Сохранение окружающей среды и здоровья работников — главный приоритет современных технологий добычи руды

При этом в Украине сконцентрировано около 20% мировых запасов железной руды (более 30 млрд тонн), добыча и переработка которой обеспечивает до 30% экспортного потенциала нашей страны. Наиболее значимые месторождения образуют район т.н. Большого Кривого Рога.

Однако горнодобывающая отрасль по определению крайне негативно влияет на окружающую среду, поскольку разрушает целостность недр, нарушает экосистему, приводит к антропогенному загрязнению воздуха и водных ресурсов.

За последние 140 лет в районе Большого Кривого Рога добыто свыше 6 млрд тонн железорудного сырья, что полностью привело к необратимой трансформации окружающей среды из природной в техногенную экосистему: в отвалах рудников накопилось около 13 млрд тонн горных пород, которые вместе с хвостохранилищами занимают площадь более 63 тыс. га, еще 60 тыс. га - в зоне подтопления; в недрах сформировалось сотни миллионов кубических метров пустот, что приводит к нарушению дневной поверхности с провалами и зонами сдвигов. Дальнейшее освоение месторождений открытым способом приводит к увеличению глубины карьеров и росту вредной нагрузки на окружающую среду и здоровье людей. При этом ресурс добычи открытым образом может быть исчерпан в ближайшие 20–30 лет.

Можно ли коренным образом изменить ситуацию в отрасли и соответствующих регионах? С этим вопросом мы обратились к ведущим ученым и производственникам, непосредственно занимающимся проблемами месторождений района Большой Кривой Рог, - доктору технических наук профессору ректору Криворожского национального университета Николаю Ступнику, генеральному директору ЧАО "Запорожский железорудный комбинат" Михаилу Короленко и главному специалисту по охране окружающей среды ЧАО "Запорожский железорудный комбинат" Валерию Самойлову.

Николай Ступник: Технологии добычи полезных ископаемых базируются на процессах, которые происходят в непосредственном масштабном контакте с основными компонентами окружающей среды: воздухом, почвами, подземными и поверхностными водами и литосферой.

Поэтому стратегия дальнейшего развития добычи железорудного сырья требует внедрения принципиально новых технологий, которые обеспечат выполнение требований по охране окружающей среды и концепции устойчивого развития.

Перспективы уменьшения дестабилизирующего влияния горнодобывающей промышленности на окружающую среду связаны с развитием в Украине подземной добычи полезных ископаемых по каскадному принципу отходности при реализации технологии закладки произведенного пространства, снижения сбросов высокоминерализованных вод и токсичных выбросов в атмосферу. То есть технология добычи должна предусматривать использование отходов собственного производства для закладки пространства, которое до добычи руды занимал рудный массив. Это не только возобновит целостность земного массива с сохранением всех его структурных и физико-механических свойств (то есть полностью устранит угрозу сейчас и в будущем просадки земной поверхности и образования катастрофических провалов), но и позволит исключить образование нового техногенного рельефа из отвалов горных пород, уменьшить засорение отходами и предотвратить расширение площади земель, которые необратимо похоронены под отвалами и отходами и не могут использоваться по назначению.

Ученые Криворожского национального университета (КНУ) успешно разрабатывают научные основы ресурсосохраняющих технологий подземной добычи утраченных железных руд магнетитовых кварцитов, предлагают пути решения фундаментальной научно-технической проблемы определения закономерностей трансформации напряженно-деформированного состояния нарушенного выработками горного массива для сохранности Криворожского железорудного бассейна. При этом полученные результаты являются не просто теоретическим достоянием - разработки успешно внедряются непосредственно в производство.

- Но, как известно, закладка произведенного пространства уже применяется в шахтах?

Михаил Короленко: Конечно, сама идея закладки произведенного пространства вроде не новая. Но сама закладка должна сохранять свои свойства, нести соответствующую нагрузку на протяжении всего будущего времени, в идеале - навсегда.

По проектам научных работников Научно-исследовательского горнорудного института Криворожского национального университета Запорожский железорудный комбинат при освоении богатых железных руд Белозерского месторождения реализует камерную систему разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства. Однако начальный проект предусматривал использование в составе твердеющих закладок достаточное количество высококачественного вяжущего (по сути - цемента), что приводило к значительному подорожанию себестоимости добычи. Дальнейшие исследования и совместная деятельность ученых и производственников позволили разработать современную систему закладки выработанного пространства твердеющей закладкой, в которой используется минимальное содержимое вяжущего: благодаря учету напряженно-деформированного состояния геомассива и применению каскадного принципа отходности, для изготовления твердеющей смеси используются отходы собственного производства, высокоминерализованная шахтная вода и отходы металлургических предприятий. Так, наши коллеги из КНУ установили, что уровень напряжений при заполнении отработанных камер разработанной закладкой снижается на 11–16%, а просадка горного массива уменьшается в 2,2 раза.

