Комплексные решения проблемы пылеобразования на угольных разрезах Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Д. А. Кузнецов kuznetsov.d.82@

УДК 622.85:622.87

КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ

КУЗБАССА

KUZBASS OPEN CAST MINES DUST FORMATION

Д. А. Кузнецов - главный инженер проекта АО «НИИГД»

Р. Р. Минибаев - директор ООО «СИГД» Н. Н. Ахлестин - генеральный директор НАО «НЦ ПБ»

С. В. Спирин - технический директор ООО «Горный-ЦОТ»

D. A. Kuznetsov - project chief engineer JSC «NII GD», Kemerovo, Russia

R. R. Minibaiev - director of OOO «SIGD» N. N. Akhlestin - general director of NAO «ScC

PB»

S. V. Spirin - technical director of OOO «Gorny

COT»

Р. Р. Минибаев r.minibaev@sds-ugol.ru

Н. Н. Ахлестин a9617087450@ gmail.com

m

В статье описаны проблемы охраны окружающей среды и создания оптимальных санитарно-гигиенических условий труда при добыче угля открытым способом путем разработки и внедрения комплекса способов и средств снижения выбросов пыли в технологических потоках разрезов, основанных на результатах исследования закономерностей пылеобразования, влияния на этот процесс физико-механических свойств горных пород угольных месторождений, параметров горнотранспортного оборудования, метеоусловий и месторасположения неорганизованных источников пылевыделения в карьерном пространстве. Представлены данные по запыленности воздуха на рабочих местах специалистов разных профессий, занятых на разрезах, предложены способы решения пылеподавления при отработке открытым способом угледобычи.

Можно отметить, что внедрение вышеуказанных мероприятий, описанных в данной статье, позволило бы обеспечить выполнение таких технико-экономических задач, как увеличение производительности труда, сокращение потерь полезного ископаемого, уменьшение износа горнотранспортного оборудования, снижение платежей за загрязнение окружающей среды.

This article describes the issues of environmental protection and the creation of optimal hygiene and sanitary conditions of work at open cast coal mining through development and implementation of complex ways and means to reduce dust emissions from the open cast mine production process lines, based on the dust formation regularities study results, the impact of physical and mechanical properties of rocks of the coal fields on the process, as well as mining equipment parameters, weather conditions and the location of the fugitive dust emission sources in the open cast mine space. Data on dust air pollution at various open-cast mine profession specialists workplaces involved, methods of dust suppression solutions when developing open-cast coal mining are presented.

It may be noted that the implementation of the above activities, as described in a scientific paper, would ensure the implementation of the technical and economic tasks as the increase in productivity, reduction of mineral losses, mining equipment reduced wear, reduction of payments for environmental pollution.

Ключевые слова: ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕСЫ И ИСТОЧНИКИ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ, ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ, СПОСОБЫ И СРЕДСТВА БОРЬБЫ С ПЫЛЬЮ, ПОВЫШЕНИЕ ЭФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ

Key words: OPEN CAST MINING, TECHNOLOGICAL PROCESSES AND DUST FORMATION SAUCES, CONCENTRATION LIMITS, METHODS AND MEANS OF DUST SUPPRESSION, DUST SUPRESSION EFFICIENCY INCREASE

Одними из острейших проблем на современном этапе развития промышленного комплекса нашей страны являются рациональное природопользование и охрана окружающей среды.

Интенсификация производственных процессов, различные традиционные и новые технологии на основе сырья в дисперсном виде часто сопровождаются процессами пылеобразования и пылевы-деления. Это требует изыскания новых

С. В. Спирин s9069877090@ gmail.com

способов и средств обеспыливания повышенной эффективности и надежности на основе дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.

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 взрывобезопас-ности ряда производств. С другой - снижения промышленных выбросов запыленного воздуха в атмосферу до предельно допустимых выбросов (ПДВ) и его рассеивание.

Проблема загрязнения атмосферного воздуха в Кемеровской области одна из наиболее острых экологических проблем, так как основная часть населения проживает в районах, где концентрации загрязняющих веществ регулярно превышают предельно допустимые уровни.

Загрязнение атмосферного воздуха происходит в процессе угледобычи на угольных разрезах и шахтах, при транспортировке, а также переработке угля на углеобогатительных фабриках. Основные источники загрязнения атмосферного воздуха при добыче угля в шахтах - отвалы пустой породы, угольные склады и главные вентиляционные стволы шахт. Большое количество породы, выдаваемой из шахт со значительным содержанием угля, приводит к самовозгоранию терриконов.

