Методическое пособие 802

задачами которого выступают: воссоздание после многих лет забытья инфраструктуры, необходимой для эффективной жизнедеятельности российских войск в арктическом регионе, восстановление зоны тотального контроля над российскими арктическими территориями; возведение разрушенных временем и стихией радиолокационных станций, предназначенных для космической разведки, связи с кораблями, летающими радарами и др. Эти задачи предполагают соответствующую теоретическую и практическую экологическую подготовку военных специалистов (обучение, проведение семинаров, учений и др.), в том числе военнослужащих рядового состава и офицеров воздушно-десантных войск и армейского спецназа, участвующих в экспедиции «Северный десант» [2, 3].

В настоящее время военно-экологическая деятельность российской армии в арктическом регионе активно развивается, характеризуется результативностью и включает: оказание помощи в очистке территорий от отходов и загрязнений, образовавшихся в результате жизнедеятельности различных гражданских и военных организаций (вывоз для утилизации мусора, металлических конструкций, очистка заброшенных зданий и сооружений и др.); уточнение карт, ориентированных на поиск удобных мест для летных площадок и аэродромов, бухт для захода кораблей, а также на учет и фиксацию свалок, заброшенных производств и т. д.; оказание помощи в подготовке военных специалистов к действиям в условиях Крайнего Севера; налаживание контактов и взаимодействия с жителями Крайнего Севера; развитие инфраструктуры для военного присутствия в арктическом регионе; испытания полярного снаряжения военнослужащих, военной техники и вооружения и другое.

Таким образом, в разрешении проблем экологической безопасности жизнедеятельности российского общества большое значение имеет военно-экологическая деятельность, которая посредством экологического образования (его форм, методов, средств) способствует формированию профессионального опыта и личностному развитию военнослужащих: усвоению военно-экологических знаний, выработке умений, и навыков, необходимых для эффективного выполнения поставленных задач; условий, мотивов и установок, обеспечивающих ее осознание и реализацию; средств и технологий природоохранной и природосберегающей во- енно-профессиональной деятельности, обеспечивающих реализацию национальных экологических, в том числе военно-экологических программ и проектов.

Литература

1.Кравцова, В.А. Экология воинских частей и экологическое воспитание военнослужащих внутренних войск МВД России / В.А. Кравцова // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2008. - № 76-2. - С. 139-142.

2.Коваль, В.П. Сохранение культурной и природной среды Арктики / В.П. Коваль, Д.Н. Лыжин // Арктика и Север. - 2016. - № 22. - С. 139-146.

3.Генеральная уборка в Арктике. - Режим доступа: http://arcticblog.livejournal.com/137444.html (дата обращения: 11.08.2017].

4.Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу от 18 сентября 2008 г. - Режим доступа: https://rg.ru/2009/03/30/arktika-osnovy-dok.html (дата обращения: 15.08.2017).

5.Павлов, П.В. Уровни готовности военнослужащих к профессиональной военноэкологической деятельности / П.В. Павлов // Фундаментальные исследования. 2014. - № 11.2

-Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23319654 (дата обращения: 25.08.2017).

6.Приказ Министра обороны РФ №180 от 15 апреля 2000 г. «О развертывании системы экологического обучения и воспитания в Вооруженных Силах Российской Федерации.

Режим доступа: - http://lib3.podelise.ru/docs/5441/index-87712.html (дата обращения: 28.08.2017).

7.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

300

8.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2.

-С. 17-25.

9.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

10.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

11.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

12.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

13.Квасов, И.С. Статическое оценивание состояния трубопроводных систем на основе функционального эквивалентирования / И.С. Квасов, М.Я. Панов, С.А. Сазонова // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2000. - № 4. - С. 100-105.

14.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ», 2009.

-247 с.

15.Сазонова, С.А. Статическое оценивание состояния систем теплоснабжения в условиях информационной неопределенности / Сазонова С.А. В сборнике: Моделирование систем и информационные технологии сборник научных трудов. Составители: И. Я. Львович, Ю. С. Сербулов. Москва, 2005. - С. 128-132.

