CC BY
45
СЕМИНАР 4
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
М. Груйич, проф., д-р, Д. Гагич, проф., д-р,
Горно-геологический факультет, Белград
ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Резюме
Транспорт полезных ископаемых, особенно через хорошо сохранившуюся среду, приводит к разного рода ущербным воздействиям, начиная с загрязнения воздуха вплоть до шумов и вибраций. Возросшими требованиями к охране окружающей среды активизировались поиски таких технологий и транспортного оборудования, применением которых удалось бы, одновременно, и выполнить в полном объеме заданную функцию, и минимально нанести ущерб окружающей среде. В настоящей работе дается оценка воздействия различных видов транспорта на окружающую среду, а также рассматриваются возможности внедрения транспортных средств и технологий, отличающихся высокой степенью защиты окружающей среды. Введение
Воздействие транспорта полезных ископаемых на окружающую среду очевидно. В общем виде его можно рассматривать как влияние транспортных средств и влияние транспортируемых полезных ископаемых на окружающую среду. Известно, что расстояния от рудничных производственных участков до обогатительных цехов или других цехов первичной переработки и последующей отправки варьируются в пределах от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров. Нередко возникает необходимость транспортирования полезных ископаемых через охранные зоны (хорошо сохранившуюся среду), нуждающиеся в защите, или даже через урбанизованные территории.
Ущербные воздействия транспорта полезных ископаемых на окружающую среду направляют усилия на поиск таких технологий транспорта, которыми угрожалось бы окружающей среде лишь минимально. При этом из числа предоставляемые решений всегда необходимо выбирать лучшее, считаясь в первую очередь со спецификой данной окружающей среды, а также транспортируемыми грузами.
Настоящая работа преследует цель указать на воздействия, оказываемые на окружающую среду отдельными видами транспортных средств, предложить квантификацию возникающих ущербных воздействий. Наряду с этим будет представлен один способ выбора системы транспорта на основе мультикритериального анализа.
Экологические технологии транспорта
Тенденции современного горного дела направлены на отыскивание технологий и оборудования, отличающихся минимальными воздействиями на окружающую среду. Внешним рудничным транспортом
полезных ископаемых вызываются, чаще всего, следующие виды ущербного воздействия на окружающую среду:
♦ пересечение природных течений;
♦ деградация среды постройкой транспортных линий, энергетических и прочих объектов;
♦ шумы и вибрации почвы в процессе передвижения;
♦ повышение запыленности атмосферы;
♦ загрязнение горючим и смазочными материалами;
♦ загрязнение водотоков;
♦ рассыпка транспортируемых материалов;
♦ загрязнение отработавшими газами и др.
В системах внешнего транспорта чаще всего находят применение: грузовые автомобили, локомотивы и вагоны, ленточные конвейеры, подвесные канатные дороги, установки гидравлического и пневматического транспорта. Воздействие указанных систем на окружающую среду неодинаково, и поэтому в каждом конкретном случае оно требует отдельного рассмотрения и оценки. Однако все же возможно, в рамках наиболее часто встречающихся ущербных воздействий, дать несколько приближенные оценки, оказывающие помощь при принятии решения о применении определенного способа транспорта.
Рассмотрение соотношения системы транспорта и окружающей среды с привлечением описательносубъективных оценок может привести к значительным ошибкам при принятии решения о применении отдельных способов транспорта. Поэтому в рамках Центра по защите окружающей среды Горногеологического факультета в г. Белграде произведена квантификация воздействий на окружающую среду относительно наиболее часто применяющихся видов транспорта полезных ископаемых (табл. 1). Значения этих оценок колеблются от 0 до 1, возрастая по мере увеличения ущерба.
Учитывая отрицательные явления, имеющие место при транспортировке полезных ископаемых, их непосредственные причины и проявления, непрерывно производится поиск таких технологий, применение которых свело бы указанный ущерб к минимально возможному. Научный поиск производится в нескольких направлениях, важнейшими из которых являются следующие:
♦ уменьшение при транспортировке контакта полезных ископаемых с атмосферой;
♦ газоочистка отработавших газов, образующихся в результате сгорания жидкого топлива;
♦ предотвращение загрязнения водотоков сточными водами, загрязняющимися в процессе транспортирования.
