CC BY
9
Оригинальная статья
УДК 622.85:622.235 © А.А. Стрелецкий, С.С. Кубрин, 2023
Исследование элементного и дисперсного составов пыли, образованной в результате проведения массовых взрывов на угольном разрезе*
- DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2023-9-70-74 -
В статье приведены результаты исследования пыли, образованной после проведения массового взрыва на угольном разрезе. Изучен ее элементный состав, даны итоги проведения ситового анализа пыли. На основе эмпирической зависимости приведено обоснование расположения пылеулавливающих устройств. Ключевые слова: мониторинг, запыленность, дисперсный состав, элементный состав, роза ветров, метод микроскопии.
Для цитирования: Стрелецкий А.А., Кубрин С.С. Исследование элементного и дисперсного составов пыли, образованной в результате проведения массовых взрывов на угольном разрезе // Уголь. 2023. № 9. С. 70-74. 001: 10.18796/00415790-2023-9-70-74.
ВВЕДЕНИЕ
Занимая шестое место в мире по добыче и экспорту угля, Россия является одной из лидирующих стран. Ее доля составляет 5,2% мировой угледобычи. Крупнейшим угледобывающим регионом России является Кемеровская область. Именно здесь производится более половины (50,8%) всего добываемого в стране угля, в том числе 57,1% составляет уголь коксующихся марок [1].
В связи с нынешними технологическими особенностями добычи угля, а именно:
- необходимостью вывода из эксплуатации больших площадей сельскохозяйственных земель;
- нарушением ландшафта;
- снижением продуктивности добычи угля при высоких температурах или сильных морозах;
- наличием в воздухе пыли, негативно влияющей на окружающую биоту и жизненные условия населения в близлежащих муниципальных поселениях, существует широкий спектр факторов, отрицательно сказывающихся как на человеке, так и на всех живых организмах в районе добычи угля.
* Исследования проведены в рамках мероприятия № 1 Комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 11 мая2022 года № 1144-р, и соглашения о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации № 075-15-2022-1185 от 28 сентября 2022 года.
СТРЕЛЕЦКИЙ А.А.
Ведущий инженер ИПКОН РАН, 111020 г. Москва, Россия, e-mail: Seaman1079@yandex.ru
КУБРИН С.С.
Доктор техн. наук, профессор, ученый секретарь ИПКОН РАН, 111020 г. Москва, Россия, e-mail: s_kubrin@mail.ru
ноц
КУЗБАСС
Научно-образовательный центр «Кузбасс»
Исследование пылевого загрязнения рабочей зоны угольного разреза, а также прилегающих к нему территорий с учетом влияния метеорологических параметров является на сегодняшний день актуальной задачей. Перенос вещества в атмосфере земли тесно взаимосвязан с процессом диффузии за счет переноса воздуха [2]. Сила и скорость ветра, действующие на диффундирующее пыле-газовое облако, заставляют его перемещаться [3]. Процесс рассеивания и переноса облака также зависит от метеорологического состояния атмосферы [4].
Необходимо отметить, что большинство исследований в данном направлении посвящены определению концентрации пылевой взвеси, объема образовавшегося облака [5, 6, 7] но не учитывают ее дисперсный и элементный составы, а также ряд ее морфологических характеристик. Ведь именно дисперсность витающей пыли и ее морфологические характеристики влияют на способность частиц проникать в легкие, что в конечном счете выражается в появлении у рабочих, а также жителей близлежащих населенных пунктов легочных патологий [8, 9].
Именно поэтому разработка методов пылевого мониторинга с учетом вышеописанных параметров является важным направлением, реализация которого позволит ближе подойти к решению задачи пылеподавления при производстве массовых взрывов.
Цель работы: исследование элементного и дисперсного составов пыли, образующейся при проведении массовых взрывов на угольном разрезе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом изучения является пыль, образованная в результате проведения буровзрывных работ на угольном разрезе Кузбасса в марте 2023 г. На рис. 1 голубыми метками отмечены крайние точки расположения взрываемого блока с координатами. Площадь блока отмечена красным цветом.
Для сбора образцов пыли по периметру блока были расположены 14 мелкозернистых сеток из мельтблауна и спанбонда, с параметрами сторон 175x95 мм. Помимо этого, рядом со взрываемым блоком были расположены аналитические аэрозольные фильтры АФА-40 в количестве двух штук.
На рис. 2 представлена схема расположения установленных сеток и аэрозольных фильтров.
