Геоэкологическое обоснование технологии фильтрационной очистки карьерных вод в массивах вскрышных пород

Лукьянова, Светлана Юрьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологическое обоснование технологии фильтрационной очистки карьерных вод в массивах вскрышных пород
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическое обоснование технологии фильтрационной очистки карьерных вод в массивах вскрышных пород"

На правах рукописи

Лукьянова Светлана Юрьевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ КАРЬЕРНЫХ ВОД В МАССИВАХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

Специальность 25.00.16 -«Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

2 4 ОКТ 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2013

005535712

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» на кафедре геологии

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Тюленев Максим Анатольевич

Официальные оппоненты: Бахаева Светлана Петровна,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», профессор

Зюзин Евгений Александрович, кандидат технических наук, ООО «Кузбасс-Капитал-Инвест», инженер-конструктор отдела документационного обеспечения

Ведущая организация - Институт угля СО РАН

Защита состоится « 24 » октября 2013 г в 15-00 час на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.102.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» по адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, д. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева».

Автореферат разослан 3 » сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Интенсивное развитие угольной промышленности в Кузнецком угольном бассейне остро ставит вопрос предотвращения загрязнения водных объектов промышленными стоками шахт и разрезов. Ежедневно угольные разрезы и шахты Кемеровской области сбрасывают в водоемы и водотоки около миллиона куб. метров сточных вод. Значительная часть этого объема представлена сточными карьерными водами, количество которых определяется горногеологическими и горнотехническими условиями разработки месторождений. Основным загрязнителем карьерных вод являются взвешенные вещества, представленные тонкодисперсными породными и угольными частицами, содержание которых в зависимости от водосброса и времени года может изменяться от десятков до сотен и тысяч мг/л.

Для очистки сточных карьерных вод в настоящее время используется отстаивание в отстойниках и прудах-осветлителях и фильтрование через массивы, отсыпаемые из вскрышных пород. Последний способ разработан КузПИ-КузГТУ совместно с объединением. «Кемеровоуголь» и нашел широкое применение на разрезах Кузбасса и других регионов страны. Однако до последнего времени не изучен вопрос изменения состава сточных вод при их фильтрации в массивах вскрыши, что мешает использованию этого эффективного и экономичного способа очистки сточных вод организациями по проектированию новых разрезов.

Таким образом, обоснование технологии комплексной очистки сточных карьерных вод в массивах вскрышных пород является актуальной задачей.

Работа выполнена при поддержке ОАО «Кузбассразрезуголь» (договор №105-2010 «Обосновать и разработать технологию комплексной очистки сточных карьерных вод в техногенных породных массивах на филиалах ОАО «Кузбассразрезуголь»).

Цель работы - геоэкологическое обоснование технологии фильтрационной очистки сточных карьерных вод в техногенных массивах из скальных вскрышных пород для предотвращения загрязнения водных объектов при открытой разработке угольных месторождений Кузбасса.

Идея работы заключается в использовании коренных вскрышных пород при возведении массивов для комплексной очистки сточных карьерных вод.

Объект исследований: вскрышные породы, образующиеся при открытой разработке угольных месторождений Кузбасса, сточные карьерные воды, способы их очистки.

Предмет исследований: свойства техногенных массивов из пород вскрыши; закономерности переноса загрязняющих веществ при фильтрации в них карьерных вод.

Задачи исследований:

- обосновать целесообразность использования вскрышных пород для возведения фильтров по комплексной очистке сточных карьерных вод;

- выявить особенности формирования строения и литологаческого состава массивов, отсыпаемых из коренных вскрышных пород на разрезах Кузбасса и характер изменения их водопроницаемости по высоте;

- выявить закономерности изменения состава сточных карьерных вод при фильтрации в массивах из пород вскрыши.

Методы исследований. При решении задач применялись такие методы, как анализ и обобщение литературных источников, экспериментальные исследования в лабораторных и натурных условиях структурных и фильтрационных характеристик массивов из вскрышных пород, методы математической статистики при обработке экспериментальных данных.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- особенности водоотведения 'сточных карьерных вод при открытой разработке угольных месторождений Кузбасса: изменение месторасположения водосбросов при развитии и подвигании горных работ, значительные сезонные колебания объемов сброса и загрязненности стоков обуславливают необходимость и целесообразность использования для очистки воды техногенных массивов из вскрышных пород;

- контролирующий ёбо и медианный с150 размер кусков песчаника во вскрышных породах, укладываемых в отвал, в 1,7-1,75 раза больше, чем алевролита и аргиллита, что приводит к возрастанию доли песчаных литотипов в нижних слоях отвальных массивов и к увеличению содержания глинистых пород в верхних слоях и, соответственно, к повышению их водоустойчивости и водопроницаемости по сравнению с верхними слоями;

- улавливание механических примесей сточных вод при их фильтрации определяется, в первую очередь,, структурными характеристиками пород фильтрующего массива, а изменение минерализации и содержания других загрязняющих примесей карьерных вод зависит, главным образом, от петрографического и минералогического состава пород.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается: достаточным объемом лабораторных и натурных исследований состава сточных карьерных вод (более двухсот наблюдений), применением апробированных методов изучения физико-механических характеристик техногенных массивов из вскрышных пород, их фильтрационных и фильтрующих свойств.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в обосновании использования коренных вскрышных пород для строительства фильтрующих массивов и существующих породных отвалов на разрезах Кузбасса для очистки сточных карьерных вод;

- в установлении закономерностей изменения вещественного состава вскрышных горных пород по высоте отвальных массивов;

- в выявлении характера влияния структурных характеристик и состава коренных пород вскрыши на фильтрационные и фильтрующие свойства отвальных массивов.

Практическое значение работы заключается в обосновании рекомендаций по комплексной очистке сточных карьерных вод фильтрованием через породные отвалы и специально возводимые для этой цели из коренных вифыш-ных пород массивы на разрезах Кузбасса.

