Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обеспечение экологической безопасности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Обеспечение экологической безопасности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений"

На правах рукописи

ФАКТОРОВИЧ Вадим Владимирович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

28 ОКТ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2015 005564026

005564026

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

МЕЛЬНИК Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО "Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»", г. Москва/ заведующий кафедрой геотехнологий освоения недр;

Рябов Роман Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО "Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого", г. Тула/ заведующий кафедрой агроинженирии и техносферной безопасности.

Ведущая организация: Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие ОАО «ТулНИГП», г. Тула.

Защита диссертации состоится «16» декабря 2015 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

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

Автореферат разослан « 2015 г.

Л

Ученый секретарь

ЕФИМОВ Виктор Иванович.

диссертационного совет

:онид Элярдович Шейнкман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В соответствии с долгосрочной программой развития угольной промышленности России осуществляется переход к инновационному социально ориентированному типу экономического угольной отрасли, при этом необходимо обеспечить высокий уровень экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений. Прогнозный диапазон рациональных объемов добычи угля в 2030 г. должен составить 380 - 430 млн т. Очевидно, что необходимо совершить настоящий рывок в повышении конкурентоспособности российской угольной промышленности. Минерально-сырьевые ресурсы России являются частью ее национального богатства, а научные исследования, связанные с экологической оценкой реструктуризации и диверсификации угольной промышленности, позволят реформировать экономику страны во многих промышленных отраслях на собственной природно-ресурсной базе.

В результате осуществляемой реструктуризации угольной промышленности России и ликвидации нерентабельных угледобывающих предприятий произошла ликвидация шахт Подмосковного угольного бассейна, Восточного Донбасса и некоторых шахт Кузбасса. Особую остроту приобретают проблемы, связанные с экологическими последствиями, комплексного освоения угольных и техногенных месторождений, предусматривающих глубокую переработку энергетических углей и техногенных отходов. При этом предполагается широкое внедрение физико-химической геотехнологии отработки месторождений бурого угля, как в Кузбассе, так и Центральном Федеральном округе.

Существующие методы прогнозирования экологических последствий при добыче угля, его глубокой переработке, получении электроэнергии и различных стратегических материалов на территориях горнопромышленных регионов требуют более глубокого научного обоснование для реализации экологически рациональных методов природопользования. Это повысит эффективность создаваемых индустриальных парков на базе государственно-частного партнерства горно-перерабатывающих предприятий и обеспечит выполнение требований экологического императива.

Основой нового уровня экологической безопасности является комплексное освоение угольных и техногенных месторождений в различных регионах России. Следовательно, тема исследований актуальна.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам ра-

ционального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось уточнение геоэкологических и геотехнологических закономерностей комплексного освоения угольных и техногенных месторождений для определения экологически рациональных геотехнологических параметров, и совершенствования системы экологической безопасности комплексного освоения месторождений, позволяющей снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов.

Идея работы заключается в том, что экологически рациональным является использование геотехнологии подземной газификации, обеспечивающей энергией разработку техногенных месторождений, а параметры системы экологической безопасности комплексного освоения месторождений, снижающей техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечивающей рациональное использование вторичных минеральных ресурсов, основываются на адекватных математических моделях подземного горения угля и динамики распределения физико-химических и потребительских свойств отходов горного производства и промышленных отходов других отраслей на территории горнопромышленного региона.

Основные научные положения работы заключаются в следующем:

1. Экологически рациональные геотехнологические параметры и эффективная система экологической безопасности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений, позволяющая снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов, должны основываться на адекватных математических моделях, системах территориального экологического и эпидемиологического мониторинга и локальных экологических нормативах горнопромышленного региона.

2. Динамика распределения физико-химических и технологических свойств вещества техногенных месторождений удовлетворительно моделируется уравнением первого порядка в частных производных, решения которого позволяют прогнозировать качественное состояние и количественные показатели рассматриваемой горной массы. При

этом физико-химические и технологические свойства складируемой горной массы изменяются до некоторых предельных значений.

3. Геотехнологии огневой отработки запасов угля с получением электрической и тепловой энергии при подземном сжигании бурых углей Кузбасса и Подмосковного бассейна могут быть использованы для решения проблем энергообеспечения геотехнологий глубокой переработки отходов производства и производства товаров импортоза-мещения с низкой себестоимостью и минимальных воздействием на окружающую среду.

