автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологических решений по размещению и сжиганию отходов в подземном пространстве закрываемых шахт

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Анализ ТЭО на закрытие шахт.

1.2. Анализ современных способов утилизации и обезвреживания твердых отходов.

1.3. Анализ мирового опыта размещения отходов в выработанных пространствах горных предприятий.

1.4. Задачи и методы исследования.

Выводы.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОГНОЗ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ВЫБРАННОГО ОБЪЕКТА

2.1. Сущность варианта размещения и обезвреживания отходов в подземном пространстве закрываемых шахт Подмосковного бассейна. Выбор объекта исследования.

2.2. Методика исследования.

2.3. Оценка геомеханического состояния горных выработок шахты «Смирновская», предназначенных для размещения отходов, и разработка рекомендаций по их длительному использованию

2.4. Исследования гидрогеологических процессов с учетом сдвижения горных пород для условий поля шахты «Смирновская».

Выводы.

3 РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗМЕЩЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРИ ИХ СОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ С УГЛЕМ В ПОДЗЕМНОМ

ПРОСТРАНСТВЕ ШАХТЫ «СМИРНОВСКАЯ»

3.1. Сущность вариантов размещения и сжигания ТБО совместно с углем в подземном пространстве.

3.2. Исходные данные и основные принципы технологии сжигания

3.4. Разработка схем переоборудования транспорта и вентиляции шахты «Смирновская» при размещении и сжигании отходов в горных выработках.

3.5. Разработка теплотехничского комплекса на поверхности и схем утилизации тепла для условий шахты «Смирновская».

Выводы.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ РАЗМЕЩЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ТБО В ПОДЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ.

4.1. Исходные данные для ТЭО инвестиций в проект использования подземного пространства

4.2. Экономическая оценка использования подземного пространства шахт для размещения и сжигания отходов по сравнению с базовыми вариантами.

4.3. Перспективы расширения возможностей использования подземного пространства закрываемых шахт.

Выводы.

Актуальность работы. Закрытие неперспективных и особо убыточных шахт в ходе реструктуризации угольной промышленности России осуществляется без тщательной проработки возможного использования подземного пространства ликвидируемых предприятий.

Опыт Германии по размещению в выработанном пространстве действующих шахт отходов углеобогащения, продуктов термической переработки твердых бытовых отходов (ТБО), а также использование ряда закрытых горных предприятий для размещения ТБО и проводимые в МГГУ работы в этом направлении показали перспективность предложенных технологий. Для ряда закрываемых шахт России разработана технология использования подземного пространства для размещения продуктов сжигания ТБО, главным недостатком которой является относительная сложность и высокая стоимость мусоросжигательных установок, размещаемых на поверхности шахты.

Опыт подземного сжигания угля, проводившегося учеными МГГУ, подтверждает возможность размещения в подземном пространстве затаренных отходов, которые затем подлежат совместному сжиганию с углем непосредственно в горных выработках.

В связи с изложенным обоснование и разработка технологических решений по размещению и термическому обезвреживанию ТБО в подземном пространстве закрываемых угольных шахт является актуальной научной задачей.

Целью диссертации является обоснование и разработка технологических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения в нем твердых бытовых отходов и последующего сжигания с углем, обеспечивающих наиболее эффективное использование основных фондов шахты после ее ликвидации.

Идея работы заключается в перепрофилизации закрываемой угольной шахты непосредственно в подземном пространстве в коммунально-бытовое предприятие по захоронению отходов и термическом их обезвреживании.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: упрощение технологического комплекса поверхности закрываемой шахты, перепрофилируемой в коммунально-бытовое предприятие по размещению отходов, достигается разработкой варианта технологической схемы с размещением и термическим обезвреживанием отходов непосредственно в подземном пространстве; полученные зависимости показателей процесса подземного сжигания смеси ТБО и угля от технологических параметров подземного пространства позволяют обеспечить режимы горения, при которых при сжигании 30-100 т ТБО в сутки совместно с углем производится от 7 до 23 Гкал/ч тепловой энергии, подлежащей утилизации;

- параметры технологической схемы обезвреживания ТБО в подземном пространстве закрываемой шахты определяются устойчивостью дополнительных полостей в целиках, длительностью процесса восстановления уровневого режима в водоносных горизонтах и совместног-о ^ режимами процесса ; ^горения отходов и угля.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждаются:

- совпадением расчетных и фактических значений показателей длительной

I. устойчивости и ожидаемых водопритоков (расхождение 15%);

- использованием современных расчетных методов обоснования комплекса технологических решений по реализации рассматриваемого варианта.