Голубыми метками отмечены границы блока с координатами: зелеными - установленные по периметру блока мелкозернистые сетки, желтыми - установленные аэрозольные фильтры АФА-40. Красной линией изображен периметр взрываемого блока.
Учитывая состояние погоды в день проведения массового взрыва, а именно дующий преимущественно северный ветер, мелкозернистые сетки было решено сконцентрировать на участке между южными границами блока по вероятнейшему направлению распространения пылега-зового облака.
Далее собранная пыль была подвергнута ситовому анализу, результаты которого представлены в табл. 1.
Из данных ситового анализа можно сделать вывод, что мелкодисперсная пыль, включающая в себя частицы РМ10, РМ2,5 и более мелкие, представлены в большей массе (13,6476 гр.). Исходя из этого, становится очевидным, что в результате проведения буровзрывных работ на угольном разрезе из всей массы образованной пыли наибольшей массой обладает меньшая из фракций. Именно в ней содержатся наиболее мелкие и опасные для здоровья человека частицы РМ2,5. Такие частицы при вдыхании оказывают на организм крайне негативное воздействие, вызывая различные повреждения легочных тканей, а также способствуя возникновению различных респираторных заболеваний и легочных патологий [10].
Долговременное воздействие частиц размера РМ2,5 и меньше тесно связано со смертностью от различных
9
У
\
Рис. 1. Расположение взрываемого блока Fig. 1. Location of the blast block
Рис. 2. Расположение пылеулавливающих устройств Fig. 2. Location of dust collection units
Таблица 1
Результаты ситового анализа собранной пыли
Results of sieve analysis of the collected dust
Таблица 2
Результаты рентгенофлуоресцентного спектрального анализа (РФА)
Results of X-ray fluorescence analysis (XRF)
Размер ячейки, мм Масса пыли, г
10 1,0055
7 4,3598
5 3,7350
3 5,9346
2,5 0,1469
2 5,7389
1,6 0,1340
1 9,1182
0,8 7,9438
0,63 5,1170
0,5 7,3242
0,4 5,8997
0,315 6,5664
0,2 10,3576
0,1 9,9534
0,005 8,7466
< 0,05 13,6476
I 105,7292
сердечно-сосудистых и легочных патологий. Напротив, частицы больше чем РМ10 не влияют на смертность и заболеваемость, так как остаются в верхней части дыхательных путей человека [11].
Образцы отобранной пыли были подвергнуты рентге-нофлуоресцентному спектральному анализу (РФА), результаты которого представлены в табл. 2.
Из данных рентгенофлуоресцентного анализа можно сделать вывод, что в твердых выбросах при производстве буровзрывных работ по своему процентному соотношению преобладает вещество Si02. Пыль, содержащая в себе
Химический элемент / Соединение Содержание
Na2O 1,25%
MgO 2,27%
А'А 11,88%
SiO2 51,76%
K2O 1,59%
CaO 8,74%
™2 0,72%
MnO 0,152%
FeA 6,15%
P2O5 0,20%
SO3 < 0,02%
Cl 0,023 Ppm
Cr 92 Ppm
V 100 Ppm
Ni 47 Ppm
Cu 39 Ppm
Zn 88 Ppm
Rb 55 Ppm
Sr 261 Ppm
Zr 198 Ppm
Ba 538 Ppm
u < 3 Ppm
Th 4 Ppm
Y 31 Ppm
Nb 12 Ppm
Pb 16 Ppm
As < 5 Ppm
Mo < 3 Ppm
двуокись кремния, относится к третьему классу опасности, к «высокоопасным» веществам, которые в свою очередь характеризуются высокой степенью негативного воздействия на биоту и окружающую среду в целом.
Продолжительное вдыхание мелкодисперсной неорганической пыли, содержащей в себе двуокись кремния, может повлечь за собой возникновение у человека патологии в виде силикоза - отдельного вида пневмокониоза, который возникает при длительном вдыхании пыли. Суммированное вдыхание дифференцированных по своему дисперсному составу наиболее респирабельных частиц (диаметром < 0,5 мкм) в течение длительного времени влечет за собой увеличение рисков для здоровья, в частности способствует возникновению различных легочных патологий [12].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Процесс проведения буровзрывных работ на угольном разрезе сопровождается рядом факторов, негативно воздействующих на человека и окружающую среду в целом. Одним из них являются возникновение и распространение пылегазового облака, содержащего в себе пыль, элементом которой является двуокись кремния, продолжительное вдыхание которой влечет за собой возникновение у рабочих легочных патологий.
