Области использования шахтного метана

Высокая теплотворная способность позволяет использовать шахтный газ для отопления жилых помещений, для производства электроэнергии и как топливо для автотранспорта.

Как показывает мировой опыт, экономически эффективно использовать угольный и шахтный метан в качестве топлива на теплоэлектростанциях совместно с углем.

В Кузбассе, например, имеется десять крупных тепловых электростанций и 2000 котельных, где может быть применен метод комбинированного сжигания угля и метана. Безусловно, положительным следствием станет и уменьшение при этом загрязнения атмосферы.

Чтобы успешно реализовать проекты по угольному метану, необходимо не просто собирать его и сжигать, но и использовать для получения тепловой и электрической энергии. По расчетам специалистов, наиболее перспективным направлением является использование когенерационных установок на основе газопоршневых двигателей.

Это новая технология для комбинированного производства электроэнергии и тепла на основе автономных двигателей и системы рекуперации тепла, в которой энергия охлаждающей воды и отработанных газов используется для нужд теплоснабжения потребителей. Если шахты сумеют обеспечить себя теплом и электричеством, то себестоимость добычи угля сократится до 30% (в зависимости от доли затрат на электричество в себестоимости).

Так, на шахте «Ментон» (Великобритания) генераторная установка, работающая на метане, полностью обеспечивает потребности шахты в электроэнергии. В ФРГ на начало 2006 г. только в Рурском угольном бассейне работали более 130 контейнерных ТЭС на шахтном газе с установленной мощностью более 200 МВт электроэнергии.

В феврале 2007 г. компания «Север-сталь-ресурс» объявила о начале реализации проекта в Печерском угольном бассейне, в рамках которого с помощью шахтного метана будет производиться электроэнергия на трех газогенераторах мощностью 62 МВт.

Поскольку содержание метана в шахтном газе может составлять до 98%, этот газ может быть использован к качестве моторного топлива для автотранспортных средств.

Однако угольный метан, как и другие газовые топлива, имеет низкую объемную концентрацию энергии. При нормальных условиях теплота сгорания 1 л угольного метана составляет 33-36 КДж, в то время как теплота сгорания 1 л бензина составляет 31400 кДж, т. е. в 1000 раз больше, чем у угольного метана.

Поэтому угольный метан может применяться в двигателях автомобилей как моторное топливо либо в компримированном (сжатом), либо в криогенном (сжиженном) состоянии.

О практике применения сжатого (до 20 МПа) угольного метана в качестве моторного топлива для автомобилей известно достаточно давно.

По оценкам зарубежных специалистов, уже в 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на угольном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов угольных регионов страны.

Еще более перспективной технологией является использование сжиженного угольного метана. Сжижение уменьшает объем газа, занимаемый в обычных условиях, почти в 600 раз, что позволяет, по сравнению со сжатием газа, значительно снизить массу и объем системы хранения угольного метана на автомобиле.

Одним из перспективных направлений является использование угольного метана в химической промышленности.

Из него можно производить сажу, водород, аммиак, метанол, ацетилен, азотную кислоту, формалин и различные производные - основы для производства пластмасс и искусственного волокна.

Так, в Китае работает крупный сажевый завод, потребляющий 150 тыс. куб. м/сут. угольного газа, дающий более 10 т сажи. В Японии из угольного метана получают аммиак, а из него - карбамид. С каждым годом области утилизации угольного метана расширяются, разрабатываются новые эффективные способы его переработки и использования.

По мнению специалистов, утилизация шахтного метана позволит снизить себестоимость добычи угля на шахтах в зависимости от конкретных условий на 3-4%.

 

5.4 Геотермальная энергия

Геотермальный источник Рисунок - 5.4

Геотермальная энергия — это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.

Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов — солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта — до десятков метров.

Изменение температуры грунта с глубиной.

На некоторой глубине — от десятков до сотен метров — температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру.

Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная (точнее, многолетняя) мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200–300 м.

С некоторой глубины (своей для каждой точки на карте) действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные (внутренние) факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.

Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки — в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара — нормальное явление, а глубже температура ещё выше.

Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик — в среднем его мощность составляет 0,03–0,05 Вт/м², или примерно 350 Вт·ч/м² в год. На фоне теплового потока от Солнца и нагретого им воздуха это незаметная величина: Солнце даёт каждому квадратному метру земной поверхности около 4000 кВт·ч ежегодно, то есть в 10 000 раз больше (разумеется, это в среднем, при огромном разбросе между полярными и экваториальными широтами и в зависимости от других климатических и погодных факторов).

Рост температуры термальных вод и вмещающих их сухих пород с глубиной.

Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения — места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.

Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.

Извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль — иллюстрация бурных вулканических процессов, протекающих в активных тектонических и вулканических зонах с мощным тепловым потоком из земных недр.

В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной — явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.

В среднем температура с глубиной растёт на 2,5–3°C на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом.

Обратная величина — геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1°C.

Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики.

В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150°C на 1 км, а в Южной Африке — 6°C на 1 км.

Изменение температуры с глубиной в разных регионах.

Вопрос, какова температура на больших глубинах — 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250–300°C. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.

Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10°C/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2–2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120°C, на 10 км — 180°C, а на 12 км — 220°C.

Другой пример — скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42°C, на 1,5 км — 70°C, на 2 км — 80°C, на 3 км — 108°C.

Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20–30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300–1500°C, на глубине 400 км — 1600°C, в ядре Земли (глубины более 6000 км) — 4000–5000°C.

На глубинах до 10–12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сейсмических волн или температура изливающейся лавы.

Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса.

На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя — нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара.

Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20°C, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха.

Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей — это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.

Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород — петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров.

На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, — соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно — тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды.

Воды температурой от 20–30 до 100°C пригодны для отопления, температурой от 150°C и выше — и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях.

В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.

Распределение геотермальных ресурсов по территории России. Запасы геотермальной энергии, по оценкам экспертов, в несколько раз превышают запасы энергии органического ископаемого топлива. По данным ассоциации «Геотермальное энергетическое общество»

Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.

В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией — страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Наверное, все помнят мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль (Eyjafjallajökull) в 2010 году.

Установленные мощности геотермальных электростанций по странам мира, МВт.

Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров.

В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном.

«Приручение» геотермальной энергии в XX веке заметно помогло Исландии в экономическом отношении. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики.

Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии (Филиппины и Индонезия), странах Центральной Америки и Восточной Африки, территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.

Использование геотермальной энергии имеет весьма давнюю историю. Один из первых известных примеров — Италия, местечко в провинции Тоскана, ныне называемое Лардерелло, где ещё в начале XIX века местные горячие термальные воды, изливавшиеся естественным путём или добываемые из неглубоких скважин, использовались в энергетических целях.

Коллектор для сбора термальной борной воды в Лардерелло (Италия), первая половина XIX века.

Вода из подземных источников, богатая бором, употреблялась здесь для получения борной кислоты. Первоначально эту кислоту получали методом выпаривания в железных бойлерах, а в качестве топлива брали обычные дрова из ближайших лесов, но в 1827 году Франческо Лардерел (Francesco Larderel) создал систему, работавшую на тепле самих вод. Одновременно энергию природного водяного пара начали использовать для работы буровых установок, а в начале XX века — и для отопления местных домов и теплиц. Там же, в Лардерелло, в 1904 году термальный водяной пар стал энергетическим источником для получения электричества.

Двигатель и инвертор, использовавшиеся в Лардерелло в 1904 году в первом эксперименте по производству геотермальной электроэнергии.

Примеру Италии в конце XIX—начале XX века последовали некоторые другие страны. Например, в 1892 году термальные воды впервые были использованы для местного отопления в США (Бойсе, штат Айдахо), в 1919-м — в Японии, в 1928-м — в Исландии.

В США первая электростанция, работавшая на гидротермальной энергии, появилась в Калифорнии в начале 1930-х годов, в Новой Зеландии — в 1958 году, в Мексике — в 1959-м, в России (первая в мире бинарная ГеоЭС) — в 1965-м.

Старый принцип на новом источнике

Выработка электроэнергии требует более высокой температуры гидроисточника, чем для отопления, — более 150°C. Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) сходен с принципом работы обычной тепловой электростанции (ТЭС). По сути, геотермальная электростанция — разновидность ТЭС.

Принципиальная схема работы тепловой электростанции.

На ТЭС в роли первичного источника энергии выступают, как правило, уголь, газ или мазут, а рабочим телом служит водяной пар. Топливо, сгорая, нагревает воду до состояния пара, который вращает паровую турбину, а она генерирует электричество.

Отличие ГеоЭС состоит в том, что первичный источник энергии здесь — тепло земных недр и рабочее тело в виде пара поступает на лопасти турбины электрогенератора в «готовом» виде прямо из добывающей скважины.

Существуют три основные схемы работы ГеоЭС: прямая, с использованием сухого (геотермального) пара; непрямая, на основе гидротермальной воды, и смешанная, или бинарная.

Применение той или иной схемы зависит от агрегатного состояния и температуры энергоносителя.

Самая простая и потому первая из освоенных схем — прямая, в которой пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину. На сухом пару работала и первая в мире ГеоЭС в Лардерелло в 1904 году.

Принцип работы ГеоЭС на сухом пару. Геотермальный пар, поступающий из добывающей скважины, пропускается непосредственно через паровую турбину. Самая простая из существующих схем работы ГеоЭС.

ГеоЭС с непрямой схемой работы в наше время самые распространённые. Они используют горячую подземную воду, которая под высоким давлением нагнетается в испаритель, где часть её выпаривается, а полученный пар вращает турбину. В ряде случаев требуются дополнительные устройства и контуры для очистки геотермальной воды и пара от агрессивных соединений.

Принцип работы ГеоЭС с непрямой схемой. Горячая подземная вода из добывающей скважины нагнетается в испаритель, а полученный пар подаётся в турбину.

Отработанный пар поступает в скважину нагнетания либо используется для отопления помещений, — в этом случае принцип тот же, что при работе ТЭЦ.

На бинарных ГеоЭС горячая термальная вода взаимодействует с другой жидкостью, выполняющей функции рабочего тела с более низкой температурой кипения. Обе жидкости пропускаются через теплообменник, где термальная вода выпаривает рабочую жидкость, пары которой вращают турбину.

Принцип работы бинарной ГеоЭС. Горячая термальная вода взаимодействует с другой жидкостью, выполняющей функции рабочего тела и имеющей менее высокую температуру кипения. Обе жидкости пропускаются через теплообменник, где термальная вода выпаривает рабочую жидкость, пары которой, в свою очередь, вращают турбину

Эта система замкнута, что решает проблемы выбросов в атмосферу. Кроме того, рабочие жидкости со сравнительно низкой температурой кипения позволяют использовать в качестве первичного источника энергии и не очень горячие термальные воды.

Во всех трёх схемах эксплуатируется гидротермальный источник, но для получения электричества можно использовать и петротермальную энергию.

Принципиальная схема в этом случае также достаточно проста. Необходимо пробурить две соединяющиеся между собою скважины — нагнетательную и эксплуатационную. В нагнетательную скважину закачивается вода. На глубине она нагревается, затем нагретая вода или образовавшийся в результате сильного нагрева пар по эксплуатационной скважине подаётся на поверхность. Далее всё зависит от того, как используется петротермальная энергия — для отопления или для производства электроэнергии. Возможен замкнутый цикл с закачиванием отработанного пара и воды обратно в нагнетательную скважину либо другой способ утилизации.

Схема работы петротермальной системы. Система основана на использовании температурного градиента между поверхностью земли и её недрами, где температура выше. Вода с поверхности закачивается в нагнетательную скважину и нагревается на глубине, далее нагретая вода или образовавшийся в результате нагрева пар подаются на поверхность по эксплуатационной скважине.

