Источники загрязнения воздушного бассейна при открытом способе разработки

Влияние горного производства на воздушный бассейн

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.

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

Рудничный воздух из подземных выработок

Эрозия поверхности отвалов и терриконов; погрузочно-транспортные работы

Самовозгорание угля и пород в отвалах и терриконах

Эрозия поверхности отвалов и уступов

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. При этом концентрация пыли значительно превышает допустимые значения. Зависимости количества сдуваемой пыли от скорости ветра для некоторых пород приведены на рис.6.1.

По результатам исследований, выполненных на хвостохранилище обогатительной фабрики АНОФ-2 ПО «Апатит», установлено, что ежегодно в течение июля-сентября в атмосферу выносится 140-170 тыс. т пыли нефелиновых пород. При скорости ветра 3-5 м/с с 1 м2 пылящей поверхности за сутки переносится в виде «поземки» до 70 кг пород пылеватой фракции. В период активной ветровой деятельности запыление атмосферы в рабочих зонах достигает 23 мг/м3 при содержании SiO2 в пыли до 32 %, а в прилегающих жилых районах городов Апатиты и Кировск — 3-5 мг/м3. В отдельных случаях возникают пылевые бури. Осаждаясь, пыль загрязняет почвы, водотоки и водоемы, в том числе оз. Имандра, угнетает растительность.

Показатели пылевыделения, мг/м1, с поверхности хвостохранилищ углеобогатительных фабрик (по данным И.К. Алексеева)

Примечание. При скорости ветра менее 2,5 м/с пыль не сдувалась.

В табл.6.3 приведены значения пылевыделения в зависимости от скорости ветра и влажности пород при дефляции хвостохранилищ углеобогатительных фабрик. Как видно из таблицы, с увеличением влажности пород их дефляция резко уменьшается.

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 %).

В табл.6.4 приведены показатели, характеризующие за-пыление атмосферы при выполнении горных работ.

Формирование высоких (100 м) и сверхвысоких (250 — 300 м) породных отвалов на открытой местности приводит к возникновению интенсивных местных воздушных потоков.

Как отмечает В.Д. Горлов, скорость ветра существенно (в 1,6-3,3 раза) увеличивается в связи с ростом высоты породных отвалов. Так, приземная скорость ветра 5 м/с на высоте отвала в 300 м увеличивается до 15,6 м/с, а приземная скорость ветра в 10 м/с на высоте отвала в 300 м превращается в ураган со скоростью ветра свыше 30 м/с. Такие скорости крайне отрицательно действуют на работу людей и оборудования, занятых на отвальных работах.

Формирование высоких отвалов создает условия для проявления более интенсивной ветровой эрозии и приводит к значительному запылению прилегающих территорий. По данным И.В. Трещевского 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.

Средние удельные значения выбросов пыли на угольных карьерах при работе технологического оборудования (без учета мероприятий по пылевыделению) (по данным И.К. Алексеева)

Технологические операции, источники пылевыделения

Интенсивность пылевыделения, мг/с

Экскаватор с ковшом вместимостью, м3:

Бункер-дробилка конструкции ИГД

Конвейер забойный (на 1 м длины конвейера)

Конвейер магистральный (на 1 м длины конвейера)

Экскаватор типа мехлопаты (погрузка угля)

Бульдозер ДЭТ-250 (зачистка добычных уступов,

устройство съездов и др.)

Замеры выбросов пыли на Рейнских буроугольных карьерах (ФРГ) показали, что в зоне карьера Фриммерсдорф максимальное осаждение пыли составило 0,6 г/сут на 1 м2 поверхности, на карьере «Фортуна» — 0,53 г/сут, на карьере Хамбах — 1,2 г/сут и на карьере Инден — 0,66 г/сут.

К группе организованных относятся выбросы из труб обогатительных фабрик, предприятий по переработке минерального сырья, из шахтных отвалов и других фиксированных источников.

В районе угольной брикетной фабрики Берренрат (ФРГ) максимальное осаждение пыли составило 0,2 г/сут на 1 м2 поверхности, а на фабрике «Фортуна-Север» (ФРГ) — 0,3 г/м2 в сутки.

Суммарное потребление воздуха современной асбесто-обогатительной фабрикой достигает 10-12 млн м3/ч, а концентрация асбестосодержащей пыли в воздухе, выходящем из технологических и аспирационных систем, в среднем составляет 6-8 г/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 и воды, 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 (СОг). Известны случаи катастрофических выбросов газа при подземной разработке месторождений полезных ископаемых за рубежом (1879 г., Монс, Бельгия — 750 тыс. м3 CHU; 1941 г., Германия, Нижняя Силезия — 800 тыс. м3 СОг). 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 для 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. Для некоторых типов автосамосвалов характерна следующая интенсивность выделения средних компонентов в отработанных газах: для БелАЗ-540 — 263,9 мг/с оксида углерода, 39,1 мг/с оксидов азота, 17,9 мг/с акролеина (альдегида); для БелАЗ-548 — соответственно 1156, 1305 и 6 мг/с. Загрязняют воздух отработанными газами также технологические машины и механизмы: бульдозеры, скреперы, погрузчики, тракторы, передвижные компрессоры, буровые станки с дизельными энергетическими установками.

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, таких, как Донбасс, Кузбасс, и некоторых других, — региональный. Контроль и управление состоянием атмосферного воздуха в рабочих зонах горных предприятий и на прилегающих территориях являются насущной задачей горного производства, решаемой при выполнении комплекса природоохранных мероприятий.

Источник

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.

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.

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 м 3 . 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/м 3 , что в 15-20 раз превышает предельно допустимые концентрации для населенных пунктов.

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.

В штате Миссури (США) концентрация металлов в верхнем слое почвы в районе горных предприятий достигла: свинца — 2762 мг/м 3 , цинка — 95,1 мг/м 3 , меди-17,1 мг/м 3 , кадмия — 2,3 мг/м 3 . 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 м 3 метана (СН₄) и 16,8 млрд м 3 углекислого газа (СО₂). Известны случаи катастрофических выбросов газа при подземной разработке месторождений полезных ископаемых за рубежом (1879 г., Монс, Бельгия — 750 тыс. м 3 СН₄; 1941 г., Германия, Нижняя Силезия — 800 тыс. м 3 СО₂). В Донбассе на глубине 710 м произошел выброс метана в объеме 250 тыс. м 3 .

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 м 3 /ч.

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/м 3 .

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.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.005 с) .

Источник