Возможное загрязнение воздуха вследствие кон-
транспортируемыми на ленте грузами посредством изолирования трассы металлическими или пластмассовыми покрытиями выполняется в нескольких модификациях. Нередко она выступает в комплексе с защи-
Таблица 1
Ущерб Виды транспорта
транспорт грузовыми автомобилями рельсовый транспорт конвейерный транспорт канатные подвесные дороги трубопроводный транспорт
пересечение природных течении 0.25-0.30 0.25-0.30 0.45-0.55 0.00-0.10 0.10-0.20
деградация среды 0.30-0.35 0.40-0.50 0.25-0.35 0.15-0.20 0.10-0.20
шумы и вибрации 0.50-0.60 0.40-0.55 0.10-0.20 0.10-0.20 0
повышение запыленности 0.65-0.75 0.15-0.20 0.60-0.70 0.40-0.45 0
загрязнение горючим и смазочными материалами 0.30-0.35 0.10-0.35 0.00-0.10 0.30-0.35 0.10-0.40
рассыпка грузов 0.40-0.50 0.10-0.15 0.30-0.35 0.70-0.80 0
загрязнение отработавшими газами 0.60-0.75 0.00-0.65 0 0 0
а) б) в)
Рис.1. Предотвращение контакта грузов с внешней средой при конвейерном транспорте
такта с полезными ископаемыми больше всего имеет место при системах непрерывного транспорта. При транспортировке насыпных грузов ленточными конвейерами контактная поверхность грузов с воздухом в пересчете на м3 перевезенного груза составляет 5-22 м2/м3, и она в среднем в 15 раз больше, чем при транспортировке грузовыми автомобилями. Поэтому в мировой науке значительное внимание уделяется изучению технологий непрерывного транспорта с крытым грузонесущим органом. Наряду с этим все больше прилагаются усилия для разработки крытых линий классических ленточных конвейеров в целях изолирования грузов от внешней среды.
Конвейеры с крытым грузонесущим органом обеспечивают, помимо предотвращения контакта полезных ископаемых с воздухом в процессе передвижения, предохранение от рассыпки грузов вдоль трассы. На рис. 1 представлены поперечные сечения конвейерного транспорта с крытой трассой грузопотока и крытым грузонесущим органом.
Механическая защита внешней среды от контакта с
той от условий погоды и неблагоприятных климатических изменений. В общем известностью пользуются два типа защиты: (1) с большим профилем, обеспечивающим также проход через защищенный коридор рабочего персонала в случае ремонта, и (2) с небольшим необходимым покрытием всей трассы раздвижными металлическими или пластмассовыми колпаками (рис. 1а). Для транспорта через хорошо сохранившуюся внешнюю среду (охранные зоны) все более и более применяется другой этот тип, поскольку требует меньшего пространства и в меньшей степени нарушает внешний облик среды. Покрытие трассы выполняется сборными отрезками длиной 1,5-3,0 м, удобными для быстрой разборки в случае ремонта и обслуживания.
Полное закрытие профиля достигается у ленточных конвейеров, занимающих трубчатое положение (рис .1
б). Несущая лента в данном случае посредством роликов или колец постепенно изгибается до получения трубчатой формы. По всей длине лента остается с такой формой (за исключением случаев, когда погрузка производится в нескольких пунктах), приобретая снова в узлах разгрузки плоскую форму, чтобы в таком виде пройти по разгрузочным и оборотным барабанам. Порожняя ветвь ленты может быть плоской или также трубчатой формы, выполняя в таком случае роль реверсивного конвейера.