Личный вклад автора заключается в анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований по очистке промстоков горнодобывающих предприятий, проведении экспериментальных исследований физико-механических свойств массивов из коренных пород вскрыши и переноса в них загрязняющих веществ прй фильтрации воды и разработке рекомендаций по повышению эффективности очистки сточных карьерных вод.

Отличие от ранее выполненных исследований заключается в установлении взаимосвязи физико-механических свойств массивов с их литологиче-ской неоднородностью и характера изменения содержания загрязняющих примесей сточных карьерных вод при фильтрации через вскрышные породы.

Реализация работы.

Результаты исследований использованы ООО «Кузнецкая проектная компания» при проектировании очистных сооружений и ОАО «УК Кузбассразрез-уголь» при их строительстве на разрезах Кузбасса.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ХП и XV Международных симпозиумах им. акад. М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г.Томск, 2008 г., 2011 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции «Научнре творчество молодежи» (г.Томск, 2004 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в машиностроении» (г.Томск, 2009 г.), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (г.Иркутск, 2009 г.), V Международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в X XI веке» (г.Москва - г.Грозный, 2010 г.), Ш Всероссийской научно-практической конференции «Россия молодая» (г.Кемерово, 2011 г.), XI Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г.Усть-Каменогорск, 2012 г.), научных семинарах кафедры геологии КузГТУ (2010-2012 г.г.).

Экспонаты, подготовленные с участием автора, по использованию отходов горного производства для очистки сточных карьерных вод отмечены дипломом II степени на Международной выставке-ярмарке «Экотек» (2009 г.) и золотой медалью на Международной выставке-ярмарке «Экспо-уголь» (2010 г.).

Публикации. По теме выполненных исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 112 страницах, содержит 17 иллюстраций, 22 таблицы и список литературы из 90 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены перспективы развития открытой угледобычи в Кузбассе и воздействие ее на окружающую среду, представлена характеристика сброса и состава сточных карьерных вод и анализ способов их очистки, намечены цель и задачи исследованйя.

В 2012 году общий объем угледобычи в Кузбассе достиг 200 млн. т, из них более 60% было добыто открытым способом. Стратегией социально-экономического развития Кемеровской области предусматривается дальнейшее наращивание объемов добычи угля и к 2025 году общий объем угледобычи должен составить 255-300 млн. т. Однако одним из важнейших факторов, сдерживающих интенсивное развитие разработки угольных месторождений, является экологическая ситуация в регионе.

Горные работы отрицательно воздействуют практически на все элементы биосферы: недра, водную среду, воздушный бассейн, земли и почвы, флору и фауну. Больший урон окружающей среде наносит открытая разработка месторождений полезных ископаемых. Вопросам предотвращения и снижения экологического ущерба от горных работ посвящены работы Агошкова М.И., Гальперина А.М., Красавина А.П., Коваленко B.C., Ласкорина Б.Н., Меркулова В.А., Мосинец В.Н., Певзнера М.Е., Томакова П.И., Харченко В.А., Шпирта М.Я. и других/Большой вклад в охрану окружающей среды при разработке угольных месторождений Кузбасса внесли Баранник Л.П., Бахаева С.П., Вашлаева Н.Ю., Малахов С.М., Подгорный М.С., Потапов В.П., Рыжков Ю.А., Счастливцев Е.Л. и другие.

Существенное влияние разработка месторождений полезных ископаемых оказывает на водную среду в результате нарушения гидрологического и гидрогеологического режимов и загрязнения поверхностных водных объектов сточными шахтными и карьерными водами. Вопросы очистки сточных вод и рационального использования водных ресурсов на угледобывающих предприятиях рассмотрены в трудах Горшкова В.А., Лесина Ю.В., Монтгайта И.Л., Немков-ского Б.Б., Простова С.М., Скрынника Л.С., Текениди К.Д., Тюленева М.А., Фоминых В.А., Харионовского A.A., Хмеля Н.С. и других.

Более сложным вопросом по сравнению с очисткой шахтных вод является очистка карьерных вод. Это обусловлено особенностями сброса сточных карьерных вод и характером их загрязнения. В настоящее время на разрезах Кузбасса применяются два способа очистки сбрасываемых вод: отстаивание в прудах-отстойниках и фильтрование в массивах, возведенных из коренных пород вскрыши, предложенный и разработанный КузГТУ совместно с инженерно-техническими работниками ОАО «Кузбассразрезуголь». Второй способ характеризуется высокой технологичностью, минимальными затратами на строительство и эксплуатацию, малой площадью, занимаемой под очистными сооружениями, что способствовало широкому распространению фильтрующих массивов из углеотходов для очистки промстоков на разрезах Кузбасса и других регионов страны. Однако расчет параметров фильтрующих массивов произво-

дится исходя из очистки воды только от взвешенных веществ, которые хотя и являются основным, но не единственным загрязнителем карьерных вод, что в ряде случаев сдерживает применение данного способа при проектировании очистных сооружений. В связи с этим геоэкологическое обоснование использования массивов из пород вскрыши для комплексной очистки сточных карьерных вод определяет цель диссертационной работы, ее идею и задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты исследований вещественного состава и фильтрационных свойств массивов, возводимых из коренных вскрышных пород без их предварительной сортировки и подготовки при открытой разработке угольных месторождений Кузбасса, необходимые для оценки их фильтрующей способности. Под вещественным составом в данном случае понимается содержание в массиве различных литотипов и их гранулометрия. Цитологический состав техногенных массивов из вскрышных пород определяется, в первую очередь, составом пород разрабатываемых угленосных отложений и порядком вывоза взорванных пород из забоя. В породных отвалах разрезов, разрабатывающих пласты Кольчугинской серии угленосных отложений Кузбасса, преобладают алевролиты (до 51,2%), а Балахонской серии - песчаники (до 53,5%), таблица 1.

