CC BY
29
© B.C. Кузнецов, 2015
УДК 622.8 B.C. Кузнецов
РАЗРАБОТКА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ ВЕЛИЧИНЫ РИСКА ИНТОКСИКАЦИИ НАСЕЛЕНИЯ ДЛЯ ТЕРРИТОРИЙ, СМАЧИВАЕМОСТИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ ПРИЛЕГАЮЩИХ К ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫМ ПРЕДПРИЯТИЯМ
Рассмотрена процедура районирования территории, окружающей предприятие, занимающееся открытой разработкой железных руд, по величине риска интоксикации населения. Описывается методика расчета риска интоксикации населения загрязненным воздухом, основанная на вычислении вероятностных величин факторов, определяющих конечный уровень аэротехногенной нагрузки. Также предложен аэродинамический способ по уменьшению выноса пыли с поверхности пылящих участков хвостохранилища.
Ключевые слова: горно-обогатительный комбинат, источник загрязнения атмосферы, неорганическая пыль, пыление, риск интоксикации, хвостохранилище, районирование территории.
При производстве открытых горных работ в воздушную среду поступает значительное количество пол-лютантов, причем основным загрязняющим веществом выступает пыль (неорганическая пыль БЮ2 20-70%). Для человека особую опасность представляют собой пылинки, способные проникать в альвеолы и периферии легкого. В мировой практике с учетом рекомендаций Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в ряде стран осуществлен переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц пыли с размерами менее 10 мкм (РМ10) [2].
Источниками загрязнения атмосферы при открытой добыче полезных ископаемых, являются основные производственные процессы и эксплуатация производственных объектов. Например, вклад каждого загрязняющего вещества выделяющего-
ся в результате функционирования Оленегорского ГОКа к обшей сумме загрязняюших вешеств составляет: твердые частицы - 36,1%, диоксид серы - 29,7%; оксид углерода - 22,4%; оксиды азота - 8,8%; углеводороды - 3%. В результате анализа данных было выявлено, что основными источниками пылевыделения при работе Оленегорского ГОКа являются технологические процессы, связанные с непосредственной добычей и переработкой полезного ископаемого. При этом удельный вклад каждого процесса в загрязнение атмосферы составляет: пыление хвостохранилиша - 80%; пыление при отвалообразовании - 12%; взрывные работы - 5 %; погрузка и транспортирование горной массы - 2%; бурение скважин - 1%.
Основным источником выделяюшими пыль в атмосферный воздух является процесс выноса пыли с поверхности сухих пляжей хвостохранилиша. Хвосты представляют собой тонкозернистый материал. Все фракции которого являются эрози-онноопасными. В летний период, когда поверхность хвосто-хранилиш нагревается, она быстро теряет влагу и легко поддается ветровой эрозии. Обезвоженные участки хвостохранилиш при скорости ветра 5-7 м/с и более становятся интенсивными источниками выделения пыли. Неорганическая пыль, образуемая в результате взаимодействия атмосферных воздушных потоков с отходами обогашения, распространяется на значительные расстояния. Распределение ее концентрации в атмосферном воздухе имеет сложный характер, определяемый метеорологическими условиями (температура, влажность, скорость и направление ветра) и горнотехническими особенностями разработки (физико-механические свойства пород, геометрические размеры хвостохранилиша, способы намыва пляжей хво-стохранилиша и т.д.). Выпадая из атмосферного воздуха на поверхность земли, химические элементы, содержашиеся в пыли, оказывают угнетаюшее воздействие на воду, почву, растительность, лесные массивы и т.п.
В том случае, когда пылевое облако от хвостохранили-ша достигает мест проживания людей, то в этих районах повышается риск (И), характеризуюшихся уровнем интоксикации населения. В связи с этим разработка природоохранных мероприятий прежде всего должна быть направлена на ограничение выделения пыли от так называемых плошадных источников.