Недостаток такой системы очевиден: для получения достаточно высокой температуры рабочей жидкости нужно бурить скважины на большую глубину. А это серьёзные затраты и риск существенных потерь тепла при движении флюида вверх. Поэтому петротермальные системы пока менее распространены по сравнению с гидротермальными, хотя потенциал петротермальной энергетики на порядки выше.

В настоящее время лидер в создании так называемых петротермальных циркуляционных систем (ПЦС) — Австралия. Кроме того, это направление геотермальной энергетики активно развивается в США, Швейцарии, Великобритании, Японии.

Подарок лорда Кельвина

Изобретение в 1852 году теплового насоса физиком Уильямом Томпсоном (он же — лорд Кельвин) предоставило человечеству реальную возможность использования низкопотенциального тепла верхних слоёв грунта. Теплонасосная система, или, как её называл Томпсон, умножитель тепла, основана на физическом процессе передачи тепла от окружающей среды к хладагенту. По сути, в ней используют тот же принцип, что и в петротермальных системах. Отличие — в источнике тепла, в связи с чем может возникнуть терминологический вопрос: насколько тепловой насос можно считать именно геотермальной системой? Дело в том, что в верхних слоях, до глубин в десятки-сотни метров, породы и содержащиеся в них флюиды нагреваются не глубинным теплом земли, а солнцем. Таким образом, именно солнце в данном случае — первичный источник тепла, хотя забирается оно, как и в геотермальных системах, из земли.

Принципиальная схема холодильника и теплового насоса: 1 — конденсатор; 2 — дроссель (регулятор давления); 3 — испаритель; 4 — компрессор.

Работа теплового насоса основана на запаздывании прогрева и охлаждения грунта по сравнению с атмосферой, в результате чего образуется градиент температур между поверхностью и более глубокими слоями, которые сохраняют тепло даже зимой, подобно тому, как это происходит в водоёмах. Основное назначение тепловых насосов — обогрев помещений. По сути — это «холодильник наоборот». И тепловой насос, и холодильник взаимодействуют с тремя составляющими: внутренней средой (в первом случае — отапливаемое помещение, во втором — охлаждаемая камера холодильника), внешней средой — источником энергии и холодильным агентом (хладагентом), он же — теплоноситель, обеспечивающий передачу тепла или холода.

В роли хладагента выступает вещество с низкой температурой кипения, что позволяет ему отбирать тепло у источника, имеющего даже сравнительно низкую температуру.

В холодильнике жидкий хладагент через дроссель (регулятор давления) поступает в испаритель, где из-за резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. Испарение — эндотермический процесс, требующий поглощения тепла извне. В результате тепло из внутренних стенок испарителя забирается, что и обеспечивает охлаждающий эффект в камере холодильника. Далее из испарителя хладагент засасывается в компрессор, где он возвращается в жидкое агрегатное состояние. Это обратный процесс, ведущий к выбросу отнятого тепла во внешнюю среду. Как правило, оно выбрасывается в помещение, и задняя стенка холодильника сравнительно тёплая.

Тепловой насос работает практически так же, с той разницей, что тепло забирается из внешней среды и через испаритель поступает во внутреннюю среду — систему отопления помещения.

В реальном тепловом насосе вода нагревается, проходя по внешнему контуру, уложенному в землю или водоём, далее поступает в испаритель.

В испарителе тепло передаётся во внутренний контур, заполненный хладагентом с низкой температурой кипения, который, проходя через испаритель, переходит из жидкого состояния в газообразное, забирая тепло.

Далее газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления и температуры, и поступает в конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из системы отопления.

Для работы компрессора требуется электроэнергия, тем не менее коэффициент трансформации (соотношение потребляемой и вырабатываемой энергии) в современных системах достаточно высок, чтобы обеспечить их эффективность.

В настоящее время тепловые насосы довольно широко используются для отопления помещений, главным образом, в экономически развитых странах.

Экокорректная энергетика

Геотермальная энергетика считается экологически чистой, что в целом справедливо. Прежде всего, в ней используется возобновляемый и практически неисчерпаемый ресурс. Геотермальная энергетика не требует больших площадей, в отличие от крупных ГЭС или ветропарков, и не загрязняет атмосферу, в отличие от углеводородной энергетики. В среднем ГеоЭС занимает 400 м² в пересчёте на 1 ГВт вырабатываемой электроэнергии. Тот же показатель для угольной ТЭС, к примеру, составляет 3600 м². К экологическим преимуществам ГеоЭС относят также низкое водопотребление — 20 литров пресной воды на 1 кВт, тогда как для ТЭС и АЭС требуется около 1000 литров. Отметим, что это экологические показатели «среднестатистической» ГеоЭС.

Но отрицательные побочные эффекты всё же имеются. Среди них чаще всего выделяют шум, тепловое загрязнение атмосферы и химическое — воды и почвы, а также образование твёрдых отходов.

Главный источник химического загрязнения среды — собственно термальная вода (с высокой температурой и минерализацией), нередко содержащая большие количества токсичных соединений, в связи с чем существует проблема утилизации отработанной воды и опасных веществ.

Отрицательные эффекты геотермальной энергетики могут прослеживаться на нескольких этапах, начиная с бурения скважин. Здесь возникают те же опасности, что и при бурении любой скважины: разрушение почвенно-растительного покрова, загрязнение грунта и грунтовых вод.

На стадии эксплуатации ГеоЭС проблемы загрязнения окружающей среды сохраняются. Термальные флюиды — вода и пар — обычно содержат углекислый газ (CO₂), сульфид серы (H₂S), аммиак (NH₃), метан (CH₄), поваренную соль (NaCl), бор (B), мышьяк (As), ртуть (Hg). При выбросах во внешнюю среду они становятся источниками её загрязнения. Кроме того, агрессивная химическая среда может вызывать коррозионные разрушения конструкций ГеоТЭС.

В то же время выбросы загрязняющих веществ на ГеоЭС в среднем ниже, чем на ТЭС. Например, выбросы углекислого газа на каждый киловатт-час выработанной электроэнергии составляют до 380 г на ГеоЭС, 1042 г — на угольных ТЭС, 906 г — на мазутных и 453 г — на газовых ТЭС.

Возникает вопрос: что делать с отработанной водой? При невысокой минерализации она после охлаждения может быть сброшена в поверхностные воды. Другой путь — закачивание её обратно в водоносный пласт через нагнетательную скважину, что предпочтительно и преимущественно применяется в настоящее время.

Добыча термальной воды из водоносных пластов (как и выкачивание обычной воды) может вызывать просадку и подвижки грунта, другие деформации геологических слоёв, микроземлетрясения. Вероятность таких явлений, как правило, невелика, хотя отдельные случаи зафиксированы (например, на ГеоЭС в Штауфен-им-Брайсгау в Германии).

Следует подчеркнуть, что большая часть ГеоЭС расположена на сравнительно малонаселённых территориях и в странах третьего мира, где экологические требования бывают менее жёсткими, чем в развитых странах. Кроме того, на данный момент количество ГеоЭС и их мощности сравнительно невелики. При более масштабном развитии геотермальной энергетики экологические риски могут возрасти и умножиться.

Почём энергия Земли?

Инвестиционные затраты на строительство геотермальных систем варьируют в очень широком диапазоне — от 200 до 5000 долларов на 1 кВт установленной мощности, то есть самые дешёвые варианты сопоставимы со стоимостью строительства ТЭС. Зависят они, прежде всего, от условий залегания термальных вод, их состава, конструкции системы. Бурение на большую глубину, создание замкнутой системы с двумя скважинами, необходимость очистки воды могут многократно увеличивать стоимость.

Например, инвестиции в создание петротермальной циркуляционной системы (ПЦС) оцениваются в 1,6–4 тыс. долларов на 1 кВт установленной мощности, что превышает затраты на строительство атомной электростанции и сопоставимо с затратами на строительство ветряных и солнечных электростанций.

Очевидное экономическое преимущество ГеоТЭС — бесплатный энергоноситель. Для сравнения — в структуре затрат работающей ТЭС или АЭС на топливо приходится 50–80% или даже больше, в зависимости от текущих цен на энергоносители. Отсюда ещё одно преимущество геотермальной системы: расходы при эксплуатации более стабильны и предсказуемы, поскольку не зависят от внешней конъюнктуры цен на энергоносители. В целом эксплуатационные затраты ГеоТЭС оцениваются в 2–10 центов (60 коп.–3 руб.) на 1 кВт·ч произведённой мощности.

Вторая по величине после энергоносителя (и весьма существенная) статья расходов — это, как правило, заработная плата персонала станции, которая может кардинально различаться по странам и регионам.

В среднем себестоимость 1 кВт·ч геотермальной энергии сопоставима с таковой для ТЭС (в российских условиях — около 1 руб./1 кВт·ч) и в десять раз выше себестоимости выработки электроэнергии на ГЭС (5–10 коп./1 кВт·ч).

Отчасти причина высокой себестоимости заключается в том, что, в отличие от тепловых и гидравлических электростанций, ГеоТЭС имеет сравнительно небольшую мощность. Кроме того, необходимо сравнивать системы, находящиеся в одном регионе и в сходных условиях. Так, например, на Камчатке, по оценкам экспертов, 1 кВт·ч геотермальной электроэнергии обходится в 2–3 раза дешевле электроэнергии, произведённой на местных ТЭС.

Показатели экономической эффективности работы геотермальной системы зависят, например, и от того, нужно ли утилизировать отработанную воду и какими способами это делается, возможно ли комбинированное использование ресурса. Так, химические элементы и соединения, извлечённые из термальной воды, могут дать дополнительный доход. Вспомним пример Лардерелло: первичным там было именно химическое производство, а использование геотермальной энергии первоначально носило вспомогательный характер.

Форварды геотермальной энергетики

Геотермальная энергетика развивается несколько иначе, чем ветряная и солнечная. В настоящее время она в существенно большей степени зависит от характера самого ресурса, который резко различается по регионам, а наибольшие концентрации привязаны к узким зонам геотермических аномалий, связанных, как правило, с районами развития тектонических разломов и вулканизма.

Кроме того, геотермальная энергетика менее технологически ёмкая по сравнению с ветряной и тем более с солнечной энергетикой: системы геотермальных станций достаточно просты.

В общей структуре мирового производства электроэнергии на геотермальную составляющую приходится менее 1%, но в некоторых регионах и странах её доля достигает 25–30%. Из-за привязки к геологическим условиям значительная часть мощностей геотермальной энергетики сосредоточена в странах третьего мира, где выделяются три кластера наибольшего развития отрасли — острова Юго-Восточной Азии, Центральная Америка и Восточная Африка. Два первых региона входят в Тихоокеанский «огненный пояс Земли», третий привязан к Восточно-Африканскому рифту. С наибольшей вероятностью геотермальная энергетика и далее будет развиваться в этих поясах. Более отдалённая перспектива — развитие петротермальной энергетики, использующей тепло слоёв земли, лежащих на глубине нескольких километров. Это практически повсеместно распространённый ресурс, но его извлечение требует высоких затрат, поэтому петротермальная энергетика развивается прежде всего в наиболее экономически и технологически мощных странах.

В целом, учитывая повсеместное распространение геотермальных ресурсов и приемлемый уровень экологической безопасности, есть основания предполагать, что геотермальная энергетика имеет хорошие перспективы развития. Особенно при нарастании угрозы дефицита традиционных энергоносителей и росте цен на них.

От Камчатки до Кавказа

В России развитие геотермальной энергетики имеет достаточно давнюю историю, и по ряду позиций мы находимся в числе мировых лидеров, хотя в общем энергобалансе огромной страны доля геотермальной энергии пока ничтожно мала.

Пионерами и центрами развития геотермальной энергетики в России стали два региона — Камчатка и Северный Кавказ, причём если в первом случае речь идёт прежде всего об электроэнергетике, то во втором — об использовании тепловой энергии термальной воды.

