Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Научное обоснование использования водных ресурсов при разработке высокообводненных угольных месторождений

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Агеев, Михаил Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ИХ ПРИРОДООХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.

1.1. Эколого-экономические аспекты функционирования угледобывающих предприятий.

1.2. Природоохранная деятельность угледобывающих предприятий.

1.3. Эфективность водоохранных затрат на угольных шахтах и методы ее оценки.".

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 11. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ШАХТНОЙ ВОДЫ.

2.1. Горно-геологические условия отработки месторождений Подмосковного бассейна.

2.1.1. Аварии и затопление шахты «Бельцевская».

2.1.2. Проблемы хозяйственного использования подземных вод.

2.1.3. Экологические проблемы.

2.2. Новый подход к разработке высокообводненных угольных месторождений.

2.3. Новая концепция разработки месторождений со сложными гидрогеологическими условиями.

2.3.1. Основные положения новой концепции.

2.3.2. Анализ гидрогеологических условий эксплуатации шахт "Никулинская" и "Бельцевская".

2.3.3. Причины и механизм прорыва воды и затопления шахты "Бельцевская".

Выводы по главе 2.

ГЛАВА III. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН ШАХТ В КАЧЕСТВЕ ВОЗАБОРНЫХ.

3.1. Классификация формирования экологически опасных зон, влияющих на гидрологическую среду при ликвидации шахт в подмосковном бассейне.

3.2. Дренаж шахтного поля и использование подземных вод для питьевого и хозяйственного водоснабжения населения.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА IV ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЯ И РАЗРАБОТА МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТВНОСТИ ВОВЛЕЧЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ВЫСОКООБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ТОВАРНЫЕ ЦИКЛЫ.

4.1. Обоснование критерия оценки эффективности природопользования на предприятиях добывающей отрасли.

4.2. Разработка экономико-математической модели определения эколого-экономической оценки эффективности комплексирования добычи угля и воды.

4.3. Инвестиционная привлекательность проектов диверсификации угледобычи на базе вовлечения водных ресурсов в процесс водообеспечения.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научное обоснование использования водных ресурсов при разработке высокообводненных угольных месторождений"

Актуальность. Многолетняя разработка месторождений угля в Подмосковном бассейне обеспечивалась применявшимися ранее способами их осушения и управления кровлей. Однако при переходе к эксплуатации Никулинского и Бельцевского месторождений, с мощным слоем обводненных и закарстованных тарусско-окских известняков в основной кровле пласта, участились аварийные ситуации прорывов воды и породы, в результате которых шахты «Никулинская» и «Бельцевская» были затоплены. Традиционные способы осушения и управления кровлей в новых гидрологических условиях освоения угольных месторождений бассейна не обеспечивали безопасной и эффективной работы шахт.

Месторождения подмосковных углей являются самыми обводненными в России. До реструктуризации при уровне 1,4 % в общей структуре добычи по отрасли, доля сброса сточных вод Подмосковного бассейна составляла более 10%. Высокая обводненность явилась одним из решающих факторов при ликвидации шахт Подмосковного бассейна. Интенсивное закрытие нерентабельных шахт и затопление их водой также оказало негативное воздействие на водную среду, причем оно усиливается в силу неуправляемости процесса после прекращения ведения горных работ.

Вместе с тем, водные ресурсы - один из наиболее важных факторов устойчивости эколого-экономических систем наряду с энергетическим. В современной рыночной системе хозяйствования вода - это высокодефицитный товар, который, с одной стороны способствует удовлетворению спроса в водоснабжении, с другой (при условии комплексирования добычи) - существенному снижению затрат на производство угля.

Предстоящий рост объемов добычи подмосковных углей, обусловленный необходимостью повышения устойчивости функционирования энергоемкой экономики Европейской части России, где нет иных источников первичных энергоресурсов, требует разработки новых технологических решений и оценки эффективности комплексной добычи угля и воды, предусматривающих включение в товарные циклы шахтной воды.

Особую значимость данные проблемы приобретают для объективно нерентабельных угольных предприятий Подмосковья, поскольку дают возможность снизить убыточность угольного производства за счет реализации шахтной воды, создать новые рабочие места, повысить водообеспеченность населения и промышленности и снизить экологическую нагрузку на территории угледобычи.

В связи с вышеизложенным, научное обоснование новых технологических решений, обеспечивающих дренаж шахтных полей с одновременным хозяйственным использованием водных ресурсов для повышения безопасности ведения горных работ и снижения экологического ущерба, является актуальной имеющей важное народнохозяйственное значение научной задачей.

Работа весьма актуальна для шахтерских поселков и муниципальных образований Тульской области, поскольку большинство из них испытывают острый дефицит водных ресурсов для хозяйственного и питьевого снабжения, часть которого, как показали научные исследования, могли бы покрывать шахтные воды.

