CC BY
94
УДК 628.501
К ВОПРОСУ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ПЫЛИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Г.В. Стась, С.З. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков
Оценено состояние атмосферного воздуха по содержанию пыли, особенно мелкодисперсной, от работ предприятий горной промышленности. Рассмотрена возможность использования в горной промышленности мобильных пылеулавливающих аппаратов (сепараторов) в местах локального пылеобразования, например, при работе горных комбайнов и дробильно-сортировочных установок.
Ключевые слова: мелкодисперсная пыль, горные работы, загрязнение окружающей среды, мобильные пылеуловители-сепараторы.
Горная промышленность является одной из главных отраслей в экономике России. Её главенство заключается в том, что она обеспечивает все остальные отрасли или первичным, или вторичным энергетическим сырьем. Это требует одновременно с развитием сырьевой базы необходимость обеспечить не только рациональное недропользование, но и экологическую безопасность и охрану окружающей среды. Несмотря на это, ежегодно от угледобывающих и перерабатывающих производств происходит выброс многих сотен тысяч тонн загрязняющих веществ в атмосферу и литосферу [1, 2]. Таким образом, добыча и переработка полезных ископаемых, являясь, с одной стороны, важным видом экономической деятельности, способным внести свой вклад в развитие экономики страны, с другой стороны, вызывают серьезное беспокойство экологическими и санитарными последствиями своей деятельностью для жителей окружающих территорий практически на всех континентах [3 - 5], при этом потенциальные риски для здоровья человека возникают на большинстве стадий жизненного цикла добычи и переработки полезных ископаемых, начиная с разведки и заканчивая закрытием шахт, как на карьерах, так и на подземных рудниках.
Как уже было сказано, в атмосферу попадают многие тысячи тонн пыли, из которых наибольшую опасность вызывают не только токсичные составляющие выбросов, но и мелкодисперсная пыль (РМ) дисперсностью менее 10 и 2,5 мкм, представляющую особую опасность для здоровья биосферы, в том числе и человека [6].
К основным антропогенным источникам поступления первичных РМ в атмосферный воздух относят предприятия машиностроения, черной и цветной металлургии, производство строительных материалов (производство цемента, керамики и кирпича, взрывные работы, механическое измельчение твердых материалов, а также транспортировка сыпучих материалов), другие виды промышленной деятельности (добыча полезных
92
ископаемых, плавильное производство). К ним относятся сжигание твердых виды топлива, такие как уголь, бурый уголь, тяжелая нефть и биомасса, используемые для выработки энергии в бытовом секторе и в промышленности, процессы сжигания жидких топлив (дизельное топливо, масла), дробильно-сортировочные комплексы по переработке строительных отходов, незадернованные участки почв, открытые места хранения строительных и сыпучих материалов (песок, соль и т. д.), станции перегрузки мусора, строительные площадки, работы по сносу зданий, землеройные работы, а также эрозия дорожного покрытия вследствие движения автотранспорта и истирания тормозных колодок и шин.
Например, в горнорудной промышленности значительное количество пыли возникает во время бурения и при взрывных работах, в угольной - при работе комбайнов и породопогрузочных машин, при сортировке угля и т. д. На обогатительных фабриках пыль поступает в воздух при дроблении и размоле породы. Вся промышленность строительных материалов связана с процессами дробления, помола, смешения и транспортировки пылевидного сырья и продукта (цемент, кирпич, шамот, динас и др.). В машиностроительной промышленности процессы пылеобразования имеют место в литейных цехах при приготовлении формовочной земли, при выбивке, обдирке, обдувке форм и очистке литья, а также в механических цехах главным образом при шлифовке и полировке изделий. Многие процессы в металлургии, электросварочные работы, плазменная и электроискровая обработка металла сопровождаются выделением в воздух пыли и паров, конденсирующихся в аэрозоли. При неполном сгорании топлива в воздух рабочих мест наряду с продуктами возгонки и смолистыми веществами могут поступать копоть и сажа, также представляющие собой аэрозоли в виде дыма и пыли. В химической промышленности многие процессы также связаны с пылеобразованием [6].
Горнодобывающая и перерабатывающая деятельность включает использование токсичных химикатов и отходов, оказывающих негативное воздействие на здоровье шахтеров и местного населения, а также на окружающую среду. Воздействие на здоровье человека является результатом длительного и систематического воздействия, проглатывания, вдыхания и контакта кожи с токсичными тяжелыми металлами, кислотным дренажем и токсичными химическими веществами. Вдыхание пыли и аэрозольных частиц является одним из основных путей проникновения канцерогенных загрязнителей в организм человека. Воздействие на здоровье различных загрязнителей также может быть последствием загрязнения почвы и воды в результате миграции загрязняющих веществ за счет эрозии, выветривания и химического рассеивания, например, кислотных дренажей из шахтных отходов и хвостов. Применяя профилактические мероприятия, можно смягчить или избежать последствий для здоровья человека и окружающей среды, обусловленных деятельностью в горной промышленности [7].
Чтобы понять масштаб, видовой состав и влияние пыли менее 2,5 мкм (РМ2,5) на окружающую среду в городе, находящемся рядом с карьером и в окружающих его объектах, в течение 2013-2014 гг. были отобраны исходные образцы (пробы воздуха), подвергнувшиеся химическому анализу на наличие А1, 57, Са, Ее, 77, С и водорастворимых ионов. В результате проведенных исследований были получены сезонные колебания концентрации взвешенных частиц РМ2,5 с максимальным значением (112,42 мкг/м3) осенью и минимальным (45,64 мкг/м3) в летний период. Что касается химического состава пыли, то массовые доли кремния и алюминия не подверглись очевидным сезонным колебаниям, а фракции кальция были значительны выше в весенний и летний периоды. Таким образом, в результате исследования было доказано, что карьер является одним из источников поступления мелкодисперсной пыли (РМ2,5) в городскую и окружающую среду [8].