На Северном Кавказе — в Краснодарском крае, Чечне, Дагестане — тепло термальных вод для энергетических целей использовалось ещё до Великой Отечественной войны. В 1980–1990-е годы развитие геотермальной энергетики в регионе по понятным причинам застопорилось и пока из состояния стагнации не вышло. Тем не менее геотермальное водоснабжение на Северном Кавказе обеспечивает теплом около 500 тыс. человек, а, например, город Лабинск в Краснодарском крае с населением 60 тыс. человек полностью отапливается за счёт геотермальных вод.

На Камчатке история геотермальной энергетики связана, прежде всего, со строительством ГеоЭС. Первые из них, до сих пор работающие Паужетская и Паратунская станции, были построены ещё в 1965–1967 годах, при этом Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт стала первой станцией в мире с бинарным циклом. Это была разработка советских учёных С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфельда из Института теплофизики СО РАН, получивших в 1965 году авторское свидетельство на извлечение электроэнергии из воды с температурой от 70°C. Эта технология впоследствии стала прототипом для более 400 бинарных ГеоЭС в мире.

Мощность Паужетской ГеоЭС, введённой в эксплуатацию в 1966 году, изначально составляла 5 МВт и впоследствии была наращена до 12 МВт. В настоящее время на станции идёт строительство бинарного блока, который увеличит её мощность ещё на 2,5 МВт.

Развитие геотермальной энергетики в СССР и России тормозилось доступностью традиционных энергоносителей — нефти, газа, угля, но никогда не прекращалось. Крупнейшие на данный момент объекты геотермальной энергетики — Верхне-Мутновская ГеоЭС с суммарной мощностью энергоблоков 12 МВт, введённая в эксплуатацию в 1999 году, и Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт (2002 год).

Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоЭС — уникальные объекты не только для России, но и в мировом масштабе. Станции расположены у подножия вулкана Мутновский, на высоте 800 метров над уровнем моря, и работают в экстремальных климатических условиях, где 9–10 месяцев в году зима. Оборудование Мутновских ГеоЭС, на данный момент одно из самых современных в мире, полностью создано на отечественных предприятиях энергетического машиностроения.

В настоящее время доля Мутновских станций в общей структуре энергопотребления Центрально-Камчатского энергетического узла составляет 40%. В ближайшие годы планируется увеличение мощности.

Мутновская ГеоЭС на Камчатке. На конец 2011 года установленная мощность станции была 50 МВт, однако её планируется увеличить до 80 МВт. Фото Татьяны Коробковой (НИЛ ВИЭ географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова)

Отдельно следует сказать о российских петротермальных разработках. Крупных ПЦС у нас пока нет, однако есть передовые технологии бурения на большую глубину (порядка 10 км), которые также не имеют аналогов в мире. Их дальнейшее развитие позволит кардинально снизить затраты на создание петротермальных систем. Разработчики данных технологий и проектов — Н. А. Гнатусь, М. Д. Хуторской (Геологический институт РАН), А. С. Некрасов (Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН) и специалисты Калужского турбинного завода. Сейчас проект петротермальной циркуляционной системы в России находится на экспериментальной стадии.

Перспективы у геотермальной энергетики в России есть, хотя и сравнительно отдалённые: на данный момент достаточно велик потенциал и сильны позиции традиционной энергетики. В то же время в ряде отдалённых районов страны использование геотермальной энергии экономически выгодно и востребовано уже сейчас. Это территории с высоким геоэнергетическим потенциалом (Чукотка, Камчатка, Курилы — российская часть Тихоокеанского «огненного пояса Земли», горы Южной Сибири и Кавказ) и одновременно удалённые и отрезанные от централизованного энергоснабжения.

Вероятно, в ближайшие десятилетия геотермальная энергетика в нашей стране будет развиваться именно в таких регионах.

 

 

 

ГЛАВА VI

ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДР
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

6.1 Собственность на недра

1. Недра в границах территории Донецкой Народной Республики, включая подземное пространство и содержащиеся в недрах полезные ископаемые, энергетические и иные ресурсы, являются государственной собственностью и передаются только в пользование. Соглашения или действия, которые в прямой или скрытой форме нарушают право собственности государства на недра, являются недействительными. Вопросы владения, пользования и распоряжения недрами находятся в ведении Донецкой Народной Республики.

 

2. Участки недр не могут быть предметом купли, продажи, дарения, наследования, вклада, залога или отчуждаться в иной форме. Права пользования недрами могут отчуждаться или переходить от одного лица к другому в той мере, в какой их оборот допускается законодательством Донецкой Народной Республики.

 

3. Отдельные полномочия о распоряжении недрами законодательством Донецкой Народной Республики могут передаваться соответственным республиканским органам исполнительной власти.

 

6.2 Республиканский фонд недр и республиканский фонд месторождений полезных ископаемых

1. Республиканский фонд недр включает как участки недр, используемые, так и участки недр не привлеченные к использованию, в том числе континентального шельфа и исключительной (морской) экономической зоны.

2. Все месторождения полезных ископаемых, в том числе техногенные, с запасами, оцененными как промышленные, составляют Республиканский фонд месторождений полезных ископаемых, а все, предварительно оцененные месторождения полезных ископаемых - резерв этого фонда.

3. Республиканский фонд месторождений полезных ископаемых является частью республиканского фонда недр.

4. Республиканский фонд месторождений полезных ископаемых и резерв этого фонда формируется республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере геологического изучения и рационального использования недр.

5. Республиканский фонд недр формируется республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере геологического изучения и рационального использования недр, вместе с республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере охраны труда и промышленной безопасности.

 

 

6.3 Органы, которые осуществляют государственное управление в сфере геологического изучения, использования и охраны недр

 

Государственное управление в сфере геологического изучения, использования и охраны недр осуществляют Совет Министров Донецкой Народной Республики, республиканские органы исполнительной власти, которые реализуют государственную политику в сфере охраны окружающей среды, республиканские органы исполнительной власти, которые реализуют государственную политику в сфере геологического изучения и рационального использования недр, республиканские органы исполнительной власти, которые реализуют государственную политику в сфере охраны труда и промышленной безопасности, территориальные органы исполнительной власти и органы местного самоуправления в соответствии с законодательством Донецкой Народной Республики.

 

6.4 Предоставление недр в пользование

6.4.1 Пользователи недр

1. Пользователями недр могут быть предприятия, учреждения, организации, граждане любого государства, а также лица без гражданства, иностранные юридические лица.

 

2. Пользователями недр на условиях соглашений о разделе продукции могут быть граждане любого государства, лица без гражданства, юридические лица Донецкой Народной Республики или иных государств, объединения юридических лиц, созданные в Донецкой Народной Республике или за пределами Донецкой Народной Республики (инвесторы), которые отвечают требованиям законодательства Донецкой Народной Республики. Объединения юридических лиц, которые не являются юридическим лицом, могут быть пользователями недр в соответствии с соглашением о разделе продукции при условии, что участники такого объединения несут солидарную ответственность по обязательствам, предусмотренным соглашением о разделе продукции.

 

6.4.2 Виды пользования недрами

1. Недра предоставляются в пользование для:

1) геологического изучения, в том числе опытно-промышленной разработки месторождений полезных ископаемых;

2) добычи полезных ископаемых;

3) строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, в том числе сооружений для подземного хранения нефти, газа и иных веществ и материалов, захоронения вредных веществ и отходов производства, сброса сточных вод;

4) образования особо охраняемых геологических территорий и объектов, которые имеют важное научное, культурное, санитарно-оздоровительное значение (научные полигоны, геологические заповедники, заказники, памятники природы, лечебные, оздоровительные заведения и прочее);

5) выполнения работ (осуществление деятельности), предусмотренных соглашением о разделе продукции;

6) удовлетворения иных потребностей не противоречащих законодательству Донецкой Народной Республики.

 

 

6.4.3 Участки недр, предоставляемые в пользование

1. В соответствии с лицензией на пользование недрами для добычи полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, образования особо охраняемых геологических объектов, а также в соответствии с соглашением о разделе продукции при разведке и добыче минерального сырья участок недр предоставляется пользователю в виде горного отвода - геометризованного блока недр.

2. При определении границ горного отвода учитываются пространственные контуры месторождения полезных ископаемых, положение участка строительства и эксплуатации подземных сооружений, границы безопасного ведения горных и взрывных работ, зоны охраны от вредного влияния горных разработок, зоны сдвижения горных пород, контуры предохранительных целиков под природными объектами, зданиями и сооружениями, разносы бортов карьеров и разрезов и другие факторы, влияющие на состояние недр и земной поверхности в связи с процессом геологического изучения и использования недр.

3. Предварительные границы горного отвода устанавливаются при предоставлении лицензии на пользование недрами. После разработки технического проекта, получения на него положительного заключения государственной экспертизы, согласования указанного проекта, получения горного отвода, документы, определяющие уточненные границы горного отвода (с характерными разрезами, ведомостью координат угловых точек), включаются в лицензию в качестве неотъемлемой составной части.

4. Пользователь недр, получивший горный отвод, имеет исключительное право осуществлять в его границах пользование недрами в соответствии с предоставленной лицензией. Любая деятельность, связанная с пользованием недрами в границах горного отвода, может осуществляться только с согласия пользователя недр, которому он предоставлен.

Пользователь недр, получивший горный отвод, имеет право привлекать по хозяйственным договорам подрядные организации для осуществления добычи полезных ископаемых и выполнения иных работ.

В случае, если законодательством Донецкой Народной Республики установлено, что для осуществления отдельных видов деятельности, связанных с пользованием недрами, требуются лицензии, пользователи недр должны иметь лицензии на осуществление соответствующих видов деятельности, связанных с пользованием недрами, или привлекать для осуществления этих видов деятельности лиц, имеющих такие лицензии.

5. Участку недр, предоставляемому в соответствии с лицензией для геологического изучения (без опытно-промышленной разработки), по решению республиканского органа исполнительной власти который реализует государственную политику в сфере геологического изучения и рационального использования недр или его территориального органа придается статус геологического отвода. В границах геологического отвода могут одновременно проводить работы несколько пользователей недр. Их взаимоотношения определяются при предоставлении недр в пользование.

6. При предоставлении участка недр в пользование в соответствии с соглашением о разделе продукции при поисках, разведке и добыче минерального сырья горный или геологический отвод оформляется в границах, определенных указанным соглашением.

7. В целях обеспечения полноты геологического изучения, рационального использования и охраны недр границы участка недр, предоставленного в пользование, могут быть изменены.

8. Порядок установления и изменения границ участков недр, предоставленных в пользование, устанавливается Советом Министров Донецкой Народной Республики.

 

6.5 Сроки пользования недрами

1. Участки недр предоставляются в пользование на определенный срок или без ограничения срока.

2. На определенный срок участки недр предоставляются в пользование для:

1) добычи полезных ископаемых на основании предоставления краткосрочного права пользования участками недр, - на срок до 1 года в случае, если в интересах рационального использования и охраны недр приостановление добычи полезных ископаемых нецелесообразно или невозможно - по решению органа, досрочно прекратившего право пользования соответствующим участком недр (до принятия в установленном порядке решения о новом пользователе недр), с оформлением соответствующей лицензии в порядке, установленном настоящим Законом;

2) геологического изучения - на срок до 5 лет;

3) проведения работ по геологическому изучению участков недр внутренних морских вод и континентального шельфа Донецкой Народной Республики - на срок до 10 лет;

4) добычи подземных вод - на срок до 20 лет;

5) добычи полезных ископаемых - на срок отработки месторождения полезных ископаемых, исчисляемый исходя из технико-экономического обоснования разработки месторождения полезных ископаемых, обеспечивающего рациональное использование и охрану недр.

3. При необходимости срок временного пользования участком недр продлевается по инициативе пользователя недр в случае необходимости завершения поисков и оценки или разработки месторождения полезных ископаемых, либо выполнения ликвидационных мероприятий, при условии отсутствия нарушений условий лицензии данным пользователем недр за последние 12 месяцев перед продлением срока.

