ИТС 37-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Добыча и обогащение угля

(утв. Приказом Росстандарта от 14.12.2023 № 2707)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 37-2017"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-37-2017" "ИТС 37-2017. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Добыча и обогащение угля (утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2017 N 2841)"
  n1["ИТС 37-2023"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-37-2023" "ИТС 37-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Добыча и обогащение угля (утв. Приказом Росстандарта от 14.12.2023 N 2707)"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 14 декабря 2023 г. № 2707

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ДОБЫЧА И ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЯ

Coal mining and preparation

ИТС 37-2023

Дата введения 1 марта 2025 года

Введение

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Добыча и обогащение угля» (далее — справочник НДТ) разработан на основании анализа распространенных в Российской Федерации и перспективных технологий, и оборудования с учетом климатических, экономических и социальных особенностей Российской Федерации.

Термин «наилучшие доступные технологии» (НДТ) определен в статье 1 Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1]. Согласно данному Федеральному закону НДТ — это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения.

Справочник НДТ разработан взамен справочника НДТ ИТС 37-2017 «Добыча и обогащение угля» в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 г. № 1537-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям» [2].

Структура настоящего справочника НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.03-2019 [3], формат описания технологий - ГОСТ Р 113.00.04-2020 [4], термины и определения приведены в соответствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 [5].

Краткое содержание справочника

Введение. Во введении представлен обзор законодательных документов, использованных при его разработке, а также краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указана цель разработки настоящего справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, процедура создания согласно установленному порядку, а также порядок его применения.

Область применения. В разделе указаны основные виды экономической деятельности и виды продукции, на которые распространяется действие справочника НДТ.

Раздел 1. В разделе 1 представлена общая информация о добыче и обогащении угля, в том числе: основные виды угля и продукты его обогащения; структура запасов, ресурсов, добычи и потребления угля; информация о предприятиях по добыче и обогащению угля; описание основных экологических проблем отрасли и ее социальной роли.

Раздел 2. В разделе 2 представлена информация о технологических, технических решениях и системах менеджмента, используемых в настоящее время при добыче и обогащении угля в разбивке по технологическим этапам, в том числе:

• схемы технологических процессов добычи угля подземным способом, добычи угля открытым способом и обогащения угля (с указанием основных этапов процессов);
• таблицы, отражающие основные этапы добычи угля подземным способом, добычи угля открытым способом и обогащения угля (с указанием входных и выходных материальных потоков, основного технологического оборудования, а также эмиссий);
• таблицы, отражающие основное оборудование для добычи угля подземным способом, добычи угля открытым способом и обогащения угля (с указанием назначения и технологических характеристик оборудования);
• таблицы, отражающие природоохранное оборудование, применяемое для добычи угля подземным способом, добычи угля открытым способом и обогащения угля (с указанием назначения и технологических характеристик оборудования);
• подробное описание технологических процессов по выделенным этапам.

Раздел 3. В разделе 3 представлена информация о текущих уровнях потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду, в том числе:

• таблицы по материальному и энергетическому балансу добычи угля подземным способом, добычи угля открытым способом и обогащению угля;
• таблицы по эмиссиям в окружающую среду (выбросам загрязняющих веществ в атмосферу, сбросам загрязняющих веществ в водные объекты и отходам недропользования и производства) при добыче угля подземным способом, добыче угля открытым способом и обогащении угля;
• анализ данных по эмиссиям загрязняющих веществ;
• определение маркерных веществ по добыче угля подземным способом, добыче угля открытым способом и обогащению угля.

Раздел 4. В разделе 4 представлена схема определения НДТ, описание данной схемы, а также описание руководящих принципов определения НДТ и специфических особенностей добычи и обогащения угля, которые осложняют определение НДТ согласно данным принципам.

Раздел 5. В разделе 5 представлен перечень НДТ по добыче и обогащению угля, а также описание этих НДТ, в том числе применяемого при их использовании технологического оборудования и преимуществ, которые могут быть достигнуты при внедрении НДТ.

Раздел 6. В разделе 6 представлен перечень перспективных технологий по добыче и обогащению угля, а также описание этих технологий, в том числе их ограничения и недостатки, не позволяющие применять данные технологии в качестве НДТ.

Заключительные положения и рекомендации. В разделе приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ, а также рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов добычи и обогащения угля.

Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности, индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов, а также «Заключение по наилучшим доступным технологиям» для рассматриваемой отрасли промышленности.

«Заключение по наилучшим доступным технологиям» включает части ИТС НДТ, содержащие:

• область применения;
• описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;
• методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

«Заключение по наилучшим доступным технологиям» сформировано для использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями, при формировании заявок на комплексные экологические разрешения, а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким описанием основных положений ИТС НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного экологического контроля.

Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Целью разработки настоящего справочника НДТ является утверждение сведений об НДТ, применяемых при добыче и обогащении угля.

Согласно Федеральному закону от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1] применение наилучших доступных технологий направлено на комплексное предотвращение и (или) минимизацию негативного воздействия на окружающую среду.

1 Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации, содержащим описание применяемых в настоящее время НДТ и перспективных технологий в сфере добычи и обогащения угля.

2 Информация о разработчиках

Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Добыча и обогащение угля» (ТРГ 37), состав которой утвержден приказом Минпромторга России от 7 декабря 2022 г. № 5080 «О создании технической рабочей группы „Добыча и обогащение угля“ [6].»

Справочник НДТ будет представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Настоящий справочник НДТ содержит описание применяемых при добыче и обогащении угля технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, потребление ресурсов и энергии. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся НДТ. На предприятиях угольной промышленности перечень реализованных НДТ будет отличаться в зависимости от геолого-географических условий расположения и применяемых технологий. Настоящий справочник НДТ рекомендован предприятиям угольной промышленности для подготовки программ внедрения НДТ, государственным органам для принятия решений о государственном софинансировании инвестиционных проектов (проектов модернизации).

Методология НДТ была внесена в федеральное законодательство изменениями в Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1], утвержденными Федеральным законом от 21 июля 2014 г. № 219-ФЗ.

Комплекс мер, направленных на отказ от использования устаревших и неэффективных технологий, переход на принципы НДТ и внедрение современных технологий, был утвержден распоряжением Правительства Российской Федерации от 19 марта 2014 № 398-р [7].

4 Взаимосвязь с международными и региональными аналогами

Настоящий справочник НДТ разработан на основе результатов анализа отрасли в Российской Федерации и с учетом материалов справочника Европейского союза по наилучшим доступным технологиям по обращению с отходами и пустыми породами горнодобывающей промышленности Management of Tailings and Waste-Rock in Mining Activities.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при добыче и обогащении угля в Российской Федерации, собрана в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. № 4841 [8].

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Настоящий справочник НДТ является «вертикальным» — в нем указаны НДТ и сопутствующая информация исключительно по видам деятельности по добыче и обогащению угля. Положения справочника НДТ сформулированы с учетом положений «горизонтального» информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 16-2023 «Горнодобывающая промышленность. Общие процессы и методы», который определяет основные аспекты НДТ по добыче полезных ископаемых в целом.

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 14 декабря 2023 г. № 2707 и введен в действие с 01 марта 2025 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности:

• добычу угля, включая добычу каменного угля, антрацита и бурого угля (лигнита);
• обогащение угля (как отдельный производственный процесс).

Также данный справочник НДТ распространяется на дополнительные виды деятельности, являющиеся неотъемлемой частью технологического процесса и/или целью которых является подготовка угля к реализации (виды работ для получения продукции, пригодной для сбыта):

• хранение, перевалка и транспортировка угля в границах территории промышленной площадки добывающего и (или) перерабатывающего предприятия;
• дробление, очистка, сушка, брикетирование, сортировка и прочие подготовительные и сопутствующие операции на этапах добычи и обогащения угля.

Перечисленные виды работ обычно выполняются хозяйствующими субъектами, которые сами занимаются добычей угля и/или расположены в районе добычи. Некоторые технологические процессы могут также осуществляться специализированными предприятиями по заказу третьих сторон в качестве производственных услуг.

В приложении А приведены соответствующие области применения коды ОКВЭД2 [9] и ОКПД2 [10].

Данный справочник НДТ также распространяется на процессы и методы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:

• методы предотвращения и сокращения выбросов и сбросов загрязняющих веществ и образования отходов;
• хранение и транспортировка в границах территории промышленной площадки добывающего и (или) перерабатывающего предприятия пустой породы и хвостов обогащения.

Раздел 1. Общая информация о добыче и обогащении угля

1.1 Добыча угля

1.1.1 Виды продукции

Уголь представляет собой горючую осадочную породу, которая состоит преимущественно из углерода с содержанием минеральных примесей (силикаты, карбонаты, сульфиды и т.д. [11]) и других химических элементов (водород, кислород, азот и др.). Ископаемый уголь может быть экономически выгодно использован или в качестве энергетического топлива, или в качестве одного из видов технологического сырья.

В зависимости от значений показателя отражения витринита, теплоты сгорания (на влажное беззольное состояние) и выхода летучих веществ (на сухое беззольное состояние) выделяют три вида угля [12]:

• бурый уголь;
• каменный уголь;
• антрацит.

Данные виды угля различаются и по степени метаморфизма. Бурый уголь характеризуется низкой стадией метаморфизма, низким содержанием углерода и низкой теплотой сгорания. Каменный уголь характеризуется средней стадией метаморфизма, средним содержанием углерода и более высокой теплотой сгорания. Максимальной стадией метаморфизма и содержанием углерода отличается антрацит. В зависимости от ряда параметров угли подразделяют на технологические марки (Таблица 1).

Таблица 1

Технологические марки угля

Для слоевого коксования могут применяться угли следующих марок: К, КЖ, Ж, ГЖ, ОС, Г, КС, КСН, ДГ, ТС, СС. В качестве энергетического топлива широко используются угли марок Д, ДГ, Г, СС, Т, Б, А.

Для различных углехимических процессов могут использоваться угли различных марок: угли марки Г подходят для газификации, марки Б — для выделения гуминовых веществ, марок Д, ДГ, Г, ГЖ — для производства синтетического жидкого топлива, марки А — для производства карбида кремния и карбида алюминия [11]. Антрацит (марка А) может также применяться в определенных технологических процессах металлургических предприятий и для производства электродов.

В зависимости от размеров кусков, получаемых при добыче, каменный уголь делится на ряд классов (Таблица 2).

Таблица 2

Классы крупности угля [12]

Одной из важнейших характеристик угля как энергетического топлива является удельная теплота сгорания (измеряется в МДж/кг или ккал/кг). Значение данного показателя изменяется в широких пределах и зависит как от свойств и состава органической массы, так и от зольности и влажности углей. Различают высшую и низшую удельную теплоту сгорания [11]: первый показатель включает теплоту, выделяющуюся при конденсации образующихся в продуктах сгорания водяных паров.

Качество коксующихся углей зависит от множества показателей. Определение важнейших показателей для них осложняется тем, что угольная шихта для коксования формируется из углей различных марок, которые по-разному влияют на характеристики шихты. В качестве главного свойства коксующихся углей рассматривают их спекаемость, т.е. способность переходить в пластическое состояние. Для оценки спекаемости существует много различных методов, подавляющее большинство которых основано на определении различных параметров пластической массы (свободное вспучивание, пластометрический метод, дилатометрия по методу Адибера-Арну, метод Рога, метод Грей-Кинга и др.) [11]. В рамках одного из методов — пластометрического — рассматриваются такие показатели, как толщина пластического слоя, величина пластометрической усадки, виды пластометрической кривой [2].

При оценке содержания вредных минеральных примесей обычно рассчитывают содержание серы и зольность. Распространенным параметром также является влажность угля.

1.1.2 Запасы и ресурсы

Российская Федерация занимает второе место в мире по доказанным (подтвержденным) запасам угля (всего 162,2 млрд т, из них 90,45 млрд т бурого угля и 71,72 млрд т каменного угля и антрацита по данным BP Statistical Review), уступая США (248,9 млрд т) [14].

По состоянию на 1 января 2022 года разведанные запасы угля по принятой в Российской Федерации классификации запасов полезных ископаемых ФБУ «ГКЗ» составляют 195,9 млрд т (запасы категорий A + B + C1) и 78,4 млрд т (запасы категории C2). При этом большая часть запасов (145,8 млрд т или 53%) приходится на бурые угли, 44% или 119,6 млрд т приходится на каменные угли (среди них около 50 млрд т коксующихся марок углей), а оставшаяся часть приходится на антрациты (8,9 млрд т или 3%) [15].

На территории Российской Федерации расположено 22 угольных бассейна и 146 отдельных месторождений, а распределение угольных запасов является неравномерным (Таблица 3). Наибольшая часть запасов (68%) сосредоточена на юге Сибири, в частности, в Кемеровской области (121,3 млрд т или 44% от общего объема запасов).

Таблица 3

Разведанные запасы угля по основным бассейнам

Рисунок 1 — Распределение запасов углей по угольным бассейнам РФ [15]

Рисунок 2 — Распределение запасов углей по субъектам РФ [15]

1.1.3 Добыча и потребление угля

В Российской Федерации за 2022 г. было добыто 443,5 млн т угля, из них 340,6 млн т (77%) открытым способом [5]. Наибольшая доля в добыче угля приходится на Кузнецкий и Канско-Ачинский угольные бассейны, расположенные на территории Сибирского федерального округа — 60,2% от общероссийской добычи [5]. Десять крупнейших компаний обеспечивают более 70% национальной добычи угля (Таблица 4).

Таблица 4

Крупнейшие производители угля в России [5].

В 2022 г. объем потребления угля в России составил 201,3 млн т <1>. К основным потребителям угля относятся:

• электроэнергетика (106,9 млн т);
• коксохимические заводы (38,3 млн т);
• население (27,2 млн т).

<1> С учетом импортных поставок.

Остальное потребление (28,9 млн т) обеспечивают металлургические и цементные заводы, атомная промышленность, железнодорожный транспорт и прочие отрасли промышленности [5]. Доля импорта в потреблении угля имеет тенденцию к снижению и в 2022 г. составила 9,8%, что соответствует 19,7 млн т (в 2021 г. — 20,4 млн т [5]). Основным импортером угля остается Казахстан. В товарной структуре импортируемого угля доминируют энергетические угли для нужд электростанций, преимущественно, Урала [16].

Экспорт российского угля в 2022 г. составил 201,7 млн т. В том числе 6,9 млн т было отправлено на экспорт в ближнее зарубежье, а 194,7 млн т — в страны дальнего зарубежья [5]. Отгрузка на экспорт преимущественно осуществляется через морские порты (92% от общего объема по данным за 2022 г. [17]).

По данным Федеральной таможенной службы, экспорт угля из России в 2021 г. <2> составил 223,4 млн т [18]. В 2021 г. возрос экспорт российского угля по отношению к уровню 2020 г. в такие страны, как Китай, Нидерланды, Италия и т.д. Сокращение экспортных поставок наблюдалось в направлении Республики Корея, Польши, Германии, Индии, Турции [18], [19].

<2> Данные Федеральной таможенной службы за 2022 г. и последующие годы в свободном доступе отсутствуют.

Рисунок 3 — Структура экспорта угля по направлениям в 2021 г., % [18]

1.1.4 Угледобывающие предприятия России

По данным угольных компаний и «ЦДУ ТЭК» по состоянию на 1 января 2023 г. добычу угля осуществляли 176 угледобывающих предприятия, в том числе 52 шахты и 124 разреза (Таблица 5).

Согласно собранным данным, в период с 2010 г. в России было открыто или восстановлено 35 разрезов и 8 шахт, что составляет 28% и 15% от их общего количества. При этом 13 из 35 новых разрезов, а также 6 из 9 новых шахт были открыты в Кемеровской области.

Таблица 5

Перечень угледобывающих предприятий России (по состоянию на 1 января 2023 г.)

Примечания:

Таблица составлена по данным «ЦДУ ТЭК» и угольных компаний

н/д — нет данных

Р. — разрез

Ш. — шахта

Р/у — разрезоуправление

Ш/у — шахтоуправление

УОГР — участок открытых горных работ

УПГР — участок подземных горных работ

УК — управляющая компания

1.2 Обогащение угля

1.2.1 Виды продукции и основные технологии

Для улучшения качества угля и обеспечения стабильности его качественных характеристик применяются процессы обогащения. Обогащение угля представляет собой совокупность методов и процессов, в результате которых происходит сокращение содержания примесей в угле.

В процессе обогащения угля обычно получают два продукта [23]:

• концентрат (низкозольный, малосернистый);
• хвосты (отвальные) и иные отходы обогащения.

Концентрат представляет собой продукт, который содержит повышенное количество полезного компонента по сравнению с добытой горной массой. Хвосты конечные (отвальные) представляют собой продукт обогащения угля, в который переходит большая часть породы и вредных примесей. Остаточный уголь содержится в хвостах в таком количестве и форме, что его извлечение при технологии, принятой на данной обогатительной фабрике, экономически нецелесообразно [24].

Кроме того, в процессе обогащения формируется промежуточный продукт — продукт обогащения угля, в котором содержание сростков угля более высокое, чем в исходном питании [25]. По содержанию вредных примесей промежуточный продукт занимает положение между концентратом и хвостами. В дальнейшем промежуточный продукт может подвергаться последующему обогащению или использоваться в качестве энергетического топлива.

Выделяют две основных группы способов обогащения угля [26]:

• гравитационные — способы, основанные на различии плотностей угля и породы в разделяющей среде. Разделение минералов производится в жидкой среде — воде или минеральных суспензиях (мокрое обогащение) или в воздушной среде (пневматическое или сухое обогащение). Мокрые гравитационные методы обогащения включают в себя следующие способы: отсадку, обогащение в тяжелых средах, обогащение в наклонно текущем потоке. Сухие гравитационные методы обогащения проводятся в пневматических отсадочных машинах, сухих лотках и концентрационных столах [24].
• флотационные — способы, основанные на различиях в смачиваемости угля и породы. Данные способы обычно применяются для обогащения мелких классов углей (менее 0,5 мм) [26];

Кроме указанных методов обогащения возможно применение специальных способов, таких, как электрическая сепарация, масляная агломерация, магнитное обогащение и т.д. Однако подобные методы обогащения углей применяются довольно редко.

1.2.2 Объемы обогащения угля

По отчетным данным российских угледобывающих компаний в 2022 г. объем переработки угля на обогатительных фабриках составил 200,4 млн т (в 2021 г. — 211,7 млн т), из них 89,5 млн т пришлось на уголь для коксования, а остальное — на каменный энергетический уголь и антрацит [5]. Бурый уголь в России практически не обогащается: в 2019 — 2020 гг. объемы обогащения бурого угля составляли 0,1 — 0,2 млн т/год [7].

Если соотнести объемы обогащения угля с объемами добычи (по данным угледобывающих компаний [5]), то окажется, что в 2022 г. обогащению подверглось 78% добытого в том же году угля для коксования и 34% добытого в том же году каменного энергетического угля и антрацита.

1.2.3 Углеобогатительные предприятия России

Обогатительные фабрики — промышленные предприятия, включающие совокупность сооружений с помещенными в них подготовительными, основными и вспомогательными аппаратами для обогащения угля, складами для хранения исходного сырья и продуктов обогащения, сетями водо- и воздуховодов, водно-шламового хозяйства. В зависимости от характера и вида обогатительные процессы делятся на: дробильно-сортировочные, гравитационные, флотационные и фабрики с комбинированным процессом [24]. Иными словами, это связующее звено между потребителями и угледобывающими компаниями. Обогатительные фабрики позволяют увеличить добавленную стоимость добытого угля, так как фабрики могут принимать на обогащение уголь низкого качества.

Выделяют следующие типы обогатительных фабрик:

• индивидуальные обогатительные фабрики (ОФ), которые используются для обогащения углей одной шахты и территориально связаны с ней;
• групповые обогатительные фабрики (ГОФ), которые используются для обогащения углей нескольких шахт и территориально связаны с одной из шахт;
• центральные обогатительные фабрики (ЦОФ), которые используются для обогащения углей нескольких шахт и территориально не связаны с ними.

Объем переработки угля на обогатительных фабриках в 2022 году составил 200,4 млн т, что на 11,3 млн т меньше, чем в 2021 году [5].

К началу 2023 года в России насчитывалось 57 крупных обогатительных фабрик (Таблица 6), из которых 15 были введены в эксплуатацию в период с 2010 г. Каменный коксующийся уголь подвергается обогащению на 34 фабриках, каменный энергетический — на 27 фабриках, антрацит — на 5 фабриках. Мощность обогатительных фабрик в среднем составляет до 9 млн т/год, этот уровень превышен только на Печорской, Распадской, и Тунгуйской фабриках.

Наиболее широко распространена технология тяжелосредного обогащения — она применяется на 36 фабриках из 51, по которым имеется информация о технологиях. Обогащение отсадкой осуществляется на 21 фабрике, флотацией — на 18 фабриках, спиральные сепараторы применяются на 21 фабриках. На некоторых фабриках применяются крутонаклонные сепараторы и другие виды оборудования.

Рынок обогащенного угля можно охарактеризовать как ориентированный на экспорт, что подталкивает компании увеличивать объемы обогащения энергетических углей. Мировой рынок диктует определенные требования к параметрам углям, в результате чего обогащение — главный способ превращения угля в продукт, пригодный для продажи по более высоким ценам, а также один из способов для компании снизить свою зависимость от перепадов на рынке. Однако на внутреннем рынке спрос на обогащенный уголь достаточно невысок, что обусловлено конструктивно заложенной специализацией большей части электростанций на проектные угли, а также необходимостью значительных вложений на модернизацию для применения обогащенных углей на электростанциях.

Таблица 6

<*> — указана максимальная годовая производительность.

<3> Включая мощности на пришахтной обогатительной установке

<4> Год ввода обогатительной установки на шахте «Воркутинская»

1.3 Основные экологические проблемы добычи и обогащения угля

Пыление

В процессе открытой и подземной добычи угля, а также при его обогащении происходит образование пыли, частицы которой улетучиваются в атмосферу. Выбросы пыли относятся к группе неорганизованных выделений, которые осуществляются со значительных территорий.

Загрязнение воздуха в районе предприятий угольной промышленности сильно зависит от климатических и горно-геологических условий. Например, при сухом континентальном климате, особенно при сильных ветрах создаются условия для интенсификации поступления в приземные слои атмосферы и перемещения в них пыли. Уже при скорости ветра 2 м/с сухая пыль сдувается и переносится на значительные расстояния. Росту выбросов пыли в атмосферу также способствует сооружение высоких отвалов, поскольку скорость ветра увеличивается по мере роста их высоты [30].

Самовозгорание угля

Каменные и бурые угли характеризуются склонностью к самовозгоранию при определенных условиях. Самовозгорание приводит к выделению в атмосферу оксидов углерода, серы, азота и других загрязняющих веществ. Может происходить в выработанном пространстве шахт (подземные пожары), в разрезах и породных отвалах. При складировании угля самовозгорание может быть с легкостью предотвращено. Однако предотвратить самовозгорание угольной пыли, размещенной в отвалах вместе с пустыми породами, гораздо сложнее.

Выделение метана

При вскрытии угольных пластов в шахтах может происходить эмиссия метана, который затем уносится по вентиляционным выработкам в атмосферу. Таким же образом может происходить эмиссия и других газов — CO2, H2S, SO2, ароматических углеводородов [30].

Выбросы от двигателей и котельных агрегатов

На предприятиях угольной промышленности действует большое количество двигательных, котельных и электрогенерирующих установок, работа которых сопровождается выбросами от сжигания топлива (оксиды углерода, азота и серы и т.д.) и образованием сажи [30].

Изменение водного режима

При строительстве и эксплуатации разрезов и шахт возникают существенные осложнения из-за наличия подземных и поверхностных вод: происходят деформации горных выработок. В частности, снижается производительность оборудования, усложняется производство буровзрывных работ. Для решения этой проблемы проводится осушение месторождений: переносятся поверхностные водоемы и водотоки, и выполняются мероприятия по защите горных выработок от обводнения их подземными водами.

