CC BY
91
Рис. 1. Добыча, 2001 г., тыс. т: 1 - рыхлая и
скальная вскрыша (открытый способ) или пустая © д д Цыганков 2002
п°одЧтеШУШ22-тШ2а272
Д.А. Цыганков---------
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
С
охранение и развитие производственного потенциала рудников черной металлургии Сибири требует внедрения высокопроизводительных ресурсосберегающих технологий разработки железной руды. Это обеспечит конкурентоспособность продукции, дополнительное извлечение полезного ископаемого из недр и снижение воздействия на окружающую среду за счет принятия экологически безопасных технических и технологических решений.
Одним из факторов воздействия разработки месторождений полезных ископаемых на природу прилегающих территорий является загрязнение воздушной среды. Характер распространения выбросов токсичных веществ в атмосфере находится в зависимости от природно-климатических особенностей регионов и топографических условий местности.
Климат регионов добычи железной руды Красноярского края и Кемеровской области - резкоконтинентальный, который характеризуется продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом. Средняя температура самого теплого месяца, июня, составляет 19,9 °С, самого холодного, января, -17,8 °С при среднегодовой величине 0,7 °С. Преобладают северо-восточные и юго-западные ветры со среднегодовой величиной скорости - 2,9 м/с. Количество дней со штилем - 16 %. Наибольшее количество осадков выпадает в июне и ноябре, составляя 100 и 110 мм соответственно. Среднегодовое количество дней с туманом равняется 45. Рельеф территорий разработки железной руды сложен. Он представлен сочетанием гор с незначительными перепадами высот и увалисто-холмисой равнины, расчлененной поймами рек и многочисленными оврагами. Горной местности свойственно повышенное
количество осадков со среднегодовой величиной 840 мм.
Указанные природно-климатические и топографические условия не способствуют быстрому естественному рассеиванию выбросов токсичных веществ. Это проявляется в застаивании загрязненного воздуха, требует экологической оценки складывающейся ситуации, а также внедрения в производство технических и технологических решений, направленных на снижение загрязнения атмосферы.
В Красноярском крае находится Абаканское, Ирбинское, Краснока-менское и Тейское рудоуправление (РУ), в Кемеровской области - Каз-ское, Таштагольское и Шерегешское.
На предприятиях открытого способа применяется транспортная система разработки с внешним и внутренним отвалообразованием [1]. Вскрытие месторождений осуществляется капитальными траншеями. Подготовка горной массы к выемке производится буровзрывным способом методом скажинных зарядов. Высота уступов составляет 12-15 м. Бурение производится станками 2СБШ-250. В качестве средств взрывания используются взрывчатые вещества заводского (аммонит 6ЖВ, граммонит 79/21, гранулит АС-8, гранулотол) и
местного (комбизар) приготовления. Погрузка отбитой горной массы осуществляется экскаваторами цикличного действия ЭКГ-5 и ЭКГ-8 в автосамосвалы БелАЗ различных типоразмеров. Для уменьшения потерь и разубоживания в блоках со сложным строением применяется раздельная выемка прослоев руды и породы. Внешние отвалы нагорного типа, многоярусные. Отвалообразование -бульдозерное.
Открытый способ разработки, применяемая техника и технологии проведения горных работ при существующих объемах добычи горной массы (конечной продукции) оказывают следующее воздействие на воздушную среду, табл. 1.
Расчеты (табл. 1) произведены согласно методикам [2] . Выбросы основных токсичных веществ определены по следующим процессам открытых горных работ: бурение, взрывание, экскавация, погрузка, бульдозерные работы, автомобильные перевозки, отсыпка, а также пыление внешних и внутренних отвалов карьеров. Проведение взрывных работ связано с выделением оксида углерода (II), оксидов азота, железорудной и породной пыли. Дизельные двигатели внутреннего сгорания автосамосвалов и бульдозеров осуществляют выброс оксида углерода (II), оксида углерода (IV), оксидов азота, углеводородов, альдегидов и сажи. При бурении, экскавации, погрузке, бульдозерных работах, автомобильных перевозках, отсыпке, а также пылении внешних и внутренних отвалов карьеров происходит выброс железорудной и породной пыли.
