Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород

 

Аннотация

В данной курсовой работе представлено исследование воздействия горного производства на окружающую среду, в рамках которого рассматриваются основные процессы взаимодействия горного производства с различными элементами биосферы и оценка снижения негативных проявлений этого взаимодействия. Объектом исследования является ОАО «Шахта «Северная».

Пояснительная записка содержит 32 листа и 4 приложения.

 

 

The summary.

In the given course work the research of influence of mountain manufacture on an environment is submitted. Object of research is Mine «Severnaya».    In work the ecological and geochemical estimation of influence on natural objects of the enterprises of a mining complex is submitted, the questions of application of geochemical methods of research of objects of an environment for an estimation of their influence on natural landscapes connected to dispersion and accumulation in them of polluting substances, law of dispersion of chemical elements and formation of geochemical anomalies in various objects of an environment are covered, the recommendations for decrease of influence of the polluting factors on ecological conditions of the enterprise are given.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В процессе ведения горных работ на поверхность выносятся огромные объемы горной массы, шахтных и рудничных  вод, подземных газов и пыли, в  которых содержатся вещества, оказывающие  вредное воздействие на биосферу. В горнодобывающих районах сложилась  экологическая обстановка, требующая  принятия неотложных и действенных  мер. Наряду с традиционными для  горняков задачами охраны недр все  больше внимания стало уделяться  защите земель, подземных и поверхностных  вод, атмосферного воздуха, растительности. На горных предприятиях, в проектных  и научно-исследовательских институтах работают специалисты, отделы и лаборатории, которые осуществляют исследования и разработки, связанные с охраной  природы. Появилась потребность  в теоретических, методологических и методических разработках, на базе которых должна осуществляться практическая природоохранная деятельность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения о промышленном объекте

Общие сведения о шахте

Поле  шахты «Северная» находится в  северо-восточном замыкании Воркутской мульды. Шахта находится в долине реки Воркуты в 12 км от города Воркуты. Поле шахты №»Северная» граничит по восстанию с полями погашенных шахт № № 5 и 7. По простиранию поле шахты граничит с полем шахты «Воркутинская» на юге и полем шахты «Центральная» на западе. Нижней границей шахты «Северная» служит граница шахты «Комсомольская», которая расположена на западном крыле Воркутской мульды.

На площади шахты «Северная» расположена шахта «Аяч-Яга», которая  имеет общую с ней промплощадку и отрабатывает пласты интинской  свиты. С северной железной дорогой  шахта связана железнодорожными путями. С центром города Воркуты  промплощадка шахты связана шоссейной  дорогой. В районе шахты находятся  поселки Аяч-Яга и Северный.

Шахта «Северная» сдана в эксплуатацию в конце 1969 года, а обогатительная фабрика при ней - в 1972 году.

Строительство шахты осуществлялось по проекту  института «Гипрошахт» (г. Ленинград) на базе объединения и реконструкции шахт № 5 и 7 с проектной мощностью 2400 тыс. тонн угля в год, при 6-ти дневном режиме работы.

Шахта находится в северо-восточной  части Воркутинской мульды, в 12 км от Воркуты. Промышленная площадка вахты находится на расстоянии 0,5 км от границы жилого района пос. Аяч-Яга и 2-х км от центра пос. Северного.

Жилой фонд пос. Северного представлен  на 80 % 5-ти этажными крупнопанельными домами и 20 % - деревянными, 1- и 2-х этажными. Жилой фонд пос. Аяч-Яга представлен  деревянными бараками и каркасно-засыпными  домами.

Коммунальных  и промышленных котельных вахта  не имеет. Теплоснабжение вахты осуществляется от ТЭЦ-2, расположенной на расстоянии 1,5 км от промплошадки шахты.

Для подогрева воздуха, подаваемого  в вахту через вентствол № 1, в 1991 году в эксплуатацию введен «автономный» газовый воздухонагреватель (АГН), на котором в качестве топлива используется попутный газ метан от дегазации  угольных пластов.

