Обґрунтування раціональної технологічної схеми гірничотехнічної рекультивації залишкових вироблених просторів кар"єру з урахуванням екологічних проблем рег

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка: 87 сторінок, 25 малюнків, 16 таблиць, 22 формули, 15 джерел літератури.

Об'єкт дослідження: геотехнічна система кар'єр і навколишнє природне середовище.

Предмет дослідження: технологічний процес проведення гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритими гірничими роботами.

Мета магістерської роботи обґрунтування можливості рекультивації залишених вироблених просторів обводнених кар'єрів, шляхом використання твердих будівельних відходів для відновлення земель порушених відкритою розробкою родовищ будівельних матеріалів.

Методи дослідження: аналітичний, графоаналітичний, метод техніко-економічного аналізу, наукового узагальнення та систематизація.

Наукова новизна: Встановлені залежності об'єму порід (необхідного для засипки залишеного виробленого простору до рівня ґрунтових вод) від параметрів кар'єрного поля в умовах обводненості за рахунок чого, досягається збільшення площі відновлених земель.

Галузь використання: гірничовидобувна і природоохоронна.

Практичне значення: полягає у розробці технології гірничотехнічної рекультивації обводненого залишкового виробленого простору кар'єру для створення техногенного ландшафту придатного для подальшого використання у господарській діяльності та зниженню кількості полігонів твердих будівельних відходів.

Залишковий вироблений простір кар'єру, техногенний ландшафт, реабілітація території, будівельні відходи, полігони поховання відходів.

ЗМІСТ

ВСТУП РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ЗЕМЕЛЬ, ПОРУШЕНИХ ВІДКРИТИМИ ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ

1.1 Аналіз сучасного стану порушень і відновлення земель відкритими гірничими роботами та стану сучасної екологічної обстановка на полігонах твердих будівельних відходів

1.2 Аналіз науково-технічної літератури по темі магістерської роботи

1.3 Мета, задачі і методи дослідження РОЗДІЛ 2. ОБҐРУНТУВАННЯ І РОЗРОБКА МЕТОДИЧНИХ ПОЛОЖЕНЬ ЩОДО ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЙ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ОБВОДНЕНИХ ЗАЛИШКОВИХ ВИРОБЛЕНИХ ПРОСТОРІВ КАР'ЄРІВ

2.1 Види гірничотехнічної рекультивації

2.2 Обґрунтування методичних положень при гірничотехнічній рекультивації обводнених залишкових вироблених просторів кар'єру

2.3 Пошук альтернативного заповнювача обводнених просторів кар'єрів

2.4 Розробка класифікації полігонів складування відходів та основні вимоги щодо їх розміщення в обводнених залишкових вироблених просторів кар'єрів Висновки РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ СХЕМ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ОБВОДНЕНИХ ЗАЛИШКОВИХ ВИРОБЛЕНИХ ПРОСТОРІВ КАР'ЄРУ ВІДХОДАМИ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

3.1 Розробка технології гірничотехнічної рекультивації при складування будівельних відходів в залишковий простір в умовах обводнення кар'єру

3.2 Розробка методики встановлення параметрів технології гірничотехнічної рекультивації обводненого залишеного виробленого простору кар'єру

3.2.1 Підготовки вихідних даних для визначення параметрів обводненого залишкового виробленого простору кар'єру

3.2.2 Розробка методики визначення необхідного об'єму заповнювача для засипки обводненої та звичайної частин залишеного виробленого простору кар'єру

3.3 Розробка методики визначення площ земель, що відновлюються для сільського господарства Висновки РОЗДІЛ 4. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ РОЗРОБЛЕНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ОБВОДНЕНОГО ЗАЛИШКОВОГО ВИРОБЛЕНОГО ПРОСТОРУ ЧАПЛИНСЬКОГО КАР'ЄРУ ГРАНІТІВ

4.1 Гірничотехнічна характеристика гірничого підприємства

4.2 Визначення основних параметрів технології гірничотехнічної рекультивації залишкового виробленого простору на Чаплинському родовищі гранітів

4.2.1 Розрахунок необхідного об'єму породи для виконання захисного бар'єру у обводненому середовищі

4.2.2 Розрахунок об'єму залишкових вироблених просторів на Чаплинському кар'єрі

4.2.3 Розрахунок площі відновленої території на Чаплинському кар'єрі

4.2.4 Розрахунок термінів заповнення залишкового виробленого простору на Чаплинському родовищі кар'єрі

4.3 Охорона праці

4.3.1 Заходи по забезпеченню безпечного виконання гірничих робіт

4.3.2 Безпека при гірничотехнічній рекультивації

4.3.3 Протипожежні заходи

4.3.4 Аерологія кар'єру

4.4 Економічна частина

4.4.1 Техніко-економічні показники гірничотехнічної рекультивації кар'єру «Чаплинський»

4.4.2 Розрахунок фонду основної заробітної плати при виконанні рекультиваційних робіт

4.4.3 Розрахунок амортизаційних відрахувань

4.4.4 Розрахунок витрат на матеріали

4.4.5 Відрахування із Фонду заробітної платні на соціальне страхування

4.4.6 Розрахунок загальних витрат на проведення рекультиваційних робіт ВИСНОВКИ ВИСНОВОК ЗМІСТ ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Проблема рекультивації та раціонального використання земель у наш час надзвичайно актуальна, як у нашій країні, так і в усьому світі. При видобуванні корисних копалин, особливо відкритим способом, неминуче руйнується поверхня землі. Природний ґрунтовий покрив змінюється або навіть знищується. В наслідок цього, зникає природна і культурна рослинність, безплідні ділянки змінюють ліси і поля. Знижується дебіт наземних та підземних вод і, в цілому, погіршується водний режим територій. Незакріплені рослинністю і висушені площі, складені глибинними, розпушеними в процесі розкривних робіт породами, стають осередком водної та вітрової ерозії.

Дослідження промислового порушення земель показали, що їх географічне положення і фактори, які викликають на ці порушення, надзвичайно різноманітні. У результаті відкритих розробок родовищ, порушується поверхня землі, утворюються відвали, кар'єри, шламонагромаджувачі і хвостосховища тощо, до відвальних комплексів належать також терикони, що виникають при добуванні корисних копалин підземним способом.

