Долгосрочный прогноз способов и средств нормализации состава атмосферы при комплексной открыто-подземной разработке рудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© П.В. Бересневич, В.Г. Сащснко, 2004

УДК 504.3:622.8

П.В. Бересневич, В.Г. Сашенко

ДОЛГОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ НОРМАЛИЗАЦИИ СОСТАВА АТМОСФЕРЫ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар №7

Открытая разработка рудных месторождений сопровождается выделением значительного количества загрязняющих веществ, которые оказывают негативное влияние на здоровье горнорабочих, ухудшают экологическую обстановку в горнодобывающих районах и вовлекают в производственный оборот значительные площади плодородных земель. Интенсивное отчуждение земельных угодий, увеличение расходов на транспортировку горной массы и решение экологических вопросов приводят к резкому повышению себестоимости добычи руды.

С учетом сложившейся ситуации рядом специалистов предложены технологические схемы комплексной открыто-подземной разработки рудных месторождений [1-5]. Согласно научным и проектным обоснованиям некоторые карьеры в перспективе достигнут предельной, по экономическим показателям, глубины и перейдут на открыто-подземную схему отработки рудых запасов [6-8].

В условиях увеличения глубины карьеров, ухудшения воздухообмена и использования высокопроизводительного оборудования, проблема ухудшения состава атмосферы еще больше обострится.

На рисунке приведены данные динамики изменения средней запыленности воздуха в кабинах горного и транспортного оборудования карьеров Кривбасса на протяжении длительного времени. Эта информация является представительной для экстраполяции приведенных данных на период прогноза. Анализ показывает, что в перспективе, концентрации пыли на рабочих местах в карьерах будут увеличиваться при условии применения существующих способов и средств борьбы с пылевыделениями.

Таким образом, вопросы нормализации состава атмосферы на действующих карьерах продолжают оставаться актуальными.

Для объективного анализа и выбора перспективных направлений развития способов и средств улучшения состава атмосферы железорудных карьеров авторами был выполнен научно-технический прогноз с использованием метода экспертных оценок. Для определения объектов анализа и прогнозирования использовался

Прогноз изменения средней запыленности воздуха в кабинах горного и транспортного оборудования, размешенного в железорудные карьерах Кривбасса

Таблица 1

Оценка важности развития направлений научно-технических исследований и разработок по улучшению условий труда при комплексной открыгто-подземной разработке рудных месторождений

№ Направления научно- Серелне- Частота Сумма Коэф- Коэф-

п/ технических исслеловании арифме- макси- ран- фи- фициент

п и разработок ти- мальных гов циент актив-

ческие 100-баль- вари- ности экс-

значения ных оценок ации пер-тов

ОТКРЫТЫЕ РАБОТЫ

1 Кондиционирование воздуха в кабинах горного и транспортного оборудования 74,967 0 36 0,265 1

2 Пылеподавление 66,847 0,067 47,5 0,362 1

3 Снижение токсичности выхлопных газов дви-гателей внутреннего сго-рания горного и транс-портного оборудования 67,480 0,067 59 0,378 1

4 Технологические способы уменьшения поступления пыли и вредных газов в атмосферу карьера 55,800 0 60 0,232 1

5 Пылеулавливание 51,833 0 67,5 0,493 1

6 Естественная аэрация 44,133 0 85 0,580 1

7 Искусственное проветривание 39,140 0 88 0,549 1

ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ

1 Технологические способы уменьшения поступления пыли и вредных газов в рудничную атмосферу 77,100 0,2 21 0,281 1

2 Пылегазоподавление 71,200 0,1 26,5 0,317 1

3 Местное проветривание 73,000 0,2 28 0,411 1

4 Пылеулавливание 58,900 0,1 36 0,416 1

5 Снижение токсичности выхлопных газов двига-телей внутреннего сгора-ния горного и транспор-тного оборудования 48,300 0 42,5 0,588 1

информационный массив по вопросам снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при ведении различных технологических процессов комплексной открыто-подземной разработки рудных месторождений. Он включал литературные источники, авторские свидетельства и передовой опыт. Принимая во внимание то, что научнотехнический цикл, который включает разработку и практическое использование нововведений достигает 15-20 лет [9], был определен период прогнозирования до 2020 г.