Шахта предназначена для добычи угля марки  Ж-2. Выдаваемый из вахты уголь поступает на углеобогатительную фабрику с «мокрым» процессом обогащения в тяжелой магнетитовой суспензии. Обогащению подвергается уголь крупностью +6мм, а мелкий крупностью -6 мм (отсев), отгружается потребителям без обогащения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Климатические характеристики района

Район расположения шахты находится за Северным Полярным кругом в зоне преимущественного  распространения многолетней мерзлоты и характеризуется суровым субарктическим климатом с отрицательной среднегодовой  температурой (-6,3⁰ С).

Самым теплым месяцем является июль (+11,7°, самым холодным - январь (- 20,7°). Низкие температуры воздуха способствуют глубокому промерзанию грунта и наличию вечной мерзлоты. Сезонное протаивание грунта в среднем составляют 1,0-1,5 м.

В Воркуте с октября по март преобладают  ветры южного и юго-западного  направления, с повторяемостью соответственно 21% и 17%. С мая по август увеличивается  повторяемость северозападных и северных ветров, достигая в среднем 10%.

Из-за плохой защищенности в условиях тундры велика повторяемость сильных ветров.  Скорость ветра до 7 м/сек отмечается в 75% случаев, на ветры более 12 м/сек  приходится 8 %.

Среднегодовая скорость равна - 5,6 м/сек.

Характерна  высокая относительная влажность, особенно в холодное время года 86-88%, в теплое время года значение её уменьшается, достигая в июне, июле 74-75%.

Среднегодовое количество осадков составляет 550 мм, из них более 6,5% выпадает в теплый период, 35% - в холодный период года Минимум 18 мм наблюдается в феврале, максимум 79 мм в сентябре.

Шахта расположена в зоне умеренного метеорологического потенциала. Наиболее неблагоприятные  метеорологические условия для  рассеивания вредных примесей создаются  в холодное время года.

В этот период повторяемость приземных  инверсий большую часть суток  составляет 45-50%, причем повторяемость  приземных инверсий в сочетании  с малой скоростью ветра (<2м/сек) составляет 10-12%, повторяемость приподнятых  инверсий с высотой нижней границы 100-250 м равна 10-15%.

Летом приземные инверсии наиболее часто  отмечаются в ночные часы, достигая максимума в июле (60 %).

Повторяемость в дневное время равна - 1-2 %.

Приподнятые инверсии до 250 м в этот период в ночные часы и наблюдается в 4-10%, в дневные - не более чем в 2 % случаев.

В среднем за год наблюдается 68 дней с туманом, а в отдельные годы - до 82.

Туманы  в районе Воркуты наблюдаются  в течение всего года, максимальное значение повторяемости приходятся на октябрь месяц (85 дней).

Преобладание  больших скоростей ветра способствует рассеиванию вредных примесей в  атмосфере.

Вместе  с тем, могут наблюдаться метеорологические  условия, неблагоприятные для рассеивания  вредных примесей.

 

1. Геологическая характеристика шахтного поля

Границами шахтного поля являются: на западе - вертикальная плоскость, проходящая по капитальным  уклонам - магистральным штрекам  гор. минус 745 м от технической границы с полем шахты "Юр-шор" на севере и до разрывного нарушения "Л", являющегося естественной границей с полем шахты "Воркутинская", с остальных сторон - границы шахтного поля. Размеры шахтного поля по падению составляют 6250 м, а по простиранию 6830 м.

В геологическом строении шахтного поля участвуют отложения нижней и  верхней перми мощностью около  1500 м, перекрытие рыхлым чехлом четвертичных отложений мощностью от 10 до 120 м при средней 75 м.