Новизна основных научных и практических результатов:

■ получено решение одномерного уравнения гиперболического типа в частных производных для описания динамики распределения средних значений физико-химических и технологических свойств отходов в техногенных месторождениях, образованных отходами горных предприятий и предприятиями других отраслей на рассматриваемой территории;

■ доказано, что для отработки месторождений бурого угля можно эффективно использовать технологию подземной газификации угля с последующим получением электроэнергии на базе существующего оборудования, обеспечивая устойчивое горение бурого утля в фильтрационном канале;

■ установлены закономерности тепломассопереноса при подземном сжигании угольного пласта, отличающиеся тем, что подземное горение угольного пласта моделируется трехмерной системой уравнений тепломассообмена с учетом скорости движения огневого забоя и закономерности Аррениуса для константы скорости хемосорбции кислорода в огневом забое;

■ усовершенствована структурно-функциональная схема обеспечения экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений и предложена модель финансирования инвестиционных проектов развития инновационных территориальных кластеров по комплексной переработке угля и техногенных отходов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается: корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием классических методов физической химии, математической физики, математической статистики и современных достижений вычислительной техники; достаточно большим объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей и обосно-

ванности выводов и рекомендаций; результатами опытно-промышленной апробации разработанных методик; положительными результатами промышленной апробации разработанных технических средств и организационно-технологических схем.

Практическое значение работы заключается в том, что усовершенствована система экологической безопасности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений для территорий горнопромышленных регионов. Разработаны комплекты математических моделей и комплексы программных средств оценки экологической эффективности геотехнологических мероприятий, что повышает эффективность САПР геоэкологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации территорий горных отводов индустриальных парков и инновационных территориальных кластеров по комплексной переработке угля и техногенных отходов.

Реализация работы. Уточненные геоэкологические и геотехнологические закономерности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений для определения экологически рациональных геотехнологических параметров использованы при разработке территориальных программ развития горнопромышленных регионов. Научные и практические результаты были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по федеральной и межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу «Промышленная экология. Защита биосферы» и «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» для студентов, обучающихся по направлению «Горное дело».

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2013 -2015 гг.), на научно-технических советах ОАО «Прокопьевскуголь» (г. Прокопьевск Кемеровской обл., 2012-2014 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподава-тельского состава ТулГУ (г. Тула, 2012 - 2015 гг.); Научно-практической конференции, посвященной 25-летию Горного института УрО РАН «Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях» (г. Пермь, 2013 г.) , 9-й и 10-й Международных конференциях по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2013 - 2014 г.), 6-й Международной конференции по геомеханике (г. Варна, Болгария 2014 г.).

Личный вклад заключается: в обобщении существующей базы данных по воздействию угольных шахт и обогатительных фабрик на территориях Кузбасса и Центрального федерального округа; в проведении натурных наблюдений, разработке математических моделей и проведении вычислительных экспериментов; в выполнении работ по федеральным и региональным научным темам и программам.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ, 2 из которых опубликованы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 18 таблиц, 41 рисунок, список литературы из 132 наименований.

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема обеспечения экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений в различных регионах России приобрела исключительную актуальность еще во второй половине XX века. Фундаментальные теоретические положения и практические рекомендации по обеспечению экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений сформулированы в трудах К.Н. Трубецкого, Н.В. Мельникова, H.H. Моисеева, Ю.Н. Малышева, Д.Р. Каплунова, В.И. Клишина, В.А. Харченко, Э. М. Соколова, МА. Пашкевич, Н.М. Качурина, Е.И. Захарова, П.А. Игнатова, В.И. Ефимова, Л.Н. Попова, О.Н. Русака, Н.И. Володина, В.Г. Гридина, H.H. Чаплыгина, В.В. Мельника и других исследователей. Аналитический обзор показал, что существующие подходы к обеспечению экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений не отражают взаимосвязи технологических параметров и свойств окружающей среды, а методология экологически рационального формирования инновационных горнопромышленных кластеров требует дальнейшего развития и совершенствования.

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

1. Изучить и обобщить существующую базу данных по воздействию действующих и ликвидированных угольных шахт и обогатительных фабрик на территориях Кузбасса и Центрального федерального округа.

2. Изучить предлагаемые геотехнологии комплексного освоения угольных и техногенных месторождений в рамках Кузбасского и Тульского территориальных промышленных кластеров, а также выделить экологические рациональные технологии разработки месторождений бурого угля с учетом экологических последствий после завершения горных работ.

3. Разработать экологически рациональную технологию отработки месторождений бурого угля и переработки техногенного сырья на основе подземной газификации бурого угля.

4. Разработать математические модели фильтрации воздуха и подземного горения угля, провести вычислительные эксперименты, и обосновать рациональные геотехнологические параметры, позволяющие снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов.

5. Усовершенствовать физическую модель и математическое описание динамики распределения физико-химических и технологических свойств вещества техногенных месторождений.

