Экология

Интенсификация процессов добычи и переработки минерального сырья, характерная для современного развития горного производства, связана с весьма значительным загрязнением окружающей среды, в частности, атмосферного воздуха пылью. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы выбросами пыли вносят неорганизованные открытые источники пылевыделения, основными из которых являются пылящие поверхности техногенных массивов (80 %). В настоящее время только в России извлечено из недр и находится в отвалах и хвостохранилищах около 500 млрд. м3 горных пород и отходов переработки полезных ископаемых. Техногенные массивы характеризуются большими площадями и нарушенной поверхностью, на которой под воздействием атмосферных условий происходят процессы пылеобразования (в сутки с 1 га — от 2 до 5 т пыли), способствующие распространению пыли на большие расстояния. По данным исследований установлено, что при привнесенном количестве пыли более 58 кг в месяц на 1 га, наблюдается эффект угнетения жизнедеятельности большинства растений и животных этого района. Существующие способы предотвращения пыления основаны либо на закреплении пылящих поверхностей с помощью экологически вредных химических веществ, либо на проведении биологической рекультивации. Тем не менее, несмотря на большой объем и достигнутые успехи исследований, до настоящего времени комплексного экологически безопасного и биологически продуктивного метода обеспыливания не существует.

Основные положения.

1. Основными источниками пылевыделения, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду при открытой разработке месторождений и складировании отходов, являются стационарные и техногенные нестационарные площадные массивы, интенсивность пылеобразования которых определяется объемами отбиваемых, транспортируемых и перемещаемых пород, площадью поверхности, скоростью ветра, гранулометрическим составом и плотностью пыли в виде степенно-показательных зависимостей. 2. Снижение пылевой нагрузки на окружающую среду обеспечивается связыванием частиц пыли в процессе пылеобразования путем добавления к мокрым средствам пылеподавления клеящего материала на основе органического, экологически чистого вещества — сапропеля, обладающего биоактивными свойствами и обеспечивающего образование упрочненного биопродуктивного слоя на больших территориях. 3. Для реализации разработанного способа пылеподавления целесообразно использовать усовершенствованную модель установки для связывания аэрозолей и аэрогелей пыли (на основе снегогенератора), режим эксплуатации которой определяется климатическими параметрами, а область эффективного применения находится в пределах ветровой нагрузки до 8-10 м/с.

2. Анализ влияния источников пыли ГП на окружающую среду.

Источники образования и выделения пыли на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях: По оценкам специалистов мировое потребление минерального сырья достигло около 12 млрд. т в год, а извлечение горных пород из недр ежегодно составляет около 100 млрд. т . В целом по России добыча угля составляет 259,9 млн.т (по данным Минэнерго России и «Росинформугля»), металлических руд — 230 млн.т, стройматериалов — 1,4 млрд.т. Одновременно с увеличением масштабов добычи и переработки минерального сырья наблюдается рост мощности единичного горного производства, под которым понимается концентрация добычи и переработки сырья в отдельных горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Общий рост добычи и мощности добывающих предприятий вызывают рост отрицательного воздействия горнодобывающего и перерабатывающего производства на окружающую среду. При этом следует иметь в виду, что в связи с истощением запасов богатого минерального сырья, возрастают объемы добываемой горной массы и количество отходов переработки минерального сырья. В результате происходит образование техногенных массивов, представленных горными породами, отходами обогащения, золами, шлаками, шламами. В настоящее время только в России извлечено из недр и находится в отвалах и хвостохранилищах около 500 млрд. м3 горных пород и отходов переработки полезных ископаемых. Примером может служить производство чугуна и стали, при котором все технологические процессы сопровождаются большим количеством отходов в виде шлаков, которые становятся источником пыления в атмосферу, проникают в гидросферу и литосферу. Для производства 1 т чугуна нужно извлекать из недр 100 т руды и практически те же 100 т складировать в виде отходов в шлакоотвалы. На сегодняшний день в них накоплено около 500 млн. т шлаков, к которым ежегодно добавляется около 80 млн. т . Ветры разносят образующуюся при их хранении пыль, усугубляя экологическую обстановку в городах и регионах. Только в Воркутинском промышленном районе от деятельности шахт и обогатительных фабрик образовано 28 отвалов и золоотстойников содержащих 24414,6 тыс. м3 породы и более 9 млн. т. золошлаков (3 класс опасности), соответственно, которые представлены кусковатой или мелкодисперсной массой. Даже такие горные производства, как карьеры и дробильные фабрики строительного камня (диабаз, гранит, песчаник, известняк и др.) дают до 20 % отсева, не используемого, а складируемого на поверхности. До 40-60 % этого материала составляет пыль с размерами частиц не более 1 мм. Выход из сложившегося положения необходимо искать путем разработки на горнодобывающем и перерабатывающем предприятии новых способов пылеподавления, так как по количеству выбрасываемых веществ в окружающую среду пыль является основным загрязнителем, наряду с оксидом углерода. Практически все производственные операции, выполняемые на карьерах: взрывные работы, бурение, экскавация транспортирование горной массы складирование, сопровождаются пылеобразованием. Мощные выбросы пыли происходят при массовых взрывах (100-250 т). Пылевое облако при массовом взрыве выбрасывается на высоту 150-300 м, в своем развитии оно может достигать высоты 16 км и распространяться по направлению ветра на значительные расстояния (10-14 км).

