3263

является их отношение к прямому производству как наиболее потенци-

крупный, относительно замкнутый регион, ресурснонезависимый, жизнь которого определяется наличием предприятий доминирующих отраслей и развитием инфраструктуры.

С экологических позиций возможность жизни и деятельности та­ кого ППК зависит от результатов взаимодействия "первичной" экосис­ темы региона, под которой понимается окружающая природа и социаль­ ная среда и население региона

Рассмотрим взаимосвязи "новой" экосистемы, включающей в себя исходное (вход), взаимодействие (функционирование) и результат (выход).

Исходное - это человек и окружаются его среда(ОС), включающая основные компоненты: атмосферу, гидросферу, литосферу, биосферу и социосферу. При этом все компоненты окружающей среды - необходимые условия существования всего живого,включая человека.

Функционирование (деятельность) ППК - это все перечисленные ранее компоненты ОС, которые служат одновременно источниками ре­ сурсов всех видов, объектом производства, предметами труда, произ­ водителями продукций человек),приемниками отходов всех типов.

Результаты(выход) деятельности ППК - это промышленная продук­ ция, отходы, качественно-количественные изменения всех компонентов ОС, а именно: физического, химического, биологического и социаль­ но-экономического их состояния и потребительских свойств, а также изменение состояния здоровья населения.

Для описания взаимодействия такой сложной динамической систе­ мы принята модель дискретно-связанной системы(ДСС) имитацион­ но-функционального типа с балансовыми количественно-качественными уравнениями и эколого-экономическими соотношениями. Свойства ДСС: единство и иерархичность уровней структуры и функций подсистем; относительная упорядоченность элементов и связей; развитие системы и подсистем во времени; их адаптация, самоорганизация, эмерджентность.

Антропотехногенное воздействие(нагрузка) на экосистему при функционировании ППК возникает при освоении ресурсов, производстве продукции, образовании отходов и возвращении их в окружающую сре­ ду. Сопротивление экосистемы нагрузке и степень ее деградации за­ висят от интенсивности и длительности воздействия и находятся в гиперболической связи. Упрочение экосистем осуществимо за счет их усложнения,т. е. количественно-качественного видового разнообразия.

Указанные закономерности сохраняются независимо от вида наг­ рузки и типа ее носителя. Такой системно-комплексный подход позво­ ляет осмыслить настоящее, объяснить прошлое и прогнозировать буду­ щее развитие экосистем, количественно и качественно оценить их ус­ тойчивость по отношению к нагрузке.

ПРОБЛЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Развитие в Западно-Уральском регионе высокоотходных отраслей промышленности, преимущественно горнодобывающей, металлургической,

химической, привело к существенным негативным экологическим изме­ нениям в природной среде. Концентрация вредных производств в го­ родских агломерациях нарушила нормальную среду обитания жителей многих городов: только в одном из наиболее экологически напряжен­ ных Березниковско-Соликамском районе на каждого жителя накоплено 460 т галитовых отходов, 110 т глинисто-солевых шламов, 65 м3 дистиллерной жидкости. Минерализация воды в подземных и поверхностных водостоках за последние 15-20 лет увеличилась в 1,6-5 раз.

Разработка и внедрение мало- и безотходных технологических процессов не позволяют избежать накопления неутилизируемых промыш­ ленных отходов. В настоящее время для большинства промышленных от­ ходов не разработаны отечественные технологии утилизации, а су­ ществующие способы переработки капиталоемки и малоэффективны. Привлечение специализированных иностранных фирм пока осложнено и требует значительных валютных затрат. В этой связи представляется технически возможной, экономически целесообразной и экологически необходимой изоляция промышленных отходов путем их складирования и /или захоронения. Наряду с традиционно рассматриваемым захоронени­ ем промышленных отходов представляется актуальным временное хране­ ние перспективных (с точки зрения утилизации) отходов промышленно­ го производства в заглубленных и подземных хранилищах естественного и искусственного происхождения. Дня этих целей можно использовать существующее выработанное пространство рудников, шахт и карьеров; подземные полости нефтяных и газовых месторождений; техногенные подземные полости, образуемые скважинной геотехнологи­ ей; геологические пласты, обладающие коллекторскими свойствами (поглощающие горизонты); специальные подземные сооружения шахтного типа; естественные полости (типа карстовых).

