Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Обоснование инновационных решений комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угольных месторождений Севера

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Обоснование инновационных решений комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угольных месторождений Севера"

од

На правах рукописи

экгардт Виктор Иванович

обоснование инновационных решений комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угольных месторождений севера

Специальность 11.00.11 -

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) имени Г.В.Плеханова, ОАО "Воркутауголь" Министерства топлива и энергетики РФ.

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор В.С.Литвиненко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор В.А.Харченко,

кандидат технических наук М.И.Буянов

Ведущее предприятие: Акционерное общество "СПб Гипрошахт"

Защита диссертации состоится 16 июня 1998 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д.063.15.11 при Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) имени Г.В.Плеханова по адресу: 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, в зале заседаний № 2 (портретная галерея).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 15 мая 1998 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета к.т.н., доцент /

О

А.Н.МАКОВСКИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Печорский угольный бассейн представляет собой крупную сырьевую базу для энергетической, металлургической и коксохимической промышленности. Общие ресурсы углей Печорского бассейна составляют около 360 млрд.т. Ресурсы коксующихся углей оцениваются в 41 млрд.т, разведанные балансовые запасы бассейна составляют 9 млрд.т. Доля Печорского бассейна в балансе добычи подземным способом в целом по России составляет 18%, по коксующимся углям - 21 %. В Европейской части России бассейн обладает самым высоким промышленным потенциалом. С 1991 по 1996 год общий объем добычи в России упал на 30 %, в том числе на шахтах Кузбасса - на 27 %, в Печорском же бассейне - лишь на 8 % .

За этот период среднемесячная производительность труда рабочего на добыче увеличилась в Печорском бассейне на - 22,3 %, в то время как в Кузбассе только на 4 %, в Донбассе - снизилась в 3 раза. В целом производительность труда в Печорском бассейне на 70 % выше, чем в Кузбассе. Динамика роста себестоимости работ за 1993-1996 гг. показывает, что индекс затрат по Печорскому бассейну вырос в 12,3 раза, в то время как в Кузбассе - в 18,7, а в Донбассе - в 24,3 раза.

Прогнозная потребность России в коксующихся углях к 2000 году составит около 63 млн.т в год. Потребность в коксующихся углях Печорского бассейна на перспективу до 2010 года оценивается в 17-19 млн.т в год.

Таким образом, Печорский угольный бассейн, расположенный в районах Крайнего Севера, по природным ресурсам, а также по технологическим и организационным особенностям не только не уступает другим угледобывающим районам, но и превосходит их. Кроме этого, необходимо учитывать, что в государственных интересах России Печорский бассейн по геополитическим и стратегическим соображениям занимает особое место.

Значительная часть бассейна и, в первую очередь - Воркутский геолого-промышленный район с коксующимися углями, расположена за Северным полярным кругом. Экологическая обстановка Заполярья требует к себе особого внимания. В результате длительной эксплуатации месторождений бассейна в регионе накопилось значительное количество отходов угледобывающих предприятий. При объемах добычи

горной массы на Воркутском месторождении порядка 12 миллионов тонн в год количество производимых при этом твердых и жидких отходов, загрязняющих ландшафт и занимающих значительные площади, составляет более 3,3 миллионов тонн. Кроме того, ежегодно в атмосферу выбрасывается до 480 млн.м3 метана, причем в год извлекается дегазацией около 200 млн.м3, из которых утилизируется не более 15%. Планируемое к 2000 году увеличение объемов производства угля на перспективных шахтах без существенного снижения количества отходов производства и выбросов метана в атмосферу может существенно осложнить экологическую обстановку в регионе. Поэтому разработка и научное обоснование принципиально новой концепции развития угольной отрасли Печорского бассейна, основанной на комплексном подходе к освоению ресурсов Севера, увязывающей федеральные и местные интересы территорий, а также интересы углепроизводителей, является актуальной научно-технической задачей.

