Атмосферные выбросы вредных веществ при открытой добыче полезных ископаемых Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЮМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ ВОЕНИЯ ГЕЮРЕСУРСЮВ РЮССИИ

^ Ю.В. Шувалов, А. Мохамад А.П. Бульбашев, 2000

УДК 622.4:622.271

Ю.В. Шувалов, А. Мохамад, А.П. ВульбашвЕ

АТМОСФЕРНЫЕ ВЫБРОСЫ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ОТКРЫТОЙ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

^Атмосферные выбросы вредных ве-' 'ществ при разработке месторождений ^ полезных ископаемых открытым способом в основном связаны с механическими примесями (пыль) и химическими, среди которых, в зависимости от технологии ведения работ, преобладают окислы углерода, азота, сернистый ангидрид и др. При этом интенсивность единичного источника загрязнения (автомобиль, бульдозер, экскаватор) мг/с, или удельная масса выброса на единицу продукции (горной массы) мг/м3, зависят от технологических характеристик применяемого оборудования и процесса, а также физических параметров окружающей среды [1, 2]. Газовыде-

Таблица

ИСТОЧНИКИ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ В КАРЬЕРАХ

ление в атмосферу при работе единичного механизма на открытых работах составляет около 0,005 г/с СО, 0,002 г/с Ы0х, 0,001 г/с Э02 для бульдозера, 1,0 г/с СО, 0,03 г/с Ы0х, 0,003 г/с Э02 для автомобиля. При взрывных работах газо- и пылевыделение определяется объемом и типом ВВ, а также условиями среды.

Удельный расход ВВ на единицу отбиваемой горной массы составляет 0,5-0,8 кг/м3 (коэффициент крепости f от 6 до 18), а выход вредных веществ в пересчете на окислы углерода 30-85 л/кг. Этот диапазон еще более широк в реальных условиях и достигает 20154 л/кг.

Основные источники пылеобразования и выделения в атмосферу при открытой разработке месторождений (рис. 1): взрывные работы, бурение, экскавация, транспортирование горной массы, складирование и дробление. Дополнительно к ним действуют, как при ведении работ, так и после прекращения деятельности карьера, такие источники как отвалы (не менее 30 % площади при самоза-растании), пляжные зоны хвостохранилищ и гидроотвалов (25 % площади), эрозионные зоны (табл.).

Источник Интенсивность пылевыделения Запыленность

в единицу времени, мг/с на единицу добычи, воздуха, мг/м3

мг/м3

Взрывные работы (30-170) 103 500-4200

Бурение (СБШ) 17-1900 (0.24-3.4) 103 5-10

(с пылеподавлением)

34-60000 (0.32-148)-103 200

(без пылеподавления)

Экскавация 100-7000 40-60

Транспортирование горной

массы:

автомобили 6000 0.7-103 -

конвейеры 400 — 2-11

ж.д.транспорт 100 - -

Сортировка и складирование 115-150 - 15-150

Отвалообразование до 12000 - 15-150

Дробление на самоходном

оборудовании 100-11000 - 60-250

Пыление отвалов при скоростях ветра (3-5 м/с) составляет 1-3 мг/(м2-с), а пляжных зон хвостохранилищ до 6,5 мг/(м2-с). При этом запыленность воздуха может достигать 500 мг/м3. Взрывные работы являются наиболее мощным источником пылевых выбросов, интенсивность которых зависит от внешних факторов (климат, влаговыпадение - орошение, обводненность и т.д.), а также от крепости пород (рис. 2) [3]. При массовых взрывах объемы пылевого облака достигают (0,5-10)-103 м3, а перенос пыли ветром может осуществляться до десятков километров от источника.

Суммарные массы атмосферных выбросов пыли от источников в карьере могут достигать десятков тысяч тонн в год, а удельные валовые выбросы до 0,1^0,15 % объема добываемой горной массы. Оценка выбросов и переноса пылевых аэрозолей ветром может быть выполнена на основе известных методик [4, 5, 6]. Расчетные значения изменения относительного содержания пыли в воздухе Ап и относительной массы выпавшей пыли Ам в зависимости от расстояния до источника приведены на рис. 3.

Ап = (П/По)100, % (1)

где П - фактическое содержание пыли в воздухе (мг/м3); По - начальное содержание пыли в месте образования (мг/м3)

Ам = (М/Мо)-100, % (2)

где М и Мо - масса выпавшей пыли в расчетной точке и в месте образования, соответственно, т/(га-год).

Натурные наблюдения за пылевой динамикой крупных карьеров [3] свидетельствуют о значительной протяженности зоны повышенной запыленности вокруг карьеров, достигающей 40-45 км при значениях П в 2-4 раза выше фоновой и выпадении пыли массой до 10^6 т/(га-год) на расстоянии до 1-2 км и далее. Зона запыления земель с массой выпавшей пыли, вызывающей угнетение всех видов растений (700 кг/(га-год)), с ростом глубины карьеров расширяется от 7 до 28 км (глубина от 100 до 1000 м). Радиус зоны предельно допустимой запыленности воздуха возрастает еще более, от 35 до 68 км.

Негативное воздействие пылевых и газовых выбросов источников в действующих карьерах оказывает влияние на окружающую

среду, людей и может быть причиной нарушения технологического процесса.

Запыленность воздуха на карьерах (рабочие места) при вскрышных работах зимой составляет от 100 до 1000 мг/м3, летом - менее 100 мг/м3, на добычных работах зимой 1000-1500 мг/м3, летом до 150 мг/м3.

