Оценка экологической нагрузки на атмосферу при добыче бурых углей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

устойчивость геосистем в условиях урбанизации // Естественные и технические науки. 2010. № 3. С. 286-287. 16. Сарапулова Г.И., Гантомор С. Влияние тезногенеза на миграцию тяжелых металлов в почвенных экосистемах г.

Улан-Батора: материалы межд. конф. ин-т Географии СО РАН «Динамика геосистем и оптимизация природопользования». г. Иркутск, 2010. С. 192-195.

УДК 622

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА АТМОСФЕРУ ПРИ ДОБЫЧЕ БУРЫХ УГЛЕЙ

© С.С. Тимофеева1, И.А. Карпова2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Статья посвящена оценке воздействия горного производства на атмосферу на примере Мугунского буроугольно-го месторождения. Рассмотрены основные источники загрязнения окружающей среды, рассчитана экологическая нагрузка на атмосферу при штатном режиме работы предприятия. Ил. 8. Табл. 1. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: окружающая среда; экологическая нагрузка; источники загрязнения.

ENVIRONMENTAL ATMOSPHERIC LOAD ASSESSMENT UNDER BROWN COAL MINING S.S. Timofeeva, I.A. Karpova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The article deals with the assessment of atmospheric effect of mining by example of Mugunsky brown coal deposit. The main sources of environmental pollution are considered, the environmental atmospheric load is calculated under regular mode of enterprise operation. 8 figures. 1 table. 10 sources.

Key words: environment; environmental load; pollution sources.

Горное производство относится к промышленным объектам, оказывающим наиболее широкое воздействие на биосферу, практически на все её элементы. Бесспорно, что горное производство оказывает максимальное воздействие на недра и землю. Площади нарушенных горными работами земель в РФ занимают более 3 тыс. га. При этом большинство из них не рекультивируются, так как уже нет предприятий, их нарушивших. Накопленный экологический ущерб составляет миллиарды рублей. По интенсивности воздействия на водные ресурсы горное производство также занимает лидирующее положение. Это выражается как в нарушении речной сети и изменении естественного режима стока, так и в колоссальных объёмах сброса сточных вод, по количеству которых горнометаллургическая промышленность находится на первом месте в РФ.

Воздействие горных работ на атмосферу также одно из самых значительных среди всех видов производств. К сожалению, в специальной литературе нет чётких данных о выбросах в атмосферу по отраслям производства, хотя некоторые специалисты по объёмам выбросов ставят горно-металлургическое производство на второе место после тепловых электростанций [1].

В настоящей работе предпринята попытка оце-

нить экологическую нагрузку горных предприятий, добывающих бурый уголь открытым способом, на атмосферу. В Иркутском бассейне, приуроченном к Приса-янскому прогибу в южной периферийной части Ангарской синеклизы Сибирской платформы, к настоящему времени открыто 24 месторождения бурых и каменных углей. Впадина имеет протяжённость 500 км с северо-запада на юго-восток вдоль горного массива Восточных Саян, от г. Нижнеудинска до оз. Байкал, её ширина составляет от 50 до 100 км [2]. Площадь бассейна на северо-западе и северо-востоке ограничивается выходами пологозалегающих (45°) юрских продуктивных отложений, перекрывающих породы докембрия и палеозоя, а продольными и поперечными поднятиями (валами) расчленяется на обособленные широкие пологие впадины (рис. 1).

В юго-западной и юго-восточной предгорных частях бассейна юрские отложения залегают в глубоких вытянутых впадинах или собраны в прерывистые складки северо-восточного простирания с падением крыльев под углами до 25°.Мощность юрских отложений нарастает с северо-востока на юго-восток (75-750 м). Отложения подразделяются на заларинскую безугольную, черемховскую и присаянскую угольные свиты. Угленосность присаянской свиты непромышленная. В черемховской свите на месторож-

Чимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, зав. кафедрой промышленной экологи и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106.

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405106, e-mail: [email protected]

Карпова Ирина Александровна, аспирант кафедры промышленной экологи и безопасности жизнедеятельности. Karpova Irina, Postgraduate of the Department of Industrial Ecology and Life Safety.

