CC BY
281
В экологическом плане развитие ветроэнергетики в Украине создает перспективы уменьшения уровня примене-
1. Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия. Сборник научных трудов. - Алчевск: ДГМИ, 1999. - 288 с.
2. Екологія і економіка: навч. посібник. -К.:КНЕУ, 1999. - 368 с.:іл.
ния ископаемого топлива, за счет чего уменьшаются объемы вредных выбросов и загрязнения окружающей среды.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Рекомендуемые правила выбора площадок для ветроэнергетических систем. - АВА AWEA 8/2, 1993,137с.
4. Ветроэнергетика в Украине: Материалы отчета, подготовленного в рамках Датской Энергетической программы с учетом экологических аспектов для Украины, - К.:1999, 215 с.
— Коротко об авторах -----------------------------------
Костенко В.К., Макеева Д. А., Кольчик А.Е. - ДонНТУ, Донецк, Украина.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАНДАУРОВ Константин Владимирович Природоохранная мотивация горных предприятий как инструмент экономически эффективной утилизации отходов производства (на примере ОАО «Лебединский ГОК») 05.02.22 к.т.н.
© Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский, 2005
УДК 622.271 622.235:504.3
Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский
ПУТИ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Семинар № 7
роблема разрешения противоречий между разумом и природой выдвинута в число первых приоритетов развития человеческой цивилизации, ибо возникло понимание необходимости сохранения природы как гарантии сущест-
вования цивилизации. Человек, сознавая себя частью природы, может существовать как биологический вид только за счет ее разрушения: даже энергию и ресурсы на охрану природы человек получает путем
разрушения ее важнейшей части - литосферы [1].
Декларированная охрана природы сводится фактически к охране человека в ней, ибо опасность техногенного воздействия оценивают по нормативам, характеризующим опасность этих воздействий только для здоровья человека, а не естественной биоты Земли. Поэтому необходимо создание, на основе познания законов развития техносферы, технологий, позволяющих управлять уровнем внешних воздействий в биологически обоснованных диапазонах.
Энергия мировой индустрии развивается по исторической шкале времени и утраивает свою мощность в среднем через каждые 15 лет [2]. Масштабы и темпы развития индустрии добычи полезных ископаемых столь велики, что вызванный этим технологический прессинг на природные экосистемы приводит к их быстрому и необратимому разрушению, которое по своим масштабам постепенно принимает глобальный характер.
Применительно к проблемам освоения земных недр реализация основополагающих принципов концепции устойчивого развития достигается за счет трансформации глобального антагонистического противоречия между био- и техносферой в цепь локальных противоречий между добывающими предприятиями и реальными экосистемами, преодолеваемых путем целенаправленного выбора технологических решений, уровень внешнего воздействия которых не выходит за рамки диапазонов толерантности структурообразующих элементов биоты экосистем.
Экотехнологии освоения земных недр как технологии добычи минеральных ресурсов должны быть построены по типу процессов, характерных для природы [3], поэтому чисто биологические принципы функционирования биосистем следует трансформировать в биогенные принципы построения геотехнологии. Первый биогенный принцип организации и функционирования горного производства тре-
бует иметь замкнутый цикл обращения твердых, жидких и газообразных отходов производства и прорабатывается в виде отдельных научных, технических и технологических задач достаточно давно, но реализуется в очень малых масштабах [2].
Проблема обеспечения замкнутого цикла обращения отходов сводится к выделению загрязнителей из воздушного или водного потока и их локализации.
Подавляющее большинство горных предприятий являются источниками твердых отходов в виде пассивной пыли. Основные перспективы снижения выбросов пыли связаны с развитием технологии пы-леподавления на различных стадиях добычных работ. Взрывные работы в карьерах вызывают весьма высокое загрязнение карьерной территории и окружающей среды пылегазовыми выбросами, создают ощутимые отрицательные эффекты в связи с осаждением пыли в жилых районах и на сельскохозяйственных угодьях. Установлено, что площади зон загрязнения приземной атмосферы с концентрацией пыли, превышающей ПДК, составляют (10,9-26,5)-106 м2, размеры зон с концентрацией пыли в 5-10 ПДК достигают 3-7 км [4].
Нагрузка на атмосферу от взрывных работ в карьере является существенной на расстоянии около 2 км от эпицентра взрыва, причем максимальная нагрузка в момент прохождения пылегазового облака возрастает в тысячи раз: от 35 000 % на расстоянии 500 м, до 90 % на расстоянии 5 км при объеме массового взрыва в 1000 т ВВ, и 1300 % и 7 % соответственно при объеме массового взрыва в 200 т [5]. Нагрузка на атмосферу в момент проведения массовых взрывов является значительной даже на большом расстоянии от источника, возрастая с увеличением одновременно взрываемого ВВ. На расстоянии 5 км от центра взрыва при увеличении количества ВВ в 5 раз нагрузка возрастает в 12 раз.