Кроме этого, выделяются неорганизованные (рассредоточенные) и организованные (сосредоточенные) выделения или выбросы в атмосферу. К группе неорганизованных относятся: выделения, определяемые ветровой эрозией (дефляцией) нарушенных участков земной поверхности, в том числе открытых горных выработок, отвалов, складов, хвосто- и шламохранилищ; химические газовыделения по всей технологической цепи горного производства при буровзрывных работах, экскавации, транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах на складах добытого полезного ископаемого и пр. Источники неорганических выбросов рассредоточены на относительно больших территориях. Их расположение, параметры (площадь, объемы) могут определяться во времени и пространстве. Ряд источников неорганизованных пылегазовыделений обладает периодичностью действия. Эта периодичность, а также интенсивность пылегазовыделений зависят от природно-климатических условий (скорости ветра, количества и периодичности выпадения атмосферных осадков, температуры воздуха, мощности снежного покрова и пр.), расположения источников пылегазовыделений по отношению к розе ветров. Уже при скорости ветра 2 м/с сухая пыль сдувается с поверхности техногенных образований и переносится на значительные расстояния. При этом концентрация пыли значительно превышает допустимые значения.
Предприятия горной промышленности можно также упрекнуть в том, что они поставляют потребителям недоброкачественное сырье (например, уголь, сланцы и нефть с высоким содержанием серы, руды с вредными примесями), использование, которого сильно загрязняет атмосферу.
Эти источники загрязнения сконцентрированы в отдельных промышленных районах, в основном в странах северного полушария. Наиболее обильное пылеобразование происходит на горных предприятиях, разрабатывающих месторождения открытым способом (карьерах, разрезах, каменоломнях), особенно в засушливых и ветреных районах.
По публикациям [9 - 13], освещающим вопросы загрязнения атмосферы рудниками (шахтами), обогатительными фабриками и металлургическими заводами, можно констатировать, что основная масса пыли выбрасывается в атмосферу рудоперерабатывающими предприятиями. Так, на территории рудного пояса юго-восточной части штата Миссури (США) содержание металлов, вынесенных в атмосферу с пылью при добыче и переработке руды, а затем сконцентрированных в верхнем слое почвы толщиной до 25 мм, составило: свинца - 147,4...276,2 мг, цинка -40,7 - 95,1 мг, меди - 6,7.17,1 мг и кадмия - до 2,3 г на 1 м3 почвы. В Уэльсе выявлены участки, почвы которых загрязнены цинком, свинцом, кадмием и медью. Содержание их на загрязненных участках выше, чем в нормальных почвах: свинца в 90, цинка в 31, кадмия в 15 и меди в 2,1 раза.
Аналогично оценки воздействия на окружающую среду выбросов загрязнения воздуха в горнодобывающем и добывающем секторах европейских стран были получены путем применения методики оценки жизненного цикла. Была проведена оценка горнодобывающего и карьерного секторов в 12 европейских странах. К таким секторам относятся добыча каменного угля и лигнита, добыча сырой нефти и природного газа, добыча металлических руд и другие виды услуг в горнодобывающем секторе. На основе методов оценки воздействия на жизненный цикл была проведена оценка горнодобывающего и карьерного секторов по следующим категориям воздействия и ущерба: выбросы парниковых газов, подкис-ление суши, фотохимический смог и образование твердых частиц, ущерб здоровью человека и качество экосистем. Анализ проводился с использованием данных за 2012 год. Они показали, что самые высокие выбросы твердых частиц и газа происходят в горнодобывающем и добывающем секторе Великобритании, а самые низкие-в Болгарии. Экологические показатели во всех категориях воздействия и ущерба в горнодобывающем и добывающем секторах были самыми высокими в Великобритании, Польше, Норвегии и Германии. Установлено, что выбросы парниковых газов в этом секторе в каждой стране сильно различаются в течение 20, 100 и 500 лет [14]. Подобные материалы были получены при разработке планов экологизации добычи меди в Чили [15], оценке воздействия известняковых карьеров в Израиле [16], политике охраны окружающей среды в горнодобывающей отрасли в Польше [17], при мелкомасштабной добыче полезных ископаемых в Гане [18], негативного воздействия дорожной пыли вблизи медно-золотого рудника в провинции Гоби (Монголия) [19] и в случае экстремального загрязнения атмосферного воздуха в районе горно-металлургических производств в Сербии [20].
По продолжительности нахождения загрязняющих веществ в атмосфере их можно разделить на две группы: 1) с непродолжительным временем пребывания в атмосфере, которые, как правило, концентриру-
ются в пределах сравнительно небольших районов; 2) находящиеся в атмосфере длительное время, которые распространяются над обширными территориями. В стратосфере загрязняющие вещества держатся в течение несравненно более продолжительного времени, чем в тропосфере. В приповерхностном слое атмосферы концентрация этих веществ зависит от погоды, высоты местности, формы рельефа, времени суток и других факторов. Находящиеся в атмосфере загрязняющие вещества подвергается фотолизу и окислению, вступают в химические реакции между собой [21].
Загрязнение атмосферы горными предприятиями газовыми загрязнителями с традиционными способами разработки зависит от геологической природы вмещающих месторождение формаций и от специфики ведения горных работ. Природные факторы определяют в основном газовую загрязненность, производственные - как газовую, так и пыле-аэрозольную загрязненность.
Основными загрязнителями атмосферы газами являются угольная, нефтяная и газовая отрасли промышленности. Предприятия по добыче и переработке нефти и газа загрязняют воздух углеводородами главным образом в период разведки месторождении (в нефтяной промышленности - также во время эксплуатации, когда попутный газ сжигается в факелах). Предприятия по добыче и переработке угля загрязняют атмосферу метаном, в гораздо меньшей степени - углекислотой.