Ленточные конвейеры, занимающие трубчатое положение, могут применяться при транспортировании мелкокусковых грузов, например, при транспортировке малоабразивных полезных ископаемых (угля, мергелей и т.п.). Наиболее чувствительным узлом данного конвейера является резиновая лента, которая должна
быть эластичной. Поэтому она изготовляется не более, чем с 4 тканевыми прокладками, или же оснащается стальным тросом, а также арамидовыми волокнами. Наряду с этим очень важно добиться хорошего и рав-номерного перекрытия кромок груженой и порожней
ветвей ленты. Защита несущего органа осуществляется также применением конвейеров с прижимающей лентой. Конвейеры эти (рис. 1в) известны под названием «сандвич конвейеров». Они пользуются значительными преимуществами относительно своей производительности и преодоления большого угла наклона. Транспорт здесь производится так, чтобы несущая лента с грузами была закрыта с помощью верхней (прижимающей) ленты, что предотвращает контакт грузов с внешней средой, позволяя также транспортирование при высоких значениях угла наклона. Прижим верхней лентой может осуществляться различными способами, но чаще всего это достигается при помощи роликов, прижимаемых пружинами.
При применении конвейерного транспорта наиболее уязвимыми с точки зрения защиты окружающей среды являются перегрузочные (пере-сыпные) пункты. Проведенными исследованиями по отдельным полез-
ным ископаемым подтверждена актуальность данной проблемы как для самой рудничной среды, так и систем внешнего транспорта.
Вопрос о загрязнении атмосферы в перегрузочных пунктах решается применением стандартных способов изолирования и обеспыливания. Однако в полной степени не удается, как показывает практический опыт, устранить пыль, особенно ту самую вредоносную. Поэтому при более современных технологиях транспорта имеет место попытка сократить число пересыпных пунктов, т.е. свести его к возможно меньшему количеству, а в отдельный случаях полностью от них отказаться.
Если исходить из того факта, что пересыпные пункты в системе транспорта появляются в местах изменения направления транспорта в горизонтальной плоскости, то решение проблемы следует искать в возможности устанавливать конвейеры на поворотах. Таким образом, помимо избежания перегрузочных пунктов, удалось бы обойти и природные препятствия, реки, населенные пункты и т.д. Надежность таких систем значительно увеличивается, сокращается количество требуемых энергетических и других объектов вдоль трассы, уменьшаются потери энергии.
За последние 20 лет в мире установлено на горизонтальных поворотах уже несколько десятков систем транспорта с лентой. Эксплуатационная производительность ленточных конвейеров колеблется в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч перевезенных тонн/ч. В плане теории минимальный радиус поворота составляет 200 м. Однако на практике лучшие результаты достигаются с использованием радиусов поворота 700-3000 м.
Видом транспорта, который меньше всего загрязняет окружающую среду, является пневматический транспорт с капсулами(рис. 2). Установка состоит из двух параллельных трубопроводов диаметром 0,8-1,2 м, через которые металлические капсулы транспортируются под давлением воздуха. Трубы снаружи защищаются битумным покрытием и стыкуются температурным швом, с возможностью прокладки в почву, или их перекидывают через мосты, устанавливают через туннели и штольни.
Установка для транспорта капсулами состоит из нагнетательного (главного) вентилятора 1, вытяжного (вспомогательного) вентилятора 2, транспортной ленты 3, питателя 4, дозаторов 5, распределительного клапана 6, отверстия для воздуха 7, погрузочной станции 8, разгрузочной станции 9, пусковой установки 10, переключающего устройства II, ремонтного сектора
3
Рис. 2. Схема установки для транспорта капсулами
і
Рис. З. Система транспорта с угольными патронами:
1 - раздробленный уголь; 2 - мешалка; 3 - связующие вещества; 4 - выжимание; 5 - уплотнение; 6 - угольные патроны; 7 - подготовка к транспорту; 8 - трубопровод; 9 - вода; 10 - отделение патронов от воды; II - вода и мелкий уголь; 12 - отделение мелкого угля; 13 - нечистая вода; 14 - мелкий уголь; 15 - центрифуга; 16 - очистка воды; 17 - дробилка
12, капсул 13.
