Малоотходная технология добычи – комплекс технологических процессов горного производства, обеспечивающих максимальное и комплексное извлечение минерального сырья и попутных ресурсов, сокращающих вредные выбросы и сводящих к минимуму негативное воздействие на окружающую среду. Малоотходная технология использования – система технических, технологических, экономических, организационных средств, направленная на максимально возможное использование минерального сырья. Она предусматривает комплексную переработку полезных ископаемых и утилизацию отходов с целью производства дополнительной продукции отраслевого и межотраслевого характера. В зависимости от количественного соотношения добытой массы полезных ископаемых, обогащенных компонентов, объемов утилизации отходов горных предприятий определяется степень малоотходности как количественная мера использования добытого минерального сырья. Малоотходный технологический процесс – технологический процесс по переработке горной массы, обеспечивающий экономическую эффективность и минимально возможное количество отходов. На современном этапе к числу задач, требующих неотложного решения, относится создание технологии, обеспечивающей снижение отрицательного влияния на экономику угольной промышленности и экологическую обстановку породы, добываемой попутно с углем. Преимущества оставления породы в шахте и расширения объемов закладки выработанного пространства неоспоримы. Закладка позволяет надежно управлять горным давлением в очистных забоях, снижает затраты на поддержание выемочных и групповых выработок, уменьшает опасность возникновения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа, улучшает условия проветривания и температурного режима в очистных и подготовительных забоях, что особенно важно для глубоких шахт Карагандинского бассейна. И тем не менее, объемы породы, оставляемой в шахтах ведущих угольных бассейнов стран СНГ, сохраняются на очень низком уровне (табл. 1)

ТАБЛИЦА 1

Динамика объемов породы, оставляемых в шахтах

ведущих бассейнов стран СНГ

Незначительные объемы оставляемых в шахтах пород обусловливаются следующими основными причинами:

- неудовлетворительным состояние горных выработок и отсутствием эффективных средств транспортирования породы в пределах шахтного поля до 3-5 км;

- отсутствием достаточных мощностей компрессорного хозяйства, способного подавать для целей пневмотранспорта породы по трубопроводам 300-350 м³/мин сжатый воздух под давлением до 0,5 МПа для обеспечения одновременной работы не менее двух пневмозакладочных машин;

- отсутствием на большинстве шахт дробильно-закладочных установок;

- длительными сроками выполнения строительно-монтажных работ закладочных комплексов на поверхности и в шихте;

- отсутствием специального завода-изготовителя серийного и опытного оборудования для закладочных работ.3

- отсутствием на шахтах инфраструктуры закладочных работ с организацией породного хозяйства по двум независимым технологическим системам: в шахте – для породы, получаемой при производстве горных работ (без выдачи на поверхность), и на поверхности – для подготовки отходов обогащения и спуска их в выработанное пространство шахт;

- отсутствием очистных комплексов, предназначенных для работ с закладкой;

- недостаточными объемами НИОКР по созданию и внедрению технологий и оборудования для закладки и оставления породы в шахте.

Безусловно, для полного решения задачи перевода шахт Карагандинского бассейна на технологию с закладкой выработанного пространства потребуются значительные капитальные затраты. По существу, заново придется создавать "инфраструктуру закладочных работ" с двумя независимыми технологическими системами в шахте и на поверхности. Решение вопроса работы угольных предприятий с полностью сбалансированным породным хозяйством может быть осуществлено поэтапно. При этом первоочередным должен стать переход на технологию добычи угля с прекращением выдачи породы из шахты.

Важным экономическим стимулом для коллективов шахт, работающих без выдачи породы на поверхность, может стать введение платежей за "экологию". Каждая тонна породы, выдаваемая из шахты в отвалы, должна облагаться "экологическим" налогом.

Особенно большие задачи стоят перед машиностроителями, которые на имеющихся площадях должны обеспечить выпуск машин, оборудования и механизированных комплексов для работы с закладкой.

Одним из важнейших факторов, определяющих успешное развитие способов оставления и использования породы в шахте является транспорт. Перспективным и производительным средством доставки закладочного материала является конвейерный транспорт. Однако опыт применения конвейеров, оборудованных электроприводами, в выработках вентиляционного горизонта на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, отсутствует. Кроме того, конвейерный транспорт не может широко использоваться без колесного.

По мнению специалистов, народнохозяйственная задача по созданию экологически безопасных способов ведения породного хозяйства в Карагандинском бассейне и других бассейнах государств СНГ может быть решена в результате более широкого использования гидравлической технологии. Она обеспечивает перемещение и складирование твердых кусковых материалов с помощью шахтной воды, обладает гибкостью, приспосабливаемостью к различным условиям и позволяет решить многие вопросы охраны окружающей среды, в том числе проведение биологической рекультивации земель. Эта технология не имеет альтернативы как комплексный способ перемещения, складирования или захоронения отходов угольных предприятий в отработанных карьерах, в складках местности, непригодных для сельского хозяйства или в выработанном пространстве закрытых и действующих шахт. Следует подчеркнуть, что на базе данной технологии можно решить задачу совместного складирования крупных и мелких отходов.

