CC BY
201
© Д.А. Цыганков, 2002
УДК 502.719:622.341
Д.А. Цыганков
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
С
охранение и развитие минеральносырьевой базы чёрной металлургии Сибири связано с необходимостью добычи железной руды с низким содержанием полезного компонента. Существующая тенденция требует внедрения новых или развития традиционных технологий разработки, направленных на повышение объёмов производства, а также достижение технически возможной и экономически целесообразной полноты извлечения железа из недр. Это связано с повышением эффективности проводимых мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию вовлекаемых в производственные циклы природных ресурсов.
На открытых горных работах (Ирбинское, Краснокаменское, Тёй-ское рудоуправление - РУ) применяется транспортная система разработки с внешним и внутренним отвалообра-зованием при вскрытии месторождений капитальными траншеями [1]. Подготовка горной массы к выемке производится буровзрывным способом с использованием скважинных зарядов больших диаметров и мощности. Уступы высотой 12-15 м разбуриваются станками 2СБШ-250. В качестве средств взрывания используются взрывчатые вещества (ВВ) заводского (аммонит 6ЖВ, граммонит 79/21, гранулит АС-8, гранулотол) и местного (комбизар) изготовления. Погрузка отбитой горной массы осуществляется экскаваторами ЭКГ-5 и ЭКГ-8 в автосамосвалы БелАЗ различной грузоподъёмности. Для
уменьшения потерь и разубоживания в блоках со сложным строением применяется раздельная выемка прослоев руды и породы. Внешние отвалы нагорного типа, многоярусные; отвало-образование - бульдозерное.
На подземных предприятиях (Абаканское, Казское, Таштагольское,
Шерегешское РУ) применяется система разработки этажного принудительного обрушения [2]. Вскрытие месторождений осуществляется вертикальными стволами и этажными квершлагами. Технология горных работ включает разбуривание массива пучками скважин станками НКР-100, проходку отрезных выработок, взрывное обрушение блоков, вибровыпуск руды установками ВДПУ-4 с её последующей погрузкой в вагонетки, доставку до капитальных горных выработок и откатку к подземному дробильному комплексу. Отбойка производится комплектами параллельно сближенных скважинных зарядов ВВ 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.
Краткая технико-экономи-ческая характеристика представлена в табл. 1.
Применяемые при открытом и подземном способе разработки техника и технологии ведения горных работ оказывают следующее воздействие на окружающую среду (табл. 2). Указанные данные представляют собой величины выбросов, сбросов, водопотребления, выхода твёрдых отходов и платежей, приведённые к тонне железа в добываемой сырой руде, что связано с разработкой полезного ископаемого различного качества (табл. 1).
Выбросы токсичных веществ рассчитаны для следующих технологических процессов открытых горных работ: бурение, взрывание, экскавация, погрузка, бульдозерные работы, автомобильные перевозки, отсыпка и эксплуатация внешних и внутренних отвалов карьеров. Взрывные работы сопровождаются выделением оксида углерода (II), оксидов азота и пыли.
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) автосамосвалов и бульдозеров выбрасывают в атмосферу оксид углерода (II), оксид углерода (IV), оксиды азота, углеводороды, альдегиды и сажу. При бурении, экскавации, погрузке, бульдозерных работах, автомобильных перевозках, отсыпке, а также эксплуатации внешних и внутренних отвалов карьеров происходит выброс пыли.
Выбросы токсичных веществ определены для следующих технологических процессов подземных горных работ: бурение, взрывание, выпуск, погрузка, доставка, откатка, разгрузка вагонеток, загрузка, подъём и разгрузка скипов, транспортирование руды до дробильно-обогатительной фабрики (ДОФ) ленточными конвейерами, автомобильные перевозки, отсыпка, а также эксплуатация провалов и оседаний земной поверхности как отвалов горных пород.
Специфика единой технологической цепи подземных горнорудных предприятий заключается в том, что горная масса, отбиваемая при добычных работах, в полном объёме поступает на ДОФ. В отвалы этих предприятий складируются отходы обогащения железной руды, переработанные на строительный щебень, которые, в данном случае, не рассматриваются. Пустая порода, добываемая при ведении горнопроходческих работ, поступает на поверхность рудников отдельными потоками, перевозится автомобильным транспортом, а затем используется как закладочный материал при рекультивационном заполнении провалов и оседаний земной поверхности.
Распределение токсичных веществ по процессам подземных горных работ аналогично технологиям предприятий открытого способа разработки.
Результаты расчётов выбросов токсичных веществ, представленные в табл. 2, получены с использованием рекомендаций [3].