Целью работы является научное обоснование технологических решений по комплексной разработке высокообводненных угольных месторождений, включающих выбор расположения водопонизительных скважин в качестве водозаборных и обеспечивающих одновременное осушение шахтных полей и хозяйственное использование шахтных вод, что позволит повысить безопасность ведения горных работ и использование водных ресурсов угольных месторождений для водоснабжения населения, повысить рентабельность (сократить убыточность) угольного производства, сократить дефицит воды и улучшить состояние окружающей природной среды в регионах угледобычи.

Идея работы заключается в использовании дренажных вод при осушении шахтных полей высокообводненных месторождений для водоснабжения населения, с включением воды в товарные циклы на стадиях предварительного осушения, в процессах разработки месторождения и ликвидации шахт, что позволит повысить коммерческую устойчивость и социально-экологическую безопасности функционирования угольных предприятий.

Методы исследования включают систематизацию и обобщение предшествующих исследований, мониторинг состояния гидрогеологического режима шахтных полей, опытно-промышленное водопонижение, экономико-математи-ческое моделирование, статистические методы обработки результатов.

Новые научные результаты, полученные лично соискателем:

1 Обоснована новая технологическая схема безопасной отработки сложных в гидрогеологическом отношении угольных месторождений типа Никулинского и Бельцевского, заключающаяся в двух- и трехстадийной отработке, при этом на первой стадии месторождение используется как источник водоснабжения, обеспечивая одновременно дренаж шахтных полей; на второй стадии происходит комплексное извлечение угля и воды; на третьей стадии, после закрытия или ликвидации шахты, с использованием сети водопонизительных скважин в качестве водозабора - продолжается хозяйственное извлечение воды.

2 На основе мониторинга и по данным химического анализа шахтных вод, поступающих из водозаборных скважин ликвидированных шахт, предложена классификация гидрологических условий площадей ликвидируемых шахт по степени экологической опасности, включающая оценку параметров гидравлической связи напорных вод упинского горизонта с загрязненными шахтными водами и загрязненных шахтных вод с надугольными песками, для принятия мер по предотвращению экологического ущерба и охране водных ресурсов, используемых для водоснабжения населения.

3 Разработана экономико-математическая модель эколого-экономической оценки эффективности комплексного использования водных и угольных ресурсов месторождений (вторая стадия отработки месторождений) по приросту дохода угольных предприятий от внедрения технологических решений по вовлечению в товарный оборот водных отходов угольного производства с учетом цены реализации и себестоимости диверсифицированной товарной продукции, оценки предотвращенного и остаточного экологических ущербов, затрат на добычу угля и воды, объемов дотаций и возвращения кредитных средств.

4 На основании статистического анализа отчетной документации о дефиците водных ресурсов в Щекинском муниципальном образовании и по данным химического анализа вод, поступающих из водозаборных скважин ликвидированной шахты «Западная», разработаны рекомендации по реконструкции водоснабжения г. Щекино и шахтерских поселков района за счет восстановления и строительства новых водозаборов в границах шахтного поля с учетом ее обезжелезования и умягчения.

5 В диссертации получены номограммы изменения процента снижения себестоимости в зависимости от цены продажи воды с учетом различной нагрузки на лаву, которые свидетельствуют о том, что чем ниже суточная производительность очистных забоев, тем большее экономическое значение имеет диверсификация угледобычи, что имеет важное значение для малых и средней мощности угольных предприятий Подмосковного бассейна.

Достоверность научных положений и выводов диссертационных исследований обеспечивается представительным объемом проанализированной статистической информации (данные фактических откачек воды по 15 скважинам шахты «Бельцевская» за 11 лет; данные о гидрогеологическом режиме подземных вод по 11 скважинам шахты «Западная» за 4 года); достаточно высокими коэффициентами корреляции (С = 0,95), удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических результатов исследования; положительными результатами внедрения.

Научное значение работы состоит в обосновании новых технологических схем разработки сложных в гидрогеологическом отношении угольных месторождений с комплексным использованием угольных и водных ресурсов и методического подхода к выявлению резервов роста конкурентоспособности угольных предприятий за счет вовлечению в товарный оборот водных отходов угольного производства.

Практическое значение работы заключается в использовании дренажных вод при осушении угольных месторождений для решения важной социальной проблемы водоснабжения и жизнеобеспечения населения, что способствует развитию промышленного производства и инфраструктуры с наименьшими совокупными затратами.

Реализация работы. Результаты диссертационных исследований приняты к использованию Департаментом природных ресурсов Администрации Тульской области. В соответствие с заданием, утвержденным Минэнерго РФ (от 29.11.2002 г.), разработан рабочий проект водоснабжения Новомосковского региона. В проекте предусмотрено использование подземных вод Бельцевского месторождения.