Гірничопромисловий комплекс, як один із видів економічної діяльності, виступає серйозним забруднювачем навколишнього природного середовища, що проявляється в трьох основних напрямках; порушення земної поверхні, викиди в атмосферне повітр'я газових та пилових шкідливих речовин, забруднення підземних та ґрунтових вод.

Найбільшим фактором негативного впливу на довкілля є порушення земної поверхні при розробці родовищ корисних копалин, що призводить до зміни структури i погіршення якості, або взагалі зникнення родючого шару, а також до зміни форм рельєфу, ландшафтних порушень. Це викликає, в свою чергу, загибель або деградацію рослинного та тваринного світу Значні порушення земної поверхні припадають на проведення будівництва кар'єру i видобуванні корисних копалин.

Випереджуючим процесом при цьому є селективне (роздільне, розмежоване) зняття ґрунтового шару, перед яким проводяться підготовчі роботи: вирубка лісу, корчування пнів, збирання i видалення валунів, вирізання чагарників тощо. Вiдкритi розробки родовищ корисних копалин характеризуються значними ландшафтними порушеннями та несуть в собі екологічну та техногенну небезпеку.

На сьогодні гостро постає питання щодо екологічної безпеки захоронення експлуатації та зведення нових звалищ побутових відходів, які займають великі площі територій України. За останні 5 років відходами зайнято більше 160 тисяч га земель. Щорічно їх об'єм зростає в середньому на 20 відсотків, а переробних заводів сміття і полігонів в Україні не вистачає.

В умовах структурної перебудови економіки України, впровадження нових способів, методів та форм господарювання призведе до зростання кількості сучасних промислових та продовольчих товарів для населення і, відповідно, до зростання утворення твердих побутових відходів (ТПВ). Проблема впливу ТПВ, які формуються у містах і селищах, є доволі складною у більшості регіонів України.

Звалища побутових відходів утворюють високий ступінь ризику для здоров’я населення, що мешкає поблизу цих звалищ, адже вони є місцями розмноження комах, гризунів, бродячих тварин, що переносять збудників інфекцій.

За даними експертів Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), незадовільний стан цієї галузі комунальної гігієни призводить до захворюваності на інфекційні та інвазійні хвороби, а фінансові витрати за 2−3 роки дорівнюють загальній сумі витрат, потрібних на капітальні заходи щодо організації раціонального очищення населених пунктів.

Актуальність теми:

Гірничодобувна промисловість відноситься до найголовнішого виду діяльності людства. Видобуток сировини із надр землі для власних потреб, застосовуючи новітні, ефективні, і екологічно-безпечні технології і техніку — це основна і головна задача гірничої промисловості. Видобування твердих, рідинних, або газоподібних корисних копалин — є основою практично всіх галузей промисловості.

В результаті діяльності гірничої промисловості, а саме видобування корисних копалин, відкриті гірничі роботи несуть негативний вплив в техногенному та екологічному аспекті на навколишнє середовище.

Порушення земної поверхні, зумовлених відкритими гірничими роботами, значні площі земельних ділянок займаються відвали, а також «хвости» збагачення i хвостосховища. Результатом таких розробок є появи западин та виїмок на земній поверхні, що призводить до зміни водного режиму i, як наслідок, заболочування мiсцевостi, а залишені без рослинного покриву породи — до інтенсивної водної та вітрової ерозії. Також існує проблема обводнення гірничих виробок.

Відводи земель під гірниче виробництво пов’язані з вилученням більшої чи меншої земельної ділянки у землекористувачів на певний період часу, i, вiдповiдно, скороченням земельних ресурсів країни. Характерно те, що вилучені у інших землекористувачів i порушені землі стають малопридатними для продуктивного використання в сільському i лісовому господарстві, та для інших цілей. При цьому процеси природного відновлення рослинних покривів, ґрунтів i рельєфів порушених земель протікають повільно або взагалі не відбуваються. Самі ж порушення земної поверхні, як правило, не зникають i стають сталими техногенними формуваннями, тому такі землі підлягають штучному відновленню. Для вирішення проблеми техногенних порушень ландшафтів використовують різні способи і методи рекультивації земель.

Паралельно з проблемою порушених відкритими гірничими роботами земель за останні десятки років створилась проблема збільшення кількості побутових і промислових відходів, в результаті зростання чисельності населення в містах і розвитку промисловості.

Вони утворюються, при неправильному зборі, невчасному видаленні і незадовільному знешкодженні та погіршують екологічне становище і збитку навколишньому середовищу, викликаючи забруднення атмосферного повітря, ґрунту, поверхневих і підземних вод. Санітарне очищення міст від відходів виробництва і споживання є одним з основних елементів життєзабезпечення, що потребує залучення великих територій для розташування полігонів і сміттєзвалищ. Згідно з даними Мінжекомунального господарства Дніпропетровщини, щорічно утворюються до 50 млн. м куб. твердих побутових відходів, які складують у полігонах. Саме тому у даній магістерській роботі пропонується розглянути можливість використання будівельних відходів в якості закладного матеріалу залишкового виробленого простору в умовах обводнення дна кар'єрів в процесі гірничотехнічної рекультивації. При цьому з’являється можливість вирішення актуальних питань: підготовка гірничих виробок для складування відходів (осушення дна кар'єру), безпечне розміщення будівельних відходів, формування техногенного ландшафту для проведення подальшої рекультивації.

Оскільки об'єм гірничих виробок за звичай великий і рекультивувати його за рахунок порід розкриву не завжди економічно недоцільно, то подібні відходи будівельних матеріалів, можуть стати важливим матеріальним ресурсом для оновлення рельєфу поверхні землі.

Мета роботи обґрунтування можливості рекультивації залишкових вироблених просторів обводнених кар'єрів, шляхом використання твердих будівельних відходів для відновлення земель порушених відкритою розробкою родовищ будівельних матеріалів.

В роботі вирішувалися наступні задачі:

1. Аналіз і дослідження питання щодо кількості і стану порушених відкритими гірничими роботами територій та технологічних рішень з підвищенням якості рекультивації земель.

