ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ» Согласовано Утверждаю Руководитель ООП по направлению 20.04.01 проф. М.А.Пашкевич Зав. кафедрой РМПИ проф. В.П.Зубов РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ» Направление подготовки: 20.04.01 (280700) «Техносферная безопасность» Программа: «Экологический менеджмент в горном производстве», Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная Составитель: доцент Ю.Г. Сиренко Санкт-Петербург 2015 1. Цели и задачи дисциплины Целью изучения дисциплины «Технология размещения промышленных отходов в подземных горных выработках» является получение студентами комплекса представлений об общих и частных задачах использования подземных пространств действующих и проектируемых предприятий горной промышленности, о направлениях совершенствования технологических схем вскрытия, подготовки и отработки месторождений полезных ископаемых при подземной разработке для обеспечения экономически целесообразного использования образуемых подземных пространств как во время функционирования горного предприятия, так и в дальнейшем, после завершения добычи. Цель изучения дисциплины «Технология размещения промышленных отходов в подземных горных выработках» достигается посредством рассмотрения ряда связанных теоретических и практических задач, в том числе проведение классификации возможного использования имеющихся горных выработок рудников и шахт для организации в них размещения промышленных отходов. В результате комплекса теоретических и практических занятий у студента формируется связное концептуальное представление о базовых закономерностях комплексного использования подземных пространств, о требованиях к сохранности выработанных пространств рудников и шахт. 2. Место дисциплины в структуре ООП Учебная дисциплина дисциплины «Технология размещения промышленных отходов в подземных горных выработках» является дисциплиной, предлагаемой на выбор студенту. Курс «Технология размещения промышленных отходов в подземных горных выработках» изучается студентами специализации «Техносферная безопасность» в 1-м семестре. Курс базируется на знаниях, полученных студентами в области инженерных и технических дисциплин. Базовые дисциплины: математика, информатика, физика, химия. Умения и навыки, полученные при изучении дисциплины используются при разработке выпускной квалификационной работы. 3. Требования к результатам освоения дисциплины Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: а) общекультурных: способностью организовывать и возглавлять работу небольшого коллектива инженерно-технических работников, работу небольшого научного коллектива, готовностью к лидерству (ОК-1); способностью и готовностью к творческой адаптации к конкретным условиям выполняемых задач и их инновационным решениям (ОК-2); способностью к профессиональному росту (ОК-3); способностью самостоятельно получать знания, используя различные источники информации (ОК-4); способностью к анализу и синтезу, критическому мышлению, обобщению, принятию и аргументированному отстаиванию решений (ОК-5); способностью обобщать практические результаты работы и предлагать новые решения, к резюмированию и аргументированному отстаиванию своих решений (ОК-6); способностью и готовностью использовать знание методов и теорий экономических наук при осуществлении экспертных и аналитических работ (ОК-7); способностью принимать управленческие и технические решения (ОК-8); способностью самостоятельно планировать, проводить, обрабатывать и оценивать эксперимент (ОК-9); способностью к творческому осмыслению результатов эксперимента, разработке рекомендаций по их практическому применению, выдвижению научных идей (ОК-10); способностью представлять итоги профессиональной деятельности в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с предъявляемыми требованиями (ОК-11); владением навыками публичных выступлений, дискуссий, проведения занятий (ОК-12). б) профессиональных: проектно-конструкторская деятельность: способностью выполнять сложные инженерно-технические разработки в области техносферной безопасности (ПК-1); способностью оптимизировать методы и способы обеспечения безопасности человека от воздействия различных негативных факторов в техносфере (ПК-3); способностью проводить экономическую оценку эффективности внедряемых инженерно-технических мероприятий (ПК-4); сервисно-эксплуатационная деятельность: способностью реализовывать на практике в конкретных условиях известные мероприятия (методы) по защите человека в техносфере (ПК-5); способностью осуществлять технико-экономические расчеты мероприятий по повышению безопасности (ПК-6); способностью к реализации новых методов повышения надежности и устойчивости технических объектов, поддержания их функционального назначения (ПК-7); научно-исследовательская: способностью создавать модели новых систем защиты человека и среды обитания (ПК-9); способностью анализировать, оптимизировать и применять современные информационные технологии при решении научных задач (ПК-10); способностью идентифицировать процессы и разрабатывать их рабочие модели, интерпретировать математические модели в нематематическое содержание, определять допущения и границы применимости модели, математически описывать экспериментальные данные и определять их физическую сущность, делать качественные выводы из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов (ПК-11); способностью использовать современную измерительной технику, современные методы измерения (ПК-12); способностью применять методы анализа и оценки надежности и техногенного риска (ПК-13); организационно-управленческая деятельность : способностью организовывать и руководить деятельностью подразделений по защите среды обитания на уровне предприятия, территориально-производственных комплексов и регионов, а также деятельность предприятия в режиме ЧС (ПК-14); способностью участвовать в разработке нормативно-правовых актов по вопросам техносферной безопасности (ПК-16); способностью к рациональному решению вопросов безопасного размещения и применения технических средств в регионах (ПК-17); способностью проводить экспертизу безопасности и экологичности технических проектов, производств, промышленных предприятий и территориально- производственных комплексов (ПК-20); способностью разрабатывать рекомендации по повышению уровня безопасности объекта (ПК-21); способностью организовывать мониторинг в техносфере и анализировать его результаты, составлять краткосрочные и долгосрочные прогнозы развития ситуации (ПК-22); Магистр в результате освоения ООП в дополнение к компетенциям, присущим бакалавру, приобретает: компетенции самосовершенствования (способность структурировать знания, готовность к решению сложных и проблемных вопросов); компетенции креативности (способность генерировать новые идеи, их отстаивать и целенаправленно реализовывать); компетенции общения (способность акцентированно формулировать мысль в устной и письменной форме на родном и иностранном языке); компетенции организационно-управленческие (способность организовывать работу творческого коллектива в обстановке коллективизма и взаимопомощи); компетенции познавательной деятельности (способность моделировать, упрощать, адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новом приложении, качественно оценивать количественные результаты, их математически формулировать). В результате изучения дисциплины студент должен: Знать: - характерные черты освоения недр и развития горных технологий; - проблемы комплексного освоения недр; - функции геологической среды; - обеспечение экологической безопасности недр; - особенности проектирования при комплексной системе подготовки проектной документации горнопромышленных объектов и использовании подземного пространства; - требования к сохранности выработанного пространства рудников и шахт при размещении в них промышленных отходов; Уметь: - самостоятельно анализировать научную и публицистическую литературу по проблемам использования подземных пространств; - извлекать, анализировать и оценивать информацию; - ориентироваться в мире норм и ценностей, оценивать явления и события с моральной и правовой точек зрения; - ориентироваться в типовых экономических ситуациях, основных вопросах экономической политики; - использовать полученные знания в оценке явлений общественной жизни и в собственной деятельности; - проводить анализ деятельности горнопромышленных производств и объектов в настоящее время и в будущем на соответствие требованиям законодательства в сфере недропользования и охраны недр. Владеть: - навыками публичной речи, аргументации, ведения дискуссии и полемики по вопросам освоения подземных пространств; - навыками граждански и политически взвешенного поведения, корректировки своих политических взглядов и действий; - навыками обоснования необходимости сохранения и использования подземных пространства рудников и шахт. 4. Объём дисциплины и виды учебной работы Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 2 зачётные единицы. Вид учебной работы Всего