16.Звягинцева, А.В. Структурные и примесные ловушки для точечных дефектов: монография / А.В. Звягинцева. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 180 с.

17.Власов, Н.М. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов: монография / Н.М. Власов, А.В. Звягинцева. - Воронеж: ВГТУ, 2012. - 247 с.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

M.P. Koshering, N.D. Salish, L.V. Filonenko

THE IMPORTANCE OF THE MILITARY-ENVIRONMENTAL ACTIVITIES

N THE SOLVING THE PROBLEMS OF ECOLOGICAL SAFETY OF THE RUSSIAN SOCIETY

(ON THE EXAMPLE OF THE ARCTIC REGION)

The theoretical aspects of problems of ecological safety of the Russian society are learnt in the article, a brief description of the content of the military-environmental education as a significant condition of the military-environmental activities, which support the solving of ecological safety problems of life in Russia, including in the Arctic region.

Key worlds: ecological safety, military-professional activity, the military-environmental education, environmental learning, ecological education.

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named

after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh

301

УДК 502.7:574:331.45

А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ И ГАЗОВ В АТМОСФЕРУ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ

НА КАРЬЕРАХ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ

Рассматриваются вопросы влияния вредных выбросов от технологических процессов и производств в карьере горнообогатительного комбината. Проведены исследования источников образования ядовитых газов и пыли в атмосфере карьера. Рассматривается количественный и качественный состав пылегазовых выбросов, выделяемых при выполнении взрывных работ. Выполнено моделирование неорганизованных выбросов веществ в атмосферу с определением основных параметров выбросов при взрывах. На основании анализа расчетов выявлено, что концентрации вредных веществ в выбросах многократно превышают ПДК, что создает критическую ситуацию в рабочих зонах комбината. Выполнен сравнительный анализ проекта предельно-допустимых выбросов в атмосферу и фактических выбросов на АО «Лебединский ГОК».

Ключевые слова: моделирование, взрывные работы, карьеры, источники загрязнения, пылегазовые выбросы, рабочие зоны.

В ходе эксплуатации залежей природных ресурсов в воздух железорудных карьеров происходят выбросы пыли и газов. Концентрация выбросов обуславливается природными показателями, особенностями и отличительными признаками разрабатываемой горной породы железорудного бассейна, метеорологическими факторами местности, конструкторскотехнологическим оснащением при эксплуатации и рентабельностью приложенных технологий для минимизации воздействия пылегазовых выбросов на окружающую среду [1]. Инвентаризации генераторов происхождения и расчету неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу посвящены работы [2-4] на примере ОАО «Михайловский» в городе Железногорске, Курская область.

Лебединский горно-обогатительный комбинат г. Губкин Белгородская область является лидером по выпуску сырья для металлургической отрасли на отечественном и мировом рынке потребления (рис. 1). Залежи природных ресурсов, эксплуатируемые Лебединским ГОКом (горно-обогатительный комбинат), дислоцируются в самой масштабной сфере горнообогатительного производства - на Курской магнитной аномалии, где магнетитовые руды обогащены железом и имеют его среднее количество 34–39 %.

Рис. 1. Расположение АО «Лебединский ГОК»

_________________________________

© Звягинцева А.В., Сазонова С.А., Кульнева В.В., 2019

302

Климат на Лебединском ГОКе климат умеренно-континентальный. Ветры западных румбов. Средняя годовая температура +5,7 °С. Среднемесячная сумма осадков 500÷600 мм. Почва на территории Лебединского ГОКа не промерзает больше 1,2 м.

Топография региона расположения железорудных залежей Курского бассейна характеризуется условно ровным рельефом местности. Рельеф региона при ориентации на северозапад представляет собой склоны. При северной ориентации региона для топологии поверхности местности наблюдается плавная трансформация в пойму реки Осколец.

