Problems of waste rock formation during mining of Western Donbass coal reserves: state-of-the-art and solutions

Authors

  • М.В. Петльований Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • К.С. Сай Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • О.В. Столярська Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/71.079

Keywords:

coal mine, rock dump, processing, mineral and raw-material resources, utilization

Abstract

Purpose. The research purpose is to analyze and generalize the problems of waste rock accumulation, as well as to determine the directions for their possible solution in order to improve the ecological-economic conditions for mining coal reserves in the Western Donbass. Methods. A comprehensive scientific-methodological approach is used, which consists in studying regional accounts on the state of the environment, data from the register of waste disposal sites in the Dnipropetrovsk Oblast, peculiarities of placement of dumps according to the Google Earth program and collected mine data. To study the feasibility of processing dumps, a SWOT-analysis is used, as well as the analysis of existing technologies for processing the rock mass from waste dumps, based on foreign and domestic experience. Findings. Nine rock dumps have been identified, formed as a result of the functioning of the Western Donbass coal mines, where almost 130 million tons of waste rocks have been accumulated on an area of about 190 hectares. It is noted that the reclamation of disturbed lands as the main means of rock utilization is insufficient. Based on a thorough analysis of the SWOT-analysis results, a strategic direction for processing has been determined – the use of rock mass as a raw material for construction (materials and roads) with accompanying extraction of coal, aluminum and iron. The existing technologies for the processing of waste rocks have been systematized. It has been determined that the largest scaling of waste dump processing in the Western Donbass mines can be achieved with a combination of mechanical-chemical methods, among which gravity and magnetic beneficiation methods, mechanical grinding and chemical leaching are priority. Originality. The mechanisms for handling coal waste from coal mines in the Western Donbass have been determined to solve ecological-economic problems associated with their accumulation. Practical implications. The research results reveal possible ways of solving the problems of waste rock accumulation in the Western Donbass mines, which makes ecological and economic sense.

References

1. Shah,Y.T. (2021). Hybrid energy systems – strategy for decarbonization. Hybrid Energy Systems , 1-18. https://doi.org/10.1201/9781003159421-1

2. Debiagi, P., Rocha, R.C., Scholtissek, A., Janicka, J., & Hasse, C. (2022). Iron as a sustainable chemical carrier of renewable energy: Analysis of opportunities and challenges for retrofitting coal-fired power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews , (165), 112579. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112579

3. Статистичний збірник «Паливно-енергетичні ресурси України» за 2020 рік . (n.d.). https://www.ukrstat.gov.ua/druk/publicat/kat_u/2021/zb/12/Zb_per.pdf

4. Мінеральні ресурси України . (2020). Державне науково-виробниче підприємство «Державний інформаційний геологічний фонд України».

5. Cornot-Gandolphe, S. (2019). Status of global coal markets and major demand trends in key regions .The Institut français des relations internationals.

6. Bai, E., Li, X., Guo, W., Tan, Y., Guo, M., Wen, P., & Ma, Z. (2022). Characteristics and formation mechanism of surface residual deformation above longwall abandoned goaf. Sustainability , 14 (23), 15985. https://doi.org/10.3390/su142315985

7. Shang, H., Zhan, H.-Z., Ni, W.-K., Liu, Y., Gan, Z.-H., & Liu, S.-H. (2022). Surface environmental evolution monitoring in coal mining subsidence area based on multi-source remote sensing data. Frontiers in Earth Science , (10), 1-19. https://doi.org/10.3389/feart.2022.790737

8. Петлёваный, М.В., & Гайдай, А.А. (2017). Аналіз накопичення і систематизація породних відвалів вугільних шахт, перспективи їх розробки. Геотехнічна механіка , (136), 147-158.

9. Шустов, О.О., Петльований, М.В., Зубко, С.А., & Шерстюк, Є.А. (2019). Геомеханічні проблеми стійкості природно-техногенних масивів рудних родовищ. Збірник наукових праць Національного гірничого університету , (58), 154-165. https://doi.org/10.33271/crpnmu/58.154

10. Tao, M., Cheng, W., Nie, K., Zhang, X., & Cao, W. (2022). Life cycle assessment of underground coal mining in China. Science of The Total Environment , (805), 150231. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150231

11. Kovrov, O., & Kulikova, D. (2022). Improvement of the mine water purification efficiency via modified settling tank. Ecological Engineering & Environmental Technology , 23 (1), 65-75. https://doi.org/10.12912/27197050/142943

12. Zhang, J., Zhang, Q., Spearing, A. J. S. (Sam), Miao, X., Guo, S., & Sun, Q. (2017). Green coal mining technique integrating mining-dressing-gas draining-backfilling-mining. International Journal of Mining Science and Technology , 27 (1), 17-27. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2016.11.014

13. Petlovanyi, M., Malashkevych, D., Sai, K., Bulat, I., & Popovych, V. (2021). Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined-out area in coal mines. Mining of Mineral Deposits , 15 (4), 122-129. https://doi.org/10.33271/mining15.04.122

14. Brodny, J., & Tutak, M. (2022). Challenges of the polish coal mining industry on its way to innovative and sustainable development. Journal of Cleaner Production , (375), 134061. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134061

15. Гріньов, В.Г., & Хорольський, А.О. (2021). Нові підходи і результати досліджень по раціоналізації відпрацювання родовищ корисних копалин. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва , (23), 174-199.