По результатам исследований, выполненных на хвостохранилище обогатительной фабрики ПО «Апатит», установлено, что ежегодно в течение июля - сентября в атмосферу выносится 140.170 тыс. т пыли нефелиновых пород. При скорости ветра 3.5 м/с с 1 м пылящей поверхности за сутки переносится в виде «поземки» до 70 кг пород пылеватой фракции. В период активной ветровой деятельности запыление атмосферы в рабочих зонах достигает 23 мг/м при содержании SiO2 в пыли до 32 %, а в прилегающих жилых районах городов Апатиты и Кировск -3.5 мг/м. В отдельных случаях возникают пылевые бури. Осаждаясь, пыль загрязняет почвы, водотоки и водоемы, в том числе оз. Имандра, угнетает растительность [21].
Исследованиями состояния воздуха в районах карьеров на различных месторождениях полезных ископаемых установлено, что из пылега-зового облака, образованного при массовых взрывах, в течение 1.4 ч в радиусе 2.4 км рассеивается от 200 до 500 т мелкодисперсной пыли, образуется также при бурении взрывных скважин (до 93,3 %) и при погрузке горной массы (до 98,4 %).
Однако относительное значение этой величины весьма мало по сравнению с естественным газовыделением на шахтах (рудниках). Кроме того, основные компоненты газов взрыва - соединения инертные, не оказывающие вредного влияния на окружающую среду.
96
Как отмечает В.Д.Горлов, скорость ветра существенно (в 1,6 - 3,3 раза) увеличивается в связи с ростом высоты породных отвалов. Так, приземная скорость ветра 5 м/с на высоте отвала в 300 м увеличивается до 15,6 м/с, а приземная скорость ветра в 10 м/с на высоте отвала в 300 м превращается в ураган со скоростью ветра свыше 30 м/с. Такие скорости крайне отрицательно действуют на работу людей и оборудования, занятых на отвальных работах.
Формирование высоких отвалов создает условия для проявления более интенсивной ветровой эрозии и приводит к значительному запыле-нию прилегающих территорий. По данным И.В. Трещевского, с каждого гектара поверхности отвалов, сложенных породами легкого механического состава, ежегодно выносится за пределы этих земель от 200 до 500 т пыли. Площадь запыления составляет 500 га на 1 га отвальной поверхности. При этих расчетах рекомендуется принимать, что 50 % откладывается на землях, прилегающих к отвалам, а 50 % пыли длительное время перемещается с воздушными потоками.
Общеизвестно, каким мощным, по существу, глобальным загрязнителем атмосферы является автотранспорт. Подсчитано, что их «вклад» в пылеобразование в отдельных случаях достигает 80...90 % общего пылевого баланса карьеров. Запыленность воздуха в районе карьерных дорог в среднем составляет 100 мг/м. На подземных работах, где приходится действовать в весьма стесненных условиях, обострилась проблема локальной борьбы с выхлопными газами, что согласуется с работами [22, 23].
Вынос в атмосферу мельчайших минеральных частиц - пыли в свободном состоянии и в виде аэрозолей как вид загрязнения воздуха характеризуется тем, что минеральные частицы загрязняют воздушное пространство главным образом вблизи предприятий и на непродолжительное время. Как правило, пыль оседает на почву, на поверхность водоемов, здания, сооружения и растительность и, таким образом, является загрязнителем окружающей среды. Опасность в этом случае тем более велика, что в почве и в водоемах непрерывно накапливаются вплоть до недопустимых концентраций вредные металлы или минералы [21].
Рассматривая вопросы обеспыливания, приходится решать две взаимосвязанные задачи. Следует учитывать, с одной стороны, необходимость снижения запыленности воздуха в ограниченных производственных объемах до предельно допустимых концентраций (ПДК), улучшения санитарно-гигиенических условий труда работающих, повышения взрывобез-опасности ряда производств, с другой - снижения промышленных выбросов запыленного воздуха в атмосферу до предельно допустимых выбросов (ПДВ) и его рассеивание.
Загрязнение атмосферного воздуха происходит не только в процессе добычи на разрезах и шахтах, но и при транспортировке, а также переработке полезных ископаемых на обогатительных фабриках, то есть требу-
ется решать первоочередные проблемы охраны окружающей среды и создания оптимальных санитарно-гигиенических условий труда путем разработки и внедрения комплекса способов и средств снижения выбросов пыли в технологических потоках, основанных на результатах исследования закономерностей пылеобразования, влияния на этот процесс физико-механических свойств горных пород месторождений, параметров горнотранспортного оборудования, метеоусловий и месторасположения неорганизованных источников пылевыделения.
Например, при открытых горных работах загрязнение атмосферы связано с ведением основных технологических процессов. Определенные метеорологические условия, а также масштабы газо- и пылевыделения бывают настолько значительными, что могут приводить к необходимости остановки работ на определенный срок. Данные обстоятельства наносят существенный экономический ущерб предприятию и здоровью его сотрудников. Соответственно, необходимо обеспечивать соответствующие условия для борьбы с пылением и подавления пыли вблизи источников. Значительные объемы пыли выделяются при отвалообразовании и складировании пустых пород (укладка пород в отвалы, пыление их поверхностей), а также в результате деятельности объектов промышленных площадок (дробильно-сортировочные комплексы, котельные, базы автотранспортной техники). Предупреждение образования пыли и газов, либо подавление их вблизи источника, является основным направлением борьбы с ними. К примеру, использование пылеуловителей на буровых станках позволяет снизить выделение пыли с 2000 до 35 мг/с [24, 25].
Наибольшее образование пыли при ведении открытых горных работ происходит в процессе массовых взрывов, бурении скважин, при работе оборудования, погрузке горной массы. Также, к постоянным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся дороги. Большое количество пыли образуется при транспортировке карьерных грузов: сдув с карьерных дорог, пыль на пунктах перегрузки. На их долю приходится порядка 70 % выделяющейся пыли.