Результаты диссертационной работы внедрены при реализации мероприятий по ликвидации дефицита воды в городе Щекино и поселках шахт №№ 20, 21, 24, 25, 26, 27 Щекинского района за счет использования водозаборов ликвидированной шахты «Западная».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2000-2004 гг.); третьей Всероссийской конференции «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем» (г. Тула, 2001 г.); второй Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы» (гг.Москва-Тула, 2001 г.); второй Международной конференция «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2002 г.); второй Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (гг. Москва-Тула, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 78 наименований, включает 26 таблиц и 12 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Агеев, Михаил Владимирович

Выводы по обоснованию варианта с запуском Бельцевского водоканала

Для существующих водозаборов, как меньших по мощности и требующих дополнительного финансирования, принимаются решения по их модернизации или переведу в разряд резервных без их модернизации. После завершения опытной эксплуатации Бельцевского водоканала и модернизации городских водоводов могут быть приняты окончательные решения по тем водоканалам, для которых процесс модернизации был отложен. Тем самым решение социальных проблем происходит в кратчайшие сроки с оптимизацией экономической эффективности.

Строительство Бельцевского водозабора с водоводом до 3-ьего подъема позволит:

1. Оптимизировать всю систему по обеспечению водой.

2. Решить в наиболее короткие сроки социальные задачи.

3. Сформировать условия для снижения издержек при производстве воды.

4. На десятилетия создать условия для подачи воды высокого качества.

5. Сконцентрировать имеющиеся ресурсы на прорывном направлении, предотвратить возможности по их распылению через латание существующих систем.

6. Отработать технологию взаимодействия с инвесторами.

7. Применить современные технологии по всем важнейшим направлениям водоканалов.

8. Получить достаточный экономический эффект, способствующий повышению экономической эффективности существующих водозаборов и водоводов.

Ниже (на схеме) приводится вариант конфигурации, отображающий подход для применения с учетом сложившейся структуры сетей для обеспечения городов водой. Детализация подхода будет проведена в процессе принятия решений в ходе проектирования.

Бельцевский водозабор рассматривается, как основной источник воды. Это позволит проводить в каждом городе независимую модернизацию сетей и существующих водозаборов, переводя их при необходимости в резервные источники обеспечения жителей необходимыми объемами воды.

Основные расходы при производстве и транспортировке воды связаны с энергетическими затратами. Устаревшее оборудование потребляет всегда больше энергетики, чем новейшее, для решения одних и тех же задач.

Основное внимание должно уделяться насосам, их эксплуатационным характеристикам. Замена существующих насосов на насосы последнего поколения позволят достичь максимального коэффициента полезного действия. Резервуары по накоплению воды позволяют обеспечивать водой жителей населенных пунктов более стабильно (вне зависимости от колебаний индивидуальных расходов). Они позволяют гарантировать подачу воды в любое время, включая пиковую нагрузку. Резервуары также позволяют более равномерно загрузить оборудование, чем снижаются затраты при потреблении энергетики. Необходимо также учитывать, что тарифная политика в области энергетики будет строиться на разной цене в зависимости от времени суток. Таким образом, резервуары могут экономить средства на оплату энергетики, если будут наполняться водой в часы, когда оплата производится по наиболее низкому тарифу.

Водоводы

Водоводы потребляют энергию для под держания необходимого уровня давления, для преодоления сил трения в трубах, а также в местах стыковки труб. Металлические трубы имеют большее количество мест стыковок, чем полиуретановые трубы. Старая система водоводов многократно ремонтировалась. Ремонтные работы происходили с заменой труб (врезкой труб), что приводило к дополнительным швам. Более того, иногда замена труб проходила с изменением диаметра части водовода, что также является причиной потребления дополнительной энергетики. Металлические водоводы имеют наносы (отложения) различного происхождения. Внутритрубные отложения также изменяют энергетику водоводов (для увеличения сроков эксплуатации требуют дополнительной профилактики). Полиуретановые трубы характеризуются тем, что на их стенках не формируются отложения, поэтому их диаметр остается постоянным (неизменным) в течение всего срока эксплуатации (при условии, что фильтрация воды не наносит в трубы мелкие частицы типа песка и глины).

Протечки, ведущие к потерям воды, происходят главным образом в местах сварки труб. Полиуретановые трубы имеют меньше швов (стыков), а швы (стыки) не разрушаются со временем, поэтому протечки воды возникают гораздо реже.

Приборы учета воды (счетчики)

Установление счетчиков позволяет контролировать расходы воды, а также установить места потери воды.

Вода может теряться в сетях при подводке к дому, а также в самих домах при неисправной сантехнике.

Оплата воды по счетчикам мотивирует людей к содержанию сантехники в исправном состоянии.

При наличии тарифов без учета реального расхода воды рачительный хозяин фактически оплачивает разгильдяйство отдельных граждан. В этом смысле установка счетчиков является социальной задачей.

Установка счетчиков, как показывает опыт тех регионов России, где они уже апробированы, снижает потребление воды приблизительно на 20%. Это приводит к тому, что требуется меньшие инвестиционные вложения для качественного обслуживания населения.

С другой стороны, установка счетчиков требует содержания службы, которая будет следить за правильностью уплаты за пользование водой. Система контроля будет дорогой, если ежемесячно снимать показания с каждой квартиры. Реально снижение издержек на контроль снижается за счет того, что счетчики устанавливаются на переходах от магистральных водоводов к локальным. Если показания локального счетчика совпадают с совокупной оплатой от локального водовода, то нет нужды проверять каждого пользователя воды. Для таких участков достаточно не чаще, чем раз в год, провести контрольные замеры счетчиков (при этом, проверка может носить выборочный характер, не глобально).

