Оценка пылевой нагрузки на окружающую среду основных технологических процессов при добыче бурых углей на разрезе «Мугунский»

УДК 622

ОЦЕНКА ПЫЛЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ДОБЫЧЕ БУРЫХ УГЛЕЙ НА РАЗРЕЗЕ «МУГУНСКИЙ»

© С.С. Тимофеева1, И.А. Карпова2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

В статье рассматриваются вопросы по оценке пылевой нагрузки на атмосферный воздух на объектах открытой разработки месторождений полезных ископаемых, на примере Мугунского буроугольного месторождения. Показано, что существенный вклад в процесс пылевого загрязнения вносят буро-взрывные, добычные, погрузочно-разгрузочные работы; пылящие поверхности породных, угольных уступов и свежеотсыпанных отвалов по мере высыхания естественной влаги; планировочные работы при горнотехнической рекультивации; сдувание частиц пыли с поверхности груженого углем состава при движении. Наибольшее количество пыли выбрасывается при добычных работах. Ил. 6. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: угольный разрез; атмосферный воздух; пылегазовые выбросы.

ASSESSING ENVIRONMENTAL DUST LOAD CAUSED BY BASIC BROWN COAL PRODUCTION PROCESSES AT "MUGUNSKY" OPEN-CAST S.S. Timofeeva, I.A. Karpova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the assessment of dust load on the atmospheric air at open-pit mines by example of Mugunsky lignite deposit. The factors including drilling and blasting, mining, loading and unloading works; dusty surfaces of rock and coal benches, recently dumped spoils as natural moisture dries; planning works under mining reclamation; blowing of dust particles from the surface of the trainload of coal when in motion are shown to contribute significantly to the process of dust pollution. The greatest amount of dust is emitted under mining operations. 6 figures. 5 sources.

Key words: coal mine; atmospheric air; powder-gas emissions.

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых происходит значительное загрязнение атмосферы пылегазовыми выбросами как в рабочей зоне, так и на прилегающей территории горнорудных поселений. Пылегазовые выбросы представляют собой совокупность тонко дисперсных частиц ^Ю2 от долей мкм до 100 мкм) и газов: оксида углерода (СО), диоксида азота (NO2), диоксида серы (SO2) и др. Загрязнение атмосферы наносит существенный ущерб качеству окружающей среды, оказывает негативное влияние на здоровье персонала и населения, проживающего вблизи горнорудных месторождений. Интенсивность пылегазовых загрязнений атмосферного воздуха зависит от совокупности следующих факторов: используемых технологических и технических процессов, применяемого оборудования на подготовительных, вскрышных и добычных работах; природно-климатических условий района ведения открытых горных работ.

За десятилетия в Иркутской области накоплен ценнейший опыт разработки угольных месторождений открытым способом. Успешно внедряется в производство новейшая техника, применяются передовые вы-

сокопроизводительные технологии горноподготовительных и добычных работ. Вместе с тем разрабатываются и экологические аспекты угледобывающего производства, вопросы охраны окружающей природной среды, оценки экологических последствий деятельности угледобывающих предприятий, а также связанные с угледобычей экологические риски для природной среды и здоровья людей.

Горнодобывающая промышленность относится к одному из наиболее влияющих на здоровье человека и состояние природной среды видов деятельности. По мнению академика А.Е. Ферсмана, «... грандиозные горные и инженерные работы перераспределяют вещество из земной поверхности по своим собственным законам, столь отличным от естественных законов геологии и геохимии» [1].

В настоящей работе предпринята попытка оценить пылевую нагрузку на окружающую среду основных технологических процессов на Мугунском угольном разрезе.

Мугунское буроугольное месторождение находится в Тулунском районе в 40 км на юго-запад от г. Ту-луна. Строительство разреза начато в 1987 г. по про-

Чимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности.

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety.

2Карпова Ирина Александровна, аспирант. Karpova Irina, Postgraduate.

екту строительства 1-й очереди разреза "Мугунский", выполненному институтом "Востсибгипрошахт" и утверждённому Минуглепромом СССР в 1985 г. Проектная производственная мощность 1-й очереди разреза принята 10 млн т в год. Разработка Мугунского буроугольного месторождения осуществлялась до 2004 г.

В 1989 г. Востсибгипрошахтом проект был пересмотрен при той же мощности разреза (утвержден Минуглепромом СССР в 1991 г.).

В связи с тем, что проектный экскаваторный парк в полном объёме на разрез "Мугунский" поставлен не был, а потребность в энергетических углях, в связи с известными событиями в стране, резко снизилась, по заданию ЗАО "СУЭК Байкал-Уголь" в 2003 г. ОАО "Востсибгипрошахт" выполнил корректировку проекта строительства разреза "Мугунский" (1-я очередь).

Разрез "Мугунский" в 2010 г. был переименован в производственный участок (ПУ) "Мугунский" филиала "Разрез "Тулунуголь" ООО "Компания "Востсибуголь".