Сбросы токсичных веществ определены по следующим процессам открытых горных работ: бурение, взрывание, техническое обслуживание погрузочно-разгрузочной и транспортной техники. Бурению с промывкой скважин водой сопутствуют стоки, содержащие взвешенные вещества. Проведение взрывных работ связано с
образованием азотсодержащих соединений, а также пыли, переходящей в стоках во взвесь. Указанные вещества образуются под действием воды, нагнетаемой для орошения раздельно отбиваемых блоков до и после проведения взрывных работ с целью пы-лесвязывания. Следствием проведения технического обслуживания является сброс нефтепродуктов и взвешенных веществ. Загрязнители попадают в окружающую среду посредством карьерного водоотлива.
Использование водных ресурсов рассчитано по процессам: бурение с применением водо-воздушной смеси; орошение при взрывании и экскавации, совмещённой с погрузкой, бульдозерных работах, обработке производственно-технологических автомобильных дорог водным раствором поваренной соли, пылесвязывании при отсыпке разгружаемого материала во внешние и внутренние отвалы карьеров; мойка погрузочно-разгру-зочной и транспортной техники.
Специфика предприятий открытого способа разработки заключается в том, что в природные водные объекты сбрасываются очищенные и недостаточно очищенные сточные воды хозяйственно-бытового происхождения. Производственно-
технологические стоки направляются во внешние отвалы горных пород, в выработанное пространство отработанных карьеров или, в недостаточно очищенном виде, сбрасываются «на рельеф» местности.
Состав технологических процессов и способы образования токсичных веществ при подземном способе разработки аналогичны открытым горным работам. Загрязняющие вещества попадают в природные водные объекты посредством шахтного водоотлива.
Использование водных ресурсов рассчитано по процессам: бурение с применением водо-воздушной смеси; орошение при взрывании, выпуске отбитой руды, совмещённом с её погрузкой, разгрузке вагонеток в приёмные бункеры подземных дробильных комплексов, загрузке и разгрузке скипов, транспортировании сырой руды по конвейерным галереям до ДОФ, обработке производственно-техно-логических автомобильных дорог водным раствором поваренной соли, пылесвязывании при отсыпке
разгружаемого материала в провалы и оседания земной поверхности; мойка погрузочно-разгрузочной и транспортной техники.
Особенностью предприятий подземного способа разработки является то, что в природные водные объекты сбрасываются очищенные и недостаточно очищенные сточные воды хозяйственно-бытового и производственно-технологического происхождения. Сброс стоков «на рельеф» местности, а также в провалы и оседания земной поверхности ограничен возможностью проникновения воды в подземные горные выработки.
Расчёты сбросов токсичных веществ, представленные в табл. 2, произведены согласно [4].
Для предприятий открытого способа разработки под нарушенными землями понимаются площади карьеров, внешних отвалов карьеров и отводов под производственнотехнологические автодороги. Для предприятий подземного способа -площади провалов и оседаний земной поверхности, а также отводов под производственно-технологические автодороги.
Платежи включают отчисления за загрязнение окружающей среды, использование природных ресурсов, а также размещение твёрдых отходов. Они определены по рекомендациям [5] с учётом образующихся концентраций токсичных веществ в воздушной [6] и водной [7] среде (табл. 2).
Проведённый анализ открытых горных работ свидетельствует о том, что изменение принятой системы разработки нецелесообразно. Для снижения воздействия на воздушную и водную среду рекомендуется сокращение количеств одновременно взрываемых ВВ в каждом карьере до уровня не свыше 30 т. В этом случае, при сохранении существующей эффективности проводимых мероприятий по защите атмосферы, обеспечивается загрязнение воздушной среды на уровне не свыше нормативного.
В качестве дополнительных мер, при разработке открытым способом загрязнение воздушной среды рекомендуется снижать орошением водой прилегающих к отбиваемому блоку площадей, использованием водяной забойки скважин, а также проведением массовых взрывов только в одном карьере и в выходные дни.
Результаты анализа подземных горных работ предполагают возможность применения системы разработки подэтажного обрушения руды и вмещающих горных пород с использованием высокопроизводительной самоходной техники основного и вспомогательного назначения. Данная система разработки и вариант производства горных работ связаны с сокращением количеств одновременно взрываемых ВВ до 2-3 т, что обеспечит воздействие на окружающую среду на уровне не свыше нормативного. Снижение воздействия на воздушную и водную среду возможно путём оставления существующей системы разработки, техники и технологии производства горных работ при сокращении количеств одновременно взрываемых ВВ до 100 т. Сохранение количеств одновременно взрываемых ВВ (до 700 т) при системе этажного обрушения связано с необходимостью существенного повышения эффективности проводимых мероприятий по охране окружающей среды [8].