Таблица 1

Состав пород угленосных отложений Кузбасса, %

Серия, Конгломерат, Песчаник Алевро- Аргил- Углистые

подсерия гравелит лит лит породы

Кольчугинская 3,5 26,0 49,6 20,8 0,1

Ерунаковская 5,0 26,2 47,8 20,9 0,1

Ильинская 1,8 25,8 51,2 21,1 0,1

Балахонская 1,4 45,9 39,3 11,3 2,1

Верхнебала- 1,3 53,5 37,2 5,5 2,5

хонская

Нижнебала- 1,6 39,4 39,1 17,0 2,9

хонская

Гранулометрический состав взорванных вскрышных пород и пород, уложенных в отвальные массивы, а также их неоднородность, изучались многими учеными (Бирюков A.B., Демин A.M., Лесин Ю.В., Попов В.Н., Прокопенко С.А., Ташкинов A.C., Зюзин Е.А. и др.). Гранулометрический состав таких кусковых породных массивов, как отвалы вскрыши, отличается высокой неоднородностью: коэффициент неоднородности Кн= déo / dio больше 5. Установлено, что при возведении отвального массива происходит сегрегация частиц пород по крупности по высоте отсыпаемого массива, что позволяет выделить в нем различные по крупности частиц слои: нижний - крупнокусковый, средний - сред-некусковый и верхний - мелкокускрвый. Исследованиями на свежеотсыпанном отвале разреза «Кедровский» установлено, что средний диаметр кусков dJ0 нижнего слоя составлял 1,3 м, среднего - 0,8 м и верхнего - 0,2 м. В результате

механического воздействия, воздействия воды и выветривания гранулометрический состав постоянно изменяется. Так, содержание фракции +25 мм в верхнем слое отвального массива менее чем за год уменьшилось в 1,8 раза, а фракции -1мм увеличилось в 3,3 раза, табл. 2.

Таблица 2

Гранулометрический состав верхних слоев породных отвалов

Возраст отвального массива Содержание фракций (мм), %

+ 25 25-10 10-7 7-5 5-3 3-1 -1

3 мес. 33,4 15,9 10,4 7,9 9,7 15,2 7,5

12 мес. 18,5 19,3 7,6 5,9 8,6 15,4 24,7

Степень измельчения различных литотипов вскрышных пород при взрывании, погрузке, транспортировке и отсыпке в отвал зависит от их механических свойств. Более прочными и устойчивыми к воздействию воды являются песчаники. Их предел прочности на сжатие может достигать 100 МПа и более, и, как правило, превышает предел прочности алевролитов и аргиллитов в 1,5-2 раза.

Оценка степени измельчения различных литотипов вскрышных пород при одинаковых механических воздействиях проводилась на специально изготовленной ударной установке. Исследования проводились на образцах вскрышных пород, отобранных на разрезе «Краснобродский». Испытанию было подвергнуто 200 образцов (100 - песчаника, 100 - алевролита). Фракционный состав разрушенной породы определялся ситовым методом. Показатели гранулометрического состава породы после разрушения приведены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели гранулометрического состава__

Порода Показатели гранулометрического состава

Контролирующий диаметр частиц, dso. мм Медианный диаметр частиц, ¿50, мм Действующий (эффективный) диаметр частиц, dio, мм Коэффициент неоднородности, Си

Песчаник 21 19 3,5 6

Алевролит 12 11 3,5 3,5

Как видно из таблицы 3, песчаник в меньшей степени подвержен измельчению при механическом воздействии, чем алевролит. Контролирующий диметр с!йо и средний диаметр ё50 кусков песчаника в 1,7-1,75 раза больше, чем алевролита. Также следует отметить, что при разрушении песчаника образуется

более чем в два раза больше фракции -0,25 мм. Это обусловлено наличием в составе песчаников цементной составляющей.

Таким образом, отсюда следует вывод, что содержание песчаника в нижних слоях породных отвалов значительно выше, чем среднее его содержание в отсыпаемых вскрышных породах. В верхних слоях отвалов, наоборот, преобладают глинистые литотипы: алевролиты и аргиллиты.

Гранулометрическая и литологическая неоднородность отвальных массивов коренных вскрышных пород является причиной и их фильтрационной неоднородности. Водопроницаемость нижних слоев отвала, сложенных из более крупных кусков породы, значительно выше, чем верхних, мелкозернистых.

В результате исследований установлено, что коэффициенты фильтрации верхних, средних и нижних слоев свежеотсыпанного отвала составляют соответственно 4, 7 и 84-1 О*3 м/с. Движение воды в верхних слоях отвальных массивов подчиняется линейному закону фильтрации, т.е.

У = Кф-3, (1)

а в нижних, крупнокусковых слоях - квадратичному:

У = Кф-Л, (2)

где V- скорость фильтрации, м/с; J- гидравлический градиент; Кф - коэффициент фильтрации, м/с.

Массивы, состоящие преимущественно из песчаных разновидностей, в меньшей степени подвержены размягчению и размоканию и более устойчивы к воздействию воды и, следовательно, фильтрация воды в них не приводит к существенному изменению водопроницаемости. Массивы из аргиллитов и алевролитов под воздействием воды изменяют свои свойства и могут образовывать водоупоры. Водопроницаемость нижних слоев, представленных в основном песчаниками со временем снижается до 12-17-10"3 м/с, в то время как коэффициент фильтрации верхних слоев снижается в сотни раз.

В третьей главе приведены результаты исследований изменения макро- и микрокомпонентного состава карьерных вод при фильтрации в массивах, возведенных из коренных пород вскрыши на разрезах Кузбасса.

Характеристика карьерных вод после очистки фильтрованием в массивах вскрышных пород представлена в табл. 4.

Натурными исследованиями КузГТУ установлено, что при фильтрации суспензий в крупнокусковых породных массивах содержание взвешенных тонкодисперсных частиц в воде Сх зависит от расстояния фильтрации .г следующим образом:

Сх=С0е*, (3)

где Со - начальное содержание твердой фазы в суспензии, мг/л; т} - показатель фильтрования, м"1.

