CC BY
54
разуют гидросиликаты кальция и гидросиликаты магния волокнистой структуры, смешанные кальций-магниевые и кальций-магний-железистые гидросиликаты с ленточной и цепочечной структурами, предопределяющие прочность полученных композиций, что подтверждено результатами рентгенофазового и дифференциального термического анализов [10].
Применение минеральной добавки в виде дунитов при производстве цемента ведет к улучшению его качества и снижению себестоимости за счет замены части клинкера на данные породы на стадии помола, которые, к тому же, являются отходами горнодобывающей промышленности. При этом можно получить два вида цементов: портландцемент с минеральными добавками марки М400Д20 и смешанный цемент с 30% добавки породы. Определены основные свойства полученных цементов (табл. 2).
Как видно из данных табл. 2, цементы с добавкой дунитов обладают повышенной щелочестойкостью по сравнению с портландцементом. С увеличением количества добавки устойчивость цементов к воздействию щелочей увеличивается, что объясняется повышенным содержанием SiO2. Кислотостойкость с увеличением количества добавки снижается. Водопоглощение в вяжущих композициях ниже, чем у контрольного образца, что свидетельствует о их высокой водостойкости. Морозостойкость всех видов цементов составляет 50 циклов.
Таблица 2
Основные свойства цементов с добавкой дунитов
Количество Водопо- Щелоче- Кислото- Морозо-
добавки, глоще- стои- стои- стойкость,
масс. % ние, % кость, % кость, % циклы
Дунит
20 3,64 0,84 45,83 50
30 3,31 0,93 42,17 50
40 3,24 1,00 37,25 50
Портланд- 6,65 0,69 59,37 50
цемент
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что дуниты можно использовать в производстве новых видов цементов с минеральными добавками. Предлагаемая технология позволит существенно снизить накопленный экологический ущерб горнодобывающих предприятий, отвалы которых содержат дуниты. Кроме того, применение технологии приведет к расширению сырьевой базы цементной промышленности и получению новых видов строительных материалов высокого качества.
Работа выполняется по программе ОХНМ РАН № 5.5.2 «Получение новых видов материалов с высокими эксплуатационными характеристиками из отходов горнодобывающей промышленности».
Библиографический список
1. ГОСТ Р 54003-2010 «Экологический менеджмент. Оценка прошлого, накопленного в местах дислокации организаций, экологического ущерба. Общие положения»
2. Магматические горные породы. М.: Наука, 1988. Т.5. 512 с.
3. Доклад о состоянии и охране окружающей среды Мурманской области в 2003 году // Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Мурманской области, 2004.
4. Овчинников Л.Н. Полезные ископаемые и металлогения Урала. М.: ЗАО "Геоинформмарк", 1998. С. 7-91.
5. Андреев Г.В. Кондерский массив ультраосновных и щелочных пород. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1987. 80 с.
6. Некрасов Н.Я., Ленников А.М., Октябрьский Р.А. Петрология и платиноносность кольцевых щелочно-ультраосновных комплексов. М.: Наука, 1994. 384 с.
7. Богомолов М.А., Кицуя В.И. Чадский ультраосновной щелочной массив на восточной окраине Алданского щита // Петрография метаморфических и изверженных пород Алданского щита. М.: Наука, 1964. С. 156-165.
8. Леснов Ф.П. Геология и петрология Чайского габбро-перидотит-дунитового никеленосного плутона (Северное Прибайкалье). Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1972. 228 с.
9. Кислов Е.В. Йоко-Довыренский расслоенный массив. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1998. 268 с.
10. Худякова Л.И., Войлошников О.В., Котова И.Ю. Отходы горнодобывающих предприятий как сырье для получения строительных материалов // Вестник ДВО РАН. 2010. № 1. С. 81-84.
УДК 504.056:622.332
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ САМОВОЗГОРАНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ
А
И.И.Шестакова1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Масштабы воздействия экзогенных и эндогенных пожаров на угольных разрезах определяются производственной мощностью предприятия, состоянием применяемого оборудования, совершенством технологических процессов, уровнем технологической дисциплины, размерами горного и земельного отводов, географическими и климатическими условиями и другими факторами. Они приводят к существенным экономическим затратам, ухудшению санитарно-экологических условий труда. К потенциально пожароопасным участкам относятся технологические объекты при добыче и хранении угля, которые характеризуются наиболее благоприятными условиями для проте-
1Шестакова Инна Ивановна, аспирант, тел.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru Shestakova Inna, Postgraduate, tel.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru
кания процессов самонагревания, самовозгорания, возгорания от внешних тепловых источников и распространения открытых очагов пожаров. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: бурый уголь; пожароопасность; экзогенные пожары; эндогенные пожары.
ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL HAZARD FROM BROWN COAL SPONTANEOUS IGNITION I.I. Shestakova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The effects of exogenous and endogenous fires in coal mines are determined by the production capacity of enterprises, condition of the equipment applied, perfection of technological processes, the level of technological discipline, the sizes of mountain and land leaseholds, geographical and climatic conditions and other factors. They lead to substantial economic costs, to the deterioration of sanitary and environmental conditions of workers. Potentially fire-hazardous sites include technological facilities during mining and storage of coal that are characterized by the most favorable conditions for self-heating, spontaneous combustion, ignition from external heat sources and propagation of open fires. 6 sources.