Список литературы
1. Петренко И.Е. Итоги работы угольной промышленности России за 2022 год // Уголь. 2023. № 3. С. 21-33. 001: 10.18796/0041-57902023-3-21-33.
2. Марчук Г.М. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 327с.
3. Викторов С.Д., Бутысин В.С. Образование и распространение пылегазового облака при массовом взрыве на карьере // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 1996. № 6. С. 119-123.
4. Тихонова О.В. Результаты исследований процесса образования пылегазового облака на карьере ООО «ПГ Фосфорит» // Записки Горного института. 2006. Т. 167. № 1. С. 113-116. URL: https:// pmi.spmi.ru/index.php/pmi/article/view/8080 (дата обращения: 15.08.2023).
5. Тихонова О.В. Оценка воздействия пылегазового облака на окружающую среду при производстве взрывных работ // Записки Горного института. 2003. Том 155. № 1. C. 90.
6. Фокин В.А. Методика оценки количества легкопереносимой породной пыли при производстве массовых взрывов в карьерах // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 1. С.57-61.
7. Амосов П.В. Численное моделирование процесса проветривания карьера при проведении массовых взрывов по пылевому фактору // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2022. № 6. С. 125-138. DOI 10.21440/0536-1028-2022-6-125-138.
8. Романченко С.Б., Руденко Ю.Ф., Костеренко В.Н. Пылевая динамика в угольных шахтах. Т. 6. Промышленная безопасность. М., 2011. 255 с.
9. Калякин С.А. Критический анализ и исследование пожаров-зрывоопасности угля и отложений угольной пыли. URL: http:// www.blastcraft.net/files/articles/safety7.pdf (дата обращения: 15.08.2023).
10. Прыткова Э.В., Маврин Г.В., Мансурова А.И. Сравнительный анализ дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны непроизводственных помещений // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 1-2. С. 69-70. DOI: 10.18454/ IRJ.2016.43.134.
11. Evaluation of the impact of dust suppressant application on ambient PM10 concentrations in London / B. Barratt, D. Carslaw, G. Fuller et al. King's College London, Environmental Research Group Prepared for Transport for London under ^ntract to URS Infrastructure & Environment Ltd. November 2012.
12. Трескова Ю.В. Оценка воздействия на здоровье населения и окружающую среду твердых выбросов горно-обогатительного комбината с учетом их дисперсного состава // Молодой ученый. 2017. № 23. С. 19-22. URL: https://moluch.ru/archive/157/44415/ (дата обращения: 15.08.2023).
SURFACE MINING
Original Paper
UDC 622.85:622.235 © A.A. Streletskij, S.S. Kubrin, 2023
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2023, № 9, pp. 70-74 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2023-9-70-74
Title
STUDY OF ELEMENT AND PARTICLE SIZE DISTRIBUTION OF DUST GENERATED AS A RESULT OF LARGE-SCALE BLASTING IN A COAL STRIP MINE Authors
Streletskij A.A.1, Kubrin S.S.1
1 Institute of problems of comprehensive exploitation of mineral resources RAS, Moscow, 111020, Russian Federation
Authors Information
Streletskij A.A., Leading Engineer, e-mail: Seaman1079@yandex.ru Kubrin S.S., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Academic Secretary, e-mail: s_kubrin@mail.ru
Abstract
The article presents the results of studying the dust generated as a result of large-scale blasting in a coal strip mine. Its element composition has been
studied, and the results of sieve analysis of dust have been provided. Justification for the location of the dust collection units is given based on the empirical dependence.
Keywords
Monitoring, Dust content, Particle size distribution, Elemental composition, Windrose diagram, Microscopy method.
References
1. Petrenko I.E. Russia's coal industry performance for January - December, 2022. Ugol, 2023, (3), pp. 21-33. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-20233-21-33.
2. Marchuk G.M. Mathematical modeling of environmental issues, Moscow, Nauka Publ., 1982, 327 p. (In Russ.).
3. Viktorov S.D. & Butysin V.S. Formation and propagation of a dust and gas cloud during large-scale blasts in a coal open-cast mine. Gornyj informatsion-no-analiticheskij byulleten, 1996, (6), pp. 119-123. (In Russ.).
4. Tikhonova O.V. Results of research of dust and gas cloud formation process at the quarry of OOO PG Phosphorit. Journal of Mining Institute, 2006, Vol. 167, (1), pp. 113-116. Available at: https://pmi.spmi.ru/index.php/pmi/article/ view/8080 (accessed 15.08.2023). (In Russ.).