Железорудный карьер Лебединского ГОКа дислоцируется в середине бассейна Курской магнитной аномалии, площадь 3040000 м2, глубина залегания породы ~ 400 м. (максимальная отметка). В южном направлении карьер ГОКа имеет максимальные абсолютные отметки высот ~220-225 м. Западное направление характеризуется плавным понижением высот и в районе реки Осколец максимальные отметки высот не превышают ~137-138 м.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) карьера горно-обогатительного комбината имеет следующие характеристики. В северо-западной и северной ориентации СЗЗ карьера составляет 500 метров от рубежа промышленной площадки. В северной ориентации СЗЗ располагается по землеотводу горно-обогатительного комбината промежду рыхлыми вскрышными отвалами удаленных пород и самим карьером. В северо-восточной и восточной ориентации СЗЗ простирается на 300 метров от вскрышных отвалов. В восточной ориентации СЗЗ устанавливается по землеотводу производственных помещений горно-обогатительного комбината. В восточной, южной, юго-западной и западной ориентации СЗЗ простирается на 300 метров от рубежа производственных помещений горно-обогатительного комбината; комплекса сооружений и оборудования, предназначенного для хранения или захоронения отвальных отходов обогащения (хвостохранилища) и гидротехническими сооружениями, которые применяются для складирования пустых пород, отходов способами на основе гидрологических технологий (гидроотвалы).

При отсутствии поселений на территории карьера СЗЗ дислоцируется по границе землеотвода между гидротехническими сооружениями и вскрышными отвалами скальных пород. От вскрышных отвалов скальных пород СЗЗ имеет протяженность 300 метров по границе землеотвода.

Разработка ведется подземным и открытым способами с применением буровзрывных работ и внешнего отвалообразования, рис. 2.

Рис. 2. Открытый способ разработки на Лебединском ГОКе

Срез профиля горно-обогатительного карьера, полученный путем графических построений, показывает (рис. 3), что угол откоса борта повышается с 18° (фактический угол) до 26° (возможный угол) при выдерживании высоты уступа 15 м.

Описанный эффект возможен при применении способа послойного взрывания горизонтальными скважинными зарядами под мобильным укрытием, подробно описан в работах [5, 6]. Данный способ ведения взрывных работ обеспечит локализацию взрывов и снизит

303

техногенную нагрузку на территорию карьера. В пределах разрабатываемого карьера ГОКа, согласно проекту, до отметки 400 м запасы неокисленных кварцитов исчисляются 2500 млн. т. Разрабатываемый горный массив кварцитов имеет площадь 2500 × 1750 м. и планируемая объёмная масса минералов должна составить 3,41 т/м3.

Рис. 3. Разрез горизонтов при добыче железной руды на территории горно-обогатительного карьера (штриховкой показано вероятное количество добываемой руды)

Для моделирования процессов, протекающих при взрывных работах на карьерах горнообогатительных комбинатов, при разработке залежей железистых кварцитов конкретизируем размеры карьера:

1.Длина, определяемая по слою горных пород (кровля) над пластом минералов -- 1800 м;

2.Ширина, определяемая по кровле над пластом минералов - 1500 м.

В рамках очертания карьера осадочные пласты имеют первоначальный потенциал - 80 м. Продуктивность за 12 месяцев 38 млн. т. железистых кварцитов.

Жизненный цикл разреза по промыслу кварцитов, принимая во внимание выработку полезных ископаемых, определяется по формуле:

где Qпр = 3000 - промысловые запасы минералов, млн. т; Агод = 52 - годовая выработка карьера, млн. т.

Из данных работ [7-9] следует, что базовыми показателями, воздействующими на качественный и количественный состав выбрасываемых веществ в воздух карьера при осуществлении взрывных работ, обозначаются тип, количество, удельный расход взрывчатого вещества (ВВ) и прочность пород, высота уступов и диаметр скважин. Доля энергии, преобразуемая от химических процессов, протекающих в ВВ, в механическую энергию, затрачивается на размельчение пластов минералов горного массива карьера. На 1 м3 пласта кварцитов продуцируется ~ 0,17 кг пыли, в случае материалоемкости ВВ от 0,37 кг/м3 до 1,03 кг/м3 [10].

Крепость горной породы определяется по шкале М.М. Протодьяконова [11-14]. Согласно данным работ [13, 14] при взрыве магнетитовых минералов, крепость 17-20 ед. по шкале, формируется пыль в значительной концентрации и газы: оксид углерода (СО) и оксиды азота (NхОу), выброс которых зависит от типа и кислородного режима ВВ.

