close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Эколого-экономическое обоснование технологии минимизации пылегазового загрязнения окружающей среды посредством рационализации параметров нагорных доломитовых карьеров.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ИСМАИЛОВ Бунед Тахирович
Эколого-экономическое обоснование технологии минимизации
пылегазового загрязнения окружающей среды посредством
рационализации параметров нагорных доломитовых карьеров
Специальность 08.00.05 – «Экономика и управление народным хозяйством»
(экономика природопользования)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата экономических наук
Москва 2013
Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования «Московский государственный горный
университет» на кафедре «Экономика природопользования»
Научный руководитель
доктор экономических наук, профессор,
Петров Иван Васильевич
Официальные оппоненты:
доктор экономических наук, профессор
Умнов Виталий Анатольевич
декан Инженерно-экономического факультета
ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»
кандидат экономических наук, доцент
Колесникова Людмила Алексеевна
доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности
и гражданская оборона» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»
Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный
технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» (г. Новочеркасск)
Защита состоится «03» июля 2013 г. в 12:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет», по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.
Автореферат разослан «03» июня 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, доктор экономических наук,
доцент
Мясков Александр Викторович
Общая характеристика работы
Актуальность работы.
Развитие большинства отраслей экономики России базируется на минеральносырьевых ресурсах, многие из которых являются уникальными как по распространению, так и по качественным характеристикам. Это характерно и для доломита –
ценного сырья востребованного в различных производствах: сельском хозяйстве,
стройматериалов, стекла, цементном производстве, металлургии, химической промышленности. Россия обладает наиболее ценными ресурсами доломитового сырья:
28 месторождений для металлургии (до 2 млрд. тонн запасов) и 8 месторождений
для стекольной промышленности (360 млн. тонн).
Основной способ их разработки – карьерный. К сожалению, при современном
уровне технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых избежать негативного воздействия горнодобывающих предприятий на окружающую
среду невозможно. Особенно экологические проблемы обостряются при ведении
взрывных работ и массовом дроблении материалов. Это формирует сложную задачу
минимизации экологических последствий горных работ путем разработки природоохранных мероприятий еще на стадии проектирования.
При этом дополнительные природоохранные меры требуют соответствующих
затрат, впрямую зависящих от применяемых технологий производства и объема мероприятий, определяемых исходя из прогноза негативного воздействия на окружающую среду выбросов пыли и газа при добыче. Соответствующие технологии и
методы прогноза разработаны достаточно полно, но они не всегда учитывают особенности добычных работ, например, параметры разработки, залповые выбросы в
окружающую среду при массовых взрывах, свойства горных пород, направление
выемки минералов и другие аспекты.
Несмотря на проводимые научно-исследовательские работы в области загрязнения экосистем при ведении открытых горных работ, эколого-экономически обоснованных рекомендаций по рационализации параметров горных работ в направлении минимизации пылегазовых выбросов пока еще недостаточно. Это сказывается
1
на качестве проектирования природоохранных мероприятий, а также на объективности оценки степени воздействия горных технологий на окружающую среду. При
этом, с одной стороны, государство недополучает части платежей за негативное
воздействие, а горнодобывающие предприятия платят за загрязнение окружающей
среды по повышенной ставке, что снижает эффективность производства.
Повышение эколого-экономической эффективности разработки месторождений доломита открытым способом на основе взаимоувязки природоохранных мероприятий с технологиями ведения горных работ и совершенствования методов определения параметров источников пыле- и газообразования является актуальной задачей, имеющей научное и практическое значение.
Цель работы - разработка механизма эколого-экономической оценки и выбора вариантов технологических параметров производственных процессов при открытой добыче доломитов, снижающих выбросы пыли и газов в атмосферу с минимизацией
ущерба экосистемам.
Идея работы заключается в том, что эколого-экономическое обоснование технологических природоохранных мероприятий осуществляется на основе выявленных
закономерностей, учитывающих влияние ведения горных работ на формирование
экологического ущерба, исходя из содержания пылевых частиц на каждой стадии
горного производства, свойств разрушаемых пород и параметров технологий разработки.
Методы исследований: обобщение и системный анализ опыта и статистической информации, теоретические исследования, физическое и экономико-математическое
моделирование,
графическая интерпретация результатов эколого-геохимических
съемок с анализом распределения загрязнителей по площади и выявлением очагов
химического загрязнения почв.
