CC BY
105
УДК 622.013.364.2 О.Е. Шешко
ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ КАРЬЕРОВ
Приведено экологическое обоснование применения новых транспортных средств - крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой, крутонаклонных межуступных перегружателей и ленточных трубчатых конвейеров при транспортировании горной массы из карьеров и на поверхностном комплексе предприятий.
Ключевые слова: экологическая безопасность, крутонаклонный конвейер с прижимной лентой, крутонаклонный перегружатель, трубчатый конвейер, карьер.
Открытый способ добычи твердых полезных ископаемых характеризуется значительно более высокими техникоэкономическими показателями и значительно более безопасными условиями труда по сравнению с подземным. Затраты на добычу полезных ископаемых при открытом способе на большинстве предприятий в 2—3 раза ниже, а производительность труда рабочих в 2,5—3,5 раза выше.
Столь высокие экономические показатели открытого способа добычи связаны с возможностью использования на карьерах крупного, мощного и высокопроизводительного оборудования. Поэтому удельный вес открытого способа при добыче угля достиг почти 65 %, при добыче руд черных и цветных металлов — более 80 %, горно-химического сырья — почти 100 %, а строительные горные породы уже давно добываются только открытым способом.
Превалирующее значение открытого способа, очевидно, сохранится и в перспективе.
Вместе с тем применение открытых горных работ связано с масштабным нарушением земной поверхности и воздействием на состояние подземных вод и атмосферы.
Подготовка горных пород к выемке на карьерах осуществляются, в основном, проведением массовых взрывов, являющихся мощным источником выброса в атмосферу большого количества пыли и газов. Объем массового взрыва составляет 2 млн. м3 взорванных горных пород. За один массовый взрыв выбрасывается в атмосферу 100-250 т пыли и 6000-10000 м3 вредных газов. Пылега-
зовое облако при этом выбрасывается на высоту 150-300 м и в своем развитии оно может достигать высоты 16 км, распространяясь по направлению ветра на расстояние до 14 км. Объем пылегазового облака достигает 15-20 млн. м3, концентрация пыли составляет 680 - 4250 мг/м3.
Вещества, выбрасываемые при массовых взрывах, разносятся ветром на значительные расстояния, загрязняя прилегающие территории, в том числе и жилые массивы, где концентрация вредных газов и пыли иногда превышает предельно допустимые. Для массовых взрывов характерно вторичное выделение газов из взорванной горной массы, продолжающееся в отдельных случаях 10-15 ч. Максимальная концентрация окиси углерода во взорванной горной массе достигает 15-17 %, и превышение предельно допустимой концентрации наблюдается до 100 и более часов. Выделение газов усиливается при выемочно-погрузочных работах, при этом газы выделяются как из развала, так и из породы, находящейся в ковше экскаватора, кузове автосамосвала или думпкаре.
Запыленность воздуха при погрузочно-разгрузочных работах и в кабине экскаватора, и в забое в некоторых случаях достигает концентрации 30-45 мг/м3 .
При транспортировании карьерных грузов особенно большое загрязнение атмосферы имеет место при эксплуатации автотранспорта, который является передвижным источником газов и пыли. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработанными газами, с которыми выделяются такие вредные компоненты, как окись углерода, окислы азота.
Дизельные двигатели выбрасывают в большом количестве сажу, которая в чистом виде нетоксичное вещество. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности молекулы и частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсичных веществ на человека, возрастающих с увеличением влажности и при понижении температуры окружающего воздуха.
По мере увеличения пробега автомобиля происходит изменение регулировочных параметров системы питания и зажигания. При этом токсичность отработавших газов значительно (в 2-3 раза) возрастает. Автомобильные дороги на карьерах (особенно грунто-
вые и щебеночно-гравийные) занимают одно из первых мест в балансе выделения пыли в карьере. На их долю приходится 70-90% всей выделяемой пыли.
Большое количество пыли сдувается из открытых поверхностей при транспортировании угля, песка, другой мелко раздробленной и неувлажненной массы. Большое запыление имеет место в пунктах разгрузки и при перегрузке горной массы из одного вида транспорта в другой [1].
Значительное выделение пыли и газов связано с открытыми поверхностями откосов и отвалов, хвостохранилищ, дробильносортировочными, агломерационными и обогатительными фабриками, базами производственных автомашин и автотракторной техники, ремонтными заводами и цехами, котельными и энергетическими установками.
Пылевые выбросы пылящих поверхностей распространяются в приземленном слое атмосферы и формируют повышенный уровень запыленности воздуха на значительных расстояниях от этих объектов.
Например, на ОАО «Лебединский ГОК» доля пыли, улавливаемая аспирационными установками, составляет 87,4%, а концентрация ее на границе санитарно-защитной зоны составляет 45% ПДК, рис.1.[2]
На различных предприятиях доля воздействия отдельных технологических процессов на загрязнение воздушной среды сильно отличаются друг от друга, но, как правило, на транспортирование, особенно автотранспортом, приходится 40-60% общих выбросов вредных веществ. Причем эта величина возрастает с увеличением глубины карьера. Вместе с тем автомобильный транспорт остается лидирующим видом транспорта не только в глубоких карьерах.