Интересные данные представлены в статье [26], в которой авторы попытались повлиять на самый сложный этап при ведении открытых горных пород - буровзрывные работы. В работе рассмотрены различные известные методы решения задачи снижения образования мелкодисперсной пыли: изменение диаметра скважин, использование зарядов с воздушным промежутком, применение пеногелевых забоек и другие. Для снижения пылегазовых выбросов и повышения качества дробления горной породы при ведении взрывных работ был применен водный раствор низкоплотного, многокомпонентного пеногеля. Количество жидкости в данной забойке влияет на ее пылеподавляющие свойства. В момент взрыва, пеногелевая забойка выбрасывается в атмосферу вместе с продуктами взрыва в виде пузырьков и мелких капель, которые являются центрами коагуляции пыли. Выбор длины участка скважины, который заполняется низкоплотным со-
ставом, определяется так, чтобы эффект запирания был ниже зоны интенсивной трещиноватости породы [27]. Тип взрываемых пород: песчаники средней крепости f=6 - 8, глубина скважин 1м, диаметр 250 мм. После проведения экспериментальных взрывов было выявлено, что высота подъема облака при использовании забойки из буровой мелочи составляет 70100 м, а при использовании пеногелевой в 1,7 - 2 раза меньше. Величина удельной массы пыли, осевшей на расстоянии до 50 м от взрыва при пеногелевой забойке, составляет более 94 % всей мелкодисперсной пыли (< 250 мкм), а при забойке из буровой мелочи это расстояние составляет около 90 м. Анализируя влияние пеногелевой забойки на процесс распространения мелкодисперсной пыли, можно утверждать, что применение данного типа забойки позволяет уменьшить расстояние сноса пыли в 1,8 раза. Однако, данный способ основан на увеличении запирающего действия забойки, а не на уменьшении образования мелкодисперсной пыли в зоне переизмельчения. Также применение указанной конструкции заряда несколько усложняет технологический процесс, а при увеличении запирающего эффекта может увеличиться зона переизмельчения горной породы.
В статье [28] рассматриваются вопросы по оценке пылевой нагрузки на атмосферный воздух на объектах открытой разработки месторождений полезных ископаемых, на примере Мугунского буроугольного месторождения. По мнению авторов, пылевая нагрузка на окружающую среду при добыче бурых углей может быть снижена при проведении специальных мероприятий пылеподавления, направленных на уменьшение выбросов загрязняющих веществ, таких как: уплотнение поверхности отвалов; орошение водой внутрикарьерных дорог, породных уступов и поверхностей отвала по мере их внешнего высыхания в летнее время; подбор про-сыпей и зачистка полотна дорог.
Более радикальные меры по снижению экологической нагрузки на примере Черемховского разреза предлагают авторы статьи [29]. В ней экспериментальными и расчетными методами оценена экологическая нагрузка на окружающую среду, создаваемая технологическими процессами добычи угля (на примере Черемховского угольного разреза). Даны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на атмосферу за счет минимизации экологических рисков при ведении технологических процессов добычи и транспортирования угля, для чего необходимо оснастить буровые станки высокоэффективными, малогабаритными и удобными в эксплуатации пылеулавливающими установками; вместо проведения взрывных работ применять разупрочняющие составы для разрыхления горных пород; перевооружить горное производство новой экологической техникой, где процессы истирания горных пород заменены процессом резания, а дизельные двигатели заменены на электропривод.
В работе [30] описано новое эффективное пылесвязующее средство, предназначенное для закрепления пылящих поверхностей при добыче и обогащении горных пород, а также подробно рассмотрены его преимуще-
99
ства и опыт применения. В результате проведённых испытаний показано, что пылесвязующее средство РНХ-1021 является новым, высокоэффективным, экономичным, экологически безопасным средством для борьбы с пы-леобразованием при добыче и обогащении горных пород. К основным положительным характеристикам РНХ-1021 можно отнести следующие: эффективное связывание пыли на срок 20-30 дней при однократной обработке; образование на поверхности гибкой, прочной пленки, устойчивой к работе тяжелого транспортного оборудования и воздействию атмосферных осадков; безопасность для человека, окружающей среды и техники; легкость в приготовлении рабочего раствора и его нанесении на пылящую поверхность, технология обработки аналогична орошению технической водой.
Таким образом, как было показано выше, имеется большее количество работ по пылеобразованию практически на всех стадиях горных пород, все эти работы имеют одну общую цель: повысить эффективность пы-леподавления и пылеулавливания и минимизировать экологическую нагрузку на биосферу и её главное достояние - человека.
Конечно, масштаб этих работ разный, например, в работе [31] решена проблема повышения эффективности при измельчении руды в центробежной мельнице ЦМВУ-800 и соответственно с максимальным образованием тонкодисперсной пыли; в работе [32] решена обратная задача - с помощью различных комбинаций распыливающих насадок существенно повышена эффективность пылеподавления тонкодисперсной пыли.
Если рассматривать состояние запыленности воздуха в забоях при работе проходческого комбайна, то необходимо отметить что на угольных шахтах Российской Федерации удельный объем комбайновой проходки выработок постоянно растет главным образом за счет смешанных и чисто породных забоев, для чего создаются проходческие комбайны и комплексы повышенной энерговооруженности и производительности. Более 95 % от всего комбайнового парка составляют комбайны со стреловидным исполнительным органом. Для комбайнов этого типа характерно значительное измельчение отбиваемой горной массы, сопровождаемое высокой запыленностью воздуха, которая без средств борьбы с пылью может достигать 5000 мг/м3 и более [33].
Комбайны осуществляют три основные операции: резка, погрузка и перегрузки на другие транспортные механизмы. Запыленность воздуха на рабочих местах при работе проходческих комбайнов избирательного действия характеризуется значительной неравномерностью, вызванной переменным пылевыделением при обработке различных участков забоя по сечению выработки. Максимальная и минимальная запыленность отличается в 3 - 8 раз [34].
На процессы пылевыделения при работе проходческого комбайна влияют несколько факторов как горно-геологических, так и технологических. Такими факторами являются влажность, крепость, структура, веще-
ственный состав и мощность угольного пласта, способ и режим разрушения угля, скорости движения воздуха, производительность работы комбайна.
Режим резания угля исполнительным органом также оказывает большое влияние на пылеобразование. Так, увеличение скорости вращения отбойной коронки комбайна в 2 раза приводит к повышению запыленности в 1,3 - 2 раза. Наблюдается также рост запыленности с увеличением скорости поперечной подачи рабочего органа, так как при этом растет масса разрушаемого массива, а значит, и интенсивность выделения пыли в атмосферу призабойного пространства.
