Принципы защиты природной среды при добыче руд комбинированным способом Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.К. Царикаев, 2002

УДК 622.014.3:502.76

В.К. Царикаев

ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ

П

о данным [1] в Российской Федерации действуют более 600 шахт и рудников, где подземным способом добывают черные и цветные металлы и минеральные удобрения, и более 4000 карьеров и разрезов. Численность работающих в горной промышленности достигает 1,4 млн. чел.

Повышение эффективности и экологической безопасности использования шахтного оборудования и защиты окружающей природной среды для этой отрасли играют приоритетную роль.

В дальнейшем развитии отрасли достигнут значительный прогресс. Все большее применение в ней находят современные методы и средства разработки, однако эффективность выполнения ряда технологических процессов не всегда отвечает возросшим производственным и санитарноэкологическим требованиям.

Особого внимания заслуживают комплексные разработки месторождений, поскольку они представляют собой экологическую опасность для рудничной атмосферы и в целом окружающей среды.

Известно, что более 90% горной массы на рудниках открытых работ добывается с использованием буровзрывных работ. При этом атмосфера

Бурение шпуров и скважин Взрывные работы Погрузка руды

карьеров и окружающая территория, прилегающая к району функционирования горного объекта, подвергаются воздействию вредных (токсичных) пылегазовых загрязнений.

Немало еще нерешенных вопросов на ряде рудников с освоением подземных недр, особенно при комбинированном способе добычи руд. Запыленность воздуха и количество вредных газов на рабочих местах не отвечают требованиям, установленным «Едиными правилами безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом» (ПБ-06-111-95).

Уровень концентрации вредных веществ в несколько раз превышает санитарные нормы. Пылегазовые загрязнения в больших количествах являются источником тяжелых профессиональных заболеваний, в частности пневмокониоза.

Защита окружающей среды и создание комфортных условий труда в рудниках являются социальноэкономическими проблемами и без комплексного подхода решить их невозможно. Для этого может быть применена разработанная и приводимая ниже классификация основных источников пылегазовых загрязнений рудничной атмосферы (рис. 1).

Важное значение имеют вопросы эффективной эксплуатации рудничного оборудования, в том числе машин с двигателями внутреннего сгорания, затворов рудоспусков, шахтных регуляторов расхода воздуха. Устойчивое состояние биоэкоси-

Разгрузка

рудной

массы

Эксплуатация ДВС Приток загрязненного воздуха Эксплуатация рудоспусков

стемы зависит от эффективности проведения буровзрывных, погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, сроков и качества возведения воздухорегулирующих и воздухосберегающих устройств и сооружений.

Вопросы охраны атмосферы карьеров и подземных рудников должны рассматриваться в тесной взаимосвязи, поскольку без экологизации нагорных работ невозможно обеспечить нормальные условия жизнедеятельности в подземных горных выработках и наоборот. При этом одновременно необходимо решать минимум четыре задачи:

1. Максимально ограничить поступление в окружающую среду пылегазовых загрязнений нагорных карьеров.

2. Разработать эффективные меры для снижения утечек воздуха из рабочих горизонтов, в частности через устья рудоспусков.

3. Создать условия для подачи в подземные выработки чистого воздуха. Забираемый с поверхности воздух еще до поступления в подземные горные выработки нередко загрязняется вредными веществами.

4. Выявить в подземных выработках источники пылегазовых загрязнений и предложить способы снижения вредного их влияния на рудничную атмосферу и окружающую среду.

Необходимо учитывать и некоторые другие параметры рудничной атмосферы (влажность и температура воздуха).

Для расчета проветривания подземных выработок необходимо учитывать, что количество воздуха, необходимого для их проветривания, должно рассчитываться по наибольшему числу людей, занятых одновременно на подземных работах; по углекислому газу, ядовитым и горючим газам, пыли, токсичным газам, образующимся при производстве взрывных работ; по вредным компонентам выхлопных газов, выделяющихся при применении оборудования с двигателями внутреннего сгорания, а также по минимальной скорости движения воздуха по горным выработкам. Особо следует отметить, что в соответствии с ЕПБ количество воздуха, рассчитываемого по числу людей, долж-

Рис. 1. Классификация основных источников пылегазовых загрязнений рудничной атмосферы

но быть не менее 6 м3/мин на каждого человека, считая по наибольшему числу одновременно работающих людей в смене.