В качестве дополнительных мер, на подземных горнорудных предприятиях необходимо орошение кровель и стенок выработок до и после проведения взрывных работ, применение водяной забойки скважин, а также проведение массовых взрывов в выходные дни.
Рис. 1. Долевое участие процессов открытых горных работ в загрязнении и использовании окружающей среды, %: А - буровые работы, В - взрывные работы, С - экскавация, совмещенная с погрузкой, D - бульдозерные работы, Е - автомобильные перевозки, F - отсыпка горных пород во внешние и внутренние отвалы карьеров, G - эксплуатация внешних и внутренних отвалов карьеров
Рис. 2. Долевое участие процессов подземных горных работ в загрязнении и использовании окружающей среды, %: А - буровые работы, В - взрывные работы, С - выпуск, совмещенный с погрузкой, D - доставка, откатка, разгрузка вагонеток, загрузка, подъём и разгрузка скипов, транспортирование до ДОФ конвейерами, Е -автомобильные перевозки, F - отсыпка горных пород в провалы и оседания земной поверхности, G - эксплуатация провалов и оседаний земной поверхности
Общими для всех предприятий мерами по пылесвязыванию на действующих отвалах могут являться: гидрообеспыливание складированных в них горных пород, увлажнение разгружаемого материала при отсыпке или нанесение плёночных полимерных покрытий.
Одним из мероприятий по снижению воздействия на водную среду является повышение мощности сооружений механической очистки карьерных и шахтных стоков, а также отстойников, применяемых в сочетании с нефтеловушками. Дополнительно, необходимо внедрять частичное повторное использование сбросных вод путём их временного аккумулирования в промежуточных ёмкостях.
С целью снижения воздействия на земельные ресурсы необходимо использование схем разделения карьерных полей при которых часть карьера, первоначально, отрабатывается с временным складированием пород вскрыши на борту, а оставшаяся - с внутренним отвалообразованием и перемещением складированной породы в выработанное пространство. При подземном способе разработки, для предотвращения возникновения провалов или оседаний земной поверхности, необходимо внедрять закладку выработанного пространства недр.
В результате проведённых исследований выделены доли процессов основных видов горных работ в валовых выбросах, сбросах токсичных веществ, а также использовании водных ресурсов.
Установлено, что для открытой разработки загрязнение окружающей среды и использование природных ресурсов определяется, в первую очередь, проведением буровых и взрывных работ.
Буровые работы имеют наибольшую долю в общем производственно-
•0,1 ю Ъэ,1 1 о 1 Выбросы токсичных веществ
► 0,1 ю £ 9,5 ш С Ш В бросы токсичных веществ одопотребление
Ю,7 ^7ТІ13,5
321,7
>0,3 ГТЬ2,1 ^$2,8
>0,3 11,4 32,2
: : : *26 6 ,6
Ь40,8
*>5
371,9
052,2
^3,1
технологическом водо-потреблении (71,9 %) и образующихся сбросах токсичных веществ (52,2 %). Проведение взрывных работ связано с наибольшей долей выбросов токсичных веществ (57,6 %, рис.1).
В основе загрязнения окружающей среды и использования природных ресурсов подземной разработкой лежит ведение буровых и взрывных работ.
Наибольшая доля в производственно-технологическом водопотреб-лении принадлежит буровым работам (61,6 %). Максимальный выброс (64,6 %) и сброс (55,3 %) токсичных веществ соответствует взрывным работам (рис. 2).
Из этого следует, что при открытой и подземной разработке первоочередное принятие мер по охране окружающей среды необходимо связывать с буровыми и взрывными работами. С целью снижения уровня воздействия на окружающую среду рекомендуются мероприятия по сокращению выбросов токсичных веществ автомобильным транспортом.
Проведённым анализом установлено, что общее количество запасов железной руды составляет 1045,4 млн т. Из них 271,3 млн т (25,9 %) находится на балансе предприятий открытого способа разработки, а 774,1 млн т (74,1 %) - подземного (табл. 1). При этом большая часть запасов Ирбин-ского, Краснокаменского и Тёйского РУ располагается на большой глубине и предназначена к отработке подземным способом.
Балансовые запасы действующих
>0,1 10 1>0,5 | о | Выбросы токсичных веществ
>0,1 Ю 32 1 1 Сбросы токсичных веществ Водопотребление
Ю,4 !гттт:{]4,5 617 2
>0,3 ■••••й4,5
*13 4 іН2,5 68,1
: : і 24,1
3>61,6
карьеров РУ открытого способа разработки представлены на рис. 3.