На предприятиях подземного способа применяется система разработки
Таблица 1
Выбросы основных токсичных веществ предприятиями открытого способа разработки, 2001 г., т
Наименование Горнорудные предприятия
Ирбинское РУ Краснокаменское РУ Тейское РУ
Пыль железорудная 38,131 24,497 39,122
Пыль породная 99,533 80,020 48,572
Оксид углерода (II) 41,400 31,431 26,496
Оксид углерода (IV) 2,707 2,055 1,732
Оксиды азота 19,091 14,493 12,218
Углеводороды 2,578 1,957 1,650
Альдегиды 0,876 0,665 0,561
Сажа 0,258 0,196 0,165
этажного принудительного обрушения [3]. Вскрытие месторождений осуществляется вертикальными стволами и этажными квершлагами. Технология горных работ включает разбуривание массива пучками скважин станками НКР-100, проходку отрезных выработок, обрушение блока, вибровыпуск руды установками ВДПУ-4 с последующей загрузкой вагонеток, доставку до капитальных горных выработок и откатку к подземному дробильному комплексу. Отбойка производится комплектами параллельно сближенных скважин на зажатую среду или компенсационные камеры и зажатую среду. Основным средством взрывания является граммонит 79/21. Высота этажа составляет 60-80 м. На горнопроходческих работах применяются самоходные буровые каретки и агрегаты. Погрузка породы производится ковшовыми погрузчиками.
Подземный способ разработки, применяемая техника и технологии проведения горных работ оказывают следующее воздействие на воздушную среду, табл. 2.
Расчеты (табл. 2) произведены аналогично табл. 1. Выбросы основных токсичных веществ определены по следующим процессам подземных горных работ: бурение, взрывание, выпуск, погрузка, доставка, откатка, разгрузка вагонеток (подземный дробильный комплекс), загрузка скипов, подъем, разгрузка скипов, транспортирование руды до дробильнообогатительной фабрики (ДОФ), автомобильные перевозки, а также пы-ление пустой породы, складированной в провалы и оседания земной поверхности.
Таблица 2
Специфика единой технологической цепи подземных горнорудных предприятий заключается в том, что горная масса, отбиваемая при проведении работ по добыче, в полном объеме поступает на ДОФ. В отвалы этих предприятий складируются отходы обогащения железной руды, которые, в данном случае, не рассматриваются. Пустая порода, добываемая при проведении горнопроходческих работ, поступает на поверхность рудников отдельными потоками, перевозится автомобильным транспортом, а затем используется как закладочный материал для заполнения провалов и оседаний земной поверхности.
Распределение токсичных веществ по процессам горных работ аналогично предприятиям открытого способа. Количество выбросов основных токсичных веществ по предприятиям обоих способов разработки рассчитано исходя из объемов производства горной массы в 2001 г. (рис. 1).
Расчеты, для сравнения воздействий, поступающих непосредственно от проведения процессов горных работ, произведены без учета применяемых мероприятий по охране воздушной среды. Состав и эффективность используемых мер защиты атмосферы на рассматриваемых предприятиях различны, что зависит от конкретных технических и технологических производственных решений.
Из данных табл. 1 и 2 следует, что в основе воздействия разработки полезного ископаемого обоими способами на воздушную среду лежат технологические выбросы железорудной, породной пыли, оксида углерода (II) и оксидов азота. Для открытого способа разработки воздействие на воздушную среду связано, прежде всего, с проведением буровзрывных работ, автомобильными перевозками, пылением внутренних и внешних отвалов, а для подземного - буровзрывных работ. Основная масса выбросов открытых предприятий производится в процессе разработки пустой породы, а подземных - сырой руды. Это обусловлено спецификой проведения работ по вскрытию, подготовке, добыче полезного ископаемого, его транспортированию и складированию образующихся твердых отходов.