Научное значение работы состоит в получении зависимости показателей процесса совместного сжигания ТБО и угля от технологических параметров подземного пространства шахты и создаваемых в ней полостей.

Практическая ценность работы заключается в разработке технологических решений по размещению в подземном пространстве закрываемой угольной шахты затаренных ТБО и последующем их термическом обезвреживании при совместном сжигании ТБО и угля, обеспечивающих эффективную перепрофилизацию шахты в коммунально-бытовое предприятие при наиболее полном использовании основных фондов ликвидируемого предприятия.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные в диссертации технологические решения по совместному сжиганию размещенных в подземном пространстве закрываемой шахты ТБО и угля переданы для реализации в ПНИУИ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях "Неделя горняка", на научно-технических совещаниях в ГУРШ и АГН РФ (1996-2000 г.г.)

Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 2 статьи и получено 1 авторское свидетельство.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит 164 страницы машинописного текста, 13 рис., 25 таблиц, список литературы из наименований.

ВЫВОДЫ

1. Принципиальная экономическая оценка рассматриваемого в работе варианта размещения и сжигания ТБО в подземном пространстве ликвидируемых шахт по сравнению с размещением ТБО на полигонах показывает, что при учете экологического ущерба использование подземного пространства дает существенный экономический эффект.

2. Чистая экономическая прибыль при подземном сжигании ТБО, частичном погашении ленточных целиков и сжигании междукамерных целиков составляет для условий шахты «Смирновская» свыше 500 тыс.руб в год (в ценах 1 кв. 1998 г.).

3. Народнохозяйственный эколого-экономический эффект от подземного сжигания ТБО и международных целиков по сравнению с размещением ТБО на полигонах составляет 4,7 млн. руб в год.

4. Перспективным является размещение в подземном пространстве закрываемых угольных шахт промышленных отходов 3 и 4 классов токсичности, имеющихся в достаточном количестве в радиусе до 35 км от шахты «Смирновская». *

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в шторой обоснованы и разработаны технологические решения по размещению и термическому обезвреживанию твердых бытовых отходов в тодземном пространстве закрываемых угольных шахт, что имеет важное шачение для отрасли в плане более полного использования основных фондов и улучшения экологической обстановки.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Доказана технологическая возможность и экономическая эффективность использования подземного пространства закрываемых угольных шахт Подмосковного бассейна для размещения затаренных ТБО в выработках и дополнительных полостях типа камер в ленточных целиках и совместного сжигания ТБО и междукамерных целиков.

2. Разработаны методические основы оценки пригодности подземного пространства закрываемой шахты для размещения и последующего термического обезвреживания отходов, включающие анализ геомеханической ситуации, гидрогеологической обстановки, схем транспорта и вентиляции. Данная методика предварительной оценки возможности перепрофилирования закрываемой шахты в коммунально-бытовое предприятие может быть широко использована в отрасли плане.

3. Получены зависимости изменения предельного "пролета камеры и размеров междукамерных целиков от мощности оставляемой -подкровельной пачки угля, мощности слоя глины в кровле пласта и прочностных свойств пород.

4. Установлена возможность термического обезвреживания ТБО в шахте и сжигания угля без загрязнения питьевого водоносного горизонта для условий шахты «Смирновская».

5. Обоснованы и, на основании материального и теплового баланса процесса горения смеси ТБО и угля, предложены параметры технологической схемы совместного сжигания ТБО и бурого угля в подземном пространстве шахты и компоновочные решения ■ теплотехнического комплекса на, поверхности, обеспечивающие утилизацию от 30 до 100 т ТБО в сутки и получение тепловой энергии мощностью от 6,75 до 23,25 Гкал/ч.

6. Анализ результатов теплового баланса горения показал, что наиболее целесообразным является сжигание угля и ТБО с необходимой массовой скоростью в одном канале горения. Увеличение массовой скорости горения смеси приводит к росту выхода тепловой энергии.

7. Предложены технологические решения по доставке и разгрузке отходов до мест закладки, обеспечивающие выполнение транспортных операций в течение одной смены.

8. Экономическая оценка рассматриваемого варианта размещения ТБО в подземном пространстве закрываемой шахты по сравнению с захоронением отходов на полигонах показала, что от реализации предложенного варианта может быть получен значительный народнохозяйственный эффект.

1. Реструктуризация угольной промышленности (Теория. Опыт. Программы. Прогноз) под ред. Ю.Н.Малышева. - М., Компания «Росуголь», 1996.

2. Азимов Т.В., Афендиков B.C. Стратегия развития угольной промышленности в условиях экономической реформы. — «Уголь», 1994.