Источники пыли при ОГР:

- Экскавация - Пыль с поверхностей отвалов - Взрывные работы - Бурение скважин - Транспортирование горной массы

Значительным пылевыделением сопровождается транспортировка горной массы в карьерах, особенно велико оно при использовании автомобилей (в угольном карьере - 3000-4000 мг/с, в рудном - 600-1200 мг/с). В угольных шахтах наибольшее количество пыли образуется при выемке угля и проведении выработок. Наиболее интенсивно пыль образуется при работе очистных и проходческих комбайнов, на долю которых приходится 90-95 % всей пыли, образующейся при проведении горных работ. Исследованиями установлено, что общее количество пыли, содержащееся в разрушенном угле, складывается из вновь образованных частиц и частиц, находящихся в пустотах и трещинах пласта. Основными источниками загрязнения атмосферы пылью при переработке минерального сырья являются агломерационное, доменное, сталеплавильное производства. Дополнительно к ним действуют, как при ведении работ, так и после прекращения деятельности горнодобывающего и перерабатывающего предприятия, такие источники, как отвалы (не менее 30 % площади), пляжные зоны хвостохранилищ (25 % площади) и эрозионные зоны. Например, на Лебединском горно-обогатительном комбинате объекты промышленной площадки, занимая немногим более 10 % общей площади предприятия, выбрасывают в атмосферу более 60 % всей пыли. В зависимости от расположения, все источники пыли делятся на внешние и внутренние. От внешних источников пыль посредством ветра проникает в выработанное пространство, ухудшая состояние его атмосферы. К этим источникам относятся дробильные установки, обогатительные и агломерационные фабрики, металлургические предприятия, шлаковые отвалы, автомобильные дороги и др. Внутренние источники (буровые станки, выемочно-погрузочные машины, взрывные работы, дробилки и др.) вызывают как местное, так и общее загрязнение атмосферы. При этом по характеру действия все внутренние источники классифицируются как точечные, объемные, линейные и распределенные.

Кроме того, источники пыли могут быть непрерывно действующими и периодическими. По положению источники бывают стационарными и не стационарными, равно как и по интенсивности поступления пыли в окружающую среду (стабильное и нестабильное). Выбросы пыли в атмосферу зачастую имеют региональный и глобальный характер с необратимым влиянием на биосферу. Региональное запыление атмосферы характерно для промышленных городов, где в настоящее время среднее число пылевых частиц в 1 м3 атмосферного воздуха составляет до 10000 единиц. Однако, это не относится, например, к глобальному распространению тонкодисперсных канцерогенных асбестовых волокон, число которых вблизи мест добычи и переработки асбеста в среднем составляет 12000-14000 в 1 м3, а на удалении 7- 8 км от мест добычи - свыше 7000-8000 в 1 м3 воздуха. Суммарные массы атмосферных выбросов пыли от источников могут достигать десятков тысяч тонн в год, а перенос пыли ветром может осуществляться до десятков километров от источника.

3.

Пылеподавление.

3.1. Пенообразователь для подавления пылеобразования.

Фирма «СОЮЗ» предлагает пенообразующий реагент для подавления пылеобразования. Одним из наиболее эффективных методов борьбы с пылеобразованием является пенный метод. Испытания этого метода, проведенные в различных шахтах, позволили выявить его преимущества по сравнению с другими методами: высокая эффективность, достигающая 95 %,высокая смачиваемость пыли, снижения вторичного пылеобразования, большая площадь контакта пены с разрушенной массой и др.

Для эффективного подавления пыли расход пены должен составлять из расчета не менее пяти ее объемов на один объем угля или руды. Пена кратностью 800 обеспечивала снижение запыленности воздуха на рабочем месте машиниста с 0.26 до 0,006 г/м.

Не менее эффективным методом пылеподавлением воздушно-механической пеной является применение данного реагента в цементной промышленности и в коксохимическом производстве. Реагент относится к трудногорючим, невзрывоопасным соединениям. Температура самовоспламенения 430 С.Он относится к биоразлагаемым малотоксичным промышленным веществам.