Научные положения, вынесенные на защиту:
1. Экономическую оценку экологического ущерба при открытой добыче доломита необходимо производить исходя из количества образуемых пыли и газов при
отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных работ.
2
2. Для обеспечения экологизации ведения горных работ и снижения пылегазовых загрязнений необходимо учитывать воздействие на элементы экосистемы процессов горных работ и рассчитывать рациональные совокупности технологических
параметров отбойки и транспортирования минералов на основе выявленных закономерностей.
3. Эколого-экономическое обоснование рационализации параметров открытой
добычи доломитов следует осуществлять на основе разработанного механизма формирования, оценки и выбора вариантов ведения горных работ на основе экономикоматематического моделирования эколого-экономической эффективности производства.
Научная новизна работы:
1. Выявлены факторы влияния открытых горных работ на экосистемы и проведена их типизация исходя из процессов, формирующих экологические ущербы на
нагорных месторождениях, классифицированы основные виды нарушений окружающей среды исходя из причин и характера нарушений.
2. Установлены закономерности, учитывающие влияние ведения горных работ
на формирование экологического ущерба, исходя из содержания пылевых частиц на
каждой стадии горного производства, свойств разрушаемых пород и параметров
технологий разработки.
3. Предложен интегральный подход, позволяющий анализировать распространение вредных веществ в окружающей среде, отличающийся полнотой учета факторов воздействия на экосистемы и позволяющий оценить экологический ущерб.
4. Сформулированы эколого-экономически обоснованные подходы к рационализации охраны атмосферы от критического газопылевого загрязнения, заключающиеся в снижении за счет технологических решений объемов образования газов и
пыли при ведении горных работ и минимизации загрязнения экосистем посредством
регулируемого измельчения минералов.
5.
Предложена
экономико-математическая
модель
оценки
эколого-
экономической эффективности ведения горных работ, позволяющая учитывать гор3
нотехнические издержки и эффекты от снижения негативного воздействия технологических процессов на элементы экосистемы.
Научное значение работы. Установлены закономерности формирования экологоэкономической эффективности горного производства исходя из параметров технологических процессов горных и буровзрывных работ при
добыче доломитов на
карьерах.
Практическое значение работы состоит в том, что полученные результаты могут
быть использованы на предприятиях открытой добычи доломита для разработки
природоохранных мероприятий, совершенствования технологии взрывного разрушения с целью снижения выбросов пыли и газов в атмосферу и минимизации ущерба экосистемам окружающей среды.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждаются применением методов математической статистики при обработке
экспериментальных данных, технико-экономического анализа, физического и математического моделирования, достоверностью информации о состоянии природной
окружающей среды в регионе исследуемого карьера, результатами использования
элементов рекомендуемых технологий в горной практике.
Реализация выводов и рекомендации работы. Научные и практические результаты,
полученные в ходе исследований, использованы при разработке проекта развития
Боснийского доломитового карьера Садонского свинцово-цинкового комбината
Министерства промышленной и транспортной политики РСО-Алания.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили
одобрение на научно-технической конференции «Неделя горняка» (Москва, 2012г.,
2013г.), на научных семинарах кафедры Экономики природопользования МГГУ
(Москва, 2012 - 2013 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и заключения, содержит список литературы из 80 наименований, 32 рисунка, 26 таблиц.
4
Основное содержание работы
Доломит, являясь ценным сырьем, востребованным в различных производствах,
добывается на 36 месторождениях, на 8 месторождениях добывается ценное сырье
для стекольной промышленности, одним из которых является Боснийский карьер.
Основной способ разработки – карьерный взрывным способом на нагорных месторождениях, отличительной особенностью эксплуатации которых является их расположение выше дробильно-сортировочных и обогатительных фабрик и перегрузочных складов. Это определяет расход взрывчатых веществ на отбойку и перемещение
горной массы, а также объем образующихся газов и пыли.
Все производственные процессы сопровождаются значительным негативным
воздействием на окружающую среду, наиболее значимым и сложно управляемым
является их воздействие на атмосферу. Расположение карьеров вблизи селитебных
территорий и дорог предопределяет стремление к минимизации объемов образующихся газопылевых масс. Мероприятия по снижению негативных последствий ведения горных работ зачастую неэффективны, а возможность изменения параметров
ведения горных работ для снижения пылегазовых выбросов зависит от целого ряда
горнотехнических и экономических факторов.