В результате естественный режим подземных вод нарушается. При этом запасы подземных вод могут сократиться, а состояние и качество поверхностных вод ухудшиться. На значительной площади месторождения образуется депрессионная воронка. На поверхности земли нарушения состояния вод проявляются в полном осушении заболоченных участков, уменьшении запасов вод в поверхностных водоемах и водотоках, осушении колодцев и неглубоких водозаборных скважин, иссякании источников, небольших ручьев и речек. При прекращении откачек в связи с завершением горных работ со временем депрессионные воронки исчезают, и режим подземных вод восстанавливается, но восстановление режима и состояния вод зависит от масштабов нарушений.

Кроме того, инфильтрация вод в основании отвалов и хвостохранилищ приводит, как правило, к подъему уровня грунтовых вод и заболачиванию прилегающей территории по контуру этих сооружений [30].

Загрязнение поверхностных и грунтовых вод

Поверхностные и грунтовые воды, попадая в систему дренажных канав, водосборников и коллекторов на шахтах, разрезах, отвалах и хвостохранилищах загрязняются взвешенными веществами и различными химическими соединениями (нефтепродуктами, нитратами, нитритами и т.д.). Будучи сброшенными в водоемы без должной очистки, загрязненные воды отрицательно воздействует на флору и фауну поверхностных вод, а также на флору и фауну лесных и сельскохозяйственных угодий окружающих территорий, ухудшая санитарно-гигиенические условия местности. Во многих случаях такие воды требуют дополнительной очистки перед сбросом в естественные водоемы или возвратом в технологический процесс [30].

Изъятие земель и образование отходов

При строительстве предприятий угольной отрасли, особенно разрезов и отвалов изменениям подвергаются значительные участки земной поверхности. В частности, происходит удаление почвенного покрова, сокращение площадей сельскохозяйственных и лесных угодий, уничтожение растительного покрова. Для компенсации подобного ущерба после завершения горнодобывающих работ, нарушенные земли должны подвергаться восстановительным работам [30]. В частности, отвалы пустой породы по возможности должны быть использованы для ликвидации горных выработок. В отношении оставшихся после закладки отвалов должна проводиться техническая и биологическая рекультивация.

Раздел 2. Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время при добыче угля и обогащении угля

В данном разделе представлена информация о технологических, технических решениях и системах менеджмента, используемых в настоящее время при добыче и обогащении угля в разбивке по технологическим этапам:

• добыча угля подземным способом;
• добыча угля открытым способом;
• обогащение угля.

2.1 Добыча подземным способом

Схема технологического процесса добычи угля подземным способом приведена на рисунке 4, основные этапы добычи угля подземным способом — в таблице 7, используемое оборудование — в таблицах 8, 9.

Рисунок 4 — Схема технологического процесса добычи угля подземным способом

Таблица 7

Основные этапы добычи угля подземным способом

Примечание: ТО/ТР — техническое обслуживание и ремонт

Таблица 8

Основное оборудование для добычи угля подземным способом

<5> По умолчанию — по данным анкет.

Продолжение таблицы 8

<6> По умолчанию — по данным анкет.

Продолжение таблицы 8

<7> По умолчанию — по данным анкет.

Окончание таблицы 8

<8> По умолчанию — по данным анкет.

Таблица 9

Природоохранное оборудование для добычи угля подземным способом

<9> По умолчанию — по данным тех. литературы

Продолжение таблицы 9

<10> По умолчанию — по данным тех. литературы

Окончание таблицы 9

<11> По умолчанию — по данным тех. литературы

2.1.1 Проведение горных выработок и разрушение горной породы (буровые работы)

2.1.1.1 Проведение горных выработок

Проведение горных выработок представляет собой совокупность работ по выемке, погрузке, транспортировке горной массы, возведению крепи, наращиванию транспортных устройств и коммуникаций, обеспечивающих подвигание подготовительного забоя.

При проведении горных выработок различают основные и вспомогательные процессы:

• основные — проведение и крепление выработки;
• вспомогательные — возведение временной крепи, навеска вентиляционных труб, наращивание конвейера или настилка рельсовых путей, прокладка труб, кабелей и др.

Классификация технологических схем проведения горных выработок

В зависимости от однородности пересекаемых пород выделяют:

• проведение выработок в однородных породах (в случае если забой выработки пересекает только один вид пород);
• проведение выработок в неоднородных породах (в случае если забой выработки пересекает два вида пород и более).

Проведение выработки в однородной породе осуществляется сплошным забоем (уголь и вмещающая порода вынимаются одновременно).

При неоднородных породах выработка проводится как сплошным забоем, так и уступным забоем, т.е. с раздельной выемкой угля и породы. При этом вначале проводят выемку угольного пласта на некоторую величину, а затем — вмещающих пород.

В зависимости от места размещения породы выделяют следующие способы проведения выработок:

• узким забоем;
• широким забоем.

При проведении выработок узким забоем уголь вынимается только в пределах поперечного сечения выработки, а порода, полученная от подрывки, выдается на поверхность шахты. При проведении выработок широким забоем уголь вынимается на ширину, превышающую изначальную ширину выработки. В образовавшемся пространстве (раскоске) размещаются породы от подрывки.

В зависимости от способа отделения горных пород от угольного массива выделяют следующие способы проведения горных выработок:

• механический (механизированный) способ. Осуществляется с помощью проходческих комбайнов, применяется по углю и породе средней крепости (коэффициент крепости f = 5 — 6);
• буровзрывной способ — применяется в породах любой крепости;
• гидравлический способ — применяется крайне ограниченно, в частности для дегазации массива [33];
• ручной способ с использованием отбойного молотка — применяется в особых случаях (проведение водосточной канавки, на крутом падении пласта);
• комбинированные работы представляют собой комбинацию различных применяемых технологий.

2.1.1.2 Проведение горных выработок с помощью проходческих комбайнов

Проходческие комбайны предназначены для механизации проведения горизонтальных и наклонных подготовительных выработок различного назначения на угольных шахтах. Применение проходческих комбайнов дает возможность совместить во времени основные технологические операции проходческого цикла: отделение горной породы от массива, ее погрузку в транспортные средства, в отдельных случаях — крепление выработанного пространства.

Выделяются следующие основные технологические операции при комбайновом способе прохождения горных выработок:

• разрушение породы;
• удаление разрушенной породы от комбайна, ее погрузка и транспортирование;
• крепление горных выработок;
• вспомогательные операции по обеспечению функционирования забоя (проветривание, борьба с пылью и т.д.) [34].

В конструкции комбайна предусмотрена возможность установки дополнительного навесного оборудования для механизации трудоемких операций проходческого цикла (бурение шпуров и установка анкерной крепи, установка временной штучной крепи и пр.).

Все проходческие комбайны по способу обработки забоя органом разрушения можно разделить на два типа:

• комбайны избирательного действия (стреловые проходческие комбайны) с последовательной обработкой поверхности забоя слоями;
• комбайны фронтального действия (буровые комбайны) с одновременной обработкой всей поверхности забоя.

2.1.1.2.1 Избирательные (стреловые) проходческие комбайны

Для проведения горных выработок обычно применяются проходческие комбайны избирательного действия со стреловидными исполнительными органами [35].

Проходческими комбайнами избирательного действия со стреловым органом разрушения можно проходить выработки любого сечения по форме (арочной, прямоугольной, трапециевидной и др.) и площади сечения (в пределах типоразмера комбайна) без смены органа разрушения или его перенастройки. Стреловыми комбайнами можно проходить горизонтальные и наклонные выработки по углю и смешанному забою с присечкой малоабразивных пород средней крепости в сложных горно-геологических условиях (сбросы, пережимы и утонение пласта, неустойчивая кровля, слабая почва и др.).

Конструкция избирательных комбайнов позволяет достаточно просто производить смену породоразрушающего инструмента и устанавливать временную крепь непосредственно у груди забоя.

Для погрузки разрушенной горной массы на конвейер комбайна наибольшее распространение в комбайнах избирательного действия получили погрузочные устройства, выполненные в виде нагребающих лап.

2.1.1.2.2 Фронтальные (буровые) проходческие комбайны

Буровые исполнительные органы производят одновременную обработку всего сечения проходческого забоя. По кинематике движения режущего инструмента выделяют два варианта их конструкции [34]:

• роторные — режущий инструмент совершает вращательное движение и одновременно подается на забой;
• планетарные — режущий инструмент, помимо вращательного и поступательного движений, совершает еще и вращательное движение относительно оси исполнительного органа.

Наиболее широкое распространение среди буровых исполнительных органов получили органы роторного типа [36].

Фронтальные (буровые) проходческие комбайны для проведения горизонтальных выработок

Проходческие комбайны с буровым органом разрушения предназначены для проведения подготовительных выработок и очистных работ при камерных системах отработки полезного ископаемого <12>. Форма сечения проводимой выработки может быть арочной или овально-арочной. Комбайны с одним буровым органом или соосными роторами проходят выработку круглого сечения, которая при помощи бермовых фрез доводится до арочной формы. Комбайны с параллельно-осевым расположением буровых органов разрушения проходят выработки овально-арочной формы.

<12> Камерная система отработки предполагает, что полезное ископаемое извлекается в пределах камер, разделенных междукамерными целиками.

Буровые проходческие комбайны имеют более высокую производительность, чем стреловые комбайны, но они эффективны в эксплуатации только при проведении выработок постоянного сечения в породах с относительно стабильными физико-механическими свойствами и значительной протяженности (около 2000 м).

Фронтальные (буровые) проходческие комбайны для проведения наклонных и вертикальных выработок

Способ восходящего бурения заключается в том, что буровой комбайн размещается на верхнем горизонте, с которого бурят пилот-скважину на нижний горизонт, а разбуривание выработки до проектного сечения производят снизу-вверх специальным расширителем. Пилот-скважина дает возможность повысить точность проходки восстающей выработки. Эта схема бурения восстающих выработок получила наибольшее распространение в мировой практике.

Когда разработка полезного ископаемого ведется в восходящем порядке, применяются буровые комбайны нижнего расположения с буровыми головками обратного или прямого хода. При разбуривании выработки снизу-вверх требуется увеличивать диаметр пилот-скважины для свободного удаления буровой мелочи и защищать комбайн и горнорабочих от падающей горной породы. Бурение выработки на все сечение снизу-вверх требует повышенных напорных усилий и затрудняет задачу выдерживать направленность проходимой выработки. Разбуривать пилот-скважину снизу-вверх можно и при расположении комбайна на верхнем горизонте.

2.1.1.3 Проведение горных выработок с помощью буровзрывных работ

Отделение крепких горных пород от массива при проведении подготовительных выработок на угольных шахтах производится с помощью буровзрывных работ. Разрушение массива горных пород в этом случае осуществляется энергией взрыва.

Буровзрывная технология проведения горных выработок включает в себя:

• бурение шпуров;
• заряжание;
• взрывание зарядов;
• погрузку горной массы;
• крепление выработки;
• вспомогательные работы (проветривание забоя, доставка материалов, прокладка трубопроводов и кабелей и т.д.) [34].

2.1.1.3.1 Бурение

Взрывные вещества размещают в специальных цилиндрических полостях, искусственно образованных в горных породах: для размещения заряда в массиве горных пород образуют полость — шпур, скважину или выработку (камеру). Диаметр шпуров обычно составляет 30 — 75 мм, а глубина — до 5 м. Шпуры, имеющие диаметр более 75 мм и глубину более 3 м, называют скважинами. Бурение шпуров осуществляется вручную или буровыми установками.

В подземных условиях наиболее широкое применение в горной промышленности получил механический способ бурения шпуров и скважин, при котором разрушение горных пород производится буровым инструментом под действием механических усилий, а удаление буровой мелочи производится водой, сжатым воздухом либо воздушно-водяной смесью.

В зависимости от характера силового воздействия бурового инструмента на горную породу и схемы его работы механическое бурение может осуществляться следующими способами: вращательным, ударным, вращательно-ударным и ударно-вращательным.

Станки для бурения скважин

Бурение скважин в угольных шахтах характеризуется спецификой, связанной с высокой скоростью бурения, слабой устойчивостью пород, работой в действующих выработках во взрывоопасной среде и др. Скважины бурятся обычно по углю или породам средней крепости (f < 8), поэтому на всех станках реализуется вращательный способ бурения.

Буровые станки можно подразделить по назначению скважин: бурение дегазационных, разгрузочных и других технологических скважин (направленное бурение до 1000 м, дегазационные — до 300 м).

Буровые станки для угольных шахт могут быть самоходными или несамоходными, с гидравлическим механизмом подачи бурового става на забой и дистанционным управлением.

При бурении шпуров и скважин перфораторами и шарошечном бурении образуются породные частицы и пыль следующих фракций: крупная буровая мелочь (размером более 1 мм), буровая мелочь (менее 1 мм), грубодисперсная пыль (менее 10 мкм).

2.1.1.3.2 Заряжание

Подготовка к взрывным работам состоит из следующих этапов:

• изготовление зажигательной трубки при огневом способе;
• изготовление боевого патрона;
• очистка пробуренных шпуров от буровой муки;
• зарядка и забойка шпуров;
• взрывание шпуров.

2.1.1.3.3 Взрывание

В шахтах используемые взрывчатые вещества подразделяются на категории в зависимости от крепости взрываемых пород и степени влажности забоя выработок:

• А — для пород средней крепости сухих и влажных забоев: аммониты 6 и 7, динафталит;
• Б — водоустойчивые для пород средней крепости;
• В — водоустойчивые для крепких пород: аммонит 1 и 2, аммоналы, динамит 62%.

По назначению во взрывных устройствах взрывчатые вещества делятся на два типа: рабочие, задача которых выполнить основной взрыв, и инициирующие, которые должны заставить низкочувствительные взрывчатые вещества взорваться.

К средствам взрывания зарядов в шахтах относятся:

• при огневом взрывании — огнепроводный шнур, средства его поджигания и капсюли-детонаторы;
• при электрическом — электропроводный шнур, источники тока и капсюли-электродетонаторы;
• при детонирующем — детонирующий шнур и средства его инициирования (капсюль или электродетонатор).

2.1.2 Подъемно-транспортные работы

Подъемно-транспортные работы включают в себя два вида работ:

• выемку угля из очистного забоя;
• транспортировку горной массы из забоев на поверхность земли (подземный шахтный транспорт).

2.1.2.1 Выемка угля из очистного забоя

Технология очистной выемки угля из очистного забоя представляет собой совокупность производственных процессов, выполняемых в определенной последовательности в пространстве и времени и направленных на получение готовой продукции.

Выемка угля производится следующим образом: комбайн, двигаясь по лаве, вынимает полосу угля шириной 0,8 или 1,0 м. Вслед за комбайном производится передвижка секций механизированной крепи, что обеспечивает укрепление обнаженной кровли. После выемки угля по всей длине лавы производится задвижка лавного конвейера, т.е. лавный конвейер перемещается вплотную к забою. Затем производятся концевые операции — передвижка секций крепи сопряжения, перегружателя и другие операции. На следующем этапе комбайн зарубается в пласт, и операция повторяется: выемка, передвижка секций крепи, задвижка конвейера, концевые операции, зарубка комбайна на новую полосу, повторяется новый цикл. Перед выемкой угля может осуществляться предварительное увлажнение угольного пласта (см. 2.1.8.1.3).

В зависимости от применяемых систем разработки комплекс работ в очистном забое состоит из следующих технологических процессов [35]:

• выемка угля (подрубка, отбойка и навалка угля на конвейер);
• доставка (транспортирование) угля вдоль очистного забоя к откаточному штреку;
• крепление призабойного пространства;
• передвижка оборудования ближе к забою по мере подвигания последнего;
• проведение работ по управлению горным давлением.

Очистные работы осуществляются с помощью механизированного очистного комплекса. Механизированным очистным (добычным) комплексом называют совокупность взаимно увязанных по своим параметрам и кинематическим связям машин и оборудования, обеспечивающих комплексную механизацию процессов выемки угля при местном управлении ими. В комплексах допускается замена одного типа оборудования другим (например, комбайнов, крепи).

В механизированный комплекс входят [37]:

• выемочная машина (узкозахватный комбайн, струговая установка и т.д.);
• забойный (лавный) конвейер;
• механизированная крепь;
• различное вспомогательное оборудование (крепь сопряжения, перегружатели, кабелеукладчики, системы орошения и пылеотсоса, вентиляционное оборудование и т.д.).

2.1.2.1.1 Выемочная машина

Выемочная машина осуществляет разрушение массива, дробление угля на транспортабельные куски, передачу горной массы на призабойное транспортное средство.

К выемочным машинам, осуществляющим разрушение угля механическим способом посредством исполнительных органов, относятся:

• очистные комбайны;
• струговые установки;
• бурошнековые машины;
• проходческие комбайны.

Очистной комбайн

Очистные угольные комбайны — добычные машины длинных очистных забоев, входящие в комплекс оборудования с механизированной передвижной крепью, которые механизируют операции по отделению полезного ископаемого от массива и погрузке его на забойный конвейер.

Очистные комбайны работают в очистных забоях (лавах) и предназначены для отделения от массива (выемки) угля и погрузки отделенной горной массы на забойный конвейер. Очистные комбайны для крутых и крутонаклонных пластов обеспечивают выполнение только первой функции, поскольку транспортирование горной массы для этих условий осуществляется самотеком за счет гравитационных сил.

Очистные комбайны делятся на:

• широкозахватные (ширина захвата исполнительного органа более 1,0 м);
• узкозахватные (ширина захвата исполнительного органа менее 1,0 м).

В свою очередь, узкозахватные комбайны имеют стандартный ряд ширины захвата: 0,5; 0,63; 0,7; 0,8 м. В настоящее время применяются в основном узкозахватные комбайны.

Комбайн работает с рамы забойного конвейера. Перемещение комбайна осуществляется подающей частью по реечному ставу закрепленного на навесном оборудовании забойного конвейера. При работе комбайна оба шнека разрушают угольный массив и грузят уголь на забойный конвейер. Уголь, остающийся на почве после прохода шнеков, грузится щитом, расположенным позади шнеков. Управление шнеками по мощности пласта осуществляется домкратами подъема.

Современный очистной комбайн состоит из следующих основных систем:

• корпусная система, предназначенная для объединения отдельных корпусных узлов в конструктивно целостный технический объект, а также для выполнения ряда других функций;
• система привода исполнительного органа, предназначенная для обеспечения движения этого органа с задаваемыми скоростями резания и необходимыми моментами;
• система перемещения, предназначенная для обеспечения перемещения (подачи) корпусной подсистемы комбайна с требуемыми значениями скоростей и усилий;
• система подвески и перемещения исполнительного органа, предназначенная для:

а) основных и регулировочных перемещений исполнительного органа относительно основных жестко соединенных узлов корпусной подсистемы с требуемыми значениями скоростей и усилий;

б) поддержания заданного положения исполнительного органа относительно указанных выше узлов;

• система управления для осуществления функций управления, защиты, контроля и диагностики на основе соответствующей аппаратуры и компьютерных устройств, с которыми взаимодействуют операторы;
• система пылеподавления.

Технологические схемы при отработке забоев очистными комбайнами

При отработке забоев очистными комбайнами применяются две схемы [35]:

• челноковая схема, при которой комбайн производит выемку угля при движении в обоих направлениях;
• односторонняя схема, при которой комбайн производит выемку угля при движении только в одном направлении, а в другом осуществляется перегон комбайна.

Выемочная машина струговой установки

Выемочная машина струговой установки, в отличие от очистных комбайнов, разрушает уголь резанием с поверхности забоя вдоль линии напластования угля с постоянной или переменной (в зависимости от сопротивляемости угля резанию) глубиной резания (толщиной угольной стружки).

По сравнению с выемкой комбайнами при струговой выемке обеспечиваются:

• эффективный способ разрушения угольного пласта резанием вдоль напластования с глубиной резания, достигающей 100 мм (при слабых углях), в наиболее отжатой зоне угольного пласта — с поверхности забоя. Это обеспечивает минимальную энергоемкость процесса разрушения угля, высокую сортность добываемого угля при небольшом пылеобразовании;
• более безопасные условия для отработки пластов, опасных по газу и пыли и особенно по внезапным выбросам угля и газа;
• возможность эффективной выемки весьма тонких пластов мощностью 0,4 — 0,7 м;
• более простая схема организации работ по длине лавы;
• менее сложные средства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов в очистном забое.
• относительная простота и надежность конструкции собственно стругового исполнительного органа, представляющего собой литой корпус с закрепленными на нем резцами. На исполнительном органе струговой установки нет электро- или гидродвигателей, трансмиссии;
• приводы струга находятся на рамах приводных головок конвейера, расположенных на штреках или по концам забоя, что упрощает их техническое обслуживание. При выносе приводных головок струга и конвейера на штреки исключается необходимость предварительной выемки ниш;
• отсутствует необходимость перемещения машиниста струга вдоль очистного забоя вслед за перемещением струга, что существенно уменьшает физическую тяжесть и напряженность его труда.

К недостаткам струговой выемки относятся:

• ограниченная область применения по сопротивляемости угля резанию и наличию в пластах крупных крепких включений колчедана, кварцита, породных прослойков;
• геологические нарушения пласта, наличие спаянности («присухи») верхней пачки пласта с породами кровли, слабые породы кровли и почвы, которые усложняют, а в ряде случаев делают невозможным эксплуатацию стругов;
• неуправляемый процесс обрушения верхней пачки угля под действием веса и горного давления, что затрудняет применение совместно со стругами механизированных крепей;
• низкий КПД стругов из-за больших потерь на трение струга о почву и став забойного конвейера,
• наличие в нижней части пласта крепкого слоя угля (земника) и слабая неровная почва также препятствуют применению струговой выемки.

2.1.2.1.2 Секции крепи

Породы кровли над призабойным и выработанным пространством можно рассматривать как плиту, один конец которой закреплен в угольном массиве, а другой — свешивается в виде консоли и может обрушиться. Для его поддержания устанавливают крепь, которая по мере подвигания забоя перемещается, освобожденная от крепи часть консольной плиты обрушается в выработанное пространство.

Для крепления очистных выработок и управления кровлей применяют механизированные крепи, предназначенные для крепления и ограждения рабочего пространства очистного забоя от проникновения в него обрушенных пород кровли и управления горным давлением. Механизированная крепь состоит из линейных секций, распределительной и контрольно-регулирующей гидроаппаратуры и гидрокоммуникаций.

Секция механизированной крепи — это элемент крепи, сохраняющий свою целостность при передвижении и состоящий обычно из основания, гидравлических стоек (до двух стоек в секции), связанных перекрытием у кровли пласта, гидродомкратов передвижения (одного или двух), блока управления потоком рабочей жидкости и гидрокоммуникаций. Секция имеет оградительный элемент, защищающий рабочее пространство от проникновения в него обрушенной породы кровли.

Секции располагаются по всей длине лавы и передвигаются к забою по мере выемки угля вслед за комбайном одна за другой через одну с последующим подтягиванием непередвинутых.

Операции, выполняемые линейными секциями, одинаковы почти для всех механизированных крепей: разгрузка (снятие распора) гидростоек, передвижение секции, распор гидростоек, передвижение забойного конвейера и поддержание пород кровли.

Для передвижки секции производят разгрузку ее стоек соединением поршневых полостей стоек со сливной магистралью через управляемый обратно-разгрузочный клапан. Одновременно производится подача рабочей жидкости в штоковую полость.

По технологическим критериям механизированные крепи можно классифицировать по способу перемещения всей крепи комплекса — фронтальное сразу по всему фронту забоя (непрерывное или цикличное).

Передвижка секций механизированных крепей

Для передвижки секций механизированных крепей применяют три основных способа: линейный, шахматный и групповой [38].

2.1.2.1.3 Забойный (лавный) конвейер

Забойные конвейеры служат для приема и транспортирования горной массы в забоях шахт. В длинных забоях, как правило, применяются скребковые забойные конвейеры, в узких — ленточные [37].

Ленточные конвейеры

Ленточные конвейеры служат для транспортирования угля и пустой породы, и породы из проходческих, вскрышных и добычных забоев по горизонтальным и наклонным выработкам внутри горных предприятий, для подъема их на поверхность и для последующего перемещения к обогатительной фабрике, к погрузочному пункту внешнего транспорта или непосредственно к потребителю, а породы — в отвал. Представляет собой конструкцию, состоящую из опорных стоек, приводного и натяжного барабанов, приводного оборудования, промежуточных опорных роликов и кольцевой ленты, по которой непосредственно перемещаются грузы.

Производительность ленточных конвейеров зависит от ширины и скорости движения конвейерной ленты.

