Шахтные воды

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. СОСТАВ, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ШАХТНЫХ ВОД 5
2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ШАХТНЫХ ВОД 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
ИСТОЧНИКИ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 14

ВВЕДЕНИЕ

Шахтные воды являются внутренним источником производственно-хозяйственной деятельности горнодобывающих предприятий.
В наземных условиях основными потребителями являются перерабатывающие предприятия. Техническая вода используется для производства сжатого воздуха, тепловой энергии, обслуживания транспортных и дорожных механизмов, тушения горящих отвалов горных пород, технологических нужд механических мастерских и др.
В подземных условиях вода, преимущественно технического качества, направляется на дегазацию горного массива, предотвращение внезапных выбросов угля и газа, заиливание выработанного пространства и гидроочистку, гидроочистку, кондиционирование воздуха, тушение открытого пожара. Очищеная вода используется только для пылеподавления, что является одним из процессов в резервуаре в технологии подземной добычи угля (40% от общего водопотребления), так как его системы водоснабжения являются прямыми источниками и вода безвозвратно теряется. Вода для гидроочистки и дегазации является циркуляционной, в других случаях (в зависимости от условий производства) также могут использоваться системы прямого подвода и оборотного водоснабжения. [4]
Потребление чистой воды для различных работ и процессов разнообразно. Отличительной особенностью водного хозяйства угольной промышленности является то, что водозабор и сброс воды при добыче угля более чем в 3 раза превышают расход воды на производственные нужды отрасли, в том числе для шахт - в 7 раз, для разрезов - в 4,5 раза. В соответствии с действующими стандартами (ГОСТ 2874-73) и санитарными правилами размещения и содержания предприятий угольной промышленности шахтные воды не представлены в качестве источника питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. Эти воды может быть использованы для технического водоснабжения после соответствующей очистки воды. В соответствии с нормативами расход воды на технические нужды в угольной промышленности может достигать 15% от общего объема попутно добываемой воды. Оставшаяся часть может быть использована на соседних предприятиях других отраслей промышленности для орошения земель, рекреации, заготовки запасов или заброшена в гидрографическую сеть. На предприятиях отрасли использование попутной воды в общем объеме водопотребления в настоящее время достигает 30%, а в будущем может увеличиться до 50%.
Использование шахтных вод для нужд бытового питьевого и промышленного водоснабжения определяется их принадлежностью к классификационной группе по показателям качества, а также видам источников водоснабжения.[4]
Целью данной работы является изучение шахтных вод.
Исходя из поставленной цели, вам необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить характеристик шахтной воды.
2. Проанализировать тему загрязнения шахтных вод.
1. СОСТАВ, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ШАХТНЫХ ВОД
Шахтными водами называются подземные воды, которые проникают в горные выработки при разработке и эксплуатации месторождений. Формирование химического состава шахтных вод происходит под влиянием двух групп факторов - природных и антропогенных, но, по мнению О. А. Улицкого, в большинстве случаев решающую роль играют природные геологические факторы.
Основным источником шахтных вод является подземная вода, дренируемая горными выработками, а дополнительным источником может быть фильтрация осадков и поверхностных вод из соседних водоемов в горные выработки.
Химический состав шахтной воды определяется исходным составом образующей ее подземной воды и может существенно изменяться с течением времени. По мере разработки угольных пластов меняется и состав шахтной воды. Шахтные воды образуются путем смешения подземных вод различных горизонтов, их взаимодействия с шахтной атмосферой и породами, обнаженными горными выработками.
Их химический состав и общая минерализация отличаются от подземных вод, окружающих горные выработки, что обусловлено окислением шахтных вод, активацией выщелачивания горных пород, изменением газового и бактериального состава, а также их загрязнением нефтепродуктами, маслами и др.[4]
Шахтные воды делятся на три характерных типа по своему составу и показателям:
- нейтральный свежий (рН-6,5-8,5, минерализация до 1 г / л);
- солоноватые и солоноватые с повышенной минерализацией (рН-6,5-8,8, минерализация выше 1 г / л)
- кислые (рН менее 6.5).
Кислые шахтные воды, как правило, имеют высокую минерализацию. Из общего числа шахтных вод 52% минерализованных более 1 г/л, 10% кислотных; из них с минерализацией более 3 г/л-2,6% и с минерализацией более 5 г / л-6,0%. Степень кислотности шахтных вод определяется наличием свободной серной кислоты и характеризуется концентрацией ионов водорода (рН).
Наличие кислых шахтных вод указывает на невозможность определения подземных и шахтных вод. В районе угольных месторождений отсутствуют кислые подземные воды, а кислотные шахтные воды образуются в выработках за счет окисления сульфидов серы под воздействием воды и кислорода.
Существуют химические классификации природных вод, в том числе и подземных вод, основанные на преобладающем анионе. Согласно наиболее распространенной классификации вода делится на три группы:
I Класс-гидрокарбонат и карбонат (НСО "3, со" 2, С02 " 3);
II Класс-сульфат (802 ' 4),
III класс-хлорид (SI).
