Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ИХ
ПРИРОДООХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 9
1.1. Эколого-экономические аспекты функционирования угледобывающих
предприятий 9
Природоохранная деятельность угледобывающих предприятий 16
Эфективность водоохранных затрат на угольных шахтах и методы ее
оценки '. 32
Выводы по главе 1 43
ГЛАВА 11. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ШАХТНОЙ ВОДЫ 44
2.1. Горно-геологические условия отработки месторождений
Подмосковного бассейна 44
Аварии и затопление шахты «Бельцевская» 46
Проблемы хозяйственного использования подземных вод 48
Экологические проблемы 50
Новый подход к разработке высокообводненных угольных месторождений 51
Новая концепция разработки месторождений со сложными гидрогеологическими условиями 57
Основные положения новой концепции 57
Анализ гидрогеологических условий эксплуатации
шахт "Никулинская" и "Бельцевская" 59
2.3.3. Причины и механизм прорыва воды и затопления
шахты "Бельцевская" 63
Выводы по главе 2 65
ГЛАВА III. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАСПОЛОЖЕНИЯ
ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН ШАХТ В КАЧЕСТВЕ
ВОЗАБОРНЫХ 68
3.1. Классификация формирования экологически опасных зон,
влияющих на гидрологическую среду при ликвидации шахт
в подмосковном бассейне 68
3.2. Дренаж шахтного поля и использование подземных вод
для питьевого и хозяйственного водоснабжения населения 82
Выводы по главе 3 96
ГЛАВА IV ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЯ И РАЗРАБОТА МОДЕЛИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТВНОСТИ
ВОВЛЕЧЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ВЫСОКООБВОДНЕННЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ТОВАРНЫЕ ЦИКЛЫ 97
Обоснование критерия оценки эффективности природопользования на предприятиях добывающей отрасли 97
Разработка экономико-математической модели определения эколого-экономической оценки эффективности комплексирования добычи угля и воды 113
Инвестиционная привлекательность проектов диверсификации угледобычи на базе вовлечения водных ресурсов в процесс
водообеспечения 125
Выводы по главе 4 148
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 149
Список использованной литературы 152
Приложения 159
Введение к работе
Актуальность. Многолетняя разработка месторождений угля в Подмосковном бассейне обеспечивалась применявшимися ранее способами их осушения и управления кровлей. Однако при переходе к эксплуатации Никулинского и Бельцевского месторождений, с мощным слоем обводненных и закарстованных тарусско-окских известняков в основной кровле пласта, участились аварийные ситуации прорывов воды и породы, в результате которых шахты «Никулинская» и «Бельцевская» были затоплены. Традиционные способы осушения и управления кровлей в новых гидрологических условиях освоения угольных месторождений бассейна не обеспечивали безопасной и эффективной работы шахт.
Месторождения подмосковных углей являются самыми обводненными в России. До реструктуризации при уровне 1,4 % в общей структуре добычи по отрасли, доля сброса сточных вод Подмосковного бассейна составляла более 10%. Высокая обводненность явилась одним из решающих факторов при ликвидации шахт Подмосковного бассейна. Интенсивное закрытие нерентабельных шахт и затопление их водой также оказало негативное воздействие на водную среду, причем оно усиливается в силу неуправляемости процесса после прекращения ведения горных работ.
Вместе с тем, водные ресурсы - один из наиболее важных факторов устойчивости эколого-экономических систем наряду с энергетическим. В современной рыночной системе хозяйствования вода - это высокодефицитный товар, который, с одной стороны способствует удовлетворению спроса в водоснабжении, с другой (при условии комплексирования добычи) - существенному снижению затрат на производство угля.
Предстоящий рост объемов добычи подмосковных углей, обусловленный необходимостью повышения устойчивости функционирования энергоемкой экономики Европейской части России, где нет иных источников первичных энергоресурсов, требует разработки новых технологических решений и оценки эффективности комплексной добычи угля и воды, предусматривающих включение в товарные циклы шахтной воды.
Особую значимость данные проблемы приобретают для объективно нерентабельных угольных предприятий Подмосковья, поскольку дают возможность снизить убыточность угольного производства за счет реализации шахтной воды, создать новые рабочие места, повысить водообеспеченность населения и промышленности и снизить экологическую нагрузку на территории угледобычи.
В связи с вышеизложенным, научное обоснование новых технологических решений, обеспечивающих дренаж шахтных полей с одновременным хозяйственным использованием водных ресурсов для повышения безопасности ведения горных работ и снижения экологического ущерба, является актуальной имеющей важное народнохозяйственное значение научной задачей.
Работа весьма актуальна для шахтерских поселков и муниципальных образований Тульской области, поскольку большинство из них испытывают острый дефицит водных ресурсов для хозяйственного и питьевого снабжения, часть которого, как показали научные исследования, могли бы покрывать шахтные воды.
Целью работы является научное обоснование технологических решений по комплексной разработке высокообводненных угольных месторождений, включающих выбор расположения водопонизительных скважин в качестве водозаборных и обеспечивающих одновременное осушение шахтных полей и хозяйственное использование шахтных вод, что позволит повысить безопасность ведения горных работ и использование водных ресурсов угольных месторождений для водоснабжения населения, повысить рентабельность (сократить убыточность) угольного производства, сократить дефицит воды и улучшить состояние окружающей природной среды в регионах угледобычи.