Key words: brown coal; fire hazard; exogenous fires; endogenous fires.
Угольная промышленность, как и другие горнодобывающие отрасли, обладает рядом существенных особенностей, имеющих прямое отношение к проблемам ее экологической безопасности. Источниками воздействия горного производства на окружающую природную среду являются открытые и подземные горные работы, обогатительные фабрики, отвалы, хвостохранилища и др. [1, 3, 5]. Масштабы этого воздействия определяются производственной мощностью предприятия, состоянием применяемого оборудования, совершенством технологических процессов, уровнем технологической дисциплины, размерами горного и земельного отводов, географическими и климатическими условиями и другими факторами. Пожары сопровождаются существенными экономическими, социальными и экологическими бедствиями.
Источниками значительного выделения вредных газов при горении угля [4] являются пожары, возникающие при открытой добыче угля. А именно к потенциально пожароопасным участкам относятся технологические объекты при добыче и хранении угля, которые характеризуются наиболее благоприятными условиями для протекания процессов самонагревания, самовозгорания, возгорания от внешних тепловых источников и распространения открытых очагов пожаров [6]:
• кровля вскрытого пласта, нарушенная при взрывании пород вскрыши и некачественно зачищенная от разрыхленного угля;
• верхняя бровка угольного уступа, неудовлетворительно зачищенная при превышении высоты уступа над высотой черпания экскаватора;
• откос угольного уступа, некачественно зачищенный или на оползневых участках, в районе геологических нарушений и вскрытых открытыми работами подземных горных выработок (подготовительных, дренажных и др.);
• целики угля на контакте с породами внутренних отвалов бестранспортной вскрыши;
• угольные и смешанные уступы, оставляемые на длительную консервацию;
• осыпи (породно-угольные скопления, прилегающие к откосу уступа), образующиеся за счет сбрасывания экскаватором части взорванного блока при
послойной разработке пластов большой мощности без оставления транспортных берм между слоями, некачественной зачистки элементов уступа и выветривания породно-угольного массива под действием атмосферных факторов;
• навалы (породно-угольные скопления конусной или плоской формы со степенью сосредоточенности более 2 м3/м2 и высотой более 2 м), образующиеся в результате неполной выемки взорванных угольных и смешанных блоков, зачистки бульдозером почвы пласта (рабочего горизонта), на переразгрузочных пунктах при ж/д и конвейерном транспорте;
• насыпи под железнодорожными путями и конвейерными линиями, путепроводы тоннельного типа и автотракторные съезды, сформированные из горной массы, содержащей горючий материал;
• внутренние бульдозерные отвалы, сформированные на отвалах бестранспортной вскрыши, содержащей горючий материал от зачистки кровли угольного пласта и валовой выемки маломощных пластов;
• внешние породные отвалы, в горной массе которых содержится большое количество горючих материалов (угля или углесодержащих пород);
• штабели резервных складов угля и разубо-женных углей, предназначенные для гидрообогащения.
Высокая активность бурых углей определяет большую частоту возникновения эндогенных и экзогенных пожаров [6]. Эндогенный пожар вызван самовозгоранием угля. Самовозгорание угля - это процесс нарастания температуры в массиве или в скоплении разрыхленного угля, переходящий в пламенное горение. В процессе самовозгорания выделяют две стадии: самонагревания и возгорания. Стадия самонагревания характеризуется медленной скоростью протекания экзотермической реакции окисления угля кислородом воздуха и равномерным нарастанием температуры. Если теплота полностью рассеивается в окружающую среду, то происходит низкотемпературное окисление угля. При наличии условий для накопления тепла и разогрева угля происходит его возгорание. Стадия горения наступает при температуре угля свыше 250-300°С. Инкубационный период зависит не
только от химической активности угля, но и от размера и формы фракций, влажности угля и воздуха, скорости движения воздуха и его температуры, атмосферного давления.
В соответствии с теорией, разработанной проф. В.С.Веселовским [2], самовозгорание угля обуславливается следующими факторами: химической активностью угля, притоком к нему воздуха и накоплением тепла, образующегося в результате окисления.
При открытых горных разработках в наибольшей степени самовозгоранию подвержены бурые угли, хотя при благоприятных условиях самовозгорание может происходить и на добыче каменного угля, и даже антрацитов. Тепловые проявления реакции окисления бурого угля приводят к саморазогреву массы угля, в результате чего снижаются его потребительские свойства. При самовозгорании и последующем горении масс угля в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа и других продуктов горения.
Указанные выше факторы обуславливают инкубационный период, а именно - время, необходимое для возникновения эндогенного пожара [2]. Его обычно отсчитывают от начала очистной выемки угля. Длительность инкубационного периода различна для разных природных и горнотехнических условий и систем разработки и может служить характеристикой их по-жароопасности.