Результаты анализа существующей базы данных государственной статистической отчетности по Кемеровской и Тульской областям показали, что, во-первых, проблема разработки техногенных месторождений это экологическая задача регионального масштаба и, во-вторых, промышленные отходы характеризуются разнообразием состава и свойств, широким спектром направлений использования. Необходимость наращивания объемов добычи угля в Кузбассе приводит к образованию и складированию новых объемов твердых минеральных отходов. Одним из основных источников воздействия на окружающую среду угледобывающими предприятиями Кемеровской области являются техногенные массивы, представленные терриконами и породными отвалами.

Комплексное освоение угольных и техногенных месторождений Кузбасса осуществляют в соответствии с федеральной программой развития территории Кемеровской области. При этом предлагаются экологически рациональные геотехнологии по нескольким инновационным направлениям. Технологический комплекс по глубокой переработке бурых углей на базе месторождения «Итатское» предполагает производство полукокса; бездымных топливных брикетов; сорбентов

и углеродных материалов, стойких к коррозии. Подземная газификация каменного угля на полях шахты «Дальние горы» в Кузбассе предусматривает получение тепловой и электроэнергии в месте залегания угля и выработку синтез-газа, производство парафинов, аммиака, уксусной кислоты, олефинов и бензина. Особенностью российской угольной промышленности является концентрация основной доли запасов в восточных регионах, а основные потребители угольной продукции расположены в европейской части России. Географическое положение Подмосковного бассейна уникально. Он расположен на территории Новгородской, Калининской, Смоленской, Калужской, Тульской и Рязанской областей. Общие геологические ресурсы угля составляют 11 млрд т. Балансовые запасы более 3,5 млрд т.

В Тульской области главными полезными ископаемыми до недавнего времени являлись месторождения бурых углей Подмосковного бассейна, разработка которых началась в 1853 году. За это время в Тульской области добыто более 1 млрд 200 млн т угля. Суммарная площадь, в той или иной мере подверженная техногенному воздействию, связанному с разработкой месторождений угля, составляет около 12 % от общей территории области. Закрытие шахт на территории Тульской области создало экологические проблемы. Продолжается отрицательное воздействие отвалов и выработанных пространств на все составляющие окружающей среды и в настоящее время. Техногенные месторождения Подмосковного угольного бассейна на горных отводах закрытых шахт напоминают техногенные массивы Кузбасса, но отличаются химическим составом и физико-механическими свойствами.

В Тульском государственном университете разработана технологическая схема получения электроэнергии путем подземной газификации угля и дальнейшего комплексного использования. Предлагаемая технологическая схема основывается на новом способе подземной газификации. Этот способ включает нагнетание воздуха в реакционный канал по вертикальным дутьевым скважинам и удаление из него энергетического газа. При этом дополнительно бурят две вертикальные продуктивные скважины до почвы угольного пласта, и соединенные с ними две горизонтальные продуктивные скважины на границах отрабатываемого участка. Также бурят нагнетательные скважины по центру данного участка пласта для управления огневым забоем. Математическое описание процесса подземного горения угольного пласта можно представить в виде дифференциальных уравнений (1) и (2), а также начальных и граничных условий (3), (4) и (5):

Р^ТМ^Т^-р^Т^. у„ ,)|л=0 -

~РгСги—Т{хЛ)-, (1)

Т(х,0) = Т,(х„уп 0) = Т0=сошС, (3)

Т,(хп 0, г) = Г(х,/); (4)

~К^М = дК0103Ск ехр

где р> - плотность угля, кг/м3; - теплоемкость термически подготовленного угля, Дж/кг-К; Т - температура угля, К; х, у - пространственные координаты с началом отсчета, совмещенным с огневым забоем, м; / - время, с; Ху - теплопроводность термически подготовленного угля, Вт/м-К; Хт - теплопроводность вмещающих пород (индекс ¡=1 относится к породам кровли, 1=2 к породам почвы), Вт/м-К; Т. -температура вмещающих пород, К; х(, у. - пространственные координаты для температурных полей во вмещающих породах, м; рг -плотность газообразных продуктов горения, кг/м3; сг - теплоемкость газообразных продуктов горения, Дж/кг-К; и - продольная скорость фильтрации газообразных продуктов горения, м/с; рт - плотность вмещающих пород, кг/м3; ст - теплоемкость вмещающих пород, Дж/кг-К; Т0 - начальная температура угля, К; д - удельная теплота сгорания угля, Дж/м3; К0 - константа скорости горения угля, 1/с; 103 -длина линии огневого забоя, м; Ск - концентрация кислорода в огневом забое; Е - энергия активации процесса горения угля, Дж/моль; Я -молярная газовая постоянная, Дж/моль-К.