Решение проблемы требует проведения комплекса фундаменталь­ ных и прикладных исследований, включающих:

классификацию промышленных отходов по возможности их ути­ лизации, степени опасности; изучение изменчивости их физических и химических свойств при длительном взаимодействии с атмосферой и породным массивом хранилищ;

изучение геологического строения, геофильтрационных, геомиграционных и геомеханических процессов применительно к выбору мес­ та расположения и типа хранилища;

разработку методов обеспечения надежности и безопасности хранилища, исключения возможности утечки флюидов через зоны есте­ ственной и техногенной нарушенности;

разработку оптимальных технологий складирования и/или захо­ ронения производственных отходов в природные и искусственные под­ земные резервуары;

разработку системы комплексного мониторинга, систем контро­ ля за состоянием природной среды при размещении и хранении промы­ шленных отходов.

Предложенные подходы реализованы в разработанных при непос­ редственном участии авторов экологических требованиях к выбору места, проектированию, строительству и эксплуатации заглубленных и подземных хранилищ в рамках государственной научно-технической программы "Экологическая безопасность России".

Работа выполнена „при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (94-05-16010).

КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ

д.т. н. М. IL Нестеров (ВНИИГ)

Сучетом рекомендаций МАГАТЭ по захоронению в недрах радиоак­ тивных отходов (РАО), результатов исследований, проводимых раз­ личными зарубежными организациями по обоснованию условий безопас­ ного захоронения токсичных отходов в горных выработках и породной толще, а также исследований отечественных организаций по обращению

стоксичными отходами при их обезвреживании и захоронении на со­ ответствующих полигонах концепция размещения различных промышлен­ ных отходов (исключая РАО) в подземных хранилищах сводится к сле­ дующим основным положениям.

Подземное размещение промышленных отходов допускается при ус­

ловии, что ни в период его осуществления, ни в будущем оно не при­ чинит вреда ни населению, ни биосфере в целом. Для соблюдения это­ го условия подземное размещение промышленных отходов должно производиться при соблюдении двух групп ограничений: к выбору мес­ та для создания подземных и заглубленных хранилищ и к их проекти­ рованию, строительству и эксплуатации.

Экологическая безопасность подземых хранилищ должна, в первую очередь, основываться на адекватном анализе длительной устойчивое-

ти таких сооружений с учетом основных факторов, которые могут при­ вести к нарушению изолирующих свойств вмещающего породного масси­ ва

Для размещения промышленных отходов различного класса опас­ ности в соответствии с разработанной типизацией предлагается ис­ пользовать существующее выработанное пространство рудников, шахт, карьеров, подземные полости нефтяных и газовых месторождений, спе­ циально сооружаемые емкости, естественные карстовые и другие поло­ сти.

Создание и использование крупных подземных выработок для эко­ логической изоляции промышленных отходов в условиях Западного Урала наиболее перспективно в соляном породном массиве Верхнекам­ ского калийного месторождения: большая мощность соляной залежи, высокая технологичность проведения горных работ, высокая природная газо- и водонепроницаемость массива, отсутствие трещиноватости и возможность залечивания (затекания) техногенных дефектов.

Использование соляного породного массива при создании подзем­ ных хранилищ связано как со спецификой реологии солей, так и с во­ зможностью использования существующих (или создания новых) вырабо­ ток большого сечения.

Предложенные подходы реализованы в разработанных при непос­ редственном участии авторов экологических требованиях к выбору места/проектированию, строительству и эксплуатации заглубленных и подземных хранилищ в рамках государственной научно-технической программы "Экологическая безопасность России".

