиям ООО «Объединение «Прокопьевскуголь»: от 649,938 до 5440,729 т/год по ООО «Шахта им. Ворошилова»;от 524,71 до 3397,575 т/год по ООО «Шахта Зимин-ка»; от 383,08 до 13207,01 т/ год по ООО «Шахта Красногорская». Усиление техногенного воздействия в Кузнецком бассейне связано, как с увеличением объемов добычи, так и с высокой концентрацией угледобывающих предприятий. Прогнозный расчет показателей тех-

ногенного воздействия предприятий ООО «Объединение «Прокопьев-скуголь» на окружающую среду, с учетом прогнозируемых объемов добычи угля до 2025 г., показывает, что на 1 т добытого угля выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составят 21,0 кг, сбросы сточных вод достигнут 10, 4 м, а объем отходов производства 5,2 т. Площадь нарушенных земель составит 706 га в расчете на 1 млн т добытого угля. Закрытие шахт на территории Кемеровской области создало и продолжает создавать экологические проблемы.

Продолжается отрицательное воздействие отвалов и выработанных пространств на все составляющие окружающей среды и в настоящее время. Результаты газодинамического мониторинга по ликвидируемым шахтам показывают, что постоянно фиксируются поступления метана, углекислого газа и оксида углерода на земную поверхность.

Характер развития процесса самонагревания определяется соотношением генерации и рассеяния теплоты в угольном скоплении. По результатам выполненного теоретического обобщения из многообразия фактов выделены следующие закономерности низкотемпературного окисления и самонагревания угля. Преобразование угольного вещества под воздействием горных работ происходит на двух уровнях организации.

Это макроскопические изменения, при которых происходит перераспределение напряжений и тепловых потоков в окрестности выработки переориентировка элементов строения угольного вещества в соответствии с новой системой воздействующих сил, образование новой системы нарушенности угля и преобразование природных нарушений массива. Микроскопические преобразования сопровождаются физико-химическими и структурными изменениями, которые переводят стабильную систему уголь-кислород в новое метастабильное состояние.

Обоснована следующая математическая модель диффузии кислорода в угольном скоплении породного отвала

где ск, Сф^ - концентрации кислорода в порах и трещинах угольного скопления и в атмосферном воздухе соответственно; Д. - коэффициент эффективной диффузии кислорода в веществе угля; Гк - кон-

0)

ск (х, 0) = 0, ск (0,/) = ск(в) = const, lim * со,

(2)

*(0)

начальная

станта изотермы сорбции кислорода углем Генри; и

скорость сорбции кислорода углем; х, I — пространственная координата и время соответственно.

Решение уравнения (1) для условия (2) имеет вид:

/ /-л г

(*,/) = 0,5ск(

ехр

-х.

"*(0) 'ля

erfc

0,5х

+ехр

«(0) irKDK

erfc

0,5 s

4к(ОУ

V(0)'

(3)

Вычисляя производную от функции (3) в точке х = 0 и используя первый закон Фика, получим величину диффузионного потока кислорода в угольное скопление. Вычислительные эксперименты показали, что величина диффузионного потока кислорода стремится к некоторой асимптоте. Установившийся диффузионный поток кислорода в угольное скопление определяется по следующей формуле:

_ Г -I _ |Ц*(0)Ас

jK(m) - am jK |л=0 - ск{в) j—p ,

(4)

где Ук(оо), -Ук|Л=о - значения установившегося и нестационарного диффузионного потока кислорода в угольное скопление соответственно.

Зависимость (4) позволяет представить источник тепловыделения в следующем виде: м>0 = Л^^ус / Уус, где д - тепловой эффект поглощения кислорода углем; Гус, Уус - площадь поверхности и объем угольного скопления соответственно. При этом зависимость (3) показывает уменьшение концентрации кислорода по мере удаления от внешней поверхности угольного скопления. Следовательно, математическая модель самонагревания угольного скопления можно записать следующим образом:

ЭТ 5t

— а

d2T w0 , , ч дх2 ср

(5)

(6)

Г(х,0) = Т0 = const, 7(0,/) = Тс = const, lim Т*ао,

Х-ЮО

где T(x,t) - нестационарное одномерное поле температуры угольного скопления; Т0, Тс - значения температуры в начальный момент времени и на контакте угольного скопления с атмосферой соответсгвен-

но; а - температуропроводность угольного скопления; с, р - теплоемкость угля и его плотность соответственно; к - коэффициент, характеризующий уменьшение концентрации кислорода по мере удаления вглубь угольного скопления .