Согласно данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) открытая угледобыча в отрасли развивается и, несмотря на спад производства в стране, в 2015 г. составила около 66% добываемого в Кузбассе угля (примерно на уровне 140 млн т), что стало возможным благодаря применению высокопроизводительной техники. Работа современной техники на осадочных породах и углях сопровождается выделением значительного количества пыли в атмосферу, в результате - запыленность воздуха на рабочих местах во много раз превышает ПДК, помимо вредного влияния на здоровье людей и окружающую среду, ухудшает условия эксплуатации, снижает безопасность и производительность горно-транспортного оборудования (ГТО), а следовательно, и технико-экономические показатели работы угольных разрезов [1]. С углублением горных работ ухудшается естественный воздухообмен, создаются условия для накопления вредностей и загрязнения атмосферы внутри и вне

разреза. В основном это происходит вследствие отсутствия необходимых знаний по выбору приемлемых способов и средств пылеподавления, недостаточной эффективности используемых природоохранных мероприятий, а также отсутствия должного контроля над источниками пы-леобразовании, что свидетельствует о возможности существенного снижения пылевыделения в атмосферу и соответственно повышения экологической чистоты открытого способа добычи угля.

Условия труда на угольных разрезах Кузбасса определяются горнотехническими, природно-климатическими особенностями и характеризуются комплексом неблагоприятных факторов производственной среды и трудового процесса, ведущими из которых являются: микроклимат, связанный с перепадом температур в кабинах техники и на открытом воздухе, углепо-родные аэрозоли (выше ПДК в 2-7 раз), токсичные вещества (азота диоксид, углерода оксид, сажа, формальдегид), транспортно-техноло-гическая, транспортная, локальная вибрации (превышение предельно допустимых условий (ПДУ) на 5-34 дБ), производственный шум (превышение ПДУ на 2-14 дБ), высокая тяжесть и напряженность труда [1].

В Федеральном Законе от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей природной среды» установлены требования к нормированию качества среды обитания и уровней воздействия на окружающую среду. Нормативы качества окружающей природной среды определяют научно обоснованную меру сочетания жестких экологических требований к качеству среды обитания и возможностей их соблюдения в хозяйственной деятельности.

Одной из важнейших проблем, от успешного решения которой в значительной степени зависит дальнейший прогресс добычи угля открытым способом, является создание нормальных атмосферных условий труда в разрезах и обеспечение экологического равновесия с окружающей средой, подвергающейся значительному загрязнению. Интенсивность влияния загрязнения на экологическую обстановку в разрезах и прилегающих территориях различна во времени и пространстве и зависит от объемов и технологии ведения горных работ.

С увеличением глубины разреза на 100 м температура воздуха, как правило, повышается на 1-2 °С, а скорость его движения уменьшается в 2-7 раз. Осенью и зимой при температурных инверсиях это приводит к образованию туманов, накоплению в атмосфере разреза пыли и вред-

ных газов, т.е. к прекращению работы и выводу людей из разреза. В летний период в кабинах экскаваторов, бульдозеров, автомобилей температура воздуха достигает 35-40 °С. При открытых окнах значительно возрастает запыленность в кабинах.

Выделение пыли на разрезах происходит при всех основных технологических процессах с интенсивностью до десятков г/с (рис. 1). Крупнодисперсные фракции пыли осаждаются внутри разреза, фракции размером менее 50 мкм выносятся воздушными потоками за пределы разрезов, загрязняя окружающую среду [2].

Движение воздуха в разрезах определяется в основном двумя факторами: общим синоптическим фоном, формирующим ветровой режим над разрезом, и процессами, развивающимися в самом разрезе; деформацией основного воздушного потока и местными движениями воздуха, вызванными неравномерностью нагревания отдельных участков и бортов раз-

реза. От взаимодействия динамических и термических сил формируются воздушные потоки, выносящие вредные примеси, образовавшиеся в технологических потока разрезов в окружающую природную среду [2, 5].

В связи с неравномерностью распределения по карьеру источников загрязнения и наличием зон рециркуляции с погашенным воздухообменом содержание пыли в воздухе застойных зон превышает предельно допустимые нормы, причем в воздухе рабочих мест, у обочин автодорог, около роторных экскаваторов, буровых станков, как показывают данные, превышение в 10-100 раз. Дисперсность витающей пыли чрезвычайно высокая: до 90 % пылинок имеют размер менее 10 мкм [5, 6].