До 2010 г. горные работы на ПУ "Мугунский" велись по бестранспортной системе разработки. В 2010 г. ОАО "Востсибгипрошахт" была разработана проектная документация - "Технические решения по организации передового транспортного уступа на Западном блоке ПУ "Мугунский" филиала "Разрез "Тулунуголь" ООО "Компания "Востсибуголь", по которой на Запад-

ном эксплуатационном блоке был организован передовой транспортный уступ высотой 10 м по слабым четвертичным породам. Породы передового уступа автосамосвалами транспортируются на внутренний и внешний бульдозерные отвалы. В ближайшие 5-10 лет передовые транспортные уступы предусматривается организовать на Восточном и Центральном эксплуатационных блоках.

Отработка карьерного поля ПУ "Мугунский" производится тремя эксплуатационными блоками: Западным, Центральным и Восточным (рис. 1). Отработка Западного эксплуатационного блока осуществляется по комбинированной системе разработки. Передовой транспортный уступ на Западном блоке до 2016 г. предусматривается отрабатывать оборудованием ПУ "Мугунский" и подрядной организации. С 2016 г. ведение вскрышных работ по транспортной схеме намечается только оборудованием ПУ "Мугунский".

По мере дальнейшей отработки карьерного поля ПУ "Мугунский", с ростом мощности вскрышной толщи, передовые транспортные уступы предусматривается организовать кроме Западного блока также на Центральном и Восточном эксплуатационных блоках. Мощность вскрышной толщи, отрабатываемой по транспортной схеме, также по мере подвигания горных работ, увеличивается с 10 до 20+25 м.

Рис. 1. Схема раскройки карьерного поля № 1

На основной бестранспортной вскрыше предусматривается использовать драглайны ЭШ 40.100, ЭШ 20.90 и ЭШ 15.90. Драглайны ЭШ 11.70 играют вспомогательную роль и применяются в основном на переэкскавации, планировке отвалов и прочих работах.

Передовой транспортный уступ на Западном эксплуатационном блоке отрабатывается силами ПУ "Мугунский" и подрядной организацией. На вскрышных работах ПУ "Мугунский" использует карьерные мехло-паты ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, частично ЭКГ-4У(5У). Вскрышные породы транспортируются на внешние и внутренние отвалы. Погрузка горной массы производится в автосамосвалы БелАЗ-7540 и БелАЗ-7555В грузоподъемностью 30 и 55 т. Подрядная организация применяет дизельные гидравлические экскаваторы Ko-matsu PC 300-7 и PC 350 LC-6 с ёмкостью ковша 1,4 м3 и колесный погрузчик WA 420-3 с ёмкостью ковша 3,0 м3.

Основной объём добычных работ на ПУ "Мугунский" выполняют роторные экскаваторы ЭР-1250. До начала работы роторного экскаватора производятся подготовительные работы по прорезке угольного пласта со стороны рабочего борта для настилки железнодорожного пути. Прорезка угольного пласта осуществляется экскаваторами ЭКГ-5У, драглайнами ЭШ 6.45 и ЭШ 11.70. Извлекаемый уголь размещается на кровле пласта. После прорезки пласта на почве пласта настилается железнодорожный путь, после чего добычные работы выполняет роторный экскаватор ЭР-1250. Также добычные работы выполняются экскаваторами ЭКГ-5У с погрузкой угля в железнодорожные вагоны. На отдельных участках, где невозможно завести железнодорожные пути на угольный пласт, добычные работы выполняются с использованием гидравлического экскаватора Hyundai R800LC-7A и автосамосвалов. Уголь автосамосвалами подвозится к ближайшему роторному экскаватору.

Осушение горных выработок предусматривается осуществлять по сложившейся на ПУ "Мугунский" схеме - с помощью карьерного водоотлива. В период 2012-2016 гг. предусматривается выполнить работы по удлинению дренажной траншеи Восточного блока (в два этапа), по удлинению дренажной траншеи Западного и Центрального блоков, а также вынос нагорной канавы. Все работы по удлинению дренажных траншей планируется выполнить по транспортной схеме, вынос нагорной канавы - по бестранспортной

схеме с помощью драглайна ЭШ 11.70. Обобщённая схема ведения горных работ при отработке карьерного поля ПУ "Мугунский" приведена на рис. 2.

Буровзрывные работы на ПУ "Мугунский" чаще всего производятся по крепким породам и породам, охваченным многолетней мерзлотой. Также взрывается сезонная мерзлота по вскрыше и уголь в небольших объёмах. При производстве массовых взрывов используются в основном следующие типы взрывчатых веществ: гранулит Д-5, эмуласт, граммонит 79/21, эмульсолит-П.