Численная реализация математической модели (1) - (5) позволила определить расстояние между рядами нагнетательных и всасывающих скважин, при котором обеспечивается устойчивое подземное горение и газификация угля в огневом забое. Это расстояние составляет 25...30 м. Учитывая возможные отклонения, обусловленные приня-

ИТ( 0, г)

(5)

тыми допущениями, целесообразно принять расстояние между рядами нагнетательных и всасывающих скважин 20...25 м. Такое расстояние обеспечит эффективную работу газогенератора. Соответственно, расстояние между рядами и других скважин будет равно 20...25 м.

Для определения количества скважин в одном ряду необходимо рассчитать модуль вектора фильтрации воздуха по формуле:

где V - модуль вектора фильтрации воздуха, М/с;

Ух,Уу,У2 - численные значения компонент модуля вектора фильтрации

воздуха, м/с.

Численные значения компонент модуля вектора фильтрации воздуха определяют из следующих соотношений:

Я)(5,. Г - (г + Н)(82п Г ] -

где р0 - плотность воздуха, кг/м3; ди <?2л - мощность стоков и источников, на единицу длины скважины, Н/м-с; а - расстояние между рядами скважин, м; к - расстояние между скважинами в одном ряду, м; Я- глубина залегания разрабатываемого угольного пласта, м; N - число скважин;

(6)

=(х-2а(п-1))2 +(у- И)2 + (г - Я)2; ^ =(х-2а(л-1))2 +{у-И)2 +(2+Я)2;

Sin =(x-2a(n-l)f +(y+hf +(z-H)2;

S4„ = (* - 2a(n -1))2 + (y+hf + (z + H)2.

Результаты вычислительных экспериментов позволили определить основные технологические параметры подземного теплогазогенерато-ра. Расстояние между нагнетательными и всасывающими скважинами равно 25...30 м. Такое расстояние обеспечит эффективную работу газогенератора. Физические условия, обеспечивающие устойчивую реакцию горения угля в огневом забое, реализуются при расходе газообразных продуктов горения от 20 до 50 тыс. м3/ч и их температуре около 300 °С. При этом средняя скорость фильтрации воздуха будет составлять 0,04 м/с. Температура огневого забоя должна поддерживаться на уровне 550...700 °С. Вычислительные эксперименты с использованием математическая модель фильтрации воздуха между нагнетательными и продуктивными скважинами позволили определить оптимальное количество нагнетательных сетка скважин равное 10... 12 при расстоянии между ними 15...20 м. Следовательно, если нет ограничений геологического характера, то длина горизонтальных всасывающих скважин должна составлять 100... 140 м.

Отходы в процессе хранения изменяют свои свойства, поэтому знание динамики этого процесса является основой системы комплексного мониторинга обращения с любым видами отходов. В качестве эмерджентной характеристики состояния складируемой твердой смеси целесообразно использовать функцию распределения концентрации р; /-го компонента. Такая функция может быть легко идентифицирована. Для фазового пространства (t, т), где т - длительность сохранения концентрации г'-го компонента; получено следующее уравнение:

от дг

Краевые условия для уравнения (7) можно записать следующим образом: р((0,т) = р(0, р.(/,0) = р,с, где р,0, pjc - плотность распределения концентрации i-ro компонента в начальный момент времени (то есть в момент его образования) и в момент времени, соответствующий началу хранения. Решение уравнения (7) для данных краевых условий имеет следующий вид:

/, ч ipioexP(-V) ПРИ 0</<т, рД/,т) = -< (8)

I р ,с ехр(-А,,т) при t > т.

Рисунок 1 - Динамика концентрации 1-го компонента в составе горной массы техногенного массива при отношении р; / р;о : 1 - 0,8; 2 - 0,5;3 - 0,2; 4-0,1; 5 - предельно допустимое значение относительной плотности распределения 1-го свойства

Результаты вычислительного эксперимента, представленные на рисунке 1, показали, что распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при их складировании на поверхности Земли изменяется за время хранения до некоторого фиксированного значения. Следовательно, можно определить предельно допустимое время их складирования в отвалах. Разработана структурно-функциональная схема обеспечения экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений (рисунок 2). Таким образом, разработаны новые геотехнологические подходы, обеспечивающие высокий уровень экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений. Это позволяет рационально использовать природные ресурсы за счет вовлечения в технологические циклы отходов горнометаллургических и химико-технологических предприятий, а также тепловых электростанций. Математические модели и комплекс программных средств внедрены в практику исследовательской работы Тульского регионального отделения Академии горных наук для оценки экологических последствий добычи и переработки угля. ОАО «Прокопьевскуголь» использует геоэкологические сценарии обращения с отходами при закрытии шахт для разработки природоохранительных мероприятий.