Анализ известных способов и путей снижения вредного воздействия массовых
взрывов на окружающую среду показывает, что до настоящего времени эффективные способы и средства борьбы с пылегазовым облаком и оседающей от него пыли пока не найдены.
В [6] предложены и сформулированы основные положения научной концепции ударно-волнового подавления пылегазовых выбросов при взрывных работах в карьере, которая в частности включает:
- научное обоснование применения на карьерах взрывных работ с малой мощностью зарядов ВВ;
- рассмотрение пылегазового облака (ПГО) как единого объекта, состоящего из оболочки, теплового и пылевого эпицентра, развитие и изменение которого в первом приближении подчиняется законам теории свободных струй;
- применение технических средств и создание гидроимпульсной техники для активного подавления эпицентра ПГО в момент его зарождения в карьере, т. е. в период первых 100-250 мс процесса.
Все известные технические решения можно условно отнести к пассивным способам защиты окружающей среды при взрывах в карьерах и разделить на следующие три группы:
1) способы предупреждения образования ПГО: применение малогазовых типов ВВ и управление действием взрыва, повышение прочности забойки скважин, снижение массы заряда ВВ в скважине, снижение числа взрывных скважин блока, снижение величины перебура в скважине, уменьшение диаметра скважин и т. д.;
2) способы подавления ПГО: выполнение гидравлической и гидрогелевой забойки скважин, гидравлическое орошение и покрытие взрываемого блока пеной, подавление ПГО водовоздушными струями карьерных вентиляторов и пр.;
3) способы утилизации ПГО: гидравлическое обеспыливание, пылеулавливание и дегазация взорванных блоков.
Предложены ударно-волновые способы активного подавления ПГО, включающие:
- воздействие на ПГО ударными волнами от встречно взорванных дополнительных зарядов ВВ в специальных контейнерах с теплопылегазоподавляющими агентами, которые вводятся в эпицентр ПГО встречным взрывом;
- направленный выстрел в облако для введения подавляющих агентов;
- активное (взрывное) распылением агентов в зону эжекции ПГО и использование эффекта самоподавления облака.
Прошли испытания установки, позволяющие сделать залповый выброс жидких агентов массой от 2 до 20 т в эпицентр ПГО в течение 250 мс на дальность до 100 м со скоростью 150 м/с [7].
Разработан способ активного подавления пылегазового облака [8] путем использования одновременно нескольких технических устройств залпового высоконапорного выброса жидкого агента в эпицентр ПГО в момент его зарождения и формирования над взорванным блоком в карьере. Жидкие агенты: воду, гидрогель, ПАВ и др. - направляют навстречу друг другу, соударяют и диспергируют в эпицентре зарождающегося ПГО, что должно обеспечить охлаждение эпицентра и нейтрализацию ПГО. Устройства располагают вокруг взрываемого блока напротив друг друга на одинаковом расстоянии от центра взрываемого блока.
Специальные гидростволы изготавливают из труб большого диаметра с зарядной камерой, чтобы действием пороховых газов или сжатого воздуха выбрасывать агент. Испытанием способа принудительного осаждения пыли водой с поверхностно-активными веществами в тонкораспыленном состоянии установлена принципиальная возможность пылеподавления при массовых взрывах путем принудительной обработки пылегазового облака диспергированными потоками жидкости, им-пульсно выбрасываемыми посредством пороховых зарядов [8]. Для этого применена гидроимпульсная установка, выбрасывающая поток воды из емкостей объемом 1,37 м3 пороховыми зарядами массой
22 кг. Дальнобойность водяных потоков достигает 90-100 м, ширина зоны эффективного пылеподавления 60-70 м.
В [9] предложено осаждать пыль над местом взрыва и нейтрализовать ядовитые газы взрыва за счет целенаправленного насыщения пылевого облака взрыва водой и водной суспензией известняка путем размещения внутри скважинного заряда ВВ, в его верхней части, емкостей с водой объемом 10-15 л. Осаждение 90-95 % пыли происходит в течение 5 мин практически над местом взрыва, кроме того, осаждается почти 90 % ядовитых газов.
Однако все предложенные способы подавления пылегазового облака имеют существенные недостатки: необходимость использования специальных устройств для выброса подавляющих агентов с высокой точностью синхронизации их работы с моментом массового взрыва. Применительно к традиционно взрываемому на карьере МГОКа блоку с объемом 80 тыс. м3 для эффективного пылеподавления потребуется 3-4 установки. Главный же недостаток - пыль, осажденная таким путем на поверхность горной массы, затем снова поднимается ветром в воздух и разносится на большие расстояния.