Значительный вклад в совершенствование современной технологии добычи угля подземным способом и рациональное природопользование внесли: А.Т.Айруни, А.А.Борисов, Б.Ф.Братченко, А.С.Бур-чаков, Ю.Ф.Васючков, В.Е.Зайденварг, В.П.Зубов, Б.И.Иванов, О.В.Ковалев, Г.И.Коршунов, В.С.Литвиненко, Н.Я.Лобанов, Ю.Н.Малышев, Г.Г.Мирзаев, А.В.Орешкин, Н.М.Проскуряков, Л.А.Пучков, С.В.Слас-тунов, К.Н.Трубецкой, М.И.Устинов, К.З.Ушаков, Ю.В.Шувалов, М.И.Щадов, В.А.Харченко и др. Работы этих ученых и производственников использовались при написании диссертации.

Цель работы. Снижение техногенного воздействия на окружающую среду угледобывающих и перерабатывающих предприятий при подземной разработке угольных месторождений Севера России в условиях интенсификации производства.

Основная идея. Снижение техногенного воздействия на окружающую среду в условиях интенсификации производства достигается внедрением комплекса инновационных решений по применению современных технологий обогащения угля, дообогащения породных отвалов и переработки шламов обогатительных фабрик, а также утилизации попутно извлекаемого метана.

Основные задачи. Основные задачи работы, в соответствии с поставленной целью, заключались в следующем:

1. Установить характерные особенности влияния угольной промышленности Заполярья на окружающую среду и определить пути комплексного использования недр при подземной разработке месторождений.

2. Исследовать закономерности формирования отходов добычи и загрязнения окружающей среды в зависимости от технологических звеньев угольного производства.

3. Разработать рациональные технологические схемы обогащения коксующихся углей, обеспечивающие реконструкцию существующих обогатительных фабрик с увеличением выпуска концентрата до 70 % от всего объема товарной продукции.

4. Изучить возможности наиболее полной переработки породных отвалов угольных шахт с извлечением содержащегося в них угля.

5. На основе анализа имеющихся технологий разработать рациональную организационную схему переработки шламовых отходов углеобогащения шахт ОАО "Воркутауголь".

6. Выполнить комплексную оценку и обосновать перспективные схемы добычи и использования метана угольных месторождений Севера.

7. Провести эколого-экономическую оценку комплексного использования природных и вторичных ресурсов угольных месторождений Севера.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод, включающий аналитические, натурные и лабораторные исследования, а также анализ и обобщение работ предшественников.

Защищаемые научные положения.

1. Объемы получаемых отходов производства ОАО "Воркута-уголь" при существующих технологиях добычи и переработки горной массы достоверно прогнозируются регрессионными уравнениями, описывающими взаимосвязь между количеством отходов, объемами добычи горной массы, числом действующих очистных забоев и протяженностью проводимых выработок.

2. Использование новых технологий обогащений угля, дообо-гащения породных отвалов и утилизации отходов шахт Воркутского геолого-промышленного района в условиях увеличения добычи угля до 17-19 млн.т в год обеспечивает планомерное снижение накопившихся отходов производства на 4,5-5,0 млн.т в год.

3. Экологическая безопасность угледобывающих регионов Севера России и конкурентоспособность добываемого угля обеспечивается привлечением инновационного потенциала Северо-Запада РФ (и в первую очередь Санкт-Петербурга) для создания и реализации программы широкого использования шахтного метана в электротеплоэнергетических установках и для получения дешевого моторного топлива, а также сырья для химической промышленности.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов исследований, большим объемом статистических данных, характеризующих работу добывающих и перерабатывающих предприятий ОАО "Ворку-тауголь", а также адекватностью полученных зависимостей по критериям математической статистики.

Научная новизна работы. Установлена количественная зависимость между объемами получаемых отходов и основными параметрами шахт, на основе которой разработаны инновационные решения по комплексному использованию природных ресурсов, обеспечивающие экологическую безопасность и конкурентоспособность добываемого в Печорском бассейне угля.

Практическая значимость. Заключается в корректировке программы реструктуризации ОАО "Воркутауголь", учитывающей состояние экономики страны; в разработке технологий комплексной переработки каменноугольных шламов, дообогащения породных отвалов; в выделении приоритетных направлений по привлечению инновационного потенциала Северо-Запада РФ с целью утилизации метана для получения тепловой и электрической энергии, моторного топлива и сырья для химической промышленности.

Личный вклад автора диссертационной работы. Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке цели и задач, в разработке методики исследований, в разработке стратегии повышения экологической безопасности и широкого внедрения ресурсосберегающих технологий, а также в обосновании радикальных путей повышения эффективности производства и в широком внедрении практических разработок на предприятиях ОАО "Воркутауголь".