Профилактические, ремонтные и аварийные работы

Снижение расходов, связанных с содержание ремонтных бригад, базируется на том, что оборудование и аппаратура закупаются с параметрами высокой надежности.

Современные насосы высоконадежны и долговечны, если они эксплуатируются в соответствии с подготовленными рекомендациями (производителя), без перегрузок, согласно с экологическими требованиями эксплуатации (режимы температур, влажности, загрязненности воздуха), при своевременном проведении профилактических работ.

Замена трубопроводов с металлических на полиуретановые несет в себе основу по получению экономического эффекта, снижая как энергетические затраты, так и затраты, связанные с восстановительными работами.

Полиуретановые трубы за счет своей гибкости лучше переносят грунтовые изменения. Полиуретановые трубы лучше переносят морозы. В случае промерзания труб они не лопаются в отличие от металлических.

Поэтому при наступлении особо сильных морозов не будет требоваться проведение работ по замене труб. Там, где могут произойти разрывы металлических труб, полиуретановые трубы могут уцелеть. Тем самым полиуретановые трубы более надежны в эксплуатации.

При необходимости замены участка водовода не требуется сварочный аппарат, поэтому оборудование ремонтных бригад будет более дешевым, чем оборудование для ремонта металлических водоводов.

В системе рынка регулирование цен происходит за счет наличия конкуренции. В настоящее время даже в таких социально значимых областях, как питание населения, рыночный механизм позволил полностью отказаться от регулирования цен со стороны государства.

Тарифы можно формировать, основываясь на следующих принципах: a. Социальный. Данный вариант предполагает, что тарифная политика выполняет социальные функции, то есть население оплачивает частично потребляемые услуги. Социальный тариф предполагает, что состояние инфраструктуры зависит от бюджетного финансирования объектов, предоставляющих услуги населению. b. Окупаемый. За счет тарифа окупаются текущие расходы, но при этом не происходит накопления средств для замены устаревшего оборудования. c. Восстанавливающий. В тариф включены текущие расходы и амортизация. При этом амортизация позволяет накопить средства для обновления оборудования. В тариф входит текущий ремонт. Тариф должен позволить заменить оборудование в более короткие сроки, чем его полный износ (полный износ — не подлежит восстановлению). d. Инвестиционный. Тариф строится из условия, что его использование позволяет вновь поставляемое устанавливаемое) оборудование жизнеобеспечения окупить за сроки, которые позволяют привлекать инвестора. Учитывая, что принципы формирования тарифов закладываются на уровне выше муниципального, то принятие решений по концептуальным подходам проводится на базе существующих тарифов. В дальнейшем, вопросы тарифной политики и проведение инициативных мероприятий в данной области будут решаться в ходе реализации программы.

Все вопросы, связанные со строительством Бельцевского водоканала, будут решаться на основе сложившейся практики в области тарифной политики. Данная позиция базируется на создании условий для более быстрого решения задач по бесперебойному и качественному обеспечению населения питьевой водой. Данный подход позволит сохранить экономическую эффективность Бельцевского водоканала в процессе перехода к тарифной политике, способствующей привлечению инвестиций.

В современных условиях становления рынка, когда стремление к сохранению и накоплению капитала становится одной из основных стратегий предприятий и их собственников, научно обоснованная эколого-экономическая оценка эффективности комплексного использования ресурсов угольных месторождений, должна стать основой экономических преобразований, учитывающих социально-экологическую целесообразность и значимость стимулирования развития экологически безопасного горного производства.

А b С d

Социальный Окупаем ый Восстанавливающий Инвестицион ный

Тариф Самый низкий Тариф Выше, чем вариант а, но ниже варианта с Выше вариантов a, b и d, так как требует накопления финансов при эксплуатации низкоэффективной инфраструктуры. Ниже варианта с, так как оплата идет в период более эффективной работы оборудования.

Инвестицио иная привлекате льность Крайне низкая Крайне низкая Не требует привлечения инвестиций, так как позволяет окупить получаемые кредиты. Оптимальная. Возможно установление тарифов, соответствующих инвестиционному климату.

Состояние Инфрастру ктуры От состояния инфраструктуры не зависит. Тариф мотивирует к выбиванию средств из бюджета для сохранения минимального качества обслуживания населения. Чем хуже состояние инфраструктуры, тем тариф выше. Тариф мотивирует к бездействию со стороны обслуживающих структур. Тариф не стимулирует к принятию наиболее целесообразных экономических решений. Модернизация инфраструктур ы будет идти по затратному пути. Тариф зависит не от состояния инфраструктуры в настоящее время, а от состояния ее после модернизации. Тариф мотивирует к принятию решений с учетом получения экономического эффекта.