4. Исчисление срока пользования недрами начинается со дня получения лицензии на пользование недрами, если в лицензии не предусмотрено иное, а в случае заключения соглашения о разделе продукции

со дня, указанного в таком соглашении.

5. Без ограничения срока могут быть предоставлены участки недр для строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений, связанных с захоронением отходов, строительства и эксплуатации нефте- и газохранилищ, а также для образования особо охраняемых геологических объектов.

6.6 Лицензия на пользование недрами

1. Предоставление недр в пользование, оформляется специальным государственным документом в виде лицензии, включающей установленной формы бланк с Государственным гербом Донецкой Народной Республики, а также текстовые, графические и иные приложения, являющиеся неотъемлемой составной частью лицензии и определяющие основные условия пользования недрами.

2. Лицензия является документом, удостоверяющим право ее владельца на пользование участком недр в определенных границах в соответствии с указанной в ней целью в течение установленного срока при соблюдении владельцем заранее оговоренных условий. Между уполномоченными на то органами государственной власти и пользователем недр может быть заключен договор, устанавливающий условия пользования таким участком, а также обязательства сторон по выполнению указанного договора.

3. Лицензия удостоверяет право проведения работ по геологическому изучению недр, разработки месторождений полезных ископаемых, размещения в пластах горных пород попутных вод и вод, использованных пользователями недр для собственных производственных и технологических нужд при разведке и добыче углеводородного сырья, использования отходов горнодобывающего и связанных с ним перерабатывающих производств, использования недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, образования особо охраняемых геологических объектов.

4. Допускается предоставление лицензий на несколько видов пользования недрами.

5. Лицензии на пользования недрами предоставляются победителям аукционов, кроме случаев, определенных Советом Министров Донецкой Народной Республики, республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере геологического изучения и рационального пользования недрами.

6. Порядок проведения аукционов по предоставлению лицензий на пользование недрами и порядок их предоставления устанавливаются Советом Министров Донецкой Народной Республики.

7. Предоставление лицензий на пользование недрами, кроме случаев пользования недрами на условиях соглашений о разделе продукции, заключенных в соответствии с законодательством Донецкой Народной Республики о соглашениях о разделе продукции, осуществляются после предварительного согласования с соответствующим органом местного самоуправления вопроса о передаче земельного участка для указанных нужд, кроме случаев, когда в передаче земельного участка нет необходимости, республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере охраны труда и промышленной безопасности и республиканским органом исполнительной власти, который реализует государственную политику в сфере обеспечения государственной безопасности.

8. В случае выполнения отдельных видов работ, связанных с пользованием недрами, лицами, не указанными в лицензии, ответственность за выполнение условий, предусмотренных лицензией, несет субъект, который получил лицензию.

9. Относительно отдельных видов пользования недрами или отдельных пользователей недр могут устанавливаться некоторые ограничения, предусмотренные законодательством Донецкой Народной Республики.

10. Владелец лицензии на пользование недрами не может дарить, продавать или иным способом отчуждать ее иному юридическому или физическому лицу, в том числе передавать их в уставные капиталы создаваемых с его участием субъектов хозяйствования, а также вносить как вклад в совместную деятельность.

11. Порядок проведения и условия конкурса на заключение соглашений о разделе продукции определяются законодательством Донецкой Народной Республики о соглашениях о разделе продукции. Лицензия на пользование недрами на условиях раздела продукции выдается на основании заключенного соглашения о разделе продукции и должно содержать все виды пользования недрами и иные данные и сведения, предусмотренные этим соглашением. Право пользования недрами может быть передано третьим лицам одновременно с передачей прав и обязанностей по соглашению о разделе продукции и с обязательным переоформлением лицензии на пользование недрами в соответствии с требованиями законодательства Донецкой Народной Республики о соглашениях о разделе продукции.

12. Переоформление лицензий на пользование недрами, внесение в них изменений, выдача дубликатов, продление срока действия лицензий на пользование недрами, приостановка ее действия или аннулирование, возобновление ее действия в случае приостановки, осуществляются республиканским органом исполнительной власти, реализующим государственную политику в сфере геологического изучения и рационального использования недр в порядке, установленном законодательством Донецкой Народной Республики.

13. Предоставление лицензий на пользование недрами субъекту хозяйствования, который получил целостный имущественный комплекс государственного угледобывающего предприятия в аренду или концессию, осуществляется путем переоформления лицензии на пользование недрами, выданного угледобывающему предприятию государственного сектора экономики, целостный имущественный комплекс которого передан в аренду или концессию, на срок действия такой лицензии и без проведения аукциона.

14. Во время аренды или концессии целостного имущественного комплекса государственного угледобывающего предприятия, на период получения арендатором или концессионером лицензии на пользование недрами и горного отвода, арендатор или концессионер осуществляет добычу угля и (или) лигнита (бурого угля) на объекте, переданном в аренду или концессию, на основании действующей лицензии на пользование недрами и горного отвода государственного угледобывающего предприятия, целостный имущественный комплекс которого передан в аренду или концессию, но не больше 12 месяцев со дня заключения договора аренды или концессии.

15. Предоставление лицензий на пользование недрами субъекту хозяйствования, который получил в пользование государственное угледобывающее предприятие в соответствии с законодательством Донецкой Народной Республики об особенностях передачи в пользование частным инвесторам угледобывающих предприятий, осуществляется путем переоформления лицензии на пользование недрами, предоставленного указанному угледобывающему предприятию, на имя субъекта хозяйствования, который получил его в пользование, на срок действия такой лицензии и без проведения аукциона.

6.7 Общие положения Закона об охране окружающей среды

6.7.1 Основные принципы охраны окружающей среды

 

1. Хозяйственная и иная деятельность органов государственной власти Донецкой Народной Республики, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц, оказывающая воздействие на окружающую среду, должна осуществляться на основе следующих принципов:

1) соблюдения права человека на благоприятную окружающую среду;

2) обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности человека;

3) научно обоснованного сочетания экологических, экономических и социальных интересов человека, общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды;

4) охраны, воспроизводства и рационального использования природных ресурсов как необходимых условий обеспечения благоприятной окружающей среды и экологической безопасности;

5) ответственности органов государственной власти Донецкой Народной Республики, органов местного самоуправления за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической безопасности на соответствующих территориях;

6) платности природопользования и возмещения вреда (ущерба) окружающей среде;

7) независимости контроля в сфере охраны окружающей среды;

8) презумпции экологической опасности планируемой хозяйственной и иной деятельности;

9) обязательности оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности;

10) обязательности проведения государственной экологической экспертизы проектов и иной документации, обосновывающих хозяйственную и иную деятельность, которая может оказать негативное воздействие на окружающую среду, создать угрозу жизни, здоровью и имуществу граждан;

11) учета природных и социально-экономических особенностей территорий при планировании и осуществлении хозяйственной и иной деятельности;

12) приоритета сохранения естественных экологических систем, природных ландшафтов и природных комплексов;

13) допустимости воздействия хозяйственной и иной деятельности, на природную среду исходя из требований в сфере охраны окружающей среды;

14) обеспечения снижения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в соответствии с нормативами в сфере охраны окружающей среды, которого можно достигнуть на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов;

15) обязательности участия в деятельности по охране окружающей среды органов государственной власти Донецкой Народной Республики, органов местного самоуправления, общественных организаций и объединений, юридических и физических лиц;

16) сохранения биологического разнообразия;

17) обеспечения интегрированного и индивидуального подходов к установлению требований в сфере охраны окружающей среды к субъектам хозяйствования, осуществляющим такую деятельность или планирующим осуществление такой деятельности;

18) запрета хозяйственной и иной деятельности, последствия воздействия которой непредсказуемы для окружающей среды, а также реализации проектов, которые могут привести к деградации естественных экологических систем, изменению и (или) уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, истощению природных ресурсов и иным негативным изменениям окружающей среды;

19) соблюдения права каждого на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды, а также участия граждан в принятии решений, касающихся их прав на благоприятную окружающую среду, в соответствии с законодательством Донецкой Народной Республики;

20) ответственности за нарушение законодательства Донецкой Народной Республики в сфере охраны окружающей среды;

21) организации и развития системы экологического образования, воспитания и формирования экологической культуры;

22) участия граждан, общественных организаций и объединений в решении задач охраны окружающей среды;

23) международного сотрудничества Донецкой Народной Республики в сфере охраны окружающей среды;

24) обязательности финансирования субъектами хозяйствования, осуществляющими деятельность, которая приводит или может привести к загрязнению окружающей среды, мер по предотвращению и (или) уменьшению негативного воздействия на окружающую среду, устранению последствий этого воздействия, в порядке, предусмотренном проектной и иной документацией субъекта хозяйствования.

 

6.7.2 Общие требования в сфере охраны окружающей среды при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации зданий, строений, сооружений и иных объектов

 

1. Размещение, проектирование, строительство, реконструкция, ввод в эксплуатацию, эксплуатация, консервация и ликвидация зданий, строений, сооружений и иных объектов, оказывающих прямое или косвенное негативное воздействие на окружающую среду, осуществляются в соответствии с требованиями в сфере охраны окружающей среды. При этом должны предусматриваться мероприятия по охране окружающей среды, восстановлению природной среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, обеспечению экологической безопасности.

2. Нарушение требований в сфере охраны окружающей среды влечет за собой приостановление размещения, проектирования, строительства, реконструкции, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации зданий, строений, сооружений и иных объектов по предписаниям органов государственной власти, которые реализуют государственную политику в сфере охраны окружающей среды.

3. Прекращение в полном объеме размещения, проектирования, строительства, реконструкции, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации зданий, строений, сооружений и иных объектов при нарушении требований в сфере охраны окружающей среды осуществляется на основании решения суда.

4. При размещении зданий, строений, сооружений и иных объектов должно быть обеспечено выполнение требований в сфере охраны окружающей среды, восстановления природной среды, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, обеспечения экологической безопасности с учетом ближайших и отдаленных экологических, экономических, демографических и иных последствий эксплуатации указанных объектов и соблюдением приоритета сохранения благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов.

ГЛАВА VII

ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШАХТНЫХ ВОД

7.1 Опыт и перспективы использования шахтных вод

Практически во всех регионах Украины не хватает воды для населения и предприятий, что особенно ощущается в угле­ добывающих регионах, где на базе предприятий угольной промышленности широко развиты металлургия, тяжелое машино­строение, коксохимия, химия,сельское хозяйство и др.

В то же время в процессе добычи угля из шахт на поверхность откачиваются значительные объемы шахтных вод. Одна­ ко с уменьшением уровня добычи угля и закрытием шахт общий водоприток шахтных вод снизился с 990 млн м3 в 2002 г. до 326,3 млн м3 в 2006 г. (здесь и далее в качестве информационной базы использованы материалы государственной статистической отчетности предприятий по форме № 2 – ТП (водхоз) «Отчет об использовании воды»). В течение длительного периода общий водоприток стабилизировался при­близительно на этом уровне в связи с завершением физической ликвидации большинства предприятий, намеченных к закрытию.

Многие закрытые шахты вынуждены постоянно откачивать шахтные воды для недопущения затопления соседних предприятий и подтопления поверхности, что требует затрат огромных ресурсов. Кроме того, для шахтных вод характерны повышенная природная минерализация (от 2 до 10 г/л, в отдельных случаях свыше 20 г/л), бактериальная загрязненность, значительное со­ держание взвешенных веществ (от 20 до 500 мг/л), наличие нефтепродуктов и микрокомпонентов – тяжелых металлов, опасных и токсичных химических элементов, и соединений, что делает невозможным их использование без специальной очистки и деминерализации [1]. Сейчас практически на всех действующих и закрытых предприятиях угольной промышленности шахтные воды очищаются только от механических приме­ сей (взвешенные вещества, нефтепродукты) и бактериальных загрязнений.