Ближайшие перспективы Краснокаменского РУ связаны с переводом на подземный способ разработки. Вскрытие и подготовка новых месторождений для отработки открытым способом проводиться не будет ввиду отсутствия запасов, находящихся близко к поверхности. Балансовые запасы в действующих карьерах будут полностью отработаны в 2003 г. При этом намечается пуск шахты с производственной мощностью, превышающей настоящую. В течение этого времени, при существующих на предприятиях объёмах добычи сырой руды будут отработаны запасы карьера «Коварный» (Ирбинское РУ) и «Южный» (Тёйское РУ). При отсутствии освоения новых месторождений намечается убывание мощностей открытых предприятий (рис. 3). В случае подготовки ряда месторождений, перспективных к разработке открытым способом (Ирбинское и Тёйское РУ), их карьеры будут отрабатывать балансовые запасы величиной 8-10 млн т каждый.
При сохранении существующих объёмов добычи общие запасы сырой руды к 2004 г составят 1020,4 млн т. Из них на балансе предприятий открытого
G
F
Е
D
С
В
А
Й55,3
064,6
533:2
Рис. 3. Остатки балансовых запасов в действующих карьерах по состоянию на 01. 01. 2002 г., млн т.
Рис. 4. Доли разработки в текущем и перспективном загрязнении окружающей среды и использовании природных ресурсов, %: А - открытый способ разработки, текущее воздействие, В - открытый способ разработки, перспективное воздействие, С - подземный способ разработки, текущее воздействие, D - подземный способ разработки, перспективное воздействие
26 22 18 14 10 6 2
Ирбинское Краснокаменское Тёйское
Водопотребление
Сбросы
Выбросы
10 20 30 40 50 60 70
>1,2 ! '1
{>44,6
Л>58,7
{>36,9
|11,2 8,6 ::::::::{>37,7
)>
]>48,6
ГоЛ А ЩЦ В
ШИ С
т D
30,1
25,7
способа будет состоять 187,3 млн т (18,3 %), а подземного - 833,1 млн т (81,7 %).
Из этого следует, что открытая разработка железной руды на рассматриваемых горнодобывающих предприятиях Сибири не имеет перспектив. Восполнение убывающих мощностей открытых предприятий будет произво-
диться за счёт увеличения объёмов добычи подземными рудниками.
Перспективы способов разработки прямо связаны с оказываемым воздействием на окружающую среду. С убыванием мощностей открытых предприятий произойдёт изменение доли разработки в валовом загрязнении окружающей среды и использовании природных ресурсов, производимом совместно с обогащением добытого полезного ископаемого и производством вторичной продукции (строи-тельного щебня) из образующихся твёрдых отходов. Результаты исследований представлены на рис. 4.
Таким образом, применяемые способы, системы разработки, техника и технологии ведения горных работ оказывают значительное воздействие на
окружающую среду, обусловленное совокупностью производственных процессов и спецификой единой технологической цепи.
Для предприятий открытого способа разработки снижение текущего и перспективного воздействия связано, прежде всего, с дальнейшим совершенствованием мероприятий по охране окружающей среды при ведении буровых и взрывных работ. Одним из путей снижения воздействия на окружающую среду для предприятий подземного способа является применение альтернативной системы разработки подэтажного принудительного обрушения.
В перспективе, с выбытием мощностей открытых предприятий, сохранение или увеличение добычи сырой руды будет осуществляться за счёт роста объёмов её производства подземным способом. Это будет связано с увеличением доли подземной разработки в загрязнении окружающей среды и использовании природных ресурсов при общем снижении уровня оказываемого воздействия.
1. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М.: Недра, 1974. - 424 с.
2. Агошков М.И. Разработка рудных месторождений. - М.: Ме-таллургиздат, 1949. - 402 с.
3. Сборник методик по расчёту выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. [В 3 кн.]. - СПб: Гидрометеоиздат, 1993. - 72 с.
4. Расчёт разбавления сточных вод в реках Урала. - Свердловск: УралНИИВХ, 1976. - 17 с.
5. Методические рекомендации по определению платы за выбросы (сбросы, размещение) загрязняющих веществ в природную среду. - М.: Госкомприроды, 1991. - 72 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, ОНД - 90. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. - 45 с.
7. Хохряков А.В., Иванов С.П. Рациональное природопользование при разработке месторождений полезных ископаемых. - Свердловск, 1987. - 52 с.
8. Цыганков Д.А. Оценка воздействия подземных рудников Горной Шории и Хакасии на экосреду // Горный журнал. - 2000. - № 1. - С. 62-64.
Цыганков Дмитрий Анатольевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