Проблемам эколого-экономической оценки горнопромышленной деятельности
посвящены работы М.И. Агошкова,
В.И. Голика, Е.А. Котенко, В.Т.Коваля,
Н.В.Мельникова, И.В. Петрова, С.М. Попова, М.А. Ревазова, К.Н.Трубецкого, В.А.
Умнова, Н.Н. Чаплыгина, В.А.Харченко, В.А. Шестакова, М.А. Ястребинского и
других.
В изучение вопросов охраны окружающей среды, механизма пылеобразования
и пылевыделения, разработки мероприятий по снижению выбросов загрязняющих
веществ при открытой разработке месторождений внесли вклад: В.В. Адушкин, В.И.
Белоусов, В.Г. Борисов, В.Д. Горлов, Ю.В. Горлов, В.С. Коваленко, А.А. Кулешов,
Б.Н. Кутузов, А.И. Лобода, В.А. Михайлов, В.С. Никитин, М.Е. Певзнер, Г.И. Покровский, В.В. Ржевский, А.В. Ткаченко, К.З. Ушаков, М.А. Фролов и другие.
5
Несмотря на падение объемов добычи полезных ископаемых открытым способом в конце XX века, этим способом в мире добывается до 75% сырья.
Выбор в
пользу открытой добычи полезных ископаемых сделан благодаря более высокой
экономической эффективности по сравнению с подземным способом добычи. В то
же время открытые технологии добычи сопровождаются значительными негативными воздействиями на окружающую среду, основными из которых являются нарушение земель и гидросферы, загрязнение атмосферы. Повышенная экологическая
опасность процессов открытой разработки месторождений для окружающей среды
определяется синергетическим характером проявления процессов, при котором развитие отдельных процессов порождает другие процессы, создающие суммарный
ущерб, больший, чем сумма ущербов слагающих процессов. Проведенные исследования позволили выявить факторы влияния открытых горных работ на экосистемы и
провести их типизацию исходя из процессов, формирующих экологические ущербы
на нагорных месторождениях (табл. 1).
Таблица 1
Факторы техногенного влияния горных работ на окружающую среду
Тип
Геоморфологические
Гидрогеологические
Геохимические
Геотермические
Инженерно-геологические
Минералогические
Сущность
Преобразование поверхности
Подтопление и осушение, загрязнение подземных вод, изменение
условий питания водоносных горизонтов
Рассеяние химических элементов, веществ и соединений, нарушение водно-солевого баланса
Изменение структуры и режима водно-теплового баланса
Развитие оползневых явлений, карстов, просадок, селей
Истощение земных недр
Анализ факторов техногенного влияния горных работ на окружающую среду
и классификация нарушений экосистем естественной среды открытой разработкой
месторождений доломита позволили выявить, что наиболее значимой экологической компонентой являются пылегазовые выбросы в атмосферу. Аспекты нарушений экосистем естественной среды открытой разработкой месторождений доломита
классифицированы по их характеру (табл.2).
6
Таблица 2
Классификация нарушений окружающей среды
Типы нарушений
Геомеханические
Гидрологические
Химические
Физикомеханические
Термические
Причины, вызывающие нарушения
природной среды
Строительство карьеров, отвалов,
насыпей и траншей, деформация поверхности в результате разработки,
хранение отходов, воздействие карьерного оборудования
Дренирующее воздействие горных
выработок на породный массив. Деформация поверхности в связи с
дренажем вод. Смещение направления водостоков. Загрязнение внутренних и внешних вод. Откачка подземных вод. Дренаж месторождений.
Эмиссия газов и химически активной
пыли. Сбросы загрязненных органическими и неорганическими компонентами вод. Воздействие токсичных
компонентов отвалов.
Эмиссия пыли и аэрозолей из атмосферы и вод, загрязненных суспензией и гидрозолями.
Загрязнение воздуха пылегазовыми
компонентами.
Характерные виды нарушений
Изменение рельефа местности, геологической
структуры
массива,
грунтов, почвы. Повреждение почвы.
Изменение структуры использования
поверхности.
Изменение уровня подземных вод и
параметров гидрографической сети.
Ухудшение качества вод водоносных
горизонтов, инженерно-геологических свойств грунтов и водного режима в почве. Оседание поверхности.
Изменение режима подпитки рек.
Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, подкисление, засоление, загрязнение вод, подкисление, алкализация, засоление, увеличение токсичных элементов почв.
Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почвы.
Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, биохимических
процессов в экосистемах и микроклимата.
Таким образом, проведенные исследования позволили выявить, что экономическую оценку экологического ущерба при открытой добыче доломита необходимо
рассчитывать исходя из количества образуемых пыли и газов при отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных работ.
Также следует отметить, что рельеф поверхности месторождений отличается
скалистостью и крутизной склонов. Водные потоки по крутым склонам стекают, поглощаются рыхлым обломочным материалом и по тальвегу направляются в речные
стоки. Пылегазовые продукты сносятся в реки и изменяют химическую характеристику вод. Основным источником данного воздействия являются буровзрывные работы и транспортирование горной массы, что предопределило направленность проведенных исследований.
7
В первую очередь, исходя из известной взаимосвязи объемов выбросов от
объема используемых взрывчатых веществ и взрываемой горной массы, исследовались параметры взрыва. Для исследования влияния параметров взрыва выявлялись
зависимости образования выбросов от размеров уступов карьера, а также количества
детонаторов. Задача моделирования заключалась в подборе таких параметров взрыва, при которых обеспечивалась бы ровная поверхность берм и откосов модели при
сохранении заданного направления и дальности развала породы от места взрыва.
Определялась дальность отброса доломита, зависящая от числа горизонтально уложенных электродетонаторов: при одном их количестве обеспечивался взброс, при
другом – отброс, третьем - выброс (рис.1).
уступ
3
2
1
взрыв
берма
Рис.1. Расположение развала в зависимости от назначения зарядов
Для уступов 30·30·30 м оказались эффективнее взрывы 1 детонатора - для
взброса, 2 горизонтальных - для отброса и 3 горизонтальных – для выброса. Для уступов 40·40·40 – 2 – для взброса, 3 – для отброса и 4 - для выброса. Для уступов
50·50·50 – 3 – для взброса, 4 – для отброса и 5 – для выброса. Определено, что в
этом случае масса зарядов на единицу высоты уступа уменьшается.
При аналитическом моделировании
влияния увеличения высоты уступа на
расход взрывчатых веществ, определено, что расходы ВВ на взброс и отброс воз-
8
растают монотонно, а расход на выброс увеличивается медленнее, что объясняется
полезным использованием сил гравитации (рис.2).
Рис.2. Динамика увеличения расхода ВВ с увеличением высоты уступа карьера в
модели: 1-расход на выброс; 2- расход на отброс; 3- расход на взброс
Поскольку при увеличении высоты уступа расход ВВ на отбойку и взрывное
перемещение возрастает в арифметической прогрессии, а объем отбойки увеличивается в степенной зависимости (рис.3, 1), удельный расход ВВ с увеличением высоты
уступа уменьшается (рис.3, 2). Поскольку количество газов и пыли при взрывании 1
единицы ВВ постоянно, то увеличение параметров отбиваемого участка уменьшает
загрязнение окружающей среды.
Рис.3. Зависимость объема горной массы (1) и расхода ВВ (2) от высоты уступа
Проведенные исследования позволили выявить, что основной экологический
ущерб формируется посредством загрязнения земельных ресурсов осаждаемой пы9
лью. Для определения величин экологического ущерба от пылегазовых выбросов
анализировалась динамика распространения пыли после взрывных работ. В результате проведенных исследований было установлено, что ареал загрязнения достигает
3000 м при скорости ветра до 2 м/с. При скорости ветра 5-6 м/с ареал увеличивается
в направлении ветра. При скорости ветра 2 м/с время рассеивания пылегазового облака составляет около 4 ч. Фоновый уровень концентрации наступает через 3,5 ч на
расстоянии 3,0-3,5 км. По результатам систематических наблюдений на пикетах составлены графики (рис.4).
Рис.4. Количество пыли на экране в зависимости от времени
Для проведения исследований влияния пылегазовых выбросов на подвергающиеся негативному воздействию экосистемы выбраны три участка в окрестностях
Боснинского доломитового карьера. Анализу подверглись характеристики содержания минералов в растениях и загрязняющих веществ в почве. Базовый участок расположен в безопасной зоне, а два других - на разном расстоянии от карьера. На каждом участке было отобрано по 30 образцов каждого вида растений в одно и то же
время.