Шахтные воды сбрасываются в гидрографическую сеть морей: Азовского – реки Дон, Северский Донец, Миус, Кальмиус; Черного – реки бассейна Днепра; Балтийского – реки Западный Буг и Висла. При этом на долю  рек Азовского моря приходится 79,3 % общего объема сбрасываемых шахтных вод, Черного – 16,5 %, Балтийского – 4,2 %.

Для обеспечения производственной деятельности шахты потребляют воду питьевого качества, шахтную и техническую. Питьевая вода используется как по своему прямому назначению на хозяйственно­питьевые нужды, так и на производственные. В Донецкой, Луганской и Днепропетровской областях на производственные нужды расходуется со­ ответственно 24,9, 23,2 и 21,4 % потребляемой питьевой воды, во Львовской и Волынской – 46,7 и 30,6 %, что объясняется наличием ресурсов питьевой воды в регионах и ее стоимостью.

Основные потребители шахтной воды – обогатительные фабрики и специализированные управления по тушению породных отвалов и рекультивации земель, на балансе которых имеются очистные сооружения. В Донецкой области из всего объема шахтной воды на обогатительные фабрики поступает 32,40, в Луганской – 17 %. ГП «Львовуголь» и ПАО «ДТЭК Павлоград­ уголь» направляют шахтные воды в земляные отстойники, пруды­отстойники, пруды­накопители, откуда в паводковые периоды они сбрасываются в гидрографическую сеть.

Главные водопотребляющие процессы на предприятиях угольной промышленности: пылеподавление, предварительная дегазация угольных пластов вакуум­насосами, выработка сжатого воздуха, кондиционирование воздуха, гидромеханизация горных работ, обогащение угля мокрым способом, хозяйственно бытовые нужды и др. При этом в основном шахтная вода используется для пылеподавления и мокрых способов обогащения угля (флотация, отсадка, обогащение в тяжелых средах и др.), где предъявляются наименее жесткие требования к используемой воде.

В технологических процессах кондиционирования воздуха, дегазации угольных пластов вакуум­ насосными установками, выработки сжатого воз­ духа компрессорными станциями воду применяют как охлаждающий агент.

Для выработки тепловой энергии в шахтных котельных используют водотрубные паровые и водогрейные котлы, работа которых обеспечивается водным режимом котельных установок. Питательная вода не должна повредить их конструкции вследствие отложений накипи, коррозии, повышать относительную щелочность до опасных пределов, обеспечивая получение пара соответствующего качества.

Хозяйственно­бытовые потребности предприятий угольной промышленности включают мытье в душевых и умывальниках; стирку спецодежды; мокрую уборку помещений; полив территории промплощадки, тротуаров; обеспечение водой санузлов, моек.

В угольной отрасли предпринимались отдельные попытки деминерализации шахтных вод с помощью различных установок (см. таблицу). Акту­альность этой проблемы отражена в Законе Украины «Об Общегосударственной программе «Питьевая вода Украины» на 2006 – 2020 годы», в которой вопрос получения питьевой воды из шахтной включен в раздел «Нетрадиционные источники питьевого водоснабжения».

Рассмотрим в качестве примера, как в промышленных масштабах используют шахтные воды на шахте «Щегловская­Глубокая» ПАО «Шахтоуправление «Донбасс», где общий приток формируется из притока шахтных вод ликвидированных шахт им. Г. К. Орджоникидзе и «Красногвардейская» (водоприток 700 м3/ч, содержание взвешенных веществ до 10 мг/л, сухой остаток до 1500 мг/л) и собственного притока шахты «Щегловская­Глубокая» (водоприток 230 м3/ч, содержание взвешенных веществ 100 – 150 мг/л, сухой остаток 2500 – 3000 мг/л). Общий приток шахтных вод составляет 930 м3/ч, содержание взвешенных веществ – 36 – 40 мг/л, сухой остаток – 1750 – 1870 мг/л (лабораторные анализы шахтной воды выполнены измерительной лабораторией научно­технической фирмы «Стандарт»).

Комплекс очистных сооружений шахтных вод размещается в здании многоканатного подъема ствола № 1 на нулевой отметке (насосная установка шахтных вод) и на отметке 19,800 м (комплекс фильтровальной и умягчительной установок). Из опыта эксплуатации комплекса очистных сооружений видно, что произошло снижение объемов сброса шахтных вод с 22320 до 21820 м3/сут при незначительном росте значения сухого остатка в сбрасываемых шахтных водах (на 10 – 40 мг/л), уменьшились валовые сбросы солей в гидрографическую сеть района, а очищенная вода соответствует требованиям нормативных документов [2].

На практике ликвидация угольных предприятий показала, что после стабилизации гидрогеоло­гических процессов при затоплении горных выработок качественные показатели шахтных вод ликвидированных шахт значительно улучшаются, снижается содержание взвешенных веществ, уменьшается минерализация, бактериальная загрязненность.

Экономия эксплуатационных затрат по шахте, обусловленная работой комплекса очистных сооружений, возникает за счет снижения сборов за загрязнение водного бассейна, спецводопользование, а также затрат на оплату воды и услуг по канализации.

Установка	Степень переработки рассолов	Производитель­ ность, м3/сут	Место испытаний, год
Экспериментальная опытно­промышленная выпарная	Без переработки	30	Шахта «Терновская» ПО «Павлоград­ уголь», 80­е годы
Опытно­промышленная электродиализная опреснительная циркуляционного типа ЭДУ­50	То же	50	Шахта «Петровская» ПО «Донецк­ уголь», 80­е годы
Электродиализная опреснительная
и обратноосматическая с рулонными	»	–	Опытный полигон Зуевской ТЭЦ ВТИ
модулями ЭРО­Э­6,5/900

 

Например, для снижения потребления питьевой воды на технические нужды ГП «УК «Краснолиманская» использует шахтную воду, поступающую из погашенных выработок пласта l7. Приток шахтных вод, образующийся в погашенных выработках, составляет 60 м3/ч. По данным лабораторных анализов шахтных вод, исходное содержание взвешенных веществ составляет от 5 до 15 мг/л.

Основное направление использования очищенных и обеззараженных шахтных вод — технические нужды ГП «УК «Краснолиманская» (орошение горных выработок, приготовление эмульсии, нужды котельной и др.) взамен питьевой воды, получаемой из сетей горводоканала (г. Родинское Донец­ кой области) и Федоровского водозабора, имеющей повышенную жесткость до 27,2 мг·экв/л. Объем водопотребления на технические и бытовые нужды

шахты составляет до 1200 м3/сут.

Комплекс очистных сооружений предназначен для механической очистки шахтных вод от взвешенных веществ и обеззараживания. Общая рас­ четная производительность фильтровальной установки составляет 1448 м3/сут (1220 – полезная, 228 м3/сут – на промывку фильтров).

Механическая очистка шахтной воды осуществляется на скорых напорных осветительных песчаных фильтрах, обеззараживание — на бактерицид­ ной установке Sanitron – модель S25000B фирмы Atlantic Ultraviolet, паспортная производительность

94,62 м3/ч (на 10 ламп). Установка включает камеры облучения ультрафиолетовыми лучами, блоки питания и контроля.

Очистные сооружения шахтных вод работают в соответствии с «Регламентом качества воды внутри­ шахтного источника ГП «УК «Краснолиманская», которая может использоваться для пылеподавления в шахте, мытья шахтеров в бане и хозяйственно-бытового водоснабжения», разработанного специалистами Института гигиены и медицинской экологии им. А. Н. Марзеева АМН Украины.

Указанным Регламентом установлены следующие допустимые показатели качества воды: сухой остаток – не более 2900 мг/л; хлориды – не более 750 мг/л; сульфаты – не более 950 мг/л; жесткость – не более 10 мгэкв/л; соли тяжелых металлов, фенолы – отсутствие; нефтепродукты, токсичные эле­ менты – отсутствие; общее микробное число (ОМЧ) – не больше 100 КОЕ/мл; индекс БГКП – менее 3 КОЕ/дм3; число колифагов (БОЕ/мл) – отсутствие и др.

Принятые технические решения обеспечивают как снижение объемов потребления питьевой воды на технические нужды, так и улучшение работы котельного оборудования, систем оборотного водоснабжения из-за снижения коррозии и обрастания солями трубопроводов и оборудования.

По данным ГП «УК «Краснолиманская», количество очищенной шахтной воды в 2007 г. составило 163163 м3, в 2008 г. – 170983, в 2009 г. –  205553,

в 2010 г. – 277849, в 2011 г. – 234503 м3, итого за пять лет – 1052051 м3. Стоимость 1 м3 очищенной

шахтной воды в 2007 – 2008 гг. составляла 2,79, в 2009 – 2010 гг. – 4,47 грн, а стоимость питьевой воды, поставляемой горводоканалом (г. Родинское Донецкой области) в январе­декабре 2011 г., – 7,9 грн.

ЗАО «Аквасервис» в 2006 г. на ликвидированной шахте «Брянцевская» (Луганской области), где были самые худшие показатели исходной воды по сравнению с другими угольными предприятиями, в течение года проводило испытания пилотной мобильной установки очистки шахтной воды про­

изводительностью 3 м3/ч. Результат: очищенная вода полностью отвечает требованиям стандарта

[3]. Кроме того, ЗАО «Аквасервис» в Алчевске по­ строило единственный в Украине завод по производству питьевой воды производительностью 500 м3/ч, который использует воду из Исаковского водохранилища, куда поступают поверхностные и шахтные воды. Исходная вода проходит восемь ступеней очистки по технологии, разработанной фирмой GE Osmonics, в том числе с помощью систем обратного осмоса. Завод также обеспечивает Алчевский металлургический комбинат технической и питьевой водой своевременно и в полном объеме и может поставлять питьевую воду в водопровод города.

В связи с развитием ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод» и дефицитом водных ресурсов специалисты ОАО «Донгипрошахт» выполнили проектные проработки перевода технического водоснабжения металлургического комплекса на шахтную воду ГП «Шахта им. М. Горького» [4]. В основном производственная вода из общезаводской сети потребляется циклами оборотного водоснабжения металлургических и энергетических агрегатов. Объемы откачиваемых шахтных вод (31872 м3/сут) могут полностью покрыть потребность компании «Донецк­ сталь» в технической воде, которая составляет 28752 м3/сут. Так как шахтная вода отличается от воды из канала Северский Донец – Донбасс по количеству взвешенных веществ ижесткости, проектными проработками предусматривается дополнительная очистка исходной воды в цехе водоочистки для обеспечения возможности ее использования.

Технико­экономические расчеты показали, что использование шахтной воды шахты им. М. Горького для оборотного водоснабжения металлургических и энергетических агрегатов компании «Донецксталь» потребует капитальных вложений на строительство резервуаров, подводящих водопроводов и насосной станции перекачки шахтных вод (около 19678 тыс. грн). При этом численность обслуживающего персонала не увеличивается. Сокращение эксплуатационных расходов по технической воде составит 1022 тыс. грн, или 0,129 грн на 1 м3 очищенной воды, а годовых – 707,3 тыс. грн, или 0,202 грн на 1 м3 очищенной воды. При использовании воды шахты им. М. Горького для нужд ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод» в количестве 11388 тыс. м3 в год общая экономия затрат по себестоимости технической воды составит 1729,3 тыс. грн, или 0,152 грн на 1 м3 очищен­ ной воды (в ценах 2005 г.).

В регионах, которые испытывают острый дефицит в питьевой воде и где отсутствуют другие надежные источники хозяйственно­питьевого водоснабжения, целесообразно использовать шахтную воду, имеющую стабильные высокие качественные показатели, для получения питьевой. Так, хозяйственная целесообразность строительства пилот­ ной установки в г. Антрацит обусловлена необходимостью обеспечения питьевой водой, что характерно для всей северо­восточной части Луганской и Донецкой областей, и отсутствием альтернативного традиционного источника питьевого водоснабжения достаточной производительности в этом регионе.