Бюджет Наибольшая поддержка бюджетом. Требуется поддержка бюджетом. Бюджетные средства не требуются, но могут возникнуть социальные проблемы, если люди поймут, что они оплачивает затратную инфраструктуру Привлечение внешних инвестиций не требуют бюджетных средств. Требуются гарантии бюджета от рисков того, что платежеспособность населения резко упадет.

Сроки Модерниза ции Нет модернизации Нет модернизации Значительно выше, чем в варианте d, так как отсутствуют мотивации для снижения сроков. Наиболее короткие, если привлекаются коммерческие структуры.

Мотивации Руководите лей Мотивирует к обоснованию получения средств из вышестоящих бюджетов. Не мотивирует к формированию условий для роста доходов. Мотивирует к завышению тарифов, чтобы иметь резерв при низкой эффективности. Мотивирует к обоснованию получения средства из бюджета. Мотивирует к закупке нового оборудования У «своих» компаний, так как результат не зависит от экономической эффективности. Мотивирует к завышению тарифов. Мотивирует к стабильным оплатам и экономической эффективности, так как позволяет наладить долгосрочные отношения с инвестором.

Недостаточное использование в рыночном товарообмене отходов и попутных полезных ископаемых означает, что часть труда и средств, затраченных на производство угля, безвозвратно теряется. При этом снижается общая эколого-экономическая эффективность угольного производства и коммерческий доход от эксплуатации месторождения.

В диссертации получены номограммы изменения процента снижения себестоимости в зависимости от цены продажи воды с учетом различной нагрузки на лаву (рисунок 2 - а, б), которые свидетельствуют о том, что чем ниже суточная производительность очистных забоев, тем большее экономическое значение имеет диверсификация угледобычи. Это имеет важное значение для малых и средней мощности угольных предприятий Подмосковного бассейна. а) б)

Dy = 500 т/сут

Dy = 1000 т/сут

80 Р is60 is

X О 5 40 t s g820 ою г- Ф о

40 osjE 5 Е

5 §20

Х§

§10 О Ф ою го

1,5 3,0 4,5 Цена реализации воды, руб/м

6,0

1,5 3,0 4,5 6,0 Цена реализации воды, руб/м

--Вариант А - Вариант В

Рисунок 4.2 - Номограммы зависимости изменения себестоимости угля от цены реализации воды при различных суточных нагрузках на лаву (А и В -соответственно реализация угля; угля и воды)

В диссертации произведена укрупненная оценка перспектив нетрадиционного использования угольных месторождений Подмосковного бассейна с учетом перспективного роста объемов добычи и реализации товарной воды (табл.4.3. 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические разработки по комплексному освоению высокообводненных угольных месторождений в условиях Подмосковного угольного бассейна на основе эколого-экономического обоснования использования водных ресурсов в границах шахтных полей, что позволяет повысить конкурентоспособность угольных предприятий, снизить экологическую нагрузку на территорию, решить часть социальных проблем и имеет существенное значение для развития новых геотехнологий добычи угля и рационального использования водных ресурсов.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1 Анализ научных публикаций и фактической ситуации показал, что в настоящее время требуются новые подходы и геотехнологические решения к разработке высокообводненных месторождений подмосковных углей, обеспечивающие безопасность ведения горных работ, снижение экологических ущербов водным ресурсам и возможность продления времени получения социально-экономических эффектов от эксплуатации георесурсов угольных месторождений.

2 Обоснована новая технологическая схема комплексной разработки сложных в гидрогеологическом отношении угольных месторождений типа Никулинского и Бельцевского, заключающаяся в двух- и трехстадийной отработке месторождений, которые на первой стадии эксплуатируются как источники пресной воды для хозяйственных нужд, обеспечивая одновременно дренаж шахтных полей; на второй стадии происходит совместное извлечение и реализация угля и воды; на третьей стадии - после закрытия и ликвидации шахты -продолжается извлечение и реализация шахтной воды с использованием и переоборудованием сети водопонизительных скважин в качестве водозаборных.

3 Разработана экономико-математическая оценки эффективности комплексного использования водных и угольных ресурсов месторождений (вторая стадия отработки месторождений) за счет внедрения технологических решений по вовлечению в товарный оборот водных отходов угольного производства с учетом времени отработки, годового объема добычи, цены реализации и себестоимости товарной продукции, оценки предотвращенного и остаточного эколого-экономического ущерба, капитальных затрат на добычу угля и воды, объема дотаций и возвращения кредитных средств.

4 На основе мониторинга загрязненности шахтных вод и по данным химического анализа вод, поступающих из водозаборных скважин ликвидированных шахт, предложена классификация гидрологических условий площадей ликвидируемых шахт по степени экологической сложности, включающая оценку параметров гидравлической связи напорных вод упинского горизонта с загрязненными шахтными водами и загрязненных шахтных вод с надугольными песками, для принятия мер по предотвращению экологического ущерба и охране водных ресурсов, используемых для водоснабжения населения.

5 На основании статистического анализа отчетной документации по основным угольным шахтам Тульской области получена корреляционная зависимость годовой водоемкости угля Подмосковного бассейна в зависимости от объема добычи и времени с момента ввода шахты в эксплуатацию.