Апробация работы. Основные положения работы в целом и отдельные предложения, выработанные в процессе ее выполнения,

докладывались на Госсовете Республики Коми, в Правительстве Российской Федерации, обсуждались и получили одобрение на Международном симпозиуме в городе Сючжоу (КНР), Международной конференции "Город в Заполярье и окружающая среда (10-12.09.1997 г.) г.Нарьян-Мар, Международной деловой встрече "Угольная промышленность стран СНГ на пороге XXI века" (28-29.01.1998 года), Межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 2729 апреля 1998 г. (г. Воркута), заседаниях технико-экономического Совета ОАО "Воркутауголь", на заседаниях ученого Совета института "Печорниипроект", научных семинарах Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Реализация результатов работы. Выводы и рекомендации использованы в "Предложениях по корректировке программы реструктуризации угольной промышленности Воркутинского промышленного района на 1998-2000 годы" в проекте реконструкции углеобогатительных фабрик ОАО "Воркутауголь", в проектах комплексной переработки угольных шламов и дообогащения породных отвалов, а также при решении оперативных вопросов, связанных с утилизацией метана на шахтах бассейна, проектах модернизации шахт ОАО "Воркутауголь".

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано десять научных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 97 наименований.

В первой главе сделан анализ состояния угледобычи и окружающей среды, дана характеристика программы реструктуризации угольного производства ОАО "Воркутауголь", сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе исследованы факторы, определяющие объемы отходов угольного производства, методами математической статистики получены уравнения, описывающие взаимосвязь между различными показателями, оценена адекватность уравнений.

В третьей главе описаны новые технологии глубокого обогащения угля, дообогащения породных отвалов и утилизации отходов шахт, а также приведены исследования и рекомендации по использованию попутно извлекаемого газа - метана.

В четвертой главе дана экономическая оценка эффективности комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угля в условиях Севера, обоснованы условия привлечения инновационного потенциала для повышения конкурентоспособности добываемого угля и обеспечения экологической безопасности.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основное содержание защищаемых научных положений заключается в следующем.

1. Объемы получаемых отходов производства ОАО "Ворку-тауголь" при существующих технологиях добычи и переработки горной массы достоверно прогнозируются регрессионными уравнениями, описывающими взаимосвязь между количеством отходов и объемами добычи горной массы, числом действующих очистных забоев и протяженностью проводимых выработок.

Программой реструктуризации угольной промышленности города Воркуты предусматривается повышение уровня концентрации горных работ на перспективных шахтах, то есть сокращение числа действующих очистных забоев с 23 в 1996 году до 16 в 2000 году при одновременном увеличении среднесуточной нагрузки соответственно с 1250 т/сутки до 2165 т/сутки. Общий объем годовой добычи при этом увеличится с 11775 тысяч тонн в 1996 году до 13527 тысяч тонн в 2000 году. Планируется также увеличение глубины обогащения. В то же время программа практически не рассматривает вопросы техногенного воздействия горного производства на природную среду.

На рис. 1 показана динамика роста производства горной массы, товарной продукции и твердых отходов производства.

При отсутствии мероприятий по утилизации отходов, их прирост за период с 1996 по 2000 год составит 17833 тысячи тонн. Кумулятивный график прироста отходов и динамика производства товарной продукции представлены на рис.2, производство отходов на тонну товарной продукции - на рис.3. Резкое возрастание отходов на тонну товарной продукции в 2000 году связано с завершением реконструкции ЦОФ "Печорская" (планируемый период реконструкции 1998-99 годы) и с соответствующим увеличением глубины обогащения угля.

1996 1997 1998 1999 2000

Рис. I. Динамика роста производства горной массы, товарной продукции и твердых отходов производства

18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000

1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г.

Рис.2. Кумулятивный график прироста отходов и динамика производства товарной продукции

Как видно из рисунков, актуальность проблемы утилизации отходов угледобывающих и перерабатывающих предприятий будет возрастать с каждым годом. В настоящее время в породных отвалах шахт ОАО "Воркутауголь" скопилось более 20 миллионов тонн породы, в шламоотстойниках и шламонакопителях - более 3569 тысяч кубометров шламов. Ежегодный прирост более 3,3 миллионов тонн твердых

0,46 '

0,44-'

0,42-'

0,4'

0,38'

0,36-'

0,34-11996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 Г. 2000 г.