Решение уравнения (5) для условий (6) получено в следующем виде:

Т{х,1)-Т0

Г,-Гп

у. erf с

■erfc

2 и2(гс-г0)

erfc ~ схр(-Ах) - ^ exp {k2at-kx}>

kyfat--^=1 +—Q\T>(k2at + kx\erfc\ k-Jat + * |

24rt) 2 v 1 \ 2jat)

(7)

Результаты вычислительных экспериментов показывают, что продольный профиль температуры угольного скопления имеет точку экстремума, являющуюся максимальной температурой угля в данный момент времени. Эта точка перемещается вглубь угольного скопления, а максимальная температура угля растет.

Таким образом, проводя вычислительные эксперименты в процессе экологического мониторинга, можно прогнозировать теплофизиче-ские процессы в породных отвалах по фактору возникновения эндогенных пожаров.

Прогноз газообмена выработанных пространств с земной поверхностью осуществлялся на основе классической математической модели фильтрации метана из подработанных горных пород, ф2

81

-а 2

- = к—4-, о<z<H, 0</< + оо,

&"

(8)

р2 (z,0) = pl= const, р2 (0,i) = pi = const, р2 (Я,0) = pi, (9) где p(z, t) - нестационарное одномерное поле давления метана в подработанной толще горных пород; рй - начальное давление метана в выработанном пространстве; ра - атмосферное давление; z -вертикальна координата; Н- мощность подработанной толщи горных пород.

Решение уравнения (8) для условий (9) имеет следующий вид: р2(z,/) = pi + [pi -p2a)j- +1,273р2 х

XZ(2" + О"' ехр[-(2л +1)2 n2KH'2t]sm[(2n +1)nztf"1].

(10)

л=0

Зависимость (10) позволила вычислить производную поля давления в точке г = 0 и, используя закон Дарси, определить фильтрационный поток метана в виде:

К

(Ро - Р1) ■+4 р1 £ ехрГ-(2и +1)2 п2кН~2Л I, (11) л=0 JJ

2 \Ч>аН

где ]м - фильтрационный поток метана на земную поверхность; кп -газовая проницаемость подработанной толщи горных пород; р. - динамическая вязкость метана

Вычислительные эксперименты показали, что фильтрационный поток с течением времени стремится к некоторому установившемуся значению, которое может существовать довольно долго на территории горного отвода ликвидированной шахты. Установившийся фильтрационный поток метана на земную поверхность имеет вид:

Л, = Ьш л, =--^-—1, (12)

<-»«> 2 цраН

гДе У® - значение установившегося фильтрационного потока метана на земную поверхность.

В итоге для экологического мониторинга аэрогазодинамических процессов получены следующие закономерности фильтрации метана на Земную поверхность из подработанных горных пород:

\Р°Г)--г. 2 ' (13)

^.п(^/) = ЕехР -9,87(2« + \)2Р0/ , (14)

л=0 Л

_(р1-р1)р3.пк,

(15)

з.п""п

~ 2 \храН

где - фильтрационный критерий Фурье; Рзп - площадь порабо-танной территории земной поверхности.

Следует отметить, длительные исследования показали, что информационная технология обмена информацией по прогнозу последствий, обусловленных аэрогазодинамическими и теплофизическими процессами после ликвидации нерентабельных шахт, связана с конкретными технологиями управления в технологической системе добычи угля и ликвидации шахты. Логический уровень базовой информационной

12

технологии в организационном управлении отображается как в моделях организации информационной деятельности по реализации рутинных операций решения информационных задач, так и в моделях принятия решений по оптимизационным задачам управления. Структурно-функциональная схема подсистемы оценки экологических последствий представлена на рисунке.

ЦЕНТР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

____II_____

Прогнозная модель оценки экологических последствий

Динамические закономерности аэрогазодинамических процессов

Динамические закономерности теплофизиче-ских процессов

а

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Аэрогаюдинаии* ческив и тепловые процессы

Поглощение атмосферного кислорода

Самонагревание угольного скопления

Самовозгорание породного отвала

Газообмен с Земной поверхностью

Источник воздействия

Угольное скопление на поверхности породного отвала

Выработанные пространства и подработанные

газоносные горные породы

Структурно-функциональная схема оценки экологических последствий при закрытии шахт Кузбасса

Усовершенствованная методика оценки экологических последствий, обусловленных аэрогазодинамическими и теплофизическими процессами после ликвидации нерентабельных шахт, позволила обосновать целесообразность доработки оставшихся запасов коксующихся углей.