Главной задачей охраны воздушного бассейна от загрязнения является не рассеивание вредных веществ в атмосфере, а сокращение их выброса до допустимых значений ПДК, и решать все необходимо с применением средств пылепо-

Таблица 1- Показатели запыленности воздуха на рабочих местах разных профессий

Название предприятия Название подразделения Наименование рабочего места Значение измеряемых параметров (пылевая нагрузка с учетом 250 смен в году), мг

Фактическое Нормативное

Разрез «Шестаки» Тракторно- бульдозерный участок Машинист бульдозера 4217,5 3500

Разрез «Шестаки» Участок открытых горных работ Машинист экскаватора 4557 3500

Разрез «Шестаки» Автоколонна №1 Водитель белаза 4060 3500

Разрез «Пермяковский» Автоколонна №1 Водитель белаза 5022,5 3500

Разрез «Пермяковский» Тракторно- бульдозерный участок Машинист бульдозера 11050 5000

Разрез «Пермяковский» Тракторно- бульдозерный участок Водитель погрузчика 6422,5 3500

Разрез «Березовский» Автоколонна №3 Водитель белаза 7861,5 7000

Разрез «Березовский» Тракторно- бульдозерный участок Машинист бульдозера 26300,75 7000

Разрез «Березовский» Участок открытых горных работ №1 Машинист экскаватора 7637 7000

Разрез «Междуречье» Автоколонна №1 Водитель белаза 8056,5 7000

Разрез «Междуречье» Участок-8 Машинист экскаватора 7860,5 7000

• 1 1 & о с:

1 9

с § & О с:

9 о «о

1 • £ „ х о § й-

& с • ^ 5 СЗ. О Л; и о с

О

о

о о

о

о

о

1

о

5> о ? §

8 11

о

§

э-

о

^ ь

Ч) 1С

8-1 с ^

в

(ь

- з е

о

о

о

о

р

£ У 1

4

о.

Ь

а Ь

О ©

О

о

о

о

к

¡1 о £

О

о

.о

о

Л

I©

о

О о

0

V ос

1 ^

.0

со 0

_0 с

I

т о н

о

Ьа о со 0

со

со ^

X

со *

о н о с

0 0 т

1_

О

0

1

X 0 н ш ш о о

0

.о со X .0

1 С* 0

СО

I

т о н

о

0

1

о

67

давлеиия на источниках пылеобразования, особенно при работе автотранспорта и роторных экскаваторов, на долю которых приходится до 95 % суммарного выделения пыли в атмосферу [7-9].

На сегодняшний день основной путь снижения пылевыделений заключается в совершенствовании существующих и создании качественно новых технологических процессов, характеризующихся полным отсутствием или незначительностью выделения пыли. Однако на промышленных предприятиях работа в этом направлении ведется в недостаточной степени. Поэтому наиболее эффективными остаются системы гидрообеспыливания.

Как показывают данные из протоколов испытаний и измерений по отдельным профессиям на предприятиях открытой добычи в Кузбассе, применяемые традиционные методы и способы пылеподавления при отработке открытым способом недостаточно эффективны и зачастую не реализуются, тем самым не обеспечивается снижение запыленности воздуха до уровней ПДК (табл. 1).

Существующий путь выхода из сложившейся ситуации влечет за собой ухудшение технико-экономических показателей эффективности работы разрезов, что естественно недопустимо (это снижение производительности ГТО по бурению, перегрузке и экскавации), а также, например, снижение скорости движении автомобилей, ж/д транспорта и конвейеров).

Поэтому на стадии выбора технологического оборудования и оценки воздействия на окружающую среду альтернативных вариантов систем открытой разработки следует принимать те из них, при которых обеспечивается минимум удельных выбросов пыли на 1 т добычи.