Таблица 1
Значения коэффициентов р и К
Класс опасности Характеристика веществ Р К
1-й класс чрезвычайно опасные 2,40 7,5
2-й класс высоко опасные 1,31 6,0
3-й класс умеренно опасные 1,00 4,5
4-й класс малоопасные 0,86 3,0
Зависимость риска интоксикации от соотношения фактической концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе к предельно допустимой концентрации и класса опасности вещества имеет вид [1]:
пР
Я = 1 - ехр \ -0,174
С,
ПДК, ■ К
(1)
где I - время экспозиции (принимается равным 25 годам); в, К - коэффициенты, учитывающие особенности токсических свойств веществ (табл. 1), значения коэффициентов приведены применительно к времени экспозиции равной 25 годам; С / ПДК 1 - соотношение концентрации 1 - ого загрязняющего вещества, к его предельно допустимой концентрации, данное соотношение является безразмерным, так как размерности С!
и ПДК, совпадают.
Для разработки природоохранных мероприятий по снижению риска интоксикации, необходима информация о характере его распределении по территории. Реализация этой задачи может выполняться в следующей последовательности:
1. На первом этапе устанавливается вид случайных законов изменения факторов, определяющих уровень аэротехногенной нагрузки и на их основе вычисляются вероятности р,-равенства величины каждого из определяющих факторов конкретному значению V,-.
2. Если предположить, что ситуация, при которой выше указанные параметры становятся равными конкретным значениям, образует независимые в совокупности события, то веро-
п
ятность их совмещения составляет Е^ = П Р,, где п — общее
1
число факторов, принимаемых во внимание при расчете ко-
нечного значения величины аэротехногенной нагрузки, т.е. концентрации пыли, газа и т.п., ; - порядковый номер комбинации исходных данных.
3. При заданном сочетании исходных данных, характеризующих рассматриваемые факторы, на основе унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы «Эколог», (Версия 3.0) устанавливаются численные значения, характеризующие аэротехногенную нагрузку С., т.е. концентрации пыли, метеорологические условия и т.п. Вероятность достижения величины техногенной нагрузки рассчитанному значению С будет равна ЪР. Если окажется, что величина С] (или значение близкое к ней) достигается при различных т сочетаниях исходных данных, то суммарная вероятность достижения величины техногенной нагрузки рассчитанному значению С будет составлять тЪР.
4. После завершения численного эксперимента в координатах С, Ер строится функция распределения вероятности случайной величины С..
Уровень аэротехногенной нагрузки (численное значение С..) будет определять экологический ущерб (последствия техногенного воздействия, выраженные в стоимостной форме), который наносится окружающей среде, в том числе здоровью людей, в результате добычи полезных ископаемых. При этом, чем больше по абсолютной величине С, тем больше величина экологического ущерба. С другой стороны, каждое значение С] реализуется с определенной вероятностью, которая будет иметь минимальное значение в случаях минимального и максимального значений С.. В этой связи интегральным показателем, определяющим уровень аэротехногенной нагрузки, является риск интоксикации человека. Максимальное значение риска характеризует тот уровень аэротехногенной нагрузки, на снижение которого должны быть направлены природоохранные мероприятия. Установление конкретного комплекса этих мероприятий будет связано с количеством влияющих факторов и степени их воздействия на конечное значение С..
Рассмотрим особенности применения вышеописанного подхода на примере Оленегорского ГОКа [4].
Химический анализ проб, выполненный рентгенофлуорес-центным методом, показал, что отходы хвостохранилища, в ос-
новном (67,5 ± 6,7 %) представлены ЭЮ2, что позволяет отнести пыль, выделяющуюся с поверхности, к третьему классу опасности.
Определение уровня пылевого воздействия было осуществлено для пылящих участков хвостохранилища общей площадью более 30 га. Вначале была вычислена величина выброса неорганической пыли с поверхности хвостохранилища, а затем выполнен расчет площадного распределения концентрации неорганической пыли от данного источника [4, 6]. Для дальнейшей обработки данных был сформирован ГИС — проект на участок, представляющий собой прямоугольник площадью 124,2 км2.