Рис. 1. Иркутский бассейн: а - обзорная карта; схематичные геологические разрезы Азейского (б), Черемховского (в), Новометелкинского (г) месторождений; 1 - угленосные отложения; 2 - изогипсы фундамента; 3 - месторождения: 1 - Тулунское; 2 - Будаговское; 3 - Азейское; 4 - Мугунское; 5 - Каранцайское; 6 - Новометелкинское; 7 - Владимиро-Головинское; 8 - Забитуйское; 9 - Черемховское; 10 - Арансахойское; 11 - Базойское; 12 - Хахарейское; 4 - угольные пласты; 5 - палеозойский фундамент; 6 - покровные отложения

дениях Азейском, Черемховском, Мугунском, Каран-цайском, приуроченных к моноклиналям и пологим впадинам в северо-восточной части бассейна, содержится до 16 угольных пластов и прослоев, из которых рабочего значения достигают 1-6 пластов со средней мощностью 1-10 м (в зонах их слияния - 14-19 м). Строение пластов сложное и изменчивое, залегание пологое, слабоволнистое, осложнённое карстовыми процессами мелкоамплитудными разрывами. В юго-западной части бассейна число пластов в черемхов-ской свите возрастает до нескольких десятков.

Марочный состав углей изменяется от бурых в северо-западной части бассейна (Азейское месторождение) до каменных марок Д, Г - в центральной (Каранцайское, Черемховское), и Г, ГЖ - в юго-восточной (Новометёлкинское).

Угли гумусовые, частично гумусово-сапропелевые и сапропелевые, среднезольные. Угли Каранцайского и Новометёлкинского месторождений характеризуются высоким содержанием серы.

Мугунское буроугольное месторождение разведано в 1965 г. Его доразведка производилась периодически с 1983 по 1991 гг., а также с 2000 по 2006 гг. Месторождение характеризуется простым геологическим

строением, имеет неправильную форму с извилистым контуром. Длина месторождения достигает 30 км, ширина колеблется от 3 до 15 км (средняя 9 км), площадь распространения составляет 270 км2. Северная и южная границы угленосности определены выходами на поверхность подстилающих пород нижнего ордовика. С юго-восточной стороны месторождение ограничивается линией рабочей мощности основных угольных пластов. В западной части его площадь практически не оконтурена.

Исходя из степени разведанности и угленосности, месторождение разделено на три карьерных поля (рис. 2).

Карьерные поля № 1 (Центральная площадь) и № 2 (Западная площадь) разведаны детально, на карьерном поле № 3 (Восточная площадь) произведена предварительная разведка (горнотехническая характеристика карьерных полей приведена в таблице).

Карьерное поле № 1 по угленасыщенности разделено на 2 участка: Северный и Южный; на Южном участке выделено два эксплуатационных участка - № 1 и № 2. Отработка 2-го участка осуществляется в настоящее время тремя эксплуатационными блоками: Западным, Центральным и Восточным.

Рис. 2. Модель Мугунского угольного разреза Краткая горнотехническая характеристика карьерных полей

Показатель Центральная площадь (карьерное поле № 1) Западная площадь (карьерное поле № 2) Восточная площадь (карьерное поле № 3)

Южный участок Северный участок

Количество рабочих пластов, шт. 3 4 3 4

Средняя суммарная мощность пластов, м 8,6 5,5 6,0 5,8

Средний геологический коэффициент вскрыши, м3/т 3,42 5,3 4,8 5,9

Угли Мугунского месторождения изучались и исследовались Всесоюзным теплотехническим институтом, Институтом нефте- и углехимического синтеза, лабораториями Иркутского геологического управления, Кузбасским НИИ углеобогащения [3].

Мугунское месторождение сложено в основном гумусовыми бурыми (зрелыми) углями со штрихами и линзочками сапропелевых. Угли черные с бурым оттенком, тусклоблестящие. По вещественно-петрографическому составу угли сложены полностью гелифицированным веществом - витринитом. По данным исследований угли Мугунского месторождения относятся к классу бурых углей высокой степени уг-лефикации, по действующей классификации (ГОСТ 25543-88) они условно имеют марку 3БВ (третий бурый витринитовый) и код 0302010. По заключению углепетрографов ПГО «Иркутскгеология» мугунские угли особенные - переходные от бурых к каменным, а на отдельных участках месторождения они по своим характеристикам соответствуют каменным. Этим объясняется их меньшая влагоёмкость по сравнению с родственными азейскими углями ^^ = 20,6%). По содержанию углерода мугунские угли практически соответствуют каменным (Сср = 73,5%; С^ = 76,4%, для каменных углей С = 74%). Высшая теплота сгорания влажного беззольного топлива равна 5470 ккал/кг (для каменных по ГОСТ 9276-72 равна 5700 ккал/кг). Угли месторождения быстро теряют влагу, рассыпаются и самовозгораются через 60-75 дней при хранении в штабелях высотой 3-4 м без укатки.