Наиболее оптимальными для уменьшения пылеобразования на открытых горных работах являются следующие способы и средства борьбы с пылью [4-10]:

- при буровых работах - увлажнение штыба, защита источника пылеобразования и пылевыделения от ветрового воздействия, повышение эффективности систем пылеулавливания и очистки запыленного воздуха, увеличение крупности скола буровым долотом, уменьшение диаметра скважины (физико-механические параметры принимаются исходя из условий места реализации разработки);

- при взрывных работах - увлажнение взрываемого массива, взрывание во время невысокой ветровой активности небольших объемов, применение эффективных средств

пылеулавливания или обводненных скважин, повышение среднего размера куска во взорванной горной массе, уборка со взрываемого блока или связывание (брикетирование) уловленной буровой пыли;

- при экскаваторных работах - увлажнение горной массы, медленная выгрузка горной массы из ковша, оптимальная крупность куска, минимальная высота разгрузки;

- при транспортировке автомобилями

- увлажнение или связывание пыли в слое износа покрытия автодороги, снижение скорости движения, уборка слоя износа покрытии, предотвращение сдувания пыли с перевозимой горной массы, уменьшение поверхности пылящего груза;

- при разгрузке автомобилей - увлажнение горной массы с максимальными размерами крупности кусков, разгрузка в защищенном от ветра укрытии с минимальной высотой разгрузки и невысокой скоростью, применение стационарных систем пылеулавливания и очистки выбрасываемого запыленного воздуха;

- на складах угля (породных отвалах)

- обеспечение противоэрозионной устойчивости поверхности горной массы с минимальным содержанием пылевой фракции на небольшой площади размещения.

Реализация перечисленных мероприятий может осуществляться путем профилактики, локализации и ограничения источников выбросов, пылеподавления или разбавления вредных выбросов, перехода от традиционных технологий ведения горных работ на новые, позволяющие уменьшить число перегрузов горной массы, энергопоглощение на разрушение и переизмельчение.

Мировой опыт показывает, что при добав-

Рисунок 2 - Обволакивание частицы пыли смачивателем

68

а с с а б

со

у

^

X ОС

и т

ОС

и

п С* е п а н

н е л в а С* о п е л ы п

е

сте

и

с

ОС

и н

е ^

С* е н в

о н

3

е п

с у

ос

л

ы е

СР 1=

-со

к о

н

у

с

69

лении в воду определенного смачивателя показатели пылеподавления улучшаются за счет обволакивания частиц пыли на определенный период времени (рис. 2). Но не надо забывать, что пылесвязывающие вещества для дорожных покрытий должны обладать следующими необходимыми качествами: хорошим смачиванием и связыванием песчано-пылевых фракций; соответствием вязкостно-температурных свойств условиям применения (температура вспышки, температура застывания); технологичностью (использование в готовом виде); отсутствием агрессивных свойств по отношению к резине и металлу; нетоксичностью; недефицитностью и экономичностью применения, немаловажным

Внедрение способов и средств борьбы с пылью на угольных разрезах позволит решать проблемы санитарно-гигиенического и экологического характера (профилактика развития профессиональной легочной патологии у работников разрезов, снижение травматизма и аварийности при работе автотранспорта, охрана окружающей среды от запыленности), а также технико-экономические задачи (увеличение производительности труда, сокращение потерь полезного ископаемого, уменьшение износа горнотранспортного оборудования, снижение платежей за загрязнение окружающей среды и пр.).

климатических зонах.

является возможность применения в различных

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Авалиани С.Л., Буштуева К.А., Порфирьев Б.Н. Оценка риска для здоровья. Опыт применения методологии оценки риска в России (Самарская область). М.: Консультационный центр по оценке риска, 1999. 209 с.

2. Отделкин Н.С., Костюничев Д. Н. К вопросу определения потерь пылящих грузов от распыления и пылеуноса // Материалы 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Морские и речные порты». Москва, 2002, С. 12-14.

3. Отделкин Н.С., Костюничев Д.Н. Эколого-экономическое обоснование параметров открытых складов навалочных грузов путем прогнозирования процесса пылеуноса // Экологические системы и приборы. 2005. № 1. С. 30-33.

4. Отделкин Н.С., Слюсарев А.С. Борьба с пылью при перегрузке навалочных грузов грейферными кранами и перегружателями // Безопасность труда в промышленности. 2005. № 3. С. 30-33.

5. Никитин В.С., Битколова Н. 3. Проветривание карьеров. М.: Недра, 1975. 256 с.

6. Ивашкин B.C., Ахметов М.С., Купил А.Н. Исследование содержания вредностей в атмосфере угольных разрезов // Совещание по вопросам пылевого контроля: Тез. докл. ИГД им. Скочинского. М., 1971. С. 38-41.