3. Гурен М.М., Зыков В.М. Ценообразование на угольную продукцию при переходе к рыночной экономике. СО РАН, Эко, 1996, №1.

4. Зайденварг В.Е., Яновский А.Б. Об углублении процессов реструктуризации угольной промышленности России. Уголь на конкурентном рынке. Конференция по угольной промышленности. Российская Академия Гос. Службы при Президенте РФ. М., 1995.

5. Основные направления реструктуризации угольной промышленности России. М., 1995.

6. ТЭО на ликвидацию угольных шахт. М., 1998.

7. Эталон ТЭО (проекта) ликвидации шахты (разреза). М., Центрогипрошахт, 1995, 95 с.

8. Малышев Ю.Н. О ходе реструктуризации угольной промышленности и практических мерах по усилению этой работы. Уголь, 1995, №8.

9. Ярошевский Д.А. ,Мельников Ю.Ф. , Корсаков И.Н. Санитарная техника городов. М., Стройиздат, 1990, 321 с.

10. Совершенствование сбора, удаления, обезвреживания и утилизации твёрдых бытовых отходов. Киев, УкрНИИНТИ, 1990.

11. ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности». *

12. Дюрр К. Скважины хранилища - концепция захоронения вредных для окружающей среды отходов. Глюкауф, 1992, №7, с. 37-39.

13. Мартене П.Н., Лаумерт Г. Поземное хранение отходов в ФРГ.-Глюкауф, 1993, №3-4, с. 42-48.

14. Kind H.-J. Die Untertage deponie Herfa-Neurode. "Gluckauf, 127, 1991, №19/21, S. 922-926.

15. Zweite allgemeine VerwaltungsVorschrift zum Abfallgesetz (TA-Abfall), Teil 1, 1991.

16. Кинд Х.И. Подземное хранилище Херфа Нойроде. - Глкжауф, 1992, №8, с. 57-60.

17. Keim U. Mögliche Umweltschutzdienstlestungen es Bergbans um Beispiel der Bergwerksdeponie Heilbronn. "Gluckauf', 127, 1991, №10/20, S. 911914.

18. Bundesminister für Umwelt. Naturschutz und Reaktor-sicherheit: Endlager Morsleben. Presse mitteilung vom 10. Juli 1992.

19. Brasser Th., Brewitz W. Aspekte der untertagigen Ablagerung von Abfallen. Berlin: Erich Schmidt, 1991.

20. Viehl E. Schacht Konrad-Ein geplantes^ Endlager für radioktive Abfalle. -"Erzmetaü", 41, 1988, №4, S.183-190.

21. Knissel W. Die Nutzung von Grubenraumen für den Umweltschutz. "Gluckauf1, 127, 1991, № 15-16, S. 692-698.

22. Neubauer W.H. Die Rolle des Bergbaus bei der Entsorgung von Sonderabfallen Das Bergwerk als Deponie. "Berg-und Huttenmannische Monatshefte", 134, 1989, №12, S. 377-391.

23. Pllate M. Verwertung und Ablagerung von Reststoffen und Abfüllen in den Bergwerken der Ruhrkohle AG. "Glluckauf, 127, 1991, №19-20, S. 911914.

24. Fritz W. Restoffe unter Tage: Vermeidungs-und Entsorgungsstrategien der Ruhrkohle AG. "Gluckauf', 128, 1992, №5, S. 34i-347.

25. Ярунин С.А. Перспективы рационального использования подземного пространства закрываемых шахт. "Уголь", 1999, №1.

26. Ярунин С.А., Закоршменный И.М., Максимов В.Ю. Потенциальные возможности многоцелевого использования подземного пространства угольных шахт. -МГГУ Горный информационно-аналитический бюллетень, 1998, №3.

27. Малкин A.C., Полунин В.Т., JIE НЕ ХУНТ. Проблема использования подземного пространства. Ресурсосбережение и экология горных предприятий, выпуск 1. М, МГГУ, 1994 г., 96 с.

28. Максимов В.Ю. Разработка технических решений по использованию подземного пространства закрываемых угольных шахт для размещения отходов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук М.,1998

29. Третьяков И.О. Зколого-экономическое обоснование направлений использования выработанного подземного пространства. Диссертация, на соискание, ученой, степени канд. экономических наук. -МГГУ, 1996г., 117 с.

30. Тарасов В.Ф. Эколого-экономическая оценка использования горных выработок для размещения твёрдых отходов, диссертация на соискание ученой степени канд. экономических наук. М., МГГУ, 1996 г., 127 с.