С учетом разработанных подходов к прогнозной экологической оценке сформирована производственная программа ООО «Прокопьев-скуголь», которая позволит выйти на устойчивую работу предприятий с обеспечением стабильной добычи угля при интенсификации природоохранной деятельности. На практике доказана эффективность системы комплексного геоэкологического мониторинга на территориях горных отводов ликвидируемых шахт, включающая подсистемы мониторинга аэрогазодинамических и тепловых процессов. Усовершенствованные методы оценки экологической безопасности ликвидации нерентабельных шахт были использованы на угледобывающих пред-

13

приятиях ООО «Прокопьевскуголь». Научные и практические результаты были использованы при выполнении НИР по федеральным и межрегиональным научно-техническим программам в Тульском государственном университете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования позволили уточнить закономерности развития опасных технико-природных аэрогазодинамических и теплофизических процессов, отражающие динамику тепломассообмена при низкотемпературном окислении угольных скоплений на отвалах и газообмена выработанных пространств с земной поверхностью для совершенствования методов прогноза и оперативного обнаружения негативных экологических последствий при ликвидации нерентабельных шахт Кузбасса.(п. 3.4 паспорта специальности).

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем. ■

1. Разработана и апробирована система прогнозирования опасных технико-природных аэрогазодинамических и теплофизических процессов на территориях горных отводов ликвидируемых шахт, включающая подсистемы подготовки геологической, физико-химической, и теплофизической информации о ликвидируемой шахте. А динамика показателей, влияющих на экологическую безопасность, оценивается в результате вычислительных экспериментов и ситуационного анализа.

2. Интенсивность воздействия подземной добычи угля на окружающую среду Кузбасса характеризуется интегральным воздействием пылегазовых выбросов, сбросов и нарушения земель и их взаимосвязи с производственной мощностью шахт. После закрытия шахт продолжается отрицательное воздействие породных отвалов и выработанных пространств на атмосферу, водные ресурсы и почву, при этом процессы низкотемпературного окисления угольных скоплений на породных отвалах и фильтрация метана на Земную поверхность представляют наибольшую экологическую опасность.

3. Динамика поступления атмосферного кислорода в угольное скопление за счет диффузии имеет монотонно убывающий вид, а диффузионный поток стремится к асимптотическому значению, зависящему от диффузионных и сорбционных характеристик угля.

4. Нестационарный продольный профиль температуры имеет точку максимума, мигрирующую вглубь рассматриваемого массива, и увеличивающуюся до некоторого фиксированного значения, обусловлен-

ного установившимся распределением температуры в угольном скоплении.

5. Фильтрационный поток метана из выработанного пространства, мигрирующий к земной поверхности, стремится к некоторому асимптотическому значению, при котором фильтрационный критерий Фурье будет равен 0,5.

6. Информационная технология обмена информацией по прогнозу последствий, обусловленных аэрогазодинамическими и теплофизиче-скими процессами после ликвидации нерентабельных шахт, связана с конкретными технологиями управления в технологической системе добычи угля и ликвидации шахты.

Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в следующих ра-

1. Белая Л.А., Рыбак Л.Л., Рыбак В.Л. Математическое моделирование пылегазовых выбросов на основе эколого-энергетаческих зависимостей / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула. Изд. ТулГУ. 2012. Вып. 2. С. 6 - 8.

2. Качурин Н.М., Саломагин А.П., Рыбак Л Л., Рыбак В.Л.. Проблемы экологической безопасности освоения месторождений при подземной добыче угля / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле//Тула Изд. ТулГУ. 2012. Вып. 2. С. 17-30.

3. Качурин Н.М., Факторович В.В., Рыбак Л.Л., Рыбак ВЛ. Концептуальные положения мониторинга параметров окружающей среды при добыче полезных ископаемых / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле // Тула. Изд. ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 3 - 14.

4. Корчагина Т.В., Рыбак В Л., Рыбак Л.Л. Образование отходов производства и потребления на территории Кемеровской области / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 15-20.

5. Качурин H.M., Зоркин Е.И., Рыбак ЛЛ., Дианов Ю.Ю. Эколого-экономическая оценка эффективности проектов добычи и переработки полезных ископаемых / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле//Тула Изд. ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 177- 187.