Каждый класс в свою очередь делится по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую, натриевую.. В химическом названии воды, в соответствии с приведенной выше классификацией, анионы всегда ставятся на первое место, катионы - на второе место, которые читаются последовательно от большего к меньшему. [2]
Если в химическом составе воды преобладают хлориды и сульфаты, а сульфаты больше хлоридов, то воду называют сульфатно-хлоридным.
Объем шахтной воды зависит от многих факторов и колеблется от 100 до 1000 м3 / час.. Наибольший приток шахтной воды наблюдается, особенно в мелководных выработках (до 300 м) в период весеннего паводка. Расход использованной (шахтных) воды на 1 тонну добытого угля колеблется от 2 до 20 м
Состав и свойства шахтной воды зависят от многих факторов. К основным из них можно отнести состав и свойства подземных вод, питающих горные выработки, состав и свойства емкостных пород, свойства угольных пластов, геологические и горные условия, средства механизации добычи угля и проходки подготовительных выработок, например, климат, рельеф местности, растения и др.
Шахтные воды характеризуются разнообразием химического состава, непригодны к употреблению и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной обработки. Шахтная вода обычно не имеет запаха, но иногда неприятный запах растворяется в ней сероводород или распадающийся органический. Например, железистые соединения придают воде бурую окраску, если же твердая фаза преимущественно представлена дисперсными частицами угля - шахтные воды приобретают черный цвет. При значительном количестве породных включений цвет воды становится серым. Иногда встречаются шахтные воды с желтовато-серым цветом, указывающим на присутствие в основном глинистых частиц. Привкус шахтной воде придают в основном растворенные минеральные соединения, газы и другие вещества. [1]
Солоноватый привкус обусловлен присутствием хлорида натрия. Если вода содержит сульфаты магния и кальция, то она имеет горький привкус, ионы железа придают воде неприятный вкус, а органические вещества - сладковатый. В верхней горизонтальной части многих шахт преобладают гидрокарбонатные шахтные воды. Эти воды обладают приятным вкусом, который является результатом содержания гидрокарбонатов, кальция и магния, а также углекислоты.[1]
2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ШАХТНЫХ ВОД
Загрязнение шахтной воды подразделяется на минеральные, органические и бактериальные. Частицами чистого угля, минеральными маслами, используемыми для смазки машин и механизмов, продуктами жизнедеятельности живых организмов, распад древесины являются органические загрязнители. Основным компонентом является углерод (органический).
Эти загрязняющие вещества находятся в растворенном и взвешенном состоянии в шахтных водах. Более половины шахтной воды загрязнены нефтепродуктами. Уровень загрязнения шахтной воды органическими веществами оценивается по показателям БПК, МПК и окисляемостью. Окисляемость представляет собой загрязнение шахтной воды органическими веществами и указывается количеством кислорода в миллиграммах на 1 литр окисления этих веществ в определенных условиях.
Кислая шахтная вода содержит взвешенные вещества, в основном представленные деталями каменноугольных пород, а также гидроокиси железа в коллоидном форме, в некоторых случаях твердая взвесь, которая содержится в кислых шахтных водах, может быть полностью содержать гидроокиси железа.
Кислотные шахтные воды, не содержащие частиц каменноугольных пород, могут быть бесцветными. Однако в большинстве случаев они окрашены от желтого до желто-коричневого. Интенсивность цвета увеличивается с увеличением загрязнения воды.
Содержание микроэлементов в шахтных водах определяется их количеством подземных вод угольных месторождений и процессами, связанными с переходом элементов из горных пород в шахтные воды. Ряд микроэлементов в шахтных водах содержится в значительных количествах по сравнению с содержанием их в подземных водах. [3]
Связь в воде с серной кислотой ускоряет процесс выщелачивания солей меди, цинка и алюминия из горных пород. Тяжелые металлы влияют на здоровье человека, окружающую среду и благополучие резервуаров, и поэтому их следует учитывать при очистке и сбросе шахтных сточных вод в резервуары .
Минеральные загрязнения в шахтных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Количество минеральных веществ существенно изменяется даже в пределах одной шахты, но каждый угольный бассейн может характеризоваться определенным интервалом изменения минерализации шахтных вод.
Степень минерализации шахтных вод возрастает с глубиной разработки. Это наблюдается почти во всех шахтах с сильно минерализованными водами.
В кислых шахтных водах наряду с увеличением количества сульфат-ионов наблюдается значительное снижение содержания гидрокарбонатов. В целом в поверхностных водах, а также в подземных водах с увеличением глубины уменьшается содержание ионов кальция, магния, сульфат-ионов, ионов натрия и ионов хлора.[3]
Солоноватые воды должны быть опреснены перед сбросом в резервуары. С точки зрения применения современных методов их опреснения соленые воды условно делятся на подгруппы с последующей минерализацией:
- 1-3 г / л - шахтные воды, для опреснения которой экономически целесообразно использовать гидравлические и химические методы опреснения (в частности, с использованием ионообменных смол) ;
- 3-5 г / л - шахтные воды, их опреснение целесообразно производить приборами;
- более 5 г / л - шахтные воды, для опреснения которой экономически целесообразно использовать термические методы опреснения. Жесткость шахтной воды.