В последнее время технические возможности гидротехнологии хорошо проверены при разрушении угля, при самотечном и напорном гидротранспортировании крупной породы и мелких отходов углеобогащения, при их укладке в гидроотвалы и т.д. Оценка состояния и тенденции изменения экологической обстановки в ведущих угольных бассейнах государств СНГ позволяет сделать вывод о том, что на основе гидротехнологии можно решить ряд технических и социально-экономических задач, направленных на охрану окружающей среды в отрасли (табл.2).

Следует отметить и отдельные недостатки гидротехнологии, которые снижают ее экологический эффект. Эти недостатки (износ трубопроводов, сложность создания загрузочных устройств, недостаточная управляемость системами осветления и оборотного

ТАБЛИЦА 2

закладочных работ.З

- отсутствием на шахтах инфраструктуры закладочных работ с организацией породного хозяйства по двум независимым технологическим системам: в шахте – для породы, получаемой при производстве горных работ (без выдачи на поверхность), и на поверхности - для подготовки отходов обогащения и спуска их в выработанное пространство шахт;

- отсутствием очистных комплексов, предназначенных для работ с закладкой;

- недостаточными объемами НИОКР по созданию и внедрению технологий и оборудования для закладки и оставления породы в шахте.

Безусловно, для полного решения задачи перевода шахт Карагандинского бассейна на технологию с закладкой выработанного пространства потребуются значительные капитальные затраты. По существу, заново придется создавать "инфраструктуру закладочных работ" с двумя независимыми технологическими системами в шахте и на поверхности. Решение вопроса работы угольных предприятий с полностью сбалансированным породным хозяйством может быть осуществлено поэтапно. При этом первоочередным должен стать переход на технологию добычи угля с прекращением выдачи породы из шахты.

Важным экономическим стимулом для коллективов шахт, работающих без выдачи породы на поверхность, может стать введение платежей за "экологию". Каждая тонна породы, выдаваемая из шахты в отвалы, должна облагаться "экологическим" налогом.

Особенно большие задачи стоят перед машиностроителями, которые на имеющихся площадях должны обеспечить выпуск машин, оборудования и механизированных комплексов для работы с закладкой.

Одним из важнейших факторов, определяющих успешное развитие способов оставления и использования породы в шахте является транспорт. Перспективным и производительным средством доставки закладочного материала является конвейерный транспорт. Однако опыт применения конвейеров, оборудованных электроприводами, в выработках вентиляционного горизонта на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, отсутствует. Кроме того, конвейерный транспорт не может широко использоваться без колесного.

По мнению специалистов, народнохозяйственная задача по созданию экологически безопасных способов ведения породного хозяйства в Карагандинском бассейне и других бассейнах государств СНГ может быть решена в результате более широкого использования гидравлической технологии. Она обеспечивает перемещение и складирование твердых кусковых материалов с помощью шахтной воды, обладает гибкостью, приспосабливаемостью к различным условиям и позволяет решить многие вопросы охраны окружающей среды, в том числе проведение биологической рекультивации земель. Эта технология не имеет альтернативы как комплексный способ перемещения, складирования или захоронения отходов угольных предприятий в отработанных карьерах, в складках местности, непригодных для сельского хозяйства или в выработанном пространстве закрытых и действующих шахт. Следует подчеркнуть, что на базе данной технологии можно решить задачу совместного складирования крупных и мелких отходов.

В последнее время технические возможности гидротехнологии хорошо проверены при разрушении угля, при самотечном и напорном гидротранспортировании крупной породы и мелких отходов углеобогащения, при их укладке в гидроотвалы и т.д. Оценка состояния и тенденции изменения экологической обстановки в ведущих угольных бассейнах государств СНГ позволяет сделать вывод о том, что на основе гидротехнологии можно решить ряд технических и социально-экономических задач, направленных на охрану окружающей среды в отрасли (табл.2).

Следует отметить и отдельные недостатки гидротехнологии, которые снижают ее экологический эффект. Эти недостатки (износ трубопроводов, сложность создания загрузочных устройств, недостаточная управляемость системами осветления и оборотного

ТАБЛИЦА 2

Экономические, экологические, технические результаты применения гидротехнологии при перемещении и складировании твердых углеотходов

водоснабжения) характерны для действующих объектов, запроектированных 30 лет назад. В новых проектах они уже устраняются.