Целью прогноза было получение данных, которые смогут стать исходной информацией для разработки перспективных способов

и средств нормализации состава атмосферы железорудных карьеров Кривбасса и карьеров других месторождений, которые имеют аналогичную технологию добычи.

Для оценки объектов прогнозирования была привлечена группа ведущих специалистов СНГ (научные сотрудники, проектировщики, работники карьеров и шахт), суждения которых основывались на теоретическом анализе, производственном опыте, обобщении работ отечественных и зарубежных авторов, личном знакомстве с состоянием дел за рубежом и интуиции.

В процессе проведения экспертного опроса определялась важность развития

Таблица 2

Оценка важности способов и средств борьбы с пылью и вредными газами при ведении взрывных работ.

№ Наименование способа и Середне- Частота Сумма Коэф- Коэф-

п/ средства арифме- макси- ран- фи- фициент

п тическое мальных гов циент активности

значение 100-баль-ных оценок вари- ации экспертов

1 2 3 4 5 6 7

ОТКРЫТЫЕ РАБОТЫ

1 Замена тротилсодержащих взрывчатых веществ на эмульсионные с нулевым или близким к нему кислородным балансом 78,900 0 48 0,225 1

2 Использование комбинированной гидрозабойки 67,360 0,133 80 0,422 1

3 Использование внешней гидрозабойки 55,533 0,067 104 0,670 1

4 Взрывание в зажатой среде 55,633 0 129,5 0,560 1

5 Взрывание оптимально допустимого объема одноразового взрыва 57,233 0 141,5 0,439 1

6 Проведение массовых взрывов в период максимальной ветровой активности 54,233 0 140 0,689 1

7 Мелкодисперсное орошение пылегазового облака 49,000 0 156 0,429 1

8 Дегазация взорванных блоков водными растворами химических реагентов 45,700 0 145,5 0,854 1

9 Использование гидрогелевой забойки (гидропаст) 49,013 0 164 0,639 1

10 Дегазация взорванных блоков водой 47,133 0 161 0,802 1

11 Использование внутренней гидрозабойки 38,167 0,067 160,5 0,980 1

12 Взрывание высоких уступов 47,380 0 174,5 0,620 1

13 Предварительное увлажнение поверхностей уступов и бортов карьера, прилегающих к взрываемому блоку 46,800 0 178 0,636 1

14 Использование забойки из поверхностно-активных веществ 42,400 0 192,5 0,660 1

15 Использование зарядов малых диамеров 36,560 0 203,5 0,814 1

16 Использование рациональной конструкции скважинных зарядов с воздушными промежутками 30,527 0 199,5 1,038 1

17 Покрытие взрываемого блока воздушномеханической пеной 29,767 0 232,5 0,919 1

18 Выбор минимально допустимых расстояний между взрываемыми блоками 26,067 0 228,5 1,155 1

19 Искусственное проветривание взрываемых блоков 23,233 0 230,5 1,433 1

1 2 3 4 5 6 7

20 Использование внешней забойки в виде воздушномеханической пены 22,200 0 237 0,895 1

21 Использование инертной забойки 20,200 0 248 0,923 1

22 Использование снежноледовой забойки 8,833 0 285,5 1,371 1

23 Покрытие взрываемого блока искусственным снегом 8,200 0 288 1,296 1

ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ

1 Замена тротилсодержащих взрывчатых веществ (ВВ) на ВВ с нулевых или близким к нему кислородным балансом 73,900 0,2 44 0,293 1

2 Местное проветривание 69,900 0,2 43 0,419 1

3 Пылегазоподавление водовоздушной смесью 65,000 0,2 48,5 0,546 1

4 Выбор оптимального расхода ВВ 61,600 0,2 48,5 0,455 1

5 Использование рациональной конструкции скважинного заряда 59,900 0,2 52 0,486 1

6 Пылегазоподавление водой 51,400 0,2 64 0,715 1

7 Использование активной забойки 50,000 0,1 61,5 0,580 1

8 Пылегазоподавление водными растворами поверхностно-активных веществ 33,800 0 74,5 0,766 1

9 Пылегазоподавление водными растворами химических реагентов 29,700 0 84 1,007 1

каждого направления борьбы с пылегазовы-делениями, степень согласованности мнений экспертов, очередность поставленных задач и т.п.