5. Tikhonova O.V. Assessment of dust and gas cloud impact on the environment during blasting operations. Zapiski Gornogo instituta, 2003, Vol. 155, (1), p. 90. (In Russ.).
6. Fokin V.A. Methodology for estimating the amount of easily transferable rock dust during large-scale blasting in open-pit mines. Izvestiya vysshih uchebnyhzavedenij. Gornyjzhurnal, 2010, (1), pp. 57-61. (In Russ.).
7. Amosov P.V. Numerical modeling of open pit ventilation when varying the location of the dust and gas cloud. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Gornyj zhurnal, 2022, (6), pp. 125-138. (In Rus.). DOI: 10.21440/0536-10282022-6-125-138.
8. Romanchenko S.B., Rudenko Y.F. & Kosterenko V.N. Dust dynamics in coal mines, Vol. 6, Promyshlennaya Bezopasnost Publ., Moscow, 2011, 255 p. (In Russ).
9. Kalyakin S.A. Critical analysis and study of fire and explosion hazard of coal and coal dust depositions. Available at: http://www.blastcraft.net/files/ articles/safety7.pdf (accessed 15.08.2023). (In Russ.).
10. Prytkova E.V., Mavrin G.V. & Mansurova A.I. Comparative analysis of dis-
Дадим стране угля -в Кузбассе стартовало строительство блока «Распадский-4»
День шахтёра в Кузбассе всегда отмечают широко -с праздничными концертами, награждениями, новыми аллеями и арт-объектами в разных городах региона. Но главные новости, естественно, - с подземной спецификой. 23 августа в Междуреченске был официально дан старт проекту «Распадский-4».
Основные характеристики проекта собравшимся представил генеральный директор Распадской угольной компании (РУК) Владимир Мельниченко. По его словам, к 2027 г. компания построит комплекс зданий и сооружений, а также более двадцати километров горных выработок для отработки пластов с запасами угля свыше шестидесяти миллионов тонн. «Горизонт добычи угля на этом участке -более двадцати лет», - заявил Мельниченко.
Напомним, что и без этого шахта «Распадская» сегодня -это основной актив РУК, на ее долю приходится 28% от всего объема добычи угля в компании. С объемом добычи коксующегося угля в пять-шесть миллионов тонн в год она является одной из крупнейших шахт России, а уголь марки ГЖ Распадской востребован не только в нашей стране, но и на экспортных рынках.
Антон Медведев (Кемеровская обл.)
persed composition of the dust at the workplace. Mezhdunarodnyj nauch-no-issledovatel'skijzhurnal, 2016, (1-2), pp. 69-70. (In Rus.). DOI: 10.18454/ IRJ.2016.43.134.
11. Barratt B., Carslaw D., Fuller G., Green D. & Tremper A. Evaluation of the impact of dust suppressant application on ambient PM10 concentrations in London. King's College London, Environmental Research Group Prepared for Transport for London under contract to URS Infrastructure & Environment Ltd, November 2012.
12. Treskova Yu.V. Assessment of impact on public health and the environment of solid emissions of a mining and processing plant with account of their particle size distributions Molodoj uchenyj, 2017, (23), pp. 19-22. Available at: https://moluch.ru/archive/157/44415/ (accessed: 15.08.2023). (In Rus.).
Acknowledgements
The research was performed as part of Activity No.1 of the Integrated Scientific and Technical Programme of the Full Innovation Cycle, approved by Order No. 1144-p of the Government of the Russian Federation as of May 11, 2022, and Agreement No. 075-15-2022-1185 as of September 28, 2022, on providing grants from the federal budget in the form of subsidies in accordance with Item 4 of Article 78.1 of the Budget Code of the Russian Federation.
For citation
Streletskij A.A. & Kubrin S.S. Study of element and particle size distribution of dust generated as a result of large-scale blasting in a coal strip mine. Ugol, 2023, (9), pp. 70-74. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-9-70-74.
Paper info
Received July27,2023 Reviewed August 14,2023 Accepted August 25,2023
ООО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ЗАВОД МОДУЛЬНЫХ ДЕГАЗАЦИОННЫХ УСТАНОВОК»
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ МЕТАНА
МЕТАН ПОД КОНТРОЛЕМ!
РОССИЯ WWWZAVODMDU.RU
Г. НОВОКУЗНЕЦК INFO@ZAVODMDU.RU
ШОССЕ СЕВЕРНОЕ, 8 ТЕЛ.: +7 (3843) 991-991