Емкость капсул - 0,8-1,2 м3. Внутренность капсулы оснащена вертикальными стенками в целях более легкого опорожнения, производимого автоматическим способом через дно в процессе перемещения капсул. На обоих концах каждая капсула оснащена ходовой частью из пяти колес, выполняющей роль направляющей. Колеса имеют равномерное, звездообразное расположение, а установлены они на цапфах подшипников на центральной оси капсулы.
Погрузка материалов производится на погрузочных станциях посредством системы дозаторов,
количество которых согласовано с количеством капсул, образующих движущийся капсульный состав (обычно 3). Перемещение обеспечивается посредством нагнетательных (главных) вентиляторов, создающих давление 25000-45000 Н/м2. Скорость передвижения капсул - 5-10 м/с. При помощи клапанов и отверстий для воздуха контролируется прибавление скорости и замедление.
Рассматриваемая транспортная установка нашла наиболее успешное применение при транспортировании известняков от карьера Карасава до цементного завода в Точиге (Япония). Транспортное расстояние составляет 3,2 км, диаметр трубопровода - 998 мм, макс. уклон - 9 %, макс. подъем - 6 %. Применением этой системы транспортируется 2,4 млн. т известняков в год.
Чтобы устранить недостатки гидравлического транспорта относительно защиты окружающей среды внедряется новый способ транспорта при помощи угольных патронов (бревен). На рис. 3 представлена схема этого способа транспорта.
Принцип работы данной системы заключается в том, чтобы из измельченного угля с прибавлением связующих веществ или без них сформировать патроны (бревна), которые будут транспортироваться по
трубопроводам. Диаметр угольных патронов составляет 85-95% диаметра трубы, причем длина их в 1,5-2 раза больше диаметра. Соотношение по весу угля и воды в трубопроводе составляет приблизительно 3:1.
Угольные патроны можно изготовлять применением гидрофобного связующего вещества (чаще всего из асфальтовой эмульсии). Патроны эти отличаются завышенной водостойкостью и хорошим сопротивлением истиранию. Изготовлять патроны можно и без связующего вещества при уплотнении их под высоким давлением и нагревом при температуре около 100°С. Выбор наиболее оптимального (с точки зрения экологии) способа транспорта
Окружающая среда, через которую проходят транспортные системы, может быть различной. Степень воздействия отдельных средств транспорта различна в зависимости от видов окружающей среды. В общем случае различают четыре категории окружающей среды, а именно:
♦ особо охраняемые территории (национальные парки, заповедники и т.п.);
♦ охранные зоны (хорошо сохранившаяся среда);
♦ частично деградированные территории (рудничные дворы, близрасположенные отвалы и т.п.);
♦ урбанизованные территории (города, села, рудничные поселки).
Степень отрицательного воздействия на окружающую среду отображена графически на рис. 4, где представлены следующие виды ущерба: пересечение природных течений
(A), нарушение постройками внешнего облика среды
(B), шумы и вибрации (С), повышение запыленности
(D), загрязнение горючим и смазочными материалами
(E), рассыпка грузов при транспортировке (F), загрязнение отработавшими газами (G), ущерб от аварий (Н).
По данным графического изображения можно определить весовые коэффициенты по отдельным видам ущерба окружающей среде, наносимого транспортированием полезных ископаемых.
При рассмотрении некоего множества вариантов транспорта полезных ископаемых применяют о основном два типа анализа: технико-эконо-мический и мультикритериальный. При выборе системы транспорта через окружающую среду имеет место множество критериев для принятия решения. Именно поэтому и можно применить мультикритериальный анализ.
В рамках Центра по защите окружающей среды Горно-геологического факультета в г. Белграде для решения конкретных проблем внешнего транспорта применяют, помимо прочих, и метод MATRIX. В общем виде метод основывается на построении двух матриц: одна из них (ю:) представляет собой степень влияния принятых критериев (весовые коэффициенты), другая (Kj) - квантификацию критериев по каждому рассматриваемому варианту.