Коллективная экспертная оценка проводилась с учетом компетентности самих экспертов, для чего определялись коэффициент активности и коэффициент компетентности.

Оценка важности основных способов и средств борьбы с пылью и вредными газами при ведении различных технологических процессов добычи железной руды проводилась по 100-бальной системе. Оценки каждого эксперта умножались на коэффициент его компетентности, а далее проводилось ранжирование оценок. Важность каждого направления оценивалась по среднеарифметическому значению, сумме рангов и частоте максимальных 100-бальных оценок, а оценка согласованности мнений экспертов -

по коэффициенту вариации. Наиболее перспективным считалось то направление исследований, которое получило наибольшее среднеарифметическое значение, наибольшую частоту максимальных 100-бальных оценок и наименьшую сумму рангов. Степень согласованности мнений экспертов об относительной важности того или иного направления считалось тем выше, чем ниже значение коэффициента вариации. Результаты обработки анкет экспертных оценок важности направлений развития научно-технических исследований и разработок по улучшению условий труда при комплексной открыто-подземной разработке рудных месторождений представлены в табл. 1.

Из приведенной таблицы видно, что при ведении открытых работ предпочтение отдано кондиционированию воздуха в кабинах горного и транспортного оборудования

(74,967 балла). Высокими баллами эксперты также отметили пылеподавление (66,847 балла) и нейтрализацию токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) горного и транспортного оборудования (67,480 балла). Самыми низкими баллами отмечено искусственное проветривание карьеров (39,140 балла). Это связано с тем, что данный способ улучшая условия труда горнорабочих на отдельных участках карьера, способствует частичному выносу загрязняющих веществ за его пределы и загрязнению окружающей среды. При ведении подземных работ предпочтение отдано технологическим способам уменьшения поступления пыли и вредных газов в рудничную атмосферу (77,100 балла). Далее следуют пылегазоподавление (71,200 балла) и местное проветривание (73,000 балла). На последнее место эксперты поставили снижение токсичности выхлопных газов ДВС горного и транспортного оборудования (48,300 балла). Вероятно это связано с тем, что на отечественных подземных рудниках техника с ДВС не очень распространена.

Кроме того экспертам было предложено оценить важность способов и средств борьбы с пылью и вредными газами при ведении различных технологических процессов на открытых (бурение взрывных скважин, проведение массовых взрывов, выемочно-погрузочные работы, транспортирование горной массы автомобильным транспортом, циклично-поточная технология, складирование сланцев и кварцитов) и подземных работах (бурение шпуров и скважин, взрывные работы, погрузочно-доставочные работы). Наиболее мощное, хоть и кратковременное, воздействие на состав рудничной атмосферы оказывают взрывные работы. В качестве примера в табл. 2 приведены результаты обработки экспертных оценок важности способов и средств борьбы с пылью и вредными газами при ведении взрывных работ.

Оценивая важность способов и средств борьбы с пылью при бурении взрывных скважин станками механического бурения на открытых работах, предпочтение отдано комбинированным способам (60,633 балла - при положительных температурах атмосферного воздуха, 63,000 балла- при отрицательных), которые включают пыле-подавление и пылеулавливание.Для борь-

бы с вредными газами, которые образуются при бурении взрывных скважин станками термического бурения, наиболее важным является выбор оптимального расхода компонентов горючей смеси (60,467 балла). При бурении шпуров и скважин на подземных работах наиболее важными, по мнению экспертов, являются комбинированные способы (76,500 балла), включающие местное проветривание и пылеподавление водовоздушной смесью. Оценивая важность способов и средств борьбы с пылью во время ведения выемочно-погрузочных работ, максимальными баллами оценены: при положительных температурах - предварительное увлажнение горной массы водой перед ее погрузкой (64,000 балла), при отрицательных - комбинированные способы (57,133 балла), которые включают выбор оптимальной высоты разгрузки горной массы и предварительное увлажнение ее водными растворами антифризов. Для снижения пылевыделений с поверхности карьерных автодорог наиболее важным является использование щебеночного покрытия (71,367 балла - при положительных температурах, 73,100 балла - при отрицательных). Далее следуют: при положи-

