CC BY
109
УДК 628.511
ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ ПЫЛИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ГОРНОЙ МАССЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
С.В. Ковшов, А.В. Пасынков
Рассмотрены вопросы пылеобразования и пылеподавления на карьерах при транспортировании горной массы. Проанализированы зарубежные и российские методы и способы борьбы с пылью на карьерах. Установлено предельное количество единиц техники для полиметаллического карьера «Нойон-Тологой», а также найдена зависимость валового выброса неорганической пыли от количества карьерных автосамосвалов. В результате комплексного анализа предложены способы пылеподавления для полиметаллического карьера.
Ключевые слова: пыль, пылеобразование, пылеподавление, карьер, автомобильный транспорт, проектирование.
Производственная пыль является наиболее распространенным вредным фактором производственной среды, встречающимся при разработке месторождений открытым способом. Технологические процессы, такие как добыча и погрузка горной массы в транспортные сосуды, транспортирование полезного ископаемого и вскрыши, ведение буровзрывных работ, складирование готовой продукции сопровождаются образованием и выделением пыли, воздействию которой подвергаются персонал карьера.
Одним из основных технологических процессов, лидирующих по выбросам пыли, является транспортирование горной массы автосамосвалами. При транспортировании применяются следующие основные и дополнительные средства пылеподавления и пылеулавливания:
- изменение интервалов движения автотранспорта;
- увлажнение или связывание пыли в слое износа покрытия автодороги (использования связывающих добавок);
- снижение скорости движения автотранспорта;
- периодическая уборка слоя износа покрытий с помощью машин, имеющих аспирационные устройства для всасывания частиц до определенного размера (обычно - до 5 мм: на угольных разрезах массово не применяется, но в Финляндии и Швеции нашло применение на карьерах строительных материалов);
- предотвращение сдувания пыли с поверхности кузова автомобиля за счет накрывания специальным защитным кожухом или уменьшение поверхности пылящего груза.
Перед использованием средств пылеподавления необходимо подготовить автомобильную дорогу. Для этой цели, как правило, используется
дорожная техника: грейдер, каток и автомобиль с цистерной для смачивания поверхности дороги водой с добавкой пылеподавителя.
Работы по пылеподавлению должны проводятся в сухой не дождливый день. Перед нанесением пылеподавляющего средства дорога должна быть полностью подготовлена:
- перед началом применения средства борьбы с пылью требуется полностью завершить устранение всех неровностей и выбоин;
- все большие куски материала, которые не годятся для (покрытия) хорошей дороги, должны быть удалены с неё;
- у дороги должен быть необходимый для стекания воды уклон, чтобы избежать образования застойных зон, заполненных водой (так как это может отрицательно сказаться на дорожном покрытии и привести к появлению выбоин);
- заключительный этап - применение средств борьбы с пылью.
Проведение надлежащей подготовки дороги позволит получить
максимальную эффективность от использования средства борьбы с пылью.
Для применения средства борьбы с пылью верхнюю часть дороги нужно разрыхлить на глубину 2,5...5 см. Затем в этот рыхлый слой вносится пылеподавляющая добавка в том количестве, которое рекомендуется.
При подготовке автомобильной дороги необходимо учесть, что значительная часть разрыхлённого материала может быть смещена с поверхности дороги к обоим краям, образуя два гребня по краям дороги. Эти искусственные гребни не позволяют применяемом у пылеподавителю стекать с поверхности дороги. На поверхность дороги наносится одна треть от пылеподавителя в рекомендуемом количестве - между гребнями по краям. После материал гребней сгребается к центру, равномерно распределяется по поверхности дороги, и на него наносится ещё одна треть пылеподавите-ля. Затем материалы перемешиваются, и образуется относительно однородная смесь. Только после этого на дорогу наносится последняя треть пылеподавителя - как окончательное верхнее покрытие. При нанесении последней трети пылеподавителя нужно постараться избежать стекания чрезмерно большого количества материала с дороги. В последнюю очередь поверхность дороги уплотняется с помощью катка. Уплотнение должно быть закончено до того, как пылеподавляющая добавка высохнет.