Несущим и тяговым органом ленточного конвейера общего назначения является замкнутая (бесконечная) гибкая лента, опирающаяся своими рабочей и холостой ветвями на роликовые опоры и огибающая на концах конвейера приводной и натяжной барабаны. Передача движения ленте осуществляется фрикционным способом от приводного барабана.

Необходимое первоначальное натяжение на сбегающей ветви ленты создается натяжным барабаном при помощи натяжного устройства, которое в основном выполняют грузовым. Ленты загружают сыпучим материалом через загрузочную воронку, устанавливаемую обычно в начале конвейера у концевого барабана. Разгрузка ленты может быть концевой с приводного барабана или промежуточной, для чего используют передвижную разгрузочную тележку или стационарные плужковые сбрасыватели.

Направление потока, сбрасываемого с барабана материала, обеспечивается разгрузочной коробкой.

Скребковые конвейеры

На угольных шахтах для доставки угля в длинных очистных забоях на пологих и наклонных пластах применяют скребковые конвейеры. Они относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистными комбайнами, стругами и механизированными крепями и являются базой современных механизированных комплексов.

Забойные скребковые конвейеры предназначены для транспортирования (доставки) отбитого и погруженного угля вдоль очистного забоя в конвейерный штрек. Став конвейера является базой для передвижения комбайна и подтягивания секций лавной крепи.

Скребковые конвейеры обладают большой производительностью и могут доставлять уголь как вниз по падению пласта (под углом до 20° — 35°), так и вверх по восстанию (под углом до 12°).

Скребковый конвейер состоит из двух желобов (рештачный или конвейерный став), тягового органа и двух концевых конструкций — приводной и натяжной головок.

Став конвейера состоит из линейных рештаков, бортов и переходных секций. Линейные рештаки соединяются между собой специальными замками, допускающими изгиб рештаков относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях под углом до 3°, а к раме приводной и концевой головок подсоединяются через переходные секции.

К нижним полкам боковин линейной секции приварены две поперечные лыжи, к концам которых с забойной стороны прикреплены подборщики, которые зачищают почву комбайновой дорожки при передвижке конвейера и являются опорой для забойной лыжи комбайна. С завальной стороны к подборщикам крепят борт с желобом для кабелеукладчика.

Став конвейера имеет прочную конструкцию, допускающую работу выемочной машины непосредственно с его рамы. Он же служит базовой балкой для самопередвигающейся гидравлической крепи.

Тяговым органом конвейера являются две круглозвенные цепи со скребками. Отдельные отрезки цепи соединены между собой специальными соединительными звеньями. Тяговые замкнутые (бесконечные) цепи со скребками, двигаясь по дну верхнего желоба, перемещают погруженный на конвейер уголь и сбрасывают его при огибании ведущей звездочки приводной головки.

2.1.2.1.4 Конвейерные перегружатели

Перегружатели — это специальные конвейеры для сопряжения забойного конвейера со средствами транспорта по штреку.

Перегружатели обеспечивают непрерывность процесса погрузки горной массы в партию вагонеток. Их различают:

• по типу исполнительного органа — ленточные и скребковые;
• по способу передвижения к забою — несамоходные и телескопические;
• по способности к изгибу в горизонтальной плоскости — изгибающиеся и неизгибающиеся;
• по виду поддерживающих устройств — опирающиеся на почву выработки, подвешенные к крепи и смешанные.

Скребковые конвейерные перегружатели на угольных шахтах представляют собой приставные и надвижные конструкции, устанавливаемые под конвейером очистного забоя в хвостовой части ленточного штрекового конвейера. Приставные перегружатели используют с ленточными телескопическими конвейерами. Надвижные перегружатели, имеющие надвижную головную часть, обеспечивают непрерывное продвигание лавы на некоторую длину без укорачивания или удлинения штрекового ленточного конвейера. По мере продвигания лавы перегружатели конвейерные перемещают по почве с помощью лебедок или домкратов. Производительность конвейерных скребковых перегружателей — 200 — 600 т/ч.

Ленточные перегружатели в основном используют при проведении подготовительных выработок комбайновым или буровзрывным способом; их устанавливают между проходческим комбайном или погрузочной машиной и основным транспортным средством. Ленточные перегружатели изготавливают самоходными (с электрическим или пневматическим приводом) или несамоходными, перемещаемыми с помощью проходческого комбайна или погрузочной машины.

Ширина ленты подземных конвейерных перегружателей составляет 650 — 800 мм, производительность — 180 — 300 м3/ч [37].

2.1.2.2 Шахтный транспорт подземный

2.1.2.2.1 Основные виды транспорта

В зависимости от вида перевозимого груза шахтный транспорт разделяют на основной, предназначенный для перемещения угля и пустой породы, и вспомогательный — для перемещения горного оборудования, различных материалов и людей.

К основным видам подземного транспорта относятся:

• конвейерный;
• рельсовый;
• безрельсовый самоходный;
• монорельсовый;
• канатный подвесной.

Оборудование конвейерного транспорта различается в зависимости от основного назначения и горнотехнических условий:

• ленточные конвейеры обычной конструкции — применяются для транспортирования (основное назначение) угля, породы и горной массы от очистных и подготовительных забоев. Применяются в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона от -16° до +18°;
• крутонаклонные ленточные конвейеры — применяются для транспортирования угля, породы и горной массы от очистных и подготовительных забоев. Применяются в наклонных выработках с углами наклона до -25° или +35°;
• телескопические ленточные конвейеры — также применяются для транспортирования угля, породы и горной массы от очистных и подготовительных забоев. Применяются в укорачивающихся или удлиняющихся вслед за подвиганием очистных или подготовительных (проходческих) забоев горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона от -10° до +10°;
• грузопассажирские ленточные конвейеры — применяются при транспортировке угля, породы и горной массы и перевозке людей в горизонтальных и наклонных выработках с углом наклона до 18°;
• пластинчатые изгибающиеся конвейеры — применяются при транспортировке угля от очистных забоев в горизонтальных выработках;
• скребковые конвейеры — применяются при транспортировке угля, породы и горной массы от очистных и подготовительных забоев в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до 35° при небольшой длине транспортирования (до 100 — 150 м).

Рельсовый транспорт:

• электровозы, дизелевозы — применяются при транспортировке составов вагонеток и секционных поездов с углем, породой, горной массой, оборудованием и материалами, а также пассажирских составов в горизонтальных выработках;
• инерционные локомотивы (гировозы) — применяются при перевозке материалов, оборудования и людей в вентиляционных горизонтальных выработках;
• канатная откатка в вагонетках — применяется при транспортировке составов вагонеток с углем, породой или горной массой, материалами и оборудованием, а также пассажирских поездов во вспомогательных наклонных выработках с углами наклона от 10° до 30°;
• канатная откатка в скипах — применяется при транспортировке угля, породы или горной массы в наклонных выработках с углами наклона свыше 18°;
• напочвенные канатные дороги — применяются при транспортировке составов вагонеток с углем, породой или горной массой, материалами и оборудованием, перевозке людей в горизонтальных и наклонных выработках знакопеременного профиля до 20°.

Безрельсовый самоходный транспорт (применяется при транспортировке угля, породы и горной массы в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до 12°):

• грузовые самоходные вагонетки;
• тягачи с прицепными платформами;
• грузолюдские самоходные вагонетки.

Монорельсовый транспорт:

• монорельсовые дороги с канатной тягой — применяются при транспортировке материалов и оборудования, перевозке людей в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до +35°;
• монорельсовые дороги с подвесными локомотивами — применяются при транспортировке материалов и оборудования, перевозке людей в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до 20°;

Канатный подвесной транспорт:

• моноканатные подвесные дороги — применяются при транспортировке материалов и оборудования, перевозке людей в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до 25°;
• двухканатные подвесные дороги — применяются при транспортировке материалов, оборудования в горизонтальных и наклонных выработках с углами наклона до 15° [39].

Перемещение угольной массы в шахте от забоя до околоствольного двора или на поверхность осуществляют одними или несколькими видами транспортных машин с перегрузкой с одного вида транспорта на другой. Цепь взаимосвязанных транспортных машин и механизмов, обеспечивающих перемещение угольной массы, представляет собой транспортный комплекс, при различных видах транспортных машин — комбинированный транспортный комплекс (комбинированный шахтный транспорт) [37].

Транспортный комплекс подземного транспорта состоит из участкового и магистрального.

На пластах с углом падения до 18°:

• участковый транспорт практически полностью конвейеризирован: доставка угля из очистных забоев осуществляется скребковыми конвейерами, по штрекам и наклонным выработкам — ленточными конвейерами; доставка материалов, оборудования и людей — аккумуляторными электровозами и напочвенными и монорельсовыми канатными дорогами, монорельсовыми дорогами с подвесными дизель-гидравлическими локомотивами;
• магистральный транспорт осуществляется:
• по горизонтальным выработкам: ленточные конвейеры, электровозная откатка;
• по наклонным выработкам: ленточные конвейеры, канатная откатка.

На пластах с углом падения свыше 18°:

• участковый транспорт представлен локомотивной откаткой грузов;
• транспорт по наклонным выработкам — канатной откаткой (в вагонетках, скипах).

2.1.2.2.2 Транспортировка угля от забоя к местам погрузки

Для транспортировки угля от забоя к местам погрузки в вагонетки применяются следующие виды механической доставки:

• скреперная;
• самоходным оборудованием;
• питателями;
• конвейерами.

Скреперная установка представляет собой транспортное средство периодического действия, состоящее из скребковой лебедки, скрепера, головного и хвостового канатов, концевого и поддерживающего блоков. К месту погрузки скрепер перемещается с помощью концевого каната. Двигаясь в обратном направлении с помощью головного каната, скрепер, внедряясь в рыхлую породу, самозагружается и доставляет ее волоком к месту разгрузки. Скреперование осуществляется по добавочным выработкам, куда уголь поступает по выпускным выработкам под действием собственного веса.

Самоходным называют безрельсовое оборудование, имеющее самостоятельный привод для передвижения на шинном или на гусеничном ходу. Самоходные машины подразделяются на:

• погрузочные;
• доставочные;
• погрузочно-транспортные.

Погрузочные машины осуществляют только погрузку угольной массы в транспортные средства. К ним относятся машины с нагребающими лапами, подземные экскаваторы и ковшовые погрузчики.

К доставочным машинам, осуществляющим доставку угольной массы, относятся подземные автосамосвалы и самоходные вагонетки. Самоходная вагонетка на пневматическом ходу представляет собой короб длиной 8 — 10 м, в дне которого смонтирован скребковый или пластинчатый конвейер, обеспечивающий равномерность распределения горной массы при загрузке и последующую выгрузку из вагонетки. Автосамосвалы на подземных работах используют для доставки и транспортирования угля на значительные расстояния. В основном используются автосамосвалы с опрокидным кузовом.

Погрузочно-транспортировочные машины совмещают в себе функции погрузочных и доставочных машин. Они оборудованы ковшовыми погрузчиками, доставка угольной массы осуществляется либо в бункерах машины, либо непосредственно в ковше.

Питатели представляют собой короткие конвейеры длиной 6 — 8 м, служащие для погрузки угля в другие средства механизированной доставки или непосредственно в вагонетки.

Для доставки угля применяются скребковые и ленточные конвейеры. Они служат для доставки угольной массы до других средств механизированной доставки. На базе конвейеров возможна поточная транспортировка угольной массы от блока до поверхности.

2.1.3 Транспортировка горной массы

В данном разделе рассматривается шахтный транспорт поверхности (в надшахтных зданиях, породных отвалах, складах).

2.1.3.1 Технологический комплекс

Технологический комплекс поверхности шахты представляет собой комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенных для подъема, приема, переработки, взвешивания и отправки потребителям угля, приема и складирования породы, подачи воздуха в шахту (при необходимости его кондиционирования) для проветривания подземных выработок, обеспечения горных работ электро- или пневмоэнергией, бытового обслуживания трудящихся и для очистки шахтных вод.

Технологический комплекс состоит из трех основных блоков:

• главного ствола;
• вспомогательного ствола;
• угольного погрузочно-складского комплекса.

В здании комплекса главного ствола производятся прием угля и предварительная его обработка (удаление посторонних предметов и дробление). Главный ствол может быть вертикальным или наклонным. На современных шахтах выдача угля на поверхность по вертикальным стволам производится скиповыми подъемниками. По этим же стволам и выдается порода. По главным наклонным стволам уголь выдается ленточными конвейерами, которыми на некоторых шахтах транспортируется (в свободное время от выдачи угля) порода.

Надшахтное здание главного ствола соединяется с погрузочно-складским комплексом для угля ленточными конвейерами, установленными в соединительных конвейерных галереях (наклонных и горизонтальных).

Блок вспомогательного (клетевого) ствола обслуживает спуск и подъем людей, спуск крепежных и других материалов и оборудования, откатку и обмен вагонеток в клетях на поверхности. В состав блока вспомогательного ствола включают копер, комплекс по обмену вагонеток, помещения ремонтных мастерских, материальные склады, калориферную и компрессорную, если на шахте используется энергия сжатого воздуха. Этим подъемом в большинстве случаев производится также выдача породы.

В состав погрузочно-складского комплекса для угля входят погрузочные бункера, пункты и устройства для погрузки угля в железнодорожные вагоны, а также склады угля (открытые и закрытые). Склады предназначены для приема угля из шахты при заполненных бункерах и перебоях в подаче подвижного состава под погрузку, а также для хранения недефицитных и некондиционных марок угля. Породный комплекс состоит из погрузочных бункеров, из которых производится погрузка породы в подвижной состав для принятого вида транспорта, транспортных устройств и собственно отвала породы.

В технологическом комплексе поверхности шахты расположен лабораторный комплекс оценки качества угля, осуществляющий анализ изменения состава и параметров угля и продуктов обогащения.

2.1.3.2 Транспорт на поверхностных комплексах

Традиционными видами транспорта на поверхностных комплексах действующих шахт являются:

• гравитационный;
• конвейерный;
• железнодорожный (широкой и узкой колеи);
• прочие (автомобильный и т.д.).

В зависимости от расстояния транспортировку угля можно подразделить на два типа:

• транспортировка угля между зданиями технологического комплекса поверхности шахты. При данном типе транспортировки применяются самотечный, конвейерный транспорт и элеваторы [37]. Преимущественно используются ленточные конвейеры, а в качестве вспомогательных устройств конвейерных комплексов — различного рода питатели, устройства для улавливания магнитных включений и взвешивания материала в процессе его транспортирования;
• транспортировка угля на расстояние в несколько километров для доставки на центральные обогатительные фабрики, железнодорожные станции и электростанции. К наиболее приемлемым средствам транспорта на данное расстояние относятся железнодорожный транспорт (обычно широкой колеи) и ленточные конвейеры.

2.1.4 Складирование угля и отходов недропользования

Данные вопросы рассмотрены в соответствующих частях справочника НДТ при рассмотрении добычи угля открытым способом (см. 2.2.4 и 2.2.7.3).

2.1.5 Контроль качества угля <13>

<13> Данный подраздел является общим для подразделов «Добыча подземным способом», «Добыча открытым способом» и «Обогащение угля».

Контроль качества угля на шахтах и разрезах осуществляют по пробам угля, отобранным из пластов. Кроме того, на шахтах, разрезах и обогатительных фабриках осуществляют контроль по пробам, отобранным из товарного угля. Процесс отбора пластовых проб регламентируется ГОСТ 9815-75, проб товарного угля - ГОСТ 10742-71. Отобранные пробы направляются на проборазделочные машины, которые способны обрабатывать уголь крупностью до 300 мм.

В лабораториях для оценки качества угля применяется много вспомогательного оборудования: дробилки, делители проб, истиратели, просеивающие машины, сита, грохоты, печи, сушильные шкафы, питатели, центрифуги, встряхиватели и т.д.

Для контроля массы поступающего угля применяются весы.

Непосредственно для контроля качества угля применяется многочисленное измерительное оборудование, в том числе: калориметры, влагомеры, анализаторы зольности, серы и углерода, анализаторы термогравиметрические, пластометрические аппараты и т.д.

2.1.6 Вентиляция и дегазация

Согласно технике безопасности, рудничный воздух должен содержать по объему не менее 20% кислорода и не более 0,5% углекислого газа. Концентрация метана должна составлять не более 0,5% — 2% — в вентиляционных струях угольных шахт (в отводящих, дегазационных трубопроводах и газодренажных выработках допустима более высокая концентрация) [40]. Данные предельные допустимые значения концентрации метана в вентиляционных струях достаточно низки, что ограничивает возможность экономически оправданного каптирования и утилизации метана в промышленных масштабах. В связи с этим бороться с метаном как с загрязнителем целесообразно, только откачивая его изолированно из угольного пласта и выработанного пространства. Подобная схема препятствует выбросам метана через трещины и разрушения, а также снижает риск возникновения нештатных ситуаций в зоне добычи угля и подходов к ней.

Таким образом, к задачам вентиляции подземных выработок относятся:

• обеспечение выработок пригодным для дыхания воздухом;
• поддержание в них нормальной температуры и влажности;
• метаноотведение.

Проведение дегазации в целях снижения концентрации взрывоопасных газов (главным образом метана) в действующих горных выработках до установленных норм предусмотрено требованиями статьи 14 Федерального закона от 20.06.1996 № 81-ФЗ «О государственном регулировании в области добычи и использовании угля, об особенностях социальной защиты работников организаций угольной промышленности».

Проветривание горных выработок шахты обеспечивается с помощью непрерывно работающих вентиляторных установок — вентиляторов главного проветривания (ВГП) и вспомогательных вентиляторных установок (ВВУ).

За счет диффузии организуется проветривание тупиковых горных выработок газовых шахт длиной до 6 м, а негазовых шахт — длиной до 10 м. При этом максимально допустимая скорость воздуха в лавах и тупиковых выработках не должна превышать 4 м/с, а в прочих горных выработках, проведенных по углю и породе, — не более 6 м/с.

Очистные забои проветривают за счет общешахтной депрессии, создаваемой вентиляторами главного проветривания и вспомогательными вентиляторными установками. В качестве главных вентиляторов на шахтах применяют осевые и центробежные вентиляторы, обеспечивающие проветривание горных выработок всей шахты или ее части. Вспомогательные вентиляторные установки служат для проветривания выемочных участков и отдельных горных выработок шахты. Срок их эксплуатации не должен превышать трех лет [40].

Основные схемы вентиляции шахты — центральная и фланговая; их сочетание — комбинированная схема.

При центральной схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту и выходит из нее через стволы в центре шахтного поля. Схема применяется при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию и относительно небольшой мощности шахты, ведении работ на глубоких горизонтах; обеспечивает быстрый ввод в действие главного вентилятора и создание сквозной струи при строительстве шахты; характеризуется большой протяженностью пути движения воздуха, наличием параллельных струй чистого и загрязненного воздуха, их неоднократными пересечениями.

При фланговой схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту через ствол в центре шахтного поля, выходит через стволы, расположенные на флангах. Схема применяется на неглубоких шахтах, когда невозможно или нецелесообразно поддерживать единый вентиляционный горизонт; практически исключает встречное движение поступающей и исходящей струй; длина пути движения воздуха меньше, чем при центральной схеме. Однако по фланговой схеме требуется не менее трех вентиляционных стволов и обычно не менее двух вентиляторных установок; в период подготовки шахтного поля вентиляция шахты затруднена.

При комбинированном способе вентиляции шахты один вентилятор работает на нагнетание, другой — на всасывание [37].

Проветривание тупиковых горных выработок осложнено — подача атмосферного (свежего) воздуха в такую выработку или удаление из нее загрязненного рудничного воздуха осуществляется, как правило, вентиляторами по трубам достаточно большого диаметра, проложенным в этих выработках. При остановке вентилятора или нарушении проветривания забоя автоматически отключается электроэнергия, подаваемая к механизмам во всей тупиковой выработке.

В зависимости от направления подачи свежего воздуха вентиляторами главного проветривания различают три способа проветривания горных выработок для удаления метана и иных газов без их улавливания [41]:

• нагнетательный;
• всасывающий;
• комбинированный.

Нагнетательный способ проветривания

Нагнетательный способ проветривания шахты представляет собой подачу свежего воздуха в шахту нагнетательными ВГП и (или) ВВУ. Свежий воздух проходит через ВГП или ВВУ, а затем перемещается по горным выработкам и выбрасывается на поверхность за счет «компрессии», создаваемой ВГП и (или) ВВУ.

Технология нагнетательного способа проветривания подготовительного забоя представляет собой подачу свежего воздуха к забою выработки по трубам при помощи вентилятора местного проветривания, работающего в режиме нагнетания.

Свежий воздух интенсивно перемешивается с рудничными газами, а затем этот рудничный воздух перемещается в горные выработки с общешахтной исходящей струей воздуха и выбрасывается на поверхность.

Всасывающий способ проветривания

Технология всасывающего способа проветривания шахты представляет собой подачу свежего воздуха в шахту по горной выработке, имеющей выход на поверхность, за счет депрессии, создаваемой всасывающими ВГП и (или) ВВУ. Рудничный воздух перемещается в горные выработки с общешахтной исходящей струей воздуха, а затем выбрасывается на поверхность ВГП или ВВУ.

Технология всасывающего способа проветривания подготовительной выработки представляет собой подачу свежего воздуха к забою выработки по самой подготовительной выработке, а рудничный воздух удаляется по трубам при помощи вентилятора местного проветривания, работающего в режиме всасывания, а затем выбрасывается в горные выработки с общешахтной исходящей струей воздуха и на поверхность.

Комбинированный способ проветривания

Комбинированный способ проветривания — сочетание технологий нагнетательного и всасывающего способов проветривания шахты и подготовительной выработки.

Оборудование

Вентиляторы

Для проветривания выработок применяют осевые и центробежные вентиляторы.

Вентиляционные трубы

При вентиляции горных выработок применяют гибкие и жесткие трубы из синтетических тканей, пластмасс и металла. Для проветривания обычно используют вентиляционные трубы диаметром 300 — 1000 мм. Звенья труб соединяются фланцевыми соединениями, стальными кольцами или муфтами [42].

Калориферы

Для подогрева воздуха, поступающего в шахту в холодное время года, применяются калориферы.

Датчики метана

Датчики метана предназначены для непрерывного мониторинга содержания метана в рудничном воздухе с точностью до +/- 0,2% (при концентрации до 5%). В зависимости от модификации датчики могут определять содержание в рудничном воздухе иных газов (оксид углерода, диоксид углерода, кислород, водород, суммарная концентрация горючих газов).

Дегазационные установки

Дегазационные установки устанавливаются в опасных по метану шахтах с целью отвода метана из скважин, пробуренных в угольный пласт, в сближенные угольные пласты и в выработанное пространство.

Осланцеватели

Осланцеватели применяются для искусственного озоления взрывчатой пыли, оседающей в подземных горных выработках, путем добавления к ней негорючей пыли. В качестве негорючей пыли используют измельченный сланец или известняк, который с помощью осланцевателей наносится на поверхности горных выработок.

Выбор оборудования для проветривания горной выработки производят в соответствии с результатом расчета вентиляции тупиковых выработок, учитывающего следующие факторы:

• метановыделение;
• необходимый уровень разбавления ядовитых газов после проведения взрывных работ;
• максимальное число работающих в забое людей;
• минимальная скорость движения воздуха по выработке;
• тепловой и пылевой режимы;
• мощность машин и оборудования [41].

2.1.7 Осушение, водоотлив, водоотведение и водоснабжение

Для защиты подземных выработок должны предусматриваться устройства и установки для водоотлива и отвода откачиваемых вод к местам их сброса.

До начала проходки стволов и подготовительных выработок в случаях непосредственной угрозы прорывов в подземные выработки воды и горных пород устанавливаются внешахтные водопонизительные системы и противофильтрационные завесы, устраиваемые в соответствии с требованиями СНиП 2.06.14-85 [87]. Водопонизительные системы могут проектироваться с применением открытых и вакуумных водопонизительных скважин, иглофильтров, пластовых, траншейных и трубчатых дренажей, подземных дренажных выработок. Учитывая необходимые значительные затраты при определении набора мероприятий необходимо учитывать капитальные и эксплуатационные затраты и целесообразность проведения данных мероприятий.

