Охрана воздушного бассейна в горнодобывающей промышленности

Горное производство вызывает два вида загрязнений атмосферного воздуха: запыленность и загазованность. Ко­личество выбросов, их объем и вещественный состав опре­деляются источниками загрязнения. В табл. 6.2. приведены данные о видах и источниках за­грязнения при открытом и подземном способах разработки.

Существенная роль в загрязнении воздушного бассейна принадлежит обогатительным фабрикам и цехам переработ­ки добытых полезных ископаемых, хвостохранилищам и шламонакопителям.

Таблица 6.2.

Источники и виды загрязнения воздушного бассейна при открытом и подземном способах разработки

Способ разработки	Загрязнение	Источник загрязнения
Подземный	Пылегазовое   Пылевое     Газовое	Рудничный воздух из подзем­ных выработок Эрозия поверхности отвалов и терриконов; погрузочно-транспортные работы Самовозгорание угля и пород в отвалах и терриконах
Открытый	Пылевое   Газопылевое Газовое	Эрозия поверхности отвалов и уступов Массовые взрывы Автотранспорт с двигателями внутреннего сгорания

Установлено, что загрязнение воздуха в районе горных предприятий зависит от климатических и горно-геологи­ческих условий разработки месторождений полезных иско­паемых, параметров горных выработок, отвалов и других техногенных образований, их расположения относительно господствующего направления ветров. При сухом континен­тальном климате, особенно при сильных ветрах создаются условия для интенсификации поступления в приземные слои атмосферы и перемещения в них пылегазовых загрязнителей. В этих условиях интенсификации пылегазовыделений благоприятствуют: иссушение нарушенных и подверженных эро­зии поверхностей разрабатываемых пород и полезных ис­копаемых, активизация самовозгорания пород и полезных ископаемых как в массиве, так и в разрушенном состоянии. Следует учитывать, что в процессе горения горные породы разрушаются, при этом образуются тонкодисперсные фрак­ции, легко подвергаемые ветровой эрозии. Это способствует еще большему запылению воздуха и загрязнению его ток­сичными веществами, накапливающимися в виде продуктов горения и окисления.

В зимний период увеличению запыленности способству­ет низкое естественное содержание влаги в воздухе. В усло­виях влажного климата при большом количестве осадков, как в летний, так и в зимний период содержание пыли в воз­духе значительно уменьшается за счет связывания тонкодис­персных частиц на поверхности техногенных образований и вымывания пыли из воздуха.

Выделяются неорганизованные (рассредоточенные) и организованные (сосредоточенные) выделения или выбросы в атмосферу. К группе неорганизованных относятся: выде­ления, определяемые ветровой эрозией (дефляцией) нару­шенных участков земной поверхности, в том числе откры­тых горных выработок, отвалов, складов, хвосто- и шламохранилищ; химические газовыделения по всей технологичес­кой цепи горного производства при буровзрывных работах, экскавации, транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах на складах добытого полезного ископаемого и пр. Источники неорганизованных выбросов рассредоточены на относительно больших территориях. Их расположение, па­раметры (площадь, объемы) могут определяться во времени и пространстве. Ряд источников неорганизованных пылегазовыделений обладает периодичностью действия. Эта пе­риодичность, а также интенсивность пылегазовыделений за­висят от природно-климатических условий (скорости ветра, количества и периодичности выпадения атмосферных осад­ков, температуры воздуха, мощности снежного покрова и пр.), расположения источников пылегазовыделений по отношению к розе ветров. Уже при скорости ветра 2 м/с сухая пыль сдувается с поверхности техногенных образований и переносится на значительные расстояния.

Одним из интенсивных источников загрязнения атмо­сферы периодического действия, определяемого технологи­ческими причинами, является массовый взрыв на карьере. Количество выбрасываемых в атмосферу пыли и газов зави­сит от объема взрываемых пород и количества взрывчатых веществ. При массовых взрывах образуется пылегазовое об­лако объемом 15-20 млн м³. Высота подъема выбросов оп­ределяется сотнями метров, достигая 1500-1600 м. Пылега­зовое облако распространяется на значительные расстояния от места взрыва. При массовых взрывах в карьерах Криво­рожского железорудного бассейна концентрация пыли в воздухе на расстоянии 1 -1,5 км в течение часа составляет 6-10 мг/м³, что в 15-20 раз превышает предельно допусти­мые концентрации для населенных пунктов.