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (94-05-16010).

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Д.Т. н. В. Г. Зильбершмидт (ПГТУ), к. ф. -м. н. Е Е Зильбершмидт (ГИ УрО РАН), И. Е Щапова (ПГТУ)

Меры, направленные на охрану окружающей среды и создание эко­ логически чистых производств, требуют разработки и широкого ис­ пользования подэемных емкостей в соляных отложениях, предназначен­ ных для захоронения промышленных отходов. Для обеспечения длитель­ ной устойчивости таких сооружений необходимо исследование и адек­

ватное описание деформационного поведения породного массива в ши роком диапазоне времен нагружения.

Модельное описание особенностей деформирования соляных поро требует учета процессов зарождения и развития микроскопических де

кой формы в соляной горной породе проведено с использованием мето­ да конечных элементов на основе системы уравнений, описывающих квазистационарное течение материала. Получены поля скоростей и напряжений для различных диаметров емкости и глубин ее заложения. Определены области возможного зарождения и развития микросдвигов к образования микротрещин, вызывающих нарушение изолирующих свойст! хранилища и появление опасных зон при оценке длительной устойчи­ вости подземного сооружения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонде фундаментальных исследований (94-05-16010).

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ СОЛЯНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОРГАНАМИ КОМБАЙНА

Е А. Харламова, д. т. н. В. Г. Зильбершмидт, к. т. н. Л. И. Старков (ПГТУ)

Используемые в калийных рудниках соледобывающие комбайны ос­ нащены самыми различными отбойными органами. Отбойка руды этим*

рического состава руды и удельной энергоемкости разрушения отдель­ ным реэцом.

Исследования проводили на блоках калийной руды размерами 0.4

*0.45 * 0.6 м (взятых из пласта "Красный-11" на руднике БКРУ-1)

му трещин разной пространственной конфигурации, в некоторых случа­ ях облегчающую разрушение при отработке последующего слоя. Наибо­

ладает преимуществами по сравнению с традиционными: шахматной и последовательной. При резании по шахматной и последовательной схе­

карбонатов и ангидрита. Поверхность разрушения вдоль таких границ имеет ямочное строение, напоминающее вязкое межзеренное разруше­ ние.

Полученные результаты использованы для анализа разрушения со­ ляных объектов под воздействием породоразрушающего инструмента при резании.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Д. т. н. В. Г. Зильбершмидт (ПГТУ), С. В. Володин (ГИ УрО РАН)

Модель предназначена для оптимизации параметров технологичес­ кого процесса размещения горных и промышленных отходов в подземных выработках калийных рудников. Реализация модели позволит по выб­ ранному критерию оптимальности обосновать технологическую схему, включающую: подготовку промышленных отходов на поверхности рудника (измельчение, транспортирование по поверхности, приготовление пульпы), подачу в ствол и транспортирование по вертикальному участку пульпопровода, гидротранспорт по горизонтальным горным вы­ работкам, размещение отходов в камерах (хранилищах), систему сбора транспортирующей жидкости - рассолов на участке размещения отходов и их осветление, участковую откачивающую установку, горизонтальный участок трубопроводного транспорта возвратного рассола, главную насосную станцию, рассолопровсд в стволе и на поверхности.

В качестве критерия оптимальности выбраны суммарные удельные приведенные затраты.

Модель может быть использована при проектировании как новых комплексов по размещению горных и промышленных отходов, так и при реконструкции действующих комплексов гидравлической закладки выра­ ботанного пространства на калийных рудниках.

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОМЬШШЕННЫХ ОТХОДОВ В КОМБАЙНОВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ

Д.т. н. R Г. Зильбершмидт, к. т. н. В. А. Старцев (ПГТУ)

Создание экологически чистой технологии подземной разработки калийных руд для единственного эксплуатирующегося в Российской Фе-