2. Дослідження технології гірничотехнічної рекультивації й обґрунтування раціонального способу рекультивації залишкового виробленого простору в умовах обводнення кар'єру.

3. Технологічно обґрунтувати і розробити раціональні схеми гірничотехнічної рекультивації обводненого залишкового виробленого простору кар'єру будівельними відходами.

4. Встановити ефективність застосованої технології гірничотехнічної рекультивації обводненого залишкового виробленого просторів кар'єрів.

5. Обґрунтувати доцільність застосування розроблених технологічних схем та визначити основні параметри рекультивації способом складування будівельних відходів в залишковий вироблений простір в умовах Чаплинського кар'єру гранітів.

Об'єкт дослідження: геотехнічна система кар'єр і природне навколишнє середовище.

Предмет дослідження: технологічний процес проведення гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритими гірничими роботами.

Методи досліджень:

1. Наукового узагальнення та систематизації, при аналізі сучасного стану територій гірничодобувних підприємств України та Дніпропетровської області про кількість відходів на даних територіях, а також при перегляді гірничої літератури і обґрунтування можливості використання будівельних відходів як сировину для оновлення територій порушених відкритими гірничими роботами.

2. Аналітичний і графоаналітичний метод — для визначення залежності необхідного об'єму відходів для оновлення рельєфу порушених відкритими гірничими роботами, від параметрів залишкового виробленого простору кар'єру.

3. Техніко-економічного аналізу — для визначення економічного ефекту від реабілітації порушених територій.

Наукова новизна отриманих результаті:

Встановлені залежності об'єму порід необхідного для засипки залишеного виробленого простору до рівня ґрунтових вод від параметрів кар'єрного поля в умовах обводненості, використання, яких забезпечую збільшення площі відновлених земель.

Практичне значення отриманих результаті:

Полягає у розробці технології гірничотехнічної рекультивація обводненого залишкового виробленого простору кар'єру для створення техногенного ландшафту придатного для подальшого використання у господарській діяльності та зниженню кількості полігонів твердих будівельних відходів.

1. СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ЗЕМЕЛЬ ПОРУШЕНИХ ВІДКРИТИМИ ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ

1.1 Аналіз сучасного стану порушень і відновлення земель відкритими гірничими роботами та стану сучасної екологічної обстановка на полігонах твердих будівельних відходів

В умовах ринкової економіки Україна повинна мати ефективну політику щодо управління своїми національними багатствами. До одних з таких багатств відносяться земельні ресурси. Діюча державна система управління земельними ресурсами України на міжнародному, національному, регіональному рівнях потребує удосконалення. Недбале ставлення до земельних ресурсів, як до об'єкту формування капіталу, знаряддя праці та засобу виробництва, призводить до зменшення майбутнього доходу держави та економічних, соціальних, екологічних благ населення країни.

Головним питанням сьогодення залишається питання відновлення відпрацьованих земель гірничодобувними підприємствами області, тобто доведення їх до стану придатного до подальшого використання.

Землі, що підлягають експлуатації, втрачають первісну вартість майже на кожному технологічному етапі розробки корисних копалин. Первісна та остаточна вартість земельної ділянки не відповідає за основними показниками стану реальній ринковій вартості, і в залежності від комплексу факторів є завищеною, або навпаки — нижче реальної вартості.

На території Донецької області державний баланс нараховує 939 родовищ копалин загальнодержавного і місцевого значення за 32 видами мінеральної сировини. На період 01.01.09 р. на території області експлуатується 412 родовищ корисних копалин за 22 видами мінеральної сировини. Мінерально-сировинна база складається з 52,2% паливних корисних копалин (кам'яне вугілля, метан вугільних родовищ), 22% з нерудних родовищ корисних копалин (будівельні матеріали), 14,8% з питних, технічних і мінеральних підземних вод, останнє (близько11%) — гірничо-хімічна сировина і руди рідкоземельних металів. Питома вага природно-ресурсного потенціалу Донецької області має наступний вигляд: 72,77% - мінеральні ресурси, 16,80% - земельні, 5,03% - рекреаційні, 4,84% - водні, 0,44% - лісові, 0,12% - фауністичні. Земля, як один з головних компонентів ресурсного потенціалу, займає першочергове місце у 19 областях України та Автономній Республіці Крим, другорядне — у Дніпропетровській, Донецькій, Івано-Франківській, Луганській областях і лише у Закарпатській області - третє місце.

Відкритий видобуток корисних копалин є одним з видів негативного антропогенного впливу на стан навколишнього природного середовища. Саме ця діяльність пов’язана з тривалим навантаженням на земельно-ресурсний потенціал областей на техніко-економічний аналіз.

Протягом останніх 5 років видобувні підприємства України вели видобуток за 18 видами корисних копалин на 72 родовищах. За цей період в Україні спостерігається збільшення обсягів видобутку корисних копалин за основними видами сировини. Наприклад, видобуток вогнетривких і тугоплавких глин збільшився в 2008 р. з 3,6 млн. тон до 5,4 млн. тон. Майже 90,6% (249 432,2 тис. т) сумарного балансу запасів родовищ вогнетривких глин України, що розробляються, розташовані в Донецькій області, 6,06%, Запорізькій 3,34% та (1191,4 тис. т) в Дніпропетровській областях. У 2009 році в Донецькій області видобуток вогнетривкої глини склав 5450,5 тис. т, порівняно з загальним обсягом у державі 5678,7 тис. т, а саме Донецька область забезпечила видобуток на 95,98%. На 01.01.2010 р державним балансом запасів корисних копалин України нараховується 22 об'єкти обліку родовищ глини. До Державного Фонду родовищ входить 22 родовища, чотирнадцять з них розробляються, решта 8 — не розробляються. До родовищ, що розробляються, в Донецькій області відносяться: Андріївське, Дослідне, Західно-донське, Кучерів'ярське, Новоолексіївське (Веселівське), Новорайське, Ново-Швейцарське, Октябрське, Отрадівське, Південно-Октябрське, Торецьке, Часівоярське. Сумарні балансові запаси родовищ вогнетривкої глини України, що не розробляються, складають 225 116,4 тис. т, з них 102 769,4 тис. т (45,7%) розташовані в Донецькій області (Видне і Затишанське родовища). Виходячи з цих даних можна спостерігати що відновлення земель майже не виконується.