Водосбор и водоотлив осуществляют следующим образом: вода со всей системы горных выработок собирается с помощью канав в специальные выработки — водосборники, находящиеся при насосных станциях, и удаляется на земную поверхность насосами по трубопроводам или самотеком, если позволяют условия.

При подземной разработке месторождений могут применяться в зависимости от водопритока и порядка отработки залежи различные схемы водоотлива:

• непосредственный водоотлив с каждого горизонта: при значительных водопритоках в случае одновременной работы всех горизонтов насосные станции устанавливают на всех рабочих горизонтах, и откачку воды на земную поверхность ведут из водосборников каждого горизонта отдельной водоотливной системой;
• перекачка воды на вышележащие горизонты: при последовательной отработке горизонтов воду собирают в водосборники на каждом горизонте, перекачивают ступенчато в водосборники на вышележащих горизонтах и затем выдают на земную поверхность;
• спуск воды с вышележащего горизонта и откачка на земную поверхность: при небольших водопритоках возможен перепуск воды в водосборник на нижнем горизонте с последующей ее откачкой на земную поверхность;
• спуск воды в штольню: в случае вскрытия залежи полезного ископаемого штольней и слепым стволом воду можно перепускать из водосборников вышележащих горизонтов самотеком в водосборник штольневого горизонта, из которого она самотеком или с перекачкой будет выдаваться по штольне на земную поверхность;
• бурение опережающих скважин и дренажных выработок, обеспечивающих постоянное опережающее (по отношению к горным работам) понижение уровня подземных вод.

Различают главный водоотлив, устраиваемый в камере околоствольного двора для откачки на земную поверхность всего притока воды в шахту, и вспомогательный — для перекачки воды с отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива.

Система водоотлива включает в себя сеть водоотводных канавок, участковые и главные водосборники, насосные станции, вспомогательные устройства (водотрубные ходки, перемычки и т.п.), устройства автоматизации и контроля.

Водоотводные канавки устраивают в горизонтальных и наклонных горных выработках для сбора и отвода воды к водосборникам. Вода всегда движется по направлению к шахтному стволу или устью штольни, т.е. к выходам на земную поверхность.

Водосборники должны иметь не менее двух выходов на откаточные выработки [43]. В шахтах, опасных по прорыву воды, вместимость водосборников главных и участковых водоотливных установок нужно рассчитывать соответственно на восьми- и четырехчасовой приток воды, для остальных шахт — на четырех- и двухчасовой водоприток.

Для откачки на поверхность используют электрические или пневматические насосы, которые отводят воду по трубопроводам. Для обеспечения высокого давления используют стационарные насосные установки, размещенные в выработках около стволов.

Водоснабжение в угольных шахтах осуществляется для обеспечения орошения и иных методов предотвращения загрязнения атмосферного воздуха, а также для обеспечения противопожарной защиты.

2.1.8 Природоохранные технологии

2.1.8.1 Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха

2.1.8.1.1 Основные положения

При проведении горных выработок основными загрязняющими веществами, которые выбрасываются в воздух, являются метан и пыль неорганическая (не учитывая выбросы, связанные с работой ДВС).

Эмиссия пыли при добыче угля осуществляется на всех этапах технологического процесса. При этом основная масса пыли образуется при ведении добычных работ и проведении выработок, а также при погрузке и транспортировке горной породы. Источниками эмиссии неорганической пыли являются вскрышные и вмещающие породы. Эмиссия пыли каменного угля происходит, преимущественно, на этапах транспортирования и хранения угля. Учитывая, что разделение пыли по составу может быть проведено только в лабораторных условиях, здесь и далее под неорганической пылью подразумевается совокупность веществ:

• пыли неорганической с содержанием кремния менее 20%;
• пыли неорганической с содержанием кремния 20% — 70%;
• пыли неорганической с содержанием кремния более 70%;
• пыли каменного угля.

Большая часть пыли, образующейся при добыче угля подземным способом, осаждается под действием орошения комбайнов при отбойке угля, водяных завес на исходящих струях. Однако определенное количество пыли попадает в системы вентиляции и воздухоочистки и выбрасывается в атмосферу. Кроме того, при шахтной добыче осуществляется ряд технологических операций на поверхности земли (транспортировка угля в надшахтных сооружениях, складирование угля, погрузка, отвалообразование), которые сопровождаются эмиссией пыли в атмосферу.

К мероприятиям по улучшению качества рудничного воздуха относятся мероприятия, направленные на предупреждение пылеобразования: предварительное увлажнение угольного массива, промывка скважин водой, орошение, пылеулавливание.

Основная цель проведения данных мероприятий — снижение содержания пыли неорганической в рабочей зоне для улучшения условий на рабочих местах и соблюдения требований правил безопасности в угольных шахтах.

Основная масса метана (в концентрациях, существенно влияющих на чистоту атмосферного воздуха) выделяется в отработанном пространстве. В связи с этим наиболее распространенными технологиями борьбы с эмиссией метана являются изоляция отработанного пространства и применение дегазационных установок. Извлечение метана из вентиляционных потоков угольных является крайне затруднительной задачей, решение которой в большинстве случаев нецелесообразно с экономической точки зрения. При этом извлечение метана из вентиляционных потоков не способствует росту безопасности труда, поскольку системы вентиляции отводят метан из горных выработок вне зависимости от того, утилизируется ли он впоследствии или нет. При этом установки для улавливания метана предполагают его утилизацию не в шахте (см. 2.1.6), а в надшахтных сооружениях.

При этом в значительных концентрациях метан присутствует далеко не на всех шахтах, поэтому специальные меры для борьбы с ним должны применяться на всех шахтах, где это необходимо с точки зрения безопасности и технологии.

2.1.8.1.2 Контроль состояния атмосферного воздуха <14>

<14> Данный пункт является общим для подразделов «Добыча подземным способом», «Добыча открытым способом» и «Обогащение угля».

Инвентаризация выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и их источников в настоящее время регламентируется Методическим пособием по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (дополненное и переработанное) (введено письмом Минприроды России от 29.03.2012 № 05-12-47/4521).

Стационарные источники выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух подразделяются на два типа:

• источники с организованным выбросом (дымовые и вентиляционные трубы, вентиляционные шахты, аэрационные фонари, дефлекторы и т.п.);
• источники с неорганизованным выбросом.

Согласно методическим указаниям для определения количественных и качественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу используются инструментальные и расчетные (расчетно-аналитические) методы. При этом инструментальные методы являются превалирующими для источников с организованным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу.

Методические указания напрямую указывают, что расчетно-аналитические методы могут применяться в случае невозможности проведения инструментальных измерений по причинам технического или экономического характера.

Соответственно, для источников с неорганизованными выбросами, на которые приходится большинство выбросов в угольной промышленности, допустимо применение расчетно-аналитических методов, что определяется данными факторами:

• экономическая нецелесообразность применения инструментальных методов в условиях значительной площади производственных объектов и постоянного перемещения техники;
• невозможность однозначного определения мест для установки датчиков замера загрязнения атмосферного воздуха.

Согласно изменениям в Федеральный закон «Об охране окружающей среды», внесенным Федеральным законом от 21.07.2014 № 219-ФЗ, с начала 2018 г. «на объектах I категории стационарные источники, перечень которых устанавливается Правительством РФ, должны быть оснащены автоматическими средствами измерения и учета объема или массы выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ и концентрации загрязняющих веществ, а также техническими средствами фиксации и передачи информации об объеме и (или) о массе выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ и о концентрации загрязняющих веществ в государственный фонд данных государственного экологического мониторинга».

Согласно правилам создания и эксплуатации системы автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 13.03.2019 № 262), стационарные источники и показатели выбросов и (или) сбросов включаются в программу автоматического контроля в случае соответствия утвержденным условиям (в том числе, в случае превышения эмиссии по загрязняющим веществам, указанным в данных правилах, а также при наличии средств автоматического измерения).

Внедрение системы автоматического контроля сбросов загрязняющих веществ является обязательным для предприятий, осуществляющих добычу угля, которые отнесены к предприятиям I категории. ГОСТ Р 113.37.01-2019 «Системы автоматического контроля и учета сбросов загрязняющих веществ в угольной промышленности в водные объекты. Основные требования» устанавливает основные требования к проектированию и эксплуатации систем автоматического контроля и учета концентрации загрязняющих веществ, а также к учету показателей, характеризующих объем и качество сточных вод в угольной промышленности.

2.1.8.1.3 Технологии предотвращения загрязнения атмосферного воздуха

Предварительное увлажнение пласта угля в массиве

Предварительное увлажнение пласта угля в массиве является одним из наиболее эффективных средств борьбы с пылью в очистных забоях. Для этой цели в пласте угля по всему забою бурят шпуры или скважины. При этом величина увлажнения угольного массива выемочного столба может быть равна его суточному или недельному подвиганию. Следовательно, длина шпуров или скважин может составлять от 1,5 до 90 м. В шпуры или скважины нагнетается вода под давлением от 5 до 130 атм и более. Увлажнение угля в массиве таким способом снижает запыленность воздуха на 50% — 80%.

В зависимости от фильтрационных свойств угольных пластов предварительное увлажнение подразделяется на высоко- и низконапорное [32].

Высоконапорное нагнетание жидкости в угольный пласт осуществляется насосными установками через скважины (шпуры), пробуренные из подготовительной выработки или очистного забоя.

Низконапорное увлажнение заключается в том, что угольный массив увлажняется водой под давлением, создаваемым в шахтной магистрали за счет разницы геодезических отметок поверхности шахты и места нагнетания воды. Низконапорное увлажнение эффективно при высокой проницаемости пластов за счет капиллярного насыщения массива и заполнения жидкостью мелких трещин.

Для повышения эффективности предварительного увлажнения применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение воды и ускоряют процесс проникновения жидкости в трещины и поры угля. Наибольшее применение получили неионогенные ПАВ-ДБ, ОП, интанол и неонол. Рекомендуются следующие рабочие концентрации ПАВ: ДБ 0,1% — 0,2%; интанол — 0,05%; неонол — 0,05%. Следовательно, применение добавок к воде при предварительном увлажнении угольного пласта приводит к образованию загрязненных сточных вод, которые требуют очистки. Данный недостаток ограничивает возможность применения данной технологии.

Обработка поверхностей

Для предупреждения взрывания пыли, осевшей на бортах и кровле выработок, применяют специальные уборочные машины, для обмывания стенок выработок водой — специальный агрегат, для связывания пыли на стенках выработок — специальные растворы, например, хлористого кальция. При буровых работах, когда производится мелкошпуровое пневматическое бурение, промывка скважин водой может уменьшить количество пыли в 10 — 15 раз.

Орошение

Орошение с подачей большей части воды через исполнительные органы широко используется в очистных забоях при работе комбайнов, врубовых машин, отбойных молотков в лавах крутопадающих пластов. Это позволяет обеспечить подавление пыли на 70% — 98% [32]. Добавление к воде поверхностно-активного вещества ДБ в количестве 0,1% — 0,2% улучшает смачиваемость пыли, и концентрации ее снижаются в некоторых случаях в 6 — 7 раз. Можно повысить пылеподавление при работе комбайна, если увеличить давление воды, подаваемой в форсунки, до 15 атм, что достигается включением в комбайн специального насоса [30].

Для осаждения пыли из воздуха после взрыва шпуров, а также при спуске угля на крутых пластах применяются водяные оросители или туманообразователи. Для пылеподавления после взрыва шпуров они устанавливаются в штреке на расстоянии 8 — 12 м и 20 — 30 м от забоя. Оросители приводят в действие до взрыва шпуров и прекращают их действие через 30 — 40 мин после взрыва. Водные завесы, состоящие из форсунок, должны действовать в течение всего времени выемки угля в лаве или другого технологического процесса, сопровождающегося пылевыделением. Отключение завесы допускается лишь в ремонтно-подготовительные смены. Водяные аэрозоли достаточно эффективно способствуют осаждению пыли из воздуха и препятствуют распространению ее по выработкам.

Орошение при помощи туманообразователей применяется главным образом для предупреждения распространения пыли по шахте.

Форсуночное орошение может применяться при машинной погрузке породы в забоях, при загрузке вагонеток углем из люков, в местах перегрузки с конвейера на конвейер, при опрокидывании вагонеток в бункер.

При использовании для очищения воздуха водовоздушных эжекторов происходит подавление пыли диспергированной водой, а также очистка воздуха от взвешенной пыли, если обеспечивается его протяжка через эжектор. Принцип работы водовоздушного эжектора заключается в том, что за счет разряжения, создаваемого водяным факелом форсунки, отсасывается запыленный воздух, образующий с диспергированной водой шламовидную смесь, которая в свою очередь направляется на подавление пыли. Водовоздушные эжекторы применяются, в частности, для пылеподавления при передвижке секций механизированной крепи.

Обеспыливающее проветривание

Обеспыливающее проветривание производится вентиляционными установками местного проветривания или вентиляторно-оросительными установками.

Пылеподавление пеной

Пылеподавление пеной широко используется при очистных работах на крутых пластах, а также при транспортировке горной массы ленточными конвейерами [32].

Способ характеризуется тем, что связывание и коагуляция пыли осуществляются в воздушном потоке аэрозоля, включающего воздухонаполненные водные (98%) пены высокой кратности, в состав которых входит поверхностно-активное вещество, представленное глицерином (0,2% — 0,4%), а в качестве стабилизатора — олеиновой кислотой (0,8% — 1,2%) и содой каустической (0,4% — 0,6%), а пылеподавление осуществляется выдуванием раствора через сопла форсунки на запыленные поверхности. Эффективность пылеподавления может достигать 90% — 98% [45]. При этом используется специальное оборудование типа СПП (пеногенератор/пенообразователь, стволы воздушно-пенные, соединительная арматура).

Применение данного метода пылеподавления приводит к образованию загрязненных сточных вод, которые требуют очистки. Данный недостаток ограничивает возможность применения данной технологии.

Пылеулавливание

В угольных шахтах применяют следующие способы пылеулавливания:

• отсос запыленного воздуха от места пылеобразования, отвод и выброс его без очистки вдали от рабочих мест;
• отсос запыленного воздуха с последующей очисткой его в специальных устройствах.

Сухое пылеулавливание при бурении осуществляется двумя способами: отсасыванием пыли из-под колпака, плотно прилегающего к груди забоя, или отсасыванием пыли по каналу бура. Отсасываемый воздух должен очищаться от пыли в специальных фильтрах. Применение сухого пылеулавливания наиболее целесообразно при бурении в тех местах, где имеется недостаток воды, и в условиях вечной мерзлоты.

Отсос запыленного воздуха в очистном забое осуществляют передвижной, встроенной в комбайн пылеулавливающей установкой и установкой, расположенной на вентиляционном штреке. В качестве пылеотделительных установок используют установки различного принципа действия (см. 2.2.7.1.5).

Для предотвращения поступления пыли в забой при работе перфораторов и самоходных буровых установок используются системы пылемаслоулавливания, эффективность которых достигает 90% и более [46].

Гидрозабойка

Для пылеподавления при взрыве шпуров может осуществляться внутренняя и внешняя гидрозабойка шпуров. Для внутренней забойки используются гидропатроны, которые вставляются внутрь шпура, а для внешней забойки в забое развешиваются хлорвиниловые мешки с водой. Взрывная волна разрывает гидропатрон и хлорвиниловые мешки и диспергирует воду до аэрозолей, способствующих осаждению пыли из воздуха.

Мероприятия, предупреждающие образование пыли при буровзрывных работах, бурении шпуров и скважин

Для предупреждения образование пыли при буровзрывных работах применяется предварительное увлажнение пласта угля в массиве. При работе врубовой машины или отбойных молотков используются системы орошения.

Для пылеподавления при взрывании шпуров применяют ряд средств, к которым относятся: обмывание стен забоя водой для предупреждения взметывания осевшей пыли вследствие действия взрывной волны, применение внутренней и внешней гидрозабойки.

Для предотвращения поступления пыли в забой при работе перфораторов и самоходных буровых установок используют системы пылемаслоулавливания.

Мероприятия, предупреждающие образование пыли при погрузке и транспортировке горной породы

При уборке горной массы применяют увлажнение взорванной массы, а при работе погрузочных средств — орошение. При скреперной доставке горной массы, наряду с подачей свежего воздуха к месту машиниста скреперной лебедки, что предотвращает распространение пыли в зону дыхания рабочих, используют автоматизированную систему орошения.

Борьбу с пылью при перегрузке горной массы на опрокидах и дроблении ее осуществляют с помощью орошения и пылеотсоса. Для этих целей сооружают специальную систему пылеотсоса, а для очистки отсасываемого воздуха от пыли чаще всего используют электро- и матерчатые фильтры, которые монтируют в специальных камерах. Тканевые фильтры сравнительно быстро засоряются, возрастает их аэродинамическое сопротивление, что приводит к повышению расхода энергии. Поэтому электрофильтры предпочтительнее. Степень очистки воздуха от пыли при этом достигает 98% — 99%.

Для подавления пыли, образующейся в местах перегрузки угля, используются устройства противопылевого кожуха в местах пересыпа угля с помощью конусных оросителей. Небольшие перегрузочные пункты перекрываются специальными матерчатыми чехлами.

Оборудование

Природоохранное оборудование, используемое для предотвращения загрязнения окружающего воздуха (см. таблицу 9), представлено в большей степени пылеподавляющими установками (стационарные оросительные, распылительные, оросительно-вентиляционные установки, водяные оросители, водовоздушные эжекторы, пенообразователи).

2.1.8.2 Очистка сточных вод

2.1.8.2.1 Общие положения <15>

<15> Данный пункт является общим для подразделов «Добыча подземным способом», «Добыча открытым способом» и «Обогащение угля».

Использование природоохранного оборудования для очистки сточных вод (см. таблицу 9) направлено на достижение соответствия качественных показателей сточных вод установленным предельно допустимым концентрациям (ПДК) загрязняющих веществ.

СанПиН 2.1.3684-21 [47] регламентирует санитарную охрану водных объектов, устанавливает требования к охране водных объектов. Отдельно, приказом Минсельхоза России от 13.12.2016 № 552, установлены ПДК для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Кроме того, ПДК для буферной зоны оз. Байкал установлены приказом Минприроды России от 21.02.2020 № 83. Таким образом, сточные воды, уходящие с угледобывающих предприятий, должны быть очищены до состояния, регламентированного данными документами. Также при наличии утвержденных в установленном порядке нормативов допустимого воздействия на водные объекты (допустимого совокупного воздействия всех источников, расположенных в пределах речного бассейна или его части, на водный объект или его часть) в соответствии с гидрографическим и/или водохозяйственным районированием в целях поддержания поверхностных и подземных вод в состоянии, соответствующем требованиям законодательства, они принимаются к учету при определении требований [48].

Воду, подвергшуюся очистке, необходимо сбрасывать через водоотводные каналы в ближайший водоток или в иное место, исключающее возможность ее обратного проникновения в выработки и заболачивание прилегающих территорий. Место сброса сточных вод определяется в решении на предоставление водного объекта в пользование, выдаваемое в соответствии с действующим законодательством.

Приказом Минприроды России от 21.01.2013 № 20 утвержден Административный регламент Федерального агентства водных ресурсов по предоставлению государственной услуги по предоставлению права пользования водными объектами на основании решения о предоставлении водных объектов в пользование. В решениях на предоставление водного объекта в пользование содержится информация о месте сброса сточных вод и определяется объем воды, разрешенный к сбросу.

Объем загрязняющих веществ в сточных водах отражается в разрешении на сброс загрязняющих веществ, выданный на основании нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ и микроорганизмов в водные объекты.

Формирование сточных вод осуществляется практически на всех этапах технологического процесса добычи разрезов и шахт. Сточные воды можно разделить по происхождению на следующие группы.

1. Шахтные и карьерные воды (более 90% массы сточных вод). Они содержат взвешенные вещества (неорганическую пыль) от проведения буровзрывных, вскрышных и добычных работ; нефтепродукты от разлива масел, топлива, эмульсии; нитриты и нитраты, образующиеся при взрывании взрывчатых веществ; железо, образующееся в результате окисления пирита (зачастую встречается во вмещающих породах), металлических конструкций и частей оборудования. Большой объем этого типа вод объясняется их формированием за счет поверхностного, грунтового и подземного стока. При этом под шахтами и разрезами формируются депрессионные воронки, в которые собираются подземные и поверхностные воды с большой территории.

2. Хозяйственно-бытовые воды. Они образуются на банно-прачечных комбинатах и в административно-бытовых зданиях. Эти воды, в числе прочего, содержат остатки мыльных щелочных вод. При наличии возможности такие воды передаются на очистку городским/поселковым коммунальным службам.

3. Технологические (производственные) воды. Они образуются в процессе работы обогатительных фабрик и производственных объектов угледобывающих предприятий (базы автотранспорта, дизелевозного депо, складов горюче-смазочных материалов и т.д.). Как правило, эти воды очищаются и повторно используются в технологическом процессе. Например, на некоторых обогатительных фабриках реализованы проекты реконструкции, предусматривающие замыкание водно-шламовых схем. Это позволяет не сбрасывать смесь воды и угольной пыли (шлам) в пруды-отстойники, а с использованием фильтр-прессов запускать ее в повторный цикл.

4. Поверхностные (ливневые) воды. На предприятиях угольной промышленности они обычно отводятся вместе с карьерными, шахтными и производственными водами на общие очистные сооружения.

Часть сточных вод может быть возвращена в технологический процесс. Однако вернуть в технологический процесс удается лишь небольшую долю сточных вод (до 10%), формирующихся на угледобывающих предприятиях. Таким образом, требуется возведение очистных сооружений. Условно можно выделить следующие методы очистки воды:

• механическая очистка (предварительное отстаивание, осветление);
• биологическая очистка;
• базовая физико-химическая очистка (флотация, аэрация, химическое осаждение, фильтрация, сорбция);
• тонкая физико-химическая очистка (ионный обмен, мембранные методы);
• обеззараживание сточных вод перед сбросом в водный объект (хлорирование, обработка ультрафиолетовым излучением, озонирование).

Методы очистки сточных вод применяются в различных сочетаниях в зависимости от качества воды, подаваемой на очистку. Кроме того, на схемы очистных сооружений влияют экономическое состояние предприятий, требования контролирующих органов и исторические факторы. Решение о возможности реализации того или иного способа очистки и/или их комбинаций определяется индивидуально в каждом конкретном случае.

2.1.8.2.2 Методы очистки воды <16>

<16> Данный пункт является общим для подразделов «Добыча подземным способом», «Добыча открытым способом» и «Обогащение угля».

Механическая очистка

Удаление крупного мусора

В схемах очистки хозяйственно-бытовых вод могут использоваться при необходимости мероприятия для задержания крупного мусора органического и минерального происхождения. В рамках этих мероприятий обычно применяются решетки. Они устанавливаются сразу вслед за приемной камерой очистных сооружений. Ширину прозоров решеток перед очистными сооружениями принимают обычно не более 16 — 20 мм.

Решетки подразделяются на неподвижные, подвижные и совмещенные с дробилками (решетки-дробилки). Более широкое применение имеют неподвижные решетки. Неподвижная решетка представляет собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, поставленных на пути движения сточных вод.

Очистка решеток от задержанных ими отбросов производится механизированным способом. Механизированная очистка решеток производится движущимися граблями, приводимыми в движение от электродвигателя. Предварительная реагентная обработка воды не предусматривается.

Снятые с решеток отбросы подаются в дробилку, измельченную массу обезвоживают и направляют на дальнейшее обеззараживание или утилизацию другой организации. Решение о возможности реализации того или иного способа осаждения определяется индивидуально в каждом конкретном случае.

Предварительное отстаивание

Предварительное отстаивание обеспечивает осаждение наиболее крупных частиц взвешенных веществ, привносимых предприятиями угольной промышленности в процессе хозяйственной деятельности. Предварительное отстаивание осуществляется в шахтных водосборниках (при подземной добыче) и зумпфах (при открытой добыче). Данные устройства являются частью системы водоотлива и своей главной функцией имеют накопление воды для обеспечения стабильной работы насосных станций.

Осветление

Осветление воды предполагает удаление нерастворимых примесей, главным образом взвешенных. Самым распространенным способом осветления воды является безреагентное отстаивание — осаждение под действием силы тяжести, поскольку этот метод является наименее энергоемким.