Горные работы в разрезе ведутся по проекту Ир-

кутского института «Востсибгипрошахт» с 1990 г. в соответствии с корректировкой проекта, выполненного ОАО «Востсибгипрошахт» в 2003 г., на трёх эксплуатационных блоках: Западном, Центральном и Восточном. Суммарная производительность по этим блокам составляет 6 млн т угля в год. Вскрышные работы осуществляются в основном по бестранспортной системе разработки с применением шагающих экскаваторов ЭШ-11/70, ЭШ-20/90, ЭШ-40/100. Протяжённость фронта работ составляет от 9 до 11 км. Углы откосов бортов и уступов по вскрыше приняты равными 50°, по угольным пластам - 70°.

По состоянию на начало III кв. 2011 г. на разрезе пройдены нагорная канава для сброса карьерных вод в р. Хараманут, разрезные и выездные траншеи Западного, Центрального и Восточного блоков, оконту-ривающие траншеи Западного и Центрального блоков. Имеется сеть опережающих дренажных траншей для отвода скапливающихся карьерных вод на почве вынимаемого угольного пласта I. Пройдена дренажная траншея между Западным и Центральным блоками с оформлением водосборного зумпфа, установлена центральная насосная станция. Кроме того, дренажная траншея Восточного блока оборудована насосной станцией № 3.

Технологией формирования внутренних отвалов предусмотрена их селективная отсыпка: вначале четвертичные отложения размещаются в подсыпку в торец угольного пласта, затем перемещаются за отвал, отсыпанный из более крепких пород основной вскрыши (Центральный блок).

На Западном блоке четвертичные породы вывозятся и складируются на специально отведённые места.

Добычные работы производятся роторными экскаваторами ЭР-1250 и гусеничными экскаваторами ЭКГ-4у, ЭКГ-5у с погрузкой угольной массы в железнодорожный транспорт.

Выемка и погрузка угля производятся без применения буровзрывных работ валовым способом. В зимний период добычные работы по необходимости выполняют с предварительным рыхлением пластов буровзрывными работами на глубину сезонного промерзания (2,0-3,0 м).

Ширина рабочей экскаваторной площадки для всех эксплуатационных блоков составляет 60 м.

Расстояние от угольного пласта до нижней бровки внутреннего отвала принято по проекту в целях безопасности равным 15 м.

Угли Мугунского буроугольного месторождения имеют коэффициент крепости 1 = 0,8-1,5. Основные пласты I и II, как правило, сложного строения; пласты !а и !б имеют в основном простое строение. Количество породы прослоев в пластах колеблется от 1 до 5. Мощность породы прослоев изменяется от 0,01 до 0,62 м. Породные прослои представлены алевролитами, аргиллитами и песчаниками с коэффициентом крепости 1 = 2-5.

Угли Мугунского месторождения имеют среднюю крепость - V11 —V11a категории, породы прослойки - IV-VII категории крепости (по шкале профессора М.М. Протодьяконова). Через 3-4 месяца после выемки крепость угля, определённая методом толчения, составила 0,88-1,07% от первоначальной. Крепость породных прослойков, определённая методом толчения, составила 0,33-0,7%, однако, породы сохранили кус-коватость даже через четыре месяца хранения:

- удельный вес 1,24-1,51 т/м3;

- объемный

- механическая прочность углей в среднем 0,027 Мпа (270 гсм/см2);

- коэффициент размолоспособности 0,81-1,17, в среднем 1,12;

- коэффициент внутреннего трения у = 0,55-0,65;

- начальное сопротивление сдвигу Сг = 2,8-4,0

г/см 2;

- угол естественного откоса 49-51°.