За даними на період 2010 року у Дніпропетровській області нараховувалося відпрацьованих земель площею майже 77Га, а рекультивованих майже 114 га (рис 1.1.)

Рис. 1.1 Діаграма стану земель порушених і рекультивованих у Дніпропетровській області на період з 2007 по 2010 роки За даною діаграмою стану порушених і рекультивованих земель динаміка росту відпрацьованих земель з періоду 2007 по 2008 зросла на 36,6%, а рекультивованих земель зросла лише на 14%, в період з 2008 по 2009 рік ріст відпрацьованих земель порівняно з 2008 року знизився на 40%, а також на цей період знижується площі рекультивованої землі з 2009 році порівняно з 2008 роком на 36%, на період з 2009 по 2010 площі відпрацьованих земель порівняно з 2009 роком знизились на 11%, а площі рекультивованих земель майже 50%.

Ці дані вказують на не достатній рівень виконання робіт з рекультивації і відновлення площ порушених земель після закінчення експлуатаційного періоду кар'єру. За даними Міністерства екології, на сьогодні в Україні знаходяться приблизно 35 млрд. тонн відходів. Близько 7% з них — токсичні. Майже 4% території України заняті побутовими та будівельними відходами. У державі існує приблизно 800 офіційних звалищ, де зберігається 350 млн. кубометрів відходів, що становить майже 50 тис. тонн на 1 квадратний кілометр і це є високим показником у світі. Відходами на сьогоднішній день зайнято близько 160 тис. га земель.

Щорічно їх об'єм зростає на 15−20%, а звалищ, заводів з переробки в Україні не вистачає. Більшість офіційних звалищ в Україні переповненні. І нові стихійні звалища зростають — в лісосмугах на полях, та навіть в містах у спальних районах міст. За останні роки відходи в Україні практично не перероблювалися, а накопичувалися на всій території країни.

Щорічно середньостатистичний українець викидає на смітник приблизно 250 кг побутових відходів. З цих 250 кг мінімум 50 кг можна відправити не на звалище, а на пункт прийому вторинної сировини. Якщо б так вчиняв кожен українець, то кількість твердих побутових відходів скоротилася б на 10 млн. кубометрів. Екологічну ситуацію в Україні слід визнати катастрофічної.

Вся собівартість комплексного застосування в Україні нових технологій збору твердих побутових відходів, будівництво об'єктів з сортування і утилізації, а також нових регіональних полігонів оцінюється спеціалістами в 16 млрд. USD.

В Україні, немає ні одного успішного цілісного проекту, що стосується міських звалищ, який дозволив би з високою ефективністю здійснювати управління міськими відходами.

В деяких великих містах України існує ідентичні проекти розвитку направлення у сфері поведінки з твердими побутовими відходами, але вони поки що мало ефективні.

На Дніпропетровщині, питання щодо збору, складування і утилізації відходів за останні десятки років набуває катастрофічного стану. За останні 4 роки щорічно 20% з 400 тисяч тонн побутового і будівельного сміття не потрапляють на полігони Дніпропетровська, а викидалися серед лісосмуг та за територію жилих масивів, що створили стихійній звалища, що в результаті займають в середньому десятки гектарів земель відведених під сільськогосподарське використання і цивільне будівництво.

Зображення місць знаходження в Україні 22 найбільших полігону твердих побутових та будівельних відходів (рис. 1.2). [2]

Рис 1.2. Карта України. Розташування найбільших полігоні по регіонам.

Київ: 1-.Полігон на Жуковому острові; 2 — Полігон в Горбачиха і у водозахисній дамбі; 3 — Полігон твердих побутових відходів № 5 в с. Подгорци Обухівського району; 4 — Звалище на Сирці.

Харьків: 5 — Деграчівський полігон ТБО; 6 — Звалище біля Української Академії Державного управління; 7 — Звалище в кар'єрі біля с. Кулиничі; 8 — Звалище біля Журавлевського гідропарку; 9 — Полігон біля Донецького городища.

Днепропетровськ:10 — Полігон твердих побутових відходів у с. Кулебівка; 11 — Звалище у центрі міста (район Мост-Сити Центр). 12 — Свалка твердих побутових відходів в районі Павлограда.

Донецьк: 13 — Ларинський полігон твердих побутових відходів селище (Ларіно); 14 — Свалки в лісопарковій зоні Донецька (Ворошиловський р-н); 15 — Радіоктивних звалищ біля м. Константиновка.

Одеса:16 — Міське звалище Одеси; 17 — Смітник на пляжі «Отрада».

Крим: 18 — Міське звалище Ялти; 19 — Полігон твердих побутових відходів в Сакскому районі.

Миколаїв: 20 — Миколаївський полігон твердих побутових відходів (с. Велика Корениха).

Тернопіль: 21 — Міське звалище (с. Малишівка Зборовського р-на).

Львів: 22. Міське звалище (селище Грибовичі).

На даних звалищах вже накопилося майже 30 млрд. тонн відходів, які займають близько 200 тисяч гектарів, що свідчить про погрозу екологічній ситуації в країні.

На даний час перед Україною постала важлива національна задача — створення інфраструктури утилізації і рециклінга відходів. Із-за ситуації, яка склалася в України, не варто сподіватися на інвестицій від іноземних компаній, а за підрахунками Мінрегіонбуд країні необхідно 160 млрд. грн. для першочергового фінансування і вирішення екологічної проблеми для створення і налагодження інфраструктури утилізації відходів.

В продовж трьох років владою України об'єми фінансування для рішення проблеми накопичення відходів збільшилися, тим самим з питання утилізації відходів почергово приймаються міри, хоча з значним відставанням.

В містах України за попереднім розділом аналізу існує велика кількість діючих і відпрацьованих кар'єрів, в яких можна розмістити накопичені об'єми відходів. Використовуючи певні технологічні схеми гірничотехнічної рекультивації кар'єрів, існуючи проекти утилізації відходів та будівництва полігонів, на Дніпропетровській області та України, дає можливість комплексно вирішити екологічні проблеми шляхом використання будівельних відходів як закладний матеріал для рекультивації залишеного виробленого простору кар'єру.