Исследованиями состояния воздуха в районах карьеров на различных месторождениях полезных ископаемых уста­новлено, что из пылегазового облака, образованного при массовых взрывах, в течение 1-4 ч в радиусе 2-4 км рас­сеивается от 200 до 500 т мелкодисперсной пыли, содержа­щей 93,6-99,6 % частиц размером менее 5 мкм. Значитель­ное количество мелкодисперсной пыли образуется также при бурении взрывных скважин (до 93,3 %) и при погрузке гор­ной массы (до 98,4 %).

Формирование высоких отвалов создает условия для проявления более интенсивной ветровой эрозии и приводит к значительному запылению прилегающих территорий. С каждого гектара поверхности отвалов, сложенных породами легкого механического соста­ва, ежегодно выносится за пределы этих земель от 200 до 500 т пыли. Площадь запыления составляет 500 га на 1 га отваль­ной поверхности. При этом в расчетах рекомендуется при­нимать, что 50 % откладывается на землях, прилегающих к отвалам, а 50% пыли длительное время перемещается с воздушными потоками.

Одним из основных источников запыления атмосферы при производстве горных работ являются внутрикарьерные дороги. Подсчитано, что их «вклад» в пылеобразование в отдельных случаях достигает 80-90 % общего пылевого ба­ланса карьеров. Запыленность воздуха в районе карьерных дорог в среднем составляет 100 мг/м³.

Подсчитано, что в атмосферу Земли из подземных гор­ных выработок шахт и рудников ежегодно поступает около 0,2 млн т пыли. Подхваченная воздушными потоками от не­организованных и организованных источников пыль затем выпадает на почвы, воды и загрязняет их.

Особую опасность представляет пыль, содержащая ток­сичные металлы: в первую очередь ртуть, свинец, мышьяк, селен, затем кадмий, никель, молибден, цинк, марганец, ва­надий, бериллий, теллур и др.

В штате Миссури (США) концентрация металлов в верхнем слое почвы в районе горных предприятий достигла: свинца - 2762 мг/м³, цинка - 95,1 мг/м³, меди-17,1 мг/м³, кадмия - 2,3 мг/м³. В Великобритании, в Уэльсе, концентрация вредных ме­таллов в почвах прилегающих к горным предприятиям тер­риторий превысила фоновые значения: свинца в 90, цинка в 31, кадмия в 15 раз.

Значительное количество загрязняющих атмосферу га­зов поступает при производстве подземных горных работ. Через различные вентиляционные выработки и сооружения в атмосферу выбрасываются ядовитые газы: углекислый газ, метан, ароматические углеводороды, сернистые газы, серо­углерод и прочие загрязняющие вещества, проникающие в горные выработки из разработанных массивов пород и об­разующиеся при взрывных работах. По данным специали­стов, добыча угля в количестве 2 млрд т в год примерно из 4 тыс. шахт в различных странах мира сопровождается выде­лением около 27 млрд м³ метана (СН₄) и 16,8 млрд м³ углеки­слого газа (СО₂). Известны случаи катастрофических выбро­сов газа при подземной разработке месторождений полез­ных ископаемых за рубежом (1879 г., Монс, Бельгия - 750 тыс. м³ СН₄; 1941 г., Германия, Нижняя Силезия — 800 тыс. м³ СО₂). В Донбассе на глубине 710 м произошел выброс ме­тана в объеме 250 тыс. м³.

К источникам интенсивного загрязнения воздуха вред­ными газами относятся запожаренные участки карьеров, терриконов и отвалов. При этом выделяемые газы характеризуются высокой концентрацией вредных ядовитых ве­ществ - оксидов углерода, серы, азота и др. Горящие по­родные отвалы выделяют от 5,3 до 22,6 кг/год оксида угле­рода на 1 т породы. Самовозгорание породных отвалов и терриконов наиболее характерно дня угольных месторожде­ний, где полезное ископаемое характеризуется выходом ле­тучих веществ свыше 20 % и содержанием серы более 3 %. Установлено, что выделение газов с удельной поверхности такого породного отвала достигает 180 м³/ч.

При открытых разработках существенным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт. Основные загрязняющие вещества в выхлопных газах включают окси­ды углерода и азота, углеводороды, сернистые газы, альде­гиды. Отработанные газы двигателей, работающих на бен­зине, содержат свинец, хлор, бром, иногда фосфор. От ди­зельных двигателей в атмосферу поступает значительное количество сажи и копоти в виде аэрозолей.

Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха горным производством как по масштабу, так и интенсив­ности воздействия имеет локальный характер, и только в крупных, освоенных горно-добывающих районах - региональ­ный.