Процесс осветления воды может быть ускорен за счет применения флотации, коагуляции (реагентное осаждение) и фильтрации. Для реагентного осаждения могут применяться такие общераспространенные коагулянты, как оксихлорид алюминия, сульфат алюминия, а также такие флокулянты, как полиакриламид и др.

Пруды-отстойники являются наиболее распространенным сооружением для осветления воды. Их можно устраивать в замкнутых котлованах или в оврагах и логах (путем их перегораживания дамбами). По режиму работы различают пруды-отстойники периодического действия (также контактные, буферные, пруды-накопители) и непрерывного действия (также проточные). На практике очистка сточных вод осаждение взвешенных веществ производится чаще всего в проточных прудах-отстойниках, а контактные пруды-отстойники применяют для обработки небольших объемов сточных вод.

Для повышения эффективности осветления в прудах-отстойниках могут применяться искусственные фильтрующие массивы (ИФМ) из крупнообломочных материалов или песчано-гравийной смеси.

Удаление осадка из прудов-отстойников (шлам) может осуществляться механизированным способом. Данный осадок подвергается обезвоживанию, после чего может быть использован как присадка к рядовому углю или передан на утилизацию специализированным организациям. В частности, осушенный переработанный осадок из прудов-отстойников может применяться в качестве сельскохозяйственного удобрения.

В редких случаях для осветления сточных вод предприятий угольной промышленности могут применяться отстойники (обычно это устройство применяется на городских/поселковых коммунальных очистных сооружениях). Отстойник представляет собой искусственный резервуар, предназначенный для осветления воды. Традиционными для отрасли являются горизонтальные отстойники, представляющие собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на несколько отделений, их применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15 — 20 тыс. м3/сутки. Основными преимуществами горизонтальных отстойников являются малая глубина и хороший эффект очистки. К их недостаткам относится необходимость применения большего числа прудов-отстойников вследствие ограниченной ширины. Кроме того, ограниченность применения этого метода обуславливается территориальными особенностями регионов расположения предприятий, выраженными в дефиците земельных участков, необходимых для размещения прудов-отстойников.

Отстойники могут оснащаться тонкослойными модулями, предназначенными для отделения тонкодисперсных примесей.

Также в редких случаях могут применяться осветлители со взвешенным слоем осадка (обычно это устройство применяется на городских/поселковых коммунальных очистных сооружениях). Такие осветлители совмещают функции по осветлению, коагуляции и фильтрации сточных вод. Осветлители работают следующим образом: вода подводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по его площади. Затем она проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по дырчатому лотку или трубе, располагаемой на некотором расстоянии над поверхностью взвешенного слоя, отводится на фильтры [49].

Устройства механической очистки могут быть оборудованы дополнительными элементами, такими как:

• устройства для снижения концентрации нефтепродуктов (нефтеловушки, боновые заграждения <17>, боновые фильтры (см. раздел «Доочистка»);

<17> Нефтеловушки и боновые заграждения применяются лишь при высоких концентрациях нефтепродуктов в сточных водах.

• аэрационные устройства для снижения содержания железа;
• устройства биологической очистки (биоокислительные каналы, земляные фильтры).

Решение о возможности реализации того или иного способа осветления определяется индивидуально в каждом конкретном случае.

Осветление с предварительным отстаиванием и ИФМ может обеспечивать очистку воды от взвешенных веществ в диапазоне от 50% до > 99% (по данным анкет). Эффективность технологии осветления ограничивается гидравлической крупностью взвешенных веществ.

Биологическая очистка

Биологическая очистка может использоваться для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от веществ органического и неорганического происхождения (взвешенных и коллоидных примесей, аммония, нитритов, нитратов, фосфатов, фенола). Обычно она применяется на предприятиях при соотношении БПК/ХПК более 0,35, pH = 6 — 8, температуре воды 15 °C — 37 °C и концентрации грубодисперсных примесей до 150 — 2000 мг/л. Объемы хозяйственно-бытовых вод на предприятиях угольной отрасли сравнительно невелики, поэтому они обычно передаются для очистки на городские или поселковые коммунальные очистные сооружения, а при невозможности передачи очищаются на компактных очистных сооружениях.

Биологическую очистку в естественных условиях (для очистки сравнительно небольшого количества сточных вод, а также для их доочистки) предприятия осуществляют в окислительных каналах, где развиваются микроорганизмы, участвующие в самоочищении природных водоемов. Биологическую очистку сточных вод в искусственных условиях предприятия осуществляют на биологических очистных сооружениях, включающих в себя [50]:

• песколовки, в которых осуществляется осаждение мелких частичек под действием силы тяжести;
• биофильтры, аэротенки, окситенки, биореакторы — накопительные или фильтрующие устройства, использующие колонии микроорганизмов, перерабатывающие органические соединения.

При необходимости глубокого удаления биогенных соединений азота большинство предприятий применяют процессы физико-химической очистки: нитрификацию (окисление аммонийного азота до нитритов и нитратов) и денитрификацию (восстановление окисленных форм азота нитритов и нитратов до газообразного азота).

Для отделения от воды избыточной биомассы, образующейся в процессах биологической очистки, большинство предприятий используют вторичные отстойники или илоотделители, входящие в состав биологических сооружений вместе с биофильтрами и аэротенками.

Биологическая очистка способна обеспечить удаление более 90% всех окисляемых органических загрязнений, содержащихся в воде [51].

Базовая физико-химическая очистка

Флотация

Флотацию применяют для удаления из сточных вод [50]:

• взвешенных частиц;
• нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются (например, эмульгированных нефтепродуктов);
• ряда растворенных веществ (в том числе поверхностно-активных веществ).

На флотационных установках происходит отделение твердой фазы от жидкой, чему способствуют предварительная реагентная обработка коагулянтом и флокулянтом и образование пузырьков воздуха, которые, прикрепляясь к твердым частицам, вызывают их всплытие. Таким образом, на поверхности воды образуется так называемый флотошлам, который удаляется скребковым механизмом. Крупные и тяжелые частицы выпадают в осадок на коническом дне флотационной установки, откуда отводятся в шламосборник.

Для флотации обычно применяются специальные флотационные машины (флотомашины, флотаторы), для ускорения процесса и повышения эффективности осаждения тонкодисперсных частиц и эмульгированных примесей перед флотацией в воду дозируются коагулянты, флокулянты и/или осадители металлов (например, известковое молоко).

Флотационные устройства зачастую совмещаются с фильтрационными устройствами и объектами обеззараживания ультрафиолетовым излучением (так называемая флотофильтрация).

Аэрация

Аэрация воды применяется для удаления из воды ионов железа. Данный способ основан на насыщении загрязненных вод кислородом. При росте концентрации кислорода в воде ионы железа окисляются и переходят в нерастворимую форму. Сформированные в процессе окисления оксиды железа осаждаются на фильтрах, после чего могут быть удалены. Для обогащения воды кислородом используют гравитационные аэраторы (водосливы с перепадом по высоте), эжекторы (безнапорная аэрация воды) или компрессоры (напорная аэрация).

Химическое осаждение

Для деструкции органических веществ с превращением их в CO2 и H2O могут использоваться окислительные методы, включающие окисление активным хлором (гипохлоритом натрия). Этот метод способствует также предотвращению биообрастания фильтров.

Доочистка (фильтрация, сорбция)

Для доочистки воды обычно используются специальные фильтрационные устройства. Реже для этого могут применяться вторичные отстойники и прудки очищенной воды, которые характерны для городских/поселковых коммунальных очистных сооружений.

Фильтрационные устройства целесообразно применять:

• для удаления взвешенных веществ при низких концентрациях (ниже 70 — 100 мг/л);
• как дополнительный элемент очистки может применяться после осветления, флотации, биологической очистки или других методов очистки;
• для удаления ряда загрязняющих веществ (в том числе нефтепродуктов, железа, марганца, аммония) за счет сорбции — реакции загрязняющих веществ со специальным реагентом.

Для очистки сточных вод обычно применяются засыпные фильтры (фильтры с зернистой загрузкой). В качестве зернистых загрузок несколько предприятий используют песок, керамзит, гравий, горелые породы, антрацит, а также их смеси с сорбентами (алюмосиликатами, цеолитом, активированным углем и т.д.). Мелкозернистые фильтры используют частицы с размерами около 0,3 — 1,2 мм, что обеспечивает фильтрацию частиц с размером выше 80 мкм.

Для снижения концентрации нефтепродуктов на ряде предприятий угольной отрасли применяют боновые фильтры. Они представляют собой водопроницаемые контейнеры, заполненные инертными материалами (древесные опилки и т.д.), адсорбирующими на свою поверхность частицы нефтепродуктов. Степень очистки от нефтепродуктов после осветления и применения фильтров может составлять до > 99% (по данным анкет).

На ряде предприятий, очистные сооружения которых оборудованы в последнее десятилетие, предусмотрена регенерация материалов, использованных в качестве загрузок. От эффективной регенерации фильтровальных загрузок зависит эффективность и продолжительность использования загрузки. Осадок от очистки подвергается обезвоживанию, после чего может быть использован как присадка к рядовому углю или передан на утилизацию специализированным организациям.

На рассмотренных предприятиях фильтры работают при подаче на них сточных вод как под давлением, так и без него. В первом случае они имеют герметичный корпус. Особую роль в конструкции фильтра играет дренажная система, через которую отводится очищенная в фильтре вода и производятся промывки (регенерация) [50].

В случае применения фильтрации как основного элемента очистки для ускорения процесса и повышения эффективности осаждения тонкодисперсных частиц и эмульгированных примесей перед фильтрацией в воду дозируются растворы коагулянтов и флокулянтов. Для предотвращения биологического обрастания фильтров в воду перед ними дозируется гипохлорит натрия.

Тонкая физико-химическая очистка

Для удаления большинства растворенных веществ (обессоливания) воды необходимо применять установки тонкой очистки воды. Наиболее распространенными способами обессоливания являются:

• ионный обмен;
• мембранные технологии (в том числе ультрафильтрация и обратный осмос).

Технология ионного обмена основана на использовании ионитов — веществ, способных обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Для очистки воды обычно применяются синтетические органические смолы.

Мембранные методы основаны на использовании полупроницаемых мембран с малым размером пор. Мембранные методы очистки воды классифицируются по размерам пор мембран в такой последовательности:

• микрофильтрация (0,1 — 1,0 мкм);
• ультрафильтрация (0,01 — 0,1 мкм);
• нанофильтрация (₀,001 - ₀,01 мкм);
• обратный осмос (размер пор мембраны около 1 нм).

Средний уровень задерживания растворенных веществ обратноосмотическими мембранами достигает 97% — 99% [52].

Прочие методы, в том числе восстановление, нейтрализация, адсорбция, термический, электрические методы (электродиализ), применяются реже ионообменных или мембранных технологий.

Общим недостатком технологий тонкой очистки воды являются требования к исходному качеству воды, высокая стоимость их внедрения на очистных сооружениях, существенные эксплуатационные затраты, вызванные применением кислот и щелочей для технологических промывок, а также необходимость привлечения высококвалифицированного обслуживающего персонала. Кроме того, реализация этих методов возможна только после реализации базового метода очистки, а в ряде случаев с применением элементов физико-химической очистки.

Данный недостаток является особенно значимым для предприятий угольной промышленности, где объемы сточных вод являются весьма значительными (десятки и сотни м3/ч).

Технология «активной фильтрации»

Для удаления большинства загрязняющих веществ (взвешенных веществ, органических соединений, тяжелых и токсичных металлов) воды возможно применять технологию «активной фильтрации» для очистки воды.

Данная технология представляет собой последовательно соединенные аппараты непрерывного действия, осуществляющих очистку за счет перевода загрязнений в нерастворимое состояние и их последующей коагуляции. Для перевода загрязняющих веществ в малорастворимое состояние применяется:

• корректировка pH;
• введение дополнительных веществ, имеющих с извлекаемыми веществами низкие произведения растворимости;
• окисление извлекаемого ингредиента.

Для выделения высокодисперсных взвесей из большого объема очищаемой воды следует учесть, что процесс образования мало растворимых соединений и их коагуляция резко замедляются за счет т.н. кинетических факторов, определяемым низкой вероятностью встречи ионов, молекул и частиц в разбавленных растворах. Это приводит к увеличению рабочего времени контакта и габаритов очистных сооружений.

В технологии «активной фильтрации» данная проблема очистных устройств решена за счет применения вместо стандартной инертной загрузки для фильтров, веществ, активно участвующих в процессах перевода загрязняющих веществ в нерастворимое состояние. Процесс выделения из раствора происходит непосредственно на поверхности твердого вещества засыпки, имеющей выраженные каталитические свойства. Процесс каталитического окисления совмещен с процессом коагуляции, происходящем непосредственно на поверхности твердых частиц засыпки, что значительно повышает эффективность очистки для растворов с низкой и сверхнизкой концентрацией загрязняющих веществ. В качестве окислителя выступает растворенный кислород воздуха. Другим преимуществом данной технологии является регенерация засыпки за счет механического воздействия в локальных зонах интенсивного перемещения, что позволяет увеличить скорость и объем очистки воды и получить малый объем концентрированных взвесей загрязняющих веществ, поступающих на дальнейшее обезвоживание.

В специальных случаях, требующих удаления сверхнизких концентраций особо токсичных веществ, используется введение в очищаемую воду дополнительных веществ, имеющих с ними низкие произведения растворимости.

Все процессы организованы в последовательно соединенных, однотипных технологических аппаратах непрерывного действия.

Обеззараживание

Обеззараживание воды применяется как заключительный этап очистки сточных вод. Оно может осуществляться несколькими способами:

• хлорированием;
• ультрафиолетовым излучением (УФ);
• озонированием.

Хлорирование

Для обеззараживания сточной воды хлорированием используют газообразный хлор, гипохлорит натрия и другие производные хлора, под действием которых бактерии, находящиеся в сточной воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Газообразный хлор может производиться как из жидкого хлора, так и электролизом раствора хлорных солей. При введении газообразного хлора в обрабатываемую воду должны быть обеспечены хорошее смешивание его с водой и достаточная продолжительность (не менее 30 мин.) его контакта с водой. Установка для хлорирования газообразным хлором имеет хлораторную, смеситель, контактные резервуары. В хлораторной производится хлорная вода, которая затем смешивается с очищаемой водой. Негативным свойством хлорирования является образование хлорорганических соединений и хлораминов.

УФ-обработка

Применение УФ-излучения является безреагентным способом обеззараживания воды. УФ-обработка требует в два раза меньше капиталовложений и в пять раз меньше эксплуатационных затрат по сравнению с озонированием [50].

Обработку воды УФ-излучением проводят в конце процесса водоочистки, перед использованием или отведением в водный объект. Перед сбросом в водный объект производится обеззараживание ультрафиолетовым излучением (установка типа «Лазурь-М250» или ее аналоги).

Согласно методическим указаниям по санитарно-эпидемиологическому надзору за обеззараживанием сточных вод УФ-излучением стандартный уровень инактивации микроорганизмов при использовании данной технологии составляет 99,9%.

Озонирование

Озонирование воды также позволяет избежать негативных эффектов хлорирования (сохранение соединений хлора в воде, для удаления которого применяются дополнительные фильтры). Озон, в отличие от хлора, быстро разлагается в воде с образованием молекул кислорода O2. Кроме того, озонирование способствует удалению из воды ионов железа и марганца. Производство озона для очистки осуществляется на специальных установках — озонаторах. Для введения озона в воду применяют барботажные установки.

Использование озонирования ограничено высоким уровнем энергопотребления (требуется около 12 кВт·ч на получение 1 кг озона), а также необходимостью подщелачивания и подкисления воды. Последние меры необходимы, поскольку эффективность очистки сточных вод методом озонирования зависит, в числе прочего, от величины pH очищаемой воды. Для ускорения процесса инициирования целесообразно проводить окисление в щелочной среде [53].

2.1.8.2.3 Схемы очистки сточных вод

При добыче угля подземным способом образуются следующие виды сточных вод:

• шахтные воды;
• хозяйственно-бытовые воды;
• ливневые и производственные воды.

Выбор способа очистки зависит от видов и концентрации загрязнителей, привнесенных в сточные воды в рамках деятельности предприятия, требований потребителей к качеству воды и требований на сброс в водный объект. Очищенная вода частично используется для технологических нужд предприятия (на подземное орошение и пожаротушение шахт), неиспользованная отводится в водные объекты. Дополнительным показателем эффективности (для отдельных предприятий), где это позволяет используемая технология, является использование части очищенной воды для технологических нужд предприятия, с отводом оставшейся части на сброс в водный объект.

Схемы очистки шахтных вод

Для очистки шахтных вод, как правило, используется механическая очистка сточных вод на участках подземных горных работ (шахты), основанная на использовании следующих сооружений:

1. шахтные водосборники для предварительного отстаивания воды;

2. пруды-отстойники (или альтернативные сооружения для осветления).

В случае необходимости пруды-отстойники (или альтернативные сооружения) могут быть дополнены следующими сооружениями:

• устройства (нефтеловушки, боновые заграждения, боновые фильтры) для снижения концентрации нефтепродуктов (в случае высокой загрязненности сточных вод нефтепродуктами);
• искусственные фильтрующие массивы из крупнофракционного материала или песчано-гравийной смеси;
• аэрационные установки (в случае, когда в результате используемой предприятием технологии в воду попадает большое количество железа);
• биоокислительные каналы.

Более сложным вариантом очистки шахтных вод является схема, при которой шахтные воды после отстойников поступают на насосно-фильтровальную станцию с обеззараживающими установками. Данная схема обеспечивает более глубокое удаление ряда загрязняющих веществ, но также является более дорогостоящей. Поэтому она применяется на предприятиях, в которых ассимилирующая способность водных объектов исчерпывается предприятиями, расположенными выше и ниже по течению, в тех случаях, если это позволяет экономика предприятий или имеются дополнительные меры государственной поддержки.

В рамках данной схемы после устройств для осветления могут применяться следующие методы очистки:

1. реагентная флотация;

2. доочистка (как правило, на сорбционных засыпных фильтрах);

3. обеззараживание (как правило, с применением УФ-обработки).

Исполнение очистных сооружений может быть стационарным (в здании) или передвижным (в контейнерах). При производительности более 50 — 100 м3/ч целесообразно возводить очистные сооружения в здании.

Схемы очистки хозяйственно-бытовых вод

Состав хозяйственно-бытовых сточных вод при добыче угля схож со сточными водами, принимаемыми в централизованные системы водоотведения населенных пунктов (ЦСВ). В этой связи, как правило, предусматривается выгребная яма с передачей хозяйственно-бытовых стоков в систему ЦСВ. В отдельных регионах, расположенных на значительном удалении от крупных населенных пунктов, целесообразно предусматривать строительство локальных очистных сооружений, включающих системы механической и биологической очистки (см. выше).

Для очистки применяется ряд специальных комплексных установок (в частности, «БАТ-10», «Боток-R60», «Эко-Р» и т.д). Для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в перспективе могут применяться мембранные биореакторы, позволяющие сократить площадь, занятую отстойниками.

Схема очистки ливневых и производственных вод

Ливневые сточные воды, как правило, после сбора в дождеприемниках отводятся в существующие отстойники шахтных вод.

2.1.8.3 Утилизация отходов недропользования

Утилизация отходов недропользования, формирующихся в процессе добычи угля подземным способом (вмещающих и пустых пород), осуществляется с помощью тех же технологий, что и утилизация отходов недропользования, формирующихся в процессе добычи угля открытым способом (см. 2.2.7.3).

2.1.9 Системы менеджмента <18>

<18> Данный подраздел является общим для подразделов «Добыча подземным способом», «Добыча открытым способом» и «Обогащение угля».

2.1.9.1 Системы экологического менеджмента

Система экологического менеджмента (СЭМ) — это часть системы менеджмента, которая применяется для управления экологическими аспектами и выполнения прямых обязательств с учетом рисков, и возможностей. СЭМ используются организациями для улучшения своей экологической деятельности. Требования к СЭМ устанавливаются следующими документами: ISO 14001:2015 Environmental management systems — Requirements with guidance for use и ГОСТ Р ИСО 14001-2016. Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению.

Под экологическими аспектами в рамках СЭМ понимаются элементы деятельности организации, которые взаимодействуют с окружающей средой и могут стать причиной негативного воздействия на нее. Организация должна определить значимые экологические аспекты видов своей деятельности и связанные с ними негативные воздействия, учитывая при этом жизненный цикл. Для угледобывающих и обогатительных предприятий актуальны следующие аспекты:

• выбросы в воздух,
• сбросы в воду,
• использование сырья и природных ресурсов,
• потребление энергии,
• выделение энергии,
• образование отходов,
• использование пространства.

После выделения значимых экологических аспектов, организация должна определить применимые к ним принятые обязательства. Необходимо также учитывать риски и возможности, которые могут быть связаны как с экологическими аспектами (негативное или благоприятное воздействие), так и с принятыми обязательствами (невыполнение или перевыполнение обязательств). Кроме того, организация должна учитывать возможное негативное воздействие от аварийных и нештатных ситуаций.

В рамках применения СЭМ предполагается разработка экологической политики, включающей обязательства по защите окружающей среды (в том числе рациональное использование ресурсов) и создающей основу для установления экологических целей. Экологическая политика должна актуализироваться и доводиться до сведения работников организации.

Важным элементом СЭМ является направленность на постоянное улучшение ее пригодности и результативности. Это заложено в основу циклического подхода, на котором базируется СЭМ — «планируй — делай — проверяй — действуй», где:

• планируй — разработка экологических целей и процессов, необходимых для получения результатов, соответствующих экологической политике организации;
• делай — внедрение процессов, как запланировано;
• проверяй — проведение мониторинга и измерения процессов в отношении реализации экологической политики, включая содержащиеся в ней обязательства, экологических целей и критериев работы, а также отчетности о результатах;
• действуй — выполнение действий по постоянному улучшению [29].

2.1.9.2 Системы энергетического менеджмента

Системы энергетического менеджмента (СЭнМ) применяются организациями для установления энергетической политики, целей, энергетических задач, планов действий и процессов для достижения целей и энергетических задач. Требования к СЭнМ устанавливаются следующими документами: ISO 50001:2018 «Energy management systems — Requirements with guidance for use» и ГОСТ Р ИСО 50001-2023. Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению.

Основой развития СЭнМ является разработка энергетической политики, которая включает планирование, внедрение, функционирование, оценивание результатов деятельности и улучшение.

При внедрении СЭнМ организация должна провести энергетический анализ, который включает анализ использования и потребления энергии, предполагающий идентификацию имеющихся видов энергии и оценку использования и потребления энергии в течение прошлого и настоящего времени. На основе данного анализа необходимо определить процессы, требующие значительного использования энергии. Для каждого из этих процессов, в свою очередь, нужно определить значимые переменные (погодные условия, условия эксплуатации, часы работы, объем производства и т.п.) и текущие энергетические результаты деятельности, выявить возможности для их улучшения, поставить энергетические цели и задачи, провести оценку будущего использования и потребления энергии.

Для измерения и мониторинга энергетических результатов деятельности, а также для демонстрации улучшения ее результатов, организация должна определить показатели энергетических результатов деятельности. Также организация должна определить энергетический базис — количественную оценку, служащую основой для сравнения энергетических результатов деятельности. На основе сравнения базисных и текущих показателей энергетической деятельности формулируется вывод о выполнении или невыполнении энергетических задач и целей, достижении или недостижении улучшения энергетических результатов деятельности.

Улучшение энергетических результатов деятельности позволяет демонстрировать результативность СЭнМ и может выражаться в снижении потребления энергии в пределах границ, охваченных СЭнМ, либо в прогрессе в достижении энергетических задач и целей. Процесс улучшения энергетических результатов деятельности должен быть постоянным (но не обязательно непрерывным). При этом, внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в рамках охвата СЭнМ не является улучшением энергетических результатов деятельности.

В связи с тем, что на угледобывающих предприятиях (как и на горнодобывающих) энергетические результаты деятельности имеют тенденцию к ухудшению по мере истощения ресурсов, замедление темпов ухудшения по сравнению с энергетическим базисом может рассматриваться как улучшение результатов деятельности [22].

2.2 Добыча открытым способом

На рисунке 5 приведена общая схема технологического процесса при добыче угля открытым способом.