1.2 Аналіз науково-технічної літератури по темі магістерської роботи

Питання підвищення якості рекультиваційних робіт земель, які порушені безпосередньо відкритою розробкою родовища корисних копалин, є на сьогоднішній день пріоритетним і потребує детального розгляду результатів відомих науково дослідних робіт для пошуку нових методів і технологій рекультивації.

Одною із робіт в галузі відновлення земель порушених відкритими гірничими роботами є робота В. Д. Горлов в якості основних заходів при виробництві гірничих робіт на зменшення порушеного ландшафту приводить рішення питань розкриву, системи розробки, схеми відвалоутворення з урахуванням рекультиваційних робіт, засипку розкривними породами гірничих виробок в процесі їх формування, селективне формування відвалів розкривних порід ведення гірничих робіт з урахуванням мінімального порушення природного середовища. В якості одного із основних способів зменшення площі порушених земель гірничими роботами автор рекомендує при будуванні кар'єру виконувати укладку розкривних порід до тимчасового відвалу, а після відпрацювання кар'єру пусті породу переміщувати в залишений вироблений простір розрізної траншеї, що дозволяє зменшити площу порушених земель.

Недоліком даного способу будівництво кар'єру є те, що тимчасовий відвал пропонується формувати на дільниці земельного відводу, де гірничі роботи будуть проводитись через 20−30 років, що призведе до складностей застосування цього способу, так як під час будівництва кар'єру ця територія може знаходитись в інтенсивному господарському користуванні. Другим недоліком є - це переекскавація всього об'єму породи у вироблений простір.

Автори роботи (Авторське свідоцтво СРСР№ 1 245 705, кл. С41/02, 1986) рекультивації залишеного виробленого простору, що передбачає засипку залишеного виробленого простору спрямованим вибухом гірничих порід, залишених у бортах кар'єру з наступною закладкою виробленого простору кар'єру екскаваторами паралельними заходками від протилежних бортів У відомому способі засипки є значний недолік, який полягає у тому, що брак розкривних порід у бортах кар'єру не дозволяє заповнювати увесь його вироблений простір, тому він може забезпечити лише для часткову рекультивацію порушеної поверхні землі гірничого відводу.

Автором роботи (Авторське свідоцтво Україна № 70 030, кл. Е 21 °F 15/08, 2007) технічним рішенням проблеми є спосіб рекультивації вироблених просторів кар'єрів який передбачає його заповнення брикетованими твердими побутовими відходами з попереднім подрібненням і поярусною засипкою. Після складування відходи покриваються ізолюючим шаром глини, поверх якої укладають родючий шар ґрунту.

Недоліками цього способу є значні витрати, пов’язані з попереднім подрібненням твердих побутових відходів і виготовленням з них брикетів складною геометричної форми для забезпечення ізоляції від ґрунтових вод, а також процес додаткового транспортування їх на брикетну станцію звідкіля вони направляються у вироблений простір кар'єру.

Аналіз результатів досліджень виконаних авторами, а також сучасного стану і перспектив рекультивації земель порушених відкритими гірничими роботами, дозволяє обґрунтувати об'єкт і предмет дослідження сформувати ціль роботи, поставити наукову задачу і вирішити наступні задачі дослідження.

1.3 Мета, задачі і методи дослідження

Аналіз стану земель порушених відкритими гірничими роботами в Україні, показав, що переважно 60% земель порушені, з яких близько 10% земель частково рекультивуються типовими способами рекультивації та 5% майже не рекультивуються, а залишають за собою покинуті вироблені простори, що несуть в собі як біологічну, екологічну небезпеку для навколишнього середовища.

Огляд гірничотехнічної літератури і аналіз проведений наукових досліджень дозволяє встановити, що наявні робити присвячені, проблемі рекультивації залишених вироблених просторів кар'єру шляхом використання твердих побутових відходів, як сировини для закладки залишених виробок.

В проведених роботах недостатньо досліджені питання, щодо розробки технологічних параметрів підготовки залишеного виробленого простору до складування і використання, як полігон захоронення відходів у вироблений простір кар'єру, розробки методики способу сортування, вибору, класифікації відходів, розробка технологічних рішень, щодо створення ізолюючих шарів.

Недостатньо розробленість таких питань в теоретичному і методичному аспектах, визначили вибір теми дипломної роботи і дозволили сформулювати її основні задачі:

Мета роботи — обґрунтування можливості рекультивації залишених вироблених просторів обводнених кар'єрів, шляхом використання твердих будівельних відходів для відновлення земель порушених відкритою розробкою родовищ будівельних матеріалів.

Для досягнення вказаної мети були поставлені і вирішені наступні теоретичні та практичні задачі:

1. Аналіз і дослідження питання щодо кількості і стану порушених територій відкритими гірничими роботами та технологічних рішення з підвищенням якості рекультивації земель.

2. Дослідження технологічних схем гірничотехнічної рекультивації й обґрунтування раціонального способу рекультивації залишкового виробленого простору в умовах обводнення кар'єру.

3. Технологічно обґрунтувати і розробити раціональні технологічні схеми гірничотехнічної рекультивації залишеного виробленого простору кар'єра будівельних відходів і гірничими породами

4. Встановити ефективність застосованих технологічних схем рекультивації залишеного виробленого просторів кар'єрів.

5. Обґрунтувати доцільність застосування розроблених технологічних схем рекультивації способом складування будівельних відходів в залишений вироблений простір в умовах Чаплинського кар'єру гранітів.

При вирішені поставлених задач застосовувалися методи:

1. Наукового узагальнення та систематизації, при аналізі сучасного стану територій гірничодобувних підприємств України та Дніпропетровської області про кількість відходів на даних територіях, а також при перегляді гірничої літератури і обґрунтування можливості використання будівельних відходів як сировину для оновлення територій порушених відкритими гірничими роботами.