Реализация разработанной технологии добычи на ЧАО "ЗЖРК" за последние 10 лет обеспечила сохранение устойчивого состояния рудного массива, целостность дневной поверхности и водоносных горизонтов; уменьшение потерь руды; массовую утилизацию в составе твердеющей закладочной смеси промышленных отходов металлургического производства, горных пород отвала, вторичных ресурсов промышленности и системы осушения месторождения. Ежегодно в составе закладочных смесей выработанного пространства утилизируется более 4,4 миллионов тонн промышленных отходов, а за весь период реализации технологии утилизированы в выработанном пространстве около 50 миллионов тонн отходов и пород отвала.

- Одной из проблем подземной разработки являются высокоминерализованные шахтные воды, которые предприятия обычно сбрасывают в реки. Как удается ее решать?

Валерий Самойлов: Действительно, проблема утилизации высокоминерализованной шахтной воды, водоотвода и очистки сточных вод, осушения месторождения чрезвычайно болезненная для каждого предприятия, осуществляющего подземную добычу полезных ископаемых.

Однако наше предприятие реализовало эффективные и экологообоснованные системы очистки и аккумуляции обратных вод, исключающие сброс в открытые водотоки пресных вод. Высокоминерализованные и шахтные воды частично утилизируются в составе твердеющей закладки выработанного пространства, а остальные поступают в пруд-испаритель, который имеет развитую площадь зеркала испарения и в будущем станет источником солей как антропогенное месторождение, а сточные воды очищаются и направляются на поля фильтрации.

Реализация такой системы обеспечивает: систему оборотного водоснабжения на закладочном комплексе; минимальное влияние на осадку земной поверхности, и, как следствие, устраняется подтопление земель и дальнейшее негативное влияние на техногенную среду; минимальное влияние на гидрогеологические условия водоносных горизонтов; предохранительные целики под водоносными горизонтами осадочной толщи по всем критериям находятся в устойчивом состоянии; отсутствие необходимости осушать водоносные пласты верхнего гидродинамического комплекса, что позволило сохранить эти горизонты для водоснабжения района; использование шахтной воды для закладочной смеси и для орошения полей фильтрации.

На это время ЧАО "ЗЖРК" полностью прекратил сбросы в открытые водотоки пресных вод - а это более 900 тысяч кубометровежегодно! Полученные результаты позволяют нашему предприятию (при дальнейшем развитии) освоить шахтные воды для питьевого и хозяйственного водопользования при применении очистительных сооружений и отказаться от снабжения вод от КП "Облводоканал". Объем откачиваемой технологической воды позволяет также освоить рыбохозяйственный промысел. Это даст практически замкнутый цикл при использовании шахтных вод и значительно улучшит экологическое состояние в районе добычи железных руд.

- Жители территорий, близлежащих к горнодобывающим предприятиям, страдают от загрязнения атмосферы пылью и вредными газами, в частности и теми, которые образуются во время взрывных работ. Можно ли предотвратить такое загрязнение или хотя бы его минимизировать? И что предусматривает для решения проблемы концепция развития добычи?

Н.С.: Развитие современной горнодобывающей промышленности в рамках новой концепции природосберегающих технологий добычи возможно лишь в русле европейских и общемировых тенденций отказа от промышленного применения токсичного тротила и создания современных безопасных буроподрывных технологий. И хотя слова "безопасность" и "взрыв" вроде несовместимы в одном предложении, речь идет о создании и внедрении технологий промышленных взрывчатых веществ (ВВ), не содержащих высокотоксичных и канцерогенных веществ.

Такие современные технологии должны обеспечить безопасность транспортировки, зарядки и обращения, а сама технология - исключить контакт работников с взрывчаткой. И такие технологии в Украине созданы - это технологии гранулированных и эмульсионных взрывчатых веществ, в частности под общим брендом "Украинит". Взрывчатые вещества "Украинит" - это полностью отечественная технология, разработанная нашими учеными, конструкторами и производственниками.

Специалистам известно, что на открытых работах (в карьерах) в Украине уже успешно реализованы эмульсионные технологии, уникальность которых заключается в том, что взрывчатка приобретает свои свойства только после зарядки, то есть непосредственно в буровой скважине. При этом работники не имеют контакта с взрывчатым веществом, поскольку оно образуется в процессе зарядки специальными смесительно-зарядными машинами из невзрывчатой и нетоксичной эмульсии и невзрывчатого сенсибилизатора.