Рис.3. Производство отходов на тонну товарной продукции, т

отходов и выброс в атмосферу порядка 410 миллионов кубометров метана приведет к резкому усложнению экологической ситуации в регионе.

На рис. 4 схематично показаны основные технологические процессы, обеспечивающие производство товарного угля, производимые при выполнении данных процессов отходы.

Производство товарного угля

Рис.4. Основные процессы производства товарного угля и получаемые отходы

Наиболее разработанными в настоящее время являются технологии утилизации шахтного метана и влажных каменноугольных шла-мов, наименее разработанными - технологии утилизации извлекаемой из шахт породы. Вместе с тем, утилизируется лишь около 15 % шахт-

ного метана. Для утилизации шламов завершается строительство брикетной фабрики.

Для оценки степени влияния интенсификации горного производства на окружающую среду был проведен пассивный эксперимент. С 1988 по 1997 годы поквартально по ОАО "Воркутауголь" фиксировались значения технико-экономических показателей работы шахт, а также объемы производимых отходов производства. Принятая методика эксперимента позволила отразить в исследованном факторном пространстве практически все показатели, охватывающие перспективные запасы шахт ОАО "Воркутауголь". Исследования выполнены с применением регрессионного анализа, дающего возможность не только оценить значимость предикторов, входящих в регрессионные уравнения, но и по полученным уравнениям при поступлении только "входных" данных о показателях работы ОАО "Воркутауголь" с наибольшей точностью прогнозировать значения "выходов", то есть количество твердых и газообразных отходов производства.

Указанным методом получены функциональные зависимости объема производимых шламов, извлекаемой на поверхность породы, количества извлекаемого метана от объема добываемой горной массы, количества действующих очистных забоев, а также протяженности проводимых эксплуатационных выработок.

Полученные зависимости имеют вид:

<2ШЛ = 0,241 <}г м. + 0,495Ч,з. + 0,272Ь (1)

дпор=-1,40г.м. + 1Л7^.з. + 1,19Ь (2)

дсн4=0,46брг м. + 0,602Мо.3. - 0,071 (3)

где Ошл~ годовой объем получаемых шламов, тыс. тонн; (Зпор - годовой объем извлекаемой породы, тыс. тонн; Осн4 - годовой объем выдаваемого метана, млн. м3; С?г м — годовой объем добываемой горной массы, тонн; N03 - количество действующих очистных забоев; Ь - протяженность проводимых выработок, м.

Адекватность каждой модели оценивалась по критерию Фишера (Р-критерию), значимость предикторов, входящих в уравнение регрессии - по критерию Стьюдента (^критерию). Все приведенные зависимости являются адекватными по критерию Фишера. Коэффициенты

11

корреляции для полной регрессии для всех моделей превышают 0,9, что также свидетельствует о высокой достоверности результатов моделирования. Значимость предикторов, входящих в регрессионные уравнения варьируется в зависимости от вида уравнения.

Таким образом, полученные уравнения можно использовать для прогнозирования количества отходов горного производства при существующих технологиях добычи и переработки угля в ОАО "Вор-кутауголь".

2. Использование новых технологий обогащений угля, дообо-гащения породных отвалов и утилизации отходов шахт Воркут-ского геолого-промышленного района в условиях увеличения добычи угля до 17-19 млн.т в год обеспечивает планомерное снижение накопившихся отходов производства на 4,5-5,0 млн.т в год.

Для достижения необходимого финансово-экономического состояния шахт, повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции и обеспечения экологической безопасности важное значение приобретает улучшение качества товарного угля. В настоящее время в ОАО "Воркутауголь" обогащение добываемого угля осуществляется на двух индивидуальных обогатительных фабриках шахт "Воркутинской" и "Северной", двух углеобогатительных установках шахт "Комсомольской" и "Аяч-Яга", а также на центральной обогатительной фабрике -ЦОФ "Печорской". Глубина обогащения на индивидуальных фабриках и установках +6 мм, на ЦОФ "Печорской" - до 0 мм. Ввод последней в эксплуатацию позволил закрыть три малоэффективные индивидуальные обогатительные фабрики при шахтах "Юр-Шор", "Заполярная" и "Октябрьская", направив уголь с этих шахт после углеподготовки для обогащения на ЦОФ, и снизить за счет этого выпуск высокозольных отсевов на 1,2 млн.т в год с получением дополнительно высококачественного концентрата для коксования.