Таблица 4

Характеристика карьерных вод_

Показатели, определяемые ингредиенты, мг/л Район Кузбасса

Северная часть Центральная часть Южная часть

Прозрачность, см 27,30 ■; 18,70 21,45

Сухой остаток, мг/л 556,25 1346,00 481,20

Жесткость, мг-экв/л 8,24 8,77 5,95

Са2+, мг-экв/л - 4,54 4,26

Мг2+, мг-экв/л - 4,23 1,69

рн 6,79 7,44 7,00

Щелочность, мг-экв/л 5,53 10,00 3,73

Взвешенные вещества 11,93 1,97 8,29

Нефть 0,223 • ' І 0,040 0,095

Нитриты 0,064 0,670 0,050

Нитраты 5,13 17,70 4,25

Аммиак 0,80 0,80 0,35

хпк 7,61 22,8 6,70

БПК 2,63 6,58 2,98

Растворенный О2 9,14 - 9,87

Железо 0,340 0,075 0,160

Хлориды 14,94 47,8 4,99

Сульфаты 113,65 724,77 129,43

Примечание: фенолы и ПАВ в воде после очистки в фильтрующих массн вах не обнаружены.

Показатель фильтрования т] характеризует интенсивность улавливания взвешенных частиц в порах фильтрующего массива и зависит от структурных характеристик фильтрующей среды и дисперсной фазы и гидродинамических условий. Предварительную оценку фильтрующих свойств крупнокусковых породных массивов предлагается проводить по формуле

к-к-Т-В2+18,6-Г-/1-а-Л2

П =--' (4)

где О - средний диаметр кусков массива, м; с! - размер взвешенных частиц, м; а - коэффициент перехода от размера пор к размеру кусков, слагающих массив; V- скорость фильтрации, м/с; к - постоянная Больцмана, Дж/К; Т - абсолютная температура, К; ц - динамическая вязкость воды, Па-с.

При фильтрации карьерных вод в массивах из коренных вскрышных пород содержание нефтепродуктов снижается на 90-95%. Это обусловлено, в первую очередь, присутствием во вскрышных породах значительной массы угля, обладающего развитой внутренней поверхностью (до 1500 м2/г). Уголь способен адсорбировать нефть и нефтепродукты, полиароматические углеводороды, фенолы и другие органические, неполярные примеси. Сорбированные на поверхности угля органические вещества (нефтепродукты, фенолы и т.п.) подвергаются окислению кислородом до СО2 и Н2О. Благодаря окислительной деструкции органических соединений поверхность угля освобождается от сорбированных веществ и становится подготовленной к новому циклу сорбции.

На разрезах северной и центральной части Кузбасса содержание нефтепродуктов в сбрасываемой воде после очистки через массивы из вскрышных пород меньше, чем после отстаивания в прудах-осветлителях, и только на разрезах южной части Кузбасса концентрация нефтепродуктов в карьерной воде после фильтрации несколько больше (разрез «Томусинский», «Ольжерасский», «Красногорский»). Это объясняется низким содержанием угля во вскрышных породах и частым выпадением атмосферных осадков, приносящих нефтепродукты в сточные воды.

Содержание органических загрязнений природного и техногенного происхождения в сточных водах оценивается величиной биохимической и химической потребности в кислороде БПК и ХПК. С увеличением БПК уменьшается в результате биохимического окисления концентрация одного из наиболее опасных видов промышленных отходов - фенолов. Фенол и хлорфенольные соединения удаляются пропусканием воды сквозь активированный уголь. Это объясняет уменьшение количества фенолов при прохождении через фильтрующие массивы из вскрышных пород, содержащие уголь. По значениям ХПК сточные воды после фильтрующих массивов на разрезах северной и южной части Кузбасса классифицируются как чистые и грунтовые - 3-8 мг О/л, а центральной части как умеренно загрязненные - 20-25 мг О/л. Центральная часть характеризуется развитой промышленностью и высокой плотностью населения, что является причиной увеличения количества органических загрязнителей в сравнении с северной и южной частями.

Важнейшей характеристикой состава воды является содержание в ней таких макрокомпонентов, как бикарбонаты НСО;, сульфаты Б01~, хлориды СГ, кальций Са2+, магний , натрий , которые в сумме, в первую очередь, и определяют величину общей минерализации воды. При фильтрации в массивах из вскрышных пород минерализация воды в результате взаимодействия с фильтрующей средой возрастает по сравнению с отстаиванием, но, как правило, не превышает допустимых значений для водных объектов хозяйственно-питьевого назначения (1000 мг/л). Однако на отдельных разрезах Центральной

части Кузбасса содержание сульфатов может превышать допустимые нормы.

Источником поступления сульфатов служат сульфатные минералы, пирит, марказит, а также газы - двуокись серы и сероводород, которые, окисляясь, образуют сульфаты. Одним из эффективных природных процессов, способствующих удалению сульфатов из очищаемой воды, является восстановление их бактериями, получающими кислород от сульфатных ионов.

Исследование микрокомпонентного состава карьерных вод было проведено по 16 элементам: 2п, Си, РЪ, Мо, Мп, А1, Я Ав, Бе, Ве, Щ, 5г, Сг, П, М, Со. Наличие микрокомпонентов в карьерных водах обусловлено их присутствием в подземных водах угленосных отложений и миграцией элементов из горных пород и атмосферы. Анализ проб, отобранных на 17 водосбросах 9 разрезов Кузбасса, не выявил какой-либо закономерности в изменении содержания указанных микрокомпонентов в карьерных водах при фильтрации в массивах из вскрышных пород. По отдельным элементам наблюдались незначительные увеличения и понижения их концентраций, но не было отмечено превышений ПДК.

