Науково-технічні методи і засоби зменшення техногенного навантаження на довкілля в районі затоплених калійних шахт (на прикладі рудника "Калуш")

Abstract

Дисертацію присвячено проблемі зменшення техногенного впливу калійних шахт на довкілля шляхом розробки науково-технічних методів та засобів. Проведений аналіз і встановлено масштаби гідрохімічного та гідродинамічного впливу затоплених калійних шахт на довкілля. Доведено переваги регульованого затоплення для ліквідації соляних шахт шляхом аналізу даних з просідання, зсувів і провалів. Розроблені методика тривимірного прогнозування, математичні моделі і програми, для встановлення масштабів та прогнозу розповсюдження забруднення у підземних водах. Обгрунтовано переваги переробки розсолів над закачкою в підземні і скидом у поверхневі води. Удосконалено технологію випаровування розсолів, встановлено склад і технологію підготовки калійних відходів для переробки на розробленій випарній установці. Розроблено замкнуту екологічно-безпечну схему переробки відходів.

Диссертация посвящена экологической проблеме уменьшение техногенного влияния калийных шахт на окружающую среду путем разработки научно-технических методов и средств. Доказано преимущество применения регулированного затопления над другими методами для ликвидации соляных шахт, которые имеют приток надсольових вод в выработки путем анализа имеющихся данных по проседанию земной поверхности, сдвигов и провалов. А также с экологической и экономической точек зрения (полнота заполнения отработанного пространства шахтных выработок составляет практически 100 %, в качестве материала закладки используют отходы калийного производства - рассолы и шлам). На основании выполненного анализа и проведенных исследований влияния затопленных калийных шахт на окружающую среду установлены масштабы гидрохимического и гидродинамического влияния вытесненных рассолов из затопленных шахтных выработок на подземную, и поверхностную гидросферы. В результате доказано, что основным источником солевого загрязнения поверхностных и подземных вод в районе ликвидированных калийных шахт, методом регулированного затопления, являются размещенные в шахтных выработках высокоминерализованные рассолы (350 - 400 г/дм3). Установлено, что загрязнения гидросферы проходит через каналы гидродинамической связи, между рассолами затопленных шахт и водоносными горизонтами. Каналами связи, в данном случае, выступают карстовые провалы, стволы буровых скважин и шахт. В результате теоретических и практических исследований разработаны методика трехмерного прогнозирования распространения загрязняющих веществ в подземном водоносном горизонте, математические модели и системы автоматизированного пространственно-временного прогнозирования. Данные научно-исследовательские разработай позволяют: определять концентрацию загрязняющего вещества в любое время, в любом месте ареала загрязнения; прогнозировать форму, размер, скорость продвижения и изменение в пространстве и времени ареала загрязнения в подземных водах; подбирать и внедрять конкретные, максимально эффективные природоохранные методы для предупреждения, локализации и ликвидации существующего и возможного загрязнения. Разработанные на основе математических моделей и методик программные продукты значительно ускоряют и упрощают процессы прогнозировании и моделирования, что значительно сокращает выделение средств на последующий мониторинг окружающей среды ликвидированных рудников. Обоснованы преимущества переработки рассолов в сравнении с закачкой в подземные водоносные горизонты и отводом в поверхностную гидросеть. Разработаны технология и регламент сброса рассолов в маловодные реки во время паводков с учётом их ассимилирующей способности. Усовершенствована технология утилизации высокоминерализованных рассолов путем их выпаривания вакуумно-испарительных установках, установлен оптимальный состав исходного сырья (высокоминерализованных рассолов донасыщенных по NaCl отходами переработки полиминерального калийного производства), для переработки на испарительной установке. Разработана технология подготовки рассолов и отходов калийного производства для переработки, определён оптимальный режим работы промышленных установок, что в совокупности дает возможность реализовать в промышленных условиях замкнутую экологически-безопасную схему переработки соляных отходов на товарную продукцию - техническую и кухонную соли, хлормаг-ниевую щёлочь - сырьё для производства искусственного карналлита (минерального удобрения).

The thesis is devoted to the ecoproblem of man-caused impact reducing of potassium mines upon the environment by means of development of scientific and technical methods and means. The analysis of in-depth study of influence of water sealed potassium mines on the environment is carried out. Hydrochemical and hydrodynamical scopes are determined concerning the impact of displacement of mine salt water out of water sealed productions upon underground and surface hydrosphere. The advantages are shown concerning the application of controlled water sealing for abandonment of the salt-mines which have per salt water increment into their productions by means of data analysis of earth surface drawing, slides and gaps. Methods of three-dimensional prediction of contaminants spreading into underground water-bearing stratum are developed. Mathematical models and computer-aided systems of space-time forecast for scales determination and time-space change forecast of salt water pollution of underground water-bearing stratums are worked out. The advantages of salt water processing in comparison with the pumping of elevation of water and liquid extraction into areal river network are given. The recycling technology of highly mineralized salt waters is improved by means of evaporation. The optimal composition of outgoing raw materials is determined and the waste substances preparation technology of potassium production for recycling on the developed evaporator system is provided. The optimal run of full-scale plants is found which had given an opportunity to provide closed environmentally harmless pattern of salt waste to commodity output.