Расширение и ужесточение современных требований к охране окружающей среды и освоению недр поставили на повестку дня необходимость использования на горных предприятиях новых видов транспортных машин, резко снижающих загрязнение окружающей среды при эксплуатации. Современный уровень машиностроения предоставляет большие возможности в этой области.
Для глубоких карьеров в качестве подъемного звена это крутонаклонные конвейеры с прижимной лентой (КНК).
50%
40%
30%
0%
N0
S0
□ Пыль
□ SO
□ N0
1
Загрязняющие вещества
Рис. 1. Концентрация загрязняющих веществ на границе санитарнозащитной зоны ОАО «Лебединский ГОК»
Существующие системы технологического транспорта особенно на глубоких карьерах обуславливают резкое увеличение длины транспортирования на подъём, и чрезвычайно усиливают негативное воздействие на окружающую среду. КНК не только на порядок снижают длину транспортирования и упрощают транспортную трассу, но и значительно улучшают экологическую ситуацию горного предприятия. Характерно, что размеры максимальных кусков груза аналогичны транспортируемыми ленточными конвейерами.
Горная масса при транспортировании герметично закрыта между грузовой и прижимной лентами [2, 3]. Последнее обстоятельство обуславливает эффективность таких конвейеров во многих случаях, когда особенно требуется избежать пыления при транспортировании: промышленные площадки, цементные заводы, городское строительство, транспортирование золы и так далее.
Конструктивная схема дает возможность создания типовых модульных и нестандартных схем подъема КНК с прижимной лентой, обеспечивающих минимальное количество перегрузок, представляющих собой, как правило, дополнительный очаг выделения вредных веществ [3].
Высокая эффективность применения КНК с прижимной лентой подтверждается практикой применения на карьере а) б)
Рис. 2. Крутонаклонные конвейеры с прижимной лентой: а) подъем КНК медной руды (на высоту 95 м) на карьере «Майданпек», б) перегружатель с КНК на карьере «Мурунтау»
«Майданпек» (Сербия), где был установлен КНК производительностью 4000 т/ч на высоту подъема 95 м под углом наклона 35,5°. На карьере удалось в 3 раза сократить число автосамосвалов, а ежегодная экономия составила 12 млн. долларов. Эти результаты были достигнуты практически на первом крупном образце КНК без опыта его проектирования, создания и эксплуатации (рис. 2, а)
Фактором, определяющим необходимость перехода на КНК, наряду с экономической целесообразностью является допустимая концентрация вредных веществ в рабочей зоне карьера.
Большинство вредных веществ имеют однонаправленное действия на организм человека и на природу, поэтому их концентрация суммируется. Суммарное отношение концентраций вредных вещества и пыли (Сі) к их предельно допустимой величине
V Сі -
' ‘ ПДК не должно превышать определенной величины.
Расчеты показали, что в определенных условиях глубина, при достижении которой необходима установка КНК может составлять 270, 120, 90 и даже 30 и 60 метров. В этих условиях позитивную роль могут играть передвижные межуступные перегружатели с КНК. Межуступный перегружатель после установки стационарно-
го конвейера или удлинения его может перемещаться на нижележащие горизонты.
В настоящее время межуступный перегружатель КНК-30 производительностью 3500 т/ч производства ОАО «Азовмаш» (Украина) установлен на концентрационном горизонте карьера «Мурун-тау» и осуществляет подачу руды на расположенный на высоте 30 м наклонный конвейера действующего комплекса ЦПТ. [4]
В проекте реконструкции ряда предприятий (Ковдорский, Оленегорский ГОКи и др.) уже стоит вопрос об установке КНК. В настоящее время находится в эксплуатации ~ 200 КНК на карьерах, шахтах и наиболее экологически неблагоприятных производствах: цементные заводы, дробильно-сортиро-вочные фабрики (фирмы “Continental Conveyor & Equipment Company”, “Dos Santos International”, “MAN Takraf” и др). Экологическая чистота установок позволила применять их в пределах городов и населенных пунктов.
Расчетные значения основных параметров КНК при производительностях Q = 5000-10000 м3 /ч на высоту подъема 100м представлены в табл. 1.
Анализируя таблицу, можно заметить, что длина каждого из двух контуров КНК (Lк) более чем в два раза меньше, чем длина ленточного конвейера уже при угле наклона в=40°, суммарная мощность (N) практически одинакова и только масса металлоконструкции (G) больше на 25-30%.
В последние годы, в различных отраслях промышленности, в том числе и горной, всё более широко применяются ленточные трубчатые конвейеры (ЛТК). Этот тип конвейера успешно применяется для транспортирования угля, дроблёной руды, гипса, цемента, зерна, биомассы, удобрений, химических материалов и т.д.
