Методы управления аэрогазопылединамическими процессами на горнодобывающих предприятиях

Известно, что основной причиной загрязнения атмосферы карьеров является несовершенство технологических процессов и оборудования, а также с увеличением глубины карьерных выработок при штилях и температурной инверсии - ухудшение условий естественного воздухообмена.

Согласно «Единым правилам безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (ПБ-03-498-02) [1] состав атмосферы объектов открытых горных работ должен отвечать установленным нормативам: воздух рабочей зоны должен содержать по объему не менее 20% кислорода и не более 0,5% углекислого газа. Содержание других вредностей не должно превышать установленных санитарных норм по пыли и вредным газам. К основным вредным газам относятся оксид углерода (ПДК 20 мг/м3 или 0,0017% при продолжительном нахождении на загрязняемом участке), оксиды азота (ПДК 5 мг/м3 или 0,00025%).

Как известно, субъектами загрязнения атмосферы карьеров являются ядовитые газы, пыль и пары. Степень загрязнения атмосферы выработанного пространства при работе различного технологического оборудования и транспортных машин определяется не только особенностями рабочего оборудования, но и физико-механическим, химическим и гранулометрическим составом, а также влажностью самой горной массы.

К источникам вредных газов и пыли в карьерах относятся буровые станки, двигатели внутреннего сгорания, сортировочные установки, выемочно-погрузочные работы, взрывные работы и т.д.

Выделение большого количества пыли, вредных и токсичных газов в атмосферу выработанного пространства происходит в результате проведения взрывных работ. Концентрация вредных примесей, как в облаке, так и в атмосфере карьера, а также в горной массе достигает значительных величин. При массовых взрывах объем пылегазового облака (ПГО) доходит до 15–19,5 млн. м3, пыль присутствует в количестве 0,0270,17 кг/м3 горной массы, которая в результате действия ветра распространяется на значительные расстояния, равные 7-15 км [2]. Пылегазовое облако быстро поднимается при неустойчивой термической стратификации, но в результате инверсий продукты взрыва (пыль, газ), как правило, не выходят за пределы выработанного пространства. При этом характерно общее длительное загрязнение карьера.

Допустимы нижеуказанные пути решения установленной проблемы:

• 1.    интенсификация естественного проветривания выработанного пространства;

• 2.    осуществление местной вентиляции застойных рабочих зон.

Значительные объемы выработанного пространства карьеров (>108 м3), применение высокопроизводительного оборудования и, как следствие, увеличение концентрации вредных веществ в атмосфере потребовали разработки мощных средств подавления вредных примесей, выделяющихся в атмосферу при работе технологического комплекса. Энергетические затраты при этом относятся к существенным ограничениям при практическом осуществлении мероприятий по нормализации рабочего пространства.

Процесс теплообмена в карьерах имеет сложный характер. В случае нарушения воздухообмена в рабочей зоне происходит изменение содержания твердых и газообразных продуктов в их атмосфере. Расположение карьеров в различных климатических зонах свидетельствует о значительных изменениях характеристик атмосферы рабочих зон.

По данным А.С. Морина [5], на карьерах Урала, Восточной Сибири и Западной Якутии использовались средства беструбной вентиляции и пылегазоподавления свободными воздушными струями. В результате этого удовлетворительная эффективность была достигнута не во всех случаях. При этом трубопроводный способ вентиляции является основным при принудительном проветривании разнообразных промышленных объектов.

На железорудных карьерах Первомайском и Анновском с целью улучшения воздухообмена применяются следующие способы:

• -    создание плавной конфигурации борта карьера;

• -    уменьшение угла откоса бортов;

• -    формирование карьера вдоль направления господствующих ветров;

• -    использование тепла горных пород;

• -    создание специальных вентиляционных траншей [3].

Например, на карьере «Коашвинский», расположенном в центральной части Кольского полуострова, можно установить границу перехода от естественной схемы проветривания к рециркуляционной схеме на глубине 296 м при максимальной глубине разработки 600-700 м. Следует также отметить, что искусственное проветривание выработанного пространства карьера   осложняется ограниченным количеством выпускаемых образцов вентиляционных установок: в серийном производстве находится установка типа УМП-1А (Б). Многие из установок - это рабочие чертежи, промышленные образцы и эскизные проекты. Количество установок, схемы расположения, способ проветривания, режим их работы следует определять на основе экономических расчетов. Для проветривания взорванных блоков в повторно-кратковременном режиме требуется 7 установок типа УМП-1 [4].

В настоящее время существует достаточное количество новых научно обоснованных технических решений, которые способствуют улучшению естественного и принудительного проветривания рабочих зон карьера: - увлажнение, при котором эффективность пылеподавления составит 5560 %;

- покрытие пенами на основе различных составов поверхностно-активных веществ (подъем пылегазового облака уменьшается в 2-3 раза, оседание пыли происходит быстрее в 3-4 раза) [4].

Рост производственной мощности карьера, высокие темпы ведения горных работ, концентрация оборудования приводят к повышению загрязнения карьерного пространства. Поэтому осуществление нормализации атмосферы путем изменения технологии целесообразно только в том случае, если достигается значительный положительный эффект, несмотря на снижение производственной мощности карьера, производительности труда и увеличение затрат на добычу. При этом сокращение необоснованных производственных осложнений возможно при правильном проектировании и эксплуатации производственных объектов.

Таким образом, выполненный обзор показывает, что на большинстве глубоких карьеров Росси не обеспечиваются безопасные условия труда рабочих. Следовательно, существует необходимость разработки новых и совершенствования     применяющихся     методов     управления аэрогазопылединамическими процессами в рабочем пространстве карьеров, и актуальными являются научные исследования, направленные на обоснование схем проветривания рабочего пространства карьеров.