Вступ. Загальні положення про надрокористування

Одной из наиболее опасных отраслей народного хозяйства является горнодобывающая промышленность. Это базовая отрасль экономики страны, так как добыча и использование полезных ископаемых жизненно важны для функционирования различных систем общества. Разработка месторождений полезных минеральных ресурсов осуществляется различными способами:

- горным, подразделяемым на подземный (шахтный) и открытый (карьерный);

- скважинным (геотехнологическим).

Открытый (карьерный) способ добычи полезных ископаемых является более экономичным, по сравнению с подземным, и получил преимущественное распространение в мире (на его долю приходится до 80% добычи всех твердых ископаемых). Подземным способом целесообразно добывать коксующиеся и ценные энергетические угли, залегающие на больших глубинах (до 2000 и более метров), железные и марганцевые руды, а также жильные руды цветных металлов, каменные соли и часть фосфатного сырья.

Скважинный способ разработки традиционно применяется для жидких и газообразных полезных ископаемых. Однако с развитием техники скважинным (геотехнологическим) способом стали добывать и твердые полезные ископаемые. Отличительная особенность скважинных методов состоит в том, что полезные компоненты за счет какого-либо воздействия переводят в подвижное состояние и в виде пульпы или раствора подают на поверхность.

Горнодобывающая промышленность характеризуется как природо- эксплуатирующая отрасль народного хозяйства, оказывающая отрицательное воздействие на окружающую среду, которое имеет большое социальное и экономическое значение. Такое воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным, являющимся следствием первого. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышают размеры зоны локализации прямого. Как правило, в нее попадают не только элементы биосферы, подвергающиеся непосредственному воздействию, но и другие элементы.

Действующая система охраны окружающей среды в горнодобывающей промышленности сложилась, в основном, на принципах 40-50 летней давности. Она уже не соответствует современной горно-геологической и производственно- технической специфике освоения недр, достигнутой интенсивности и реализуемым масштабам добычи и переработки полезных ископаемых, сложившимся к данному времени состоянию естественных экосистем и тенденциям изменения качества окружающей среды, многим другим новым обстоятельствам. Дальнейшее использование такой системы не позволяет рассчитывать на изменение к лучшему положению дел с экологической безопасностью освоения недр. Нерешенность вопросов проблемы охраны окружающей природной среды обусловлена в горной промышленности рядом причин объективного и субъективного характера:

- недостаточным обоснованием экологических ограничений в технологии добычи и переработки ископаемых;

- качественными различиями кругооборота веществ и энергии в искусственных (хозяйственных) системах по сравнению с естественными (экологическими);

- противоречиями между требованиями улучшения технико-экономических показателей горного производства и необходимостью сохранения биосферы в оптимальном состоянии;

- недостаточной разработанностью методов экономической оценки природных ресурсов и ущерба, наносимого горным производством элементам биосферы;

- ведомственным подходом к охране и рациональному использованию природных ресурсов;

- недостаточной эрудицией работников горного производства в вопросах экологии.

Как показывает накопленный опыт, оптимизация воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнута лишь путем экологизации производства, а также его диверсификации.

Специалисты в области экологии горного производства должны:

1) иметь представления о:

- экологических особенностях основных секторов горнодобывающей промышленности, экологических проблемах на предприятиях и путях их решения на основании системного подхода;

- государственных и региональных программах охраны ОПС и рационального использования природных ресурсов;

2) знать:

- принципы организации и управления природопользованием и охраны ОПС на горнодобывающем предприятии;

- технические направления по снижению загрязнения природной среды промышленными выбросами в атмосферу и сбросами шахтных вод, а также твердыми отходами;

- методы очистки, технологии переработки и утилизации промышленных выбросов и сбросов в окружающую среду, а также твердых отходов;

- нормативно-правовую документацию, стандарты в области охраны атмосферного воздуха, водных объектов и почв на предприятиях;

3) уметь эксплуатировать устройства и оборудование, применяемые для снижения выбросов и сбросов в окружающую среду, а также твердых отходов, их переработки.