Содержание минералов
в растениях изучали методом атомно-
абсорбционного анализа (табл.3).
10
Таблица 3
Содержание минералов в растениях, мг/кг сухого вещества
Растения и
участки
Диоксид кремния
Прилегающий
Удаленный
Базовый
80± 2,5
30± 1,0
15± 0,7
Прилегающий
Удаленный
Базовый
170 ± 3,0
20± 1,0
11, ± 0,2
Металлы
Оксид железа
Кукуруза
280± 0,4
120± 0,2
20± 0,3
Яблоня
410± 0,3
190± 0,8
70 ± 1,1
Оксид алюминия
30 ± 1,2
15 ± 0,1
10 ± 0,8
39 ± 0,1
19 ± 0,1
9 ± 0,2
По результатам исследования произведено ранжирование почв по показателю
загрязнения. Первая зона чрезвычайно опасного загрязнения распространяется в радиусе до 10 км от карьера. В почвах этой зоны на долю элементов первого класса
опасности приходится 80 %. Вторая зона располагается на расстоянии от 10 до 20
км. На долю элементов первого класса опасности приходится не более 10 %. Третья зона - зона умеренного уровня загрязнения расположена на расстоянии более 20
км.
Количественная оценка влияния загрязнителей на растения выполнена методом вегетационного моделирования. По измерению высоты растений установлено,
что доломитовая пыль обладает более выраженными токсичными свойствами, чем
суглинок и песок
При 20%-ом загрязнении почвы токсичными химическими агентами урожайность почв по пшенице не превышает 12%, а при загрязнении 40 % и более урожайность составляет всего 3-5% от базового показателя. Выявленная закономерность
требует учета при экономической оценке экологического ущерба. Для расчета принимается уровень средней урожайности при базовых характеристиках почв, степень
снижения урожайности и текущие рыночные цены на пшеницу.
Таким образом, установлены закономерности, учитывающие влияние ведения
горных работ на формирование экологического ущерба, исходя из содержания пылевых частиц на каждой стадии горного производства, свойств разрушаемых пород
и параметров технологий разработки. Также предложен новый интегральный подход, позволяющий анализировать распространение вредных веществ в окружающей
11
среде, отличающийся полнотой учета факторов воздействия на экосистемы и позволяющий оценить экологический ущерб.
Представленный подход является основой расчета экологических ущербов от
ведения горных работ. Как видно из приведенных исследований, экологический
ущерб от загрязнения атмосферы за счет пылегазовых выбросов может быть снижен
посредством выбора параметров ведения горных работ. При этом целесообразно
структурировать ущерб исходя из предложенного подхода к его оценке.
Прямой ущерб (с точки зрения предприятия) от негативного воздействия на
окружающую среду от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (УА), рассчитываемый через платежи за негативное воздействие конкретных видов загрязняющих веществ:
УА  ka  Z вVn PВn ,
(1)
n
где n – индекс вида загрязняющего вещества; ka – коэффициент экологической значимости территорий по атмосферному фактору, доли ед.; V – объем производства
(по горной массе), м3; Z в – удельные выбросы загрязняющих веществ, кг/м3; PB –
плата за негативное воздействие, руб/кг.
В свою очередь Z в зависит от объема пылегазовых выбросов от горновзрывных работ:
Z в  f VГ ,VП  ,
(2)
где VГ  , VП  - объем выбросов газа и пыли соответственно (кг).
Проведенные исследования позволили выявить, что формирование площадных зон загрязнения также зависит от объемов выбросов газа и пыли:
S i  f VГ ,VП  ,
(3)
где S – площадь зоны загрязнения (Га); i − индекс зоны загрязнения.
Экологический ущерб от площадного загрязнения (УЗ) может быть определен
следующим образом:
УЗ   УЗi  S i ,
i
12
(4)
где  УЗ − удельный экологический ущерб в i -й зоне загрязнения, руб/Га.
Для полной оценки экологического ущерба от площадного загрязнения земель
целесообразны расчеты через косвенные ущербы, в частности, через снижение урожайности земельных угодий. Таким образом, косвенный экологический ущерб от
площадного загрязнения (УУ) может быть определен следующим образом:
УУ  У  ЦУ   S 1  Уi  ,
i i
где  У i − снижение урожайности в i -й зоне, доли ед.,
У
(5)
− норматив урожайности,
кг/Га, ЦУ − цена единицы урожая, руб/кг.