До окончания обработки поверхности дорожного покрытия движение автотранспорта по ней недопустимо. Длительность обработки зависит от количества применяемого средства борьбы с пылью, обычно достаточно 24 часа [12].
При использовании полива автодорог водой концентрация пыли в кабинах автомашин снижается обычно не более, чем в 2 - 2,5 раза [3], а
эффективность пылевыделения через 30 минут после полива может составлять лишь 30.40 % (согласно исследованиям НИИОГР) [10].
Интересны результаты исследования орошения, проведенные американскими горными инженерами на угольных разрезах Северной Дакоты [13]. При выливании около 0,6 л воды на 1 м попадание в воздух пыли уменьшается на 95 % в течение первого получаса после увлажнения. Другая проверка показала, что при выливании 2,1 л/м снижало запылённость на 74 % через 3.4 часа после увлажнения. Но эффект от увлажнения сильно зависит от материала, из которого сделана дорога, интенсивности движения и от погоды. Например, результаты другого исследования показали, что увлажнение дороги 1 раз в час уменьшало концентрацию пыли (все частицы) на 40 %. А при увлажнении дороги 1 раз каждые полчаса запылённость уменьшилась на 55 % [16].
Следовательно, использование воды для борьбы с пылью на автодорогах в длительной временной перспективе не дает радикального решения вопроса. Более того, частый полив водой разрушает полотно дороги и уменьшает срок его эксплуатации, что приводит к преждевременному износу материальной части автомашин, увеличению тормозного пути и значительному снижению скорости их движения. Одновременно возникает необходимость в дополнительных затратах на восстановительные работы на дорогах и ремонт техники.
Для увеличения срока действия увлажнения дороги к воде могут добавляться поверхностно-активные вещества (ПАВ). Это позволяет увлажнить дорожное полотно и использовать его как накопитель воды так, чтобы при испарении воды с поверхности она поднималась вверх по капиллярам. За счёт этого длительность эффекта увлажнения возрастает.
Информации о том, как добавка ПАВ влияет на длительность сохранения пылеподавляющих свойств - мало. Но данные ряда исследований на угольных разрезах Германии и Польши показывают, что при использовании ПАВ интервалы между увлажнением дороги могут возрасти на 33.50 % [12].
В районах с высокой относительной влажностью воздуха (свыше 60.65 %) положительные результаты в пылеподавлении наблюдается при применении гигроскопических солей, обеспыливающее действие которых основано на адсорбации атмосферной влаги [17]. При низкой относительной влажности соли не эффективны, что требует частой обработки дорог в жаркую и сухую погоду. В период дождей соли вымываются из полотна дороги и оказывают коррозионное воздействие на металлические части для подвижного состава, для предотвращения которого требуется добавка дорогостоящих ингибиторов.
Широкое распространение в дорожном строительстве получили органические вяжущие вещества: нефтяные жидкие сорта битума; дорожный
каменноугольный деготь; сланцевый битум; тяжелая сырая нефть; каменноугольные, буроугольные, сланцевые и газовые смолы; топочный мазут; битумные, сланцевые и дегтевые эмульсии, пасты, шламы.
А.Н. Купиным, совместно с НИИОГР, разработаны пылесвязываю-щие вещества универсин-А (маловязкий) и универсин-Б (высоковязкий), которые предназначены главным образом для борьбы с пылеобразованием при работе технологического транспорта на предприятиях открытой угледобычи. В составе этих веществ содержатся масла, смолы и асфальтены, наиболее активно реагирующих с поверхностью грунтовых частиц. Под действием солнечной радиации и кислорода происходит улучшение вяжущих свойств универсинов, при их окислении и упрочнение обработанных ими покрытий автодорог [10].
Для уменьшения пылеобразования используют полимерные добавки - акриловые и виниловые. Их добавляют к воде для получения разбавленного раствора, и затем наносят на дорогу сверху.