[3] с. 137 – 139

1.2 Походження твердих горючих копалин

1.2.1 Вихідний матеріал й умови утворення твердих горючих копалин

У рослинах відбувається утворення багатьох природних вищих молекулярних сполук. У них здійснюється безперервний біохімічний синтез вищих полісахаридів (це­люлози) і лігніну. Каталізаторами, які збільшують у сотні тисяч і мільйони разів швид­кість реакцій синтезу вищих молекулярних сполук у рослинах, служать ферменти (або ензими) - речовини білкової природи. Якщо рослини являють собою складний ком­плекс органічних сполук, основою якого є високомолекулярні вуглеводи, то в основі тваринного світу також лежать вищі молекулярні сполуки - білки.

Ліпіди (бітумоутворювачі). До ліпідів відносять жири, воски, смоли й бальзами, а також (до деякої міри умовно) - спорополеніни, кутин, суберин і фосфатиди. Більша частина ліпідів перебуває переважно усередині клітин організму.

Жири й жирні мастила - це естери триатомного спирту гліцерину СН₂ОН-СНОН - СН₂ОН і різноманітні жирні кислоти. Серед них можуть бути як граничні ки­слоти, наприклад пальмітинова С₁₅Н₃₁СООН і стеаринова С₁₇Н₃₅СООН, так і негранич-ні кислоти з одним подвійним зв'язком, наприклад олеїнова, а також з по­трійним зв'язком, наприклад тариринова кислота.

У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але елементний склад їх відносно мало коливається й дорівнює в середньому, %:

С - 76-79 , Н-11-13, О-10-12.

Шляхом гідролізу (омилення) жири легко розщеплюються на гліцерин і жирні кислоти, причому різні кислоти виявляють неоднакову стійкість до дії високих темпе­ратур і мікроорганізмів. Так, граничні жирні кислоти досить стійкі не тільки при зви­чайних температурах, але й при нагріванні навіть до 400°С вони важко втрачають свою карбоксильну групу й не розкладаються. Досить стійкими є й неграничні жирні кис­лоти з одним подвійним зв'язком (типу олеїнової). Неграничні кислоти із двома й бі­льшим числом подвійних зв'язків менш стійкі. Вони легко окиснюються й полімери­зуються, а при нагріванні до 300 °С розпадаються з розривом вуглецевого ланцюга й утворенням суміші насичених і ненасичених вуглеводнів жирного ряду.

Для хімічної характеристики жирів й інших ліпідів визначаються температура плавлення й числа - йодне, омилення й кислотності.

Віск, кутин, суберин. Воски - складні ефіри (естери) одноосновних жирних ки­слот і вищих одноатомних спиртів, наприклад, монтановий віск - це ефір монтанової кислоти С₂₇Н₅₅СООН і церилового спирту С₂₆Н₅₃СООН. Сьогодні відомо близько 300 видів твердих і рідких восків. Вони належать до дуже стійких складових частин рослин, хоча, як і жири, здатні піддаватися гідролізу. Біологічне призначення восків -вкривати найтоншим шаром стебла, листя, оболонки плодів наземних рослин, захи­щаючи їх від зовнішніх впливів. У нижчих рослин воски зосереджені в оболонках клі­тин. У порівнянні з жирами воски більш багаті вуглецем (80-82%) і воднем (13-14%) і, отже, містять менше кисню (4-7%). Дуже близько до восків стоїть кутин, який просо­чує зовнішній шар епідермісу листя і молодих бруньок, утворюючи кутикули, а також суберин - речовина коркової тканини в корі деяких рослин. З хімічної точки зору ку­тин є різновидом восків, але утворений жирними кислотами з більш низькою молеку­лярною масою. Міститься він у рослинах у невеликій кількості (до 3,5%), головним чином у листі, шкірочці плодів і корових частин. Кутин і суберин дуже стійкі до дії гідролізуючих агентів і мікроорганізмів. Ще більшою стійкістю щодо дії кисню, бакте­рій, мінеральних кислот, розчинів лугів і нагрівання (до температури близько 200 °С) наділені близькі до восків, кутину й суберину високомолекулярні речовини - споро­нін і поленін, які утворюють оболонки спор та пилку.

До групи ліпідів входять також жироподібні розчинні в спирті речовини - фо­сфатиди. Вони, крім вуглецю, водню, кисню, містять також фосфор, азот, іноді сірку. Розглядаються як похідні фосфорної кислоти, пов'язаної з гідроксильними групами багатоатомних спиртів. Зосереджуються фосфатиди переважно в насінні і пилку.