Для оценки масштабов воздействия стоков карьера, насыщенных пылегазовыми выбросами, на окружающую среду использованы результаты исследований
вод реки Терек.
Определение 14 ингредиентов горнотехнологического происхождения показало, что в результате природного выщелачивания газопылевых частиц увеличивается
концентрация элементов, оказывающих наиболее негативное влияние на состояние
окружающей среды.
На основе проведенных исследований пыль ранжирована
на типы по степени опасности (табл.4).
Проведенные исследования позволили сделать вывод, что формирование загрязнения речных вод от сброса загрязняющих веществ Z c зависит от следующих
факторов:
Z c  f VГ , VП , l , V  ,
(6)
где Z c – удельный объем сброса загрязняющих веществ, кг/м3; l – расстояние от
места ведения горных работ, км; V – объем горной массы, м3.
Таблица 4
Типизация доломитовой пыли по степени опасности
Тип
Размер, мм
Степень
Опасные свойства
Первый
Второй
Третий
Четвертый
0,02-0,05
0,01-0,02
0,05-0,01
до 0,05
4
3
2
1
Незначительное воздействие
Существенное воздействие
Значительный ущерб
Опасность для сохранения биологических функций
13
В этом случае экологический ущерб водным ресурсам будет рассчитываться
по следующей формуле:
УВ  kв  Z mc V  PCm
m
(7)
где k в − коэффициент экологической значимости водного объекта, доли ед.; m индекс вида сбрасываемого загрязняющего вещества; РС – плата за сброс руб/кг.
Таким образом, экономическую оценку экологического ущерба при открытой
добыче доломита необходимо производить исходя из количества образуемых пыли
и газов при отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных работ.
Выявленные закономерности являются основой расчета экологического ущерба, сопровождающего пылегазовые выбросы ( УЭ ), который определяется по следующей
формуле:
УЭ  УА  УЗ  УУ  УВ ,
(8)
Выше представленные исследования позволяют осуществить расчет экологического ущерба району ведения горных работ исходя из распространения загрязняющих веществ в атмосфере и гидросфере, специфики контролируемой территории и особенности протекающих в ее пределах технологических и природных процессов.
Выявлено, что экономическую оценку экологического ущерба при открытой
добыче доломита необходимо осуществлять исходя из количества образуемых пыли
и газов при отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных работ.
Проведенные исследования позволили выявить возможность управления горными
работами для минимизации негативного воздействия на окружающую среду.
Для обеспечения экологизации ведения горных работ и снижения пылегазовых загрязнений с учетом воздействия на экосистемы окружающей среды необходимо формирование рациональной совокупности технологических параметров отбойки и транспортирования минералов на основе выявленных закономерностей.
Проведенные исследования позволили определить, что формирование состава
продуктов взрыва подчиняется следующим закономерностям.
14
Закономерность 1. Количество пылегазовой смеси определяется параметрами
уступа, расходом ВВ, скоростью детонации ВВ и полнотой использования энергии
взрыва, с приоритетом параметров уступа.
Закономерность 2. Качественный состав пылегазовой смеси определяется параметрами отбойки и дробления минералов:
уменьшение заряда интенсифицирует
процесс образования пыли; максимальное пыление наблюдается при расходе более
2.0 кг/м3; увеличение скорости детонации ВВ до 3900 м/с снижает темпы пыления.
Закономерность 3. Концентрация загрязнителей в атмосфере над поверхностью карьера определяется по уравнению диффузии, а поле скорости ветра –из системы двумерных уравнений гидротермодинамики.
Закономерность 4. Механизм и скорость химико-физических процессов выщелачивания пылегазовых продуктов в гидросфере определяются суммой скоростей
отдельных реакций внутридиффузионной и химической кинетики.
Закономерность 5. Механизм и объем накопления пылегазовых загрязнителей
в почвах описываются совокупностью параметров загрязнения, времени и показателем влияния взаимозависимых факторов отбойки и транспортирования минералов.
Закономерность 6. Масса пыли при отбойке увеличенного уступа уменьшается по линейной зависимости с корреляцией от r  0,88 до d  0,17 м.
При взрывании уступов высотой более 15 м рационально увеличивать объем
зарядов. Это снижает пылевыделение для пород на 8-10 % при одинаковой высоте
уступа и на 15-17 % при одновременном увеличении величины заряда и высоты уступа.