Рисунок 5 — Общая схема технологического процесса при добыче угля открытым способом

Таблица 10

Основные этапы добычи угля открытым способом

Примечание: ТО/ТР — техническое обслуживание и ремонт

Таблица 11

Основное оборудование для добычи угля открытым способом

<19> По умолчанию — по данным анкет.

Продолжение таблицы 11

<20> По умолчанию — по данным анкет.

Продолжение таблицы 11

<21> По умолчанию — по данным анкет.

Продолжение таблицы 11

<22> По умолчанию — по данным анкет.

Окончание таблицы 11

<23> По умолчанию — по данным анкет.

Таблица 12

Природоохранное оборудование для добычи угля открытым способом

<24> По умолчанию — по данным тех. литературы

Продолжение таблицы 12

<25> По умолчанию — по данным тех. литературы

Окончание таблицы 12

<26> По умолчанию — по данным тех. литературы

2.2.1 Подготовка горных пород к выемке

При подготовке угля к выемке из крепких (например, скальных) пород применяются #буровзрывные работы#, при подготовке к выемке из полускальных пород может применяться #механическое рыхление#, а при выемке из мягких пород — #гидравлическое разрушение#.

2.2.1.1 Буровзрывные работы

Буровзрывные работы применяются при подготовке к выемке крепких пород, когда применение механического рыхления и гидравлического разрушения неэффективно. Буровзрывные работы включают в себя два этапа:

• буровые работы;
• взрывные работы.

Буровые работы подразделяются на следующие этапы:

• подготовка блока к производству буровых работ;
• бурение.

Подготовка блока к производству буровых работ

Предварительным этапом буровых работ является подготовка блока на уступе. Представляет собой совокупность операций по выравниванию площадки под бурение, уборке предохранительного вала у верхней бровки, формированию предохранительного вала либо траншеи (при необходимости) у нижней бровки уступа и зачистке блока. Обычно осуществляется бульдозерами или другой вспомогательной техникой.

Бурение

Чтобы обеспечить отделение породы от массива, взрывчатое вещество должно быть помещено в специальную искусственную полость, образование которой осуществляется в процессе буровых работ.

По #типам действия# буровые станки для буровзрывных работ на разрезах подразделяются на [35]:

• станки вращательного действия;
• станки ударно-вращательного действия, главным образом с использованием погружных пневмоударников.

Ряд станков имеет возможность осуществлять как вращательное, так и ударно-вращательное бурение (Atlas Copco PV271, PV275, DM-M2, DML 1200 и т.п.).

По #типу рабочих органов# буровые станки вращательного действия подразделяются на:

• станки шнекового (режущего) бурения (серия СБР);
• станки шарошечного бурения, которые предназначены для бурения твердых пород с помощью так называемых шарошек с зубьями из твердого сплава (серии СБШ, БАШ).

Некоторые станки (например, БТС-150 и т.п.) имеют возможность осуществлять как шнековое, так и шарошечное бурение.

По #массе# буровые станки подразделяются на легкие (до 40 т), средние (40 — 60 т) и тяжелые (60 — 130 т). В большинстве своем буровые станки устанавливаются на гусеничное шасси. Электрическая мощность буровых станков составляет от 2 до 120 кВт, а усилие подачи — от 5 до 600 кН. Буровые станки могут оснащаться как электрическим, так и дизельным двигателем. Все буровые станки оснащаются циклонной системой пылеулавливания.

При проведении буровзрывных работ на угольных разрезах бурят скважины глубиной до 64 м и диаметром до 400 мм.

Взрывные работы подразделяются на следующие этапы:

• заряжание, монтаж взрывной сети и забойка;
• взрывание.

В процессе взрывных работ могут применяться такие перспективные технологии, как применение систем высокоточного позиционирования бурового станка и использование электронных систем взрывания. Первая технология предполагает установку на буровой станок дополнительного оборудования, обеспечивающего высокую точность наведения. Это дает возможность управлять параметрами взрыва для достижения допустимого уровня негативного воздействия взрыва. Использование электронных систем взрывания позволяет задавать каждой скважине на взрываемом блоке любое время замедления из представленного диапазона. Точность срабатывания не превышает 1 мс от присвоенного времени. Имеется возможность тестирования детонаторов.

Заряжание, монтаж взрывной сети и забойка

Перевозка взрывчатых веществ (материалов) осуществляется с помощью специальных автомобилей на грузовом шасси. Доставка взрывчатых веществ и заряжание скважин осуществляются с помощью зарядных и смесительно-зарядных машин вместимостью от 5 до 30 т.

Забойка скважин производится с помощью забоечных машин-бункеров, производительность которых составляет до 150 — 200 скважин за смену.

Взрывание

Для проведения взрывных работ на угольных разрезах применяют #гранулированные# (гранулит, игданит, алюмотол и т.д.) и #водонаполненные (эмульсионные)# взрывчатые вещества (акватол, ифзанит, порэмит, нитронит, сибирит, эмульсолит А-20 и т.д), которые отличаются наличием в своем составе воды и загустителя, что облегчает механизацию зарядки, обеспечивает высокую плотность заряжания и позволяет заряжать обводненные скважины. #Порошкообразные# вещества (аммонит, аммонал, детонит и др.) обычно используются для вторичного дробления горной массы и в качестве патронов-боевиков. Также возможно применение #пластичных# взрывчатых веществ (например, порэмит). Для ограничения выбросов газов в атмосферу целесообразно применять взрывчатые вещества с нулевым или близким к нему кислородным балансом.

Взрывание высоких уступов (высотой 20 — 30 м и более) позволяет уменьшить высоту подъема пылегазового облака в 1,2 раза по сравнению с взрыванием обычных уступов [55]. Для обеспечения рассеивания пылегазового облака взрыв приурочивают ко времени максимальной ветровой активности.

Размеры максимально допустимого куска во взорванной массе ограничиваются параметрами экскаваторов, транспортных средств (самосвалов, вагонов, конвейеров) и дробилок. Куски, имеющие размеры больше допустимых, подвергают дополнительному вторичному дроблению с применением накладных зарядов либо дроблению механическим способом.

Взрыв зарядов может осуществляться двумя способами [35]:

• мгновенный;
• короткозамедленный (взрывание группы зарядов в определенной последовательности через заданные промежутки времени).

По взрыванию зарядов выделяются порядковая (порядная), диагональная и волновая (врубовая) схемы.

2.2.1.2 Механическое рыхление

Полускальные породы могут разрушаться на куски, удобные для выемки, с помощью навесных рыхлителей, установленных на тяжелые тракторы [35]. Для этой задачи применяются рыхлительные агрегаты на базе тяжелых бульдозеров [56] российского и импортного производства.

Также для рыхления горных пород могут применяться фрезерные и стреловые комбайны, а также гидравлические экскаваторы.

2.2.1.3 Гидравлическое разрушение

Гидравлический способ может применяться только для разрушения мягких горных пород. Применение гидравлического разрушения позволяет снизить объем выделения пыли в атмосферу.

В качестве вспомогательного оборудования на разрезах также применяются насосы и землесосы. Для вторичного дробления горной породы на разрезах применяются гидравлические бутобои.

В большинстве способов в массиве, подвергающемуся гидравлическому разрушению, по определенной сетке бурятся скважины, в которые затем нагнетается вода. Вода, нагнетаемая в угольный пласт под давлением, проникает в массив по плоскостям напластования, кливажным и другим трещинам и увлажняет уголь. При таком увлажнении происходит разупрочнение массива за счет расширения микро- и макротрещин, растворения и вымывания минеральных частиц.

Для нагнетания жидкости используются скважины диаметром 100 — 160 мм. На угольных разрезах расход воды на нагнетание составляет 50 — 100 л/мин, давление воды — 1,5 — 6 МПа, а расстояние между скважинами — 5 - 15 м. Для герметизации скважин при предварительном увлажнении применяют герметизаторы. Для предварительного увлажнения угольного массива через скважины могут применяться серийные насосные установки (2УГН, УНВ, ГР-16/40).

Кроме того, гидравлическое разрушение может осуществляться на основе использования кинетической энергии струи воды, выбрасываемой гидромонитором. На угольных разрезах Кузбасса применяются гидромониторы ГМД-250, ГМД-250М, ГД-300.

2.2.2 Выемочно-погрузочные работы (экскавация)

Выемочно-погрузочные работы представляют собой отделение от массива мягкой или предварительно разрыхленной крепкой породы с последующей погрузкой в транспортные средства или непосредственно в отвал.

Системы разработки месторождений открытым способом можно классифицировать следующим образом. Системы разработки по направлению подвигания фронта горных работ разделяются на:

• #продольные#, при которых однобортовой или двухбортовой фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля;
• #поперечные#, при которых однобортовой или двухбортовой фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля;
• #веерные#, при которых фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или рассредоточенными (два и более) поворотными пунктами;
• #кольцевые#, при которых рабочая зона охватывает все борта по периметру карьера и разработка производится кольцевыми полосами от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.

По способу перемещения вскрышных пород системы разработки месторождений открытым способом делятся на #транспортные# и #бестранспортные#. При использовании транспортных систем разработки вскрышные породы перемещаются к пункту назначения с помощью специализированных транспортных средств. В том числе могут применяться следующие виды транспорта: автомобильный, железнодорожный, гравитационный, конвейерный, автомобильные и скиповые и подъемники, подвесные дороги и их сочетания в разных вариантах. Бестранспортные системы разработки предполагают использование экскаваторов (с механической лопатой и драглайнов) для перемещения вскрышных пород.

При разработке горизонтальных или пологих залежей по окончании горно-подготовительных работ создается первичный фронт вскрышных и добычных разреза; возобновление горно-подготовительных работ возможно при реконструкции карьера. Такие системы разработки называются #сплошными#. При разработке наклонных и крутых залежей горно-подготовительные работы ведутся как в период строительства, так и при эксплуатации разреза для создания фронта добычных и вскрышных работ. Такие системы разработки могут быть названы #углубочными#.

Направление выемки в плане может быть: однобортовым, двухбортовым, центральным, периферийным и рассредоточенным [57].

Большинство угольных разрезов Кузбасса разрабатываются по углубочной продольной одно- или двухбортовой системе, что влечет за собой размещение вскрышных пород во внешних отвалах. Анализ работы угольных разрезов в ряде зарубежных стран (Австралия, Великобритания, Канада, Колумбия, США) показывает, что применение поперечной системы разработки с применением внутренних отвалов обеспечивает более низкую землеемкость (отношение площади нарушенных земель к добыче полезного ископаемого за период), чем углубочная продольная система. Теоретически переход от применения внешнего отвала к использованию внутреннего может привести к снижению землеемкости разреза в 1,5 — 2 раза [58].

Основным средством для проведения выемочно-погрузочных работ являются экскаваторы, иногда применяется и другая техника (скреперы, бульдозеры, погрузчики и т.д.).

#Экскаваторы# могут быть #одноковшовыми# и #многоковшовыми#. Одноковшовые экскаваторы характеризуются цикличным действием — они последовательно выполняют операции копания и перемещения горной массы в ковше, поворачиваясь вокруг своей оси. Многоковшовые экскаваторы характеризуются непрерывным действием — они производят выемку и погрузку горной массы в процессе перемещения ковшей по круговой траектории [35].

Экскаваторные забои могут быть #торцовыми# (используются для одноковшовых и роторных экскаваторов), #фронтальными# (используются для цепных экскаваторов на рельсовом ходу и фронтальных погрузчиков) и #тупиковыми# (для проходки траншей).

По взаимному расположению экскаватора и транспортного средства выемка может быть организована: #верхним черпанием и верхней погрузкой#, #нижним черпанием и нижней погрузкой#, #смешанным черпанием и погрузкой#. По характеру движения транспортных средств под погрузку различают две схемы движения: тупиковую и сквозную.

Для экскаваторов с механической лопатой максимальная производительность достигается при работе в торцевых забоях, поскольку в таких случаях угол поворота стрелы составляет до 90°, и возможно организовать сквозную схему движения транспорта. При работе экскаваторов с механической лопатой в тупиковом забое необходимо увеличить угол поворота стрелы, а самосвалы вынуждены двигаться по тупиковой схеме. При работе экскаваторов с механической лопатой во фронтальном тупиковом забое также высок угол поворота стрелы, а сами экскаваторы вынуждены часто перемещаться.

2.2.2.1 Экскавация одноковшовыми экскаваторами

По принципу передачи энергии от двигателя к ковшу одноковшовые экскаваторы разделяют на #механические# и #гидравлические#. В механических экскаваторах используется система валов, шестеренок и разных передач, а в гидравлических — гидронасосы и гидродвигатели. Гидравлические экскаваторы обладают высокой подвижностью стрелы, рукояти и ковша, а также большим усилием копания.

По видам используемых двигателей одноковшовые экскаваторы подразделяют на #электрические# и #дизельные#. Электрические экскаваторы характеризуются большей грузоподъемностью и меньшими эксплуатационными расходами, но меньшей мобильностью и требуют подключения к электросети.

По типу ходового оборудования одноковшовые экскаваторы подразделяются на #гусеничные#, #шагающие#, реже распространены #пневмоколесные# и #рельсовые# экскаваторы.

По конструктивной схеме одноковшовые экскаваторы подразделяются на #механическую лопату# (с жесткой связью между ковшом и рукоятью) и экскаваторы с #канатной связью (драглайны)#. Экскаваторы типа механической лопаты подразделяются на машины с #прямой лопатой# и с #обратной лопатой#. Также они могут различаться по типу используемых передаточных устройств (канатные, реечные).

По эксплуатационному назначению и роду выполняемой работы существующие типы экскаваторов классифицируют на #карьерные#, #вскрышные#, #добычные#, #строительные# и т.д.

В угольной отрасли широко распространены одноковшовые экскаваторы с механической лопатой и электрическим приводом серии ЭКГ (экскаваторы карьерные гусеничные), также применяются экскаваторы #ЭГ# (экскаваторы гидравлические). Экскаваторы этих типов имеют ковши вместимостью 1 — 40 м3. Для вспомогательных работ используются строительные (универсальные) экскаваторы с ковшами малой емкости (0,5 — 2 м3).

Для вскрышных работ применяются драглайны серий #ЭВГ# (экскаваторы вскрышные гусеничные) и #ЭШ# (экскаваторы шагающие: ЭШ-40/85, ЭШ-20/90, ЭШ-11/70, ЭШ-10/70, ЭШ-15/90). Экскаваторы обеих серий снабжены длинной стрелой (до 90 м) и большими ковшами (вместимостью до 40 м3). Они способны перегружать вскрышную породу сразу в отвал или в выработанное пространство.

2.2.2.2 Экскавация многоковшовыми экскаваторами

Основными типами многоковшовых экскаваторов являются #цепные# и #роторные#. Рабочим органом цепных экскаваторов является ковшовая рама, у которой один конец шарнирно закреплен на корпусе, а другой подвешен на укосине и полиспастах. Выемка породы в забое производится ковшами, которые прижимаются к забою весом рамы. Цепные экскаваторы могут передвигаться как собственным ходом (гусеничным или шагающим), так и железнодорожным транспортом. Емкость ковшей цепных экскаваторов составляет от 2,5 до 45 м3. Производительность цепных экскаваторов составляет от 800 до 10 000 м3/ч.

Рабочим органом роторных экскаваторов (ЭР) является роторное колесо диаметром от 2,5 до 18 м, расположенное на конце стрелы и снабженное множеством ковшей (обычно от 6 до 24). Емкость ковшей цепных экскаваторов составляет от 3 до 80 м3. Производительность большинства роторных экскаваторов составляет от 630 до 5000 м3/ч и более [35].

Роторные экскаваторы являются частью роторных комплексов, в которые также входит конвейер или отвалообразователь. Связь между ними обеспечивают специальные устройства — #перегружатели#.

2.2.2.3 Экскавация прочей техникой

За исключением экскаваторов при выемочно-погрузочных работах, могут применяться: скреперы, погрузчики, бульдозеры и землеройно-транспортные машины. Преимущественно они используются на вспомогательных работах (строительство дорог, подготовка рабочих и отвальных площадок), но иногда могут применяться и для погрузки угля и вскрышных пород.

Скреперы могут использоваться для выемки мягких пород с транспортировкой их на небольшое расстояние. В большинстве своем скреперы представляют собой колесные буксируемые машины, которым требуется тягач. Вместимость ковша скрепера составляет 6 — 40 м3. Производительность скрепера с ковшом 15 м3 может составить 250 — 400 м3/ч.

Погрузчики могут применяться для планировки поверхностей и погрузки взорванной горной массы. На угольных разрезах могут применяться погрузчики грузоподъемностью ковша от 2 до 36 т и объемом ковша 6 — 14 м3. Сменная производительность погрузчиков может достигать 4000 т. Погрузчики могут иметь как гусеничное, так и колесное шасси. При открытой добыче обычно применяют неповоротные (фронтальные) погрузчики, которые, как правило, характеризуются большей грузоподъемностью по сравнению с полуповоротными и полноповоротными. Использование погрузчиков на угольных разрезах ограничено, поскольку их применение требует низкой высоты забоя и относительно малых размеров кусков взорванной породы. Кроме того, погрузчики отличаются низким напорным усилием при внедрении ковша в горную массу. В большинстве своем погрузчики работают по челночной схеме движения.

Обычно погрузчики и скреперы применяются для выемки пород на небольших разрезах с годовым объемом работ до 3 млн т и расстоянием транспортировки 0,3 — 0,5 км [35].

2.2.3 Транспортировка горной массы (перемещение карьерных грузов)

Перемещение горной массы (вскрышной породы и угля) от забоя до пунктов разгрузки может осуществляться с применением трех основных видов транспорта: автомобильного, железнодорожного и конвейерного. В редких случаях также могут использоваться скипы или канатные дороги.

Автомобильный и железнодорожный транспорт характеризуется цикличным действием, а конвейерный — непрерывным.

Принципиальными особенностями карьерного транспорта являются: быстрая оборачиваемость и интенсивность движения, значительный уклон транспортных путей, большая ударная нагрузка при погрузке.

На ряде месторождений применяется комбинированная транспортировка, которая предполагает последовательное использование для перемещения карьерных грузов различных видов транспорта. Существует несколько вариантов комбинирования транспорта [35].

Широкое распространение получила комбинация #автомобильного и железнодорожного транспорта#, при которой горная масса доставляется автотранспортом из забоев до перегрузочных пунктов, а оттуда — железнодорожным транспортом на поверхность земли. Данная комбинация целесообразна при средней глубине разреза (120 — 150 м) и большом расстоянии транспортировки.

Возможна комбинация #автотранспорта с конвейерными или скиповыми подъемниками#, которая эффективна при больших глубинах (более 120 — 150 м).

На высокогорных разрезах, где спуск горной массы при перепаде высот 200 — 800 м затруднен, применяется комбинация автотранспорта с углеспусками или подвесными канатными дорогами.

2.2.3.1 Автомобильный транспорт

Автомобильный транспорт распространен на угольных разрезах достаточно широко, особенно на тех из них, что ограничены в плане и обладают средней производительностью (до 15 млн т/год). Автомобильный транспорт может использоваться на путях с крутым подъемом (до 8% — 12%) и малым радиусом поворота (20 — 24 м). С другой стороны, автотранспорт отличается рядом недостатков:

• меньшая грузоподъемность в сравнении с железнодорожными составами;
• необходимость создания гаражной службы с большим количеством соответствующего персонала;
• относительно частый ремонт техники и ограниченный срок службы (5 — 6 лет);
• более высокие удельные затраты на транспортировку одной тонны горной породы;
• зависимость от погодных условий.

Подвижной состав автомобильного транспорта в разрезах представлен автосамосвалами и полуприцепами. Автосамосвалы обычно оснащаются ДВС на дизельном топливе (расход топлива повышается в плохих дорожных условиях, при низкой температуре), тип трансмиссии может быть гидромеханический или электромеханический. Эффективность использования автотранспорта зависит от схемы движения автосамосвалов в забое. В определенных случаях возможно осуществить спаренную установку самосвалов под погрузку, что обеспечивает более высокую производительность.

При транспортировке угля автомобильным транспортом требуется проведение работ по ремонту автодорог. Для этой задачи применяются бульдозеры, грейдеры, скреперы и щебнеразбрасывающие машины (с лепестковым или барабанным разбрасывателем щебня)

2.2.3.2 Железнодорожный транспорт

Железнодорожный транспорт, как правило, применяется на неглубоких (до 300 — 350 м), но больших в плане угольных разрезах (с протяженностью фронта на уступах от 300 — 500 м) с высокой производительностью (от 25 млн т/год) и большим расстоянием транспортировки грузов (3 — 4 км и более). Преимуществами этого вида транспорта являются:

• длительные сроки эксплуатации;
• надежность при работе в любом климате;
• возможность использования различных видов энергии (электроэнергии или дизельного топлива).

Применение железнодорожного транспорта ограничивается рядом недостатков:

• высокие затраты на строительство и ремонт рельсовых путей;
• необходимость большого радиуса закругления путей (120 — 150 м);
• ограниченный уклон путей (обычно до 2% — 3%).

Рельсовые пути на разрезах могут быть как стационарными, так и временными (временные пути периодически перемещаются вслед за фронтом работ). Стационарные пути обеспечивают скорость движения до 30 — 40 км/ч, временные — до 15 — 20 км/ч. Для перемещения рельсошпальной решетки применяются бульдозеры. Для обслуживания железнодорожных путей используются различные путевые машины: думпкары-дозаторы, универсальные шпалоподбоечные и ремонтные машины, краны на железнодорожном ходу.

В качестве локомотивов чаще используются тепловозы, поскольку для их эксплуатации не требуется сооружение контактной сети. Таким образом, при эксплуатации тепловозов можно эффективно осуществлять перемещение рельсовых путей. Также применяются #тяговые агрегаты# (сцепленные секции локомотивов и думпкаров, оборудованных тяговыми электродвигателями), маневровые устройства, способные передвигать железнодорожные вагоны в обоих направлениях, и толкатели, предназначенные для привода механизмов автоматики.

Для карьерного транспорта могут применяться три типа саморазгружающихся вагонов: #думпкары#, #хопперы# и #гондолы#. Думпкары представляют собой вагон с низкими бортами, один из которых может откидываться при наклоне кузова. Грузоподъемность думпкаров может составлять 60 — 180 т. Хопперы оснащены кузовами в форме воронки с люками в нижней части. Грузоподъемность хопперов составляет 50 — 70 т. Вагон-гондола представляет собой полувагон с горизонтальным полом и люками в днище. Грузоподъемность гондол составляет 60 — 100 т.

2.2.3.3 Конвейерный транспорт

Конвейерный транспорт целесообразен на высокопроизводительных разрезах (20 — 30 млн т/год), где используются экскаваторы непрерывного действия, а также на разрезах с большой глубиной (от 150 — 200 м), с пересеченной местностью и для транспортировки грузов на относительно большие расстояния (от 3 до 20 км).

Конвейер характеризуется наименьшими трудозатратами среди всех видов карьерного транспорта. Однако его применение характеризуется рядом ограничений:

• перемещаемые грузы должны быть однородны, отличаться невысокой абразивностью и малой крупностью (до 500 мм);
• ограниченный угол подъема (до 22°);
• быстрый износ транспортерной ленты.

Длина става конвейера с одним приводом может составлять 400 — 1500 м, ширина транспортерной ленты — от 0,9 до 3,6 м. Скорость движения конвейеров составляет 2 — 6 м/с. Производительность конвейеров может составлять от 500 до 5000 м3/ч.

По назначению конвейеры могут быть забойными, подъемными, магистральными и отвальными. Крупнейшие в России магистральные конвейеры длиной 15 км действуют на Березовском разрезе (Красноярский край).

2.2.3.4 Прочие виды транспорта

В редких случаях для транспортировки угля и вскрышных пород могут использоваться скипы (опрокидывающие вагонетки) или канатные дороги.

2.2.4 Складирование и отгрузка угля

2.2.4.1 Складирование угля

Общие положения

Складирование угля на складах в большинстве своем осуществляется в открытых штабелях (реже — в бункерах и закрытых складах). На складе должно осуществляться раздельное хранение углей по сортомаркам, состоянию и срокам хранения. Контроль качества угля осуществляется с помощью лабораторного комплекса, который проводит анализ изменения состава и параметров угля и продуктов обогащения.