часов Семестры 1 Аудиторные занятия: в том числе 36 36 Лекции 9 9 Практические занятия (ПЗ), в том числе в интерактив- 27 27 Самостоятельная работа: в том числе 36 36 Расчетно-графические работы 24 24 12 12 зачет зачет час 72 72 зач. ед. 2 2 ной форме: Другие виды самостоятельной работы Изучение литературы по вопросам использования подземных пространств, подготовка к лекциям и семинарам Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) Общая трудоёмкость 5. Содержание дисциплины 5.1. Содержание разделов дисциплины № Наименование раздела п/п дисциплины 1 Недра как важный георесурс в системе научнотехнологического потенциала страны 2 Характерные черты освоения недр и развития горных технологий 3 Некоторые проблемы комплексного освоения Содержание раздела Тема 1. В решении проблем освоения недр особое место занимает комплексное освоение недр — полное и экономичное освоение всех видов ресурсов земных недр на основе сочетаний эффективных горных технологий. Среди ресурсов недр следует выделить подземное пространство, образованное в результате деятельности человека или под воздействием природных процессов. В широком толковании под подземным пространством необходимо понимать часть окружающей природной среды ниже земной поверхности, т.е. в целом недра земли, а не только их «незанятую» горными породами долю. Необходимость использования подземного пространства ставит вопрос о развитии нового научного направления, главным содержанием которого является определение условий надежной изоляции экологически вредных производств, веществ и технологий, размещаемых в недрах земли, с учетом техногенных воздействий и вызванных ими процессов, протекающих во времени и пространстве. Возможны два пути освоения подземного пространства — это приспособление и переустройство выработок, высвобождающихся от горной и технологической деятельности (выработки отработанных рудников и шахт, выведенных из эксплуатации подземных сооружений различного назначения и т.п.), и строительство специальных подземных объектов. Тема 2. Ушедшее XX столетие, особенно его вторая половина, характеризовалось интенсивным развитием промышленных производств, традиционных и новых технологий. Особенно эти изменения заметны в горной и горно-строительной отраслях промышленности, которые от растущих потребностей топливно-энергетических и ресурсных отраслей перешли к комплексному освоению недр. Это положило начало развитию технологий в области освоения подземного пространства, которое в настоящее время и в будущем может рассматриваться в качестве мощного ресурса, обеспечивающего устойчивое развитие потребностей общества и служащего мощной защитой от вредного влияния многих технологий на состояние окружающей природной среды и здоровье населения. Тема 3. Проблемы ресурсов. Решение проблемы ресурсов должно основываться на действующих в Российской Феде- недр рации федеральных законах «О недрах» и «Об охране окружающей среды», в основу которых положены принципы: - приоритета сохранения приемлемых для устойчивого развития страны методов и средств при пользовании природными ресурсами и охраны среды для здорового развития населения; - принадлежности всех природных ресурсов, находящихся в недрах, государству. Эти положения являются основанием для разработки стратегии освоения недр и включают в себя: - определение обеспеченности Российской Федерации на перспективу природными ресурсами; - прогнозное планирование развития горно-добывающих отраслей; - прогноз объемов инвестиций для достижения поставленных задач, в том числе с учетом природоохранных мероприятий в подземном и наземном пространстве. Тема 4. Научно-технические проблемы. Влияние горных предприятий может распространяться за пределы отдельных, даже крупных территорий. Поэтому геомеханические вопросы должны решаться на основе прогнозов деформаций во времени, прогнозов тектонической и сейсмической деятельности. Аналогичные вопросы предстоит решать и в отношении гидрогеологических процессов, которые могут стать причиной деградации или токсикации окружающей природной среды и влиять на здоровье человека. Указанные обстоятельства становятся более актуальными для подземных объектов, функционирующих на протяжении исторических времен (1000 лет), а в отдельных случаях, как при изоляции радиоактивных отходов — на протяжении геологических времен. Предполагая возможное изменение климата и сопровождающее его изменение гидрогеологической ситуации, для многих подземных объектов может стать причиной загрязнения