Мероприятия по охране воздушного бассейна. Они могут быть разделены на две группы:

♦ общего характера, способствующие улучшению со­стояния воздушного бассейна в районе горного пред­приятия;

♦ специальные, непосредственно направленные на пре­дотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

В первую группу включены:

- территориально-планировочные мероприятия, преду­сматривающие размещение объектов горного производства - источников пылегазовыделений с учетом природно-климатических условий местности, прежде всего розы вет­ров, а также планомерность нарушения и восстановления земель;

- мероприятия по уменьшению площадей эродируемых техногенных поверхностей посредством оптимизации пара­метров техногенных образований: открытых горных выра­боток, отвалов различного рода, в том числе терриконов, хвостохранилищ, складов минерального сырья и пр.;

- рекультивация нарушенных земель для использования их в народном хозяйстве, обеспечивающая предотвращение ветровой эрозии;

- утилизация отходов горного производства, комплекс­ное использование минеральных ресурсов, способствующие уменьшению как площадей эродируемых поверхностей, так и объемов пылегазовыделений.

Ко второй группе отнесены мероприятия:

- по улучшению качества воздуха непо­средственно в зоне горных работ путем предотвращения или снижения пылегазовыделений различными объектами в технологической цепи производства;

- по улавливанию, отводу и очистке пылегазовых выделений и выбросов;

- межотраслевого характера, например, по улучшению газового баланса отработанных горюче-взрывчатых веществ и т.д.

Причем для тех или иных объектов или источников за­грязнения атмосферы могут применяться как отдельные средства и способы, так и их комбинации.

Для борьбы с эрозией поверхностей уступов отвалов и хвостохранилищ эффективно применяют механические, био­логические и физико-химические методы.

Анализ известных способов и путей снижения вредного воздействия массовых взрывов на окружающую среду пока­зывает, что все известные технические решения можно ус­ловно отнести к пассивным способам защиты окружающей среды при взрывах в карьерах и разделить на следующие три группы:

♦ способы предупреждения образования пылегазового облака (ПГО),

♦ способы подавления ПГО,

♦ способы утилизации ПГО.

К первой группе относятся: применение малогазовых типов ВВ и управление действием взрыва, повышение проч­ности забойки скважин, снижение массы заряда ВВ в сква­жине, снижение числа взрывных скважин в блоке, снижение величины перебура в скважине, уменьшение диаметра сква­жины и пр.

Во вторую группу входят: гидрозабойка и гидрогелевая забойка скважин, гидроорошение и покрытие взрываемого блока пеной, гидроминное взрывание, подавление ПГО водо-воздушными струями карьерных вентиляторов и др.

К способам утилизации (третья группа) следует отнести гидрообеспыливание, пылеулавливание и дегазацию взо­рванных блоков в карьере.

В районах с низкими температурами одним из возмож­ных способов снижения пылеобразования в технологических процессах является применение воды в твердом агрегатном состоянии в виде мелких ледяных кристаллов и снежинок. Механизм пылеулавливания основан на проявлении адгези­онных свойств пыли и снежинок, а также на действии квази­жидкого слоя ледяных кристаллов. Для этой цели может быть использован также естественный и искусственный снег. Последний получают при помощи стационарных или пере­движных генераторов. Оптимальный расход снега, обеспечивающий снижение запыленности до санитарных норм в течение смены, составляет 2 кг/м³.

Для очистки от вредных газообразных примесей возду­ха, выбрасываемого в атмосферу из подземных горных вы­работок, устанавливают специальные очистные устройства. Для снижения газовых выделений при проведении техноло­гических операций осуществляют изоляцию выработанного пространства, дизельную технику заменяют машинами и оборудованием с электроприводом.

Перспективной является утилизация метана, выносимого из шахт вентиляционными потоками. В настоящее время складываются два направления, одно из которых предусмат­ривает отделение газа от общего воздушного потока с дове­дением газа до необходимой концентрации и последующим сжиганием в топках котельных, а второе - максимальный отбор газа (метана) из угольных пластов и пород с помощью их предварительной дегазации и использование дегазацион­ной смеси в топках котельных при максимальном обеспыли­вании в местах ее образования.

Проводятся мероприятия по предупреждению пожаров на карьерах и разрезах, возгорания пород в отвалах и терри­конах, приводящих к выделению в атмосферу значительных объемов газообразных продуктов.

К средствам противопожарной профилактики можно отнести:

♦ предварительное увлажнение пластов посредством принудительного нагнетания в них воды или специаль­ных антипирогенных растворов;

♦ полное извлечение из недр полезных ископаемых и горных пород, склонных к самовозгоранию;

♦ отработку вскрытых полезных ископаемых со скоро­стью, предупреждающей опасность аккумуляции тепла в нарушенном массиве;

♦ взрывание скважин, пробуренных в породах, склон­ных к быстрому самовозгоранию, до момента развития в них интенсивного пирогенного процесса;

♦ применение пожаробезопасных систем разработки.