Збереження довкілля і здоров'я працівників — головний пріоритет сучасних технологій видобування руди

При цьому в Україні сконцентровано близько 20% світових запасів залізної руди (понад 30 млрд т), видобування й переробка якої забезпечує до 30% експортного потенціалу нашої країни. Найбільш значущі родовища утворюють район так званого Великого Кривого Рогу.

Проте гірничодобувна галузь за визначенням має найбільш негативний вплив на довкілля, оскільки руйнує цілісність надр, порушує екосистему, призводить до антропогенного забруднення повітря та водних ресурсів.

За останні 140 років у районі Великого Кривого Рогу видобуто понад 6 млрд тонн залізорудної сировини, що загалом призвело до необоротної трансформації довкілля з природної в техногенну екосистему: у відвалах рудників накопичено близько 13 млрд тонн гірських порід, які разом із хвостосховищами займають площу понад 63 тис. га, ще 60 тис. га - у зоні підтоплення; у надрах сформовано сотні мільйонів кубічних метрів порожнин, що призводить до порушень денної поверхні з провалами та зонами зсувів. Подальше освоєння родовищ відкритим способом призводить до збільшення глибини кар'єрів і зростання шкідливого навантаження на довкілля та здоров'я людей. При цьому ресурс видобування відкритим способом може бути вичерпаний у найближчі 20–30 років.

Чи можна докорінно змінити ситуацію в галузі й відповідних регіонах? Із цим питанням ми звернулися до провідних учених та виробничників, які безпосередньо опікуються проблемами родовищ району "Великий Кривий Ріг", - доктора технічних наук, професора, ректора Криворізького національного університету Миколи Ступніка, генерального директора ПрАТ "Запорізький залізорудний комбінат" Михайла Короленка та головного фахівця з охорони навколишнього середовища ПрАТ "Запорізький залізорудний комбінат" Валерія Самойлова.

Микола Ступнік: Технології видобування корисних копалин базуються на процесах, що відбуваються у безпосередньому масштабному контакті з основними компонентами довкілля: повітрям, ґрунтами, підземними і поверхневими водами та літосферою.

Тому стратегія подальшого розвитку видобування залізорудної сировини потребує впровадження принципово нових технологій, які забезпечать виконання вимог з охорони навколишнього середовища та концепції сталого розвитку.

Перспективи зменшення дестабілізуючого впливу гірництва на довкілля пов'язані з розвитком в Україні підземного видобування корисних копалин за каскадним принципом відходності при реалізації технології закладки виробленого простору, зниження скидів високомінералізованих вод і токсичних викидів в атмосферу. Тобто технологія видобування має передбачати використання відходів власного виробництва для закладення простору, який до видобування руди займав рудний масив. Це не тільки поновить цілісність земного масиву зі збереженням усіх його структурних та фізико-механічних властивостей (тобто повністю усуне загрозу нині й у майбутньому просідань земної поверхні та утворення катастрофічних провалів), а й дозволить виключити утворення нового техногенного рельєфу з відвалів гірських порід, зменшити засмічення відходами та запобігти розширенню площі земель, що необоротно "поховані" під відвалами та відходами і не можуть використовуватися за призначенням.

Науковці Криворізького національного університету (КНУ) успішно розробляють наукові основи ресурсозберігаючих технологій підземного видобування втрачених залізних руд магнетитових кварцитів, пропонують шляхи розв'язання фундаментальної науково-технічної проблеми визначення закономірностей трансформації напружено-деформованого стану порушеного виробками гірського масиву для збереження Криворізького залізорудного басейну. При цьому отримані результати є не просто теоретичним надбанням - розробки успішно впроваджуються безпосередньо у виробництво.

- Але, як відомо, закладення виробленого простору вже застосовується в шахтах?

Михайло Короленко: Звісно, сама ідея закладення виробленого простору нібито не нова. Однак сама закладка повинна зберігати свої властивості, нести відповідне навантаження протягом усього майбутнього часу, в ідеалі - назавжди.

За проектами науковців Науково-дослідного гірничорудного інституту Криворізького національного університету Запорізький залізорудний комбінат при освоєнні багатих залізних руд Білозерського родовища реалізує камерну систему розробки з твердіючою закладкою виробленого простору. Проте початковий проект передбачав використання в складі твердіючих закладок достатню кількість високоякісного в'яжучого (по суті - цементу), що призводило до значного здорожчання собівартості видобування. Подальші дослідження та спільна робота науковців і виробничників дозволила розробити сучасну систему закладення виробленого простору твердіючою закладкою, в якій використовується мінімальний вміст в'яжучого: завдяки врахуванню напружено-деформованого стану геомасиву та застосуванню каскадного принципу відходності - для виготовлення твердіючої суміші використовуються відходи власного виробництва, високомінералізована шахтна вода та відходи металургійних підприємств. Так, наші колеги з КНУ встановили, що рівень напружень при заповненні відпрацьованих камер розробленою закладкою знижується на 11–16%, а просідання гірського масиву зменшується у 2,2 разу.