При строительстве и эксплуатации штабелей должны быть учтены все условия, обеспечивающие сохранение качества угля и максимальное снижение потерь. Для сооружения склада следует выбирать сухую незаболоченную площадку, по возможности вблизи железнодорожных путей и защищенную от ветров естественными или искусственными заслонами (кроме того, штабеля на складах следует располагать вдоль направления господствующих ветров). Выбранная для склада площадка должна быть очищена от шлаков, мусора, металлолома, древесных отходов, растительности и других посторонних предметов и хорошо выровнена.

Площадка для складирования угля должна быть спланирована таким образом, чтобы исключить ее затопление дождевыми, талыми или грунтовыми водами (площадка под складом должна иметь уклон в 3 — 5° для стока воды за пределы склада, могут также устраиваться специальные подштабельные основания). Также площадка должна быть снабжена дренажными устройствами для отвода грунтовых, дождевых и талых вод.

Для складирования устойчивых к окислению углей рекомендуется устройство прочных забетонированных оснований, исключающих потери угля в грунт и обеспечивающих хороший отвод тепла. Для малоустойчивых к окислению углей площадки под штабеля рекомендуются в виде естественного грунта, обеспечивающего хорошую теплоотдачу от угля в почву, относительно быстрое удаление атмосферных осадков, а также хороший контакт угля с основанием, что затрудняет свободный подсос воздуха в штабель.

Наиболее рациональной является форма штабеля в виде правильной усеченной пирамиды с основанием в виде вытянутого прямоугольника. Также возможно формирование штабелей удлиненной или округлой формы. Размеры штабеля зависят от применяемых способов укладки (для рядовых углей — с послойным и поверхностным уплотнением, для сортовых — без уплотнения), а также от свойств и сроков хранения угля. По мере роста склонности углей к окислению и самовозгоранию максимальная допустимая высота штабелей сокращается до 2,5 м. Ширина штабеля должна быть не более 20 м.

В процессе хранения угля происходит его окисление, нагревание и изменение технологических свойств. Предельные сроки хранения угля в штабелях составляют от 6 до 24 мес. При закладке рядового угля на длительное хранение необходимо производить уплотнение горизонтальных поверхностей штабеля и откосов, в особенности в их нижней части.

Противодействие нагреву и самовозгоранию

Для предупреждения нагревания и самовозгорания при хранении наиболее склонных к окислению углей (помимо послойного и поверхностного уплотнения их в штабеле для рядовых углей) рекомендуется:

• внесение ингибиторов (антиокислителей в виде растворов, водных эмульсий, суспензий или сухих реагентов) в процессе формирования штабелей с послойным и поверхностным уплотнением угля или с помощью специальной насосной установки через трубы с отверстиями, погружаемые в штабель;
• покрытие поверхности штабеля специальными составами;
• покрытие поверхности штабеля суспензией гашеной извести в целях уменьшения перегревания штабеля (для южных регионов).

Не допускается:

• устраивать в штабелях вентиляционные каналы или вытяжные трубы с целью охлаждения;
• складировать уголь свежей добычи на старые отвалы угля, пролежавшего более одного месяца;
• располагать штабели угля над источниками тепла (паропроводы, трубопроводы горячей воды, каналы нагретого воздуха), а также над проложенными электрокабелями и нефтегазопроводами;
• смешивать в одном штабеле угли разных марок [59].

При хранении склонных к самовозгоранию углей необходимо периодически проверять его температуру внутри штабеля (для чего штабель должен быть снабжен металлическими трубами) и проводить мониторинг внешних признаков. При хранении устойчивых к окислению углей и антрацитов определение температуры угля может производиться термощупом.

При самонагревании угля в штабеле могут приниматься следующие меры:

• уплотнение угля в местах очагов нагрева;
• удаление нагретого угля из штабеля и направление его для использования;
• удаление загоревшегося угля, перенос его на отдельную площадку тонким слоем, интенсивная поливка его водой до полного тушения, отгрузка потушенного угля;
• при невозможности удаления угля из штабеля или его отгрузки применяется тушение очагов загоревшегося угля путем уплотнения пораженных мест и заливания очагов водной суспензией гашеной извести или глинистым раствором (в необходимых случаях поверхность штабеля покрывается слоем глиняной обмазки) и другими антипирогенами.

Противодействие смерзанию

Угли с содержанием влаги более 6% — 7% и при содержании мелочи более 20% независимо от марки подвержены промерзанию в штабеле на глубину 0,5 — 2 м в зависимости от климатических условий.

Для предотвращения смерзания углей осуществляют:

• взрыхление верхнего слоя штабеля с помощью машин-рыхлителей или других приспособлений до наступления заморозков или после заморозков, если толщина промерзания не превысила 100 — 150 мм;
• обработку верхнего слоя угля до заморозков поверхностно-активными веществами (нефтепродуктами, отходами коксохимического и нефтеперерабатывающего производств) на глубину промерзания.

В зависимости от емкости склады должны быть оборудованы необходимым количеством механизмов соответствующей производительности, в том числе кранами, скреперами, катками, весами, наружным освещением, противопожарными водопроводами, прочими противопожарными средствами. Вентиляция закрытых помещений при необходимости в холодное время года может осуществляться с применением калориферов.

2.2.4.2 Отгрузка угля

Отгрузка угля с открытых складов может производиться как универсальным оборудованием (экскаваторами, погрузчиками), так и специализированным — погрузочными комплексами. Погрузочные комплексы характеризуются высокой производительностью (до 2 млн т/год, или 500 т/ч) и потому часто применяются для погрузки угля в железнодорожные вагоны [60].

Погрузочные комплексы могут включать в свой состав дробильные и сортировочные установки (см. 2.3.2). Обычно оборудование комплексов позволяет выполнить следующие операции:

• загрузку рядового угля экскаваторами с открытого склада в приемный бункер;
• сортировку угля на грохоте;
• дробление угля;
• доставку угля наклонным конвейером;
• погрузку в железнодорожные вагоны.

Кроме того, при отгрузке угля в железнодорожные вагоны могут применяться машины для обдувки вагонов от снега и обработки вагонов от примерзания.

2.2.5 Контроль качества угля

Данный вопрос рассмотрен в соответствующем пункте при рассмотрении добычи угля подземным способом (см. 2.1.5).

2.2.6 Осушение, водоотлив, водоотведение и водоснабжение

При открытой разработке полезных ископаемых система водоотлива состоит из устройства для регулирования внутрикарьерного стока, водосборников, насосных станций с водоотливными установками и нагнетательными трубопроводами. Устройства для регулирования внутрикарьерного стока включают пригрузки для предотвращения деформаций рыхлых пород на участках просачивания подземных вод на откосах, водоотводные канавы или трубы для сбора воды на всех уступах и в выработанном пространстве и отвода воды вначале к участковым, а затем к главным водосборникам.

В зависимости от местоположения главных водосборников карьерный водоотлив разделяется на #открытый#, #подземный# и #комбинированный#, включающий элементы открытого и подземного.

При открытом водоотливе водосборники с насосными станциями располагают на самых низких отметках карьера. Водосборники главных водоотливов сооружаются при притоках воды более 50 м3/ч и рассчитываются на прием не менее 3-часового нормального притока воды. Насосные станции сооружают у водосборников и оборудуют водоотливными установками; дополнительно предусматриваются резервные насосы. В районах, где притоки ливневых вод могут в несколько раз превышать нормальные, насосы главных водоотливов выполняют плавучими. При открытом водоотливе на обводненных карьерах применяют в основном высокопроизводительные низконапорные насосы. Нагнетательные трубопроводы прокладываются на нерабочих бортах карьеров. В зимнее время водоотливные установки, нагнетательные трубопроводы, а также водоотводные канавы защищаются от промерзания [37].

Для водоотвода применяются насосные установки с дизельными или электрическими двигателями, обычно оснащаемые центробежными насосами. Подача воды центробежными насосами может превышать 1 тыс. м3/ч.

Водоснабжение в угольных разрезах осуществляется для обеспечения орошения и иных методов предотвращения загрязнения атмосферного воздуха, а также для обеспечения противопожарной защиты.

2.2.7 Природоохранные технологии

2.2.7.1 Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха

Основным загрязняющим веществом, выбрасываемым в воздух при открытой добыче угля, является неорганическая пыль.

Суммарные выбросы неорганической пыли в атмосферу по массе многократно превышают выбросы иных загрязняющих веществ при открытой добыче угля (кроме оксида углерода). При этом именно неорганическая пыль является продуктом, эмиссия которого непосредственно обусловлена технологическими процессами добычи угля. Эмиссия других загрязняющих веществ (оксидов азота, диоксида серы, сажи и т.д.) обусловлена сгоранием топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и котельных агрегатах, т.е. связана с деятельностью универсального оборудования, которое широко применяется за рамками угольной отрасли. Следовательно, в контексте определения НДТ в угольной отрасли целесообразно рассматривать лишь выбросы неорганической пыли и абстрагироваться от выбросов продуктов сгорания топлива.

Выделение неорганической пыли осуществляется на всех стадиях производственного процесса при открытой добыче угля — от буровзрывных работ до отгрузки товарного угля.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха от вредных выбросов при открытой добыче угля подразделяются на предупреждение загрязнения и устранение последствий загрязнения. Мероприятия по устранению последствий загрязнения менее эффективны, более трудоемки и дорогостоящи. Более того, во многих случаях они оказываются вообще невыполнимыми, поскольку открытая добыча угля осуществляется на обширных разрезах, которые не могут быть изолированы от атмосферы.

Положительным образом на охрану воздушного бассейна влияют мероприятия общего характера, в первую очередь связанные с утилизацией отходов (см. 2.2.7.3). В частности, к таким мероприятиям относятся: рекультивация нарушенных земель, ликвидация горных выработок, использование вскрышных пород в качестве строительных материалов. Также улучшению состояния воздушного бассейна способствуют заблаговременная ориентация угольных разрезов с учетом природно-климатических условий местности (прежде всего, розы ветров) и обустройство закрытых угольных складов.

Среди специальных мероприятий, непосредственно направленных на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха, выделяются:

• мероприятия, предупреждающие образование пыли при буровзрывных работах (кроме орошения);
• орошение;
• обеспыливающее проветривание;
• обработка дорожного полотна;
• пылеулавливание;
• предотвращение эрозии.

2.2.7.1.1 Мероприятия, предупреждающие образование пыли при буровзрывных работах

Использование забоечного материала с минимальным удельным пылеобразованием

Использование забоечного материала с минимальным удельным пылеобразованием (например, пеногелевой забойки) способствует сокращению пылевыделения при взрывных работах [61].

Гидрозабойка и гидрогелевая забойка

Внутренняя гидрозабойка шпуров и скважин осуществляется помещением в них специальных ампул, наполненных водой (или гелем), либо полиэтиленового рукава, диаметр которого на 15 мм больше, чем диаметр скважины.

Внешняя гидрозабойка производится путем установки над скважинами полиэтиленовых емкостей (рукавов) с водой (или гелем), взрываемых на доли секунд раньше скважинных зарядов. Образующаяся водяная завеса позволяет уменьшить количество пыли в 1,5 — 2 раза.

Наполнение рукавов водой осуществляется с помощью поливочной машины. При расходе воды 1,0 — 1,5 кг/м3 горной массы концентрация пыли в пылегазовом облаке сокращается на 20% — 30%, а количество образующихся окислов азота уменьшается в 1,5 — 2 раза. На каждую из взрываемых скважин помещается до трех полиэтиленовых мешков с водой емкостью до 150 л каждый.

Эффективна комбинированная водяная забойка, которая представляет собой объединение как внешней, так и внутренней забойки скважин. В зимний период возможно применять в качестве материала для забойки водные растворы солей NaCl и CaCl2 или снежно-ледяную смесь.

Для уменьшения пылевыделения при массовых взрывах используется забойка скважин гидрогелем (состоит из аммиачной селитры, жидкого стекла и воды). С целью повышения эффективности пылегазоподавления в состав гидрогеля вводятся добавки минеральных солей, смыленных синтетических жирных кислот и парафина. Гидрогель изготовляют на специальном заправочном пункте или непосредственно в баках машины, предназначенной для заполнения скважин гидрогелем.

Данный вид мероприятий является весьма затратным, поскольку требует значительного расхода воды или использования гидрогеля, а также применения специальной техники и оборудования.

Применение веществ-нейтрализаторов

Для уменьшения количества образующихся при взрывах токсичных газов необходимо применять взрываемое вещество с нулевым или близким к нему кислородным балансом. При применении взрываемых веществ с отрицательным балансом для снижения загрязнения атмосферы рекомендуется в забоечный материал добавлять различные нейтрализаторы, например, известь-пушонку. Однако применение веществ-нейтрализаторов приводит к существенному удорожанию забоечного материала.

2.2.7.1.2 Орошение

Предварительное орошение рабочего участка

Прилегающая к взрывному блоку или экскаваторному забою зона может предварительно орошаться водой для предотвращения взметывания пыли. Эта зона захватывает территорию на ширину 50 — 60 м от границы взрываемого блока. Предварительное орошение следует производить из расчета 8 — 10 л воды на 1 м2 площади орошения. Для зимних условий вместо воды могут использоваться растворы хлористого магния, хлористого натрия, хлористого кальция, которые не замерзают при температурах до -50 °C, в зависимости от концентраций соли в воде.

Предварительное увлажнение массива для экскавации обеспечивает эффективность пылегазоподавления до 80% — 85% [54].

Для предварительного орошения (а также для транспортировки горной массы ленточными конвейерами) может использоваться пена [62], но ее применение для данной задачи является гораздо более дорогостоящим по сравнению с водой (см. 2.1.8.1.3). С другой стороны, применение пены для пылеподавления позволяет снизить расход воды [63].

Предварительное орошение буровых скважин

Буровые скважины могут подвергаться орошению воздушно-водяной смесью. Смоченная водой пыль вместе с буровой мелочью выносится из скважины и вентилятором местного проветривания отбрасывается от устья скважины. Системами орошения воздушно-водяной смесью оснащается ряд буровых станков. Для снижения пылеобразования применяют воздушно-эмульсионные смеси, при которых эффективность пылеподавления выше, чем при воздушно-водяных. Воздушно-эмульсионные смеси образуют на основе водорастворимых присадок.

Орошение угля и пустой породы

Орошение применяется в следующих случаях:

• при буровзрывных работах;
• при выемочно-погрузочных работах;
• при транспортировке угля автомобильным транспортом (орошаются дороги);
• при транспортировке угля конвейерным транспортом;
• при отвалообразовании (орошаются дороги).

Эффективными инструментами для орошения являются:

• гидромониторно-насосные установки;
• оросительные, распылительные, дождевальные установки;
• оросительно-вентиляционные установки.

Гидромониторно-насосные установки создают поток воды. Они включают гидромонитор и насос. Вместо гидромонитора могут использоваться водометные стволы различной конструкции (в том числе пожарные). В различных условиях используются гидропоезда, специальные поливочные машины, стационарные и полустационарные гидромониторные установки. Гидропоезд состоит из локомотива, железнодорожных цистерн и платформы. На платформе смонтированы оросительные установки или гидромониторы. Специальные поливочные машины представляют собой оросительные установки, поставленные на шасси автосамосвала.

Оросительные, распылительные, дождевальные установки разбрызгивают воду на определенную территорию. Системами орошения, основанными на этих установках, оснащаются роторные экскаваторы.

Воздушно-водяные струи могут быть созданы с помощью оросительно-вентиляционных установок или турбореактивных двигателей, смонтированных на железнодорожной платформе или автомобильном шасси. При использовании турбореактивных двигателей вода подается по трубам, расположенным по периметру сопла двигателя. Основными недостатками использования турбореактивных двигателей являются: большой расход горючего, выделение большого количество оксида углерода за счет неполного сгорания топлива, наличие шума высоких уровней.

Гидромониторно-насосные установки применяются для орошения взорванной горной массы в экскаваторных забоях.

Оросительно-вентиляционные установки применяются для:

• подавления пылегазового облака после проведения взрыва;
• орошения взорванной горной массы в экскаваторных забоях.

Оросительные, распылительные, дождевальные и гидромониторно-насосные установки применяются для:

• орошения взорванной горной массы в экскаваторных забоях;
• орошения автодорог (см. 2.2.7.1.4);
• орошения угля на ленточных конвейерах, а также при разгрузке автосамосвалов и железнодорожных вагонов;
• орошения пустой породы при отвалообразовании (см. 2.2.7.1.6).

Повысить эффективность орошения и увлажнения можно за счет применения растворов поверхностно-активных веществ, но их применение для данной задачи является гораздо более дорогостоящим по сравнению с водой.

В процессе добычи угля открытым способом эффективность пылеподавления данным способом достигает [54]:

• 0,85 — 0,9 при взрывных работах;
• 0,8 — 0,85 при выемочно-погрузочных работах;
• 0,5 — 1,0 при гидрообеспыливании автодорог (0,5 — 0,7 для нежесткого покрытия, 0,95 — 1,0 для твердого покрытия);
• 0,85 — 0,9 при гидрообеспыливании конвейеров, узлов погрузки угля и поверхности отвалов.

2.2.7.1.3 Обеспыливающее проветривание

Обеспыливающее проветривание производится вентиляционными установками местного проветривания или вентиляторно-оросительными установками при выемочно-погрузочных работах. Для проветривания могут применяться установки ПВУ-6, УМП-1А, УВУ как в стационарном исполнении, так и на шасси автосамосвалов.

2.2.7.1.4 Обработка дорожного полотна

Для предупреждения пылевыделения на автодорогах и подавления пыли применяют следующие способы:

• орошение дорог водой;
• орошение растворами и материалами, связывающими пылевые частицы.

Для снижения запыленности от автомобильной дороги обычно используют воду. Орошение дорог водой может осуществляться поливочными машинами или из специальных водопроводов. Поливочные машины комплектуются обычно на базе тракторов или автосамосвалов. Поливка автодорог может осуществляться и с помощью форсунок от стационарных водоводов, проложенных вдоль дороги. Такой способ увлажнения целесообразен на дорогах в зонах карьера, не подверженных влиянию взрывов.

Эффективность использования воды ограничена из-за быстрого высыхания дороги: защитное действие при температуре 15 °C — 27 °C составляет менее часа. Поливка автомобильной дороги водой связана со значительными затратами. Частая поливка разрушает полотно дороги и уменьшает срок его службы, что приводит к преждевременному износу материальной части автомобилей, увеличению тормозного пути и значительному снижению скорости движения автомобилей.

Для борьбы с ветровой эрозией также применяется утрамбовывание и орошение используемых карьерным транспортом дорог. Кроме того, во время сильных порывов ветра транспортировка вскрышных пород и продуктов обогащения может приостанавливаться [64].

2.2.7.1.5 Пылеулавливание

Пылеулавливание применяется на стадиях:

• буровзрывных работ;
• выемочно-погрузочных работ;
• при транспортировке угля конвейерным способом.

Пылеулавливающими установками оснащаются буровые станки, роторные экскаваторы и ленточные конвейеры.

В технике пылеулавливания применяется большое число аппаратов различного принципа действия, в основу классификации которых положены силы, действующие на пылинки и отделяющие их от потока-носителя. По принципу действия они разделяются на следующие виды:

• механические обеспыливающие устройства, в которых пыль отделяется под силой тяжести (#осадительные камеры#);
• устройства, в которых отделение пыли происходит за счет сил инерции и центробежных сил (#инерционные#, #жалюзийные пылеуловители#, #циклоны#);
• мокрые пылеуловители, в которых твердые частицы в газообразной среде улавливаются жидкостью (#трубы Вентури#, #ротоклоны#, промывные камеры, #скрубберы#);
• #пенные аппараты#;
• обеспыливающие устройства с фильтрующим материалом (#тканевые фильтры#);
• электрические обеспыливающие устройства (#электрофильтры#).

В осадительных камерах пыль выпадает под действием силы тяжести при существенном уменьшении скорости пылевого потока. В таких аппаратах тонкие фракции пыли не задерживаются, поэтому они характеризуются низкой эффективностью пылеудаления (в среднем 30% — 40%, реже — до 60% [65]). Кроме того, они громоздки и сложны для очистки. Поэтому пылеосадительные камеры применяются только в качестве аппаратов предварительной очистки, особенно при высокой начальной концентрации пыли (поскольку не имеют ограничений по запыленности газа).

Инерционные пылеуловители основаны на резком изменении направления движения пылевого потока, в результате чего частицы пыли соприкасаются с поверхностями осаждения, теряют скорость и выпадают из газового потока. Их используют для очистки газа от крупных частиц пыли и устанавливают перед аппаратами тонкой очистки.

Жалюзийные пылеуловители обычно применяют для улавливания частиц пыли крупнее 100 мкм. Несмотря на простоту конструкции и сравнительно с другими аппаратами небольшую стоимость этим пылеуловителям необходима дополнительная ступень очистки, как правило циклон. Кроме того, они характеризуются интенсивным износом пластин и цементацией пылевых частиц на пластинах.

Центробежные обеспыливающие устройства (циклоны) основаны на действии центробежной силы на частицу. Сущность циклонного способа пылеулавливания заключается в том, что запыленный газ вводят в направляющее (закручивающее) устройство, в котором он приобретает вращательное или вихревое движение и перемещается по нисходящей спирали. Твердые частицы, взвешенные в потоке, под действием центробежной силы движутся к стенке корпуса циклона, спускаются по ней вниз и выводятся из аппарата через разгрузочное устройство (шлюз), не пропускающее газ. Движение очищенного потока преобразуется внутри циклона во внутренний восходящий вихрь, который выводится через выхлопной патрубок. Преимуществом циклонного способа является устойчивость работы циклона при относительно высокой концентрации пыли и приемлемой эффективности пылеудаления (до 60% — 95% [66]). Циклонный способ пылеудаления является одним из самых распространенных. Однако частицы размером меньше 5 мкм улавливаются циклоном плохо.

В целом эффективность пылеподавления мокрыми пылеуловителями составляет 85% — 95% [65] (реже — до 99% [66]). К числу аппаратов мокрого пылеудаления относятся ротоклоны и трубы (скрубберы) Вентури. Ротоклон — устройство, в котором пылеуловитель скомпонован в одном блоке с центробежным вентилятором. В этом аппарате газ проходит через щелевые каналы (импеллеры), образованные изогнутыми лопатками, нижняя часть которых опущена в жидкость. При этом создается завеса из капель разбрызгиваемой жидкости. В этой завесе газ охлаждается и очищается от пыли.

Из мокрых аппаратов относительно эффективным является скоростной турбулентный промыватель — труба Вентури. В горловину трубы подается тонкораспыленная вода. Высокие скорости газа в этой части трубы способствуют тонкому измельчению воды, мелкие капельки которой движутся со скоростями, очень близкими к скоростям пылевых частиц. Это обеспечивает высокий эффект захвата и смачивания пылевых частиц. В диффузоре происходит адиабатическое расширение смеси, за счет чего температура ее резко падает, происходит конденсация паров влаги на поверхности частиц, которые объединяются в агрегаты и выпадают из потока под действием силы тяжести в центробежном циклоне. Скруббер Вентури может работать на оборотной воде, он малочувствителен к колебаниям параметров газов.

Достаточно высокой эффективностью очистки газов от пыли обладают пенные аппараты (их эффективность достигает 92% — 99% [65]). Принцип работы пенных аппаратов заключается в следующем: если через слой воды, поступающей на дырчатую или щелевую решетку, будет проходить газ в направлении снизу-вверх, из слоя воды будет образовываться пена, состоящая из пузырьков газа и капелек воды. В такой пене газ интенсивно перемешивается с капельками жидкости. Охлаждение газа, очистка его от пыли и капельных примесей, а также поглощение газообразных компонентов происходят более эффективно, чем в аппаратах с использованием жидкости. Пенные аппараты являются более дорогостоящими по сравнению с альтернативными способами пылеулавливания.