6. Качурин H.M., Рыбак Л.Л., Рыбак В.Л. Эколого-экономическая оценка и мониторинг последствий подземной добычи угля / Экономика XXI века: инновации, инвестиции, образование. №1.2013. С. 54 - 60.

7. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Рыбак Л.Л., Рыбак В.Л Обращение с отходами производства и потребления на территориях угледобывающих регионов / Экономика XXI века инновации, инвестиции, образование. №2.2013. С. 50-57.

8. Качурин Н.М., Факторович В В., Мосина Е.К., Рыбак Л.Л. Методические принципы и системный подход к обращению отходами производства и потребления на территориях угледобывающих регионов / Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях // ФБГУН «Горный институт» УрОРАН. Пермь. 2014. С. 123 - 127.

9. Качурин Н.М., Факторович В В., Мосина Е.К., Рыбак Л.Л Методические положения экологического мониторинга параметров окружающей среды при добыче полезных ископаемых / Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях // ФБГУН «Горный институт» УрОРАН. Пермь. 2014. С. 128 - 133.

10. Ефимов В.И., Митичкин С.И., Рыбак ВЛ„ Рыбак Л.Л. Брикеты из отходов обогапггель-ных фабрик / Сборник трудов IV Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России» // Филиал КузГТУ. г. Прокопьевск. 2014. С. 17-19.

11. Корчагина Т.В., Воробьев С.А., Рыбак ЛЛ. Оценка воздействия техногенных массивов угледобывающих предприятий Кузбасса на атмосферу / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле//Тула Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 1.С. 16-21.

12. Сидоров Р.В., Корчагина Т.В., Рыбак Л.Л. Прогноз загрязнения приземного слоя атмосферы в районе расположения угледобывающего предприятия (на примере ООО «Шахта Красногорская») / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула. Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 22-29.

13. Сидоров Р.В., Корчагина Т.В., Рыбак Л.Л. Экологические последствия закрытия угольных шахт в Кузбассе / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула. Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 30 - 33.

14. Соколов Э.М., Маликов A.A., Рыбак Л.Л., Богданов С М. Методические положения оценки экологического состояния территории горнопромышленного региона / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 2. С. 12 -29.

15. Соколов Э.М., Маликов A.A., Рыбак Л.Л., Богданов С.М. Геотехнологические принципы экологически рационального использования недр Подмосковного угольного бассейна / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 2. С. 29-45.

16. Сарычев В.И., Факторович В В., Мосина Е.К., Рыбак Л.Л. Экологически рациональное освоение угольных месторождений / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 3. С. 22 - 30.

17. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев С.А., Рыбак ЛЛ. Математическое моделирование предельно допустимых пылегазовых выбросов горных предприятий в атмосферу / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 10-16. ?

18. Маликов A.A., Корчагина T.B., Рыбак Л.Л., Сидоров Р.В. Газодинамический мониторинг территорий горных отводов ликвидированных шахт Кузбасса / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле//Тула Изд. ТулГУ. 2015. Вып. 1. С. 8- 13.

19. Качурин Н.М., Щкуратский ДН., Рыбак ЛЛ., Сидоров Р.В. Метановыделение наземную поверхность для территорий горных отводов ликвидированных шахт Кузбасса / Известия Тульского государственного университета Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2015. Вып. 1. С. 42 -47.

20. Качурин H.M, Воробьев A.A., Рыбак Л.Л., Сидоров Р.В. Процессы тепломассообмена на породных отвалах шахт Кузбасса / Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле // Тула Изд. ТулГУ. 2015. Вып. 1. С. 48 - 56.

21. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев СА^ Рыбак ЛЛ. Распределение ресурсов на профилактику загрязнения атмосферы горнопромышленного региона / Безопасность труда в промышленности. 2015. №2. С. 24-27.

22. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев CA., Рыбак ЛЛ. Оценка предельно допустимых пылегазовых выбросов горных предприятий в атмосферу / Безопасность труда в промышленности. 2015. j\s3. С. 36-39.

23. Качурин Н.М., Сгась Г.В., Рыбак Л.Л Квалнметрия в геотехнологиях и строительстве подземных сооружений: учеб. пособие. Тула изд-во ТулГУ, 2015, 173 с.

Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 14.04.2015 Формат бумаги 60x84 j^g . Бумага офсетная.

Усл.печ_л. 0,9. Уч.-издл. 1,05. Тираж 100 экз. Заказ 018 Тульский государственный университет. 300Ó00, г. Тула, пр.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95