5.4 Влияние горного производства на воздушный бассейн

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

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 S_iO₂ 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.

Таблица 6.3

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.

Таблица 6.4

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

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.

Лекция "11 Метод Зейделя" также может быть Вам полезна.

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.