Высокой эффективностью очистки от промышленной пыли на сегодняшний день обладают фильтры сухой очистки (рукавные, карманные, картриджные) на основе тканевых материалов (в основном, синтетических — полиэстера, полиэфира, полиамида и пр.). Фильтры сухой очистки работают на использовании сил инерции, адгезии и броуновской диффузии. Газовый поток, двигаясь сквозь фильтрованную ткань, огибает волокна, а крупные частицы по инерции движутся прямо, сталкиваются с волокном и остаются на нем. Более мелкие частицы при проходке через фильтрованную поверхность зацепляются, прилипая к волокнам ткани и другим частицам, осевшим на них. При наличии электрических зарядов на поверхности частиц действуют электрические силы. В тканевых фильтрах образуется слой осевшей пыли на поверхности фильтровального материала, что приводит к непрерывному увеличению аэродинамического сопротивления, снижая пропускную способность фильтра. Для очистки фильтрующей ткани от пыли предусмотрена ее регенерация путем механического встряхивания или продувки материала противотоком сжатого воздуха. Главным достоинством этих фильтров является высокая степень (99% и более [65]) очистки, с остаточной концентрацией не более 20 мг/м3. Промышленные тканевые пылеуловители могут иметь различную форму, габариты, а также различное применение фильтровальных рукавов, карманов или картриджей, работающих параллельно. Фильтрующую роль могут выполнять различного вида фильтровальные материалы (хлопок, дакрон, нитрон, стекловолокно, металлоткань, полиэстер, полиамид, полифениленсульфид, мета-арамид и многие др.). Фильтры сухой очистки могут работать при отрицательных температурах и со взрывоопасными материалами. Большим плюсом данного оборудования является возможность возврата уловленного материала обратно в технологический процесс без дополнительных манипуляций по осушке (и прочее), а также уход от шламового хозяйства.

Процесс электростатического осаждения взвешенных заряженных частиц в электрофильтре заключается в их перемещении в электрическом поле и осаждении на электроде. Преимуществом электрофильтров является возможность получения любой степени очистки (до 99% и более [66]), но они характеризуются высокой стоимостью и большими размерами. Кроме того, они непригодны для улавливания взрывчатой пыли.

Таблица 13

Усредненные показатели работы пылеулавливающих аппаратов [65]

Пылеулавливание происходит обычно в несколько стадий: на первой улавливается крупная буровая мелочь; на второй — грубодисперсная пыль, а на третьей — тонкодисперсная пыль (менее 10 мкм).

Например, пылеулавливающее устройство бурового станка СБШ-200 включает пылеосадительную камеру, циклоны, рукавный фильтр. На буровых станках СБШ-2М в качестве третьей ступени используется труба Вентури и циклоны. В станках шарошечного и пневмоударного бурения используются установки с высокоэффективным тканевым фильтром.

Для станков пневмоударного бурения типа БМК разработана пылеулавливающая установка УПП-5. Установка имеет 4 ступени очистки и состоит из пылеприемника, бункера для отдельных крупных фракций, группового циклона, гидравлического осадителя для улавливания тонкодисперсной пыли и вентилятора высокого давления. При начальной концентрации пыли около 400 г/м3 коэффициент пылеочистки составляет 99,9%.

Фильтровентиляционные установки роторных экскаваторов включают фильтры, кондиционеры и циклоны. Система сухого пылеулавливания ленточного конвейера может включать циклоны и фильтровальные установки сухой очистки (карманные фильтры).

2.2.7.1.6 Предотвращение эрозии

Пылящими поверхностями на угольных разрезах, наряду с рабочими площадками и автодорогами, являются поверхности отвалов и склады. Для снижения пыления, а также для борьбы с эрозией этих поверхностей применяют химические и биологические методы.

Химические методы

В целях пылеподавления на отвалах, хвостохранилищах и складах необходимо поддерживать влажность верхнего слоя пылящих поверхностей, при которой уровень пылевыделения будет несущественным. Для решения этой задачи применяют те же методы, что и при обработке автодорог:

• орошение водой;
• обработка пылесвязующими веществами.

Орошение водой оказывает на процесс пылевыделения кратковременное действие.

В качестве пылесвязующих веществ могут использоваться отходы производства органических веществ, полимерные материалы (например, лигносульфат), сульфитно-спиртовая барда, латексы, реагенты в твердом виде или в виде жидкостей (хлористый натрий и кальций, полиакриламид, жидкое стекло).

Однако эти вещества применяются крайне редко, поскольку они являются более дорогостоящими по сравнению с водой. Кроме того, их применение способствует коррозии металла и приводит к вторичному загрязнению — формированию загрязненных сточных вод и выделению вредных паров.

Биологические методы

Перспективным способом предотвращения пылеобразования является озеленение нерабочих площадей (в том числе дамб хвостохранилищ, шламовых отстойников). Несмотря на значительную трудоемкость этого метода, он обеспечивает высокую эффективность и продолжительность пылезащиты. Наиболее эффективным, быстрым и дешевым способом защиты отвалов от пыления является гидропосев трав с помощью смеси, служащей одновременно и питательной средой для семян и защитной пленкой, препятствующей пылеобразованию. Смесь наносится при помощи поливочной машины, переоборудованной для гидропосева. При решении данной задачи гидропосев может дополняться мульчированием (так называемое гидромульчирование).

Срок действия противоэрозионных комплексов обычно составляет 3 — 6 мес. [67], но иногда может достигать 36 мес.

2.2.7.2 Очистка сточных вод

При добыче угля открытым способом образуются следующие виды сточных вод:

• карьерные (формируются непосредственно в процессе производственного процесса);
• хозяйственно-бытовые (формируются в административно-бытовых корпусах);
• ливневые и производственные (формируются на территории производственной площадки).

Способы очистки зависят от состава сточных вод и требований на сброс в водный объект или передачу на использование. Очищенная вода частично используется для технологических нужд предприятия (на обеспыливание), неиспользованная отводится в реки или иные водные объекты.

Схемы очистки карьерных вод

Для очистки карьерных вод, как правило, используется механическая очистка сточных вод на участках открытых горных работ (разрезы). Данная схема аналогична схеме, используемой для очистки шахтных вод (см. 2.1.8.2.3), за тем исключением, что на стадии предварительного отстаивания применяются не шахтные водосборники, а зумпфы. Также отличием является то, что при открытой добыче угля пруды-отстойники можно устраивать непосредственно в пространстве угольного разреза при наличии соответствующего разрешения.

В ряде случаев, когда ассимилирующая способность водных объектов исчерпывается предприятиями, расположенными выше и ниже по течению, а также если это позволяет экономика предприятий или имеются дополнительные меры государственной поддержки, то может быть реализована физико-химическая доочистка сточных вод (см. 2.1.8.2.3).

Тонкая очистка сточных вод, основанная на использовании ионообменных или мембранных технологий, крайне редко применяется на предприятиях по добыче угля открытым способом из-за жестких требований к качеству исходной воды, высокой стоимости применения кислот и щелочей для промывки и значительных объемов образования сточных вод.

Исполнение очистных сооружений может быть стационарным (в здании) или передвижным (в контейнерах). При производительности более 50 — 100 м3/ч целесообразно возводить очистные сооружения в здании.

Схемы очистки хозяйственно-бытовых вод

Состав хозяйственно-бытовых сточных вод при добыче угля схож со сточными водами, принимаемыми в централизованные системы водоотведения населенных пунктов (ЦСВ). В этой связи, как правило, предусматривается выгребная яма с передачей хозяйственно-бытовых стоков в систему ЦСВ. В отдельных регионах, расположенных на значительном удалении от крупных населенных пунктов, целесообразно предусматривать строительство локальных очистных сооружений, включающих системы механической и биологической очистки (см. 2.1.8.2.3).

Схемы очистки ливневых и производственных вод

Как правило, ливневые сточные воды с территории промплощадки, производственные воды с базы автотранспорта, дизелевозного депо и складов горюче-смазочных материалов поступают в ЦСВ. Стоки на участках открытых горных работ после механической очистки от взвешенных веществ и удаления нефтепродуктов на локальных очистных сооружениях используются на технологические нужды (оборотная или бессточная схема водоснабжения) либо для полива зеленых насаждений или передаются в ЦСВ.

Схема очистки данного вида сточных вод состоит из следующих стадий:

• усреднение различных видов поступающих сточных вод (применяется усреднитель);
• механическая очистка (см. выше), совмещаемая с фильтрующими массивами и удалением нефтепродуктов (например, с помощью нефтеловушки или боновых фильтров);
• фильтрация (применяются засыпные фильтры);
• обеззараживание (осуществляется УФ-обработка);
• накопление очищенных вод в специальной емкости.

В отдельных случаях очистные сооружения дополнительно оборудуются установками типа:

• «ШЕМФ-20», «ШЕМФ-40», в которых отделяются нефтепродукты и взвешенные вещества, затем вода проходит через блок фильтров и обеззараживается бактерицидными установками;
• «Свирь-10У», в состав которой входит пескоотделитель, отстойники и фильтры из гранул пенополистирола.

2.2.7.3 Обращение с отходами недропользования и отходами производства <27>

<27> Данный пункт является общим для подразделов «Добыча подземным способом» и «Добыча открытым способом».

В процессе открытой добычи угля формируются значительные объемы отходов. Если отсортировать все виды отходов угольных разрезов по массе, то первые места с большим отрывом будут заняты вскрышными породами: на них приходится около 99,99% всей массы отходов. При этом вскрышные породы являются наименее опасным видом отходов: они относятся к V классу опасности (практически неопасные отходы). В подземной добыче угля доминируют вмещающие породы (в среднем более 90% массы), которые также относятся к V классу опасности.

К остальным видам отходов, формирующихся на угольных разрезах и шахтах, относятся: золошлаковая смесь, лом черных металлов, отработанные покрышки, твердые бытовые (коммунальные) отходы, отработанные масла и т.д. Эти отходы являются более опасными. В частности, ртутные, ртутно-кварцевые и люминесцентные лампы относятся к I (наивысшему) классу опасности. Однако их утилизация практически во всех случаях не осуществляется угледобывающими предприятиями, они передаются для утилизации специализированным организациям. Кроме того, эти виды отходов не являются специфичными для угольной отрасли: они формируются и во многих других отраслях промышленности и экономической деятельности.

Следовательно, в контексте определения НДТ целесообразно рассматривать лишь специфичные отходы, представленные вскрышными и вмещающими породами.

В соответствии с российским законодательством вскрышные и вмещающие породы попадают под регулирование двух федеральных законов: Закона Российской Федерации от 21 февраля 1992 г. № 2395-1 «О недрах» (далее — Закон о недрах) и Федерального закона от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (далее — Закон об отходах) в редакции Федерального закона от 14 июля 2022 г. № 343-ФЗ «О внесении изменений в Закон Российской Федерации „О недрах“ и отдельные законодательные акты Российской Федерации». В зависимости от порядка и сроков использования вскрышных и вмещающих пород в производственном процессе они могут рассматриваться как отходы недропользования и как отходы производства и потребления. Правовой статус вскрышных и вмещающих пород подробно рассмотрен в ИТС-16 «Горнодобывающая промышленность. Общие процессы и методы».

2.2.7.3.1 Обращение с отходами недропользования

В соответствии с Законом о недрах отходы недропользования делятся на две группы:

• отходы недропользования, не включающие вскрышные и вмещающие породы (шламы, хвосты обогащения полезных ископаемых и иные отходы геологического изучения, разведки, добычи и первичной переработки минерального сырья, содержащие полезные ископаемые и полезные компоненты или не содержащие их), использование которых регулируется статьей 23.4 Закона о недрах;
• вскрышные и вмещающие породы, использование которых регулируется статьей 23.5 Закона о недрах.

Особенности обращения с отходами недропользования, которые не включают вскрышные и вмещающие породы (для угольной промышленности это в первую очередь хвосты обогащения), подробно описаны ниже в разделе 2.3.10.3.

Согласно статье 23.5 Закона о недрах вскрышные и вмещающие породы не являются отходами производства и потребления (вне зависимости от факта их включения в федеральный классификационный каталог отходов), за исключением случаев, указанных в разделе 2.2.7.3.2. Вскрышные и вмещающие породы могут быть использованы недропользователем следующим образом:

1. для добычи полезных ископаемых и полезных компонентов;

2. для собственных производственных и технологических нужд;

3. для ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных с пользованием недрами;

4. для рекультивации земель;

5. для ведения горных работ;

6. для передачи иному пользователю недр в целях использования таким пользователем передаваемых вскрышных и вмещающих горных пород для собственных производственных и технологических нужд, ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных с пользованием недрами, рекультивации земель в объеме, предусмотренном для выполнения соответствующих работ в технических проектах или иной проектной документации на выполнение таких работ;

7. для передачи иному лицу в целях использования таким лицом передаваемых вскрышных и вмещающих горных пород для собственных производственных и технологических нужд, не связанных с осуществлением пользования недрами.

Порядок и сроки использования вскрышных и вмещающих пород недропользователем, устанавливаются утвержденными техническими проектами.

Вскрышные и вмещающие породы угольных месторождений могут использоваться различными способами. В частности, породы с низким содержанием воды могут направляться на #закладку# пространств, выработанных в процессе добычи угля и на #рекультивацию# земельных участков. Закладка и рекультивация могут проводиться только после того, как на определенном участке разреза добычные работы были окончательно завершены.

Также вскрышные и вмещающие породы могут направляться на #производство строительных материалов#. Строительные материалы из отходов недропользования могут быть использованы прямо на предприятии (например, для возведения дамб хвостохранилищ) либо могут быть направлены на продажу. Однако этот способ использования отходов характеризуется двумя важными недостатками. Во-первых, объемы образования вскрышных и вмещающих пород крайне велики: в России на угольных разрезах за год формируется несколько сотен миллионов тонн в год. Это значительно превышает потребности внутреннего рынка в стройматериалах, которые можно произвести из этих пород. Во-вторых, вскрышные и вмещающие породы являются низкокачественным строительным сырьем — в частности, они не характеризуются гомогенным составом. В связи с этим из этих пород можно произвести лишь достаточно низкокачественные стройматериалы, область применения которых достаточно ограничена.

Отходы добычи и обогащения угля содержат определенное количество гуминовых веществ, которые являются основой гуминовых препаратов и могут служить для производства гуминовых удобрений. Эти препараты и удобрения улучшают физические свойства почв и способствуют накоплению гумуса. Однако извлечение гуминовых веществ требует определенной химической переработки. В частности, для извлечения гуминовых кислот из бурого угля необходимо провести центрифугирование, осаждение, экстракцию и ряд промежуточных этапов [68]. При этом значительная часть угля остается в виде отходов. Кроме того, гуминовые удобрения и препараты не являются незаменимыми: они вполне заменимы определенными видами минеральных и органических веществ.

В соответствии со статьей 23.5 Закона о недрах, вскрышные и вмещающие породы #размещаются в специальных отвалах#, не имеющих статус объектов размещения отходов. Влажные породы перед размещением в отвалах могут подвергаться #предварительному обезвоживанию#. Отвалы в процессе эксплуатации требуют осуществления #мер по защите от ветровой эрозии#.

2.2.7.3.2 Обращение с отходами производства

В соответствии со статьей 23.5 Закона о недрах, в ряде случаев вскрышные и вмещающие породы могут быть признаны отходами производства, в том числе:

1. в случае их неиспользования в целях, перечисленных выше в разделе 2.2.7.3.1 - со дня истечения срока их использования, установленного утвержденными техническими проектами, иной предусмотренной Законом о недрах проектной документацией и (или) проектом рекультивации земель;

2. в случае, если лицо, право пользования недрами которого было досрочно прекращено в соответствии со статьей 20 Закона о недрах, не приступило к их использованию для ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных с пользованием недрами, рекультивации земель (за исключением случая предоставления участка недр, право пользования которым было досрочно прекращено, в пользование иному лицу по основаниям, предусмотренным статьей Закона о недрах) — со дня истечения одного года со дня досрочного прекращения прав пользования недрами, при осуществлении пользования которыми были образованы вскрышные и вмещающие породы;

3. в случае, если лицо, право пользования недрами которого было досрочно прекращено в соответствии со статьей 20 Закона о недрах, не использовало весь накопленный объем вскрышных и вмещающих горных пород (за исключением случая предоставления участка недр, право пользования которым было досрочно прекращено, в пользование иному лицу по основаниям, предусмотренным статьей 10.1 Закона о недрах) — со дня истечения пяти лет со дня досрочного прекращения прав пользования недрами, при осуществлении пользования которыми они были образованы.

В вышеперечисленных случаях, вскрышные и вмещающие породы, образуемые при разработке месторождений угля, подлежат утилизации как отходы производства и должны размещаться в отвалах, имеющих статус объектов размещения отходов. Использование таких отходов для ликвидации горных выработок, рекультивации земель и иными способами не предусматривается.

2.2.7.3.3 Предварительная обработка размещаемых пород

Предварительная сортировка отходов производства и отходов недропользования позволяет отделить потенциально полезную продукцию от отходов, подлежащих окончательному захоронению. Это также позволяет сократить объем окончательно захораниваемых отходов. Кроме того, отделение инертных отходов от опасных (например, размещение которых может привести к формированию кислотных стоков) позволяет сократить объем работ, связанных с утилизацией опасных отходов.

Обезвоживание может применяться для подготовки пастообразной смеси, размещаемой в выработанных пространствах.

Физико-химические меры могут применяться для снижения опасности определенных видов отходов. Например, десульфуризация позволяет снизить опасность формирования кислотных стоков [69].

2.2.7.3.4 Отвалообразование

Отвалообразование — это технологический процесс размещения вскрышных пород, удаляемых при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Удаляемые пустые породы размещаются на отвалах — специально отведенных площадках. Совокупность отвалов и сопутствующих технических устройств, средств механизации представляет собой отвальное хозяйство.

Отвалы могут быть сформированы как на ровной площадке, так и на склонах, а также в искусственных или естественных (оврагах) выемках. По месту расположения отвалы подразделяются на #внутренние# (располагаются в выработанном пространстве разреза), #внешние# (располагаются за пределами контура карьера (горного отвода)) и #комбинированные#.

Внутренние отвалы можно создавать только на месторождениях с углом падения пластов менее 12°. Для формирования подобных отвалов применяют драглайны с вместимостью ковша 25 — 80 м3 и длиной стрелы до 100 м, а также механические лопаты с вместимостью ковша 35 м3 и длиной стрелы до 65 м.

Внешние отвалы организуются на наклонных и крутонаклонных месторождениях. Для складирования пород на них используются механические лопаты, драглайны, отвальные плуги, абзетцеры и бульдозеры.

Для осуществления отвальных работ могут применяться различные средства механизации: отвальные плуги, одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, скипы, скреперы, абзетцеры, консольные отвалообразователи, транспортно-отвальные мосты.

Отвалообразование с помощью плуга состоит в сбрасывании вниз с отвального откоса породы, разгруженной из думпкаров, с последующей планировкой поверхности отвала. Данный вид отвальных работ отличается использованием простого оборудования невысокой стоимости. Однако он позволяет создавать лишь невысокие отвалы небольшой емкости, что требует регулярной передвижки рельсовых путей. Кроме того, он пригоден только для складирования скальных и полускальных пород.

Отвалообразование с помощью одноковшового экскаватора обычно заключается в формировании уступа высотой 10 — 40 м, разделенного на два подуступа. Экскаватор размещается на кровле верхнего подуступа, на которой расположен железнодорожный (или автомобильный) путь. Порода разгружается из думпкаров в приемную яму (вместимостью 200 — 300 м3). Экскаватор переваливает породу из ямы вперед по ходу, в сторону под откос и назад, создавая при этом заходку. Подобный метод отвалообразования обеспечивает высокую приемную способность отвального тупика и требует достаточно ограниченного масштаба путевых работ. С другой стороны, он требует закупки относительно дорогостоящего оборудования (экскаваторов) и обеспечивает небольшой фронт разгрузки вагонов. Формирование внутренних отвалов с помощью экскаваторов может осуществляться в рамках бестранспортной системы разработки.

При транспортировке породы автомобильным транспортом отвалообразование обычно осуществляется бульдозерами. При использовании данного метода самосвалы разгружаются в 3 — 5 м от бровки отвальной площадки (оптимальная длина которой составляет 45 — 50 м), а бульдозеры перемещают породу к самой бровке. Также бульдозеры осуществляют профилирование автодорог. Высота бульдозерного отвала составляет от 10 — 15 м для глин и суглинков до 25 — 30 м для скальных пород. Бульдозерное отвалообразование отличается низкой капиталоемкостью.

Для формирования отвалов может применяться оборудование непрерывного действия: абзетцеры, консольные отвалообразователи и транспортно-отвальные мосты.

Абзетцер представляет собой специализированный для образования отвалов многоковшовый экскаватор. Отвалообразование с помощью абзетцера включает разгрузку думпкаров в приемную траншею, копание породы из траншеи и перемещение ее в отвал, планировку отвала и передвижку транспортных путей.

При транспортировке породы конвейерным транспортом отвалообразование может осуществляться консольными отвалообразователями. Подобные механизмы представляют собой транспортерную ленту, пригодную для установки на различных шасси.

Транспортно-отвальный мост представляет собой массивный механизм, способный напрямую перемещать породу от экскаваторов в отвалы по кратчайшему пути. Мост состоит из забойной и отвальной металлических ферм с ленточным конвейером. Длина моста может достигать 500 м.

Во избежание размыва и формирования кислотных стоков отвалы должны быть снабжены системами водоотвода. Собранная вода может быть направлена либо в хвостохранилища, либо на иные технические нужды предприятия, либо может быть сброшена в водоемы (возможно, после определенной очистки) [69].

В настоящее время в России действует приказ Ростехнадзора от 27.11.2020 № Пр-469 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности „Инструкция по предупреждению экзогенной и эндогенной пожароопасности на объектах ведения горных работ угольной промышленности“. Согласно данной инструкции предупреждение самовозгорания должно обеспечиваться следующим образом:»

• формирование породных отвалов без выступов в угловых частях, придание породным отвалам округлой формы (создание плавного перехода между сторонами породного отвала, между откосами и горизонтальными частями);
• выполаживание откосов породных отвалов (угол откоса не должен превышать 20° — 25°);
• уплотнение отвальной массы специальными или транспортными средствами, высота уплотняемого слоя не должна превышать 0,5 — 1,0 м;
• создание плотных воздухонепроницаемых породных отвалов, формируемых послойным складированием пород и их последующее уплотнение, заиливание или перекрытие слоев складированной породы негорючими (изолирующими) материалами;
• формирование противопожарного барьера на сопряжении горящего и не горящего породных отвалов — отрезной траншеи до почвы породного отвала шириной не менее 5 м и заполнение ее изолирующими материалами;
• снижение при добыче и обогащении полезного ископаемого содержания горючих веществ в горной массе, направляемой на складирование в породные отвалы.

При отсыпке плоских породных отвалов толщина слоя пород не должна превышать:

• 1,0 м — на породном отвале разреза, шахты;
• 0,75 м — на породном отвале, общем для разреза, шахты или фабрики;
• 0,5 м — на породном отвале обогатительной фабрики.

Первый ярус породного отвала должен формироваться от границы породного отвала к центру. Высота первого яруса породного отвала не должна превышать 10 м, угол внешнего откоса — 20 — 25°. Внешний откос породного отвала и бермы на 5 — 8 м должны быть уплотнены и перекрыты изолирующими материалами слоем толщиной не менее 0,3 м. Изоляция откосов и берм должна производиться глиной, суглинком, песком, инертной пылью, охлажденной золой котельных установок, перегоревшей охлажденной породой отвалов, отходами камнедробильных производств.

Верхняя отметка породного отвала должна быть на 0,5 — 1,0 м ниже земной поверхности окружающего рельефа. Поверхность породного отвала планируют, уплотняют и перекрывают изолирующими материалами слоем мощностью не менее 1,0 м.

2.2.7.3.5 Ликвидация горных выработок и рекультивация земельных участков

Вскрышные породы (как и вмещающие, пустые породы и сухие продукты обогащения) могут быть размещены в выработанных пространствах угледобывающих предприятий, на участках, где прекращена добыча угля. Кроме того, в этих же пространствах в некоторых случаях размещаются отходы прочих производств (например, металлургических заводов) или горные породы с низким содержанием полезного компонента [64]. Кроме того, вскрышные породы (как и их аналоги) могут использоваться для рекультивации земельных участков.

Ликвидация горных выработок (закладка выработанного пространства) производится в целях:

• облегчения рекультивации (по сравнению с возведением отвалов);
• снижения риска разрушения отвала.

Существует пять типов закладки выработанного пространства:

• сухая (dry backfill);
• твердеющая (cemented backfill);
• гидравлическая (hydraulic backfill);
• пастообразная (paste backfill);
• пневматическая (pneumatic backfill).