Рисунок 2 - Структурно-функциональная схема обеспечения экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений

Теоретические результаты включены в учебные курсы по охране окружающей среды и рациональному освоению природных ресурсов, а также использованы при выполнении договорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования позволили уточнить геоэкологические и геотехнологические закономерности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений для определения экологически рациональных геотехнологических параметров, и совершенствования системы экологической безопасности комплексного освоения месторождений, позволяющей снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов на территориях горнопромышленных регионов, что имеет важное значение для экономик России.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Доказано, что экологически рациональным является использование геотехнологии подземной газификации, обеспечивающей энергией разработку техногенных месторождений. При этом параметры системы экологической безопасности комплексного освоения месторождений, снижающей техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечивающей рациональное использование вторичных минеральных ресурсов, основываются на адекватных математических моделях подземного горения угля, динамики распределения физико-химических и потребительских свойств отходов горного производства и промышленных отходов других отраслей на территории горнопромышленного региона.

2. Распределения физико-химических свойств техногенных месторождений топливно-энергетического комплекса удовлетворительно моделируется уравнением в частных производных первого порядка, а решение этого уравнения позволяет прогнозировать качественное состояние и количественные показатели рассматриваемой горной массы. Распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при их складировании на поверхности Земли изменяется за время хранения до некоторого фиксированного значения, а затем материал может терять свои потребительские свойства и выбывает из категории балансовых запасов из-за истечения срока годности.

3. Физико-химическая технология комплексного освоения месторождения бурого угля, разработанная в Тульском государственном университете предусматривает переработку зольного остатка для получения редкоземельных элементов, оксидов алюминия, магния, марганца, железа и других ценных компоненты. Что существенно снижает воздействие на окружающую среду и повышает уровень экологической безопасности.

4. Комплексное использование угольных месторождений обеспечивается адаптацией по геомеханическому фактору нетрадиционных для Кузбасса и Подмосковного бассейна систем разработок и выбором термодинамических параметров процесса подземного сжигания угля на основе имитационного моделирования тепломассообменных процессов в системе «горная выработка - угольный пласт - вмещающие породы».

5. Горно-геологическими факторами, определяющими значения физико-химических факторов, влияющих на устойчивость подземного горения угольного пласта, являются обводненность месторождения, тип угля и вмещающих пород, гипсометрия и глубина залегания

угольного пласта, наличие карстовых нарушений, а параметрами оптимизации газотеплогенератора являются расстояния между скважинами и рядами скважин; количество воздуха, подаваемого в нагнета--тельные скважины; перепад давления, развиваемый источниками тяги.

6. Максимальный КПД теплообменника при устойчивом горении угольного пласта обеспечивается, если температура газообразных продуктов горения составляет 473-523 К, а расход 20...50 тыс. м3/ч. Для такого режима работы теплообменника необходимо прогреть угольный пласт на линии всасывающих скважин до температуры не менее 573 К.

7. Процесс подземного горения угольного пласта моделируется системой уравнений тепломассообмена с учетом закономерности Ар-рениуса для константы скорости хемосорбции кислорода в огневом забое. Математическая модель подземной газификации должна учитывать трехмерность процесса тепломассообмена и скорость движения огневого забоя, а вмещающие породы можно рассматривать как однородную, изотропную пористую среду.

Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Качурин Н.М., Воробьев С.А., Факторович В В. Теоретические положения и модели воздействия на окружающую среду подземной добычи полезных ископаемых / Изв. ТулГУ. Науки о Земле // Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2013. С. 3 - 17.

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

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

4. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Факторович В.В., Мосина Е.К. Перспективы экологически безопасного использовании отходов производства на территории! горнодобывающих регионов / Безопасность труда в промышленности. 2014. № 9. С. 81-84.

5. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Факторович В.В., Мосина Е.К. Экологически безопасная геотехнология комплексного освоения месторождений бурого угля / Безопасность труда в промышленности. 2014. №10. С. 65 - 70.

6. Оценка геоэкологических последствий подземной добычи полезных ископаемых / VI International Geomechanical Conference // Federation of the Scientific Engineering Unions in Bulgaria. Varna 2014. P. 323-331.

Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 5.10.2015 Формат бумаги 60x84 . Бумага офсетная.

Усл.печл. 0,9. Уч.-издл. 1,05. Тираж 100 экз. Заказ 038 Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, прЛенина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95