Институтом «Донгипрошахт» выполнены ТЭО и проект «Строительства комплекса по очистке и обессоливанию шахтных вод для питьевого водоснабжения г. Антрацит» с использованием при нор­ мальном режиме 800 м3/ч исходной воды действующего водозабора бывшей шахты «Центральная» и 250 м3/ч воды, получаемой из затопленных горных выработок бывшей шахты № 7/7 бис.

Очистка шахтной воды планируется комплексом системы фильтрации UFP Selective (разработка итальянской компании Culligan), в котором используется высокоэффективное оборудование для очистки воды с высоким содержанием замутняющих и взвешенных веществ. Удаление тяжелых металлов и окисленных органических веществ, большие циклы фильтрации позволяют достичь показателя мутности 1NTU по Европейскому стандарту (до 1 мг/л). Система работает в автоматическом режиме, компактна, обеспечивает стабильные показатели очищенной воды при колебаниях качественных показателей исходной.

Система UFP Selective представляет собой блок из четырех фильтров. Каждый фильтр содержит трехслойную каталитическую засыпку из минералов Caflsin, Pirulosite и CuUcite. Эти минералы, специально подобранные, выборочно задерживают железо и марганец. Слои располагаются по мере уменьшения размера частиц и увеличения их плотности сверху вниз. Благодаря такому расположению засыпки осуществляется глубокая фильтрация и высокоэффективное удаление и задерживание загрязняющих частиц. Под фильтрующей засыпкой находятся поддерживающие слои из красного гравия и кремния, увеличивающиеся в размере сверху вниз. Цель такого тщательно продуманного размещения минералов, а также специально разработанного донного распределителя – обеспечить равно­ мерное распределение воды как в цикле очистки, так и при обратной промывке фильтра. Особые характеристики процесса фильтрации системы UFP позволяют использовать ее для устранения мутности, природных красящих веществ (гумусовых, фульвовых, дубильных кислот), фосфора, железа, марганца, мышьяка и т. д.

Для надежного поддержания высоких качественных показателей очищенной воды по факто­ рам цветность, вкус, запах, содержание микрокомпонентов дополнительно предусмотрена система фильтрации UFP Special. В качестве фильтрующей загрузки фильтров используется активированный уголь. Вода после фильтров с загрузкой активированного угля подается в два резервуара чистой

воды вместимостью 5000 м3 каждый.

Отфильтрованная вода для снижения минерализации и жесткости направляется на установки опреснения по методу «обратного осмоса». ТЭО предусмотрено два блока «обратного осмоса» фирмы Culligan (модель – Aqua­Cleer JW 120 Special) про­

изводительностью по 200 м3/ч каждый. Блок включает узел глубокой очистки от взвешенных веществ на патронных фильтрах FGX 3400 Special производительностью 200 м3/ч, который обеспечивает улавливание частиц размером до 5 мк, высоконапорные насосы, устройства промывки микрофильтров и мембран, запорную и регулирующую арматуру, комплекс контрольно­измерительных приборов для автоматизации работы установки.

В настоящее время ведется строительство комплекса, который после ввода в эксплуатацию станет своеобразным полигоном для отработки технических и технологических решений. Опыт его работы определит целесообразность использования шахтных вод для питьевого водоснабжения и послужит примером для других регионов.

Шахтерский и Торезо­Снежнянский регионы также остро нуждаются в альтернативном источнике водоснабжения. Фактическая подача питьевой воды по сетям ГП «Вода Донбасса» осуществляется в следующих объемах: г. Шахтерск –13,8 тыс. м3/сут; г. Торез – 26,1;

г. Снежное – 15,9; г. Кировское – 6,5 тыс. м3/сут, чего явно недостаточно. Например, в г. Торез подача питьевой воды промышленным предприятиям и населению осуществляется по графику — в утренние и вечерние часы (ориентировочно с 5 до 10 и с 16 до 22). В прилегающих поселках — через сутки по такому же графику.

В последние годы в городах Шахтерск, Торез и Снежное осуществлена ликвидация ряда шахт с переводом их в водоотливный режим работы. Институтом «Донгипрошахт» разработаны эскизные проекты, цель которых – укрупненная технико-экономическая оценка возможности использования шахтных вод закрытых шахт «Миусская» (г. Снежное), «Лесная» и № 3­бис (г. Торез), «Московская» (г. Шахтерск) для хозяйственно питьевого водоснабжения Шахтерского и Торезо­Снежнянского регионов Донбасса, испытывающих дефицит в питье­ вой воде.

Основные критерии в выборе объекта для рассмотрения возможности использования шахтных вод для хозяйственно­питьевого водоснабжения:

реальный дефицит питьевой воды в регионе; потенциальный источник водоснабжения, отвечающий требованиям нормативных документов; достаточно большой дебит источника водоснабжения;

инфраструктура для подачи питьевой воды потребителям;

возможность минимизации негативного воз­ действия на окружающую природную среду сбрасываемых производственных сточных вод от комплекса очистных сооружений. (В процессе очистки шахтной воды получаются отходы, так называемые рассолы, с высокой концентрацией солей, тяжелых металлов и др. Существует большая проблема их утилизации для ликвидации негативного воздействия на окружающую природную среду, так как эти рассолы очень ядовиты и вредны.)

Выводы. Таким образом, в Украине созданы предпосылки для крупномасштабного внедрения установок комплексной переработки шахтных вод. Это позволит расширить круг потребителей очи­ щенной шахтной воды как на шахтах, так и на смежных предприятиях и предприятиях других отраслей промышленности, а также решить проблему предотвращения загрязнения природных водных объектов, что в итоге благоприятно скажется на экономике и экологии регионов.

7.2 Проблемы очистки шахтной воды и направления их решений

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. Шахтные (и карьерные) воды образуются в результате притока подземных и поверхност-ных природных вод в горные выработки, где они подвергаются загрязнению в процессе различных работ по добыче полезных ископаемых. Загрязнение шахт-ных (и карьерных) вод происходит в основном мелкодисперсными взвешенны-ми частицами добываемого полезного ископаемого и вмещающих пород при бурении взрывных скважин и шпуров, дроблении пород взрывным способом, работе проходческих и очистных комбайнов, погрузочных и транспортных ра-ботах. В связи с высоким уровнем механизации горных работ происходит за-грязнение шахтных (и карьерных) вод нефтепродуктами. Гниение деревянных крепей и других конструкций обуславливает бактериальное загрязнение шахт-ных (и карьерных) вод. Физико-химический состав этих вод разнообразен, что определяется не только технологическими и производственными факторами, но и различным составом подземных и поверхностных вод в районах разработки полезных ископаемых.

Загрязнение воды происходит, прежде всего, в пределах действующих го-ризонтов: в окрестности очистных и подготовительных забоев, в местах по-грузки и перегрузки отбитой горной массы, ее транспортировки, подрывки гор-ных пород и движения людей. Основными источниками загрязнения являются мокрые забои.

Средние качественно-количественные показатели взвешенных твердых веществ загрязнений шахтных вод в подземных условиях представлены сле-дующим образом: 30-80% массового количества частиц приходится на уголь-ные и 70-20% – соответственно на породные. Максимальная крупность шлама в водосборниках главного водоотлива большинства шахт Донбасса составляет 3 мм, а основная (до 65%) масса представлена частицами крупностью менее 0,06 мм. В шламе глинистое вещество представлено до 35% частицами менее 0,005 мм. Эти частицы наблюдаются в водоотливных устройств на глубине 100 мм от поверхностного слоя водоугольной суспензии водосборных уст-ройств. Ниже размещены уплотненные шламы, для рыхления которых требу-ется дополнительные перечесные возмущения при гидравлическом способе очистки либо механические установки.

Анализ исследований и публикаций. Экспериментальными исследованиями шахтной воды, поступающей в шахтные водосборные емкости, установлено, что кинематическая вязкость водоугольной суспензии резко увеличивается при

уменьшении крупности твердых частиц. С увеличением их объемного содержа-ния наблюдается резкое изменение реологических характеристик. При отстаи-вании шахтной воды в водосборных емкостях, наиболее интенсивно расслоение происходит в течение первых 1,0-1,5 час, а затем оно резко замедляется. Уста-новлено, что при достижении объемной концентрации более 30% скорость рас-слаивания при разных температурах выравнивается.

Анализ конструктивных решений и технологического регламента работы, применяемых на шахтах наземных очистных сооружений позволяет заключить, что последним присущи следующие недостатки [2]:

 

· сложность технологических схем и конструктивных решений;

 

· необходимость использования в процессах очистки в больших количест-вах дефицитных и дорогостоящих химических реагентов;

 

· высокая стоимость очистных сооружений (от 6 до 15% стоимости основ-ных фондов);

 

· недостаточная адаптация очистных сооружений изменяющим условиям поступления загрязненных вод на очистку, в частности, на изменение величины расхода (притока) и количественного-качественного состава примесей вод;

 

· отсутствие простых и надежных решений по чистке емкостей и аппара-тов от остаточных продуктов очистки вод (в виде осадков, фильтратов и др.), регенерации наполнителей аппаратов (фильтрующей загрузки, сорбентов), а также по складированию остаточных продуктов и их утилизации;

 

· отторжение значительных земельных площадей под очистные сооруже-

 

· ния.

 

Эти недостатки приводят к двум отрицательным последствиям:

 

· несоответствию проектной эффективности очистных сооружений реаль-ной (как правило, реальная эффективность значительно ниже проектной);

 

· ограничению применения в полном объеме технологических схем и со-оружений для очистки вод (осветление часто ограничивается лишь одной ста-дией с помощью горизонтальных отстойников.

Постановка задачи. Целью данной работы является анализ особенностей решения проблемы очистки шахтных вод на основе их гидроциклонирования.

Изложение материала и результаты. Из шахт Донбасса откачивают на поверхность более 800 млн/год шахтной воды, которая загрязнена взвешенны-ми частицами, бактериальными примесями и минеральными солями. Их сброс в наземную поверхность вызывает заиление, засоление и закисление водоемов и водотоков, дестабилизируя тем самым экологическое равновесие в угольном бассейне. В связи с этим, а также нарастающим дефицитом питьевой воды ак-туальными становятся вопросы предотвращения загрязнения подземных вод, очистки загрязненных шахтных вод и повторного использования их для нужд угольной промышлености, а также смежных отраслей, сельского хозяйства и в быту.

В Донбассе критическая ситуация с питьевой водой объясняется огромной величиной стока шахтных вод по сравнению с объемами естественного стока малых рек региона, а также низким качеством откачиваемых вод, не соответствующим требованиям правил охраны поверхностных вод практически по всем показателям, включая загрязненность взвешенными веществами.

Основу решения проблемы снижения загрязненности шахтных вод взве-шенными веществами для подземных условий составляют два основных на-правления:

профилактическое путем предотвращения загрязнения больших объемов относительно чистых подземных вод, стекающих из отработанных горизонтов шахты, и уменьшения загрязненности шахтных вод участковых водотранспорт-ных цепочек действующих горизонтов;

 

очистка малых объемов загрязненных вод, стекающих с действующих горизонтов шахты.

Поэтому на главных откаточных штреках и квершлагах предпочтительно осуществлять гидротранспортирование шламовой воды лучше не самотеком в водоотливных канавках, а по напорным трубопроводам, проложив для этого трубы с уклоном до главных водосборников. Применение этого технического решения целесообразно при глубоком осветлении шахтных вод, поступающих из действующих забоев по участковым водотранспортным цепочкам, посредст-вом эффективных водоочистных станций.

Предварительные расчеты показали, что применение напорного гидро-транспорта по горизонтальным выработкам позволяет получить снижение ка-питальных и эксплуатационных затрат в 6-8 раз [1].