Представленные закономерности позволяют формировать различные параметры ведения горных работ, оказывающих влияние на экономические и экологические
характеристики горного производства на карьере по добыче доломита. Это позволяет формировать соответствующие варианты ведения горных работ.
В настоящее
время приоритетным способом эколого-экономической оценки воздействия источников выбросов на окружающую среду являются вариантные расчеты с помощью
имитационных компьютерных систем, основывающихся на математическом моделировании экономических, природных и технологических процессов. Для достиже15
ния поставленной цели необходимо математическое описание процесса загрязнения
экосистем техногенными источниками и расчета экологического ущерба.
В качестве независимых переменных выбраны: высота уступа, прочность пород, объем отбиваемой горной массы и затраты на проведение отбойки. В качестве
параметров оптимизации приняты удельный расход ВВ, удельный выброс пыли и
газа и некоторые другие. Константы имитационного исследования (размеры карьера, количество пыли и т.д.) приняты по данным Боснинского карьера.
На основе экспериментальных и расчѐтных данных спланирован симметричный план Бокса (табл.5).
Таблица 5
Граничные условия независимых переменных
Уровни
Расход ВВ на выброс, кг/м3; (Х1)
Расход ВВ на отброс, кг/м3; (Х2)
Расход ВВ на взброс, кг/м3; (Х3)
Высота уступа, м; (Х4)
Нижний (-1)
5
4
3
30
Средний (0)
7
8
6
40
Верхний (+1)
9
12
9
50
(Δ)
2
4
3
10
После обработки результатов эксперимента и отсева незначимых коэффициентов регрессии получены уравнения регрессии с надѐжностью на уровне значимости
0,05. Модель удельного расхода ВВ на добычу доломита с независимыми переменными в безразмерном масштабе:
W  3067,4331  79,5726 Х 1  70,6014 Х 2  75,3897 Х 3  12,3154 Х 4  3,2961 Х 12  7,5659 Х 22 
 95,6046 Х 32  0,3859 Х 42  13,8129 Х 1 Х 2  2,1476 Х 1 Х 3  2,2259 Х 1 Х 4  1,6698 Х 2 Х 3 
(9)
 1,8389 Х 2 Х 4  0,3533 Х 3 Х 4,
( R 2  0,9991, F расч  1662,35 )
где W – расход ВВ на отбойку, кг/м3; Х1 – расход ВВ на выброс, кг/м3; Х2 – расход
ВВ на отброс, кг/м3; Х3 – расход ВВ на взброс, кг/м3; Х4 -высота уступа, м.
Столь детальное исследование расхода взрывчатых веществ обусловлено выявленным его влиянием на эколого-экономические показатели работы карьеров. Доля расходов на ВВ в себестоимости доломита составляет 60 %, а в формировании
экологического ущерба 35%. Это позволяет использовать расход взрывчатых веществ в качестве основного критерия оптимизации. Значения независимых перемен16
ных в безразмерном масштабе составили: Х1 = -1, Х2 = +1, Х3 = -1, Х4 = +1, что в переводе на натуральный масштаб составляет: высота уступа 50 м, расход ВВ на выброс 0.5 кг/м3.
Установлено, что наибольшее влияние на расход ВВ оказывают высота уступа
и расход ВВ на выброс, а меньшее – расход на взброс и отброс доломита. Наиболее
сильное влияние на состояние окружающей среды оказывает высота уступа, а незначительное - способы улавливания и нейтрализации пыли.
Проведенные исследования процесса формирования экологического ущерба
позволили
сформировать два основных концептуальных подхода к организации
природоохранной деятельности.
Первый – обеспечение охраны приземной атмосферы от критического газопылевого загрязнения, который заключается в минимизации объемов газов и пыли
за счет рационального
назначения параметров разработки месторождения.
Уменьшение опасности пылегазового загрязнения возможно в случае реализации
следующих технологических мероприятий (табл.6).
Второй - минимизация загрязнения экосистем газопылевыми продуктами добычи минералов, который заключается в создании условий для регулируемого измельчения минералов взрывом путем рационализации технологических операций,
слагающих буровзрывной комплекс.
Таблица 6
Технологии предотвращения загрязнения пылью
Технологии
Варианты оснащения
Уменьшение при отбойке
Увеличение высоты уступа, применение специальных ВВ, рационализация конструкции заряда и т.п.