Для экологической оценки отдельных процессов разработки месторождений полезных ископаемых целесообразно ввести понятие - «технологически обусловленное воздействие», ТОВ (TCI). Под этим подразумевается величина воздействия на окру-
ВЫБРОСЫ ОСНОВНЫХ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ПОДЗЕМНОГО СПОСОБА РАЗРАБОТКИ, 2001 Г., Т.
Наименование Горнорудные предприятия
Абаканское РУ Казское РУ Таштагольское РУ Шерегешское РУ
Пыль железорудная Г3,8Г5 8,792 Г2,542 20,396
Пыль породная 2,980 2,2Г2 2,870 3,637
Оксид углерода (II) 7,70Г 7,028 7,53Г М,275
Оксид углерода (IV) 0,504 0,460 0,488 0,950
Оксиды азота 3,549 3,24Г 3,439 6,700
Углеводороды 0,480 0,438 0,465 0,905
Альдегиды 0Д63 0Д49 0Д58 0,308
Сажа 0,048 0,044 0,046 0,090
жающую среду, непосредственно связанная с применяемыми технологиями горных работ. В данном случае, она связана с выбросами токсичных веществ, образующихся в результате проведения буровых, взрывных, транспортных, отвальных и других видов горных работ за отчетный период.
Для стран с развитой экономикой характерен критерий предварительной сравнительной оценки воздействия производств на окружающую среду, С0 [4], который, с учетом вводимого понятия, будет выглядеть следующим образом:
Co = TCI / PFP > min, (1)
где PFP - производство конечной продукции за отчетный период.
Поскольку воздействие на атмосферу ограничивается существующими нормативами, то известное понятие предельно допустимой концентрации, ПДК (MPC) загрязняющего вещества в воздухе, с учетом вводимого понятия, можно представить так:
MPC = TCI / V, (2)
где V - объем воздуха, загрязняемого до безопасной величины. С учетом этого, для сопоставительной экологической оценки технологий горных работ предлагается подход, критерий которого, C, отражает взаимосвязь величины «технологически обусловленного воздействия», производства конечной продукции (горной массы) и опасности воздействия на окружающую среду, выраженной через величину ПДК:
C = PFP / V> max. (3)
Подставив V, найденный из (2), в (3), получим:
C = PFP * MPC / TCI > max. (4)
В соответствии с предлагаемым критерием произведен расчет его числовых значений по каждому токсичному веществу в отдельности. Единицы измерения полученных величин указывают на количество тонн конечной продукции предприятия, приходящееся на один куби-
Рис. 2. Числовые значения критерия экологической оценки технологий горных работ, 10-5 * т / м3.
1 - оксид углерода (II), 2 - альдегиды, 3 - углеводороды, 4 - сажа, 5 - пыль железорудная, 6 -пыль породная, 7 - оксиды азота, 8 - оксид углерода (IV)
ческий метр воздуха, загрязняемого выбросом этого токсичного вещества до величины ПДК. Результаты представлены на рис. 2.
Поскольку расчеты выбросов основных токсичных веществ произведены без учета проводимых
мероприятий по охране окружающей среды, предприятия не сгруппированы по производству конечной продукции (рис.1 и 2), а ПДК является постоянной для каждого токсичного вещества числовой величиной, то из рис. 2 следует, что степень опасности производимого воздействия на воздушную среду, оцениваемая по предлагаемому критерию (4), зависит от параметров технологий горных работ, выступающих в формальном виде. Это предполагает рассмотрение процессов горных работ по производимому в результате их проведения воздействию на окружающую среду вне привязки к способу разработки, схеме вскрытия, способу подготовки, системе разработки и варианту производства работ, подразумевающему использование конкретных видов горной техники.
