Воздействие горного производства на окружающую среду.

В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду всё в больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы производств. Увеличение масштабов разработки полезных ископаемых открытым способом при широком применении взрывчатых веществ и дизельной техники в сочетании с особенностями технологических процессов и свойств горных пород ухудшает санитарно-гигиенические условия не только в выработанном пространстве, но и в окружающей среде. Даже в периоды, когда в карьере наблюдаются благоприятные для проветривания рабочих зон температурные и ветровые условия, пылегазовые выбросы беспрепятственно поступают из карьеров в окружающую среду, приобретая залповый характер после прекращения штилей и инверсий. Все это приводит к повышенному уровню загрязнения пограничного слоя атмосферы и поверхности почвы в горнопромышленных районах [1]. Кроме того, по мере увеличения глубины разработки интенсивность пылегазовых выбросов и размеры зоны их распространения в окружающей среде возрастают, а естественное поступление в выработанное пространство свежего воздуха осложняется. В связи с этим возникает проблема управления пылегазовым режимом карьеров, которое в настоящее время осуществляется в основном путем изменения организации горнотранспортных работ, что выражается в их частичном или полном прекращении. Поступление пыли и газов в атмосферу карьеров и окружающую среду тесно взаимосвязаны между собой и определяются одним и тем же комплексом неуправляемых и управляемых факторов. К главным неуправляемым факторам относятся климатические условия, ветровой и термический режимы карьера, горно-геологическая характеристика месторождения, а к управляемым – технология, техника и организация горного производства. Климатические условия района расположения карьера влияют на загрязнение его атмосферы и окружающей среды через влажность воздуха и почвы, количество выпадающих 11 осадков, скорость ветровых потоков, количество и продолжительность штилевых периодов и приповерхностных инверсий. Их учет позволяет правильно выбрать методы снижения загрязненности атмосферы карьера и пылегазовой нагрузки на окружающую среду. Скорость ветра в карьере не остается постоянной и в целом соответствует её изменениям на поверхности, оказывая значительное влияние на загрязнение атмосферы в выработанном пространстве и вынос примесей в окружающую среду. При этом на запыленность атмосферы карьеров, помимо внутренних источников, оказывает существенное влияние пыль, сдуваемая с его бортов и прилегающей территории. Этим объясняется тот факт, что с увеличением скорости ветра на поверхности концентрация пыли в воздухе карьера растет за счет ее привноса входящей струёй при одновременном уменьшении за счет улучшения воздухообмена. В тоже время при наличии только внутренних источников загрязнения атмосферы, например в карьере Мурунтау прослеживается четкая закономерность: с увеличением скорости ветра концентрация диоксида азота в воздухе уменьшается [1]. Интенсивность пылевыделения карьером с увеличением скорости ветра также возрастает, но до определенного предела, после которого она стабилизируется. Для каждого карьера существует минимальная скорость ветра на поверхности, при которой воздухообмен выработанного пространства с окружающей средой ухудшается настолько, что в атмосфере карьера в целом или в его отдельных зонах начинают накапливаться примеси. В частности, для карьера Мурунтау сверхнормативное загрязнение атмосферы возникает при скорости ветра на поверхности менее 4,5 м/с вдоль длинной и менее 5,5 м/с – вдоль его короткой оси [1]. Существенное влияние на пылегазовые выбросы в атмосферу оказывает карьерный транспорт. Поступление пыли и газов в атмосферу карьеров и окружающую среду обусловлены не только натуральными объемами извлекаемой горной массы, но и в значительной степени единичной мощностью горнотранспортного оборудования. Отрицательным результатом экстенсивного развития горного производства является увеличение пылегазовых выбросов по мере роста площадей и высоты отвалов [2] и, как следствие, расширение зон прямого воздействия на воздушный бассейн и прилегающую территорию. Расчеты показывают [3], что при увеличении высоты отвала с 20 до 100 м суммарная площадь его поверхности уменьшается в 4,0–4,8 раза, а площадь запыления при этом возрастает в 2,5–3,0 раза. Влияние концентрации производства на поступление пыли и газов в атмосферу карьеров и окружающую среду неоднозначно. Воздух в карьерах представляет собой смесь из атмосферного воздуха и вредных примесей техногенного или природного происхождения. К вредным примесям техногенного происхождения относятся оксиды углерода и азота, сероводород, сернистый газ, альдегиды, радон, пыль, сажа, дымы и другие вещества, образующиеся в результате выполнения технологических процессов, работы машин и механизмов или вызванные вмешательством человека в природную среду. Источниками поступления углекислого газа и окиси углерода в атмосферу карьеров являются дренажные воды, пожары, термическое бурение, массовые взрывы, двигатели внутреннего сгорания. При содержании в воздухе до 0,5 % углекислого газа считается безвредным для человека, а окись углерода оказывает вредное воздействие на организм человека, так как он легко соединяется с гемоглобином крови, вытесняя из неё кислород, и вызывает тем самым кислородное голодание организма. Оксиды азота поступают в атмосферу карьеров от двигателей внутреннего сгорания, массовых взрывов и термических бурений. Наибольшую опасность из оксидов азота представляет диоксид азота, который приводит к отравлениям, связанных с отеком легких. Сероводород действует на нервную систем, раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей. В атмосферу карьеров сероводород поступает из горных пород и дренажных вод. 12 Сернистый газ действует на слизистую оболочку глаз и верхние дыхательные пути. Источниками выделения сернистого газа в карьерах являются массовые взрывы в породах с высоким содержанием серы. Из альдегидов наибольшую опасность для человека представляют акролеин и формальдегид. Формальдегид воздействует на слизистую оболочку носоглотки, центральную нервную систему, вызывает невроз кожи, а акролеин действует на слизистую оболочку носоглотки и глаз, вызывает головокружение, тошноту, рвоту и боли в желудке. Источники – двигатели внутреннего сгорания и термическое бурение. С отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания в атмосферу карьеров поступает еще 3,4-бензапирен, при непосредственном контакте которого с живой тканью возникают злокачественные опухоли. Традиционная технология горных работ на месторождениях полезных ископаемых, представленных в частности скальными и полускальными породами, предусматривает применение ряда процессов (бурение, взрывание, выемка, погрузка, транспортирование, дробление), т.е. не является поточной, а разрыв между технологическими звеньями, как известно, порождает дополнительное образование отходов и сопровождается отрицательным влиянием на окружающую среду (повышенное пыле- и газовыделение, сейсмическое воздействие, загрязнение грунтовых вод продуктами взрыва). Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что воздействие горного производства на окружающую среду весьма разнообразно, поскольку объекты природной среды тесно переплетены между собой и взаимозависимы.