7. Купин А.Н., Белик Н.М. Гидрообеспыливание на роторных экскаваторах // Техника безопасности на открытых работах: Сб. науч. тр. УкрНИИпроект. Киев, 1973. С. 26-29.

8. Певзнер М.К., Костовецкий В.П. Экология горного производства. М.: Недра, 1990. 235 с.

9. Отделкин Н.С. Исследование влияния скоростей потоков пыли капель жидкости на эффективность гидрообеспыливания // Научные труды Горьков. ин-та инж.-водн. трансп., 1998. вып. 237. С. 94 -101.

10. Маликов О.Б., Малкович А.Р. Склады промышленных предприятий: Справ. Л.: Машиностроение, 1989. 672 с. ISBN 5-21700419-3.

REFERENCES

1. Avaliani, S.L., Bushtuieva, K.A., & Porfiriev, B.N. (1999). Otsenka riska dlia zdorovia. Opytprimeneniia metodologii otsenki riska v Rossii (Samarskaia oblast) [Estimation of health risk. Risk estimation method use experience in Russia (Samara Region)]. Konsultatsionny tsentr po otsenke riska - Consulting Center for Risk Estimation. Moscow. [in Russian].

2. Otdelkin, N.S., & Kostiunichev, D.N (2002). K voprosu opredeleniia poter pyliashchikh gruzov ot raspyleniia i pyleunosa [To the question of dusting cargoes losses determination due to disperse and dust emission]. I Vserosiiskaia nauchno-prakticheskaia konferentsia "Morskiie I rechnyie porty" - 1st All-Russia Scientific and Practical Conference "Sea and River Ports" (pp. 12-14). Moscow [in Russian].

3. Otdelkin, N.S., & Kostiunichev, D.N (2005). Ekologo-ekonomicheskoie obosnovanie parametrov otkrytykh skladov navalochnykh gruzov putem prognozirovaniia protsessa pyleunosa [Ecological and economic assessment of bulk cargoes open storage parameters by predicting dust discharge process]. Ekologicheskiie sistemy i pribory - Ecological systems and instruments. 2. 30-33 [in Russian].

научно-технический журнал № 3-2016

ВЕСТНИК

4. Otdelkin, N.S., & Sliusarev, A.S. (2005). Borba s pyliu pri peregruzke navalochnykh gruzov greifernymi kranami I peregruzhateliami [Dust control at bulk cargo overload with grab cranes and reloaders]. Bezopasnost truda v promyshlennosti - Industrial labour safety. 3. 30-33 [in Russian].

5. Nikitin, V.S., & Bitkolova, N.Z. (1975). Provetrivaniie karierov [Open cast mine ventilation]. Moscow: Nedra [in Russian]

6. Ivashkin, V.S., Akhmetov, M.S., & Kupin, A.N. (1971). Issledovaniie soderzhaniia vrednostei v atmosphere ugolnykh razrezov [Study of harmful substances content of opencast coal mine atmosphere]. Soveshchaniie po voprosam pylevogo kontrolia: doklad IGD Skochinskogo - Dust control problems meeting: Skochinski IGD Report. Moscow. Pp.38-41 [in Russian].

7. Kupin, A.N., & Belik, H.M. (1973). Gidroobespylivaniie na rotornykh ekskavatorakh [Hydraulic dust supression on bucket-wheel excavators]. Tekhnika bezopasnosti na otkrytykh rabotakh: sbornik nauchnykh trudov UkrNIIproekt - Safety at open-cast mines:UkrNIIproject scientific papers collection. (pp. 26-29). Kiev [in Russian].

8. Pevzner, M.K., & Kostovetski, V.P. (1990). Ekologiia gornogo proizvodstva [Mining ecology]. Moscow: Nedra [in Russian].

9. Otdelkin, N.S. (1998). Issledovaniie vliianiia skorostei potokov pyli kapel zhidkosti na effektivnost gidroobespylivaniia [Study of dust stream liquid drops speed influence on hydraulic dust suppression efficiency]. Scientific papers of Gorky Institute of Water Transport Engineers. Issue 237. (pp. 94-101) [in Russian].

10. Malikov, O.B., & Malkovich, A.P. (1989). Sklady promyshlennykh predpriiatii [Industrial enterprises warehouses]. Leningrad: Mashonostroienie [in Russian].

ИЗСТ-01

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАПЫЛЕННОСТИ СТАЦИОНАРНЫЙ

на правах рекламы

71