В последние годы с целью уменьшения выбросов в окружающую атмосферу оксидов углерода, серы и азота при сжигании угля за рубежом начали применять в качестве топлива высококонцентрированное водоугольное топлив (BBVT). Оно представляет собой смесь измельченного угля и воды, полученную в результате мокрого измельчения в присутствии химических добавок, которые обеспечивают этому новому виду топлива эксплуатационные характеристики. Методы измельчения и химические добавки разрабатываются индивидуально для каждого вида угля, Использование в качестве топлива: ВВУТ перспектив но с экологической точки зрения и не снижает основного свойства угля - быть полноценным источником энергии. ВВУТ имеет более высокую степень сгорания, что уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу. По данным зарубежных исследований, при сжигании ВВУТ вместо пылевидного угля выброс в атмосферу снижается на 20 %, оксидов азота - на 30 % благодаря связыванию этих соединений минеральной компонентой угля, что существенно улучшит экологическую обстановку в районах размещения тепловых электростанций и других промышленных объектов. Следует отметить, что использование для приготовления ВВУТ отработанных промышленных вод .в ряде случаев позволяет исключить из дорогостоящую очистку, а применение в качеств е компонентов ВВУТ отходов производства даст возможность не только рациональнее их использовать, но и значительно улучшить экологическую обстановку в районах крупных промышленных предприятий. Сейчас во всем мире исследуется ВВУТ различного состава в виде суспензий как топливо, альтернативное нефтяному. ВВУТ можно сжигать в котлах ТЭЦ, в доменных печах и даже в двигателях транспортных средств. Причем одной из наиболее актуальных, сложных и менее разработанных остается проблема внедрения угольных суспензий в энергетику. К ее решению в прошлом подходили весьма осторожно, рассматривая возможность использования нового угольного топлива только на ТЭС, намечаемых к строительству. Однако анализ технического состояния действующих в Казахстане ТЭС и ТЭЦ показывает, что в настоящее время более 50 % оборудования на них требует замены. Следовательно, для некоторых из них целесообразно выбрать на перспективу новый вид топлива, для получения которого пригодны угли Шубаркольского и Майкубенского месторождений, тем более, что уже сегодня развитие этих месторождений сдерживается пропускной способностью железной дороги, в частности ветки "Жарык-Жезказган".

Представляется необходимой сформировать в Республике комплексную научно-техническую программу, включающую развитие НИР и OKP в области создания и внедрения ВВУТ в энергетику и другие отрасли народного хозяйства. Это в конечном счете, обеспечит ритмичное снабжение потребителей топливом заданного состава, исключит потери от выветривания и самовозгорания, улучшит условия труда на транспорте и электростанциях, высвободит транспорт от массовых перевозок угля, улучшит экологическую обстановку за счет снижения выбросов пыли, оксидов серы и азота, произведет принципиальные изменения в технологии добычи угля, переработке и транспортировке, выводящие угольную промышленность и энергетику Республики на новые уровни их развития.

При этом сама программа должна предусматривать:

- создание физико-химических основ получения ВВУТ на базе месторождений угля и отходов производств в Казахстане;

- исследование структурно-механических и деформационных свойств ВВУТ и разработку методов стабилизации и управления их реологическими свойствами;

- создание способов и технологий получения ВВУТ в промышленных масштабах для прямого сжигания в котлоагрегатах;

- испытания ВВУТ на стендах и опытных энергетических установках, разработку эффективных способов обогащения углей в целях получения экологически более чистых ВВУТ;

- создание систем транспортирования ВВУТ по углепроводам и разработку теплотехнических решений и технологии сжигания ВВУТ различных составов;

- проектирование, строительство и пуск в эксплуатацию промышленных комплексов по приготовлению и транспортированию ВВУТ, а также энергетических установок, работающих на них.

Сегодня даже при самых больших масштабах строительства очистных сооружений не удастся решить полностью задачу защиты биосферы от вредного воздействия непрерывно развивающегося промышленного производства. И, конечно, в этих условиях единственных путь решения проблемы - создание экологически безвредных, безотходных (а на первое время малоотходных) производств.

Концепция безотходной технологии в некоторой степени носит условный характер. Под безотходной (или чистой) технологией понимается теоретический предел, идеальная модель производства, которая в большинстве случаев может быль реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда и малоотходная технология), но с развитием технического прогресса со все большим приближением. В настоящее время в соответствии с решением Экономической комиссии ООН для Европы и Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов принята такая формулировка: "Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду". Комиссия Европейского экономического сообщества использует другое определение: "Чистая (или безотходная) технология - это метод производства продукции при наиболее рациональном использовании сырья и энергии, который позволяет одновременно снизить объем выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и количество отходов, получаемых при производстве и эксплуатации изготовленного продукта". В промышленной практике уже сейчас функционирует ряд безотходных технологических процессов, практически не дающих отходов благодаря целенаправленному изменению основ технологии.

Анализ развития безотходных технологий показывает, что в этой области выявились четыре основных направления: 1) разработка принципиально новых процессов получения продукции, позволяющих исключить, сократить или заменить технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов; 2) создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих и перспективных способов очистки сточных вод; 3) разработка систем переработки отходов, используемых как вторичные материальные ресурсы; 4) создание территориально-промышленных комплексов, для которых характерна замкнутая структура потоков сырья и отходов внутри комплекса.