Смоли й бальзами. Смоли мають подібність із восками, оскільки до їх складу входять естери. Але воски належать до числа аліфатичних сполук, а смоли в основному складаються зі сполук циклічних, частина яких має ароматичний характер.

У складі смол розрізняють наступні групи сполук: смоляні кислоти, одно- або бага­тоатомні спирти (резиноли), ефіри смоляних кислот і резинолів або одноатомних фенолів (таннолів), інертні вуглеводні (резени). Нерідко в рослинних смолах присутні також речо­вини вуглеводного характеру - камеді. Подібні смоли називаються смолокамедями.

Елементний склад смол (%): С - 79, Н - 10, О - 11.

Рослинні смоли хімічно більш стійкі, ніж жири і воски, але деякі з них здатні гідролізуватися, утворюючи ароматичні кислоти (бензойну, коричну) і спирти, напри­клад, бензиловий. Частина смол може окиснюватися, полімеризуватися й здобувати при цьому ще більшу стійкість.

Смоли - це секреторні виділення вищих (головним чином хвойних) рослин. їх при­значення полягає в тому, щоб служити пластиром у випадку поранення рослин, причому смоли виділяються у вигляді бальзамів, тобто в суміші з ефірними маслами. При витіканні бальзаму з пораненого дерева легколеткі ефірні масла випаровуються, а на рослинах нако­пичуються напливи смол - майбутні конкреції смол у викопному вугіллі.

Вуглеводи. Поширена в природі група багатоатомних спиртів (цукрів, целюлози, крохмалю тощо). У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речо­вин. Деревина, наприклад, містить понад 50% найбільш складних вуглеводів, до яких належить целюлоза. Водночас у деревині містяться прості вуглеводи, пектинові речо­вини й геміцелюлози.

Прості вуглеводи. До цієї групи вуглеводів належать розчинні в холодній воді найпростіші моносахариди - гексози і пентози С₅Н₁₀О₆. Пентози поширені в рослинах, входять до складу речовини клітин.

Пектинові речовини здатні розчинятися в гарячій воді до 100°С. Вони містяться як у багатоклітинних, так і в нижчих рослинах, а також в альгах (водоростях). У хімічному відношенні пектинові речовини - високомолекулярні ангід­риди пентоз і гексоз. Вони досить стійкі до дії бактерій, але піддаються гідролітично­му розщепленню в природних умовах під впливом ферментів, у результаті чого утво­рюються пентозани і гексозани.

Геміцелюлози є супутниками целюлози в стінках рослинних клітин, в деяких рослинах складають переважну частину вуглеводів. Геміцелюлози зараховують до ви­щих молекулярних сполук, вони займають проміжне місце між целюлозою й крохма­лем. Геміцелюлози здатні гідролізуватися 2-4%-м розчином НС1 з утворенням пентоза­нів, гексозанів і поліуронідів, причому, у свою чергу, пентозани й гексозани при пода­льшому гідролізі утворюють відповідно пентози й гексози.

Целюлоза, або клітковина належить до полісахаридів, гетерола-нцюгових вищих молекулярних сполук з макромолекулярною будовою. Вона - голо­вна складова частина деревини. Целюлоза являє собою лінійний стереорегулярний (синдіотактичний) природний полісахарид, побудований з ангідридів Б-глюкопіранози. Стереорегулярна будова макромолекули й стійкість конфірмаційної форми її елементарної ланки виділяє целюлозу із усього ряду полісахаридів, у тому числі й найбільшою стійкістю до хімічних впливів.

Лігнін. Поряд із целюлозою в стінках клітин більшості вищих рослин перебуває лігнін, будова якого ще не повністю з'ясована. Вважають, що лігнін - нерегулярно по­будована вища молекулярна сполука із тривимірною структурою розгалужених мак­ромолекул. Початі спроби представити будову лігніну у вигляді хімічних формул від­бивають лише загальні принципи його будови. Не з'ясовано ще, чи складається лігнін із цілком ідентичних макромолекул, а також не встановлена його молекулярна маса; приймають від 682 до 1 000 000.