Характер изменения нагрузки на атмосферу при производстве взрывных работ в карьерах, Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.014 В.И. Папичев

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ НАГРУЗКИ НА АТМОСФЕРУ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В КАРЬЕРАХ

Рассмотрен характер изменения нагрузки на атмосферу в целом и от отдельных компонентов, содержащихся в пылегазовом облаке, в зависимости от длительности существования веществ и частоты производства взрывных работ.

Ключевые слова: атмосфера, нагрузка, взрывные работы.

Семинар № 8

Т"Хроизводство массовых взрывов в карьерах является кратко-

И. временным процессом, но представляет собой мощный источник воздействия на атмосферу, последствия которого проявляются в течение продолжительного времени и зависят как от мощности взрыва, так и от длительности существования в атмосфере продуктов взрывных работ. Основными продуктами взрывных работ являются пыль и газы (окислы азота и углерода).

Использование для оценки воздействия на тот или иной компонент природной среды традиционных методов не позволяет получить целостной картины техногенной нагрузки, оказываемой на эти компоненты. В частности, не производится комплексный учёт агрессивности поступающих в окружающую среду загрязнителей, не даётся интегральных оценок воздействия на природные ресурсы по их потреблению. Оценки не учитывают выбросы нетоксичных веществ, хотя их появление в атмосфере также изменяет качество атмосферного воздуха, загрязняя его, не учитывают различий веществ в их токсичности и продолжительности воздействия на атмосферу. В результате внесения в атмосферу вредных веществ одинаковой массы, но различной токсичности, результат воздействия может различаться от десятков до миллионов раз. Важно учитывать также период времени, в течение которого загрязняющие вещества сохраняются в природной среде. В частности, в атмосфере он меняется от многих лет до нескольких часов.

196

Таким образом, требуется проведение интегральной оценки с учётом всех перечисленных факторов.

Такая оценка выполняется с использованием интегрального показателя И1, представляющего собой сумму относительных отклонений фактических значений количества ресурса от его исходных (естественных) значений, которые могут явиться результатом как непосредственного, так и опосредованного потребления ресурса [1].

В общем виде нагрузка на атмосферу рассчитывается из следующего выражения:

Ъ N Ъ О К

Ит = -------

т т

ЪRt Ъ Rt

х=1 t=1

где |V| - величина отклонения запасов ресурса в результате непосредственного потреблёния ресурса атмосферы (воздуха); О- величина части ресурса, изменившей свои свойства в результате внесения в ресурс инородного вещества; Кн - коэффициент нагрузки; Rt -запасы ресурса; X - временные интервалы оценки; т - верхний

временной предел оценки.

Коэффициент нагрузки показывает степень опосредованного потребления ресурса в результате изменения его природных свойств при внесении инородного вещества. Формула для его расчёта имеет следующий вид:

• А ■%

Кн - __________

п

Ъ м.

1=1

где Т - поправка на время существования примесей в окружающей среде. Поправка Т показывает, какую часть выбранного временного интервала оценки составляет время жизни примеси в природной среде с момента эмиссии до деструкции в рамках этого интервала. Её величина может быть определена из соотношения:

Т—Д,

где - длительность выбранного временного интервала оценки; X -длительность существования примеси.

197

В том случае, если длительность существования примеси превышает длительность временного интервала Ъ принимается равным Ъ0.

Доля нагрузки на атмосферу по компонентам

50 45 35 40 з, 35 м 30 £ 25 я 20

к 15 £ 10

Й 5

0

Пыль СО NOx

Компоненты выбросов

С02

Рис. 1. Нагрузка на атмосферу от взрывных работ

Показатель А1-того определяется отношением предельной величины используемого для санитарной оценки среды показателя самого безопасного вещества (например, диметилнитрозамина ПДК СС — 50 мг/м 3 или метана ОБУВ —50 мг/м3) к величине этого показателя 1-того вещества.

С применением предложенного показателя выполнены сравнительные оценки нагрузки на атмосферу при производстве массовых взрывов на железорудных карьерах СНГ. Результаты оценки свидетельствуют о том, что основным компонентом, оказывающим воздействие на атмосферу, является пыль (рис. 1, табл. 1).

Доля нагрузки от пыли колеблется в пределах от 24 до 72%, при среднем значении 48%. Вторым компонентом по величине нагрузки является двуокись углерода (в среднем 22%), далее следуют окислы азота (17%), окись углерода (9,3%); на водород и водяные пары приходится менее 1%.

Представленные результаты показывают величины общей нагрузки, оказываемой взрывными работами на атмосферу за год.

198

Однако в течение года нагрузка в зависимости от частоты взрывных работ и длительности существования веществ в атмосфере носит переменный характер.

Таблица 1

Распределение нагрузки на атмосферу по компонентам, содержащимся в выбросах от взрывных работ на карьерах

Значения Доля нагрузки по компонентам, %

Пыль СО NOх СО2 Н2О Н

Минимум 24,36 39,35 3,323 9,261 0,01 0,36

Среднее 47,34 9,348 16,83 22 0,025 0,822

Максимум 71,81 20,84 37,8 49,05 0,055 1,832

Таблица 2

Длительность существования веществ в атмосфере

Элемент или соединение Время существования в атмосфере, сутки

Водород (Н) 2600

Диоксид углерода (СО2) 1460

Оксид углерода (СО) 130

Водяные пары (Н2О) 10

Диоксид азота (N02) 10

Оксид азота (N0) 9

Взвешенные вещества (пыль) 2

Ясно, что максимальная её величина будет иметь место в момент производства взрывных работ. В дальнейшем нагрузка будет снижаться и достигнет минимума перед производством следующего массового взрыва. Причём, это снижение по каждому компоненту будет носить индивидуальный характер. Характер изменения нагрузки в течение года с начала производства взрывных работ в железорудном карьере средней мощности по горной массе (~12 млн. м3) в зависимости от частоты взрывов представлен на рис. 2.