Несмотря на совершенствование проходческих комбайнов [35, 36], которые проводятся главным образом в направлении увеличения их энерговооруженности и автоматизации с целью повышения производительности их пылеподавления [36], и выработки пород повышенной крепости, одновременно увеличивается общее пылевыделение от работы комбайнового комплекса.
Таким образом, основным способом борьбы с пылью продолжает оставаться орошение с эффективностью 70.93 %. При этом остаточная запыленность воздуха может достигать 150.300 мг/м3. Повсеместно применяемое орошение требует больших расходов воды, приводящих к увлажнению и преждевременному износу шахтного оборудования, переувлажнению и снижению качества угля, намоканию и пробуксовке конвейерных лент, что вызывает остановки конвейеров и добычных машин, снижая их машинное время, производительность добычных участков и угольных шахт, не обеспечивая нормализации пылевой обстановки [37].
Практические методы использования способа гидрообеспыливания включают в себя:
- низконапорное и высоконапорное орошение;
- пневмогидроорошение;
- орошение и обеспыливание водовоздушными эжекторами;
Существуют также способы, основанные на использовании акустического, электростатического и других методов гидрообеспыливания, которые пока не нашли широкого применения в шахтных условиях по причине слабой изученности, сложности применения, низкой экономичности и других недостатков [38].
Из приведенных данных следует, что проблему предотвращения загрязнения земной атмосферы предприятиями горной промышленности наиболее целесообразно решать на первичной ступени производства, т. е. непосредственно в среде, окружающей горнорабочих в конкретных условиях каждого предприятия: от обеспечения трудящимся безопасных и комфортных условий труда до их полного вывода из забоев.
Таким образом, актуальность изложенного выше вопроса связана с необходимостью: сохранения и восстановления экологической чистой среды обитания, рекультивации поверхности хвостохранилищ, содержащих
токсичные отходы, а также очистки загрязненных площадей в границах влияния отходов переработки минерального сырья горными предприятиями. Однако, как было убедительно показано в работе [39], несмотря на многообразие работ по созданию новых и усовершенствованию существующих конструкций, сухих пылеуловителей промышленного масштаба для эффективного пылеулавливания мелкодисперсной пыли (<10 мкм) [40-43] практически не существует, особенно в местах локального выделения мелкодисперсной пыли, например, при работе горных комбайнов, дробильно-сортировочных установок и крупнотоннажных движущихся комплексов. Таким образом, необходимость разработки эффективного мобильного пылеуловителя-сепаратора для сепарации и выделения мелкодисперсной пыли (менее 10 мкм) в местах её локального образования возрастает многократно.
В более общем плане наши выводы показывают, что горнодобывающие операции играют важную, но недооцененную роль в образовании загрязненной атмосферной пыли и аэрозоля и в переносе металлических и металлоидных загрязняющих веществ, и подчеркивают необходимость дальнейших исследований в этой области. Роль горнодобывающей деятельности в судьбе и транспортировке загрязнителей окружающей среды может стать все более важной в ближайшие десятилетия, поскольку прогнозируется усиление изменения климата и землепользования, которые могут существенно увеличить потенциал выбросов пыли и транспорта.
Список литературы
1. Папичев В.И. Интегральная оценка воздействия взрывных работ на атмосферу // Записки горного института. 2009. Т. 180. С. 179-181.
2. Харионовский А.А., Данилова М.Ю. Охрана атмосферы на предприятиях угольной промышленности // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017. № 2. С. 48-52.
3. A European aerosol phenomenology - 3: Physical and chemical characteristics of particulate matter from 60 rural, urban, and kerbside sites across Europe / J.-P. Putaud [et al.] // Atmospheric Environment 2010. Vol. 44. № 10. P. 1308-1320.
4. A review on the importance of metals and metalloids in atmospheric dust and aerosol from mining operations / Janae Csavina, Jason Field, Mark P. Taylor, Song Gao // Science of The Total Environment. 2012. Vol. 433. P. 5873.
5. Emissions and human health impact of particulate matter from surface mining operation - A review / Aditya Kumar Patra, Sneha Gautam, Prashant Kumar // Environmental Technology & Innovation. 2016. Vol. 5. P. 233-249.
6. Влияние мелкодисперсной пыли на биосферу и человека / С. З. Калаева, К. М. Муратова, Я. В. Чистяков, П. В. Чеботарев // Известия ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 3. 2016. С. 40-63.
7. Mining Activities: Health Impacts / Carla Candeias, Paula Ávila, Patricia Coelho, Joao P.Teixeira // Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. 2018 [Электронный ресурс]. URL: https://www. sci-encedirectcom/science/article/pii/B9780124095489n0565^aTa обращения: 27.01.2018).
8. Influence of quarry mining dust on PM2.5 in a city adjacent to a limestone quarry: Seasonal characteristics and source contributions/ Xing Peng, Guo-Liang Shi, Jun Zheng, Jia-Yuan Liu et al. // Science of The Total Environment. 2016. Vol. 550. P. 940-949.
9. Ананичев К.В. Проблемы окружающей среды, энергии и природных ресурсов Международный аспект. М.: ВИНИТИ-МГУ. 1974. 164 с.
10. Коротаев Г.В., Михайлова 3.Н. Основные направления и организация научно- исследовательских работ по рекультивации земель // Рекультивация земель, нарушенных открытыми горными разработками. Губкин-Орджоникидзе. 1974. С. 14-18.
11. Труфанов А.В., Ревинский Ю.А. Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых // Методич. пособие, ч. 1. Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2008. 50 с.
12. Труфанов А.В., Ревинский Ю.А. Мероприятия по решению геоэкологических проблем при разведке и переработке месторождений полезных ископаемых // Методич. Пособие. Ч. 2. Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР». 2008. 68 с.
13. Эскин В.С. Рекультивация земель, нарушенных горными разработками. М.: Недра, 1975. 156 с.