Для уменьшения пылеобразования используется различные марки полимеров, однако, данных об их эффективности крайне мало. В одном из исследований сообщали, что через 4 недели после использования полимера концентрация пыли уменьшилась на 74...81 %, а через 5 недель уменьшалась всего лишь на 3.14 %. В другом исследовании изучалась эффективность на общественной грунтовой дороге. Она составила 94.100 % в течение первой недели после применения, и снизилась до 37.65 % через 11 месяцев [18].
Достоинство полимерных добавок в том, что обычно они не усиливают коррозию, и не токсичны. При их использовании для борьбы с пылью они сохраняют эффективность длительное время - хотя было показано, что дожди могут повлиять на их срок действия.
Клеящие составы представляют собой соединения и растворы, которые смешивают с поверхностью почвы для создания новой поверхности дороги. Для этого чаще всего используют лигносульфонат, который является отходом целлюлозно-бумажной промышленности, и хорошо известным средством подавления пыли.
А.Н. Купиным совместно с НИИОГР проведено сравнение эффективности применения лигносульфоната, хлористого кальция и воды как пылеподавляющих материалов [10]. Достоинством лигносульфоната при его использовании для борьбы с пылью на дорогах является то, что он не вызывает коррозию, и то, что он легкодоступен (из-за больших масштабов производства в целлюлозно-бумажной промышленности). Недостаток - то, что он может негативно влиять на некоторые процессы переработки минеральных полезных ископаемых (например - на флотацию), и то, что из-за водорастворимости он может вымываться с дороги, что требует повторно-
го применения для получения требуемого снижения концентрации пыли [10].
Выбор конкретных средств пылеподавления должен осуществляться исходя из условий эксплуатации карьера. Так в результате анализа проектной документации, разрабатываемой для месторождений открытым способом, выявлено, что расчетов с конкретными выводами по пылеподав-лению в карьерах не представлено вовсе, или представлено в кратком объеме с общими рекомендациями. Представленной информации в проектной документации вполне достаточно для прохождения государственной экспертизы, однако, как показывает практика, в процессе эксплуатации карьера приходится дополнительно решать вопросы пылеподавления. К примеру, в проектной документации по полиметаллическому карьеру «Нойон-Тологой» представлена следующая информация по пылеподавлению.
1. Общая информация о пылеобразовании в результате ведения буровзрывных работ. Меры по пылеподавлению.
2. Информация об орошении карьерных дорог водой для целей пылеподавления. Рассчитан объем воды для полива дорог.
Один из основных источников пылевыделения в процессе отработки карьера является автомобильная дорога. Рассмотрим более детально вопрос образования пыли при транспортировании горной массы. Как известно, пыль выделяется в результате взаимодействия колес с полотном дороги и сдува ее с поверхности материала, нагруженного в кузов машины.
В соответствии с Методическим пособием по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов [12], общее количество пыли, выделяемое автотранспортом в пределах карьера, можно охарактеризовать следующим уравнением:
б = САССбЛ7/ //| + С4С5С6/F0п, г / с, (1)
3600 4 5 6 2 0
где С1 — коэффициент, учитывающий среднюю грузоподъемность единицы
автотранспорта. Средняя грузоподъемность определяется как частное от деления суммарной грузоподъемности всех действующих в карьере машин
на их число п; С2 — коэффициент, учитывающий среднюю скорость передвижения транспорта в карьере; N — число ходок (туда и обратно) всего транспорта в час; Ь — средняя протяженность одной ходки в пределах карьера, км; С3 — коэффициент, учитывающий состояние дорог; С4 — коэффициент, учитывающий профиль поверхности материала на платформе и определяемый как соотношение Рфакт / где Рфакт — фактическая поверхность материала на пылящей поверхности (платформы автотранспорта). Значение С4 колеблется в пределах 1,3.1,6 в зависимости от крупности
материала и степени заполнения поверхности; — средняя площадь пылящей поверхности (платформы автотранспорта); С5 — коэффициент, учитывающий скорость обдува материала, которая определяется как геометрическая сумма скорости ветра и обратного вектора средней скорости
движения транспорта. С6 — коэффициент, учитывающий влажность поверхностного слоя пылящего материала; д1 — пылевыделение в атмосферу
на 1 км пробега при С 1= 1, С2= 1, С 3= 1, принимается равным 1450 г; д'2 — пылевыделение с единицы фактической поверхности материала на пылящей поверхности, г/м •с; п - число автомашин, работающих в карьере; С7 —
коэффициент, учитывающий долю пыли, уносимой в атмосферу, и равный 0,01.