В четвертой главе содержатся рекомендации по возведению фильтрующих массивов из вскрышных пород и приведен пример проектирования таких очистных сооружений на разрезах Кузбасса.

Строительство очистного сооружения состоит из подготовки поверхности места расположения фильтра и отсыпки фильтрующего массива. Подготовка поверхности заключается в снятии плодородного слоя почвы и, при наклонной поверхности, создании такого профиля основания массива, который бы обеспечивал устойчивое состояние очистного сооружения.

При углах наклона основания до 10° рекомендуется проводить террасирование, т.е. выравнивание участков основания до горизонтального уровня, создавая таким образом ступенчатый профиль с чередующимися горизонтальными площадками и небольшими откосами. При углах наклона поверхности более 10° в основании фильтрующего массива целесообразно создавать врубы по всей ширине фильтра. Для возведения фильтрующих массивов используются вскрышные породы без предварительной подготовки и сортировки с преобладающим содержанием песчаных разновидностей, не содержащие водорастворимых минералов. Для строительства водоограждающих дамб необходимо использовать глинистые, слабопроницаемые разновидности вскрышных пород, образующие при воздействии воды водоупоры. Порядок отсыпки массива в естественных или искусственных выемках определяется в зависимости от наличия или отсутствия в них на момент отсыпки водотока. При наличии водотока возведение фильтра целесообразно осуществлять снизу вверх по течению, а при

его отсутствии — наоборот.

Схема возведения фильтрующего массива аналогична типовой технологической схеме бульдозерного отвалообразования, рис. 1.

Рис. 1. Схема возведения фильтрующего массива

По данной технологии в последние годы были выполнены проекты очистных сооружений для ряда разрезов, например, для разрезов «Березовский», «Новобачатский», «Прокопьевский» и др.

Согласно проекту очистные сооружения на разрезе «Прокопьевский» состоят из прудка-отстойника емкостью 1344 м3, фильтрующего массива, возведенного из алевролитов и песчаников, и пруда очищенной воды и забора ее на производственные нужды, рис. 2. В основании очистных сооружений предусмотрено устройство противофильтрационного экрана из суглинков и щебня толщиной 0,8 м.

Рис. 2. Фильтрующий массив из вскрышных пород на разрезе «Прокопьевский»

Расчетные показатели фильтрующего массива приведены в табл. 5.

Таблица 5

Расчетные величины проекта фильтрующего массива

Наименование показателей Обозначение Единица измерения Значение

Предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в осветленной, воде мг/л 4,75

Показатель фильтрования п м-1 0,05

Длина фильтрующего массива ь м 25,0

Средняя высота фильтрующего массива м 7,0

Расход осветляемой воды б м3/ч 393,50

Ширина фильтрующего массива в м 20

Коэффициент фильтрации Кф м/с 0,015

Уклон водоупора г - 0,01

Глубина фильтрационного потока Ьф м 5,00

Срок службы фильтрующего массива Т год 55,44

Коэффициент использования объема Лильтттошего массива Кис„ - 0,05

Плотность осадка Рос кг/м3 1600,0

Среднегодовой приток воды 12ср.год м3/ч 35,96

Очищенная вода после фильтрующего массива имеет следующие показатели, приведенные в табл. 6. Таблица 6 Концентрация загрязняющих веществ в очищенной воде, мг/л

Загрязняющие вещества Концентрация, мг/л

Взвешенные вещества 4,75

Нефтепродукты 0,05

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная научная задача по геоэкологическому обоснованию технологии комплексной очистки сточных карьерных вод фильтрованием в техногенных массивах из скальных вскрьпцных пород, обеспечивающей предотвращение загрязнения водной среды при открытой разработке угольных месторождений.

Основные научные результаты и рекомендации сводятся к следующему.

1. Особенностями сброса сточных карьерных вод при открытой разработке месторождений полезных ископаемых являются значительные сезонные колебания объемов сброса и уровня загрязненности воды и изменение месторасположения водосбросов при развитии и подвиганни горных работ. Эти особенности водоотведения затрудняют использование на карьерах стационарных капитальных очистных сооружений, как при подземной разработке месторождений.

2. В настоящее время на разрезах Кузбасса для очистки карьерных вод используются отстаивание в отстойниках и прудах-осветлителях и фильтрование в массивах вскрышных пород, как специально возводимых для этой цели (ИФМ), так и в существующих походных отвалах. Преимуществами фильтрационной очистки являются малая землеемкость, высокая технологичность, практически отсутствие капитальных и эксплуатационных затрат. Основной недостаток - неизученность процесса комплексной очистки воды при фильтрации в таких средах.

3. Вещественный состав массивов, отсыпаемых из вскрышных пород на разрезах, определяется, в первую очередь, литологическим составом покрывающих и вмещающих угольные пласты пород, порядком вывоза вскрыши из различных породных забоев в отвал и технологией отсыпки отвалов. На разрезах, отрабатывающих пласты Балахонской серии угленосных отложений Кузбасса, большая часть вскрышных пород представлена песчаниками, а на разрезах, отрабатывающих пласты Кольчугинской серии, во вскрышных породах преобладают алевролиты и аргиллиты (более 70%).

4. При периферийной укладке пород в отвалы происходит фракционирование породы по откосу отсыпаемого массива не только по гранулометрическому, но и по литологическому составу. Это обусловлено тем, что песчаники как более прочные породы в меньшей степени подвержены измельчению при механическом воздействии. Контролирующий диаметр <160 и средний диаметр ё5о кусков песчаника почти в два раза больше, чем алевролитов и аргиллитов. Поэтому содержание песчаника в нижних слоях породных отвалов значительно выше, чем среднее содержание в отсыпаемых вскрышных породах.

5. Гранулометрическая и литологическая неоднородность отвальных массивов является причиной и их фильтрационной неоднородности. Водопроницаемость нижних слоев отвала, сложенных из более крупных кусков породы, значительно выше, чем верхних, мелкозернистых.