Производственные мощности ЦОФ "Печорской" позволяют перерабатывать до 6,9 млн.т угля в год, но в настоящее время по ряду объективных и субъективных причин освоение этих мощностей осуществляется недостаточными темпами. В соответствии с генеральной концепцией развития системы обогащения ОАО "Воркутауголь" предложена программа реконструкции ЦОФ.

Комплексное решение технического перевооружения системы углеобогащения ОАО "Воркутауголь" позволит замкнуть работу всех

обогатительных фабрик и установок в единый цикл, предотвратить остановку ЦОФ "Печорской", обеспечить устойчивую работу фабрики, достигнуть в кратчайшие сроки вывода ее на проектную мощность, снизить себестоимость работ по обогащению на 20-25 %, снизить экологическую напряженность в Воркутском геолого-промышленном районе. Все это даст возможность уже к 2000 году осуществлять поставку потребителям около 70 % продукции в виде концентрата.

Не менее важное значение имеют вопросы утилизации твердых отходов. Для угледобывающих предприятий на месторождениях Заполярья характерно наличие значительных объемов породных отвалов. По состоянию на 01.01.98 г. их объем превысил 20000 тыс.м3, занимаемая площадь превысила 70 га. Наряду с породой, в отвалах содержится также ряд полезных компонентов, а, порой,также достаточные для повторной добычи объемы угля (табл.1).

Таблица I

Состояние породного хозяйства на действующих шахтах ОАО "Воркутауголь"

Шахта Дата ввода в эксплуатацию отвала Объем, тыс.м3 Занимаемая площадь, тыс.м2 Содержание золы, %

"Северная" 1982 5000 17,6 86,1

"Воркутинская" 1970 4800 12,2 83,6

"Октябрьская" 1960 2100 12,2 72,0

"Заполярная" 1975 2200 11,3 82,6

"Юр-Шор" 1979 1100 4,8 82,2

"Центральная" 1971 1340 8,9 79,9

Наиболее благоприятным для повторного извлечения угля из отвалов является отвал шахты "Октябрьской". Содержание органической массы в этом отвале составляет 27 %.

Установлено, что физико-механические особенности вмещающих пород позволяют применить метод обогащения механическим способом (грохочением) с получением угля класса +22-100 мм и с зольностью не превышающей 32-35 % (рис.5). Использование этого

способа позволяет получить каменный уголь без создания энергоемкого производства, сложной водно-шламовой схемы.

Предварительная классификация -100 на колосниках +100

I -1

-22 классификация (ГИЛ-52) + 22 транспорт в отвал

транспорт в отвал транспорт на УОФ

обогащение в ОМ

породный отвал концентрат

Рис. 5. Технологическая схема цепи обогащения породных отвалов

Дообогащение негорящих породных отвалов Воркутского геолого-промышленного района позволит без увеличения добычных мощностей поставлять потребителю дополнительно до 50 тыс.т угля в год, вовлечь в производство строительных материалов, строительство автодорог и площадок (исходя из потребности г.Воркуты) до 45005000 тыс.т породы. Это позволит остановить в период до 2000 года прирост величины запасов вторичных ресурсов и обеспечивать их планомерное снижение.

Утилизацию другого вида твердых отходов - влажных каменноугольных шламов планируется производить способом брикетирования. В настоящее время на промплощадке шахты "Северной" при финансовом и техническом участии ОАО "Воркутауголь" в городе Воркуте заканчивается строительство первой очереди опытно-промышленной брикетной установки производительностью 72 тыс.т брикетов в год. Но со строительством и вводом в эксплуатацию этой установки проблема переработки влажных шламов полностью не решается. Сложность и высокая стоимость (табл.2) доставки влажных шламов из шламонако-

пителей, находящихся на значительном удалении от стационарной брикетной установки, вне зависимости от сезонных условий, требует комплексного подхода к решению этой задачи.