2. Аналітичний і графоаналітичний метод — для визначення залежності необхідного об'єму відходів для оновлення рельєфу порушених відкритими гірничими роботами, від параметрів залишкового виробленого простору кар'єру.

3. Техніко-економічного аналізу — для визначення економічного ефекту від реабілітації порушених територій.

Для встановлення взаємодії основних кваліфікаційних показників дипломної роботи була сформульована структурно логічна схема досліджень (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Структура основних логічних складових дипломної роботи

2. ОБҐРУНТУВАННЯ І РОЗРОБКА МЕТОДИЧНИХ ПОЛОЖЕНЬ ЩО ДО ВДОСКОНАЛЕННЯ СХЕМ ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ОБВОДНЕНИХ ЗАЛИШКОВИХ ВИРОБЛЕНИХ ПРОСТОРІВ КАР'ЄРІВ

2.1 Види гірничотехнічної рекультивації

Як відомо, щоб повернути землі, порушенні відкритими гірничими роботами, необхідно провести певний комплекс робіт під назвою — рекультивація. Ціль таких робіт є повернення порушених земель до спожитку, покращення оточуючого середовища, а також відновлення продуктивності порушених земель.

Згідно з подальшим використанням земель існують наступні напрямки рекультивації:

1. сільськогосподарське (використання відновлених земель під сільськогосподарське угіддя)

2. водогосподарське (створення водоймищ різноманітного призначення)

3. рекреаційне (створення місць під культурно-оздоровчі заходи)

4. будівельне (забудова земель жилими та промисловими будівлями).

Так як рекультивація — є трудомістким та економічно затратним процесом, то вона поділяється на два абсолютно різні, але тісно пов’язанні між собою етапи. Це такі етапи рекультивації, як: гірничотехнічна і біологічна.

Першим і по суті, дуже важливим процесом являється гірничотехнічна рекультивація так, як вона представляє собою підготовку землі до подальшого відновлення родючості (біологічна рекультивація).

Гірничотехнічна рекультивація — це комплекс гірничотехнічних робіт по відновленню природного ландшафту, зміненого в результаті відкритої розробки родовища корисних копали. Завдяки цьому гірничотехнічна рекультивація в СССР щорічно повертала для народногосподарського вжитку близько 20 тис. га земель.

Основні об'єкти гірничотехнічної рекультивації представленні відвалами розкривних порід, як відпрацьованих, так і діючих кар'єрів. Об'єм рекультивації напряму залежить від прийнятої системи розробки даного родовища.

Гірничотехнічна рекультивація включає: зняття і складування родючого шару ґрунту, селективну розробку та укладку у відвал розкривні породи з різноманітними агрохімічними властивостями, побудова дренажної мережі для запобігання заболочування встановленої території, будівництво виїздів і доріг на відвалі, повне чи часткове планування поверхні відвалів, стабілізацію укосів, створення лож та берегів водоймищ, покриття поверхні родючим шаром ґрунту. Саме тому на гірничотехнічну рекультивацію доводиться майже 80−90% загальних витрат, які виділено для формування ландшафту. Але якщо, рекультивація була об'єднана з основними технологічними процесами, а саме з розкривними і відвальними роботами, то її вартість миттєво знижується майже в два рази.

Так як на сьогоднішній день цілком актуальною задачею є рекультивація земель порушених відкритими гірничими роботами, а саме, залишкових вироблених просторів, то можна виділити декілька варіантів гірничотехнічної рекультивації:

1. Заповнення залишкових вироблених просторів розкривними породами (внутрішніми та зовнішніми відвалами).

2. Затоплення залишкових вироблених просторів (створення водоймищ)

3. Складування будівельних відходів в залишковому виробленому просторі.

2.2 Обґрунтування методичних положень при гірничотехнічній рекультивації обводнених залишкових вироблених просторів кар'єру

Проведенні вище дослідження дозволяють перейти безпосередньо до обґрунтування методики розробки раціональних технологічних схем для максимального ефективного використання залишеного виробленого простору кар'єрів.

З попередніх робіт автора наукових видання за видами кар'єрних полів кар'єри поділяються на 1 — дуже малі; 2 — малі; 3 — середнього розміру; 4- великі; 5 — дуже великі табл. 1.1

Таблиця 1.1

Види кар'єрних полів [11]

Так як всі будівельні кар'єри глибиною не більше 100 м і площею до 2 км², то їх можна віднести до двох видів: «дуже малі» і «малі».

2.3 Пошук альтернативного заповнювача обводнених просторів кар'єрів

З урахуванням того, що зазвичай при гірничотехнічній рекультивації залишених вироблених просторів існує проблема браку пустих порід, то саме складування відходів буде альтернативним і ефективним варіантом рішення даної проблеми. При чому при використанні будівельних матеріалів в якості матеріалу закладки, вирішується два головних питання: відновлення порушених земель і зниження кількості накопичення будівельних відходів.

Питання щодо, яких різновидностей будівельних відходів і взагалі відходів, при яких умовах можна використовувати в якості заповнюваного матеріалу буде розглянуто далі в роботі.

Але перед тим, як розглядати питання про відходи, необхідно зрозуміти, що це таке і які різновиди їх бувають.

Сьогодні важливою проблемою є не тільки порушення ландшафту земної поверхні відкритими гірничими роботами, але й колосальне накопичення різних видів відходів пов’язаних як з промисловістю, так і споживчим фактором.

Щорічно по всьому світу мільярди тонн твердих відходів, надходить в біосферу, наносивши тим самим непоправний шкоди, як живої так і не живої природи. В глобальних масштабах змінюється кругообіг води газовий баланс в атмосфері. Велика кількість видів живих істот схильні до дій небезпечних речовин, в тому числі на генетичному рівні, звідси виникають ураження цілого ряду поколінь організмів. [2]

В побуті відходи називають побічний продукт діяльності людини, втративши повністю або частково свої властивості, але які потенційно чи реально можуть бути використані як сировину в інших галузях шляхом переробки.

Відходи виробництва і споживання — є джерелом антропогенного забруднення навколишнього середовища в глобальному масштабі, виникають як неминучий результат споживчих відносин і неприпустимо низького коефіцієнту використання ресурсів.