6 Получены номограммы зависимости изменения процента снижения себестоимости от цены продажи воды с учетом различной нагрузки на лаву, которые свидетельствуют о том, что чем ниже суточная производительность очистных забоев, тем большие эколого-экономические и коммерческие эффекты будут получены от диверсификации угледобычи. Это имеет важное значение для малых угольных предприятий Подмосковного бассейна.

7 На шахте «Бельцевская» выбраны водопонижающие скважины, расположенные в пределах первого пускового комплекса шахты, для использования в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения. Из 27 действующих скважин было отобрано 9, удовлетворяющих критериям взаимного расположения, количества и качества откачиваемой воды и стабильности работы в системе осушения. Для строительства первой очереди водозабора мощностью 23 тыс. м3/сут. предложено запустить семь водопонижающих скважин, что позволит получать 1100 м3 воды в час.

8 Подготовлены материалы для государственной экспертизы запасов подземных вод в районе закрытой на основании приказа компании «Росуголь» № 37 от 27.06.95 г. шахты «Западная», находящейся в зоне водонабжения г. Щекино, одного из самых развитых в промышленном отношении городов Тульской области. В настоящее время в районе шахты «Западная» поддерживаются 13 скважин. Предлагается использовать шесть водопонижающих скважин в северо-восточном крыле шахтного поля. Разработан и осуществляется проект по строительству насосной станции и трубопровода длиной 7,2 км, подсоединенного непосредственно к водопроводной сети г. Щекино.

9 Результаты диссертационных исследований приняты к использованию Департаментом природных ресурсов Администрации Тульской области. В соответствие с заданием, утвержденным Минэнерго РФ (от 29.11.2002 г.), разработан рабочий проект водоснабжения Новомосковского региона. В проекте предусмотрено использование подземных вод Бельцевского месторождения.

Результаты диссертационной работы внедрены при реализации мероприятий по ликвидации дефицита воды в городе Щекино и поселках шахт №№ 20, 21, 24, 25, 26, 27 Щекинского района за счет использования водозаборов ликвидированной шахты «Западная».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Агеев, Михаил Владимирович, Тула

1. Агеев М.В. Использование шахтных вод Подмосковного бассейна для водоснабжения населения и промышленности//Уголь, №9.- 2001.-С.

2. Агеев М.В. Геоинформационные системы и использование шахтных вод месторождений для водоснабжения населения // Сб. научн. трудов 3-й Всеросс. конф. «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем». ТулГУ: Тула. - 2001. - С. 162-165.

3. Агеев М.В. Обоснование использования шахтных вод Подмосковного бассейна для водоснабжения населения // Сб. трудов 2-й Международной конф. «Геотехнологии: проблемы и перспективы» -ТулГУ: Москва-Тула. 2001. - С. 251-255.

4. Бабокин И.А., Волькенау А.В., Бузиков М.Д. О выборе эффективной системыразработки в Подмосковном бассейне // Уголь. 1946. - № 4-5.

5. Бабокин И.А. Шахтные воды и способы борьбы с ними в Подмосковном бассейне. -М: Углетехиздат. -1954.

6. Батуков П.М. Причины аварий на шахте Бельцевская // Безопасность труда в промышленности. 2001. - № 9. - С. 20-23.

7. Батуков П.М. Управление труднообрушаемой кровлей в сложных гидрогеологических условиях Подмосковного бассейна // Безопасность труда в промышленности. - 2002. - № 9. - С. 28-30.

8. Батуков П.М. О технологии безопасной отработки месторождений типа Бельцевского в Подмосковном бассейне // Геотехнологии: проблемы и перспективы. 2-я Междунар. научно-практ. конф. Сб. научн. тр. М.-Тула, 2001.-С. 17-18.

9. Батуков П.М. Геоинформационные системы и технологии безопасной отработки месторождений в подмосковном бассейне // Сб. науч. тр. 3-й Всеросс. конф. «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем». ТулГУ: Тула, 2001. - С. 157-162.

10. Батуков П.М. Безопасная ресурсосберегающая разработка месторождений Подмосковного угольного бассейна со сложными гидрогеологическими условиями // Геомеханика. Механика подземных сооружений. Сб. науч. тр. -ТулГУ: Тула, 2001. С. 155-165.

11. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. - 360 с.

12. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1989. - 270 с.

13. Булычев Н.С. Рекомендации по определению параметров экспериментальной камерной системы разработки пласта в условиях шахты "Бельцевская". Тула, 1998. 16 с.

14. ВНИМИ. Отчет о НИР: "Разработка рекомендаций по прогнозированию и предупреждению прорывов воды и породы в горные выработки но пласту VI на шахте им. Артема ПО "Приморскуголь", 1992. 60 с.

15. ВНИМИ. Отчет о НИР: «Разработать способы эффективной отработки угольного пласта на шахте «Бельцевская». С.-Пб., 2001. 121 с.

16. Вопросы гидрогеологии и гидрогеомеханики горного производства. С-Пб.: ВНИМИ. 1998.- 164 с.