Таблица 2

Стоимость 1 т отгруженного шлама с шахт ОАО "Воркутауголь"

№ п/п Наименование шахты Расстояние доставки, км Стоимость с затратами на содержание пункта погрузки, руб. Всего: с учетом НДС, руб.

1 "Центральная" 5,0 53658,0 64390,0

2 "Северная" 5,0 53658,0 64390,0

3 "Воркутинская" 20,0 82295,0 98754,0

4 "Комсомольская" 20,0 82295,0 98754,0

5 "Заполярная" 26,0 96300,0 127116,0

Результаты проведенных исследований позволили разработать для брикетирования влажных каменноугольных шламов модульную установку принципиально нового типа, предусматривающую использование нетрадиционных организационно-технологических форм. Работа установки планируется в двух режимах: автономном - в непосредственной близости от наружного шламонакопителя, и стационарном -при действующей обогатительной фабрике. Такой принцип работы является наиболее эффективным, так как в переработку вовлекаются шламы из шламонакопителей, удаленных от стационарной брикетной установки, на шахтах, заканчивающих отработку своих запасов. В стационарном режиме на установке должны выпускаться брикеты из товарного продукта шахт - отсева класса 0-3(6) мм. В конструкции предлагаемой мобильной модульной брикетной установки предусмотрены узлы подготовки шихты и послеформовочной обработки брикетов.

Использование передвижных блоков прессового и смесительного отделений, а также сборных блоков послеформовочной обработки и упаковки позволяет сократить сроки монтажа и наладки установки до 5-7 дней, исключить затраты на погрузочно-разгрузочные работы и пе-

ревозку шлама. Все это позволит снизить себестоимость производства 1 т брикетов до иБ $ 20-21.

3. Экологическая безопасность угледобывающих регионов Севера России и конкурентоспособность добываемого угля обеспечивается привлечением инновационного потенциала Северо-Запада РФ (и в первую очередь Санкт-Петербурга) для создания и реализации программы широкого использования шахтного метана в элек-тро-теплоэнергетических установках и для получения дешевого моторного топлива.

Дегазация на шахтах Воркуты проводится с 1956 г. Использование метана было начато в 1975 г. В настоящее время каптируемый метан сжигается в следующих промышленных установках: в 4 котельных и 14 паровых котлах; в установке по сушке угля на углеобогатительной фабрике; в автономном газовом воздухонагревателе для подогрева воздуха, поступающего в шахту. Объем получаемой тепловой энергии составляет 650-680 тыс.Гкал/год.

Исследованиями установлено, что имеются условия для значительного увеличения объемов утилизации метана, так как при общем объеме его извлечения в 182 млн.м3 было утилизировано в 1995 г. всего лишь 28,5 млн.м3, что составляет 16%. При расширении объемов добычи метана за счет реконструкции дегазационных систем, использования как подземной, так и поверхностной дегазации метан предлагается использовать не только для получения тепловой энергии, но и электрической энергии, получения моторного топлива для автомобилей и химической переработки метана.

Увеличение объемов утилизации метана дает двойную выгоду, так как,помимо прямой пользы от получения дешевой тепловой и электрической энергии, значительно сокращается количество выбросов метана в атмосферу, где он является вредным веществом, существенно осложняющим экологическую обстановку.

Тепловая энергия может производиться в котельных, в установках по сушке угля на обогатительных фабриках и в автономных газовых воздухонагревателях. Электрическая энергия будет вырабатываться установками мощностью 500-1000 кВт. Моторное топливо для автомобилей должно производится на установке, повышающей концентрацию метана в метано-воздушной смеси с 30-40 % до 95-98 %.

В течение примерно 4 лет возможно увеличить добычу метана при помощи подземной предварительной дегазации до 505 млн.м3/год.

Валовая прибыль от реализации продукции при достижении максимальных объемов добычи может составлять 135 млрд.руб./год в ценах 1996 года.

В дополнение к традиционному способу утилизации метана, основанному на применении различных схем дегазации, сейчас появились новые возможности использования вентиляционных газов, в которых концентрация метана не превышает 3 %. Утилизация таких газов может осуществляться путем каталитического окисления до углекислоты и воды. На конверсионных заводах Западной Сибири организовано производство основных узлов теплоагрегатов для непрерывного производства горячей воды со стандартными теплофикационными параметрами (70 °С на входе и 115 °С на выходе) для бойлерной и бытовых нужд шахт. Разработан рабочий проект каталитического теплоагрегата с привязкой к площадке вентиляционного ствола № 7 шахты им. Кирова (г.Ленинск-Кузнецкий).