16. Кузьменко, А.М., Петлёваный, М.В., & Усатый, В.Ю. (2010). Влияние тонкоизмельченных фракций шлака на прочностные свойства твердеющей закладки. Матеріали Школи підземної розробки , 383-386.

17. Song, W., Zhang, J., Li, M., Yan, H., Zhou, N., Yao, Y., & Guo, Y. (2022). Underground disposal of coal gangue backfill in China. Applied Sciences , 12 (23), 12060. https://doi.org/10.3390/app122312060

18. Barabash, M., & Cherednichenko, Y. (2015). Transformation SHC "Pavlogradvugillia" in the world class coal-mining company – PJSC "DTEK Pavlogradvugillia". Mining of Mineral Deposits , 9 (1), 15-23. https://doi:10.15407/mining09.01.015

19. Malashkevych, D., Poimanov, S., Shypunov, S., & Yerisov, M. (2020). Comprehensive assessment of the mined coal quality and mining conditions in the Western Donbas mines. E3S Web of Conferences , (201), 01013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020101013

20. Саїк, П.Б., Лозинський, В.Г., Петльований, М.В., Сай, К.С., & Стрижаков, Є.М. (2018). Сучасний підхід до освоєння енергетичних ресурсів залишених та некондиційних запасів вугілля. Збірник наукових праць Національного гірничого університету , (54), 152-168.

21. Afum, B.O., Caverson, D., & Ben-Awuah, E. (2018). A conceptual framework for characterizing mineralized waste rocks as future resource. International Journal of Mining Science and Technology , 29 (3), 429-435. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2018.07.002

22. Lèbre, É., Corder, G.D., & Golev, A. (2017). Sustainable practices in the management of mining waste: a focus on the mineral resource. Minerals Engineering , (107), 34-42. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.12.004

23. Регіональна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Дніпропетровській області за 2021 рік . (2022). Департамент екології та природних ресурсів Дніпропетровської ОВА.

24. Реєстр місць видалення відходів у Дніпропетровській області станом на 2021 рік . (2022). https://adm.dp.gov.ua/storage/app/media/EKOLOGIA/MVV-REESTR-20-08-2021.pdf

25. Вернигора, В.Н. (2019). Декарбонизация и циркуляционная экономика – звенья одной цепи . Доклад. https://dtek.com/content/files/vernigora-vladislav.pdf

26. Бузило, В.И., Кошка, А.Г., Сердюк, В.П., Сулаев, В.И., & Яворский, А.В. (2012). Технология селективной отработки тонких угольных пластов . НГУ.

27. Petlovanyi, М.V., Мalashkevych, D.S., & Sai, K.S. (2020). The new approach to creating progressive and low-waste mining technology for thin coal seams. Journal of Geology, Geography and Geoecology , 29 (4), 765-775. https://doi.org/10.15421/112069

28. Мalashkevych, D.S.,Petlovanyi, М.V., Sai, K.S., &Zubko, S.A. (2022). Research into the coal quality with a new selective mining technology of the waste rock accumulation in the mined-out area. Mining of Mineral Deposits , 16 (4), 103-114. https://doi.org/10.33271/mining16.04.103

29. Гаркуша, В.С. (2017). Кріплення магістральних виробок з використанням твердіючих сумішей на основі шахтної породи . НГУ.

30. Rozanski, Z., Suponik, T., Matusiak, P., Kowol, D., Szpyrka, J., Mazurek, M., & Wrona, P. (2016). Coal recovery from a coal waste dump. E3S Web of Conferences , (8), 01052. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20160801052

31. Vo, T. L., Nash, W., Del Galdo, M., Rezania, M., Crane, R., Mousavi Nezhad, M., & Ferrara, L. (2022). Coal mining wastes valorization as raw geomaterials in construction: A review with new perspectives. Journal of Cleaner Production , (336), 130213. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130213

32. Taha, Y., Benzaazoua, M., Hakkou, R., & Mansori, M. (2017). Coal mine wastes recycling for coal recovery and eco-friendly bricks production. Minerals Engineering , (107), 123-138. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.09.001

33. Зубова, Л.Г., Зубов, А.Р., Верех-Белоусова, К.И., & Олейник, Н.В. (2012). Получение металлов из терриконов угольных шахт Донбасса . ВНУ.

34. Amrani, M., Taha, Y., ElHaloui, Y., Benzaazoua, M., & Hakkou, R. (2020). Sustainable reuse of coal mine waste: Experimental and economic assessments for embankments and pavement layer applications in Morocco. Minerals , 10 (10), 851. https://doi.org/10.3390/min10100851

35. Chugh, Y. P., & Behum, P. T. (2014). Coal waste management practices in the USA: An overview. International Journal of Coal Science & Technology , 1 (2), 163-176. https://doi.org/10.1007/s40789-014-0023-4

36. Pactwa, K., Woźniak, J., & Dudek, M. (2020). Coal mining waste in Poland in reference to circular economy principles. Fuel , (270), 117493. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117493

Published

2020-01-01

Issue

Section

Статті