17. Геологический отчет о детальной разведке Бельцевского месторождения угля Веневского и Новомосковского районов Тульской области и Серебряно-Прудского района Московской области. Т. 1. -Тула. - 1973.

18. ГИПРОШАХТ. Осушение из подземных выработок тарусско-окского горизонта на площади трех первоочередных лав I пускового комплекса шахты "Бельцевская" АО "Тулауголь". Гидрогеологические разрезы. Стадия Р, листы 4 и 5.

19. ГИПРОШАХТ. Рабочий проект альтернативного варианта осушения тарусско-окского водоносного горизонта на площади лав I пускового комплекса шахты "Бельцевская" ПО Тулауголь". Том. I, книга I. Пояснительная записка. JL: 1991.-89 с.

20. ГИПРОШАХТ. Рабочий проект осушения тарусско-окского водоносного горизонта комбинированным способом на площади трех первоочередных лав 1-го пускового комплекса шахты "Бельцевская" АО "Тулауголь". С.-Петербург. - 1995.

21. ГИПРОШАХТ. Корректировка рабочего проекта осушения тарусско-окского водоносного горизонта на площади лав 1-го пускового комплекса шахты "Бельцевская" АО "Тулауголь". С.-Петербург. - 1998.

22. ГИПРОШАХТ. Рабочий проект осушения тарусско-окского водоносного горизонта на площади первоочередных лав северозападного крыла шахты "Бельцевская" АО "Тулауголь". С.Петербург. - 1998.

23. Заключение ВНИМИ (автор Стрельский Ф.П.) об определении допустимых напоров воды в Тарусско-Окском горизонте на площади первоочередных лав пускового комплекса шахты Бельцевская. 1990.

24. Заключение ВНИМИ (автор Стрельский Ф.П.) о допустимых напорах в Тарусско-Окском водоносном горизонте при подработке на северо-западном крыле шахты Бельцевская. 1998.

25. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Л.: ВНИМИ. 1982. - 102 с.

26. Каретников В.Н., Бреднев В.А., Прохоров Н.И. Крепление и поддержание выработок в условиях Подмосковного бассейна: Учеб. пособ. Тула: ТПИ.- 1986.

27. Кобищанов М.А. Эффективная система разработки угля для условий Подмосковного угольного бассейна // Уголь. 1945.- № 7-8.

28. Комиссаров С.В., Таганов П.Ф. Методическое руководство по осушению шахт Подмосковного бассейна.- М.: Недра. -1971.

29. Кузнецов Г.Н. Аналитические расчеты на базе механики раздельно блочной среды // Горное давление и сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Труды ВНИМИ, сб. LXXVIII. 1970. - С. 13-36.

30. Кузнецов С.Т. О влиянии глубины разработки на характер разрушения кровель угольных пластов и появлений горного давления в очистных выработках // Исследование проявлений горного давления на глубоких горизонтах шахт. Л.: ВНИМИ, 1971. - С. 213-223.

31. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Недра: Л.: Недра. -1984.-511с.

32. Мироненко В.А. Атрощенко Ф.Г. Предварительное экспертное заключение о гидрогеологических условиях эксплуатации шахты "Бельцевская" / СПБО института Геоэкологии РАН, 1998. 14 с.

33. Момчилов B.C. Защита шахт от подземных вод, М.: Недра. -1989.

34. Момчилов B.C. Подземное осушение шахт Подмосковного бассейна / НИЭИуголь. -М.: 1987.

35. Момчилов B.C., Потапенко В.А. Методические основы прогнозирования вероятностей прорыва подземных вод в очистные забои //Совершенствованиетехнологии подземной разработки угольных месторождений: Сб. науч. тр. Новомосковск: ПНИУИ. 1995.

36. Немченко Г.И. Диверсификация производства.-Благовещенск- Академия наук РФ.: 1994,223 с.

37. Нестеров П.М., Нестеров А.П. Экономика природопользования и рынок. -М.: "Закон и право", 1997. 412 с.40.0ника Д.Г. Подмосковный угольный бассейн (1855-1955).—М.: Московский рабочий. -1956.

38. Опыт эффективной работы шахты «Покровская» / И.С. Крашкин, П.Г. Корж, A.M.

39. Кувшинов, О.И. Бобков. М.: ЦНИЭИуголь. - 1979.

40. Основные направления технического прогресса на шахтах (Подмосковный бассейн) / B.J1. Попов, И.С. Крашкин, Г.И. Нуждихин, Б.А» Анненков. М.: Недра. -1979.

41. Отчет по переоценке эксплуатационных запасов подземных вод по Новомосковскому району Тульской области. Результаты моделирования бассейна р. Осетр / B.C. Плотников и др. Москва, - 1996.

42. Основы предпринимательской деятельности/Под ред В.М. Власовой М.: Финансы и статистика, 1995.

43. Оценка бизнеса: Учебник / Под ред. А.Г. Грязновой, М.А. Федотовой. М.: Финансы и статистика, 1995.