3.2. Мокрые способы борьбы с пылью.

Способы подавления пыли, основанные на использовании воды и ее свойствах смачивать и связывать пылевые частицы.

Мокрые способы борьбы с пылью делятся на способы предупреждения подъема пыли в воздух, образующейся при разрушении, погрузке и транспортировании горной породы (предварительное увлажнение массива и отторгнутой горной породы, орошение и смачивание в момент ее разрушения и др.); обеспыливания воздуха или подавления взвешенной пыли распыленной водой (орошение, водяные завесы и др.) и предотвращения повторного поступления в воздух осевших пылевых частиц (орошение и связывание осевшей пыли).

Мокрые способы борьбы с пылью составляет основу комплекса обеспыливающих мероприятий в шахтах, рудниках и карьерах.

Наиболее эффективны способы, предупреждающие поступление пыли в воздух, так как бороться со взвешенной пылью значительно труднее, чем предупредить ее подъем в воздух; кроме того, они уменьшают и пылеотложение в выработках.

3.3. Высадка клевера на хвостах (прим. Оленегорский ГОК).

Подобно египетским пирамидам, возвышаются в окрестностях города залежи «хвостов», нажитые непосильным трудом горняков за полстолетия с гаком. Непосвященные путники, следующие по «ленинградке», с удивлением наблюдают эти монументальные рукотворные сооружения, кажущиеся издали незыблемыми. На самом деле это «замки» из песка. И порой в ветреные летние деньки на Оленегорск обрушиваются настоящие песчаные бури. Общий выброс пыли в атмосферу,- по подсчетам специалистов, составляет 1260 тонн в год.

В настоящее время площадь пыления хвостохранилища «Олкона», по данным управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Мурманской области, составляет 645 гектаров. В соответствии с расчетами для достижения предельно допустимых нормативов веществ, загрязняющих атмосферу, общая площадь закрепления пылящей поверхности должна равняться 180 гектарам.

В связи с этим на комбинате разработан проект «Рекультивация поверхности хвостохранилища ОАО «Олкон», а в его рамках - программа «Экологическое сопровождение горнодобычных работ». Из названия проекта понятна цель - восстановление земель, нарушенных в ходе технологического цикла производства, возвращение земле плодородия и биологической продуктивности. Проще говоря, плата по счетам матушке-природе за то, что десятилетиями люди хозяйничали в ее недрах.

Предусмотрено применение современных технологий для закрепления пылящих поверхностей хвостохранилища. В результате ожидается снижение вредного воздействия на окружающую среду. Учеными разработан ряд методик для обуздания технологической пыли - «Олкон» для закрепления поверхности отработанных участков выбрал биологическую рекультивацию с посадкой многолетних трав, способных произрастать на песчаных почвах, обедненных питательными веществами. Столь неприхотливыми оказались красный клевер и волоснец песчаный. В дикой природе эти растения прекрасно себя чувствуют, украшая побережье всего Кольского полуострова.

Стоит отметить, что биологической рекультивации прежде всего подвергнутся отработанные участки, куда новые «хвосты» подаваться уже не будут. Там предстоит заторфовывание верхнего слоя на три-пять сантиметров с внесением удобрения, а следом посадка семян травы-муравы. В нынешнем году ГОК планирует засеять клевером и волоснецом первые пять гектаров хвостохранилища.

3.4. Пылеподавление на грунтовых дорогах горных предприятий.

Временные автодороги (ширина проезжей части 6 м) на уступах являются самыми неблагоприятными зонами, где пылевой слой мелкодисперсной пыли легко переходит во взвешенное состояние под действием ветра и при движении транспорта.

Количество пыли на дорогах достигает 70-90% от общего количества в карьере, образуемой всеми источниками. Широко распространенный метод обеспыливания дорог путем гидроорошения малоэффективен из-за ограниченности времени действия.

Поэтому для пылеподавления на автодорогах было разработано пылесвязующее вещество-универсин. Универсин поставляется в железнодорожных цистернах емкостью 50-60 тонн

в готовом для применения виде.

Для обеспыливания автодорог универсином использован метод разлива (распыления) вещества на поверхность покрытия автодорог в выходные дни.

Перед обработкой покрытия дороги универсином производится удаление пыли и грязи. Перед разливом покрытие дорог должно быть сухим. Эксплуатация обработанных дорог допускается не ранее полного впитания в покрытие: внекарьерных дорог-через 3 часа, внутрикарьерных-через 0,5 ч. После полного впитывания универсина производится россыпь щебня (крупностью 3-4 мм) из расчета 0,5-0,6 м2 на 100 м2 полотна дороги. После обработки покрытие обработке и 0,5 л/м2 при повторном разливе. Объем покрытия автодорог и расход универсина уплотняется движением автомобилей.