Максимально эффективного использования подаваемого в горные выработки воздуха можно добиться решением следующих основных задач:

- надежное управление потоками воздуха (возможность подачи на все участки работы потребного количества воздуха);

- устранение источников загрязнения подаваемого в рудник воздуха;

- пылеподавление источников загрязнения в подземных выработках;

- максимальное уменьшение утечек воздуха;

- ведение постоянного контроля за вентиляционными параметрами на всех участках горных работ.

На практике, как правило, вместо комплексного подхода решаются отдельные локальные задачи и вся работа по поддержанию безопасных условий жизнедеятельности сводится к интенсивному проветриванию подземных горных выработок. Во-первых, такой подход экономически себя не оправдывает. Во-вторых, что более важно, при этом борьба ведется не с причиной, а со следствием.

Решение проблемы повышения экологической безопасности рудничной атмосферы во многом зависит от конструктивного исполнения основных элементов вентиляционной системы: затворов рудоспусков, регуля-

торов расхода воздуха, шлюзовых сооружений. Со сложной и дорогостоящей системой автоматики на электронной основе их применение в подземных условиях нецелесообразно, поскольку при наличии таких отрицательных факторов, как высокий уровень влажности и запыленности воздуха, средства автоматики работают ненадежно, быстро выходят из строя. Кроме того на рудниках применяются вентиляционные двери, которые имеют сложную конструкцию и практически не приспособлены для использования средств автоматики. Возникают также непреодолимые препятствия для быстрого и безопасного прохождения через них людей и транспортных средств при аварийных отключениях электроэнергии. Серьезный недостаток таких дверей: они не обеспечивают надежного регулирования потоков воздуха. Отсутствие в рудниках регулируемой системы воздухораспределения на практике объясняется главным образом этими обстоятельствами.

Более эффективны для применения в рудниках затворы рудоспусков и регуляторы расхода воздуха, в конструкциях которых заложены элементы автоматики с простыми и надежными механизмами управления без вмешательства человека, но, как правило, при участии самого транспортного средства или выгружаемой рудной массы. Разработанные нами затворы рудоспусков и регуляторы расхода воздуха в большей мере отвеча-

Рис. 2. Классификация принципов автоматического управления затворами рудоспусков и шахтными вентиляционными устройствами

ют этим требованиям: в механической части их заложены функции автоматики с простыми и весьма надежными трособлочными узлами управления или без них [2-4]. С применением этих конструкций и при использовании известных датчиков запыленности, загазованности и влажности воздуха реальным становится создание комплексной автоматизированной системы управления воздухоснабже-нием рудников.

В предложенных конструкциях реализованы новые и известные принципы автоматического управления (рис. 2) [5]. Они полностью адаптированы к современному технологическому процессу добычи руды.

Борьба с утечками воздуха является важнейшей основой эффективного использования подаваемого в шахту воздуха. С учетом этого разработана классификация утечек воздуха на рудниках и предложены методы их снижения.

Реализация мероприятий, предлагаемых в классификации, позволяет сократить потери воздуха в целом по руднику в среднем в 3,2 раза.

1 КЛАСЦИФИКАЦк Я У 1 ЕЧЕК ВОЗДУХА В ПОДЗЕМНЫХ 1 ОРНЫХ ВЫРАЬО 1 КАХ 12 МЕ 1 ОДЫ ИХ СНИЖЕНИЯ

Ис точенттещре „„„„шзтых цели - • Нагнетать герметизирующие со(^^ыдчеруе*ешйу)ы,,найриекер, суспензию тонкомолотой глины с доба -

ках 1 2

7. УУтчкии ччВре : надыкзнве® їзд- , азеусков зу становит!р11я4рйев:титвойайи11?у^рйеЕЕуйк{ьв мги!^н^наь&,разйвр^§рйгг:дйгаслз;нег(т'ь|бааяз?р^т1й&з01т§ьх рукрео ру-^;оспусровуС?ййвеливм1йхдвойн1с^воко1&1ыем9айьюстроршейгнрБомадкой:твекояи^жг8у85йймоа1]ВД!ш законней х э тр&моечки воздуха можно значительно уменьшить [3].

2. Утечки через перемычки Прим^итпроимендитв ойлаЖбуриннЖе ШнкЙдшчИогвдаы'с двупиторон жргвдмен№Щ>нмор®; с том или иlр^И^iгK0B0--цбеСKйHгH0iHу8СГ'І50^^H^овку главных вентиляторов в специальных камерах надшахтного здани

8. Общешахтные прочие утечки • Для снижения воздухопроницаемости перемычек использовать покрытие из смесисиликагного клея глины 1 Обеспечить снижение осщешахтнои депрессии, которой пропорциональны общешахтные утечки возду -ихалорпренового латекса, известково-цементного раствора, из составов на основе синтетических смол, жидкого стекла и гипса, хлористого кальция и смачивателя ДБ и др.; • Устранить трещины ищели в каналах вентиляторных установок.