6. Массивы, состоящие преимущественно из песчаных разновидностей, в меньшей степени подвержены размягчению и размоканию и более устойчивы к воздействию воды и, следовательно, фильтрация воды в них не приводит к существенному изменению водопроницаемости. Массивы из аргиллитов и алевролитов под воздействием воды изменяют свои свойства и могут образовывать водоупоры.

7. При фильтрации сточных карьерных вод через вскрышные породы происходит их очистка. Степень очистки воды зависит от расстояния фильтрации. Интенсивность очистки воды от механических примесей зависит, в первую очередь, от структурных характеристик фильтрующего массива и дисперсной фазы и гидродинамических условий, а от других загрязняющих примесей, главным образом, от петрографического и минералогического состава пород.

8. Расчет параметров фильтрующих массивов и выбор породных отвалов для использования в качестве фильтров целесообразно проводить по требуемой степени очистки воды от взвешенных дисперсных частиц, а затем выполнять оценку эффективности осветления по другим загрязняющим веществам.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Лесин, Ю.В. Массоперенос дисперсных частиц при фильтрации воды в крупнозернистых средах / Лесин'Ю.В., Лукьянова С.Ю., Тюленев М.А. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (ФТПРПИ). -№1,2010- С. 92-96.

2. Лесин, Ю.В. Очистка сточных вод в техногенных породных массивах / Лесин Ю.В., Лукьянова С.Ю. И Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во «Горная книга», 2010. -№ОВЗ. - С.119-124.

3. Тюленев, М.А. Перенос загрязняющих веществ при фильтрации сточных карьерных вод во вскрышных породах / Тюленев М. А., Лукьянова С.Ю., Папин А. В., Макаревич Е. А. // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2011. - № 2, С. 22-30.

4. Лесин, Ю.В. Сравнительная оценка содержания загрязняющих примесей в карьерных сточных водах при использовании различных методов их очистки / Лесин Ю.В., Тюленев М.А., Лукьянова С.Ю. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Йзд-во «Горная книга». - 2012. - №ОВ7. -С.76-95.

В прочих изданиях:

5. Лукьянова, С.Ю. Пути использования сточных карьерных вод / Лукьянова С.Ю., Вдовина A.C., Лемзякова E.H. // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник науч. тр. XII Международного симпозиума им. акад. М.А.Усова. - Томск, 2008. - С.265-266.

6. Лесин, Ю.В. Очистка сточных вод в техногенных породных массивах / Лесин Ю.В., Лукьянова С.Ю. // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: Труды VII Всероссийской науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009.

7. Тюленев, М.А. Использование породных отвалов для очистки сточных вод / Тюленев М.А., Лесин Ю.В., Лукьянова С.Ю., Белов С.В. // Инновационное развитие горно-металлургической отрасли: Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи - Иркутск, ИрГТУ, 1-2 декабря,

2009.

8. Lesin Yu.V. Mass-transportation of dispersed particles in the process for water filtration through macrograined media / Lesin Yu.V., Luk'yanova S.Yu., Tyulenev M.A. // Journal of Mining Science (JMS), Vol.46, No. 1,2010.

9. Лесин, Ю.В. Технология очистки сточных карьерных вод в углеотхо-дах / Лесин Ю.В., Тюленев М.А., Лукьянова С.Ю. // Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в XXI веке: Материалы V Международной конференции. Москва - Грозный, 10-16 октября 2010 г. - М.: РУДН,

2010.-С.178-180.

10. Лукьянова, С.Ю. О литологическом составе отвалов коренных пород вскрыши на разрезах Кузбасса / Лукьянова С.Ю., Клепалов В. С., Федяев С. И. // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник науч. тр. XV Международного симпозиума им. акад. М. А. Усова. Т.2. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - С.470-472.

11. Лукьянова, С.Ю. Оценка эффективности комплексной очистки карьерных вод при фильтрации в массивах из вскрышных пород / Лукьянова С.Ю. // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник науч. тр. XV Международного симпозиума им. акад. М. А. Усова. Т.2. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - С. 469470.

12. Лукьянова, С.Ю. Неоднородность вещественного состава отвалов коренных пород вскрыши на угольных разрезах Кузбасса / Лукьянова С.Ю., Клепалов В. С., Федяев С. И. // Сборник докладов студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ун-та. По результатам III Всероссийской, 56 науч. -практ. конф. «Россия молодая», 11-15 апреля 2011 г.; ГУ КузГТУ. - Кемерово, 2011.

13. Лукьянова, С.Ю. Строение и вещественный состав отвалов вскрыши на разрезах Кузбасса / Лукьянова С.Ю., Тыртова Т.И., Лесин Ю.В. // Ресурсо-воспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы XI Международной конференции. Москва-Усть-Каменогорск, 17-21 сентября 2012 г. -М.: РУДН, 2012. -С. 149-151.

Подписано к печати « »мая 2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 648

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28 Типография Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», 650000, Кемерово, ул.Д. Бедного, 4а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Лукьянова, Светлана Юрьевна, Кемерово

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева»

04201363206 На правах рукописи

ЛУКЬЯНОВА Светлана Юрьевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ КАРЬЕРНЫХ ВОД В МАССИВАХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

Специальность 25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент М.А. Тюленев

Кемерово 2013

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ 9 ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Развитие открытой угледобычи в Кузбассе и ее влияние 9 на окружающую среду

1.2 Характеристика сброса и состава сточных карьерных вод 12

1.3 Анализ способов очистки карьерных вод 17

1.4 Цель и задачи исследования 22 Выводы 23 ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА И 24

СВОЙСТВ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ИЗ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

2.1 Литологический состав угленосных отложений Кузбасса 24

2.2 Гранулометрический состав взорванных вскрышных пород 26

2.3 Гранулометрический состав пород в отвалах вскрыши 28

2.4 Изменение петрографического состава вскрышных пород 33 по высоте отвальных массивов