По данным для полигонов при проведении взрывных работ, с повышением коэффициента М.М. Протодьяконова (f – крепость породы по шкале М.М. Протодьяконова) увеличивается концентрация выбрасываемой пыли и газов. Например, при f = 6-8, то формируется до 0,04 кг/м3 пыли, то при увеличении f = l2-14 выбрасывается до 0,22 кг/м3 частиц пыли диаметром ±1 мм. Необходимо отметить, что насыщение горных пластов водой (их обводненность) перед взрывом способствует уменьшению концентрации пылевых частиц в 1,3–2,7 раза, что обусловлено коагуляцией формируемых при взрыве паров и частиц воды с пылевыми фракциями горных пород.

В работе при моделировании рассмотрен базовый шарошечный способ бурения взрывных скважин на полигонах (станки СБШ-250 МН) [15]. Кратко охарактеризуем процесс формирования пылегазового облака. Первичное пылегазовое облако формируется следующим образом. После проведения взрывных работ на полигонах проводят очистку забоя скважин от

304

образующихся веществ при взрыве и отходов горных пород (буровой мелочи) воздушноводяной струей. У основания пробуренной скважины опускаются крупноразмерные частицы вещества, мелкодисперсные (такие как пыль) перемещаются под действием воздушных потоков на дистанцию до 10–14 м от устья. Первичное пылегазовое облако формируется в период взрыва и выделяется из основания скважин и трещин, образующихся в горной породе, распространяется в вертикальном направлении. Вторичное пылегазовое облако формируется при диффузии вертикального выброса в атмосфере под действием воздушных потоков.

Газы экстрагируемые взрывом ВВ обозначены в табл. 1. ВВ: гранулотол и граммонит 79/21 наиболее востребованы, на Лебединском ГОКе, Михайловском ГОКе [2, 3, 4, 16] и на других специализированных объектах [17, 18].

Моделирование неупорядоченных выбросов пыли и газов в атмосферу, формирующихся при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов, проведено на примере карьера Лебединского ГОКа согласно положениям: 1. Нахождение приоритетных характеристик пылегазовых выбросов карьерных взрывов; 2. Оценка характеристик пылегазовых выбросов; 3. Расчет концентрации компонентов в пылегазовом выбросе; 4. Количественная оценка валовых выбросов в воздух карьера. Результаты расчетов представлены в табл. 2. В работе были применены следующие методики [7, 8, 10, 19, 20].

I этап моделирования: нахождение приоритетных характеристик пылегазовых ингредиентов, формируемых взрыванием ВВ.

1.Происхождение минерального сырья: кварциты, девонские отложения.

2.Расходование ВВ на 1 взрыв - 1200 тонн.

3.Расходование ВВ за 12 месяцев - 30000 тонн.

4.Интервал взрывания - 180 сек.

5.ВВ: гранулотол; граммонит 79/21.

Для модельных расчетов в качестве взрывчатого вещества используется гранэмит И-50.

6.Крепость пластов минералов горного массива карьера: 12-18 по шкале М.М. Протодъяконова [13, 14].

7.Величина взрываемых пластов, м3: в среднем на один взрыв 350 м3.

8.Глубина скважин, м: 7-21 п.м. (погонный метр).

9.Средняя материалоемкость ВВ: 1,2 кг/м3.

Моделирование показателей взрыва:

1. Диаметр скважин, фиксируется выражением:

ный зазор между осевой линией и краем уступа скважины,, с = 3 м; Кт – множитель, предусматривающий трещиноватость пластов минералов горного массива карьера, Кт = 1; ρ – плотность пластов минералов горного массива; КВВ – индекс условной функциональности ВВ; И-50 КВВ = 1,23 гранэмит; – компактность ВВ; = 1300 кг/м3 гранэмит.