Вони забруднюють і захаращують оточуючий наш природній ландшафт. Крім цього, являються джерелом надходження шкідливих хімічних біологічних і біохімічних препаратів в навколишнє природнє середовище. Це створює певну загрозу здоров’ю і життю населення селищ, міст, областей і цілим районам, тобто, порушують екологічне середовище.

Щоб детальніше ознайомитись з різновидами і ступенем небезпеки відходів пропоную розглянути їх класифікацію (рис 1.4).

Всі відходи класифікується:

Рис. 1.4 Класифікація відходів за походженням

— відходи промисловості - залишки мінеральної сировини, матеріалів чи полу фабрикатів, сформованих в результаті головного технологічного процесу, а також є побічним ефектом підприємства;

— відходи споживання — залишки виробів чи матеріалів, втративши свої споживчі властивості в результаті фізичного або морального зносу, а також до цього класу відносяться відходи сформовані в результаті життєдіяльності людини — тверді побутові відходи Також відході розділяються на два типи:

1) утилізовані;

2) не утилізовані;

Утилізовані - це відходи, які мають можливість бути утилізованими або переробленими для використання в іншій галузі, вони не можуть бути винищені.

Не утилізовані - це відході, які не мають можливості бути утилізованими, так як на даному етапи розвитку не існує певних технологій для їх переробки.

Відходи виробництва і спожитку діляться на декілька видів:

· Тверді побутові відходи (ТПВ);

· Будівельні відходи (БВ);

· Небезпечні відходи;

· Харчові відходи.

Так як метою даної роботи є обґрунтування можливості рекультивації залишених вироблених просторів обводнених кар'єрів, шляхом використання твердих будівельних відходів для відновлення земель порушених відкритою розробкою родовищ будівельних матеріалів, то пропонуємо розглянути більш детальніше цей вид відходів. Аналіз будівельних відходів показує, що вони, в основному, представленні сумішшю: бою цегляної кладки -30%; ґрунту -10% лому залізобетону, бетону, 40% - штукатурки деревина-10% інші - 10% (рис 1.5).

Рис. 1.5 Склад твердих будівельних відходів Будівельні відходи формуються при:

— Знесені чи реконструкції будівель та споруд;

— Виробництві будівельних матеріалів, деталей і конструкцій;

— Очищення територій промислових і адміністративно-побутових приміщень.

За останній час інфраструктура міст інтенсивно росте, таким чином ми можемо спостерігати значне збільшення зносу старих будівель і побудову нових, що і є джерелом виробництва і накопичення таких видів відходів.

Класи небезпечності: існують 4 класи відходів, із-за чого залежать витрати на їх переробку чи утилізацію. Це такі класи як:

1. Надзвичайно небезпечні: Відходи, до складу яких входить ртуть та її сполучення в тому числі сулему (Hg, хромовокислий і ціаністий калій, сполучення сурми, в тому числі (Sb) — трьохлорну сурму, бензопирен та інші.

2. Високо небезпечні: Відходи, до складу яких входять, хлориста мідь, сульфат міді, щавлевокислу мідь, троьхокисну сурму, сполучення свинцю.

3. Помірно небезпечні: Відходи до складу яких входить оксиди свинцю (PbO, Pb), хлорид нікелю, чотирьохлористий вуглець.

4. Мало небезпечні: Відходи, до складу яких входить сульфат магнію, фосфати, сполучення цинку, відходи збагачення корисних копалин флотаційним способом з використанням амінів.

Фактори, які впливають на вибір виду відходів для гірничотехнічної рекультивації залишкового виробленого простору кар'єру.

У зв’язку з тим, що відходи несуть в собі існуючу потенціальну екологічну загрозу, їх використання в якості матеріалу для заповнення залишеного виробленого простору при гірничотехнічній рекультивація кар'єру потребує виконання особливих умов при їх розміщені в навколишньому середовищі. Це такі умови як:

— забезпечити високий рівень інженерного захисту геологічного середовища від проникнення забруднюючих речовин;

— використання технологій попередньої підготовки перед розміщенням;

— використовувати сучасні методи складування і впливу на масу відходів з ціллю їх скорішого біологічного розкладання.

Виходячи з цього, при розміщенні відходів в вироблений простір кар'єру потрібно враховувати ряд факторів і вимог до властивостей (фізичних, компресійних, абразивні та корозійні, санітарно-бактеріологічні та ін.) відходи і параметри виробленого простору кар'єрів, а також вид корисної копалини, розробленого кар'єром.

При виборі відходів для заповнення залишкового виробленого простору необхідно врахувати наступні фактори:

— еколого-гігієнічні - допускається з точки зору безпеки для людей і навколишнє середовище;

— ресурсній — наявності достатньої для заповнення кар'єру кількості відходів;

— реакційну здатність — хімічні індиферентність компонентів відходів;

— інженерно-геологічні - схожість відходів з природніми матеріалами кар'єру.

Кожний із факторів враховує певні властивості і характеристики відходів. В результаті проведеного аналізу фізико-механічних, хімічних і гранулометричних властивостей полігонів захоронення відходів, нами було встановлено, що найбільш оптимальним видом відходів для заповнення гірничих виробок є будівельні відходи Це можна пояснити схожістю структури і гранулометричного аналізу складу будівельного сміття з породами родовища будівельних матеріалів, відсутність токсичних і шкідливих речовин у складі, що дозволяє знизити затрати на створення гідроізолюючих і захисних шарів.

Аналіз накопичення відходів в Україні та в регіоні показав, що для рішення проблеми накопичення відходів необхідно виконати наступні задачі:

1. Класифікувати полігони захоронення відходів і розробити загальні вимоги їх розміщення.

2. Обґрунтувати і розробити технологічні вимоги створення полігонів захоронення відходів у залишковому виробленому просторі в умовах обводнення дна кар'єру.

3. Технологічно обґрунтувати і розробити раціональні схеми складування будівельних відходів в вироблений простір кар'єру

4. Встановити необхідний об'єм відходів для заповнення залишкового виробленого простору в залежності від його параметрів.

5. Визначити площі земель, які можуть бути повернуті в сільськогосподарське використання.