Ввиду сильной трещинноватости и хрупкости образцов другие физико-механические испытания не проводились [3].

Наиболее значимым источником воздействия на окружающую среду являются процессы, сопровождающиеся пылевыделением. На интенсивность пылевы-деления при погрузо-разгрузочных работах оказывают влияние объём одновременно разгружаемой породы, высота разгрузки [6, 9]. На породных отвалах работает карьерный транспорт. Загрязнение атмосферы пылью происходит в результате сдувания её с поверхности транспортируемого материала. При работе горного транспорта в атмосферный воздух выбрасываются продукты сгорания дизельного топлива [8, 9].

Выброс вредных веществ (пыли) при отвалообра-зовании вскрышных пород сопоставим с выбросами пыли при транспортировании горной массы, причём при экскаваторном способе отвалообразования запылённость воздуха выше, чем при бульдозерном. Общим для всех способов отсыпки отвалов является создание больших незакреплённых поверхностей, которые при неблагоприятных условиях приводят к интенсивному пылеобразованию, зависящему от вида материала, гранулометрического состава, метеорологических условий [6].

Распределение выбросов пыли на анализируемом предприятии при работе различных горных машин приведено на рис. 3-5.

вес 1,07-1,56, в среднем 1,28 т/м

□ Количество пыли, т/год

0,004

0,002

Вагоны ПС-63 0,027 Экскаватор ЭШ-40/100 Пыль, сдуваемая с поверхности...

Бульдозер Т-500 Бульдозер Т-330 Бульдозер Т-330 Буровой станок СБШ-250 Экскаватор ЭР-1250 Экскаватор ЭКГ-5У

0,707

1,116

0,003

0,006

0,001

2,304

0,074

0,063

0,331

0,003

0,023

5,131

5,416

13,153

Рис. 3. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу, при добыче угля и формировании отвалов на площадке

№ 9 (Западный блок)

□ Количество пыли, т/год

БЕЛАЗ Вагоны ПС-63 Взрывные работы Экскаватор ЭШ-20/90 Экскаватор ЭШ-20/90 Пыль, сдуваемая с поверхности. Пыль, сдуваемая с поверхности.

Бульдозер Т-35 Бульдозер Т-500 Бульдозер Т-170 Бульдозер Т-25 Буровой станок СБР-160 Буровой станок СБШ-250 Буровой станок СБШ-250 Экскаватор ЭР-1250 Экскаватор ЭР-1250 Экскаватор ЭКГ-5У

Рис. 4. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу при добыче угля и формировании отвалов на площадке

№ 10 (Центральный блок)

□ Количество пыли, т/год

Взрывные работы Вагоны ПС-63 Экскаватор ЭШ-20/90 Экскаватор ЭШ-20/90 Пыль, сдуваемая с поверхности. Пыль, сдуваемая с поверхности.

Бульдозер Т-35 Бульдозер Т-500 Бульдозер Т-170 Бульдозер Т-25 Буровой станок СБР-160 Буровой станок СБШ-250 Буровой станок СБШ-250 Экскаватор ЭР-1250 Экскаватор ЭР-1250 Экскаватор ЭКГ-5У

14,358 ■

0,011 1,105 0,959

0,004 0,005 0,058 0,0004 0,002 . 0,095 0,069 0,289 0,318 0,024

9,578

8,666

Рис. 5. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу при добыче угля и формировании отвалов на площадке

№ 11 (Восточный блок)

Анализ показал, что наиболее значимое загрязнение атмосферы пылью от горнодобывающих предприятий происходит при транспортировании горной породы и формировании отвалов, а также от сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания горной

техники. При этом в атмосферу с отработавшими газами поступают аэрозольные и газообразные компоненты. Из газообразных выбросов дизельных двигателей наиболее опасными являются оксид и диоксид азота, оксид углерода и углеводороды (рис. 6-8).