31. Ярунина И.С. Эколого-экономическая оценка технологии использования подземного пространства закрываемых шахт для размещения отходов. -Диссертация, на соискание ученой степени канд. экономических наук М., МГГУ, 1994 г.

32. Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник. М., Стройиздат, 1986, 245 с.

33. Рекомендации по определению норм накопления твердых бытовых отходов для городов РСФСР. М., ОНТИ АКХ, 1982.

34. Ржевский В.В. , Селиванов Г.И. Подземное сжигание углей (обзор). --М.,МГИ, 1989, 107 с.

35. Типовые решения для составления проекта подземного сжигания оставленных в недрах запасов с получением тепловой энергии для бытовых и производственных нужд. М., МГИ, 1988, с. 25-33.

36. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М., Углетехиздат, 1948.

37. Авершин С.Г. Роль русских ученых в изучении сдвижений и давления горных пород. Сб. XXII ВНИМИ, Исследования по вопросам горного и макшейдерского дела, Л., Углетехиздат, 1950, с. 41-58.

38. Панов А.Д., Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Горное давление в очищенных и подготовительных выработках. М., МГИ, 1956.

39. Кацауров И.Н. Механика горных пород. Вып.1. Физико-механические свойства горных пород. Учебное пособие. М., МГИ, 1966.

40. Поляк З.И. Сдвижение горных пород в Подмосковном угольном бассейне. М., Углетехиздат, 1947.

41. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М., Наука, 1964.

42. Иофис М.А. Научные основы управления деформационными и дегазационными процессами при разработке полезных ископаемых. М., ИПКОН АН СССР, 1984.

43. Кузнецов Г.Н. Определение полной несущей способности кровли подземных выработок. Сб. XXII ВНИМИ, Исследования по вопросам горного и маркшейдерского дела. Л., Углетехиздат, 1950, с. 231-259.

44. Разработка угольных месторождений короткими очистными забоями. А.П. Судоплатев, В.Ф. Парусимов, Л.Н. Гапанович и др. М., Госгортехиздат, 1962.

45. ВНИМИ. Сдвижение горных пород и земной поверхности в главнейших угольных бассейнах СССР. М., Углетехиздат, 1958.

46. Авершин С.Г. Горные работы под сооружениями и водоемами. М.,-Углетехиздат, 1954.

47. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М., Недра, 1981.

48. Технология строительства подземных сооружений, Насонов И.Д., Ресин В.И., Щуплик М.Н., Федюкин В.А. М., изд. АГН, 1998.

49. Равич М.В. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. М., Наука, 1964. 366с.

50. Теплотехнический справочник /Под ред. В.Н. Юрепена и П.Д. Лебедева. T.1-M: Энергия,1975. 744с.

51. Галкин В.Н:, Абрамкин Н.И. Виброобезвоживатель. Авт.свид. №2027530, Б.И., 1995, №3.

52. Янченко Г.А. Материальный баланс процесса подземной газификации угля: Учебное пособие. М., МГИ, 1987, 57с.

53. Янченко Г.А. Тепловой баланс процесса подземной газификации угля: Учебное пособие. М., МГИ, 1987, 42с.

54. Селиванов Г.И., Янченко Г.А. Тепломеханическая оценка процесса подземного сжигания мощных крутопадающих угольных пластов: Методические разработки. М., МГИ, 1987, 78с.

55. Агроскин A.A. Физические свойства углей. М., Металлургиздат, 1961.

56. Ваеюков Ю.Ф., Селиванов Г.И., Янко C.B. Технология использования энергии подземного сжигания угольных пластов. «Уголь Украины», 1989, №12, с. 5-8,

57. Васюков Ю.Ф., Ржевский В.В., Янко C.B. Промышленные испытания технологии подземного сжигания угольного пласта в Донецком бассейне. В сб. «Получение различных видов энергии при подземном сжигании угля по технологии «Углегаз». -М., МГИ, 1988, с. 25-33.

58. Типовые решения для составления проекта подземного сжигания-оставленных в недрах запасов с получением тепловой энергии для бытовых и производственных нужд. -М., МГИ, 1988, с.'25-33.164

59. Берман Д.В., Захаров П.Г. и др. Анализ работы подземного теплогенератора на экспериментальном участке «Киреевский» Подмосковного бассейна. В сб. «Технология комплексного извлечения угля, газа, энергии, воды, породы». М., МГИ, 1988, с. 100102.

60. Основные положения по составу затрат, включаемых в себестоимость продукции (работ, услуг) на предприятиях СССР. . Утверждена Госкомэкономики в 1991 году.