Один из наиболее эффективных путей подавления пылегазовых выбросов на месте взрыва - взрывание горных пород в зажиме, поскольку значительная доля таких выбросов улавливается взорванной горной массой как фильтром. Так, в [10] приводятся сведения о проведении опытно-конструкторских работ по созданию дешевых систем очистки выхлопных газов технологического автотранспорта с использованием в качестве фильтрующего материала перевозимой в кузове горной массы, за счет чего достигается полная очистка от сажи, альдегидов и улавливается до 70 % оксидов азота.
Радикальное решение проблемы ликвидации пылегазовых выбросов при взрывных работах в карьере может быть достигнуто с помощью технологии, базирующейся на принципиально новом под-
ходе к буровзрывным работам - разрушение горных пород осуществляется небольшими (2-5 тыс. м3) объемами послойным (сверху вниз) взрыванием горизонтальных скважинных зарядов уменьшенного (50-105 мм) диаметра с предварительным щелеобразованием по контуру взрываемого объема под мобильным укрытием с демпфирующими элементами [11].
Основной элемент новой технологии -демпфирующий щит на самоходной установке. При массе каждого заряда верхнего взрываемого слоя горных пород в 7 кг (при ширине щита 5 м) и 15 кг (при ширине щита 10 м) демпфирующим щитом с массой горизонтальной рамы 16-35 т исключается разлет горной массы объемом 150-300 м3. Численными исследованиями процессов взаимодействия в системе “заряд ВВ - массив горных пород - демпфирующий щит” установлено, что раздробленный слой горных пород в 8-9 раз снижает энергию проходящего через него взрывного импульса. Аналогичные показатели получены при экспериментальных замерах ослабления волн экранирующим слоем раздробленных пород в массиве [12]. Поэтому демпфирующий шит работает на поглощение энергии только при взрывании верхнего слоя пород. Для нижележащих слоев (объемом 300-500 м3) уже взорванный верхний слой является пригрузкой, исключающей разброс их горной массы. Небольшие объемы взрываемых блоков (2-5 тыс. м3) и контурная щель снижают размеры сейсмоопасной зоны взрыва до 30 м и позволяют вести ежесменное взрывание для каждого экскаватора без остановки горных работ на массовый взрыв.
Пылегазовый выброс взрыва улавливается специальным устройством, размещенным на мобильной установке [13]. Пылегазовый поток из массива при взрыве верхнего слоя поступает через зазоры между секциями щита укрытия в замкнутое пространство под эластичный кожух и далее - по гибкому пылепроводу - в вихре-
вой пылеуловитель, способный улавливать залповые выбросы пыли с содержанием до 400 г/м3 [14], где происходит его очистка от пыли. Очищенный от пыли газовый поток с ядовитыми газами продуктов взрыва, содержащими оксиды углерода и азота, поступает в адсорбер, где эти газы улавливаются и чистый воздух выбрасывается в атмосферу. Очистку воздуха от оксидов азота и углерода возможно проводить, используя как искусственный сорбент - цеолит, с заведомо заданными свойствами, так и природные модифицированные цеолиты. При взрыве нижележащих слоев значительная часть пыли улавливается раздробленной горной массой и часть газов сорбируется ею.
Таким образом, в предлагаемой технологии реализуются принципы первой группы способов защиты окружающей среды при взрывах в карьерах - повышение прочности забойки скважин (забойка удерживается от вылета массой установки), снижение массы заряда ВВ в скважине (до 7-15 кг вместо 500-1500 кг), снижение числа взрывных скважин блока, снижение величины перебура в скважине (применение контурной щели позволяет иметь взрывные скважины с недобуром в 10 диаметров), уменьшение диаметра скважин. Особенно важна реализация принципов третьей группы способов, а именно улавливание пыли и нейтрализация ядовитых газов - эта пыль уже не будет вновь уноситься ветром в атмосферу. Присутствует и эффект подавления пылегазовых выбросов на месте взрыва - взрыванием горных пород в зажиме (взрывание под укрытием сохраняет взорванную горную массу на месте).
Технология не имеет аналогов в мировой практике. Она позволяет также свести к минимуму развал горной массы, обеспечить дробление горных пород с размером кондиционного куска в 200-300 мм с сохранением в горной массе первичных контактов руд с пустыми породами, исключить обводненность взрывных скважин. За
счет этого карьер можно перевести на поточную технологию горных работ с селективной выемкой руд, конвейерным транспортом от забоя до поверхности, свести к минимуму объемы текущих вскрышных работ, обеспечить эффективную расконсервацию бортов глубоких карьеров при их реконструкции, эффективно вести буровзрывные работы в запретных зонах и т.д.