14. Environmental impact and damage categories caused by air pollution emissions from mining and quarrying sectors of European countries / Agata Fu-giel, Dorota Burchart-Korol, Krystyna Czaplicka-Kolarz, Adam Smolinski // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 143. P. 159-168.
15. Greening Chilean copper mining operations through industrial ecology strategies / Lorenzo Reyes-Bozo, Alex Godoy-Faúndez, Ronaldo Herrera-Urbina, Pablo Higueras et al // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 84. P. 671-679.
16. Evaluating the impact of a limestone quarry on suspended and accumulated dust / Nir Bluvshtein, Yitzhak Mahrer, Amir Sandler, Giora Rytwo // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45. Issue 9. P. 1732-1739.
17. Environmental reporting policy of the mining industry leaders in Poland / Katarzyna Pactwa, Justyna Wozniak // Resources Policy. 2017. Vol. 53. P. 201-207.
18. The hazardous nature of small scale underground mining in Ghana / K.J.Bansah, A.B.Yalley, N.Dumakor-Dupey // Journal of Sustainable Mining. 2016. Vol. 15. Issue 1. P. 8-25.
19. Dusty roads and disconnections: Perceptions of dust from unpaved mining roads in Mongolia's South Gobi province / Sara L.Jackson // Geoforum. 2015. Vol. 66. P. 94-105.
20. Extreme air pollution with contaminants originating from the mining-metallurgical processes / Snezana M. Serbula, Jelena S. Milosavljevic, Ana A.Radojevic, Jelena V.Kalinovic et al. // Science of The Total Environment. 2017. Vol. 586. P. 1066-1075.
21. Рыбин И.В. Влияние горной промышленности на атмосферу // Новое в познании процессов рудообразования. Сборник материалов Седьмой Российской молодёжной научно-практической школы. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук (Москва). 2017. С. 244-247.
22. Attenuation of road dust emissions caused by industrial vehicle traffic / Fabien Gérardin, Noël Midoux // Atmospheric Environment. 2016. Vol. 127. P. 46-54.
23. Real-world emission factors for Caterpillar 797B heavy haulers during mining operations / Xiaoliang Wang, Judith C.Chow, Steven D.Kohl, Kevin E.Percy // Particuology. 2016. Vol. 28. P. 22-30.
24. Кольвах К.А. Снижение пылеобразования при ведении открытых горных работ // Молодежь в науке: Новые аргументы: сб. научных работ VI Международного молодежного конкурса (Россия, г. Липецк, 30 апреля 2017 г.). Часть I / отв. ред. А.В. Горбенко. Липецк: Научное партнерство «Аргумент», 2017. С. 97-100.
25. Комплексные решения проблемы пылеобразования на угольных разрезах Кузбасса / Д.А. Кузнецов, Р.Р. Минибаев, Н.Н. Ахлестин, С.В. Спирин // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2016. № 3. С. 64-71.
26. Бабкин Р.С., Абиев З.А. Современные тенденции экспериментальных и теоретических исследований направленных на снижение пылеобразования при производстве взрывных работ на карьерах строительных материалов // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 12-1 (54). С. 73-77.
27. Катанов И.Б. Совершенствование конструкции скважинного заряда с пеногелевой забойкой // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5. С.43-46.
28. Тимофеева С.С., Карпова И.А. Оценка пылевой нагрузки на окружающую среду основных технологических процессов при добыче бурых углей на разрезе «Мугунский» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 9 (80). С. 113-118.
29. Тимофеева С.С., Мурзин М.А. Оценка экологической нагрузки технологических процессов добычи угля на окружающую среду на примере Черемховского разреза // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 3 (98). С. 108-114.
30. Семёнов Д.Г., Кутушева Л.Р. Новое эффективное средство для борьбы с пылеобразованием при добыче и обогащении горных пород // Уголь. 2013. № 5 (1046). С. 66-72.
31. Матвеев А.И., Винокуров В.Р., Львов Е.С. Исследования пылеоб-разования и разработка рекомендаций по пылеподавлению при работе центробежной мельницы ЦМВУ-800 // ГИАБ (научно-технический журнал). 2010. № 2. С. 32-35.
32. A novel spraying/negative-pressure secondary dust suppression device used in fully mechanized mining face: A case study / Wen Nie, Xiao Ma, Weimin Cheng, Yanghao Liu // Process Safety and Environmental Protection. 2016. Vol. 103. Part A. P. 126-135.
33. Адамков А.В. Состояние запыленности воздуха в забоях подготовительных выработок при работе проходческих комбайнов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2004. № 1 (38). С. 56-59.
34. Витько А.Д. Разработка способа и средств пылевзрывозащиты с использованием жалюзийных решеток для угольных шахт: дис. ... канд. техн. наук. М., 2005.
35. Шатиров С.В., Христофоров А.А., Филатов П.Ю. Повышение эффективности и улучшение характеристик технологии пылеподавления. Разработка системы пылеподавления с использованием энергии воздуха или газа // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2013. Т. 1.2. С. 88-94.
36. Разработка устройства пылеподавления для реверсивных коронок проходческих комбайнов / Л.Е. Маметьев, А.А. Хорешок, А.М. Цехин, А.Ю. Борисов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2014. № 3 (103). С. 17-21.
37. Петрунин Г.О. Обоснование параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках: дис. ... канд. техн. наук. М., 2009.
38. Брейдо И.В., Дрижд Н.А., Марквардт Р.В. Методы обеспыливания в комбайновом проходческом забое // Труды университета. 2016. № 1 (62). С. 67-70.
39. Анализ конструкций пылеуловителей циклонного типа для мелкодисперсной пыли / Д.Р. Каплунов, С.З. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Вып. 2. 2018. С. 49-71.
40. Influence of particle size on inertial particle separator efficiency / Dominic Barone, Eric Loth, Philip Snyder // Powder Technology. 2017. Vol. 318. P. 177-185.