Рис. 4. Ущерб окружающей среде
Произведение матриц ю: и К дает матрицу, элементы которой представляют собой численные значения по каждому рассматриваемому варианту.
[®1 Ю2 ... ... Ющ]х
" к11 к12 • • кц • к1п "
к21 к22 • • к21 • • к2п
к1 к2 • • к9 • • кп
кт1 кт2 • • кщ • • к тп
(1)
Элементы матрицы ю: принимают, исходя либо из значений t на диаграмме (рис. 1) либо данных соответствующих таблиц, а именно:
7,5 7,5 7,5 7,5
[0,13 0,15 0,15 0,15 0,19 0,23]х 14,0 12,0 15,0 17,0
10,0 12,0 16,0 16,0
7.0 16,0 8,0 12,0
6 0 7 0 10 0 10 0
6.0 9,0 7,0 3,0
На основе данного произведения получена матрица О| - Элемент этой матрицы, имеющий наибольшее численное значение, указывает на оптимальное решение:
О = [8.145 10.375 10.075 10.950]
Из предыдущей матрицы можно увидеть, что в конкретном случае четвертый вариант (комбиниро-
Таблица 2.
Е =1
к=1
(2)
Применение данного метода лучше всего можно проиллюстрировать конкретным примером:
Необходимо транспортировать полезные ископаемые с карьера известняков через хорошо сохранившуюся среду (категория II). Рассматривались четыре варианта: транспорт автомобилями, сочетание автомобильного и железнодорожного транспорта, транспортирование ленточными конвейерами, комбинированный транспорт ленточными конвейерами и подвесными канатными дорогами. В табл. 2 представлены обработанные входные данные для мультикритери-ального анализа.
Значения влияющих параметров из предыдущей таблицы получены на основе следующего выражения:
Ца^суО^)
(3)
где с1 - максимальное значение К| (а1) относительно отдельных критериев; с1 - соответствующее значение оценки (табл. 1).
По данным из таблицы. 2 можно составить матричное произведение:
ванный транспорт ленточными конвейерами и подвесными канатными дорогами) является наиболее оптимальным относительно защиты окружающей среды. Выводы
Потребности современного общества в минеральном сырье накладывают повышенную обязанность продолжать научные поиски экологизированных технологий. Внешний транспорт как значимый сегмент процесса добычи полезных ископаемых находит место в этих разысканьях, и поэтому особое внимание заслуживает разработка таких способов транспорта, которые в высокой степени считаются с требованием защиты окружающей среды.
Применение средств транспорта, для которых характерно отсутствие непосредственного контакта транспортируемых грузов с атмосферой и средой, способствует уменьшению ущербных воздействий. Загрязнение окружающей среды уменьшается также за счет полного отказа от перегрузочных пунктов вдоль трассы или значительного сокращения их количества. Указанные технологии транспорта все больше получают распространение в развитых горнодобывающих странах, в которых бок о бок ставятся две задачи: эксплуатация полезных ископаемых и защита окружающей среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kennedy A: Limestone Transportation by Capsule Pipeline, Mining Magazine, Dec. 1993.
2. Wilson J. W., Zhao B.: Coal Log Pipeline Technology for the Transportation of Coal, Conference "Development of New Technologies and equipment for Mine Haulage", Belgrade, 1996.
3. Grujic M., B. Kolonja: Tehnologije transporta mineralnih sirovina koje minimalno ugrozavaju zivotnu sredinu, Save-
tovanje «Rudarstvo i zastita zivotne sredine», Beograd, 1996.
4. Grujic M., Tomasevic A., Nedeljkovic R.: Vrednovanje uticaja rudarske proizvodnje na zivotnu sredinu, «Nasaekolos-kaistina» Zbomikradova, Zajecar, 1996.
5. Grujic M, A. Tomasevic Choice of outside transportation system in underground coal mines by multiple criteria analysis. Underground Mining Engineering, No 4, Belgrade, 1996.
© М. rpyMMH, fl. Tamn