Обнажения коренных пород отсутствуют. Пермские отложения вскрыты в разрезе  воркутской и печорской серий. Отложения  воркутской серии подразделяют на две  свиты лекворкутскую и интинскую  и представлены переслаиванием аргиллитов, алевролитов и песчаников, которые  являются вмещающими породами для угольных пластов и пропластков. Промышленная угленосность поля шахты «Северная» приурочена к разрезу рудницкой  подсвиты, являющейся верхней частью лекворкутской свиты. Здесь расположены  пласты коксующегося угля п_14+13+12+11 (Мощный), который расщепляется на 2 пласта -п_14+13+12 (Тройной) и п₁₁ (Четвертый) и нижележащий пласт п₇ (Пятый). В пределах поля шахты «Северная» для нужд энергетики отрабатываются отдельные пласты интинской свиты шахтой «Аяч-Яга».

В структурном отношении поле шахты  «Северная» расположено в районе сопряжения восточного и северного  крыльев Воркутской мульды, в тектоническом - в спокойном блоке между северо-западной и юго-восточной подвижными зонами мульды. Рабочими пластами шахты являются пласты Мощный, Тройной, Четвертый и Пятый.

 

2. Характеристика  отрабатываемых угольных пластов

Коренные  породы – уголь марки 2 Ж.

Четвертичные  отложения.

Запасы  подсчитаны методом геологических  расчетов. За верхнюю границу подсчета принята отм. – 565 м. За нижнюю границу подсчета запасов приняты горизонты с отметкой – 810 м.

Пласт Мощный (п_14+13+12+11) распространен в западной части шахтного поля и имеет развитие в пределах северной половины площади III горизонта шахты. В восточном и южном направлениях пласт расщепляется на пласты Тройной и Четвертый. Строение пластав основном относительно простое. Он состоит из двух угольных пачек, разделенных прослоем породы, мощностью до 0,40 м, представленным углистым аргиллитом или алевролитом. Верхняя пачка является аналогом пл. Тройного после расщепления пл. Мощного и имеет простое строение. На незначительной площади в средней части слоя выявлен породный прослой(0.5 - 0.08 м) представленный углистым аргиллитом. Общая мощность слоя 2,25 – 2,77 м. Нижняя пачка соответствует пл. Четвертому и во всех пластопересечениях имеет простое строение. Мощность ее колеблется от 1,26 до 1,64 м.

Мощность  пласта Мощного изменяется от 3,74 до 4,68 м (средняя 4,14 м). В целом пласт отнесен к выдержанным.

Пласт Тройной имеет устойчивую рабочую  мощность. Строение пласта, в основном, простое. Однако на отдельных участках пласт содержит породный прослой мощностью 0,06 – 0,15 м представленный углистым аргиллитом, реже алевролитом. Мощность пласта колеблется от 2,04 до 2,8 м, составляя в среднем 2,3 м. Пласт в целом относится к выдержанным. Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитами и алевролитами Пачка аргиллитов мощностью 0,4 – 1,0 м залегающая непосредственно над пластом является весьма слабой, легко обрушаемой и образует ложную кровлю. Она имеет повсеместное распространение. Вышележащая пачка алевролитов более устойчива. Основная кровля пласта, представлена устойчивыми песчаниками мощностью 5-13 м и залегает выше кровли пласта на 7-1 Ом. Непосредственная почва пласта представлена аргиллитами очень низкой прочности и залегающими ниже, довольно прочными алевролитами. Мощность аргиллитной пачки   0,4-2,0 м. В 2-2,5 м ниже подошвы пл. Тройного залегают устойчивые песчаники.

Пласт Четвертый залегает в среднем на 15 м ниже пласта Тройного, имеет устойчивую рабочую мощность. Мощность пласта изменяется от 1,22 до 1,52 м, средняя 1,39 м. Строение пласта на большей части шахтного поля простое и лишь в крайней северо-восточной части III горизонта отмечается прослой углистого аргиллита мощностью 0.08 м. В целом пласт отнесен к группе выдержанных. Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитами и алевролитами. Нижняя часть аргиллитовой пачки является весьма неустойчивой и образует ложную кровлю. Основная кровля пласта представлена устойчивыми песчаниками мощностью 10-12 м, расстояние между песчаной пачкой и кровлей пл. Четвертого колеблется в пределах 0,6-1,0 м. В целом песчаная пачка представляет устойчивый горизонт высокой прочности. Почва пласта представлена аргиллитом, реже алевролитом. Нередко аргиллит залегает в виде маломощного прослоя 0,1-0,2 м и образует ложную почву.

