CC BY
97
МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
^ Ю.В. Шувалов, А. Мохамада,
А.П. Бульбашев, 2000
УДК 622.271:622.807
Ю.В. Шувалов, А. Мохамада, А.П. Бульбашев
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОЕ И СНИЖЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ В КАРЬЕРАХ
ылевой баланс атмосферы угольных и рудных карьеров по источникам образования и выделения включает экскавацию - 35 %, взрывные работы - 25 %, аэрацию пыли с поверхностей - 25 %, бурение скважин - 10 %, транспортирование горной массы - 5 % [1]. Каждый из этих внутренних источников в карьере, а также внешние, за его контуром, влияют на загрязнение атмосферы и окружающей среды, суммарные удельные нагрузки на которую достигают 40500 г пыли на 1 м3 добываемого полезного ископаемого. Физическая модель процесса обеспыливания воздушной среды, предложенная В.И. Беспаловым [2], состоит из блоков пылевого загрязнения и обеспыливания взаимосвязанных друг с другом. Первый рассматривает процессы пылеоб-разования, пылевыделения и распространения пыли от источника. Как совокупные стадии возникновения из пылеобразующего сырья пылевого материала пылевого аэрозоля, взаимодействующих с другими объектами, в результате которых последний претерпевает качественные и количественные
включает организацию целенаправленных этапов снижения вероятности возникновения и концентрации пылевых частиц.
Учет источников и процессов формирующих загрязнения атмосферы пылью, в той или иной степени, имеет место практически во всех классификациях способов защиты окружающей среды [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и др.]. В связи с этим представляется целесообразным рассмотрение четырех направлений борьбы с пылью (рис. 1): организационного, технологического, технического и биологического. Каждый из них может быть реализован в комплексе с другими, а системность решения конкретных задач обосновывается экономическими, энергетическими, санитарногигиеническими или экологическими критериями [8].
Несмотря на значительные масштабы проведенных исследований этой проблемы и предложенных конструктивных решений практические результаты достаточно скромны и на каждый квадратный километр территории стран СНГ ежегодно выпадает до семи тысяч тонн твердых веществ, а концентрация металлов в пахотной почве вблизи промышленных
центров за пять лет увеличивается на десятки процентов [9].
В этой связи поиск рациональных средств и способов снижения пылегазовых выбросов в атмосферу как и прежде - актуальная задача, особенно для карьеров. Здесь наиболее перспективными и технологичными [5, 8] являются мокрые способы, реализуемые в процессе увлажнения пылеобразующего сырья и пылевого материала, орошения их и витающей пыли растворами и связывания жидкими (геле-образными) веществами.
Особый интерес представляют мокрые способы управления пылевыми выбросами на всех стадиях процесса с использованием эффектов фазовых переходов «пар-жидкость-лед» [5, 10, 11].
Внедрение новой безвзрывной технологии отбойки полезного ископаемого в условиях ОАО «Афанасьевский карьер цементного сырья» [12] является перспективным технологическим способом снижения запыленности атмосферы на рабочих местах, уменьшения выбросов пыли и газов и загрязнения окружающей среды. Технология работ предусматривает отбойку пород фрезой исполнительного органа стреловидной формы (длина 4,25 м), их погрузку с почвы загребающими лапами на перегружатель (длина со стрелой 24,1 м, высота разгрузки 5 м) и укладку в средства транспорта (гру-зо-подъемность 30-42 т) или в штабель с последующей погрузкой комбайном или колесным погрузчиком. Производительность комбайна КГФ-60 по добыче и отгрузке 8501000 т/см.
Таблица 1
ПЫЛЕВАЯ ДИНАМИКА АТМОСФЕРЫ ПРИ КОМБАЙНОВОЙ ВЫЕМКЕ ПОРОД (БЕЗ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ)
Источник пылевыделения Интенсивность пылевыде-ле-ния, кг/с Удельная интенсивность пылевыделения, кг/м3 Концентрация пыли, мг/м3
Исполнительный орган 0,05 1,6-3,0 100-300
Погрузочное устройство Перегружатель (разгрузка) 0,1-0,15 2,5-5,0 300-500
0,1-0,15 2,5-5,0 300-500
Рис. 1. Классификация способов борьбы с пылью
Комбайн КГФ-60 был испытан на стенде [12] для определения энергоемкости процесса резания. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что энергоемкость процесса находится в пределах 2,07-2,2 (кВт-ч )/(м3ч) при резании известняков и 2,54-3,3 (кВт-ч)/м3ч) для доломитов, т.е. 2800-3100 Дж/кг и 3500-4600 Дж/кг, соответственно. В соответствии с данными [1, 3, 5] построена кривая удельного выхода пыли от удельной энергоемкости разрушения (рис. 2), которая свидетельствует о значительном снижении удель-
ного выхода пыли с уменьшением q. Для полученных значений q она находится в пределах 1,5-2,0 кг/т, что в 2-5 раз ниже, чем выход пыли при взрывании и на порядок ниже, чем при бурении. В реальных условиях интенсивность пы-левыделения находится в зависимости от естественной влажности материала, метеоусловий и т.д., поэтому её значения оказываются ниже определенных по расчетной кривой (табл. 1).