41. Improvements of the cyclone separator performance by down-comer tubes / Sakura Ganegama Bogodage, A.Y.T.Leung // Journal of Hazardous Materials. 2016. Vol. 311. P. 100-114.
42. Removal of dust particles from fuel gas using a moving granular bed filter / Yi-Shun Chen, Shu-San Hsiau, Jiri Smid , Jian-Feng Wu // Fuel. 2016. Vol. 182. P. 174-187.
43. Experimental study and numerical simulation of the characteristics of a percussive gas-solid separator / Xuecheng Wu, Xiao Wang, Yonggang Zho // Particuology. 2018. Vol. 36. P. 96-105.
Стась Галина Викторовна, канд. техн. наук, доц., Galina stas@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Калаева Сахиба Зияддин кзы, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, kalaevasz @ystu.ru , Россия, Ярославль, Ярославский государственный технический университет,
Муратова Ксения Михайловна, ст. преподаватель, km.muratova@mail.ru, Россия, Ярославль, Ярославский государственный технический университет,
Чистяков Ярослав Владимирович, канд. техн. наук, ст. преподаватель, yar00000@yandex.ru, Россия, Ярославль, Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны
TO THE QUESTION OF ENVIRONMENTAL PROTECTION FROM FINE DUST
OF MINING ENTERPRISES
G.V. Stas, S.Z. Kalaeva, K.M. Muratova, I.V. Chistyakov
The work assessed the state of atmospheric air on the dust content, especially fine, from the works of mining enterprises. The possibility of using mobile dust collecting devices (separators) in places of local dust formation in the mining industry, for example, when working mining combines and crushing and screening plants.
Key words: fine dust, mining, pollutant, environmental protection, mobile dust collectors, separators.
Stas Galina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, galina_stas@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kalaeva Sahiba Ziyaddin kzi, Candidate of technical sciences, Associate Professor, head of a Department, kalaevasz@ystu.ru, Russia, Yaroslavl, Yaroslavl State Technical University,
Muratova Kseniy Mihailovna, Senior Lecturer, km.muratova@mail.ru, Russia, Yaroslavl, Yaroslavl State Technical University,
Chistyakov Yaroslav Vladimirovich, Candidate of Technical Science, Senior Lecturer, yar00000@yandex.ru, Russia, Yaroslavl, Yaroslavl Higher Military School of Air Defense
Referense
1. In Popichev.I. Integrated assessment of the impact of blasting on the atmosphere // Notes of the mining Institute. 2009. Vol. 180. P. 179-181.
2. Kharionovsky A. A., Danilova M. Y. atmosphere Protection at the enterprises of coal industry // Vestnik of the research center for work safety in the coal industry . 2017. No. 2. P. 48-52.
3. European aerosol phenomenology-3: physico-chemical characteristics of particulate matter from 60 rural, urban, and pavement areas in Europe / J.-P. Putaud, R. van Ding-enen, A. Alastuey et al. // Atmospheric Environment 2010. Thom. 44, No. 10. P. 1308-1320.
4. Review of the importance of metals and metalloids in atmospheric dust and aerosols in mining / Janae Csavina, Jason Field, Mark P. Taylor, Song Gao et al // General environmental science. 2012. Thom. 433. P. 58-73.
5. Emissions and health effects of particulate matter from surface mining - overview / Aditya Kumar Patra, Sneha Gautam, Prashant Kumar // Environmental technologies and innovation. 2016. Thom. 5. 233-249.
6. The effect of fine dust on the biosphere and human / S. Z. Kalaev, K. M. Murato-va, A. V. Chistyakov, P. V. Chebotarev // Izvestiya tulgu. earth science. Issue. 3. 2016. P. 4063.
7. Mining: health impacts / Carla Candeias, Paula Avila, Patricia Coelho, Juan P. Teixeira // reference module on Earth systems and environmental Sciences. 2018. [Electronic resource.] URL: https://www. sci-encedirect.com/science/article/pii/B97 80124095489110565 (date accessed: 27.01.2018).
8. Impact of mining dust on PM2.5 in the city adjacent to the limestone quarry: seasonal characteristics and sources of deposits/ Xing Peng, Guo-Liang Shi, Jun Zheng, Jia-Yuan Liu et al. // The science of the total environment. 2016. Thom. 550. P. 940-949.
9. Ananichev K. V. Problems of environment, energy of natural resources and international aspect. M.: VINITI, Moscow state University. 1974. 164 p.
10. Korotaev G. V., Mikhailova 3.N. Basic directions and the organization of scientific - research works on land reclamation / Recultivation of lands, disturbed open mountain developments. Kirov-Ordzhonikidze. 1974. P. 14-18.
11. Trufanov A.V., Y. A. Rewinski Geoecological problems of the exploration and exploitation of mineral deposits // Methodical. allowance, part 1. Rostov-na-Donu: Izd-vo OOO "CWR" 2008,. 50 PP.
12. Trufanov A.V., Y. A. Rewinski Activities to solving environmental and geological problems in the exploration and processing of mineral deposits // Methodical. allowance, part 2. Rostov-na-Donu: Izd-vo OOO "CWR". 2008. 68 P.
13. In Eskin.C. Reclamation of land disturbed by mining operations. M.: Nedra. 1975. 156 PP.
14. Environmental impacts and categories of air pollution damage emissions from the mining industry of European countries / Fugiel agate, Dorota Burchart-King, Christina Czaplicka-Kolarz, Adam Smolinsky / / journal of clean production. 2017. Thom. 143. P. 159168.
15. Greening of Chilean copper mining with industrial ecology strategies / Lorenzo Reyes-Bozo, Alex Godoy-Faundez, Ronaldo Herrera-Urbina, Pablo Higueras et al // journal of clean production. 2014. Thom. 84. P. 671-679.
16. Assessment of the impact of limestone quarry on suspended and dust / Bluvshtein NIR Itzhak Mahrer, Amir Sandler, Giora Rytwo / / atmospheric environment. 2011. Thom. 45. Issue 9. P. 1732-1739.