Профилактические мероприятия по предотвращению загрязнения шахтных вод не являются абсолютно эффективными, поскольку с возможностью предот-вращения загрязнения сточных вод из погашенных выработок сложно реализо-вать аналогичные мероприятия в выработках, прилегающих к добычным участ-кам. Поэтому необходимо осуществлять мероприятия по подземной очистке шахтных вод начиная с участковых водотранспортных цепочек и заканчивая их на подходе к главным водоотливным емкостям.

 

Анализ состояния проблемы очистки шахтных вод выполнен в двух на-правлениях:

 

· осветление шахтных вод от взвешенных твердых частиц;

 

· работа центробежных насосов на загрязненной шахтной воде.

В результате анализа установлено, что одним из основных факторов, вли-яющих на долговечность насосов водоотлива, является загрязненность шахтной воды, содержащей абразивные частицы. При их работе шламовая суспензия с большой скоростью 4-60 м/с взаимодействуют с поверхностью деталей проточ-ной части и уплотнений насосов, вызывая их гидроабразивное разрушение (из-нашивание). При этом интенсивность последнего возрастает с увеличение кон-центрации твердого в шахтной воде.

Загрязнение шахтных вод взвешенными веществами усиливается в резуль-тате неудовлетворительного состояния элементов и узлов водотранспортных цепочек (водоотливных канавок и водосборников) из-за отклонений от проект-ных норм и неправильной эксплуатации. Твердые частицы, оседаемые в водо-отливных канавках, водосборниках, предварительном отстойнике и приемном колодце водоотливных установок, относятся к связанным донным осадкам. Ха-рактерной особенностью таких осадков в насыщенном состоянии является их промежуточное состояние между аномальными (неньютоновыми) жидкостями и твердыми телами, а потому существует и некоторая неопределенность ряда физических свойств таких как связность между твердыми частицами в осадке, его липкость, склонность к кавитации и др.

За последние годы в технологии подготовки воды для промышленного во-доснабжения и очистки производственных сточных вод широко применяются гидроциклоны. Они используются как осветлители, сгустители и классифика-торы. Это обусловлено рядом преимуществ, которыми они обладают по срав-нению с сооружениями механической очистки – отстойниками, сгустителями и осветлителями.

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести: высокую удельную производительность; низкие капитальные затраты на изготовление установок; отсутствие вращающихся механизмов для генерирования центро-бежных сил. При этом фактор разделения в гидроциклонах малого (150 мм и менее) диаметра может достигать нескольких тысяч а их применение обеспечи-вает создание компактных технологических установок. В таких установках кроме гидроциклонов модульный блок включает камеру распределения исход-ного продукта, камеры осветленной и шламовой воды.

По сравнению с отстаиванием способ гидроциклонирования является более энергоемким. Для уменьшения энергетических потерь можно создать необходи-мый напор за счет гидростатического давления шахтной воды, образующегося в результате перепада высот при расположении горных выработок в подземных условиях (например, гидроциклоны устанавливаются в нижней части уклона).

Применение гидроциклонов в технологии подготовки технической (освет-ленной воды) связано с выделением механических загрязнений – твердых час-тиц. Поскольку применяемые для этого гидроциклоны работают с невысокой (32-48% по Ханкоку-Луйкену) технологической эффективностью, обусловлен-ной рядом причин [3], то можно рекомендовать новые конструкции гидроци-клонов, разработанные в ГВУЗ "Национальный горный университет". Их раз-работка выполнена на основе формирования новой структуры потока двухфаз-ной среды с пристенной [4], послойной [3, 5] перечистками и перечисткой в прямоточном асимметричном потоке [6], а также моделирования гидродинами-ческих параметров приосевого потока в цилиндроконическом гидроциклоне [7].

Выводы и направления дальнейших исследований

Из механических методов очистки шахтных вод, таких как осветление, сгущение, фильтрование и выделение твердых частиц под действием центро-бежных сил, гидроциклонирование обладает рядом преимуществ и его следует развивать с учетом сильной корреляции эффективности разделения водомине-ральных суспензии и производительности гидроциклона.

Дальнейшие исследования авторов будут направлены на изучение влияния свойств шахтной (карьерной) воды на формирование структуры потока в новых конструкциях гидроциклонов и на их технологическую эффективность.

 

7.3 Шахтные воды Донбасса – экологическое бедствие или будущее водоснабжения

Донбасс - это 200 лет интенсивной добычи угля на относительно небольшой территории - 15 тыс. кв. км. За это время из недр было извлечено 21 млрд. т пород, включая 15 млрд. т угля. Это не означает, что в недрах донецких степей осталось 12 км3 пустот, выработки скоро заполнились обвалившейся породой. В результате чего на площади 8000 км2 произошло проседание поверхности земли в среднем на 1,5-2 м. А это не только оползни и провалы, в результате деформации подверглись 600 км3 породного массива. Нарушились формировавшиеся миллионы лет гидроупорные слои, существенно увеличилась проницаемость деформированных пластов, интенсивность фильтрации поверхностных вод в обводненные пласты в глубине земли. А из них - в шахтные выработки, расположенные на глубине 500-1300 метров.

По большому счету вода, которую качают насосы рудничного водоотведения в находящиеся поблизости речки и пруды, это вода из этих же водоемов, проделавшая многодневный путь от поверхности земли к шахтным выработкам. Такой себе круговорот воды по-Донбасски.

Характерно, что закрытие шахт не приводит к сокращению объемов отведения шахтных вод. Для примера: в 1998 году в Донбассе эксплуатировалось 254 шахты. Кроме того, начиная с 1960 г. в плановом порядке (в связи с исчерпанием запасов угля) здесь было закрыто около 250 шахт. Из которых только около 100 шахт были полностью затоплены. Остальные оказались соединенными общими подземными выработками с действующими шахтами на различных глубинах. Такова была техническая политика последних советских десятилетий. На закрываемых шахтах оставались так называемые балансовые запасы угля, которые добывать было невыгодно. Но и списывать (как стратегические запасы) не разрешалось. И их передавали на баланс другой, рядом расположенной шахты. Для чего их выработки соединяли специальными проходками (подземными ходами).

То есть шахты как бы объединяли, но формально, без планов возобновить угледобычу. Но ходы прокапывались. У шахтеров есть шутка, являющаяся наполовину правдой: в Луганской области по таким проходкам можно под землей пройти от Свердловска до Красного Луча.
Понятно, что на самом деле человеку сделать это невозможно - проходки никто не обслуживал и они давно завалены породой. Но вода легко преодолевает такие препятствия. В результате вода, фильтрующаяся в выработки закрытых шахт, затем перетекает в шахты работающие и уже оттуда откачивается насосами на поверхность.

В результате существенное (более чем вдвое) снижение добычи угля, произошедшее за последние 15 лет, не привело к уменьшению объема отводимых шахтных вод. Увеличилось их количество на тонну добываемого угля: с 3-3,5 м3 воды на начало девяностых до 8-10 м3/т сегодня. То есть на каждую тону поднятого угля приходится подавать на гора и 10 т воды.

В ряде случаев мокрая консервация (когда шахта полностью затапливается) приводит к самопроизвольному истоку шахтной воды и подтапливанию окружающей территории. Включая территории жилой застройки и предприятий. Как это случилась в Брянке (после закрытия шахты "Брянковская"), Краснодоне (шахты Тюленина), пос. Лозовая Павловка (одноименной шахты). Для предупреждения этой проблемы четыре года назад в Украине было создано специализированное государственное предприятие - "Укршахтгидрозащита" (центр которого расположен в Горловке), обслуживающее водоотливные комплексы ряда ликвидированных шахт. В том числе - в Луганской области.

Количество шахтной воды в Донбассе колоссально - 777,6 млн. м3 в год. Будь она достаточно чистой, ее хватило бы для водообеспечения более чем 7 млн. чел. Это при сложившейся у нас норме потребления 300 л воды в сутки. Из этого количества в Луганской области из шахт отводят 228 млн. м3 воды в год. Для сравнения, это больше, чем забирает из скважин и Северского Донца наш монополист компания "Лугансквода".

Увы, для жителей шахтерских городов и поселков такое "изобилие" подобно морской воде для человека, находящегося на плоту среди океана и умирающего от жажды. Шахтная вода слишком загрязнена, для питьевых целей непригодна.

Фильтруясь через слой грунта толщиной 500-1300 метров, вода растворяет все, что может в ней может раствориться. В результате вынос солей с шахтными водами составляет в Донбассе 2,4 млн. т в год (на сухое вещество). И все это сбрасывается в немноговодные расположенные здесь речки и пруды, нанося огромный ущерб живому.

Экологические проблемы усугубляется тем, что на поверхности земли в этой части Донбасса располагаются около 300 накопителей шахтных вод и 1185 терриконов, в том числе более 300 горящих. Являющихся существенным источником загрязнения подземных вод. За последние 30 лет их средняя минерализация возросла с 0,5-1 до 1,5-3 г/дм3. При этом площадь развития пресных подземных вод (солесодержание до 1 г/дм3) сократилась в 4 раза, а воды с повышенной минерализацией (1,5-3 г/дм3) установлены на 83% территории.

Особенно важно то, что в последние годы отмечается увеличение загрязнения подземных и поверхностных вод микрокомпонентами при относительно стабильном макрокомпонентном составе. И это особенно следует помнить горячим приверженцам использования шахтных вод: такая вода может быть опасной для здоровья человека. Достаточно вспомнить события двадцатилетней давности, произошедшие в Горловке.

Тем не менее, специалисты системы Минтопэнерго считают, что шахтную воду после очистки использовать можно. В том числе - для питьевого водоснабжения.
Еще в ноябре 2000 года технико-экономический совет "Укруглереструктуризации"

поручил институтам "УкрНИИпроект" и "Донгипрошахт" с привлечением ОАО "УкрНТЭК" и гидрогеологических организаций разработать нормативную документацию по использованию шахтных вод ликвидируемых угольных шахт в качестве альтернативного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения. Особенно перспективными для этого считаются закрытые шахты восточной и северо-восточной частей Донецкой и юга Луганской областей. В том числе городов Красный Луч, Антрацит, Ровеньки, Свердловск. Где шахтная вода имеет общую концентрацию солей до 1,5-1,8 кг/м и жесткость до 10-12 г-экв/м3.

Увы, с 2000 года средства на разработку нормативной документации так никто и не выделил.

Не смотря на это, опытно-промышленная и промышленная реализация идеи очистки шахтных вод уже началась, причем именно в Луганской области. Первая опытно-промышленная установка обессоливания шахтных вод методом обратного осмоса прошла апробацию на закрытой шахте "Брянковская". Институт "Донгипрошахт" выполнил проект установки деминерализации шахтных вод антрацитовской шахты "Центральная" с доведением ее до качества питьевой. Наконец, в 2001 году институт "Луганскгипрошахт" при участии ОАО "УкрНТЭК" выполнил проект закрытия шахты им. Войкова в Свердловске с одновременным строительством установки очистки и кондиционирования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения города.

В программе "Питьевая вода Луганщины", утвержденной Алексеем Даниловым незадолго до снятия его с должности председателя луганской ОГА, предполагалось создание пяти промышленных установок обессоливания шахтной воды, включая указанные выше объекты. Кроме них установки обессоливания предполагалось установить закрытых шахтах "Голубовская" в Кировске и "Ворошиловская" в Ровеньках. Эти мощности, вместе с установкой обессоливания воды Штеровского водохранилища для водоснабжения Красного Лучу, должны были, по мнению специалистов УЖКХ Луганской ОГА, полностью обеспечить потребности населения юга области в качественной питьевой воде.

По плану мероприятий, приведенному в программе "Питьевая вода Луганщины", затраты на создание этих 6 установок составляют 178 млн. грн. В первой половине 2005 годы облгосадминистрация предполагала получить эти средства в виде иностранных инвестиций. Преимущественно в виде оборудования. Не сложилось. Поэтому в самой программе в качестве источника средств указаны банковские кредиты.