44. ПНИУИ. Отчет о НИР: "Оценить технологические сложности производства горных работ на новых месторождениях Подмосковного бассейна и разработать рекомендации по их отработке (шахта "Бельцевская"). 1994. - 60 с.

45. ПНИУИ. Отчет о НИР «Разработать проект отработки северо-восточных лав шахты «Бельцевская» ОАО «Тулауголь» по новым технологиям (шахта «Прогресс» Блок №2)». - Новомосковск. - 1996.

46. ПНИУИ. Отчет о НИР: "Оказать научно-техническую помощь при подготовке к отработке запасов угля первого пускового комплекса шахты "Бельцевская" ОАО "Тулауголь". 1998.

47. ПНИУИ. Отчет о НИР "Оказать научно-техническую помощь при подготовке и отработке запасов угля на шахте "Бельцевская" ОАО "Тулауголь", 1999. 107 с.

48. ПНИУИ. Методическое руководство по определению необходимой степени осушения водоносных горизонтов на шахтах Подмосковного бассейна (первая редакция). 1999. - 17 с.

49. ПНИУИ. Отчет о НИР «Обоснование способа и оптимальных параметров принудительной посадки окских известняков в условиях северо-восточной части шахты «Бельцевская» ОАО «Тулауголь». 2001.

50. Подмосковный угольный бассейн / Под ред. В.А. Потапенкою Тула: «Гриф и К0», 2000.-276 с.

51. Попов B.JL Исследование взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами в условиях Подмосковного бассейна: Диссертация доктора техн. наук. -М. 1966.

52. Потапенко В.А. Геомеханические аспекты ведения горных работ // Уголь, 1990, № . -с. 4-7.

53. Потапенко В.А., Ковалев В.Г., Казанский Ю.В. Основные направления научно-технического прогресса на шахтах Подмосковного бассейна. -М.: ЦНИЭИуголь.-1990.

54. Потапенко В.А., Цыплаков Б.В. Выбор варианта подготовки и отработки участка шахтного поля в условиях Подмосковного бассейна //Уголь.-1990,- № 4.

55. Порохня, Е.С.Мелехин и др. Совершенствование механизма недропользования на региональном уровне-М: 1999

56. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / В.А.

57. Потапенко, Ю.В. Казанский, Б.В. Цыплаков и др. М.: Недра. - 1990.

58. Реструктуризация и освоение подземного пространства Подмосковного угольного бассейна / Савченков В.Е., Булычев Н.С., Иватанова Н.П., Фотиева Н.Н.// Международная конференция. "Горные науки на рубеже XXI века". Труды конференции. Пермь: УрО РАН - 1998.

59. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. -М.: Недра, 1986.-301 с.

60. Романов П.Д., Соколов С.М. Опыт работы комбайновых лав // Подмосковный угольный бассейн: Сб. науч. тр., вып. 2. Тула. - 1969.

61. Рощупкин И.Г. Разработка угольных пластов в Подмосковном угольном бассейне. -М.: Углетехиздат. -1956.

62. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. М.: Углетехиздат. -1957.

63. Савченков В.Е., Батуков П.М. Концепция безопасной разработки месторождений Подмосковного угольного бассейна // Безопасность труда в промышленности. -2001.-№4.-С. 41-44.

64. Слесарев В.Д. Механика горных пород.М.: Углетехиздат Западугля, -1948. 303 с.

65. Сонин С.Д. Разработка мощных угольных пластов в Подмосковном бассейне. М.:Углетехиздат. -1957.

66. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. Под. ред. Н.В. Мельникова и др. М.: Недра, 1975. С. 228-229.

67. Стрельский Ф.П. Условие безопасной подработки водных объектов // В сб. научн. тр. «Горная геомеханика и маркшейдерское дело». С.-Пб.: ВНИМИ, 1999. - 456 с.

68. Стрельский Ф.П., Бокий JI.JI. Условия возникновения прорывов при разжижении пористых пород под нагрузкой // ФТПРПИ. 1987. - № 6. -С. 10371. Судоплатов AJI. Вопросы разработки угольных месторождений Подмосковногобассейна. М.: Углетехиздат. -1950.

69. Тугаров И.В., Стрельский Ф.П. "Заключение о возможности подработки очистными работами шахты "Бельцевская" ПО "Тулауголь" поймы ручья Полосня". Ленинград: ВНИМИ,. 1991.-18 с.

70. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. JI.: ВНИМИ. - 1978.

71. Цитрин М.А. Экономическая оценка факторов, определяющих уровень рентабельности угольных шахт Тульской области. Сталиногорск: ПНИУИ. --1959.

72. Яблоков B.C. История изучения каменноугольных отложений и углей Подмосковного бассейна (1722-1966). М.: Наука. - 1967.

73. Якоби О. Практика управления горным давлением: Пер. с нем. М.: Недра. - 1987.

74. Diederichs M.S., Kaiser P.K. Stability of large excavations in liminated hard rock masses: the voussoir analogue revisited // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1999 No 36. - P. 97-117.