Повторный, или рецидивный, пожар может возникнуть в сроки меньшие, чем длительность инкубационного периода, определяемая физическими условиями и факторами самовозгорания угля. Новый повторный пожар на старом месте или вблизи него возникает потому, что, хотя предыдущий пожар был полностью ликвидирован, условия для возникновения повторного пожара сохранились. Возможность возникновения рецидивного пожара увеличивается в том случае, когда от потушенного предыдущего пожара сохранились повышенные температуры в угле или боковых породах. Новый пожар может возникнуть вследствие активизации прежнего, не вполне потушенного пожара. Этот тип пожара не относится к рецидивным.
В производственной обстановке часто бывает трудно убедиться в том, что предыдущий пожар был полностью ликвидирован, особенно в том случае, когда его очаг недоступен для непосредственного обследования. Поэтому на практике обычно рецидивным называют всякий пожар, возникший на месте ранее потушенного пожара или поблизости от него.
Как для рецидивных пожаров, так и для активизации старых пожаров характерно, что они возникают в сроки, значительно меньшие, чем длительность инкубационного периода, обычная для данных условий и систем разработки.
Экзогенные пожары вызваны внешними тепловыми источниками. К ним относятся очаги самовозгорания, взрывные и сварочные работы, косты, искры от локомотивов, автосамосвалов, бульдозеров, окурки и прочее. При применении игданита или взрывчатых веществ с большим отрицательным кислородным ба-
лансом очень часто возникают пожары в угольных блоках. Иногда такие пожары ошибочно классифицируют как эндогенные. На самом деле в этих случаях происходит неполная детонация взрывчатых веществ, а остаточные горючие компоненты выгорают с выделением большого количества тепла. В результате выгорания повышается температура, что многократно ускоряет развитие естественного процесса самовозгорания во взорванной горной массе.
Высокая реакционная способность угля является главной отличительной особенностью производств добычи, хранения, транспортировки и использования бурого угля. Тепловые проявления реакции окисления бурого угля начинаются с момента вскрыши пласта угля и заканчиваются в топке котла. Малые тепловые процессы ведут к саморазогреву массы угля, в результате чего снижаются его потребительские свойства, а критические - к возникновению аварийных ситуаций, связанных с пожарами.
Воздействие перечисленных и прочих причин возникновения пожароопасной ситуации на угольном разрезе приводит к возникновению и распространению пожаров. На одних разрезах вероятность возникновения таких пожаров и скорость распространения очагов открытого огня по угольным обнажениям носит характер стихийного бедствия, на других скорость распространения огня может быть незначительна. В немалой степени этому способствуют физические свойства и петрографический состав углей, а также природные факторы, такие как скорость ветра, влажность воздуха.
Пожары создают аварийную ситуацию на угольном разрезе, опасные условия труда, которые могут привести к человеческим жертвам. Из-за выделения вредных газов в результате горения угля ухудшаются санитарно-экологические условия труда. Практически любое звено технологической цепочки переработки -от добычи угля на разрезе до сжигания его в топке тепловой электростанции - в той или иной степени подвергается опасности возникновения пожара. В карьерах угольных разрезов нередки случаи, когда дым, выделяющийся в процессе самовозгорания, парализует деятельность всего разреза.
Эндогенные и экзогенные пожары на угольном разрезе приводят к существенным сверхнормативным потерям угля, аварийным простоям не только отдельных участков, но и разрезов, что ведет к существенным экономическим потерям. Ликвидация возгорания также влечет за собой существенные экономические затраты. При добыче угля известны случаи пожаров машин и механизмов - экскаваторов, бульдозеров, автомобилей и прочего.
Таким образом, профилактика эндогенных пожаров на угольных разрезах должна быть основана на изоляции нарушенных участков угля и скоплений угольной массы в осыпях, навалах и др., своевременной уборке осыпей, уменьшении объемов скоплений разрыхленного угля, уменьшении сроков хранения разрыхленного угля, а также сроков обнажения вскрытых запасов угля на рабочих горизонтах пластов, склонных к самовозгоранию. Это выполняется с ис-
пользованием различных инженерно-технических мероприятий применительно к конкретным условиям разработки. Часто профилактические мероприятия
выполняются одновременно с тушением уже возникших эндогенных пожаров.
Библиографический список
1. Астахов А.С., Диколенко Е.Я. Экологическая безопасность и эффективность природопользования. М.: МГГУ, 2009. 324 с.
2. Веселовский В.С. Химическая природа горючих ископаемых. М.: Изд. АН СССР, 1955. 425 с.
3. Куликова Е.Ю. Теоретические основы защиты окружающей среды в горном деле. М.: МГГУ, 2009. 612 с.
4. Певзнер М.Е. Горная экология. М.: МГГУ, 2003. 396 с.
5. Томаков П.И., Коваленко В.С. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ, 1994. 418 с.
6. Щадов И.М. Обоснование технологии открытой разработки пожароопасных буроугольных месторождений: дис. ...канд. техн. наук. М.; Иркутск, 1987. 216 с.