Особенность ленточного трубчатого конвейера (ЛТК) состоит в том, что конвейерная ленты сворачивается в трубу, а её края образуют в верхней части трубчатой поверхности зону перекрытия (края ленты перекрывают друг друга внахлёст), в которой находится транспортируемый груз.
По сравнению с традиционными ленточными конвейерами ЛТК имеют неоспоримые преимущества: отсутствие вредных Таблица 1
Значения параметров ленточного конвейера и КНК
Ленточный подъемный конвейер (в = 18°, LK = 647.2 м)
Q т/ч 5000 6000 7000 8000 9000 10000
в м 1.2 1.4 1.4 1.6 1.6 1.8
N кВт 1779 2147 2488 2840 3181 3534
G т 141 183.2 196 222 235 262
КНК ф=40°£к = 311 м)
в м 1.6 1.6 1.8 2.0 2.0 2.25
N кВт 1213/594 1444/ 711 1681/ 830 1928/ 949 2158/ 1066 2397/ 1185
Ш т 183 237 254 288 305 340
КНК (в = 55°, Lк = 244.2 м)
N кВт 1127/ 1341/ 1562/ 1790/ 2005/ 2227/
681 816 952 1088 1223 1359
Ш т 176 228 246 277 293 327
Рис. 3. Трубчатый конвейер, установленный на поверхностном комплексе горного предприятия в Англии
Таблица 2
Наиболее протяжённые трубчатые конвейеры, эксплуатируемые в горной промышленности
Длина, км Место установки Фирма производитель Производительность, т/ч
2,1 км Home stake Mining, USA Krupp Robins 300 т/ч;
2,3 км Huainan Coal Mining M.P, China Krupp Robins 800 т/ч;
2,5 км AES Barbers Point, Inc, USA. Krupp Robins 1100 т/ч;
2,8 км Jordan, Phosphate, India, Koch, Austria 1250 т/ч;
3,4 км Utah, Fuel Company, USA Krupp Robins 1250 т/ч;
3,4 км Indo Gulf Copper Smelter, In- Conveyor Kit 1800 т/ч;
5,0 км Fluor Daniel -Lagoven, USA Krupp Robins 300 т/ч.
воздействий на окружающую среду транспортируемых грузов, возможность создания пространственной конфигурации трассы конвейера с изгибами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, отсутствие перегрузок, являющихся сильными источниками загрязнения окружающей среды.
ЛТК имеют возможность транспортировать грузы под углом до 30° к горизонту и одновременно на верхней и нижней ветвях конвейера. Но такие конвейеры применимы только для мелкокусковых сыпучих грузов [5].
Трубчатый конвейер, установленный на поверхностном комплексе предприятия в Англии, представлен на рис. 3.
На поверхностном комплексе ОАО «Лебединский ГОК» уже много лет трубчатый конвейер успешно транспортирует железные окатыши. Длина конвейера превышает километр, имеются повороты трассы и подъемы. Производительность установки 900 т/ч, размер транспортируемых окатышей — 0-32 м.
Данные о наиболее крупных установках трубчатого конвейера приведены в табл. 2.
Таким образом, в настоящее время имеются возможности применения транспортных средств в карьерах, не оказывающих негативного воздействия на окружающую среду.
1. Астахов А.С., Малышев Ю.Н., Пучков Л.А., Харченко В.А. Экология: горное дело и природная среда: Учеб. для вузов.-М.: Издательство Академии горных наук, 1999.
2.Леонов А.С., Черкащенко Н.А. Природоохранная деятельность ОАО «Лебединский ГОК» Горный журнал. - М., 2007. - №7.
3. Кучерский Н.И., Мальгин О.Н., Сытенков В.Н., Ларионов Е.Д.., Иоффе А.М., Шелепов В.И. Эффективность проектируемого комплекса ЦПТ - руда с крутонаклонным конвейером для карьера «Мурунтау». Горный журнал. - М., 2005. -№11.
4. Сытников В.Ю., Филиппов С.А., Сытников А.Н. Крутонаклонные перегружатели — одно из основных направлений перевооружения глубоких карьеров. Эксперт-техника. Информационно-аналитический журнал, 2008, №1.
5. Галкин В.И., Дмитриев В.Г. Трубчатые конвейеры для горной промышленности. Ж. Горное оборудование и электромеханика, 2009, №1. Н5ы=1
O.E. Sheshko, Candidate of economic sciences, docent,
Moscow State Mining University
ECOLOGICALLY SAFE TRANSPORT VEHICLES FOR OPEN-CAST MINES
In the article the ecological substantiation of application of new transport vehicles - sandwich belt high angle conveyors, high angle interbench reloaders and pipe conveyors is given when transporting rock mass from open-cast mines and at the surface complex of the enterprises.
Key words: ecological safety, sandwich belt high angle conveyor, high angle interbench reloader, pipe conveyor, open-cast mine.
Коротко об авторе _______________________________________________
Шешко G.E. - кандидат экономических наук, доцент, кафедра «Экономика природопользования»,
Mосковский государственный горный университет,
Moscow state mining university, Russia, ud@msmu.ru
A