Экологические преимущества новой технологии заключаются в полной ликвидации пылегазовых выбросов при взрывании и тем самым загрязнения сельскохозяйственных угодий в окрестностях карьера, оздоровлении атмосферы карьера заменой технологического автотранспорта конвейерным. Предотвращается загрязнение подземных вод в зоне карьера растворенными компонентами ВВ, которые обычно вымываются проточными водами из вертикальных скважинных зарядов в обводненных массивах (при нахождении ВВ в заряде в течение нескольких суток). При новой технологии в горизонтальных скважинах вода не скапливается, ее поступление из массива предотвращается контурной щелью и растворение ВВ не происходит.
Таким образом, переход на новую технологию БВР в карьерах создает реальные концептуальные предпосылки для совершенствования технологии открытых горных работ: создаются благоприятные санитарно-гигиенические условия в глубоких карьерах и их окрестностях на базе нового способа разрушения массива горных пород, не требующего широких рабочих площадок. Это позволяет сделать еще один шаг в направлении реализации первого биогенного принципа организации и функционирования горного производства и создать принципиально новый облик карьера - с поточными технологиями подготовки горных пород к выемке, их выемки и транспорта с существенно меньшим уровнем внешнего воздействия на окружающую среду и.
1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П. Противоречия современной геоэкологии и пути их разрешения // Физические проблемы разрушения горных пород / Сборник трудов Третьей международной научной конференции 9-14 сентября 2002 г. Абаза (Хакассия). Новосибирск: “Наука”, 2003. С. 30-35.
2. Галченко Ю.П. Экотехнология освоения земных недр // Физические проблемы разрушения горных пород / Сборник трудов Третьей международной научной конференции 9-14 сентября 2002 г. Абаза (Хакассия). Новосибирск: “Наука”, 2003. С. 219-226.
3. Реймерс Н.Ф. Природопользование. - М.: Мысль, 1990. - 638 с.
4. Оценка влияния выбросов и сбросов вред-
ных веществ карьеров и фабрик ГОКов Кривбасса на окружающую среду / П.В. Бересневич, Ю.Г. Вилкул, В.Г. Лосьев и др.// Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов: Доклады 2-й научно-
технической конференции. - М.: МГГУ, 1995. - С. 30-33.
5. Папичев В. И. Нагрузка горного предприятия на основные компоненты природной среды // Физические проблемы разрушения горных пород / Сборник трудов Третьей международной научной конференции 9-14 сентября 2002 г. Абаза (Хакассия). Новосибирск: “Наука”, 2003. С. 235237.
6. Зберовский А. В. Проблема загрязнения окружающей среды при взрывных работах в карьерах // Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов:
Докл. 2-й науч.-техн. конф. - М.: МГГУ, 1995. -С. 160-161.
7. Дубей В. В. Способ защиты окружающей среды при массовых взрывах в карьерах // Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов: Докл. 2-й науч.-техн. конф. - М.: МГГУ, 1995. - С. 98.
8. Разработка способа и технических средств пылеподавления при массовых взрывах на карьере Михайловского ГОКа / А. И. Дремин, А. И. Перепелицын, В. И. Мочалов и др. // Горный журнал. - 1996. - № 5. - С. 53-55.
9. Новиков И. В. Обоснование и разработка способа пылеподавления с реализацией процесса насыщения водой пылевого облака при взрывных работах на карьерах. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 2002. - 16 с.
10. Силаев В. В. Проблемы аэрологии карьеров // Горный журнал.- 1994. - № 8. - С. 52-54.
11. Шевкун Е.Б. Взрывные работы под укрытием. - Хабаровск: ХГТУ, 2004. - 202 с.
12. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. - М.: Недра. 1976. - 271 с.
13. Самоходная установка для укрытия мест
взрыва: Патент № 2125233 (РФ) / Е.Б. Шевкун, В.И. Мирошников, С.В. Чередников, Н.А. Леоненко. - № 97112231/03; заявл. 24.07.97;
опубл.20.01.99. -Бюл. № 2. - 5 с.
14. Устройство для сухого пылеулавливания при термическом бурении: А.С. № 1761948 (СССР) / А.С. Латкин, Е.Б. Шевкун. - № 4821055/03; заявл. 29.03.90; опубл. 15.09.92. -Бюл. № 34. - 3 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Шевкун Евгений Борисович - доктор технических наук, профессор,
Лещинский Александр Валентинович - кандидат технических наук, доцент,
кафедра «Строительные и дорожные машины», Хабаровский государственный технический университет (ХГТУ).