Реалізація розробленої технології видобування на ПрАТ "ЗЗРК" за останні 10 років забезпечила збереження стійкого стану рудного масиву, цілісність денної поверхні та водоносних горизонтів; зменшення втрат руди; масову утилізацію в складі твердіючої закладної суміші промислових відходів металургійного виробництва, гірських порід відвалу, вторинних ресурсів промисловості та системи осушення родовища. Щорічно в складі закладних сумішей виробленого простору утилізується понад 4,4 мільйонів тонн промислових відходів, а за весь період реалізації технології утилізовано у виробленому просторі близько 50 мільйонів тонн відходів та порід відвалу.

- Однією з проблем підземної розробки є високомінералізовані шахтні води, які підприємства зазвичай скидають у річки. Як вдається її вирішувати?

Валерій Самойлов: Справді, проблема утилізації високомінералізованої шахтної води; водовідведення та очистки стічних вод, осушення родовища надзвичайно болюча для кожного підприємства, яке здійснює підземне видобування корисних копалин.

Проте нашим підприємством реалізовані ефективні та екологообґрунтовані системи очистки та акумуляції зворотних вод з виключенням скидів у відкриті водотоки прісних вод. Високомінералізовані шахтні води частково утилізуються в складі твердіючої закладки виробленого простору, а все інше спрямовується в ставок-випаровувач, який має розвинену площу дзеркала випаровування і в майбутньому стане джерелом солей як антропогенне родовище, а стічні води очищуються і спрямовуються на поля фільтрації.

Реалізація такої системи забезпечує: систему оборотного водопостачання на закладному комплексі; мінімальний вплив на осідання земної поверхні і, як наслідок, усувається підтоплення земель і подальший негативний вплив на техногенне середовище; мінімальний вплив на гідрогеологічні умови водоносних горизонтів; запобіжні цілики під водоносними горизонтами осадової товщі за всіма критеріями перебувають у стійкому стані; відсутність потреби осушувати водоносні шари верхнього гідродинамічного комплексу, що дало можливість зберегти ці горизонти для водопостачання району; використання шахтної води для закладної суміші та для зрошення полів фільтрації.

На цей час ПрАТ "ЗЗРК" повністю припинив скиди у відкриті водотоки прісних вод - а це понад 900 тисяч кубометрівщорічно! Отримані результати дозволяють нашому підприємству (при подальшому розвитку) освоїти шахтні води для питного та господарського водокористування при застосуванні очисних споруд і відмовитися від постачання вод від КП "Облводоканал". Об'єм відкачуваної технологічної води дозволяє також освоїти рибогосподарський промисел. Це дасть практично замкнутий цикл при використанні шахтних вод і значно поліпшить екологічний стан у районі видобування залізних руд.

- Мешканці територій, прилеглих до гірничодобувних підприємств, страждають від забруднення атмосфери пилом та шкідливими газами, зокрема й тими, що утворюються під час вибухових робіт. Чи можна запобігти такому забрудненню, чи хоча б його мінімізувати? І що передбачає для розв'язання проблеми концепція розвитку видобування?

М.С.: Розвиток сучасного гірництва в рамках нової концепції природоощадних технологій видобування можливий лише в руслі європейських і загальносвітових тенденцій відмови від промислового застосування токсичного тротилу та створення сучасних безпечних буропідривних технологій. І хоча слова "безпека" і "вибух" нібито не поєднуються в одному реченні, йдеться про створення і впровадження технологій промислових вибухових речовин (ВР), які не містять високотоксичних і канцерогенних речовин.

Такі сучасні технології мають забезпечувати безпечність транспортування, заряджання та поводження, а сама технологія - виключати контакт працівників з вибухівкою. І такі технології в Україні створено - це технології гранульованих та емульсійних вибухових речовин (ВР), зокрема, під спільним брендом "Україніт". Вибухові речовини "Україніт" - це повністю вітчизняна технологія, розроблена нашими науковцями, конструкторами та виробничниками.

Спеціалістам відомо, що на відкритих роботах (кар'єрах) в Україні вже успішно реалізовано емульсійні технології, унікальність яких полягає в тому, що вибухівка набуває своїх властивостей тільки після заряджання, тобто безпосередньо у свердловині. При цьому працівники не мають контакту з вибуховою речовиною, оскільки вона утворюється в процесі заряджання спеціальними змішувально-зарядними машинами з невибухової й нетоксичної емульсії та невибухового сенсибілізатора.