В основе каталитического теплоагрегата заложен так называемый реверс-процесс, представляющий собой новый способ осуществления каталитических процессов в нестационарном режиме. До настоящего времени утилизации подвергались метановоздушные смеси с содержанием метана более 25-30 %. Реверс-процесс дает возможность использовать газовые смеси с более низкой концентрацией. В частности, реверс-процесс может быть использован для утилизации метана из исходящей струи угольных шахт. Разработаны три типоразмера установки: производительностью 20;54 и 370 тыс.м3 в час. Первый типоразмер позволяет утилизировать метано-воздушную смесь с концентрацией метана 0,5-2,5 %. У двух других, более мощных типоразмеров, нижний предел концентрации превышает 0,75 % - предельное содержание метана в исходящей струе газовых шахт. Таким образом, существует принципиальная возможность применения теплоагрегата в Воркуте, прежде всего - для главных вентиляторных установок шахт "Комсомольской", "Аяч-Яга" и "Воркутинской", где концентрация метана составляет 0,4-0,65 %. Применение каталитических теплоагрегатов существенно расширит масштабы утилизации метана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой содержится новое решение актуальной научной задачи: обоснование инновационных решений комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угольных месторождений Севера.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате исследований, заключаются в следующем.

1. Обоснована необходимость корректировки программы социально-экономического развития и реструктуризации производства Печорского бассейна на 1998-2000 гг. Установлены основные условия решения проблем, связанных с поддержанием мощностей действующих шахт и выхода их на проектный уровень.

2. За время разработки Воркутского угольного месторождения скопилось более 20 млн.т породы, в шламоотстойниках и шламонако-пителях - более 3,5 млн.м3 шламов. Ежегодный прирост - более 3,3 млн.т твердых отходов и выброс в атмосферу 410 млн.м3 метана приведет к резкому осложнению экологической ситуации в регионе. Это положение обусловливает разработку принципиально новой концепции развития угольной промышленности, основанной на комплексном экологически безопасном подходе к освоению ресурсов Севера.

3. Обоснование комплекса инновационных решений, обеспечивающих экологическую безопасность и конкурентоспособность коксующихся углей, должно основываться на многофакторном анализе, учитывающем взаимосвязь между количеством отходов, загрязняющих окружающую среду, и показателями, наиболее полно характеризующими основные процессы угольного производства.

4. Комплексное решение технического перевооружения системы углеобогащения ОАО "Воркутауголь" позволит освоить проектную мощность ЦОФ, предотвратить ее остановку в ближайшие 1,5-2 года из-за заполнения хвостохранилища, снизить стоимость обогащения на 8-10%. Средневзвешенная зольность товарной продукции к 2000 г. снизится с 17 до 14,2 %, что позволит поставлять потребителям 70% товарной продукции в виде концентрата по цене 42 $ США вместо 38 $ в настоящее время.

5. Дообогащение негорящих породных отвалов Воркутского геолого-промышленного района позволит без увеличения добычных мощностей поставлять потребителю дополнительно до 50 тыс.т угля в год, вовлечь в производство строительных материалов, строительство автодорог и площадок (исходя из потребности г.Воркуты) до 4500-5000 тыс.т породы, что позволит остановить в период до 2000 года прирост объемов отходов и обеспечить их планомерное снижение.

6. Комплексный подход к решению проблемы переработки влажных каменноугольных шламов методом брикетирования с использованием стационарных и мобильных установок обеспечивает более полное использование природных ресурсов, снижает себестоимость товарной продукции шахт и экологическую напряженность в городе Воркуте, повышает конкурентоспособность предприятий ОАО "Ворку-тауголь".

7. Использование современных технологий утилизации отходов производства при соответствующем расширении масштабов их применения позволит окупить затраты на внедрение и получать прибыль от реализации продуктов переработки.