Анализируя пылевыделение карьера «Нойон-Тологой», в соответствии с указанной методикой получено следующее: для полиметаллического карьера «Нойон-Тологой» (при учете крупнотоннажного автотранспорта - автосамосвалы Komatsu НБ465-7 и Komatsu НБ785-7), исходя из данных технической и проектной документации были приняты следующие коэффициенты и значения параметров: С1= 5,0; С2= 2,0;С3 = 1,0; И= 120;£ = 5,2;п = 34; С4= 1,4^0 = 40; С5= 1,0; Сб = 0,9; д2 = 0,004;С7= 0,01.
Таким образом, общее максимальное количество пыли, выделяемой при транспортировании горной массы можно оценить, как: 0=12,47 г/с или 393,5 тонн/год (1,08 тонн/сутки), при предельном количестве автосамосвалов в карьере 34 единицы.
Проектной документацией установлен ПДВ (предельно допустимый выброс) по неорганической пыли SiO2, который составляет 343,3 т/год. По результатам расчетов (рисунок) установлено, что предельное количество автосамосвалов в карьере, которое не превышает ПДВ - 18 единиц. При увеличении количества автосамосвалов в карьере валовые выбросы будут превышать установленные нормы.
Учитывая, что проектной документацией предусмотрено нахождение максимального числа персонала в карьере в сутки - 150 рабочих: из них - производственный персонал - 134 раб., инженерно-технические работники - 16 раб., влияние пылевого фактора на персонал карьера крайне значительное. Следствием воздействия пылевого фактора на рабочих карьера будет являться вероятность появления профессиональных заболеваний дыхательной системы, а также снижение видимости водителей на дорогах, которое может привести к аварийным ситуациям.
Зависимость валового выброса неорганической пыли 8Ю2 от количества автосамосвалов, работающих в карьере
Основываясь на анализе методов и способов борьбы с пылью на карьерах и исходя из того, что при эксплуатации полиметаллического карьера «Нойон-Тологой» дорожным покрытием будет являться щебень мелкой фракции, эффективным средством пылеподавления будет являться универ-син-Б (высоковязкий), описанный ранее [10]. Использование, указанного средства пылеподавления, позволит снизить валовой выброс карьерных автосамосвалов до предельных значений и увеличить количество автосамосвалов в карьере с 18 до 34, в соответствии с проектной документацией.
Выбор средств и способов пылеподавления при транспортировании горной массы в карьерах на этапе проектирования, основанный на анализе валовых выбросов пыли, позволит улучшить условия труда горнорабочих, а также снизит денежную нагрузку собственника карьера за негативное воздействие на окружающую среду.
Список литературы
1. Бульбашев А.П., Шувалов Ю.В. Борьба с пылью на карьерах по добыче строительных материалов. СПб.: МАНЭБ, 2006. 208 с.
2. Руководство по борьбе с пылью и пылевзрывозащите на угольных и сланцевых разрезах, 1990: материалы открытого доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200093007.
3. Amponsah-Decosta F., Annegarn H.J. Assessment of fugitive dust emissions from an opencast coal mine // Journal of the Mine Vent Soc of South Africa 51(1), 1998. Р. 5-11.