Рис. 6. Массовые выбросы загрязняющих веществ на площадке № 9 (Западный блок)

Рис. 7. Массовые выбросы загрязняющих веществ на площадке № 10 (Центральный блок)

Рис. 8. Массовые выбросы загрязняющих веществ на площадке № 11 (Восточный блок)

Таким образом, расчетами и экспериментальными замерами установлено, что экологическая нагрузка на атмосферу при штатном режиме работы предприятия составляет 28,4; 35,4 и 18,4 т/год при отработке соответственно на Западном, Центральном и Восточном блоках. Создаваемый накопленный экологический ущерб в виде породы, подаваемой в отвалы, - 7 641

400; 8 014 500; 3 364 400 т/год соответственно. С поверхности породного отвала сдувается 5,46; 8,6; 5,4 т/год [10]. Для минимизации экологической нагрузки при выполнении основных технологических операций необходимо применять методы пылеподавления, среди которых можно рекомендовать обработку специальными реагентами.

Библиографический список

1. Тальгамер Б.Л., Коробкова Е.А. Угольная промышленность Иркутской области: история и перспективы развития: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 112 с.

2. Лужков Ю.М., Тимофеева С.С. Влияние технологических процессов и горнотранспортного оборудования добычи угля на экологическую нагрузку Черемховского района // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 3. С. 38-41.

3. Тимофеева С.С., Лужков Ю.А. Экологические и профессиональные риски при добыче угля открытым способом // Уголь. 2010. № 1. С. 25-26.

4. Методика расчёта вредных выбросов (сбросов) для комплекса оборудования открытых горных работ (на основе удельных показателей). Люберцы, 1999 / База нормативной документации [Электронный ресурс]. URL: www.complexdoc.ru

5. О расчётах выбросов от АБЗ: методическое письмо НИИ «Атмосфера» от 10.04.2001 г. № 272/33-07 [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.integral.ru/index.php/...

6. Отраслевая методика расчёта количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля. Пермь, 2003.

7. Методические указания по расчёту неорганизованных выбросов пыли и вредных газов при взрывных работах на карьерах горнохимических предприятий ГИГХС. Люберцы, 1987.

8. Методика расчёта вредных выбросов (сбросов) и оценки экологического ущерба при эксплуатации различных видов карьерного транспорта. М., 1994.

9. Методическое пособие по расчёту выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов. Новороссийск, 2002.

10. Отчет по испытанию и доводке средств по борьбе с пылью на автодорогах и при буровых работах (заключительный): НИИОГР № ГР 01820078187 (рук-ль работы Ю.В. Пчелкин). Челябинск, 1984. 58 с.

УДК 629.113.001

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФТОРА В ПОЧВАХ г. ИРКУТСКА МЕТОДОМ АТОМНО-ЭМИССИОННОГО АНАЛИЗА

© Н.Л. Чумакова1, О.В. Зарубина2, В.Л. Халбаев3

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.

Обсуждается качество результатов определения фтора в почвах. Представлены метрологические характеристики методики атомно-эмиссионного спектрального анализа фтора. Приводятся сравнительные оценки данных, полученные разными методами. Названы проблемы, возникающие при спектральном анализе на фтор почв, обогащенных органическим веществом, предложено возможное их решение. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр. 14 назв.

Ключевые слова: атомно-эмиссионный спектральный анализ; почвы; многоканальный анализатор эмиссионных спектров (МАЭС); точность анализа; относительное среднеквадратичное отклонение.

FLUORINE DETECTION IN IRKUTSK SOILS BY THE METHOD OF ATOMIC EMISSION ANALYSIS N.L. Chumakova, O.V. Zarubina, V.L. Khalbaev

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, 1A Favorsky St., Irkutsk, 664033.

The article discusses the quality of fluorine detection results in soils. It presents metrological characteristics for the procedure of fluorine atomic emission spectral analysis. Having presented comparative evaluations of the data obtained by different methods, the authors name the problems arising under the spectral analysis of soils enriched with organic matter for fluorine and propose their possible solutions. 6 figures. 2 tables. 14 sources.

Key words: atomic emission spectral analysis; soils; multichannel analyzer of emission spectra (MAES); analysis accuracy; relative mean square deviation.

1Чумакова Нина Львовна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected]

Chumakova Nina, Candidate of Physical and Mathematical sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected]

2Зарубина Ольга Васильевна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, e-mail:[email protected]

Zarubina Olga, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected]

3Халбаев Валерий Лазоевич, аспирант, e-mail: [email protected]

Khalbaev Valery, Postgraduate, e-mail: [email protected]