Охрана воздушного бассейна в горном производстве
5.5 Охрана воздушного бассейна в горном производстве
Наиболее эффективен с экологических и социально-экономических позиций комплекс профилактических мероприятий, направленных на предупреждение загрязнения атмосферного воздуха пылегазовыми выбросами горного производства. Мероприятия по устранению последствий загрязнения воздушного бассейна менее эффективны, более трудоемки и дорогостоящи, а зачастую вообще невыполнимы в силу масштабов воздействия, многочисленности и многообразия объектов, претерпевающих это воздействие, различной степени устойчивости их к поражению. Так, очевидно, что более целесообразно и эффективно предотвращать выбросы в атмосферу отходов производства, например, на предприятиях цветной металлургии, влияющих на снижение урожайности и качества сельскохозяйственных культур, произрастающих на прилегающих к предприятиям землях, чем проводить мелиорацию земель, нейтрализацию вредных веществ, накапливающихся в почвах, подбирать и выращивать другие, более устойчивые к воздействию, но менее необходимые для народного хозяйства культуры.
Мероприятия по охране воздушного бассейна 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:
1) 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;
2) 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.;
3) рекультивация нарушенных земель для использования их в народном хозяйстве, обеспечивающая предотвращение ветровой эрозии;
4) утилизация отходов горного производства, комплексное использование минеральных ресурсов, способствующие уменьшению как площадей эродируемых поверхностей, так и объемов пылегазовыделений.
Рекомендуемые материалы
Ко второй группе отнесены:
1) мероприятия по улучшению качества воздуха непосредственно в зоне горных работ путем предотвращения или снижения пылегазовыделений различными объектами в технологической цепи производства;
2) мероприятия по улавливанию, отводу и очистке пылегазовых выделений и выбросов;
3) мероприятий 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 снижения запыленности рудничного воздуха, выходящего из подземных горных выработок, применяют две группы мероприятий. Первая группа заключается в установке специальных очистных устройств в местах, где рудничный воздух выбрасывается в атмосферу. Мероприятия второй группы предусматривают улучшение качества рудничного воздуха в шахте (руднике) посредством подавления, связывания и удаления пыли при выполнении технологических процессов. Среди мероприятий второй группы чаще всего применяют орошение, пылеподавление пеной, пылеулавливание, осаждение пыли на поверхности выработок, предварительное увлажнение массива горных пород.
При работе очистных комбайнов на выемке угля широко используются орошение с подачей большей части воды через исполнительные органы. Это позволяет обеспечить подавление пыли на 80-90 %. Опыт ФРГ показывает, что для орошения в комбайновые лавы Рурского и Саарского угольных бассейнов необходимо соответственно подавать 125 и 250 л воды в минуту (при давлении 1,5 МПа). Пылеподавление пеной в последнее время широко используется при очистных работах на крутых пластах. Специалистами установлено, что в комбайновых забоях достигается эффективность пылеподавления 80-85 % при расходе пенообразующей жидкости 20-30 л/т. При этом используется специальное оборудование типа СПП (пеногенератор, пенообразователь, чаще всего "Углепен", соединительная арматура). При использовании водовоздушных эжекторов, как отмечают Г.С. Гродель и др., возможно не только подавление пыли диспергированной водой, но и очистка воздуха от взвешенной пыли, если обеспечивается его протяжка через эжектор.
На подземных горных работах накоплен определенный опыт использования устройств для отсоса пыли при бурении шпуров и скважин. Известны технические решения, позволяющие интенсифицировать осаждение пыли на поверхности горных выработок. На шахтах ФРГ для этой цели применяют специальные пласты, которые наносят на крепь горных выработок. В состав пласта входят водный раствор хлористого магния (натрия) и гидроксид магния.
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
На Рыбальском карьере по добыче нерудных полезных ископаемых (Украина) специалистами Государственной горной академии Украины апробирован новый способ защиты атмосферного воздуха от загрязнения пылегазовыми выбросами при проведении массовых взрывов, относящийся к третьей группе. Сущность способа заключается в использовании одновременно нескольких технических устройств для залпового выброса высоконапорного жидкого агента (воды, гидрогеля, ПАВ и пр.) в эпицентр пылегазового облака в момент его зарождения и формирования над взорванным блоком в карьере. Выброс агента из специальных устройств направляют навстречу друг другу, соударяют и диспергируют в эпицентре зарождающегося пылегазового облака, что обеспечивает эффективное охлаждение эпицентра облака и активную нейтрализацию пылегазового выброса. Залповый выброс жидких агентов над взрываемым блоком производят дистанционно с некоторым упреждением относительно начала массового взрыва, что обеспечивает соударение и диспергирование струй в центре и по периферии пылегазового облака в момент массового взрыва Устройства располагают вокруг взрываемого блока напротив друг друга на одинаковом расстоянии от центра взрываемого блока. Количество устройств выбирают в зависимости от размеров взрываемого блока. Устройство для выброса жидких агентов состоит из шасси, выполненного в виде сварной конструкции на полозьях, и специальных гидростволов, изготовленных из труб большого диаметра, с зарядной камерой.
На многих карьерах и разрезах снижения запыленности атмосферного воздуха достигают посредством отказа от взрывной отбойки полезных ископаемых и вскрышных пород и перехода на механическое рыхление.
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 использовантакже 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.