Как видно из рисунка пики превышений нагрузки в дни производства взрывных работе при частоте взрывов 1 раз в месяц приблизительно в два раза превышают аналогичные пики, имеющие место при взрывах два раза в месяц.

Общая нагрузка складывается из нагрузок компонентов, представленных в табл. 1, имеющих различную длительность существования в атмосфере. В табл. 2 представлены сроки существования

199

содержащихся в выбросах веществ, принятые в результате анализа данных, приведенных в различных источниках [2, 3, 4, 5].

200

Общая нагрузка от всех компонентов выбросов

Дни

" 1 взрыв в месяц---------2 взрыва в меяц

Рис. 2. Изменение нагрузки на атмосферу от взрывных работ в железорудном карьере

Характер изменения нагрузки на атмосферу от выбросов окислов углерода при взрывных работах, производимых два раза в месяц, представлен на рис. 3.

Величина нагрузки стабилизируется по прошествии дней, соответствующих длительности существования вещества в атмосфере. Для СО - это 130 суток, как видно из рис. 3, для СО2 - 1460 суток, которые наступят через 4 года.

Характер изменения нагрузки на атмосферу для менее долгоживущих пылевых частиц и окислов азота в таких же условиях представлен на рис. 4.

Из рисунка видно, что короткоживущие в атмосфере газы и частицы полностью выводятся из атмосферы за рассматриваемый промежуток времени между взрывными работами и не успевают накапливаться в атмосфере. Т.е. то накопление нагрузки, которое видно на рис. 2, происходит за счёт, в основном, двуокиси углерода. Нагрузка на атмосферу от выбросов водорода и водяных паров является незначительной и практически не меняет общую картину характера её изменения.

Накопление некоторых короткоживущих веществ и газов в атмосфере может происходить в результате увеличения частоты производства взрывных работ. Об этом свидетельствуют результаты оценок, выполненных для окислов азота при четырёх вариантах частоты производства взрывных работ (рис. 5).

При увеличении числа взрывов за год до 52 и 104 число дней с незагрязнённой атмосферой отсутствует. Для веществ, существующих в атмосфере продолжительное время, картина изменения нагрузки со временем в зависимости от частоты взрывных работ, несколько иная (рис. 6).

Накопление СО в атмосфере происходит постоянно, независимо от частоты производства взрывных работ. Стабилизация нагрузки наступает по прошествии периода длительности существования вещества в атмосфере.

Таким образом, процесс производства взрывных работ в карьерах в целом сопровождается увеличением нагрузки на атмосферу в течение нескольких лет с момента начала взрывных работ и также в течение нескольких лет по завершении этих работ нагрузка от них будет ощущаться атмосферой. Основным компонентом такого длительного воздействия является газ СО2. Из токсичных веществ наиболее длительное воздействие на атмосферу оказывает газ СО.

201

Нагрузка на атмосферу от окислов углерода

Дни

СО ----------СО2

Рис. 3. Изменение нагрузки на атмосферу от выбросов окислов углерода

Нагрузка на атмосферу от выбросов пыли и окислов азота

Дни

— — Пыль-----------

Рис. 4. Изменение нагрузки на атмосферу от выбросов пыли и окислов азота

Нагрузка на атмосферу от выбросов окислов азота

0,0002

0,00018

0,00016

¡5 0,00014

§ 0,00012

^ 0,0001

& 0,00008 а

¡5 0,00006 х

0,00004 0,00002 0

Рис. 5. Изменение нагрузки на атмосферу от выбросов окислов азота при различной частоте взрывов

Дни

13 взрывов--------26 взрывов.........52 взрыва--------104 взрыва

Нагрузка на атмосферу от выбросов СО

Дни

- - -(13 вз.) ---------(26 вз.)--------(52 вз.) (104 вз.)

Рис. 6. Изменение нагрузки на атмосферу от выбросов СО при различной частоте взрывов

Его присутствие в атмосфере ощущается практически всё время эксплуатации карьера. И после прекращения взрывных работ нагрузка на атмосферу от присутствия этого газа будет иметь место более четырёх месяцев. Пыль и окислы азота несмотря на их основную роль в нагрузке в атмосфере практически не накапливаются и с завершением эксплуатации карьера их воздействие на атмосферу практически прекращается.

1. Папичев В.И. Оценка воздействия горного производства на природные ресурсы регионов. - Горный журнал. №4, 2005 - С. 94-96.

2. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль: Пер. с англ. / Под ред. А.Ф.Туболкина. - Л.: Химия, 1989. - 288с.

3. Расул С. Химия нижней атмосферы. - М.: Мир, 1976.

4. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т., Куликова Е.Ю. Физико-химические процессы при добыче полезных ископаемых и их влияние на состояние окружающей среды.

- М.: Издательство АГН, 2002 - 270 с.

5. Robinson E., Robbins R. Sources, abundance, and fate of gaseous atmospheric pollutants, Stanford Research Institute Final Rept. Proj. PR - 6755, Menlo Park, Calif, 1968; also supplemental report, 1969. ЕШ

V.I. Papichev

CHARACTER OF CHANGING OF THE LOAD UPON THE ATMOSPHERE IN THE PERIOD OF EXPLOSION WORKS IN PITS

Character of changing of the load upon the atmosphere both us u whole and due to the separate components, which contain in dust-gas cloud in dependence of time of substances existence and frequency of explosion works is considered in the article.

Key words: atmosphere, load, explosion works.

— Коротко об авторе ------------------------------------------------

Папичев В.И. - доктор технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук, тел. (495) 360-76-11, [email protected]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

206