2.5 Фильтрационные свойства массивов из коренных пород вскрыши 37 Выводы 43 ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ИНГРЕДИЕНТОВ 44

КАРЬЕРНЫХ ВОД В МАССИВАХ КОРЕННЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

3.1 Общие сведения 44

3.2 Улавливание взвешенных частиц при фильтрации воды 46

3.3 Эффективность очистки от нефтепродуктов 54

3.4 Общая минерализация карьерных сточных вод Кузбасса 55

3.5 Значения ХПК и БПК 56

3.6 Главнейшие компоненты 58

3.7 Второстепенные компоненты и микрокомпоненты 65

Выводы 77 ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВОЗВЕДЕНИЮ ФИЛЬТРУЮЩИХ 79 МАССИВОВ ИЗ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

4.1 Подготовка поверхности для строительства очистных 79 сооружений

4.2 Отсыпка фильтрующего массива 80 Выводы 94 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 97 ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Интенсивное развитие угольной промышленности в Кузнецком угольном бассейне остро ставит вопрос предотвращения загрязнения водных объектов

промышленными стоками шахт и разрезов. Ежедневно угольные разрезы и

шахты Кемеровской области сбрасывают в водоемы и водотоки около миллиона куб. метров сточных вод. Значительная часть этого объема представлена сточными карьерными водами, количество которых определяется горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки месторождений. Основным загрязнителем карьерных вод являются взвешенные вещества, представленные тонкодисперсными породными и угольными частицами, содержание которых в зависимости от водосброса и времени года может изменяться от десятков до сотен и тысяч мг/л.

Для очистки сточных карьерных вод в настоящее время используется отстаивание в отстойниках и прудах-осветлителях и фильтрование через массивы, отсыпаемые из вскрышных пород. Последний способ разработан КузПИ-КузГТУ совместно с объединением «Кемеровоуголь» и нашел широкое применение на разрезах Кузбасса и других регионов страны. Однако до последнего времени не изучен вопрос изменения состава сточных вод при их фильтрации в массивах вскрыши, что мешает использованию этого эффективного и экономичного способа очистки сточных вод организациями по проектированию новых разрезов.

Задачи исследований:

- выявить особенности формирования строения и литологического состава массивов, отсыпаемых из коренных вскрышных пород на разрезах Кузбасса и характер изменения их водопроницаемости по высоте;

- выявить закономерности изменения состава сточных карьерных вод при фильтрации в массивах из пород вскрыши.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- особенности водоотведения сточных карьерных вод при открытой

разработке угольных месторождений Кузбасса: изменение месторасположения

водосбросов при развитии и подвигании горных работ, значительные сезонные

колебания объемов сброса и загрязненности стоков обуславливают

необходимость и целесообразность использования для очистки воды техногенных массивов из вскрышных пород;

- контролирующий ёбо и медианный ё50 размер кусков песчаника во вскрышных породах, укладываемых в отвал, в 1,7-1,75 раза больше, чем алевролита и аргиллита, что приводит к возрастанию доли песчаных литотипов в нижних слоях отвальных массивов и к увеличению содержания глинистых пород в верхних слоях и, соответственно, к повышению их водоустойчивости и водопроницаемости по сравнению с верхними слоями;

- улавливание механических примесей сточных вод при их фильтрации определяется, в первую очередь, структурными характеристиками пород фильтрующего массива, а изменение минерализации и содержания других загрязняющих примесей карьерных вод зависит, главным образом, от петрографического и минералогического состава пород.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Практическое значение работы заключается в обосновании

рекомендаций по комплексной очистке сточных карьерных вод фильтрованием

через породные отвалы и специально возводимые для этой цели из коренных вскрышных пород массивы на разрезах Кузбасса.

исследований физико-механических свойств массивов из коренных пород вскрыши и переноса в них загрязняющих веществ при фильтрации воды и разработке рекомендаций по повышению эффективности очистки сточных карьерных вод.

Отличие от ранее выполненных исследований заключается в установлении взаимосвязи физико-механических свойств массивов с их литологической неоднородностью и характера изменения содержания загрязняющих примесей сточных карьерных вод при фильтрации через вскрышные породы.

Реализация работы.

Результаты исследований использованы ООО «Кузнецкая проектная компания» при проектировании очистных сооружений и ОАО «УК Кузбассразрезуголь» при их строительстве на разрезах Кузбасса.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на XII и XV Международных симпозиумах им. акад. М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г.Томск, 2008 г., 2011 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (г.Томск, 2004 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в машиностроении» (г.Томск, 2009 г.), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (г.Иркутск, 2009 г.), V Международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в X XI веке» (г.Москва - г.Грозный, 2010 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Россия молодая» (г.Кемерово, 2011 г.), XI Международной конференции «Ресурсо-

воспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г.Усть-Каменогорск, 2012 г.), научных семинарах кафедры геологии КузГТУ (2010-2012 г.г.).

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Развитие открытой угледобычи в Кузбассе и ее влияние на окружающую среду

Кемеровская область является уникальным угольным бассейном. Общие запасы угля, соответствующие по мощности пластов, зольности угля и принятым кондициям, до глубины 1800 м оцениваются в 724 млрд. т. На начало 2000-х годов на государственном балансе числилось около 57 млрд. т углей, разведанных по промышленным категориям до глубины 600 м, в том числе 42,8 млрд. т коксующихся углей [1]. Таким образом, ресурсная база позволяет интенсивно наращивать объемы угледобычи в бассейне. Однако на настоящий момент, как сказано в работе [2], в Кузбассе экологическая ситуация не только важнейший фактор качества жизни, но и тормоз развития региональной экономики и, прежде всего - угольной отрасли.

В 2011 году общий объем добычи угля в Кузбассе составил 192,1 млн. т, в том числе 116 млн. т (60,3%) добытого открытым способом, рисунок 1.1.