В результате численной реализации данного ГИС — проекта установлено пространственное распределение риска интоксикации (рис. 1).
Рис. 1. Пространственное распределение риска интоксикации пылении с хвостохранилиша
Таблица 2
Дифференциация территории города Оленегорска в зависимости от величины риска интоксикации
Источник Территория города подвергаемая риску интоксикации Диапазон риска интоксикации
Хвостохранили- 1,37 % 0,15-0,2
ще 32,03 % 0,2-0,3
51,63 % 0,3-0,4
14,97 % 0,4-0,5
На основании полученных данных (рис. 1) было произведено районирование территории, занимаемой городом Олене-горском, в соответствии со значениями риска интоксикации (табл. 2).
Поскольку хвостохранилище является основным источником пылевыделения, а время пыления, как правило, ограничено летним периодом, то использование мероприятий связанных с закреплением пылящей поверхности различными химическими составами или орошение поверхности водой может оказаться экономически нецелесообразным. В результате проведенных исследований было установлено, что суммарная площадь пылевого загрязнения определяется скоростью ветра, т.е. снижение скорости ветра до необходимой величины, позволяет локализовать пылевое загрязнение с концентрацией превышающую предельно-допустимую, в пределах требуемой санитарно-защитной зоны.
Для решения этой задачи предлагается аэродинамический способ снижения выноса пыли с поверхности хвостохранили-ща, основанный на установке по площади пылящей поверхности с учетом розы ветров экранов. При этом экраны сооружаются по периметрам квадратных участков со стороной Ьч (рис. 2). Расстояние между экранами (Ьуч,м) и их высота (Нзаг,м) выбирается из диапазона 1,5-3 м, при условии превышения Ьч величины 10 м., и заданного снижения скорости ветра (У/,т,м/с). Например при снижении скорости ветра соответственно на 40; 50; 60; 70 % высота заграждения Наг может составлять 1,5; 2; 2,5; 3 м соответственно.
5
Рис. 2. Аэродинамический способ снижения выноса пыли с поверхности хвостохранилиша: 1 — контур пылящей поверхности; 2 — Ь пылящий участок; 3 — опоры; 4 — защитные экраны; 5 — граница санитар-но-защитной зоны
Для создания такого заграждения всю пылящую поверхность хвостохранилиша (1) разбивают на квадратные участки со стороной Ly4 (2). По периметрам участков устанавливают опоры (3), на которые закрепляют экраны (4), выполненные из гибкого материала. В качестве гибкого материала может быть использован, например, ячеистый полимер. Данный способ запатентован, патент № 2285800 [7].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алымов В. Т. Анализ техногенного риска: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Круглый год, 2000, с. 112-122.
2. Корнева E.H. Манифестные заболевания: жизнь под давлением // Территория и планирование № 5, 2012.
3. Кузнецов B.C. Воздействие внешних отвалов пустой породы на состояние атмосферного воздуха при открытой разработке железорудных месторождений северных регионов // 7-я Международная Конференция по-проблемам горной промышленности, строительстваиэнергетики. Материалы-конференции: ТулГУ, Тула, 2011, Т 2, 226-234 с.
4. Кузнецов B.C. Пространственное распределение экологического риска при работе железорудных карьеров // ГИАБ № 1, 2006, с. 196200 с.
5. Кузнецов B.C. Оценка влияния отвалов пустой породы на состояние атмосферного воздуха при открытой разработке железорудных месторождений, расположенных в северных регионах. Проблемы рационального природопользования / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». (Записки Горного института. Т.203) - СПб, 2013, с.182-184.
6. Яйли Е.А. Научные и прикладные аспекты оценки управления урбанизированными территориями на основе инструмента риска и новых показателей качества окружающей среды- СПб.: РГГМУ, ВВМ, 2006. -448 с.
