Питьевая вода из... шахты

Уголь — основной отечественный энергоноситель. По мнению специалистов, его запасов в Украине хватит примерно на 300 лет. К сожалению, у нас всегда только отчитывались за добычу угля и не принимали во внимание вредное воздействие горнодобывающих предприятий на окружающую среду. Среди основных видов загрязнений — выбросы парниковых и токсичных газов, сброс загрязненных вод, подтопление, складирование токсичных и радиоактивных отходов. А между тем многие негативные последствия угледобычи можно предотвратить. Более того, при хозяйском подходе угольную отрасль можно превратить в передовое и почти безотходное производство. Тогда уголь обеспечит энергетическую безопасность нашей страны, и Украине не придется тратиться на покупку дорогостоящего газа.

Интересные предложения по комплексной переработке отходов угольного производства разработаны на кафедре природоохранной деятельности ДонНТУ. Имеются в виду использование породы в качестве сырья, переработка шахтных вод в продукцию, добыча ценных и редких металлов из терриконов, использование подземной энергии и другое. Мой собеседник — автор многих разработок, заведующий кафедрой природоохранной деятельности ДонНТУ, профессор Виктор Костенко, рассказал о некоторых предложениях специалистов по преодолению кризиса в угольной отрасли и ее развитию.

—  Виктор Климентьевич, так что необходимо сделать для преодоления кризиса в горной промышленности?

— Один из возможных путей — применение качественно новых технологических подходов к разработке подземных месторождений. Нужно сосредоточиться на усовершенствовании нематериальных активов предприятий — подготовке специалистов по комплексному освоению недр, сотрудничестве со специализированными предприятиями, приобретении интеллектуальной собственности. Поскольку угледобыча связана с потреблением природных ресурсов, в том числе и энергетически невосполнимых, мы предлагаем применять в производстве ресурсосберегающие и наукоемкие технологии. Необходим также переход на комплексное использование недр.

— А теперь, пожалуйста, подробнее о комплексном подходе к дарам природы. Давайте начнем с воды.

— На каждую тонну добытого угля откачивают 10 кубометров загрязненной, минерализованной воды. А ведь под землей есть чистая вода, но во время подработок она стекает в горные выработки,

смешивается с технологической водой, органикой и загрязняется. Это приводит к быстрому износу водоотливного оборудования. Мы предлагаем не смешивать чистую воду с технологической, для них должны быть отдельные скважины. Есть также технологии по осветлению и очистке воды под землей. Мы разрабатываем различные средства (осадочные машины, фильтры-отстойники) для очистки, и когда откачивается очищенная вода, то оборудование изнашивается в меньшей степени.

— Откачивая воду, шахты должны еще платить за водопотребление и водоотведение.

— А между тем технологическую воду не обязательно покупать в водоканале, ее можно приготовить в шахте и применять для пылеподавления, орошения.

Процесс очистки воды от солей (деминерализация) — дорогостоящий, но этим стоит заниматься, Я видел в Польше, как маленькая шахта отстаивала воду, а потом ее продавала металлургическому комбинату. Хлорид натрия является основным загрязняющим компонентом на шахте имени Засядько, если снизить соленость воды, то ее можно будет продавать потребителям для технических нужд. Например, для полива, а также другим предприятиям. Для сбыта воды понадобится сеть новых трубопроводов. Но с другой стороны себестоимость воды все время растет, и она скоро будет стоить по цене водки. Кстати, питьевую воду можно получать из шахтной, очищая ее от примесей.

— Это актуально для многих городов области. Получается парадокс — шахты откачивают тысячи кубометров воды, а в квартирах — сухие краны.

— Совершенно верно, на шахте имени Бажанова много воды, а сама Макеевка страдает без нее. Шахта “Прогресс” в Торезе откачивает массу воды, а населению ее подают с большими перебоями. Угольные предприятия могут обеспечить жителей питьевой водой. Кроме того, в шахтной воде содержится много редких растворенных веществ, которые в процессе очистки (с помощью сорбентов) можно извлекать. Таким образом, можно получать редкий газ гелий, соли железа, алюминия, которые являются сырьем для промышленности. При фильтрации можно использовать уголь или угольный сорбент, а потом его сжигать как топливо, зола преобразуется в руду, которую тоже можно использовать, и получится малоотходное производство. Эти технологии необходимо внедрять. Многие фирмы сейчас работают на синтетических фильтрах, используют высокосорбентные вещества.

— А на каких предприятиях внедрены ваши технологии?