Различают жесткость общую, карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Общая жесткость характеризуется наличием в воде солей кальция и магния - Cа (NSO) Ca304, Md304, Mgsl2, MD(NS03)2.
Карбонатная жесткость характеризуется наличием карбонатов кальция и магния, которые выпадают в осадок при кипячении - Cа (NS03)2md(NS03)2. Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния.
Наличие солей жесткости и высокой минерализации шахтных вод способствует загрязнению водоемов солями, ухудшает качество питьевой воды, а иногда делает их непригодными для хозяйственных, питьевых и промышленных целей.
Использование такой воды в сельском хозяйстве приводит к засолению почв и непригодности их для выращивания сельскохозяйственных культур. Соли жесткости осаждаются на стенках трубопроводов, нарушают процессы теплообмена и могут привести к взрыву котлов. Поэтому ГОСТ регламентирует общую жесткость для бытовых и питьевых вод не более 7 мг-экв/л и для паровых котлов не более 0,1 мг-экв/л. загрязнение азотной группы (азот аммония, Нитрата и нитрат-ионов) в шахтных водах свидетельствует о том, что это произошло в результате разложения продуктов растительного и животного происхождения.
Бактериальное загрязнение шахтных вод обусловлено наличием в них большого количества микроорганизмов, что является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых организмов. Шахтные воды редко заражаются, поэтому с точки зрения эпидемиологии менее опасны, чем бытовые сточные воды.[5]
Шахтная вода не пригодна для приема пищи без предварительной очистки и дезинфекции. Агрессивность шахтных вод в отношении бетона и металла зависит от их химического состава.
Шахтные воды в основном характеризуются сульфатностью и агрессивным, при этом содержание сульфатов считается умеренно агрессивным, а содержание сульфатов более 800 мг / л-при появлении гипса при взаимодействии сульфатов с цементом извести.
При кристаллизации гипса или сульфата кальция-алюминия объем образующихся в поломке бетона продуктов увеличивается более чем в 2 раза, что приводит к разрушению бетона. Хлориды, содержащиеся в шахтной воде, взаимодействуют с известью и образуют растворимый хлорид кальция, тем самым усиливают коррозию бетона.. Подземные воды могут содержать и значительное количество свободной углекислоты, часть этой углекислоты находится в равновесии с бикарбонатами и является не агрессивной, а другая часть является активной и вступает в реакции, и потому агрессивна.
Агрессивность выщелачивания характеризуется временно низкой жесткостью воды. Это приводит к растворению карбоната кальция и выщелачиванию гидрата оксида кальция из бетона.
При смешивании различных вод, даже не агрессивных, их агрессивность увеличивается.[5]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Шахтные воды негативно влияют на технику и технологию ведения горных работ и ухудшает качество добываемого угля. Шахтная вода характеризуется механическим, химическим и бактериальным загрязнением, а в глубоких шахтах она также сильно минерализована.
Шахтные воды, которые поступают из вскрытия сульфидных рудных тел и угольных пластов, которые содержат пирит в больших колиествах, часто бывают кислыми (рН менее 2), имеют высокое содержание сульфат - иона (в том числе свободной серной кислоты), железа, алюминия и других металлов. Такие шахтные воды интенсивно разъедает дренажные установки, и поэтому для предотвращения образования кислых шахтных вод применяются различные меры.
Шахтная вода очищается перед отводом в поверхностные стоки и резервуары. Вода, в которой имеется высокое содержание механических примесей оседает в прудах-накопителях, кислые воды нейтрализуются, а высокоминерализованные воды деминерализуются (в некоторых случаях их можно закапывать на больших глубинах в изолированные водоемы).
Очищенные шахтные воды используется на горных предприятиях для пылеподавления (путем закачки воды в пласт или орошения), размягчения пород основной кровли, гидротранспорта угля и горных пород (при закладке выработанного пространства), обогащения угля.
ИСТОЧНИКИ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ворон Л. В., Ланге Л. Р., Благоразумова А. М. Проблемы очистки шахтных вод // Вестник СибГИУ. 2015. № 2 (12). С. 76–79.
2. Комплексная переработка шахтных вод/А.Т. Пилипенко, И.Т. Гороновский, В.Д. Гребенюк и др.; Под. ред. А.Т. Пилипенко.-К.: Техніка, 1985.-183 с., ил.-Библиогр.: с. 175-182.
3. Монгайт И.Л., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод - М: Недра, 1978
4. Резников Ю.Н., Кульченко В.В. Использование шахтных вод -перспективное направление экономии питьевой воды и уменьшения затрат предприятий. «Совершенствование и разработка новых технологий и оборудования по охране окружающей среды». Сб. научных трудов ОАО «Украинский научный центр технической экологии», Донецк, 2000. С. 10-14.
5. Серпокрылов Н.С., Щербаков С.А. Повышение эффективности очистки шахтных вод // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011.