Понятно, что под такой кредит нужен залог, в качестве которого Данилов планировал заложить имущество кампании "Лугансквода". Но через месяц после его отставки областной совет отказал в передаче имущества в залог. И хотя Валерий Голенко пообещал, что создание установок будет завершено за счет других средств, выполнение проекта было приостановлено. И лишь в июне этого года во время встречи председателя Луганской ОГА Александра Антипова и Министра угольной промышленности Сергея Тулуба было достигнуто соглашение о выделении из госбюджета 90 млн. грн. на окончание создания установок обессоливания шахтных вод в Антраците и Свердловске.

Но … несколько пессимистических мнений не помешает.

Такие обстоятельства, как отсутствие отечественного практического опыта использования шахтных вод для питьевого водоснабжения плюс потенциальные опасности, связанные (в первую очередь) с микрозагрязнениями таких вод, должны побуждать власть быть крайне ответственной в принятии решений. Это не означает, что нужно отказаться от идеи использования шахтных вод вообще. Но нужен надежный химический и биологический контроль безопасности воды. В каждом из населенных пунктов, в сети которых такая вода будет подана. Нужны буферные накопители очищенной воды - дабы снизить риски для людей в случае неожиданного изменения состава воды, забираемой из шахты. Нужна серьезная работа медиков, химиков и геологов по созданию нормативной документации, которая бы регламентировала процессы забора, очистки и контроля качества и безопасности такой воды. Последнее не является сферой компетенции региональной власти и должно быть за деньги государственного бюджета. Наконец, в течении по крайней мере нескольких лет процессы кондиционирования шахтных вод для нужд питьевого водоснабжения должны осуществляться исключительно государством - в виду их потенциальной опасности.

На наш взгляд эксплуатация установок обессоливания шахтных вод на сегодняшнем этапе должна быть поручена специализированному госпредприятию. Например, той же "Укршахтгидрозащите". Переработка шахтной воды, откачкой которой это предприятие уже занимается за госбюджетные деньги, с продажей очищенной воды городским водоканалам, могло бы сделать работу этой структуры безубыточной. Или, по крайней мере, менее убыточной, чем сейчас. Это же предприятие, за счет госбюджетных средств, могло бы создать необходимые системы безопасности в использовании шахтных вод населением. Надо убеждать в этом политическую власть Украины.

Впрочем, у нас есть еще одно пессимистическое мнение. То, что в течении 7 лет решение крайне актуальной (с учетом острого дефицита воды в шахтерских городах) проблемы не достигнуто, отвечает интересам двух влиятельных бизнес-групп. А именно тех, которые сегодня качают воду из Северского Донца (или скважин, расположенных на левом берегу Донца) в далекие шахтерские города Донбасса. В Донецкой области это недавно переданное из государственной в коммунальную собственность предприятие "Укрпромводчормет", перекачивающее по каналу Северский Донец-Донбасс миллиард кубических метров воды в год. В Луганской области - это созданное в 2004 году монопольное образование "Лугансквода", перекачивающее по трем супертрубам длиной от 100 до 200 км до 220 млн. куб. м воды.

Для этих двух монополий использование шахтных вод в городах, куда воду (плохого качества и в недостаточном количестве) подают они - явно невыгодно. А они имеют достаточно влиятельных покровителей в истеблишменте регионов. Поэтому без серьезных мер по демонополизации сферы производства и распределения питьевой воды шахтные воды в Луганской области в обозримом будущем использоваться не будут.

 

7.4 Повышение эффективности очистки шахтных вод горнодобывающей промышленности

 

Промышленность занимает важное место в экономике любой страны, для ее полноценного развития и функционирования. В России добыча полезных ископаемых является стратегически-перспективным направлением, в котором угледобывающая отрасль уступает только добыче сырой нефти и природного газа. В настоящий момент на территории страны работает 70 угольных шахт, с постоянным увеличением общего объёма добычи угля.

Таблица 7.4

Добыча угля в России

Год	2010	2011	2012	2013	2014	2015
Объём, млн. тонн	323,4	336,7	354,6	352,1	359	373,3

 

Однако предприятия угольного производства оказывают наиболее масштабное негативное экологическое воздействие на загрязнение окружающей среды, в частности водных бассейнов [1].

Подтверждением этого являются данные о сбросе грязной воды угольными предприятиями, представленные на графике (Рис. 1). Объем загрязненных сточных вод, выпущенных в водные объекты, равен 318,5 млн. м3 в 2014 году, это составляет 76 % доли общего объема. Без предварительной очистки было сброшено в поверхностные водоемы 112,3 млн. м3 (27 %) загрязненных сточных вод. Из 283,6 млн. м3, что поступили на очистные сооружения, до нормативных требований очищены 77,4 млн. м3 (30 %) и 206,2 млн. м3 (70 %) сброшены в поверхностные водоемы с превышением нормативных требований [3].

 

Рисунок 7.4.1 Диаграмма данных сброса шахтных вод

 

Основная причина сложившейся ситуации заключается в низкой эффективности работы имеющихся на предприятиях очистных сооружений. Их проектирование, как правило, производится на основании ограниченного объёма исходных данных, без надлежащего учета технологических свойств шахтных вод, зачастую с использованием несовершенных технологий. Также расход очищаемых шахтных вод превышает проектную мощность действующих очистных сооружений. В результате этого 90 % очистных сооружений на действующих шахтах не обеспечивают нормативную очистку [2].

Шахтные воды в основном загрязнены взвешенными веществами, нефтепродуктами, бактериальными примесями. Обогащение этими загрязняющими веществами происходит в процессе движения вод по горным выработкам и выработанному пространству шахты.

Первоочередная задача в технологии очистки шахтных вод стоит в удаление взвешенных веществ.

На сегодняшний день фильтрование фильтровальные установки не рассчитаны на осветление высокомутных вод, каковыми являются шахтные воды, без предварительной очистки [4]. Вследствие этого удельный расход воды на регенерацию загрузок достигает значительной величины и снижает эффективность работы таких установок.

В Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (НГАСУ) разработан новый способ очистки мутных вод в реакторе-осветлителе (Рис. 2). Принцип действия устройства основан на восходящем фильтровании воды снизу-вверх через псевдоожиженную загрузку, что позволяет увеличить скорость фильтрования и грязеемкость загрузки, для повышения коэффициента объёмного использования. В установке предусмотрена эжекционная промывка загрузки чистой водой, которая позволяет добиться эффективной промывки контактной массы, предотвращая тем самым образование крупных конгломератов угольных частиц. После эжекционной промывки производится завершающая промывка чистой водой, при этом расход чистой промывной воды сокращается более чем в 2 раза [1]. Также задерживаемые угольные частицы дополнительно могут служить сорбентом. Но при этом, не требуя никакой регенерации, просто выводясь из реактора в процессе промывки.

 

Рисунок 7.4.2. Реактор-осветлитель. 1 – корпус; 2 – контактная загрузка; 3 – трубопровод исходной воды; 4 – сборный желоб; 5 – трубопровод осветленной воды; 6,7 – трубопроводы отведения и подачи промывной воды; 8 – гидроэлеватор; 9 – трубопровод транспортировки пульпы; 10 – коническая диафрагма; 11 – трубопровод выпуска пульпы; 12 – тонкослойный модуль; 13 – полупогружной цилиндр; 14 – воздушный эжектор; 15 – воздухоотделитель; 16 – опускная распределительная труба

Для проведения ряда исследований, в лаборатории НГАСУ была собрана экспериментальная модель реактора (Рис. 3), которая была загружена горелыми породами с фракционным составом 0,8–1,25 мм.

 

Рисунок 7.4.3. Экспериментальная модель реактора. 1 – реактор-осветлиетль, 2 – воздухоотделитель, 3 – измерительное оборудование, 4 – бак с чистой промывной воды

 

Считается что, шахтная вода предварительно отстаивается в горизонтальном отстойнике и уже далее со значительным снижением взвешенных веществ, проходя воздухоотделитель для предотвращения попадания пузырьков воздуха, поступает в реактор (Рис. 7.4.4).

 

Рисунок 7.4.4. Схема реактора – осветлителя в технологии очистки шахтных вод

 

При проведении эксперимента концентрация взвешенных веществ в исходной воде была установлена 200 мг/л, путем замутнения чистой воды порошкообразным углем. Скорость восходящего потока очищаемой жидкости составляла 8,6 м/ч. На выходе из установки в течение 16 часов наблюдалась высокая очистка воды до 3–10 мг/л (Рис. 5), после появления проскоков со значениями до 30 мг/л фильтроцикл был остановлен.

 

Рисунок 7.4.5. Результаты лабораторных исследований

 

Предлагаемая установка реактора в технологической схеме очистки шахтных вод показала высокую степень осветления воды, образующейся на угольных предприятиях. В данный момент ведутся производственные испытания модели реактора на шахте «Южная» Кемеровской области, для получения натурных результатов подтверждающих эффективность работы осветлителя.

Реализация результатов исследования должна позволить получить дополнительный источник чистой воды для восполнения хозяйственных и производственных потребностей шахтерских городков и поселков.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Комплексное освоение подземного пространства, вторичное использование горных выработок и строительство подземных сооружений являются на сегодняшний день стремительно развивающими отраслями в мировом опыте.

Искусственные подземные сооружения и горные выработки служат для расположения ряда жизненно необходимых населению объектов, среди которых оборонные, хозяйственные, жилые и прочие помещения, а также здания и сооружения, представляющие историческую ценность. Долгие годы ученые всего мира работают над усовершенствованием технологии производства работ и выдвигают всё новые идеи и направления вторичного использования выработок и подземного строительства, которые позволят решить массу экологических, социальных и транспортных проблем крупных городов. Под землей можно размещать стоянки для автомобилей, гаражи, торговые и развлекательные комплексы, спортзалы, складские помещения, театры, музеи и прочее.

Промышленное использование георесурсов даст возможность для устойчивого и целенаправленного развития общества.

Освоение подземного пространства призвано обеспечить повышение эффективности функционального использования территории, освободить поверхность земли от транзитного движения, помещений, гаражей и др., оздоровить городскую среду путем уменьшения шума и загрязнения атмосферы, озеленить освободившуюся территорию и создать наиболее благоприятные условия для жизни населения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сайт «Исторический обзор освоения подземного пространства» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://fccland.ru/podzemnoe-stroitelstvo/313-istoricheskiy-obzor-osvoeniya-podzemnogo-prostranstva.html, свободный. – Загл. с экрана.

2. Сайт «Комплексное освоение подземного пространства» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/kompleksnoe-osvoenie-podzemnogo-prostranstva-bolshih-gorodov, свободный. – Загл. с экрана.

3. Сайт «Опыт использования подземного пространства» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://stroy-spravka.ru/article/opyt-ispolzovaniya-podzemnogo-prostranstva-v-gorodakh, свободный. – Загл. с экрана.

4. Сайт «Основные виды рисков в подземном строительстве» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://www.kharkovmetroproject.com/index.php?option=com_k2&view=item&id=78:osnovnye-vidy-riskov-v-podzemnom-stroitelstve&Itemid=295&lang=ru, свободный. – Загл. с экрана.

5. Сайт «Повторное использование подземных сооружений» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://remontikas.ru/interesno/Povtornoe_ispolzovanie_podzemnyh_sooruzheniy_i_otrabotannyh_gornyh_vyrabotok.html, свободный. – Загл. с экрана.

6. Сайт «Подземная урбанистика» [Электронный ресурс]. – Донецк, 2017 – . – Режим доступа: http://regionvuz.pguas.ru/Plone/reestr/2014_2_2_6_22.pdf, свободный. – Загл. с экрана.

7. Закон о недрах Донецкой Народной Республики, 2016 г.

 

 

Выговская Даниэла Данииловна

Выговский Даниил Данилович

Агарков Александр Владиславович

Краснов Дмитрий Сергеевич

Муляр Роман Сергеевич

---

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 592; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!