К нам обратилось руководство шахты “Шерловская-наклонная” из Ростовской области, и мы разработали для предприятия предложения по комплексной очистке подземных вод. Перед нами стояла задача обеспечить чистоту воды, мы ее выполнили. И в перспективе предполагалось проводить деминерализацию воды.

— В какую сумму обошлась предприятию реализация этого проекта, и когда примерно он окупится?

— Сейчас в связи с кризисной ситуацией реализация этого проекта затормозилась, цены “скачут”, экономическую сторону работы оценить сложно. Однако в России усилили требования к экологической безопасности промышленных предприятий. Нарушение природоохранного законодательства грозит шахтам очень крупными санкциями. Поэтому скорая окупаемость несомненна.

— Можно ли уменьшить себестоимость угля при значительном углублении горных работ?

— Да. С помощью новой экологически усовершенствованной технологии. Она предусматривает использование геотермальной энергии, которую добывают из отработанных горных массивов. Специалисты установили, что воздух, проходящий несколько километров по подземным выработкам, нагревается до температуры окружающего массива. Такой тепловой режим может сохраняться в течение десятилетий, это объясняется подпиткой потоком тепла, который поступает из недр планеты. Объем извлекаемой энергии можно увеличить, если создать в отработанных частях горного массива так называемые геотермальные теплообменники.

— А что они из себя представляют?

— Это система каналов-выработок в выработанном пространстве, где уже” не ведется добыча угля, по которым движется теплоноситель, как правило, воздух. Этот “лабиринт” может иметь самую разнообразную схему:

последовательную, параллельную, комбинированную. Она должна гарантировать нагрев проходящего через нее воздуха до температуры окружающих пород в течение нескольких десятков лет. Необходимая конфигурация сети каналов создается с помощью вентиляционных сооружений, в основном, перемычек. Устройство каналов в выработанном пространстве не представляет технических трудностей. После того как воздух проходит по лабиринту каналов, нагретый до температуры горного массива, он поступает в трансформатор энергии. Это может быть тепловой насос, вихревая труба, турбохолодильник или другое устройство. Происходит разделение потока на две струи — горячую и холодную. Первую можно использовать для получения электроэнергии (путем прямого превращения тепла в электричество или с помощью паротурбинной установки). Газ, нагретый выше температуры кипения воды может пригодиться для выпаривания высокоминерализованной шахтной воды, превращая ее из загрязнителя гидросферы в продукт для промышленности или сельского хозяйства.

— А что происходит с холодным воздухом?

— Вторую струю воздушного потока можно использовать для кондиционирования воздуха на рабочих местах. При этом геотермальные теплообменники помогают решать одну из наиболее сложных задач, возникающих при обеспечении нормального микроклимата в очистных забоях — проблему удаления из горных выработок нагретого теплоносителя. Эта технология позволяет охлаждать воздух в непосредственной близости от того места, где он подается в лаву, а образующееся избыточное тепло выбрасывать в каналы геотермального теплообменника, увеличивая его ресурс.

— Есть ли другой вариант применения геотермальной энергии?

— Еще один из возможных путей утилизации геотермальной шахтной энергии — ее использование для проветривания шахт. Известно, что тепловая депрессия может обеспечить подачу в шахту и к рабочим местам горняков необходимый расход свежего воздуха. Для этого нужно нагреть выходящий из выработок воздух, чтобы его плотность снизилась относительно поступающего в шахту. Использование геотермальной энергии обеспечивает нагрев потока исходящего воздуха до нужной температуры.

—  В чем достоинства этой технологии?

— Геотермальную энергию можно использовать в течение многих лет после отработки запасов полезного ископаемого. Продолжительность действия теплообменников определяется устойчивостью выработок и надежностью оборудования. Длительная работа энергоустановок существенно улучшает экономические показатели горнодобывающих предприятий и уменьшает социальные проблемы шахтерских регионов, так как часть рабочих мест сохраняется после прекращения работ по выемке угля. Эта технология надежно обеспечит населенные пункты относительно дешевым теплом и электроэнергией. Предложенный способ извлечения геотермальной энергии позволяет уменьшить вред, который причиняется окружающей среде в процессе добычи угля. Извлекаемая из отработанных пластов теплота позволяет получить эколого-экономический эффект в виде сокращения расхода энергоносителей на добычу угля, получения доходов от реализации тепла и деминерализованной воды.

Эти технические предложения являются идеями, которые нуждаются в* технико-экономическом обосновании, конструкторской проработке, связанными с этим термодинамическими расчетами, проведении дополнительных экспериментов. Они могут стать одним из путей преодоления кризиса в угольной промышленности и обеспечения энергетической безопасности Украины.

Марина ПАРХОМЕНКО