8. Оценка запасов метана (30 млрд.м3) действующих шахт Воркуты свидетельствует о том, что они могут обеспечить получение тепловой энергии до 840 тыс.Гкал/год, электроэнергии мощностью до 200 МВт, моторного топлива до 120 млн.л/год в течение 50-60 лет. Цена реализуемой продукции для условий ОАО "Воркутауголь" при этом будет составлять 50-70 % от стоимости продукции, произведенной конкурентами. Валовая прибыль от реализации продукции при достижении максимальных объемов добычи сможет составить 135 млрд.руб. в год (в ценах 1996 года).

9. Перспективными в условиях Воркутского месторождения являются каталитические теплоагрегаты, позволяющие утилизировать метан, содержащийся в исходящей струе вентиляционных систем угольных шахт с его концентрацией от 0,5 до 1,0 %.

10. С учетом того, что разработка принципов комплексного использования природных ресурсов при подземной разработке угольных месторождений производилась на основе изучения типичных условий Севера, их применение не ограничивается заполярной частью Печорского бассейна и может быть рекомендовано для всех угледобывающих

регионов с аналогичными климатическими, горно-геологическими и

горнотехническими особенностями.

Основные положения и научные результаты опубликованны

автором в следующих работах:

1. Методика расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка и максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой (для условий Печорского угольного бассейна). - Воркута, 1988. - 28 с. (соавторы: Колесниченко Е.А., Ко-лесниченко И.Е., Цупко В.А.).

2. Метод утилизации влажных каменноугольных шламов // Материалы Второй международной конференции "Город в Заполярье и окружающая среда" (-Нарьян-Мар, сентябрь 1997). - Воркута, 1997. -5 е., (соавторы: Приходько Ю.Н., Нифонтов Ю.А., Киляков А.А.).

3. The method of wet coal slime utilization in Pechora Basin // The International Mining Tech'97 Symposium "Mining Equipment and Technology towards 21 Century. Review and Prospect". - Shanghai, 1997. -pp.829-830., (& Nifontov Y.A., Prikhodko Y.N., Kiliakov A.A.).

4. Efficiency analysis of coal bed mining technology at Vorkutskoye deposit // The International Mining Tech'97 Symposium "Mining Equipment and Technology towards 21 Century. Review and Prospect". -Shanghai, 1997. - pp. 813-815., (& Korshunov G.I., Kazanin O.I.).

5. Комплексный подход к вопросу переработки влажных каменноугольных шламов методом брикетирования в условиях Заполярья // Уголь, N 3,1998, 4 с. (соавтор: Нифонтов Ю.А.)

6. Техническое перевооружение углеобогатительных предприятий ОАО "Воркутауголь" и конкурентоспособность товарной продукции // Народное хозяйство Республики Коми/ Труды межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 27-29 апреля 1998, Сыктывкар-Воркута-Ухта, т.7, № 1, - с.72-75, (соавторы: Гу-зенко А.И., Приходько Ю.Н., Нифонтов Ю.А.).

7. К вопросу о методах переработки влажных каменноугольных шламов месторождений Печорского бассейна // Народное хозяйство Республики Коми/ Труды межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 27-29 апреля 1998, Сыктывкар-Воркута-Ухта, т.7, № 1, - с.215-217, (соавторы: Приходько Ю.Н., Нифонтов Ю.А.).

8. О социально-экономическом кризисе в Печорском угольном бассейне // Народное хозяйство Республики Коми/ Труды межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 2729 апреля 1998, Сыктывкар-Воркута-Ухта, (т.7, № 1), - с.7-12.

9. Перспективы использования каталитических теплоагрегатов, работающих на метано-воздушных вентвыбросах угольных шахт // Народное хозяйство Республики Коми / Труды межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 27-29 апреля 1998, Сыктывкар-Воркута-Ухта, т.7, № 1, - с. 113-114.

10 Перспективы утилизации метана в Печорском угольном бассейне //

. Народное хозяйство Республики Коми / Труды межвузовской научно-практической конференции ВГИ СПГГИ (ТУ), 27-29 апреля 1998 г, Сыктывкар-Воркута-Ухта, т.7, № 1, - с. 196-198. (соавторы: Ганшевский С.П., Коршунов Г.И.).

РИЦ СПГГИ. 07.05.98. з.)85. т.ЮО экз. 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2