в процессе эксплуатации, периодически обмазывая перемычки глиной или цементным раствором; • применять двойные дощатые перемычки; • производить оштукатуривание или покрытие специальными растворами не только самих перемычек, но и поверхностей кровли и почвы выработок на расстояние 2-З м от них; • снижать разницу давлений воздуха в выработках, которые разделяются перемычками; • места примыкания перемычек к боковым породам обмазывать смесью ДГИ №6; - для ускорения строительства и повышения качества перемычек использовать бетоносмеситель - укладчик, предложенный авторами [3-5]; • все перемычки должны быть не только воздухонепроницаемыми, но и огнестойкими, сейсмостойкими, хорошо сопротивляться горному давлению и ударной волне при массовых взрывах.

3. Утечки через старые недействующие выработки и отработанное очистное пространство • Изолировать недействующие и старые выработки, установить герметичные и бутобетонные перемычки на глинистом растворе с обмазкой воздухонепроницаемой массой - битумно-вазелиновой смесью в соотношении 1:1,3; • в случае кратковременной изоляции выработок применять сплошные дощатые перемычки с герметическим покрытием или обивкой их листовым железом или войлоком; воздухопроницаемость выработанного пространства может быть существенно снижена путем его искусственного уплотнения густыми глинистыми суспензиями и другими материалами.

4. Утечки через вентиляционные двери • Плотно подогнать двери к перемычкам (рамам); • устанавливать при депрессии: до 20 мм вод.ст. - одну дверь; от 20 до 50 мм. вод.ст. - две двери; свыше 50 мм. вод.ст. - три двери; • для устранения «коротких токов» воздуха устанавливать шлюзы из двух дверей, расстояние между которыми должно быть больше длины транспортного средства; • двери с перемычками выполнять с врубом на глубину не менее 0,5 м в крепких и 1м в мягких породах; • сооружать двери из двух рядов досок с прокладкой между ними слоя толя, войлока или использованной конвейерной ленты; • одиночные двери изготавливать из досок толщиной не менее 40 мм, заделанных в шип, и обшивать их листовым железом или другим несгораемым и воздухонепроницаемым материалом; • дверные полотна должны прилегать к раме со стороны большего давления воздушного потока; • при наличии рельсовых путей сооружать деревянный порог, в котором утапливаются рельсы, до головок и навешивать к низу двери фартук из куска прорезиненного материала; • вентиляционные двери в откаточных выработках при наличии троллейного провода должны быть двухстворчатыми с вырезом для провода; • заменить шторные двери на металлические, что позволит снизить утечки воздуха на 10%; • в выработках с интенсивной откаткой необходимо устанавливать автоматически открывающиеся и закрывающиеся двери (напр. А.с.1442671, 1553716, 1587214; 1610043; 1624185; 1691531) [3-5]; • осуществлять контроль за своевременным закрыванием вентиляционных дверей, шлюзовых сооружений.

5. Утечки через кроссинги • Применять кроссинги типа обходной выработки или трубчатые сечением не менее 0,5 м2 из металла толщиной не менее 5 мм; • в местах примыкания трубы к перемычке приваривать к трубе шайбу высотой 60-80мм, что уменьшает утечки воздуха в 3,4 раза; • сооружать прочные кроссинги, чтобы не разрушались под горным давлением; • стены кирпичных кроссингов должны оштукатуриваться, а двери тщательно герметизироваться.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 6

1. Васильчук М.П. О состоянии охраны труда в угольной и горнорудной промышленности / Горный вестник, 1998, № 5.

2. Царикаев В.К. Повышение экологической эффективности эксплуатации рудоспусков. Владикавказ, Терек, 2001.

3. Царикаев В.К. Научные основы безопасности и эффективности использования шахтного оборудования. Владикавказ, Терек, 2001.

4. Алборов И. Д., Царикаев В.К. Геоэкология при комбинированном способе добычи руд. Владикавказ, Терек, 2001.

5. Царикаев В.К. Управление технологическими потоками и экологической безопасностью горных предприятий. Владикавказ, Терек, 2001.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Царикаев Владимир Каурбекович - старший научный сотрудник, кандидат технических наук, Северо-Кавказский государственный технологический университет.