4. Торегельдин М.М., Кудусов А.М. Карьерные автодороги как источники пылеобразования // Сб. науч. тр. II междунар. науч.-практич. конф. «Интеграция современных научных исследований в развитие общества». Кемерово: Западно-Сибирский научный центр, 2017. С. 21-24.
5. EPA. Section 13.2.2 Unpaved roads. In: Compilation of Air Pollution Emissions Factors, Vol. I: Stationary Point and Area Sources, 5th Edition AP-42. Research Triangle Park, North Carolina: U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Emission Factor and Inventory Group, 1998.
6. Петленко С.В., Кошкаров В.Е., Кошкаров В.Е. Проблема обеспыливания грунтовых автомобильных дорог и оценка применения углеводородных эмульсий при их эксплуатации // Сб. науч. тр. «Актуальные вопросы проектирования автомобильных дорог». Екатеринбург: ГИПРОДОР-НИИ, 2012. С. 105-113.
7. Безопасность жизнедеятельности. Гигиеническая оценка условий труда: учеб. пособие / С.Г. Гендлер, Е.И. Домпальм, И.А. Павлов, В.Б. Соловьев // Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2009. 173 с.
8. Трубицын А.А., Ярош А.С., Трубицына Д.А. Шахтные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. Кемерово: Вост-Эко, 2007. №1. С. 15-17.
9. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли: монография. М.: Химия, 1978. 208 с.
10. Купин А.Н. Разработка комплекса мероприятий по снижению пылевыделения на угольных разрезах: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Челябинск: НИИОГР, 1995. 53 с.
11. Averdieck W. PCME ltd. Optimizing the efficiency or dust control equipment with a novel forward-scatter particulate monitoring instrument // PCME materials, 2016.
12. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов: материалы открытого доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200032408.
13. Skorseth K., Selim A.A. Gravel roads, maintenance and design manual // South Dakota Local Transportation Assistance Program, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, 2000.
14. Dust control for haul roads. U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines Open File Report 130-81. Midwest Research Institute. 1981.
15. Zborowski A.V. Protection of the atmosphere of the ecosystem "Quarry - environment - human". Dnepropetrovsk, 1997. 136 c.
16. Rosbury K.D., Zimmer R.A. U.S. USBM. Cost effectiveness of dust control used on unpaved haul roads, Vol. 1 results, analysis, and conclusions // Open File Report. Department of the Interior, Bureau of Mines 106-85. 1983.
17. Торегельдин М.М. Анализ проблемы борьбы с пылеобразовани-ем на карьерных автодорогах // Сб. науч. тр. II Междунар. науч.-практич. конф. «Интеграция современных научных исследований в развитие общества». Кемерово: Западно-Сибирский научный центр, 2017. С. 14-16.
18. Long-term effective ness of dust suppressants to reduce PM10 emissions from unpaved droads / J.A. Gillies, J.G. Watson, C.F. Rogers, D. DuBois, J.C. Chow // Journal of Air & Waste Man Assoc 49(1), 1999. С. 3-16.
Ковшов Станислав Вячеславович, канд. техн. наук, доц., kovshovsv@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Пасынков Андрей Владимирович, канд. техн. наук, доц., pasynkov.and@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет.
EVALUA TION OF DUST EMISSIONS DURING TRANSPORTA TION OF ROCK MASS AT DEPOSITS DEVELOPED OPEN PIT MINE
S. V. Kovshov, A. V. Pasynkov
The issues of dust formation and dust suppression in quarries during transportation of rock mass are considered. Foreign and Russian techniques and methods of dust control in open pit mine are analyzed. The limit number of equipment units for the Noyon-Tologoi opencast mine is established, and the dependence of the gross emission of inorganic dust on the number of dump trucks is determined. As a result of a comprehensive analysis, dust suppression methods for a polymetallic open pit mine are proposed.
Key words: dust, dust formation, dust suppression, open pit mine, automobile transport, design.