В качестве альтернативных
данных можно привести интенсивность пылевыделения 800-1800
кг/с, удельную интенсивность пылевыделения 4060 кг/м3 и концентрацию пыли в облаке 700-1800 мг/м3 при буровзрывной отбойке пород даже в небольших объемах (50-100 м3). При взрывной технологии разрушения пород с коэффициентом крепости ^6 удельный выход пыли в десять и более раз больше, чем при
работе комбайнов, что подтверждает и опыт эксплуатации проходческой техники на шахтах [5]. Таким образом, суммарное загрязнение атмосферы выбросами пыли при работе добычного комбайна на порядок меньше, чем при БВР. Следует также учесть значительное уменьшение высоты выброса, которое при выемке комбайном не превышает 5-10 м.
Организационные и технологические методы профилактики пы-легазовыделения были применены на всех этапах технологического процесса добычи в ОАО «Афанасьевский карьер»: пневморыхление вскрыши и перевалка пород во внутренние отвалы с последующей рекультивацией, рассредоточение и минимизация взрывной отбойки полезного ископаемого, внедрение комбайнового способа добычи и др. В результате этих работ стало возможным снижение масштабов пылегазовых выбросов от внутренних источников (табл. 2, 3) и удельного пылевыделения карьера до 0,008-0,014 кг/т. В соответствии с данными о пылевой обстановке на угольных карьерах [5] по этому показателю Афанасьевский карьер следует отнести к наиболее благоприятным, входящим в I группу
Рис. 2. Зависимость удельного выхода пыли от энергоемкости разрушения материала (породы средней крепости)
пыльности пластов (минимальная), где естественная влажность угля до 30-50 %, что обеспечивает естественное пы-леподавление.
Снижение объемов пылевых выбросов в атмосферу и загрязнение окружающей среды, достигаемое при уменьшении высоты
подъема пыли (безвзрывная технология), не означает улучшения санитарно-гигиенических условий на рабочих местах (табл. 1). Особенно значительное пылеобразо-вание и запыленность воздуха наблюдаются в холодный период года, когда естественное и искусственное пылеподавление мини-
мальны или трудно реализуемы (табл. 4). Обеспечение пылепо-давления в этот период является актуальной задачей для карьеров России, более 60 % территории которой находится в суровых климатических условиях (многолетняя мерзлота), а холодный период длится от 6 до 9 месяцев.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ищук И.Г., Поздняков Г.А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий. Справочник. - М.: Недра, 1991.
2. Битколов Н.З., Медведев И.И. Аэрология карьеров. Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1992.
3. Осодоев М.Т. Борьба с пылью на угольных разрезах Якутии. - Якутск: изд. ЯФ СО АН СССР, 1987.
4. Конорев М.М., Росляков С.М., Страшинов О.Г., Зайцев В.Д. Система вентиляции и всесезонного пылегазоподавле-ния. Горный журнал. № 7, 1990.
5. Битколов Н.З., Иванов И.И, Лиханов К.С. Пылепо-давление на разрезах при отрицательных температурах воздуха. Уголь. - 1982, № 4.
6. А.с. 1174693 СССР, МКИ F 25.С.3/04. Устройство для получения искусственного снега / Осодоев М.Т., Божедонов А.И., Шувалов Ю.В. и др. / - № 3718495/28-13. Опубл. 23.08.85. Бюл. № 31. Открытия. Изобретения. - 1985.
7. А.с. 1132124 СССР, МКИ F 25.С.3/04. Устройство для получения искусственного снега / Осодоев М.Т., Божедонов А.И., Комзолов А.В., Шувалов Ю.В./ - № 3654238/28-13. Опубл. 30.12.84. Бюл. № 48. Открытия. Изобретения. - 1984.
8. Сморыгин Г.И. Теоретические основы получения льда рыхлой структуры. Новосибирск. Наука, 1964.
9. Луговской С.И., Шкута Э.И., Ошмянский И.Б., Нем-ченко А.А. Совершенствование разработки и вентиляции рудников. М., Недра, 1968, 303 с.
10. Клебанов Ф.С. К вопросу о подогреве шахтного воздуха за счет теплосодержания и скрытой теплоты замерзания воды. Сб. Проблемы рудничной аэрологии. - М., Госгортехиздат, 1959, с.289-297.
11. Стоянов С. Время полного замерзания капли воды. Гидрология и метеорология. София. XXII. Кн.1, 1973, с.11-15.
12. Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. М., Машиностроение, 1970, с.344.
!/■
Шувалов Юрий Васильевич - профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Мохамада А., Бульбашев А.П. - Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Г