Опыт применения эмульсионных ВВ в карьерах показал возможность снизить выбросы канцерогенной сажи, пыли и токсичных газов во время взрывных работ на 60–70%. Однако особенности шахтной технологии добычи руды, к сожалению, исключают возможность просто перенести взрывные технологии из карьеров под землю. Для применения таких прогрессивных технологий в подземных рудниках Украины нужно было создать новые безопасные взрывные материалы и технологии заряжания, соответствующую переносную, мобильную и самоходную зарядную технику.

И эта проблема уже решена! Наши коллеги разработали новейшие технологии получения и зарядки эмульсионных ВВ с управляемыми свойствами, которые по взрывным характеристикам не уступают лучшим мировым образцам, а по уровню безопасности при применении не имеют аналогов в мире.

Спроектирована и изготовлена новая шахтная специальная модульная и самоходная смесительно-зарядная техника (более 40 единиц), которая обеспечила механизированную зарядку наливными эмульсионными ВВ как шпуров, так и веера буровых скважин, в том числе крутовосходящих буровых скважин большого диаметра, что не имеет аналогов в мировой практике подземных работ. Созданные технологии в комплексе с новой техникой и технологией зарядки, а также разработанной логистикой доставки позволяют решить общегосударственную проблему - полностью отказаться от гражданского применения токсичного тротила в шахтах и снизить объем выбросов в атмосферу отравляющих газов взрыва в 2,5–3 раза.

Начиная с 2009 года, на ЧАО "ЗЖРК" уже применили около 11 тысяч тонн современных безопасных взрывных материалов, доля которых в общем объеме ВВ достигла 78%, а с 2013-го разработанные технологии широко внедряются в Кривбассе: на шахтах ПАО "Кривбасзалізрудком" применено более
8,7 тысяч тонн безтротиловых ВВ; на шахтах ЧАО "Сухая Балка" - более 10,3 тысяч тонн.

- Как это повлияло на здоровье окружающей среды? И чем это можно измерить?

Н.С.:Любая деятельность человека наносит ущерб окружающей среде, но этот вред можно минимизировать и разрабатывать меры для восстановления окружающей среды. Оценить негативное влияние технологий на окружающую среду можно с помощью интегрального показателя экологического влияния, методику определения которого разработали специалисты Института проблем природопользования и экологии НАН Украины.

Как показала сравнительная оценка специалистов, созданные и введенные технологии по показателю интегрального экологического влияния в 11 раз безопаснее, чем традиционные технологии подземной добычи руды. Так, при введении на "ЗЖРК" комплекса инновационных природосберегающих технологий вред, причиненный окружающей среде, который рассчитан как стоимостный показатель реабилитации поврежденных земель, составлял в 2018 году более
304,5 миллионов гривен.

При этом комплексное применение разработанных технологий не только уменьшает нагрузку на окружающую среду, но и экономически выгодно. Так, по сравнению с традиционными технологиями добычи, среднегодовая производительность одного горняка возросла в
1,45 раза, а рентабельность добычи - в 4,6. Общий экономический эффект от внедрения экологоориентированных технологий на шахтах Кривого Рога и ЧАО "ЗЖРК" составляет более 416 миллионов гривен.

Опыт комплексного внедрения природосберегающих технологий добычи может быть распространен на все рудники Украины, а созданные и успешно работающие новые промышленные производства по мощности способны полностью обеспечить потребность подземных рудников в безтротиловых взрывных материалах. Созданы также предпосылки для перехода на природосберегающие технологии открыто-подземной добычи железной руды в Украине.

Справка

Работа "Разработка инновационных природосберегающих технологий добычи и их комплексное внедрение на железорудных шахтах Украины" (авторы: Ступник Н.И., Коваленко И.Л., Короленко М.К, Полторащенко С.П., Карапа И.А., Шевчик Д.В., Киященко Д.В., Небогин В.З.) представлена ГВУЗ "Криворожский национальный университет" на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники 2019 г.

Целью работы является разработка и внедрение технологий подземной добычи руд по каскадному принципу отходности, направленных на устранение негативного влияния на окружающую среду, решающих проблему утилизации отходов горнодобывающей промышленности и обеспечивающих рациональное использование сырьевых ресурсов Украины.

По теме опубликовано 249 научных работ, в частности 5 монографий, 1 пособие, 149 статей (35 - в зарубежных изданиях). Новизна и конкурентоспособность технических решений защищены 18 патентами на изобретение и 40 - на полезную модель. По данной тематике защищены 2 докторские и 4 кандидатские диссертации. Созданы и функционируют 4 новых промышленных производства по выпуску безтротиловых взрывчатых веществ и их невзрывчатых компонентов.