Досвід застосування емульсійних ВР у кар'єрах показав можливість зниження викидів канцерогенної сажі, пилу й токсичних газів під час вибухових робіт на 60–70%. Проте особливості шахтної технології видобування руди, на жаль, виключають просте перенесення вибухових технологій з кар'єрів під землю. Для застосування подібних прогресивних технологій у підземних рудниках України потрібно створювати нові безпечні вибухові матеріали й технології заряджання, відповідну переносну, мобільну та самохідну зарядну техніку.

І ця проблема була вирішена! Наші колеги розробили новітні технології одержання та заряджання емульсійних ВР з керованими властивостями, які за вибуховими характеристиками не поступаються найкращим світовим зразкам, а за рівнем безпеки при застосуванні не мають аналогів у світі.

Спроектовано та виготовлено нову шахтну спеціальну модульну та самохідну змішувально-зарядну техніку (понад 40 одиниць), що забезпечила механізоване заряджання наливними емульсійними ВР як шпурів так і віяла свердловин, у тому числі крутовисхідних свердловин великого діаметра, що не має аналогів у світовій практиці підземних робіт. Створені технології в комплексі з новою технікою та технологією заряджання, а також розробленою логістикою доставки дозволяють розв'язати загальнодержавну проблему повної відмови від цивільного застосування токсичного тротилу в шахтах та знизити обсяг викидів в атмосферу отруйних газів вибуху в 2,5–3,0 рази.

Починаючи з 2009 року на ПрАТ "ЗЗРК" уже застосовано близько 11 тис. тонн сучасних безпечних вибухових матеріалів, частка яких у загальному обсязі ВР досягла 78% , а з 2013 року розроблені технології широко впроваджуються в Кривбасі: на шахтах ПАТ "Кривбасзалізрудком" застосовано понад 8,7 тисяч тонн безтротилових ВР; на шахтах ПрАТ "Суха Балка" - понад 10,3 тисяч тонн.

- Як це вплинуло на "здоров'я" довкілля? І чим це можна виміряти?

М.С.:Будь-яка діяльність людини завдає шкоди довкіллю, але цю шкоду можна мінімізувати і розробляти заходи для відновлення навколишнього середовища. Оцінити негативний вплив технологій на довкілля можна за допомогою інтегрального показника екологічного впливу, методику визначення якого розробили спеціалісти Інституту проблем природокористування та екології НАН України.

Як показала порівняльна оцінка спеціалістів, створені та впроваджені технології за показником інтегрального екологічного впливу в 11 разів безпечніші, ніж традиційні технології підземного видобування руди. Так, при впровадженні на ЗЗРК комплексу інноваційних природоощадних технологій шкода, завдана довкіллю, яка розрахована як вартісний показник реабілітації пошкоджених земель, становила 2018 року понад 304,5 млн грн.

При цьому комплексне застосування розроблених технологій не тільки зменшує навантаження на довкілля, а й економічно вигідне. Так, порівняно з традиційними технологіями видобування середньорічна продуктивність одного гірника зросла в 1,45 разу, а рентабельність видобування - у 4,6. Загальний економічний ефект від упровадження екологоорієнтованих технологій на шахтах Кривого Рогу та ПрАТ "ЗЗРК" становить понад 416 мільйонів гривень.

Досвід комплексного впровадження природоощадних технологій видобування може бути поширений на всі рудники України, а створені й успішно працюючі нові промислові виробництва за потужністю здатні повністю забезпечити потребу підземних рудників у безтротилових вибухових матеріалах. Створено також передумови переходу на природоощадні технології відкрито-підземного видобування залізної руди в Україні.

Довідка

Робота "Розробка інноваційних природоощадних технологій видобутку та їх комплексне впровадження на залізорудних шахтах України" (автори: Ступнік М.І., Коваленко І.Л., Короленко М.К, Полторащенко С.П., Карапа І.А., Шевчик Д.В., Кіященко Д.В., Небогін В.З.) подана ДВНЗ "Криворізький національний університет" на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки 2019 р.

Метою роботи є розробка і впровадження технологій підземного видобування руд за каскадним принципом відходності, що спрямовані на усунення негативного впливу на довкілля, розв'язують проблему утилізації відходів гірничодобувної промисловості та забезпечують раціональне використання сировинних ресурсів України.

За темою опубліковано 249 наукових праць, зокрема 5 монографій, 1 посібник, 149 статей (35 - у закордонних виданнях). Новизну та конкурентоспроможність технічних рішень захищено 18 патентами на винахід і 40 - на корисну модель. За даною тематикою захищено 2 докторські та 4 кандидатські дисертації. Створені й функціонують 4 нові промислові виробництва з випуску безтротилових вибухових речовин та їхніх невибухових компонентів.