Измерения, проведенные на объектах ведения горных работ Ленинградской области показали, что даже в летний период года при температуре воздуха 15 оС, относительной влажности 58 %, запыленность атмосферы в непосредственной близости от бульдозера и экскаватора (10-20 м) достигала 10-35 мг/м3, а в кабине от 5 до 15 мг/м3 (температура воздуха 24 оС, относительная влажность 47-54 %). При погрузке горной массы в железнодорожные вагоны запыленность атмосферного воздуха вблизи экскаватора достигала 80-100 мг/м3, в его кабине 16-56 мг/м3.

Многочисленными натурными наблюдениями [2, 7, 8] установлена связь интенсивности выбросов вредных механических и химических примесей в атмосферу с её термодинамическими параметрами. Установлен [8, 9] гармонический характер закономерности запыленности атмосферного воздуха во времена года, подтверждающийся также и для химических примесей [2], но со сдвигом по фазе (рис. 4). Уровень воздействия может быть оценен по относительной величине действующего негативного фактора или явления, равного отношению фактического (мгновенного значения) Пн к его максимальной величине Пнтах. Этот показатель, в определенной степени, может соответствовать риску Рн, если фактически зафиксированный максимум является абсолютным для данного события.

Р = Пнтах/Пн (3)

Интенсивность проявления негативных факторов от термодинамических параметров атмосферы подтверждается потока теплоты или массы газа (пара), вовлечения в этот процесс атмосферного воздуха (конвективные токи) с фазовыми переходами воды «жидкость пар» в процессе« испарение конденсация». Этиявления изменяют

скорость выноса аэрозолей и газовых смесей из карьера, а также интенсивность пылевыде-ления источников (горная масса, отвалы и пр.) и пылеподавления (пароконденсационное).

Исследованиями на горных предприятиях и в лабораторных условиях [8, 10] установлена зависимость относительной запыленности воздуха АП = П/По (П - фактическая запыленность воздуха, мг/м3; По - запыленность воздуха при отсутствии массообмена, мг/м3; (Ас = 0) от направления (конденсация + , испарение -) процесса массообмена и величины относительного изменения влагосодержания воздуха Ас1, г/(кг-м) или темпа изменения Ас„, г/(кг-с).

Асі = Лс1-У

(5)

где V - скорость движения воздуха, м/с.

Анализ полученной эмпирической кривой (рис. 5) свидетельствует о наличии симметричного «переходного» периода при изменении направления массообмена в пределах градиента влагосодержания Ас = ±0,02 г/(кг-м) и дальнейшем различии процесса пылевой динамики при изменениях градиента влагосо-держания.

В условиях интенсификации процесса испарения характер кривой будет стремиться к максимально возможному значению относи-

тельной запыленности воздуха для данных условий. Подобный процесс можно наблюдать при сублимационных процессах (испарение льда весной) с максимальным выделением освобождающейся пыли и её аэрации под действием воздушных потоков.

В условиях интенсификации процесса конденсации предел снижения относительной запыленности воздуха теоретически близок к нулю, практически характеризуется уровнем при коагуляции влаги на пылинках (ядра конденсации) их укрупнением в капли и выпадением в виде дождя или снега с дополнительным захватом витающей пыли.

Исследование этих процессов и использование отмеченных физических эффектов позволяют прогнозировать уровень загрязнения атмосферы при ведении горных работ, а также проектировать средства профилактики атмосферных выбросов и защиты окружающей среды, что подтверждает положительный опыт на угольных шахтах [8, 10].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зелинская Е.В., Щербакова Л.М., Горбунова О.И. Воздействие разработки россыпей на окружающую среду. Горный журнал. № 5, 1998.

2. Бойко А.Н., Кочетов А.В.,

Савицкий В.И. Обеспечение допустимых санитарно-гигие-

нических условий труда при работе в загрязненной атмосфере карьеров. Горный журнал № 8, 1998.

3. Коваленко А.И. Технологический и экологический аспекты разработки сближенных рудных месторождений. - М., Недра, 1994.

4. Бересневич П. В., Михайлов В. А., Филатов С.С. Аэрология карьеров. Справочник. - Недра, 1990.

5. Методика расчетов выбросов вредных веществ карьеров с учетом нестационарности их технологических процессов. - Кривой Рог: ВНИИБТ, 1989.

6. Руководство по защите рудничной атмосферы от загрязнения (открытые горные работы) - Кривой Рог: ВНИИБТ, 1988.

7. Ржевский Б.И., Душин А.С. Теория и практика борьбы с загазованностью глубоких карьеров

ОАО «Апатит». Горный журнал №

4, 1998.

8. Шувалов Ю.В., Бобровников В.Н., Веселов А.П., Белозеров В.А. Конденсационное увлажнение и предупреждение взрывов пыли. Горный журнал, № 1, 1994.

9. Дядькин Ю.Д. Горная теплофизика для шахт и рудников Севера. М., Недра, 1965.

10. Шувалов Ю.В., Белозеров В.А. Теоретические основы конденсационного увлажнения и подавления пыли. СПб. Физические процессы горного производства. С. Пб., Изд. СПГГИ (ТУ), 1992.

-щг

~У

Шувалов Юрий Васильевич — профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.

Мохамад Асад, Бульбашев А.П. — Санкт-Петербургский государственный горный институт.