Проветривание карьеров.

 

ПРОВЕТРИВАНИЕ КАРЬЕРОВ (а. open pit ventilation, quarry ventilation; н. Tagebaubeluftung; ф. aerage des carrieres, aerage dans les mines а ciel ouvert; и. ventilacion de minas а cielo abierto) — процесс удаления из карьера естественными или искусственно создаваемыми воздушными потоками газообразных и пылевых вредностей, образующихся при ведении горных работ.

Проветривание карьеров как область инженерной деятельности сформировалась в 60-х гг. 20 в. Различают естественное и искусственное проветривание карьеров. Естественное проветривание карьеров осуществляется энергией ветра и термическими силами. Соответственно существуют ветровые и термические схемы проветривания карьеров, а также их комбинации. Ветровые схемы (прямоточные и рециркуляционные) реализуются при скорости ветра на поверхности v_в = 1 — 2 м/с и более. Прямоточная схема имеет место при углах откоса подветренного борта карьера не более 15° (рис. 1). Ветровой поток отклоняется в карьер и движется по подветренному борту, дну и наветренному борту. Скорость воздуха, минимальная на бортах и дне карьера, увеличивается с высотой, достигая значения скорости ветра vв на некоторой высоте над карьером. Направление движения воздуха в карьере совпадает с направлением ветра на поверхности. Вынос вредностей из карьера осуществляется от подветренного борта к наветренному. Схема характерна для неглубоких карьеров. Рециркуляционная схема реализуется при углах откоса подветренного борта более 15° (рис. 2). Ветровой поток отрывается от борта, образуя свободную струю, в пределах которой воздух движется от подветренного к наветренному борту. У последнего одна часть воздушных масс поворачивает в обратном направлении, образуя зону рециркуляции, вторая вдоль наветренного борта выходит на поверхность. Скорость ветра в карьере с высотой вначале уменьшается, достигая нуля на линии раздела воздушных потоков, затем возрастает. Наличие рециркуляции воздуха способствует накоплению вредностей в карьере; их вынос осуществляется лишь через верхнюю часть свободной струи. Схема характерна для глубоких карьеров. При переменном угле наклона бортов карьера возможна прямоточно-рециркуляционная ветровая схема.

Реклама

 

Термические схемы проветривания карьеров реализуются при скорости ветра на поверхности менее 1-2 м/с. Конвективная схема имеет место при прогретых бортах карьера (рис. 3). Скорость восходящих конвективных потоков вдоль бортов увеличивается с высотой и у верхней бровки карьера может составлять 1-1,5 м/с. Вынос вредностей осуществляется вдоль бортов. Инверсионная схема проветривания карьеров возникает при охлаждении бортов карьера. Прилегающие к бортам более холодные массы воздуха опускаются вниз, заполняя придонную часть и вытесняя тёплый воздух вверх (рис. 4). Скорость воздуха у бортов не превышает 1 м/с; под уровнем инверсии движение воздуха практически отсутствует, что приводит к скоплению вредностей и может вызвать остановку работ.

Искусственное проветривание карьеров (вентиляция карьера) применяется для создания таких атмосферных условий в карьере, которые необходимы для нормального ведения работ, когда естественное проветривание карьеров этого не обеспечивает. Способы искусственного проветривания карьеров: интенсификация естественного проветривания, местная и общеобменная вентиляция карьера. Интенсификация естественного проветривания карьеров, которая возможна при достаточно высоких скоростях ветра на поверхности, осуществляется расположением длинной оси карьера по направлению господствующего ветра, т.е. с учётом розы ветров; уменьшением углов откоса бортов карьера и отношения его глубины к ширине; устройством на поверхности сооружений, турбулизирующих ветровой поток и увеличивающих скорость ветра на подходе к карьеру; некоторыми другими способами. Местная вентиляция применяется при загрязнении небольших объёмов внутрикарьерного пространства (экскаваторные забои, перегрузочные пункты, места взрывных работ и др.). Для её обеспечения используют вентиляторы с трубопроводами, специальные карьерные вентиляторные установки. Общеобменная вентиляция применяется при больших зонах загрязнения в карьере или при загрязнении карьера в целом. Для её осуществления используют мощные вентиляционные установки на базе авиационной техники (АИ-20-КВ, НК-12-КВ, УВУ-1), а также тепловые установки (УТ-ЛФИ-2, УКПК-1). Общеобменная вентиляция карьера требует больших затрат энергии.