17. Environmental policy statements of the leaders of the mining industry of Poland / Katarzyna Pactwa, Justyna Wozniak // policy resources. 2017. Thom. 53. P. 201-207.
18. Dangerous nature of small underground mining in Ghana / K. J. Bansah, B. A. Yalley, N. Dumakor-Dupey / / journal of rational mining. 2016. Thom. 15. Issue 1. P. 8-25.
19. Dusty roads and separation: the perception of dust from unpaved mountain roads in the southern Gobi province of Mongolia / Sarah L. Jackson // Geofo-rum. 2015. Thom. 66. P. 94-105.
20. Extreme air pollution by the pollutants coming from mining and metallurgical processes / Serbula S. M., Milosavljevic, Helen C., Anna A. Radojevic, Jelena V. Kalinovic et al. // The science of the total environment. 2017. Thom. 586. P. 1066-1075.
21. Rybin I. V. influence of mining industry on atmosphere / / New in knowledge of ore formation processes. Collection of materials of the Seventh youth scientific and practical Russian school. Federal state budgetary institution of science Institute of Geology of ore deposits, petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences (Moscow). 2017. P. 244-247.
22. Reduction of road dust emissions caused by industrial vehicle traf - fic / Fabien Gérardin, Noël Midoux // atmospheric environment-2016. Thom. 127. P. 46-54.
23. Actual emission factors for the size of the 797b caterpillar tractors in the conduct of mining operations Xiaoliang / van, Judith C. Chow, Steven D. Kohl, Kevin E. Percy et al. // Particuology. 2016. Thom. 28. P. 22-30.
24. To The Stakes.A. reduction of dust formation in the conduct of open mining / / Youth in science: New arguments: SB. VI scientific works Of the international youth competition (Russia, Lipetsk, April 30, 2017). Part I / resp. edited by A. V. Gorbenko. Lipetsk: scientific partnership "Argument" 2017,. P. 97-100.
25. Complex solutions to the problem of dust formation in coal mines of Kuzbass / D. A. Kuznetsov, R. R. Minibaev, N. N. Akhlestin, S. V. Spirin / / Bulletin of the scientific center for safety of works in the coal industry. 2016. No. 3. P. 64-71.
26. Babkin R. S., Abiev Z. A. Current trends in experimental and theoretical studies aimed at reducing dust formation in the production of blasting at quarries of building materials // international research journal. 2016. № 12-1 (54). P. 73-77.
27. And Katanov.B. Improving the design of the well charge with foam bottom hole / / Bulletin of the Kuzbass state technical University. 2015. No. 5. P. 43-46.
28. Timofeeva S. S., And Karpov.A. assessment of the dust load on the environment of the main technological processes in the extraction of brown coal in the section "mugun" // Bulletin of the Irkutsk state technical University. 2013. № 9 (80). P. 113-118.
29. Timofeeva S. S., Murzin M. A. Assessment of ecological load of technological processes of coal mining on the environment on the example of Cheremkhovsky section / / Bulletin of Irkutsk state technical University. 2015. № 3 (98). P. 108-114.
30. Semenov D. G., Kutusheva L. R. A new effective means to combat dust formation in the extraction and enrichment of rocks // Coal. 2013. № 5 (1046). P. 66-72.
31. Matveev A. I., Vinokurov.R., Lviv E. S. studies of dust formation and development of recommendations for dust suppression in the centrifugal mill CMVU-800 // GIAB (scientific and technical journal). 2010. No. 2. Pp. 32-35.
32. Novel atomization / negative-pressure secondary dust suppression de Vice used in complex-mechanized face: case study / nie Wen, Xiao MA Weiming Cheng, Yanghao Liu et al. // Process safety and environmental protection. 2016. Thom. 103. Part Of The A. P. 126135.
33. Adamkov A.V. State of dustiness of air in the faces of the preparatory workings at the tunneling combines / / Bulletin of the Kuzbass state technical University. 2004. № 1 (38). P. 56-59.
34. Vitko A.D. Development of the method and means of dust explosion protection using Louvre gratings for coal mines: Diss. ... kand. Techn. sciences'. Moscow 2005.
35. Shatirov.V., Khristoforov A. A., Filatov Yu. P. Increase efficiency and improve the performance of dust-control technology. Development of dust suppression system using air or gas energy // Bulletin of the scientific center for safety of works in the coal industry. 2013. T. 1.2. P. 88-94.
36. The device for dust suppression reverse Coro-NOK Development of continuous miners / L. E. Mametyev, A. A. Khoreshok, Sequin, A. M., Borisov A. Y. // Bulletin of the Kuzbass state technical University. 2014. № 3 (103). Pp. 17-21.
37. Petrunin G. O. Substantiation of parameters of ventilation and extraction in preparatory workings: Diss. ... kand. Techn. sciences'. Moscow 2009.
38. Breido, I. V., Drizd N. A. Marquardt, R. V. Methods of dust removal in combine tunneling bottom hole // Proceedings of the University. 2016. № 1 (62). P. 67-70.
39. Analysis of designs of cyclone type dust collectors for fine dust / D. R. Kaplunov, S. Z. kalaeva, K. M. Muratova, Y. V. Chistyakov // proceedings of Tula state University. earth science. Issue. 2. 2018. P. 49-71.
40. Particle size effect on the efficiency of the inertial particle separator / Dominic Baron, Eric Lot, Philip Snyder // powder technology. 2017. Thom. 318. P. 177-185.
41. Performance enhancement of cyclone separator down comer pipe / Bogodage Sakura Ganegama, A. Y. T. Leung // journal of hazardous materials. 2016. Thom. 311. P. 100-114.
42. Removal of dust particles from fuel gas by moving granular filter / Yi-Shun Chen, Shu-San Hsiau, Jiri Smid, Jian-Feng Wu et al. // Fuel. 2016. Thom. 182. P. 174-187.
43. Experimental study and numerical simulation of the characteristics of the shock gas-solid separator / Xuecheng Wu, Xiao Wang, Yonggang Zho // Partikuologiya. 2018. Thom. 36. P. 96-105.