6. Розробити конкретні рекомендації по створенню техногенного ландшафту використовуючи будівельні відходи в залишеному виробленому Чаплинського кар'єру України.

7. Визначити економічний ефект від заходів розроблених технологічних схем гірничотехнічної рекультивації з використанням будівельних відходів на Чаплинському кар'єрі.

2.4 Розробка класифікації полігонів складування відходів та основні вимоги щодо їх розміщення в обводнених залишкових вироблених просторів кар'єру

При довготривалому складуванні відходів на спеціально призначеній ділянці формується спорудження — називається полігоном від складованих відходів. Але, якщо відходи складуються на закритій ділянці або дільниці, яка згодом буде ізольована від зовнішньої дії, тоді такі споруди називають полігони захоронення відходів.

Полігони захоронення відходів (ПЗВ) — це інженерне спеціалізоване спорудження, призначене для захоронення відходів. Різниця від «диких» смітникових звалищ (ПЗВ) повинні мати структурно-технічну побудову для забезпечення санітарно-епідеміологічного благоустрою населення. Мета даного захоронення — гарантувати екологічну безпеку навколишнього середовища, перешкоджати розвитку небезпечних геологічних процесів і явищ.

Полігони захоронення відходів — є природоохоронним об'єктом, а складування відходів здійснюється таким чином, щоб перешкоджати забрудненню атмосфери, ґрунту поверхневих і ґрунтових вод, ближчі водостоки.

Розміри і потужності (ПЗВ) визначає потрібність в складуванні відходів з урахуванням екологічних вимог і санітарних норм.

Прийманню на ПЗВ не придатні відходи, які можуть бути вторинною сировиною (при можливості утилізації) чи до складу яких входять токсичні, отруйні і агресивні речовини.

Використання не порушених земель під створення полігонів захоронення чи складування відходів не є доцільним ні з екологічної, ні з соціальної точки зору.

Саме тому розміщення відходів в вироблений простір кар'єру при гірничотехнічній рекультивації є актуальною задачею і альтернативним направленням в рекультивації порушених земель відкритими гірничими роботами.

При цьому вирішується дві задачі:

1. Відновлення ландшафту,

2. Безпечне розміщення відходів.

Як правило об'єм таких виробок великий, тому деякі види відходів будуть цінними ресурсами для їх заповнення.

На основі аналізу українських джерел науково-технічної літератури, а також за класом небезпечності відходів пропонується наступна класифікація полігонів захоронення відходів (табл. 2.2).

Виходячи з цього, у випадку складування будівельних відходів полігону захоронення відходів буде відноситись до мало небезпечним, що робить даний вид полігону захоронення відходів менш небезпечним, як для людини, так і для екосистеми.

Таблиця 2.2

Класифікація полігонів захоронення відходів (ПЗВ) в залежності від впливу на екосистему [2]

На основі попереднього аналізу законодавчої бази України, а також огляду літератури, нами розроблені вимоги до розміщення ПЗВ в вироблених просторах кар'єрів і дана оцінка умов для їх розміщення. [4]

Згідно з розробленими нами потребами в умовах обводнення дна виробленого простору кар'єру ПЗВ розміщують:

1) на дільницях, де є можливість існування заходів і втілення інженерських рішень, виключаючи забруднення навколишнього середовища;

2) на дільниці заповненою водою утилізація і осушення водоймище відбувається шляхом засипки породами з відвалу або створення внутрішнього відвалу в процесі доробки кар'єру до рівня висоти відсипки 2−3 метри більше рівня підземних вод чи рівня водоймища [4]

3) на дільницях, прилеглих до міських територій, якщо вони не включені до жилої забудови згідно з генеральним планом розвитку міста на ближчі 25 років.

4) на дільницях характерних природною захищеністю підземних вод від забруднення (природні ізоляційні шари глини піску граніту та ін.)

5) за граничною санітарно-захисною зоною з урахуванням розі вітрів відносно жилою забудови, зон відпочинку і інших місць масового перебування населення;

6) за межами зон можливого впливу на водозбірники поверхневих вод та ін.;

7) за межами населених пунктів;

8) на відстані не менше 15 км від аеропортів, 3 км від кордонів курортних міст відкритих водоймищ, заповідників, 1 км від кордону населених пунктів. 0,5 км від житловою і загальної забудови (санітарно-захисної зони); 0,2 км від сільськогосподарських угідь і від автомобільних та залізничних колій загальної мережі.

Відстань від вказаних вище об'єктів можуть корегуватися за даними моделювання і розрахунків впливу ПЗВ на навколишнє середовище, з обов’язковим дозволом з місцевими органами екологічного контролю і закладів державної санітарно-епідеміологічної служби.

Розміщення ПЗВ не допускається:

1) на площах залягання корисних копалин і території з гірничими виробками, без згоди з органами державного гірничого надзору.

2) в небезпечних зонах відвалів породи чи збагачувальних фабрик;

3) в зонах активного карсту;

4) в зонах розвитку, тектонічних розломів, пливунів снігових лавин, підтоплення та інших небезпечних геологічних процесів, а також на території сезонного підтоплення без утилізації та усунення процесів шляхом інженерських втілень.

5) в заболочених місцях;

6) в зонах поповнення і виходу на поверхню підземних вод;

7) в зонах формування і використання мінеральних вод;

8)в охоронних зонах водоймищ;

9) на землях, зайнятих або призначені для створення лісів лісопаркової зони і інших зелених насаджень.

Розміщення ПЗВ в вироблених просторах кар'єрів допускається тільки з дозволу органів державного гірничого нагляду.

При розміщенні полігону захоронення відходів в залишений вироблений простір кар'єрів необхідно виконувати певні умови, норми і правила, так як всі відходи мають потенціальну екологічну небезпеку.

Згідно з положенням 2−2.4 документу «Державні будівельні норми України Проектування полігонів твердих побутових відходів основні положення проектування» ДБН В.2.4−2-2005.

Пропонуємо враховувати наступні вимоги:

Ділянку для розміщення полігону ТПВ має вибиратися за територіальним принципом відповідно до схеми санітарної очистки міста або регіону, проекту районного планування або генерального плану населеного пункту.