7. Пат. 2285800 РФ, МПК7 E21 C41/32. Способ снижения выноса пыли с поверхности техногенного массива / С. Г. Гендлер, В. С. Кузнецов, Н. А. Мироненкова: заявл. 21.06.05; опубл. 20.10.06, Бюл. № 29. ГТТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Кузнецов Владимир Сергеевич — кандидат технических наук, доцент, [email protected],
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
UDC 622.8
DEVELOPMENT OF NATURE PROTECTION ACTIONS ON THE BASIS OF THE SIZE RISK INTOXICATION OF THE POPULATION, FOR TERRITORIES ADJACENT TO THE MINING AND PROCESSING ENTERPRISES
Kuznetsov Vladimir Sergeevich, associate professor, PhD eng. sc., [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia.
In this work procedure of division into districts the territory surrounding the enterprise which is engaged in open-cast mining of iron ores in size of risk intoxication the population is considered. The method calculation risk intoxication the population the polluted air based on calculation probabilistic sizes the factors determining the final level aero technogenic loading is described. The aerodynamic way on reduction of carrying out dust from a surface of the raising dust sites the tailings dam is also offered.
Key words: mining and processing works, source of pollution of the atmosphere, inorganic dust, dusting, risk of intoxication, tailings dam, division into districts of the territory.
REFERENCES
1. Alymov V.T. Analiz tehnogennogo riska (Analysis of technogenic risk): Uchebnoe posobie dlja studentov vuzov. Moscow: Kruglyj god, 2000, pp. 112-122.
2. Korneva E.N. Manifestnye zabolevanija: zhizn'pod davleniem (Manifest diseases: life under pressure)// Territorija i planirovanie No 5, 2012.
3. Kuznecov V.S. Vozdejstvie vneshnih otvalov pustoj porody na sostojanie atmosfer-nogo vozduha pri otkrytoj razrabotke zhelezorudnyh mestorozhdenij severnyh regionov (Impact of external dumps of dead rock on a condition of atmospheric air at open-cast mining of iron ore fields of northern regions)// 7-ja Mezhdunarodnaja Konferencija poproblemam gornoj promyshlennosti, stroitel'stvaijenergetiki. Materialykonferencii: TulGU, Tula, 2011, T 2, 226-234 p.
4. Kuznecov V.S. Prostranstvennoe raspredelenie jekologicheskogo riska pri rabote zhelezorudnyh karerov (Spatial distribution of an environmental risk during the work of iron ore pits)// GIAB No 1, 2006, pp. 196-200.
5. Kuznecov V.S. Ocenka vlijanija otvalov pustoj porody na sostojanie atmosfernogo vozduha pri otkrytoj razrabotke zhelezorudnyh mestorozhdenij, raspolozhennyh v severnyh regionah. Problemy racionalnogo prirodopol'zovanija (Assessment of influence of dumps of dead rock on a condition of atmospheric air at open-cast mining of the iron ore fields located in northern regions. Problems of rational environmental management)/ Nacional'nyj mineral'no-syr'evoj universitet «Gornyj». (Zapiski Gornogo instituta. T.203) SPb, 2013, pp.182-184.
6. Jajli E.A. Nauchnye i prikladnye aspekty ocenki upravlenija urbanizirovannymi terri-torijami na osnove instrumenta riska i novyh pokazatelej kachestva okruzhajushhej sredy (Scientific and applied aspects of an assessment of management of the urbanized territories on the basis of the instrument of risk and new indicators of quality of environment). SPb.: RGGMU, VVM, 2006. 448 p.
7. Pat. 2285800 RF, MPK7 E21 C41/32. Sposob snizhenija vynosa pyli s poverh-nosti tehnogennogo massiva / S. G. Gendler, V. S. Kuznecov, N. A. Mironenkova: zajavl. 21.06.05; opubl. 20.10.06, Bjul. № 29.