Объм добычи угля,

млн. т/год

250 200 150 100 50 0

1990 1995 2000 2005 2010 Годы

— Подземным способом ■ Открытым способом ...а«« всего

Рисунок 1.1 - Динамика добычи угля в Кузбассе

Согласно Стратегии социально-экономического развития Кемеровской области до 2025 года объем добычи угля к 2025 году должен достигнуть 255-300 млн. т, а к 2030 году - 275-330 млн. т. Однако в результате исследований, проведенных ИГД СО РАН, установлено, что общий предельный объем добычи угля открытым и подземным способами с учетом выполнения ограничений по технологическим, сейсмическим, транспортным, экологическим, энергетическим и демографическим факторам не должен превышать 210-225 млн. т/год

[3].

Горные работы отрицательно воздействуют практически на все элементы биосферы: недра, водную среду, воздушный бассейн, земли и почвы, флору и фауну. Впервые наиболее полно воздействие горного производства на окружающую среду по отдельным элементам рассмотрено в работе [4]. Основные формы нарушения и характеристики изменения природной среды в зоне влияния горного производства представлены в работах [5,6]. Наиболее полная комплексная оценка влияния горных работ на окружающую природную среду в Кузбассе выполнена в монографии [7]. С конца 20-го века развитие открытой угледобычи в Кузбассе идет более высокими темпами, чем подземной, рисунок 1. В 2011 году открытым способом добыто более 60% от общего объема угля. Несмотря на все преимущества открытого способа добычи, он, несомненно, наносит значительно больший урон окружающей среде, чем подземный, однако степень их воздействия на различные элементы биосферы, значительно отличаются друг от друга, таблица 1.1.

Таким образом, весьма существенное влияние открытые горные работы оказывают на земельные ресурсы и гидросферу. Значительная часть потерь земель приходится на внешнее отвалообразование и размещение очистных сооружений в виде прудов-осветлителей для очистки сточных карьерных вод. Ущерб гидросфере наносится в первую очередь, сбросом в поверхностные водные объекты неочищенных сточных карьерных вод. В таблице 1.2, составленной по Материалам к Государственным докладам о состоянии и охране окружающей природной среды в Кемеровской области за 2006-2010 годы [9-13],

представлена динамика изменения объемов образующихся на предприятиях угольной промышленности отходов производства и сброса сточных вод.

Таблица 1.1- Степень воздействия открытого и подземного способов разработки на основные элементы биосферы [8]

Способы разработки месторождений

Элементы биосферы Открытый способ Подземный способ

Ранжирование по значимости Доли от общей величины экономического ущерба, % Ранжирование по значимости Доли от общей величины экономического ущерба, %

Земля 1 38,0 4 4,3

Недра 4 4,0 1 45,7

Атмосфера 2 29,6 3 17,9

Гидросфера 3 28,4 2 32,1

Таблица 1.2 - Объемы отходов производства и сброса сточных вод

Отходы производства Сброс сточных вод, млн. м3

Годы Объем, тыс. т Использовано на предприятиях, % Всего В т.ч. загрязненных

2006 1 625 628 56,1 260,2 217,1

2007 1 654 423 66,3 283,5 233,6

2008 1 829 837 63,9 291,2 251,7

2009 1 658 850 53,1 293,6 245,7

2010 1 725 574 47,4 - -

Отходы производства угледобывающих предприятий относятся к V классу опасности для окружающей природной среды и являются в основном вскрышными породами разрезов.

1.2 Характеристика сброса и состава сточных карьерных вод

Вода на разрезы поступает за счет карьерного водоотлива, поверхностного водозабора, подземного водозабора, коммунального водопровода. В среднем на один разрез поступает около 7 млн. м3 в год, причем на разрезах, применяющих гидромеханизацию вскрышных работ, этот показатель несколько выше и может составлять около 10 млн. м3. Поступающая на разрезы вода используется на собственные нужды предприятий, передается другим организациям, сбрасывается без предварительного использования [14]. Динамика поступления и использования воды на разрезах в течение года представлена на рисунке 1.2.

5 25000

ю >. х

20000

ш ю

15000

10000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяцы

5000

■ Поступление ЕЗ Использование

Рисунок 1.2 - Поступление и использование воды на

разрезах в течение года

Производственные потребности разрезов заключаются в использовании воды для гидромеханизации вскрышных работ, снабжения обогатительных установок, пылеподавления на технологических дорогах и промплощадках, туше-

ния эндогенных пожаров и др. Часть используемой воды находится в обороте, часть после использования сбрасывается, и часть воды безвозвратно теряется

при различных технологических процессах.

Карьерные воды могут также успешно использоваться другими организациями [15]. Как показали исследования [16, 17], по ирригационным, экологиче-

ским, технологическим и техническим критериям карьерные воды могут широко использоваться в оросительных целях на всех типах почв без предваритель-

ного мелиоративного улучшения.

Объем сброса сточных карьерных вод в поверхностные водные объекты изменяется в зависимости от времени года. Максимальный сброс приходится на весенние месяцы апрель и май, зимой, в январе и феврале, сброс примерно в три раза меньше максимального, рисунок 1.3.

5 14000

н 12000

го" о о о.

£ 10000

а> А ю О

8000

6000

4000

2000 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяцы

Рисунок 1.3 - Изменение сброса сточных вод в течение года

Сброс карьерных вод на разрезах производится, как правило, в нескольких местах, таблица 1.3.

Количество водосбросов, а также их расположение в связи с развитием и подвиганием горных работ, изменением технологии разработки и схем водоотлива, постоянно меняется. Основными приемниками сточных карьерных вод в Кузбассе являются реки: Аба, Иня, Уса, У скат, Черново�

Информация о работе

Лукьянова, Светлана Юрьевна
кандидата технических наук
Кемерово, 2013
ВАК 25.00.16

Диссертация

Геоэкологическое обоснование технологии фильтрационной очистки карьерных вод в массивах вскрышных пород - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы