Оценка экологической нагрузки технологических процессов добычи угля на окружающую среду на примере Черемховского разреза

Для вскрытия продуктивных пластов с трещинным типом коллектора в скважине № 1-п Тутурского лицензионного участка была разработана рецептура раствора на основе соли знаменской рапы плотностью 1,8-2,2 г/см3. Для утяжеления использовался гематит, связывающий H2S, и соль знаменской рапы, которую производит ЗАО «Техрас». Наиболее эффективными для вскрытия рапоносных горизонтов могут быть утяжеленные растворы, содержащие конденсированную твердую фазу, образующуюся с солями, содержащими 6,8-8,6% магния, который есть в составе рапы.

В настоящее время в ИрГТУ разработаны буровые растворы на основе чистой рапы, которые не требуют большого количества реагентов для обработки и тем более утяжелителей, так как сама рапа имеет высокую плотность - 1,4-1,5 г/см3. Эти растворы выдер-

живают агрессивное воздействие поливалентных электролитов и сероводородную агрессию.

При бурении глубоких скважин остро стоит проблема утилизации буровых растворов [4]. Лабораторные исследования последних лет показали возможность получения тяжелых растворов на основе чистой рапы, что позволит сохранить водные ресурсы, особенно при бурении на северных территориях, а главное - обеспечить решение одной из важнейших задач при глубоком бурении - охрану окружающей среды.

Таким образом, создание утяжеленных растворов на основе рассолов рапоносных горизонтов в какой-то мере позволит решить сразу две проблемы: использование готовых рассолов в качестве буровых и их утилизацию.

Статья поступила 23.12.2014 г.

Библиографический список

1. Вахромеев А.Г., Хохлов Г.А. Перспективы прогноза зон рапопроявлений в Верхоленском (Жигаловском) газоносном районе Иркутской области // Особенности технологии проводки и заканчивания скважин в Восточной Сибири и Якутии: сб. науч. тр. Новосибирск: Изд-во СНИИ геологии, геофизики и минерального сырья, 1988. С. 140-142.

2. Нефтегазоносность рифоподобных образований кембрия в Лено-Тунгусской провинции / Г.Г. Шемин, Л.И. Калина, И.А. Кальвин, Л.Е. Стариков // Геология нефти и газа. 1988. № 10. С. 26-29.

3. Петров М.М. Обобщение и анализ промысловых данных и рекомендации для поисков скоплений углеводородов в осинском горизонте Непско-Ботуобинской антеклизы //

Нефтегазовое дело. 2010. № 1. С. 1-13.

4. Утилизация буровых растворов на Ковыктинском газокон-денсатном месторождении в связи с проблемами экологии / Л.А. Рапацкая, Л.В. Николаева [и др.] // Новые идеи в науках о Земле: мат-лы VIII Междунар. конф. (Москва, 10-13 апреля 2007). М., 2007. С. 225-227.

5. Шемин Г.Г. Модель строения, условия формирования и перспективы нефтегазоносности с выделением объектов поисково-оценочных работ осинского горизонта нижнего кембрия центральных районов Сибирской платформы // Интерэкспо - ГеоСибирь. 2008. Т. 5 [Электронный ресурс] URL: http: // cyberleninka.ru / article / n / (03 дек. 2014).

УДК 504.75.05:622,3

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДОБЫЧИ УГЛЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ НА ПРИМЕРЕ ЧЕРЕМХОВСКОГО РАЗРЕЗА

© С.С. Тимофеева1, М.А. Мурзин2

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

Экспериментальными и расчетными методами оценена экологическая нагрузка на окружающую среду, создаваемая технологическими процессами добычи угля (на примере Черемховского угольного разреза). Установлено, что максимальный выброс пыли (до 800 т в год) происходит при вскрыше и отвалообразовании вскрышными экскаваторами типа драглайн. Бурение сопровождается выделением до 10 т пыли в год. Содержание пыли в кабинах экскаваторов колеблется в широком диапазоне. Приведены суммарные выбросы токсичных газов, поступающих в окружающую среду при транспортировании угля. Даны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на атмосферу.

Ключевые слова: угольная промышленность; пылевыделения; технологические процессы; экологическая нагрузка; газовые выделения.

ASSESSMENT OF COAL MINING ENVIRONMENTAL LOAD BY EXAMPLE OF THE CHEREMKHOVO OPENCAST MINE

S.S. Timofeeva, M.A. Murzin

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

Environmental load produced by the technological processes of coal mining has been estimated by experimental and

1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405671, e-mail: timofeeva@istu.edu

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405671, e-mail: timofeeva@istu.edu

2Мурзин Михаил Андреевич, аспирант, тел.: 89149552134, e-mail: misha0009@mail.ru

Murzin Mikhail, Postgraduate, tel.: 89149552134, e-mail: misha0009@mail.ru

computational methods (on the example of the Cheremkhovo opencast mine). It is found that the maximum emission of dust (up to 800 tons per year) occurs under overburden removal and dumping by the stripping shovels of the dragline type. Drilling is accompanied by the release of up to 10 tons of dust per year. The dust content in excavator cabins varies greatly. Total emissions of toxic gases entering environment under transportation of coal are given. Practical recommendations on reduction of the environmental load on the atmosphere are provided. Keywords: coal industry; dust emission; technological processes; environmental load; gas emissions.

Россия является одним из мировых лидеров по добыче угля: в ее недрах сосредоточено 193,3 млрд т, что составляет треть мировых ресурсов добываемого угля и пятую часть разведанных запасов. Указанный объем составляют 101,2 млрд т бурого угля, 85,3 млрд т каменного угля (в том числе 39,8 млрд т коксующегося) и 6,8 млрд т антрацитов. Угольная промышленность занимает одну из важнейших позиций в отечественной экономике. Промышленные запасы действующих предприятий составляют почти 19 млрд т, в том числе коксующихся углей около 4 млрд т. При существующем уровне добычи угля его запасов хватит более чем на 550 лет [1].

Фонд угледобывающих предприятий России в настоящее время насчитывает 84 шахты и 118 разрезов общей производительностью около 400 млн т. Работает 56 обогатительных фабрик.

Крупнейшей региональной угольной компанией федерального значения является ООО «Компания "Востсибуголь"» (далее - «Востсибуголь»). Это основной производитель и поставщик энергетического угля в Иркутской области. В состав компании входят угольные разрезы на территории Иркутской области и Красноярского края, транспортные предприятия, ремонтные заводы и обогатительная фабрика (г. Черем-хово). По итогам работы угольной промышленности России в 2013 г., согласно ежегодному докладу, «Востсибуголь» занял 4-е место: было добыто 15687 тыс. т угля. Среди старейших успешно работающих подразделений выделяется Черемховский угольный разрез. Добыча угля в этом регионе производится с начала ХХ в., и сегодня экологическая ситуация здесь остается напряженной.

Открытый способ добычи полезных ископаемых является мощным источником негативного воздействия на окружающую среду на значительные расстояния и обширные территории. Воздействию негативных факторов подвергается все население горнодобывающих районов. Современные угольные карьеры являются предприятиями, на которых применяются крупногабаритные высокопроизводительные машины и механизмы. Для бурения скважин используются преимущественно станки ударно-вращательного бурения, станки канатно-вращательного или вращательного бурения. Выемка, погрузка породы и угля, а также перемещение породы производится с помощью ковшовых и роторных экскаваторов. Транспортировка горной массы осуществляется в основном автомобильным и железнодорожным транспортом. При выполнении вспомогательных операций, строительстве дорог и отвалов используются бульдозеры, отвальные плуги, скреперы, дорожно-строительные машины. Рабочие, которые обслуживают эти машины, большую

часть смены находятся в кабинах горных машин, а занятые на дорожных, взрывных работах, бурении негабаритов - преимущественно на открытом воздухе [2].

Основные производственные процессы сопровождаются выделением пыли. Интенсивность пылевыде-ления зависит от характера технологического процесса, крепости и влажности горных пород, способа транспортировки и состояния автодорог, ориентировки относительно розы ветров. Определенное значение для загрязнения окружающей среды имеют взрывные работы, сдувание пыли с бортов карьера, внешних отвалов.