токсикантами, накопленными в недрах от технологической деятельности, окружающей природной среды. Это, в свою очередь, определяет необходимость прогнозирования мер и средств, препятствующих разгерметизации указанных объектов. Тема 5. Технологические проблемы. Технологические проблемы включают в себя следующие группы вопросов. Повторное использование подземного пространства: - оценка состояния массива горных пород и горных выработок после завершения работы добывающих предприятий; - разработка требований к проектированию горных новых и промышленных предприятий в отработанных подземных выработках; - разработка методов, технологий и техники для восстановления и реконструкции отработанных горных выработок; - разработка комплексных моделей среды для предприятий в отработанных горных выработках; - разработка методов оценки состояния массива пород при размещении новых производств в отработанных горных выработках; - выполнение комплексных оценок воздействий новых производств в повторно использованных выработках и прогнозирования развития ситуаций с учетом фактора времени; - разработка кадастра отработанных горных выработок на территории страны с оценкой их фактического состояния и возможностей повторного использования; - разработка классификации отработанных, снятых с эксплуатации предприятий; - разработка предложений по созданию промышленных объектов в отработанных горных выработках, учитывающих состояние первичных объектов и характеристики новых производств. Создание подземных сооружений для реализации специальных или нетрадиционных технологий, в том числе и экологически опасных: - определение потребностей в разработке и строительстве подземных сооружений для специальных и нетрадиционных технологий; - выработка основополагающих требований для выбора площадок и геологических образований с целью строительства и эксплуатации подземных сооружений со специальными и нетрадиционными технологиями; - разработка моделей для оценки техногенного воздействия новых и нетрадиционных технологий на вмещающую и окружающую среду и на их основе выполнение упреждающих прогнозов; - разработка мероприятий по защите специальных подземных сооружений от природных и техногенных влияний. Формирование техногенных месторождений. 4 Тема 6. Общие требования к сохранности поземных горных выработок. Этапы жизненных циклов хранилищ и могильников радиоактивных отходов Основными этапами жизненного цикла хранилищ и могильников приповерхностного типа являются: • выбор площадки для размещения сооружения; • сооружение хранилища или могильника; • ввод в эксплуатацию; • эксплуатация сооружения (продолжительность эксТребования к сохранности выработанных пространств рудников и шахт плуатации до 50 лет); • консервация после заполнения сооружения, после эксплуатационное контролируемое состояние хранилища или могильника (продолжительность этапа до 100 лет). На этом этапе должны быть обеспечены: 1) инструментальный контроль (мониторинг) состояния зоны потенциального влияния хранилища или могильника с помощью системы инструментальных средств и технических сооружений подземной лаборатории или системы контрольно-наблюдательных скважин; 2) административный контроль зоны потенциального влияния хранилища или могильника; • послеэксплуатационное частично контролируемое состояние с безусловным сохранением информации о местоположении и характеристиках могильника, характеристиках потенциальной опасности захороненных радиоактивных отходов (продолжительность этапа до 500 лет); • послеэксплуатационное неконтролируемое состояние (продолжительность этапа до десятков тысяч и более лет). Тема 7. Требования к проектированию, строительству и вводу в эксплуатацию объектов пользования недрами. Об- 5 Классификация возможного использования имеющихся горных выработок рудников и шахт для организации в них новых производств и размещения промышленных отходов разованный в результате добычи минерального сырья объем горных выработок представляет собой внушительный резерв для удовлетворения растущих потребностей промышленности, особенно в условиях ограниченных земельных ресурсов и необходимости резкого уменьшения влияния производственных предприятий на окружающую среду и человека. При размещении производственных предприятий в подземных сооружениях резко уменьшается возможность его поражения и разрушения от случайных техногенных или преднамеренных воздействий. Кроме того, при использовании в сооружениях подобного типа экологически вредных производств геологическая среда будет служить надежным