(3)

2. Удельный расход ВВ, фиксируется выражением:

305

Таким образом, максимально разовые выбросы загрязняющих компонентов от облака, содержащего пыль и газы, фиксируются по формулам (40), (41), (42), расчет которых производится по средним значениям из 5 измерений:

г/c, (41) г/c, (42)

Множители 0,4 и 0,6 принимают во внимание относительные объемы эксплуатации ВВ: гранулотола и граммонита.

Результаты модельных расчетов показали: суммарные максимально разовые выбросы от облака, содержащего пыль и газы, равны: взвешенные вещества (пыль) - 98668,4 г/с; CO -

21720 г/с; NOх - 1440 г/с.

IV этап моделирования: количественная оценка валовых выбросов в воздух карьера. 1. Годовой выброс пыли в воздух карьера фиксируется выражением:

. (43)

2.Выделение газов за 12 месяцев при взрыве на карьере фиксируется выражением:

,(44)

(45)

Составная часть пыли - 100 % от взрыва; газов – 70 % от взрыва в облаке, содержащего пыль и газы, и в горных пластах газов - 30 % от взрыва.

Итак, валовые выбросы от облака, содержащего пыль и газы, фиксируются по формуле:

Заключение моделирования проиллюстрировано в табл. 2. Анализ данных табл. 2 свидетельствует, что содержание CO и NOX, без рассмотрения фоновой концентрации, в воздухе карьера и расположенной рядом с полигоном селитебной территорией при взрывных работах превосходят ПДК в 19 и 7,5 раза. Основным загрязнителем окружающей среды служит пыль при осуществлении взрывных работ на полигонах ГОКов. При максимальном потребления ВВ выделение пыли от взрывов в воздух полигонов превосходит ПДК в 5125 раз. Это обуславливает критическую экологическую обстановку по загрязнению рабочей зоны полигонов горно-обогатительных комбинатов, в частности Лебединского ГОКа.

Таблица 2

Выделение загрязняющих компонентов при взрывных работах на карьерах

Контроль состояния атмосферного воздуха на предприятиях осуществляет Управление экологического контроля и охраны окружающей среды во всех сферах деятельности человека: рабочих местах, на промышленной территории, на рубеже промплощадки и прилегающих

308

населенных пунктов, месторасположения источников выбросов. Атмосфера промышленной площадки и санитарно защитной зоны (СЗЗ) комбината и атмосферный воздух в штатных ситуациях и во время массовых взрывов в карьере контролировались передвижным экологическим постом. Замеры качества атмосферного воздуха выполняются ежедневно, в соответствии с утвержденным планом-графиком контроля качества атмосферного воздуха. В результате было выявлено:

1.Во-первых - фактические выбросы АО «Лебединский ГОК» в атмосферу составили 56,8 % от разрешенных выбросов, на рис. 4 показано отношение суммарных фактических выбросов к проекту предельно-допустимых (ПДВ). Суммарные выбросы складываются из твердых, газообразных (SO2, CO, NO2, NO).

2.Во-вторых - средние значения содержания загрязняющих компонентов на рубеже СЗЗ не превысили 26 % от верхней точки защитного показателя, рис. 5.

3.Состояние и охрана атмосферного воздуха. Согласно «Разрешению № 233 на выброс вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух» на 2016 год и «Разрешению № 124 на выброс вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при строительстве производственных объектов в 2016-2017 г.г. от стационарных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу» составил 48 356,8 т, в т.ч.: твердых веществ – 8 901,5 т.; газообразных веществ - 39 455,3 т.

4.Фактические выбросы в атмосферу на комбинате, например, за 2016 г. составили 27 480,2 т, в том числе: твердые вещества - 7 047,3 т; газообразные вещества - 20 432,9 т (рис. 6).

Рис. 4. Динамика предельно-допустимых нормативов выбросов в атмосферу

Рис. 5. Среднегодовые значения содержания загрязняющих компонентов на рубеже СЗЗ АО «Лебединский ГОК»

На базе моделирования пылегазовых образований в воздушной среде разрезов горных выработок открытым способом в случае взрывания ВВ, на примере АО «Лебединский ГОК», можно констатировать, что фактические значения суммарного выброса загрязняющих компонентов в воздушную среду, не превышают нормативные значения [19, 20].

309