тельных температурах - пылеподавление с использованием водных растворов сульфитно-спиртовой барды (61,333 балла), а при отрицательных - использование специальных автомобилей для уборки просыпей горной массы с полотна автодорог (46,300 балла). Наиболее важными способами борьбы с пылевыделениями при ведении погрузочно-доставочных работ в подземных выработках являются комбинированные способы (73,500 балла), которые включают местное проветривание и использование схем доставки горной массы с меньшей интенсивностью пылевыде-ления. Для уменьшения токсичности выхлопных газов ДВС горного и транспортного оборудования наиболее высокими баллами отмечены: при открытых работах- усовершенствование существующих ДВС (66,533 балла), при подземных -применение каталитических нейтрализаторов выхлопных газов (56,100 балла). При использовании в карьерах цикличнопоточной технологии наиболее важным, по мнению экспертов, является использование агрегатов с меньшей интенсивностью пылевыделения: при положительных

температурах - 73,821 балла, при отрицательных - 75,786 балла. Оценивая важность способов и средств снижения пылевыделе-ния с поверхностей отвалов предпочтение отдано внедрению безотходных технологий добычи полезных ископаемых (использование отходов в строительстве и т.д.) - 82,000 балла и выращиванию на существующих отвалах трав, кустарников и деревьев (71,857 балла). Для интенсификации воздухообмена в глубоких карьерах наиболее высокими баллами отмечена искусственная вентиляция с использованием оборудования на базе авиационной техники (44,933 балла).

Необходимо отметить, что полученные прогнозные рекомендации по вопросам

1. Комплексный открыто-подземный способ разработки мощных рудных месторождений (Методические указания ) / ИПКОН АН СССР, - М., 1985. - 47 с.

2. Гушко П. И. Методические рекомендации по определению граничных параметров комплексной открыто-подземной разработки и производительности горнорудного предприятия. НИГРИ. - Кривой Рог, 1990. - 30 с.

3. Швлканов В.А. Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений / ИПКОН АН СССР. - М., 1987. - с. 16-29.

4. Новожилов М.Г., Маввский А.М., Просан-дввв Н.И. Эффективность открытых горных работ при переходе на подземный способ разработки / Горный журнал. - 1989 - №4 - с. 20-22.

5. Дядвчкин Н.И., Храпко О.И., Стасис С.Г. Новая технология выемки руды в период перевода

развития способов и средств нормализации состава атмосферы при комплексной открыто-подземной разработке рудных месторождений хоть и носят, в отдельных случаях, противоречивый характер, однако отображают современные тенденции, сложившиеся в данном направлении.

Результаты работы могут быть использованы научно-исследовательскими, проектноконструкторскими организациями и предприятиями для совершенствования существующих и разработки принципиально новых способов и средств борьбы с пылегазовыде-лениями при ведении различных технологических процессов добычи железной руды в глубоких карьерах.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

открытых работ на подземные в Кривбассе / Г орный журнал. - 1991 - №11 - с.16-19.

6. Дмитриенко А.И., Блоха М.А. Развитие сырьевой базы и техническое перевооружение комбината в период до 2010 г. / Горный журнал. -2001 - №9 - с. 1-5.

7. Лотоус В.В., Беньо Н.П. Технический прогресс на комбинате / Горный журнал. - 2000 - №4 -с. 14-18.

8. Романенко О.В. Северный горнообогатительный комбинат - на пути рыночных преобразований / Ведомости академии горных наук Украины. -1999. - №3. - с. 50-53.

9. Добров Г.М., Ершов Ю.В., Левин Е.И., Смирнов Л.П. Экспертные оценки в научнотехническом прогнозировании. - К.: Наукова думка. - 1974 - 160 с.

— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------------

Бересневич Петр Васильевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Теплогазо-снабжение и вентиляция», Криворожский технический университет.

Сашенко Владимир Георгиевич - зав. лабораторией безопасности в металлургическом комплексе и подготовке руд, Украинский государственный научно-исследовательский институт безопасности труда и экологии в горнорудной и металлургической промышленности (НИИБТГ).