Пласт Пятый залегает ниже пласта Четвертого в среднем на 32 м и на всей площади шахтного поля характеризуется устойчивой мощностью. Мощность пласта изменяется от 0,8 до 0,93 м, средняя мощность 0,84 м. Пласт является относительно выдержанным. Кровля пласта имеет сложное строение и представлена аргиллитами, алевролитами и песчаниками. Нижняя часть аргиллитовой пачки, залегающей непосредственно над пластом является весьма слабой и может образовывать ложную кровлю. Почва пласта представлена аргиллитом, мелкозернистым песчаником и реже алевролитами. Для всей площади шахтного поля характерно наличие мощной пачки песчаника, залегающего на небольшом расстоянии (0,5-1,0 м) от подошвы пл. Пятого.

 

 

3. Краткая гидрогеологическая характеристика месторождения

Шахтное поле отрабатывается значительно ниже зоны многолетнемерзлых пород, поэтому  их влияние на эксплуатационные работы сказываться не будут. На площади  шахтного поля выделяются два водоносных комплекса: рыхлых четвертичных отложений  и коренных пород. Питание водоносного  комплекса четвертичных отложений происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод. Начиная с отметки минус 50 м коренные породы практически не обводнены. В целом гидрогеологические условия при отработке запасов угля характеризуются как простые. Начиная с 1984 года отмечено уменьшение водопритока на горизонте минус 565 м с 70 м³/час до 20 м³/час, а общешахтный стабилизировался на уровне 115-130 м³/час.

На  площади шахтного поля соленых вод  не встречается. Специальных мероприятий  по борьбе с подземными водами не требуется.

Горно-геологические  условия шахтного поля характеризуются  как сложные, в связи с большой  глубиной отработки (900 м и более от поверхности), наличием разрывных нарушений, а также неустойчивыми и слабоустойчивыми вмещающими породами на рабочих пластах. Непосредственная кровля рабочих пластов представлена аргиллитами, алевролитовыми аргиллитами и алевролитами. По типу устойчивости от неустойчивой до среднеустойчивой. Для пластов Мощного и Тройного среднеустойчивая непосредственная кровля имеет наибольшую распространенность и занимает 50 % площади, неустойчивая кровля встречается в виде сравнительно небольших пятен.

Мощность  зоны газового выветривания составляет порядка 100-200 м. Гипсометрические отметки поверхности метановой зоны составляют от 0 до 40-50 м. Закономерное нарастание природной метаноносности рабочих пластов происходит вглубь от границы метановой зоны и достигает максимального значения 26.4 м³ /т на отметке минус 850 м.

Шахтное поле шахты "Северная" относится  к сверхкатегорийному по метану. Помимо метана в составе газов угольных пластов поля шахты "Северная" присутствуют тяжелые углеводороды, углекислый газ и свободный водород. Первые два присутствуют в незначительных количествах и выделение их в  горные выработки будет ничтожным  и не окажет заметного влияния  на состав атмосферы. Более существенное значение для безопасности горных работ  может иметь свободный водород. Его распределение и образование  невыяснено. Содержание по отдельным  пробам колеблется от 0,2 до 1,8 м³ и более на 1 т сухой бесзольной массы. По фактическому наличию внезапных выбросов угля и газа пласт Тройной с отметки минус 400 м отнесен к выбросоопасным. Пласты Мощный и Тройной на поле шахты "Северная" отнесены к опасным по внезапным выбросам угля и газа, а пласт Пятый с отметки минус 750 м к опасным по горным ударам. Пласт Четвертый угрожаемый по горным ударам. Все пласты угля опасны по взрыву пыли, все породные забои силикозоопасны. Пласты шахты не склонны к самовозгоранию.