Подход может быть применен для сравнения воздействия на воздушную среду, поступающего от предприятий различных способов разработки. Из рис. 2 следует, что это воздействие ниже у предприятий подземного способа, так как числовые значения предлагаемого критерия оценки (4) у них выше.
действия производства на воздушную среду можно судить по сравнению фактически образующихся в ней концентраций токсичных веществ с их ПДК [5]. К тому же, степень соответствия этих концентраций ПДК обусловливает числовую
величину удельного норматива платы за выброс единицы массы токсичного вещества [6]. Достоинством данного подхода является его точность, высокая степень обоснованности предлагаемых решений, учет особенностей образования, естественного и искусственного рассеивания токсичных веществ, мероприятий по охране природы, а также многолетний опыт применения на практике. Наряду с этим, проведение работ требует большого количества замеров в контрольных точках, наличия дорогостоящей измерительной техники и, в отдельных случаях, сложного химического анализа отбираемых проб воздуха. Заключение об общей опасности воздействия производится в соответствии с результатами расчетов по укрупненным показателям и не позволяет сделать вывод об относительной опасности проведения отдельных видов горных работ, так как отсутствует приведение к какому-либо единому показателю, например, производству конечной продукции.
Таким образом, предварительную опасность воздействия горнорудных предприятий на воздушную
Известно, что об опасности воз- среду можно оценить путем эколо-
Краснокаменское РУ Абаканское РУ Таштагольское РУ
гического сопоставления параметров технологий горных работ по предлагаемому подходу, критерий которого включает взаимосвязь величины «технологичес-ки обусловленного воздействия», производства конечной продукции и общей опасности воздействия выбрасываемых токсичных веществ на окружающую среду, выраженной через величину их ПДК (4). Окончательное заключение об опасности воздействия производств на воздушную среду необходимо давать по фактически образующимся в атмосфере концентрациям токсичных веществ, находящимся в тесной взаимосвязи с проводимыми мероприятиями по охране окружающей среды.
Для предприятий открытого
способа разработки загрязнение воздушной среды необходимо сни-
жать с помощью: орошения водой отбиваемого блока и прилегающих площадей; применения комбинированной водяной забойки скважин; работы буровых станков с применением водо-воздушной смеси; работы буровых установок с очисткой запыленного воздуха в сухих циклонах; орошения взорванной руды и породы; проведения массовых взрывов только в одном карьере в выходные дни, а также обработки производственно-технологичес-ких автомобильных дорог раствором поваренной соли.
На подземных горнорудных предприятиях необходимо: использование орошения кровель и стенок выработок до и после проведения взрывных работ; ограничение количеств одновременно взрываемых взрывчатых веществ; бурение с
промывкой скважин водой; применение их водяной забойки, а также проведение массовых взрывов в выходные дни.
Общими для всех предприятий мерами по пылесвязыванию на отвалах является гидрообеспыливание складированных в них горных пород и увлажнение отсыпаемого материала при разгрузке.
Предварительная экологическая оценка параметров технологий горных работ, рассматриваемых в формальном виде, в сочетании с проектируемыми на ее основе мероприятиями по охране природы, обеспечат соответствие технологий разработки месторождений полезных ископаемых существующим стандартам качества окружающей среды и минимальный выход отходов производства.
1. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М.: Недра, 1974. 424 с.
2. Сборник методик по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. [В 3 кн.]. - СПб: Гидрометеоиздат, 1993. - 72 с.
3. Агошков М.И. Разработка рудных месторождений. -М.: Металлургиздат, 1949. - 402 с.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Pearce D., Markandya A., Barbier E. Blueprint for a Green Economy. London. Earthsean Publications Ltd., 1989. -125 p.
5. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1985. - 528 с.
6. Методические рекомендации по определению платы за выбросы (сбросы, размещение) загрязняющих веществ в природную среду. - М.: Госкомприроды, 1991. - 72 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Цыганков Дмитрий Анатольевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН).