Kovshov Stanislav Vyacheslavovich, candidate of technical of sciences, docent, kovshovsv@mail. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University,
Pasynkov Andrey Vladimirovich, candidate of technical of sciences, docent, pasynkov. and@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University
Reference
1. Bulbashev A. P., Shuvalov Yu. V. Fighting dust in quarries for the extraction of construction materials. Saint Petersburg: MANEB, 2006. 208 p.
2. Guidelines for dust control and dust and explosion protection in coal and shale mines, 1990: open access materials: http://docs.cntd.ru/document/1200093007.
3. Amponsah-Decosta F., Annegarn H. J. Assessment of fugitive dust emissions from an opencast coal mine / / Journal of the Mine Vent Soc of South Africa 51(1), 1998. Pp. 5-11.
4. Toregeldin M. M., Kudusov a.m. Quarry roads as sources of dust formation / / SB. nauch. Tr. II mezhdunar. scientific-practical Conf. "Integration of modern scientific research into the development of society". Kemerovo: West Siberian scientific center, 2017. Pp. 21-24.
5. EPA. Section 13.2.2 Unpaved roads. In: Compilation of Air Pollution Emissions Factors, Vol. I: Stationary Point and Area Sources, 5th Edition AP-42. Research Triangle Park, North Carolina: U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Emission Factor and Inventory Group, 1998.
6. Petlenko S. V., Koshkarov V. E., Koshkarov V. E. the Problem of dedusting ground roads and evaluating the use of hydrocarbon emulsions in their operation / / SB. nauch. Tr. "Actual issues of designing highways". Yekaterinburg: GIPRODORNII, 2012. Pp. 105-113.
7. life Safety. Hygienic assessment of working conditions: studies. manual / S. G. Gendler, E. I. Dompalm, I. A. Pavlov, V. B. Soloviev / / Saint Petersburg state mining Institute (technical University). Saint Petersburg, 2009.173 p.
8. Trubitsyn A. A., Yarosh A. S., Trubitsyna D. A. Mine tests of the air dust control device PKA-01 // Bulletin of the scientific center for work safety in the coal industry. Kemerovo: Vosteco, 2007. No. 1. P. 15-17.
9. Klimenko A. P. Methods and devices for measuring dust concentration: monograph. Moscow: Chemistry, 1978. 208 p.
10. Kupin A. N. Development of complex of measures aimed at reducing dust emission in coal mines: abstract. dis. ... d-RA tekhn.sciences'. Chelyabinsk: niiogr, 1995. 53 p.
11. Averdieck W. PCME ltd. Optimizing the efficiency or dust control equipment with a noval forward-scatter partial monitoring instrument / / PCME materials, 2016.
12. Methodological guide for calculating emissions from unorganized sources in the construction materials industry: open access materials: http://docs.cntd.ru/ document/1200032408.
13. Skorseth K., Selim A. A. Gravel roads, maintenance and design manual / / South Dakota Local Transportation Assistance Program, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, 2000.
14. Dust control for haul roads. U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines Open File Report 130-81. Midwest Research Institute. 1981.
15. Zborowski A.V. Protection of the atmosphere of the ecosystem "Quarry - environment - human" // Dnepropetrovsk, 1997. 136 c.
16. Rosbury K.D., Zimmer R.A. U.S. USBM. Cost effectiveness of dust control used on unpaved haul roads, Vol. 1 results, analysis, and conclusions // Open File Report. Department of the Interior, Bureau of Mines 106-85. 1983.
17. Toregeldin M. M. Analysis of the problem of fighting dust formation on quarry roads // SB. nauch. Tr. II mezhdunar. scientific-practical Conf. "Integration of modern scientific research into the development of society". Kemerovo: West Siberian scientific center, 2017. Pp. 14-16.
18. Long-term effectiveness of dust suppressants to reduce PM10 emis-sions from unpaved roads / J. A. Gillies, J. G. Watson, C. F. Rogers, D. DuBois, J. C. Chow // Journal of Air & Waste Man Assoc 49(1), 1999. Pp. 3-16.