Применение воздушно-механической пены для покрытия поверхности транспортируемого материала позволило снизить запыленность воздуха по всей длине подземной конвейерной галереи Ингулецкого ГОКа на 2,8-3,2 мг/м3 и исключить срыв частиц пыли с поверхности транспортируемого материала. В Южно-Уральском территориально-производственном комплексе (ТПК) удалось уменьшить запыленность воздуха в карьерах на 80-90% благодаря внедрению методов гидропылеподавления и систематической обработке дорог, например, сульфидно-спиртовой бардой в смеси с битумом. На угольном разрезе Навайо (США) для предотвращения пылевого загрязнения воздушного пространства, связанного с движением по грунтовым дорогам 120-тонных автосамосвалов, на дорожное полотно ежедневно наносят укрепляющее вещество - кохерекс, представляющее собой эмульсию на основе нефтяных масел и смол. На карьерах США используют также эмульсию смол - параколь.
Для охраны воздушного бассейна от вредных газовых примесей в зависимости от источника загрязнения применяют следующие мероприятия.
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. На некоторых предприятиях для охраны атмосферы от вредного влияния горящих породных отвалов проводят профилактические работы по предупреждению самовозгорания вновь формируемых отвалов и осуществляют активное тушение горящих отвалов. Отсыпаемым отвалам придают плоскую форму. Каждый слой проиливают и чередуют со слоем глины толщиной 0,3 м, затем отвальную массу планируют бульдозерами, уплотняют катками и переслаивают по контуру полосами из негорючих материалов шириной 3 м и толщиной 0,25-0,3 м. При формировании такого отвала среднюю зольность отвальной массы доводят до 70-80 %, а породу, поступающую в отвал, дробят до крупности не более 50 мм.
Тушение горячих отвалов и терриконов осуществляют посредством их заиливания глинистой пульпой консистенции Т: Ж = 1: 10, нагнетаемой через специально установленные инъекторы.
Одна из важных проблем - снижение загрязнения воздуха выхлопными тазами карьерных автосамосвалов. К числу эффективных способов решения этой проблемы относятся улучшение карбюрации, применение электронной схемы зажигания, нейтрализация выхлопных газов. Большое значение имеет также и замена автомобильного транспорта железнодорожным, конвейерным и трубопроводным.
Для дегазации угольных пластов на разрезах бурят скважины, при помощи которых улавливают метан.
Для снижения загрязнения атмосферного воздуха большое значение имеют мероприятия, проводимые на обогатительных и брикетных фабриках, в дробильно-сортировочных цехах, котельных и других производствах, связанных с добычей полезных ископаемых.
В работе [3] отмечено, что очистка газов от взвешенных твердых частиц (пылеулавливание) имеет различное назначение: технологическое - улавливание готовой порошкообразной продукции или подготовка газа к переработке; экономическое - сокращение безвозвратных потерь ценных продуктов; природоохранное - предупреждение загрязнения атмосферы пылевыми выбросами.
В зависимости от цели пылеулавливания выбирают соответствующую технологию и аппаратуру. При этом руководствуются критерием оценки эффективности пылеулавливания (коэффициентом очистки), который определяется из выражения:
= 1000Gул/Gвх, (6.1)
где Gул и Gвх - соответственно количество улавливаемой пыли и пыли, поступающей с газами на очистку.
Важной характеристикой эффективности работы данного вида оборудования является показатель валового выброса пыли, кг/ч, определяемый по формуле:
М = Gвх - Gул (6.2)
Для уменьшения загрязнения атмосферы на крупных горных предприятиях применяют многоступенчатые системы пылеулавливания. Коэффициент очистки в них, достигающий 99,99 %, рассчитывают по формуле:
η = 1- (1-η1) (1-η2). (1-ηn) (6-3)
где η1,-η2.ηn - коэффициенты очистки газа в каждой ступени.
Наиболее простой, надежный и экономически эффективный способ пылеулавливания - циклонный, основным достоинством которого является устойчивость работы циклона при высокой концентрации пыли.
Сущность циклонного способа пылеулавливания заключается в том, что запыленный газ вводят в направляющее (закручивающее) устройство, в котором он приобретает вращательное или вихревое движение и перемещается по нисходящей спирали. Твердые частицы, взвешенные в потоке, под действием центробежной силы движутся к стенке корпуса циклона, спускаются по ней вниз и выводятся из аппарата через разгрузочное устройство (шлюз), не пропускающее газ. Движение очищенного потока преобразуется внутри циклона во внутренний восходящий вихрь, который выводится через выхлопной патрубок.
В настоящее время известно большое число конструкций циклонов, которые используют в горно-добывающей промышленности.
Ещё посмотрите лекцию "10 Социология социально-правового конфликта" по этой теме.
Во многих отраслях применяют очистку газов с использованием электрических и газовых фильтров, а также промывку газов орошающими жидкостями.
Основные направления совершенствования пылегазоочистки на перерабатывающих предприятиях заключаются:
в применении замкнутых технологических циклов (без выброса пыли и газов в атмосферу);
в совершенствовании технологии пылеобразующих процессов;
в совершенствовании методов и аппаратуры для очистки газов от пыли и вредных газообразных компонентов (циклонов, электро- и тканевых фильтров, скрубберов и т.д.);
в замене котлов устаревших конструкций на более совершенные в производственных и коммунально-бытовых котельных.