На бурении скважин используются существующие буровые станки СБШ-250МНА и СБР-160. По мере списания станков шарошечного бурения предусматривается приобретение станков компании Atlas Copco (Швеция) марки DML с электрическим и дизельным приводом.

Вывозимые по транспортной схеме автосамосвалами вскрышные породы представлены в основном четвертичными отложениями (относятся к потенциально-плодородным породам) и размещаются в верхней части отвалов, что будет способствовать произрастанию древесных культур при проведении биологической рекультивации нарушенных земель для лесного хозяйства.

ПУ "Мугунский", как и каждое горнодобывающее предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения полезных ископаемых, оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, в частности на атмосферу, что связано с особенностью технологического процесса - вскрытием естественного почвенного покрова, изъятием и перемещением вскрышных пород, добычей угля и отгрузкой его потребителю. Главная особенность угледобывающего предприятия - наличие большого числа передвижных и неорганизованных источников.

Основными источниками образования и поступления мелкодисперсной пыли в приземный атмосферный воздух служат:

- буро-взрывные, добычные, погрузочно-разгрузочные работы;

- пылящие поверхности породных, угольных уступов и свежеотсыпанных отвалов по мере высыхания естественной влаги;

- планировочные работы при горнотехнической рекультивации;

Рис. 2. Обобщенная схема ведения горных работ ПУ «Мугунский»

- сдувание частиц пыли с поверхности гружёного углем состава при движении.

При работе карьерной техники, автотранспорта, тепловозов, а также от вспомогательного транспорта, выполняющего перевозку материалов и оборудования, происходит загрязнение воздуха окислами азота и углерода, углеводородами, сажей.

Нами выполнены экспериментальные исследования по оценке пылеобразования при работе разных типов экскаваторов, при транспортировке угля к месту разгрузки путём экспозиции стёкол в зоне выполнения технологических операций и последующего определения осевшей пыли весовым методом. Пылеобразова-ние в процессе транспортировки угля определяли расчётным методом [2-5]. Как известно, в процессе транспортировки угольная пыль просыпается, выдувается потоком воздуха, переносится на значитель-

ные расстояния. На процесс пыления при транспортировке угля влияют следующие факторы: дорожные условия (состояние дорожного покрытия - ухабы, рытвины, повороты, виражи, подъёмы, спуски и т.д.); подвижной состав (тип подвижного состава, его техническое состояние, форма и периметр кузова); индивидуальные особенности водителей (прежде всего темперамент); условия погрузки; погодные условия (температура и влажность воздуха, ветер, осадки). Применительно к условиям угольного разреза определено количество пыли, поступающее в атмосферу при различных технологических операциях на различных участках.

Распределение выбросов пыли на анализируемом предприятии при добыче угля, транспортировке горной массы, формировании отвалов, от действующих и недействующих отвалов приведено на рис. 3-6.

Рис. 3. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу на площадке № 9 - Западный блок

Рис. 4. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу на площадке № 10 - Центральный блок

Рис. 5. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу на площадке № 11 - Восточный блок

Рис. 6. Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу ПУ «Мугунский»

Таким образом, по результатам проведённых исследований установлена пылевая нагрузка при выполнении основных технологических операций. Как видно из данных, приведённых на рис. 6, наибольшее пыление наблюдается в процессе добычи угля. Вклад процесса транспортировки не превышает 0,5% от количества пыли, выбрасываемой в основных операциях добычи угля.

Сокращению выбросов в атмосферный воздух способствуют геологические и природные условия месторождения: удержание мелких фракций пыли может происходить за счёт продолжительного устойчивого снежного покрова, сезонного промерзания от-

косов и медленного их оттаивания. Размеры выработанного пространства разреза и преобладающее направление ветров благоприятствуют естественному проветриванию горных выработок.

Но необходимо проведение и специальных мероприятий пылеподавления, направленных на уменьшение выбросов загрязняющих веществ, таких как:

- уплотнение поверхности отвалов;

- орошение водой внутрикарьерных дорог, породных уступов и поверхностей отвала по мере их внешнего высыхания в летнее время;

- подбор просыпей и зачистка полотна дорог.

Библиографический список

1. Александрова Т.Ф. Экологическое влияние добычи угля на коренных жителей, ведущих традиционный образ жизни // Пути эффективного использования экономического и промышленного потенциального южно-якутского региона в XXI веке: сб. науч. тр. по материалам Республиканской науч.-практ. конф. Нерюнгри, 2000. Т. II. С. 159-167.

2. Тимофеева С.С., Карпова И.А. Оценка экологической нагрузки на атмосферу при добыче бурых углей // Вестник ИрГТУ. 2013. № 1(72). С. 47-53.

3. Горные работы: программа, реализующая «Методику расчета выбросов (сбросов) для комплекса оборудования от-

крытых горных работ (на основе удельных показателей)». Люберцы, 1999.

4. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). СПб.: НИИ «Атмосфера», 2005.

5. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля. Пермь, 2003.