барьером, препятствующим распространению вредных веществ в биосферу. Как уже отмечалось, интерес к повторному использованию подземных выработок вызывается следующими обстоятельствами: • привлекательностью наличия готовых объектов; • возможностью разгрузить зону обитания человека от техногенных воздействий и инженерных сооружений; • необходимостью включения в полезную деятельность уже осуществленных затрат, что при плановом их освоении удешевит и первичное, и вторичное производство; • возможностью обеспечить безопасность технологий некоторых производств, связанных с риском значительного загрязнения зоны обитания человека. Тема 8. Планирование и проектирование развития горных работ. Вскрытие и подготовка месторождения. Добычные (очистные) работы. Тема 9. Ликвидация и консервация объектов, связанных с пользованием недрами. Тема 10. Отбор и подготовка подземных горных выработок для использования в народном хозяйстве. Тема 11. Отбор, учет и консервация подземных горных выработок и естественных полостей (пещер), перспективных для размещения объектов, не связанных с добычей полезных ископаемых 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами Дисциплина является завершающей 5.3. Разделы дисциплин и виды занятий № Наименование раздела дисци- п/п плины 1. Недра как важный георесурс в системе научно-технологического Лекц. Практ. зан. Семин. СРС* Всего час. 1 4 2 7 2 10 10 22 2 6 8 16 2 2 8 12 2 5 8 15 9 27 36 72 потенциала страны 2. Характерные черты освоения недр и развития горных технологий размещения промышленных отходов в подземных выработках 3. Некоторые проблемы комплексного освоения недр 4. Требования к сохранности выработанного пространства рудников и шахт 5. Классификация возможного использования имеющихся горных выработок рудников и шахт для организации в них новых производств и размещения промышленных отходов ИТОГО 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен учебным планом 7. Практические занятия (семинары) Согласно программе занятий в соответствии с лекциями 8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены учебным планом. 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Рустем Мамин, Татьяна Ветрова, Любовь Шилова. Инновационные механизмы управления отходами. МГСУ. 2013 г. 136 с 2. Марианна Харламова, Анна Курбатова. Твердые отходы. Технологии утилизации, методы контроля, мониторинг. Учебное пособие. Юрайт. 2015 г. 232 с. Дополнительная 3. Моделирование на ЭВМ стоимостных показателей горных работ в шахтах. Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов горно- геологических специальностей. РИЦ Национального минерально-сырьевого университета "Горный" Зубов В.П., Васильев А.В., Сиренко Ю.Г. 2012 г, 75 с. 4. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. — М.: Изд-во АГН, 1997. — 478 с. 5. Шищиц И.Ю. Основы инженерной георадиоэкологии: Учебное пособие для вузов. — М: Изд-во МГГУ, 2005. — 711 с. 6. Дядькин Ю.Д. Проблемы комплексного освоения ресурсов недр и использования подземного пространства // Горный журнал. — 1990. — № 7. 7. Шемякин Е.И. Проблемы освоения подземного пространства // Подземное и шахтное строительство. — 1990. — № 1. 8. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. — М.: Мысль, 1990. —637 с. программное обеспечение: компьютерные программы кафедры РМПИ базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: интернет – обеспечение 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины: Видеофильмы и компьютерные программы кафедры РМПИ 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины: Основой изучения курса является представление об использовании Российским государством ресурсов недр, в том числе и подземных пространств как основы экономического благосостояния населения и бизнеса на обозримую перспективу (первый раздел). Изучение некоторых проблем комплексного освоения недр (2 раздел) является базой для рассмотрения вопросов обеспечения экологической безопасности недр и особенностей проектирования при комплексном использовании подземных пространств, а также выработке требований к сохранности выработанных пространств шахт и рудников(третий и четвертый разделы) и классификации возможного использования имеющихся горных выработок рудников и шахт для организации в них новых производств (5 раздел). В курсе используются интерактивные технологии диалоговые и задачные (структурно-логические). Разработчик: Доцент Горный университет кафедры разработки МПИ Ю.Г.Сиренко (место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)