В настоящей работе на примере Черемховского угольного разреза изучены процессы пылеобразова-ния при различных технологических процессах, интенсивность их распространения в промышленной зоне и непосредственно на рабочих местах (в кабинах экскаваторов).

Исследования проводили двумя методами: традиционным весовым методом, раскладывая предварительно взвешенные стекла размером 10x10 см и экспонируя их разное время на различном расстоянии от работающей техники; с помощью пылемера ИКП-5, предназначенного для измерения массовой концентрации пыли и ее мелкой фракции в воздушной среде при контроле превышения предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе. В работе было использовано оборудование лаборатории промышленной и пожарной безопасности Иркутского государственного технического университета.

На рис. 1-4 представлены данные расчетно-экспериментального определения валовых выбросов пыли в год на единицу бурового оборудования и суммарных выбросов от всех буровых станков и экскаваторов, работающих на разрезе (расчет производился по методикам [3-6]).

Из полученных данных следует, что наибольшее количество пыли дают технологические вскрыши и отвалообразование (порядка 600-700 т в год), процессы бурения обеспечивают поступление в окружающую среду примерно 10 т угольной пыли, а погрузочные процессы - 15 т.

Экспериментально установлено, что концентрация пыли на рабочих местах колеблется в широком диапазоне и характеризуется непостоянством. Так, например, в кабине экскаватора при отсутствии средств борьбы с пылью концентрация пыли колеблется от 4 до 25 мг/м3, в зоне работы экскаватора может достигать сотен мг/м3. При изучении гранулометрического состава пыли в кабинах экскаваторов установлено, что преобладают частицы размером до 10 мк.

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Годы

Рис. 1. Пылеобразование при бурении скважин шарошечными буровыми станками разных типов

Рис. 2. Пылеобразование при бурении скважин действующими шарошечными станками

2007 2008 Годы

Рис. 3. Пылевыделение при вскрышных работах и отвалообразовании драглайнами

Рис. 4. Суммарные выбросы пыли при вскрыше и отвалообразовании драглайнами

Значительное загрязнение атмосферы карьера происходит при высоких скоростях движения воздуха, которые срывают пыль с бортов разреза и внешних отвалов.

Кроме пыли в атмосферу карьера поступают газообразные вещества (например, оксиды углерода, серы, азота, альдегиды), образующиеся в результате взрывных работ, процессов самовозгорания угля, а также работы автотранспорта, тепловозов, скреперов, бульдозеров. Кроме того, при разработке угольного месторождения высвобождаются и такие естественные (природные) газы, как сероводород, метан, радон, тарон. Источниками оксида углерода являются работающие двигатели и процессы самовозгорания (пожары). Оксиды азота образуются главным образом в процессе взрывных работ, а также поступают с вы-

хлопными газами дизельного транспорта.

Нами выполнены анализы содержания газовых выделений в атмосфере Черемховского карьера с использованием газоанализаторов ОКА-Т, предназначенных для контроля токсичных газов в атмосферном воздухе, и выполнены расчеты массовых газовых выбросов в атмосферу (рис. 6-9).

Таким образом, выполненное исследование, сочетающее аналитические и расчетные методы, позволяет констатировать:

1. Наиболее высокое существенное пылеобразо-вание происходит при вскрыше и отвалообразовании вскрышными экскаваторами типа драглайн. Здесь выделяется пыль в количествах до 800 т в год, что создает очень высокую концентрацию пыли в атмосфере разреза.

Рис. 5. Суммарные выбросы пыли при добычных и погрузочных работах (погрузка в железнодорожные вагоны

осуществлялась мехлопатами)

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Годы

Рис. 6. Пылегазовыделения из облака при взрывных работах

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Годы

Рис. 7. Газовыделения из отбитой горной массы при взрывных работах

Рис. 8. Суммарные выбросы по видам загрязняющих веществ при транспортировании горной массы автотранспортом

Рис. 9. Суммарные выбросы при транспортировании горной массы автотранспортом

2. Бурение скважин буровыми шарошечными станками, используемыми на разрезе, сопровождается выделением пыли в количестве до 10 т в год. На буровых станках такого типа имеются пылеулавливающие трехступенчатые установки, состоящие из пы-леприемника (I ступень), циклонной системы (II ступень) и фильтрационной камеры (III ступень). Отрицательной особенностью пылеулавливающей установки

является то, что она по конструкции достаточно громоздка, трудна в обслуживании, и ее эффективность низка (КПД = 70%). Поэтому в производственных условиях обслуживающий персонал часто не включает в работу такие установки, хотя это нарушение требований безопасности труда.

3. Пылегазообразование при взрывных работах зависит от количества взорванного взрывчатого веще-

ства и объема взорванной массы, а также от типа, марки и состояния взрывчатого вещества. Для уменьшения пылегазообразования необходимо: соблюдать технические требования к составу, хранению взрывчатого вещества, требования к технологии взрыва, способу взрывания.

4. С точки зрения пылеобразования при экскавации горных пород предпочтение следует отдавать драглайнам с удлиненными стрелами (но никак экскаватору ЭВГ 35/65 с большой вместимостью ковша и короткой стрелой).

5. Транспортирование горной массы занимает особое место при добыче угля. Этот процесс характеризует непостоянство загрязнения вредными и опасными веществами в пространстве и времени. Однако даже с незначительными загрязнениями таких веществ, как окислы азота и сернистого газа, оксиды

углерода и углеводороды нельзя не считаться, поскольку их воздействие на организм человека очень опасно.

Минимизировать экологические риски при ведении технологических процессов добычи и транспортирования угля можно, если:

- оснастить буровые станки высокоэффективными, малогабаритными и удобными в эксплуатации пылеулавливающими установками;

- применять разупрочняющие составы для разрыхления горных пород вместо проведения взрывных работ;

- перевооружить горное производство новой экологической техникой, где процессы истирания горных пород заменены процессом резания, а дизельные двигатели заменены на электропривод.

Статья поступила 15.01.2015 г.

1. Итоги работы угольной промышленности России в 2013 году // РискПром.ру [Электронный ресурс] URL: http://riskprom.ru/_ld/3/368_UGOL_03_2014.pdf (05 окт. 2014).

2. Головкова Н.П., Чеботарёв А.Г., Каледина Н.О., Хелков-ский-Сергеев Н.А. Оценка условий труда, профессионального риска, состояния профессиональной заболеваемости и производственного травматизма рабочих угольной промышленности // Горный аналитическо-информационный бюллетень. 2011. Отдельный вып. № 7. Аэрология, метан, без-опасностль [Электронный ресурс]. URL: http://cyberleninka.ru/artide/n/otsenka-usloviy-truda-professionalnogo-riska-sostoyaniya-professionalnoy-zabolevaemosti-i-proizvodstvennogo-travmatizma-rabochih (06 окт. 2014).

3. Методика расчета вредных выбросов (сбросов) для комплекса оборудования открытых горных работ (на основе удельных показателей) / Минтопэнерго РФ, ННЦ ГП ЦГД им. А.В. Скочинского. Люберцы, 1999 [Электронный ресурс]. URL: http://www.nchkz.ru/lib/59/59758/index.htm (24 окт. 2014).

Библиографический список

4. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля / Ми-нуглепром СССР, ВНИ и проектно-конструкт. ин-т охраны окружающей природной среды и угольной пром-ти. Пермь. 1989. 42 с.

5. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом); утв. Минтранс РФ 28.10.1998 г. // Строительные нормативы [Электронный ресурс]. URL: http://vsesnip.com/data1/7/7074/index.htm (24 окт. 2014).

6. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов, загрязняющих веществ в атмосферный воздух / нИи охраны атмосферного воздуха (НИИ «Атмосфера») Министерства природных ресурсов РФ. СПб. 2002. // иНфОСАЙТ.ру. Библиотека гостов, стандартов и нормативов [Электронный ресурс]. URL:

http://www.infosait.ru/norma_doc/45/45348/index.htm (21 окт. 2014).