Идея работы заключается в использовании дренажных вод при осушении шахтных полей высокообводненных месторождений для водоснабжения населения, с включением воды в товарные циклы на стадиях предварительного осушения, в процессах разработки месторождения и
ликвидации шахт, что позволит повысить коммерческую устойчивость и социально-экологическую безопасности функционирования угольных предприятий.
Методы исследования включают систематизацию и обобщение предшествующих исследований, мониторинг состояния гидрогеологического режима шахтных полей, опытно-промышленное водопонижение, экономико-математи-ческое моделирование, статистические методы обработки результатов.
Новые научные результаты, полученные лично соискателем:
Обоснована новая технологическая схема безопасной отработки сложных в гидрогеологическом отношении угольных месторождений типа Никулинского и Бельцевского, заключающаяся в двух- и трехстадийной отработке, при этом на первой стадии месторождение используется как источник водоснабжения, обеспечивая одновременно дренаж шахтных полей; на второй стадии происходит комплексное извлечение угля и воды; на третьей стадии, после закрытия или ликвидации шахты, с использованием сети водопонизительных скважин в качестве водозабора - продолжается хозяйственное извлечение воды.
На основе мониторинга и по данным химического анализа шахтных вод, поступающих из водозаборных скважин ликвидированных шахт, предложена классификация гидрологических условий площадей ликвидируемых шахт по степени экологической опасности, включающая оценку параметров гидравлической связи напорных вод упинского горизонта с загрязненными шахтными водами и загрязненных шахтных вод с надугольными песками, для принятия мер по предотвращению экологического ущерба и охране водных ресурсов, используемых для водоснабжения населения.
3 Разработана экономико-математическая модель эколого-
экономической оценки эффективности комплексного использования водных
и угольных ресурсов месторождений (вторая стадия отработки
месторождений) по приросту дохода угольных предприятий от внедрения
технологических решений по вовлечению в товарный оборот водных отходов угольного производства с учетом цены реализации и себестоимости диверсифицированной товарной продукции, оценки предотвращенного и остаточного экологических ущербов, затрат на добычу угля и воды, объемов дотаций и возвращения кредитных средств.
4 На основании статистического анализа отчетной документации о
дефиците водных ресурсов в Щекинском муниципальном образовании и по
данным химического анализа вод, поступающих из водозаборных скважин
ликвидированной шахты «Западная», разработаны рекомендации по
реконструкции водоснабжения г. Щекино и шахтерских поселков района за
счет восстановления и строительства новых водозаборов в границах
шахтного поля с учетом ее обезжелезования и умягчения.
5 В диссертации получены номограммы изменения процента снижения
себестоимости в зависимости от цены продажи воды с учетом различной
нагрузки на лаву, которые свидетельствуют о том, что чем ниже суточная
производительность очистных забоев, тем большее экономическое значение
имеет диверсификация угледобычи, что имеет важное значение для малых и .
средней мощности угольных предприятий Подмосковного бассейна.
Достоверность научных положений и выводов диссертационных
исследований обеспечивается представительным объемом
проанализированной статистической информации (данные фактических откачек воды по 15 скважинам шахты «Бельцевская» за 11 лет; данные о гидрогеологическом режиме подземных вод по 11 скважинам шахты «Западная» за 4 года); достаточно высокими коэффициентами корреляции (С = 0,95), удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических результатов исследования; положительными результатами внедрения.
Научное значение работы состоит в обосновании новых
технологических схем разработки сложных в гидрогеологическом отношении угольных месторождений с комплексным использованием угольных и водных ресурсов и методического подхода к выявлению резервов роста конкурентоспособности угольных предприятий за счет вовлечению в
товарный оборот водных отходов угольного производства.
Практическое значение работы заключается в использовании дренажных вод при осушении угольных месторождений для решения важной социальной проблемы водоснабжения и жизнеобеспечения населения, что способствует развитию промышленного производства и инфраструктуры с наименьшими совокупными затратами.
Реализация работы. Результаты диссертационных исследований приняты к использованию Департаментом природных ресурсов Администрации Тульской области. В соответствие с заданием, утвержденным Минэнерго РФ (от 29.11.2002 г.), разработан рабочий проект водоснабжения Новомосковского региона. В проекте предусмотрено использование подземных вод Бельцевского месторождения.
Результаты диссертационной работы внедрены при реализации мероприятий по ликвидации дефицита воды в городе Щекино и поселках шахт №№ 20, 21, 24, 25, 26, 27 Щекинского района за счет использования водозаборов ликвидированной шахты «Западная».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2000-2004 гг.); третьей Всероссийской конференции «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем» (г. Тула, 2001 г.); второй Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы» (гг.Москва-Тула, 2001 г.); второй Международной конференция «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2002 г.); второй Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (гг. Москва-Тула, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 78 наименований, включает 26 таблиц и 12 рисунков.