Расход универсина для обработки покрытия составляет 2л/м2 при первичной приведены в таблице(1).

Этапы работ	Объем покрытия, м2				Расход универсима, т
	Всего	Первич- ная об-работка	Вторичная обр-ка		На первую обработ ку	На вторичную обработку		Всего
			Через 15 дней	Через 20 дней		Через 15 дней	Через 30 дней
1980 год	280000	90000	140000	140000	180	1610	560	2350
1985 год	340000	110000	170000	170000	220	1275	680	2175
2000 год	360000	120000	180000	180000	240	1350	720	2310

4. Новые способы закрепления хвостохранилищ.

Из всех известных устройств, для закрепления пылящих поверхностей, меньше всего использовалась возможность увеличения контакта частиц пылящей поверхности и связующих веществ. Этот недостаток требовал повышенного расхода реагента и усиленного воздействия на поверхность рекультивируемого объекта (укатывание катками, выравнивание бульдозерами). Представленная конструкция позволяет одновременно выравнивать, орошать, перемешивать и укатывать пылящую поверхность. Так же предусмотрено применение одновременно двух реагентов, подаваемых из емкости разделенной перегородкой, к первому и второму рядам дисков смесителей. Все механизмы объединены в единую конструктивную схему, способствующую более качественному приготовлению закрепляющей смеси и позволяющую производить работы на пылящих поверхностях крутых откосов.

Емкость с реагентом соединена трубопроводами с соплами, подающими реагент к месту перемешивания, установленными неподвижно на внутренних поверхностях дисков таким образом, чтобы они служили и для очистки внутренних поверхностей дисков от налипающей смеси.

Ряды вогнутых дисков установлены соосно на осях с возможностью изменения угла наклона осей к направлению движения - это позволяет осуществить разрыхление каждым диском слоя хвостов. Вогнутая конструкция диска с загнутыми в виде лепестков краями способствует захвату порции пылеватых частиц, их перемещению по внутренней поверхности диска и перемешиванию с реагентом. Установка дисков первого ряда вогнутыми поверхностями наружу, а дисков второго - внутрь позволяет произвести сплошную обработку пылящей поверхности, что обеспечивает получение закрепляемого слоя, однородного по составу и свойствам. Глубина обработки рассматриваемой поверхности зависит от глубины погружения в нее дисков за счет вертикального перемещения рамы с дисками относительно колес, предназначенных для транспортировки устройства. Наличие фторопластового покрытия предохраняет поверхность катка от налипания смеси пылеватых частиц и реагента.

На рисунке изображен общий вид устройства.

Устройство для закрепления пылящих поверхностей хвостохранилищ и отвалов горных пород включает: 1-диски, 2-каток, 3-пневматические колеса, 4-расходную емкость, 5-подающие магистрали, 6-датчик давления в емкости, 7-заливное устройство, 8-гидроцидиндры для перемещения рамы с дисками, 9-сопла для подачи реагента и для очистки внутренних поверхностей дисков, 10-шарнирное соединение оси дисков-смесителей с рамой, 11-пластину с отверстиями, 12-узел креплений трособлочной системы.

Данная разработка позволяет:

1.Повысить эффективность и производительность работ по пылеподавлению на поверхностях инженерных сооружений за счет тесного контакта связующего вещества и частиц пыли.

2.Предоставляет возможность работы на крутых склонах дамб и отвалов за счет применения трособлочной системы.

3.Образовывает на пылящих поверхностях прочного, влаго- и морозостойкий слоя, обеспечивающий надежную защиту от пыления рассматриваемых объектов.

На представленное устройство получен патент.

Заключение.

Источники пыли были, есть и будут. От них никуда не деться и поэтому необходимо принимать меры по пылеподавлению. Все описанные методы имеют высокую эффективность.

Наиболее перспективным и актуальным решением проблемы снижения пылевой нагрузки на окружающую среду при добыче и переработке минерального сырья является совершенствование способов закрепления пылящих поверхностей техногенных массивов, т.к. они являются основными источниками загрязнения.

Читайте также:

Экозащитные техника и технологии “Природа не храм, а мастерская, и человек в ней – работник.” И. С. Тургенев Современный мир отличается необычайной сложностью и противоречивостью событий, он пронизан противоб ...

Компенсация потери экологического равновесия Природа дала человеку не только мощный мозг и крепкие мышцы, но и великолепное жилище — зелёную и тёплую планету, в недрах которой скрыты огромные богатства. С момента появления на Земле чел ...

Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных Известно, что к 2000 году население Земли достигло шести миллиардов человек. Для их жизнеобеспечения необходимо ежегодно добывать миллиарды тонн сырьевых ресурсов, вырабатывать гигантс ...