Улавливание в ходе процесса
Фильтры, скрубберы, циклоны, мокрые камеры, осадители, сорбенты и т.п.
Нейтрализация при выбросе
Связывание и утилизация элементарных частиц
При отбойке минными зарядами на взброс масса ВВ составляет 60 т. При оптимизированной технологии на выполнение той же работы требуется 50 т, или экономится в пределах 17% взрывчатых веществ. Увеличение высоты уступа при одновременном уменьшении размеров берм до 30 или 40 м позволяет уменьшать расход
17
ВВ за счет направленного взрывания. Максимальный эффект достигается при снижении размера бермы до 30 м при высоте уступа 50м. Сокращение размера берм
позволяет уменьшить расход ВВ на отбойку уступов до 20% .
Укрупненный расчет объемов расхода взрывчатых веществ ( Г р )
ВУ  ГМ  ВВ  f l , h, p ,
(10)
где ВУ − удельный расход ВВ , г/см3; ГМ − объем взрываемой горной массы, см3.
Объем выбросов газа VГ  и пыли VП 
ОГ  ВВ  VГ 
  f vz, ob, vb ,
ОП  ВВ  VП 
(11)
где ОГ, ОП − удельный объем образования газа и пыли соответственно, г/г.
Управляемые параметры горного производства:
− параметры уступа: l − высота, h − глубина, p − длина, м.
− параметры взрывного транспортирования горной массы: vz − взброс, ob −
отброс, vb − выброс.
Для эколого-экономического обоснования рационализации параметров открытой добычи доломитов на основе формирования вариантов технологических
параметров, конструктивных элементов системы разработки
и технологических
операций буровзрывного комплекса, снижающих выбросы, необходим расчет предотвращенного экологического ущерба.
Представленный подход к расчету предотвращенного экологического ущерба
позволяет разработать экономико-математическую модель оценки вариантов рационализации параметров ведения горных работ и природоохранной деятельности. В
качестве целевой функции модели предложен критерий эколого-экономической эффективности:
ЭЭе 
V
jе
( Ц дj  С jeП  Wе Ц ВВ )
j
УАе  УЗе  УУ е  УВе
 max ,
(12)
где j - индекс вида доломитовой продукции; е - индекс варианта, V - объем доломитовой продукции, м3; Ц д - цена единицы доломитовой продукции, руб/м3; C П 18
условно-постоянная часть себестоимости ведения горных работ, руб/м3; W - удельный расход взрывчатых веществ кг/м3; Ц ВВ - стоимость взрывчатых веществ, руб/м3.
Данная модель рассчитывается на период времени соответствующий нормальному циклу ведения горных работ и функционирует при условии выполнения следующих ограничений:
- по объему производства:
V
д
j
 V jm  V jP ,
j
j
(13)
j
где V P - емкость рынка по доломитовой продукции, м3/год; V д - минимальный объем
добычи, обусловленный требованиями ведения горных работ м3/год.
- по экономическим параметрам
C  Ц mд  Ц P ,
(14)
где Ц P - текущая рыночная цена доломитовой продукции, руб/м3, C - себестоимость
доломитовой продукции, руб/м3.
- по экологическим параметрам
S m (t 1)
St
УЗm (t 1)
УЗt
 1,
УАm (t 1)
(15)
УАt
УВm (t 1)
 1 , (17)
УВt
 1 , (16)
 1 , (18)
где S - площадь , Га, t - год реализации мероприятий.
Предложенные
подходы
позволили
разработать
механизм
эколого-
экономического обоснования рационализации параметров, конструктивных элементов системы разработки и технологических операций буровзрывного комплекса,
снижающих выбросы и минимизирующих ущерб экосистемам при открытой добыче
доломитов (рис. 5).
19
параметры технологии открытой разработки
отбойка
сброс
размещение
оценка экологического ущерба
управление энергией взрыва
высота уступа
расположение скважин
конструкция заряда
расчет параметров технологии
экономические
цена реализации
нет
экологические
затраты
минимизация пыли и газа
ограничения
ограничения
да
нет
да
перечень предпочтительных вариантов
оценка эколого-экономической эффективности
выбор эффективного варианта природоохранной
технологии на карьере
Рис. 5. Механизм формирования эколого-экономической оценки и выбора вариантов технологических параметров открытой добычи доломитов
На первом этапе реализации механизма осуществляется исследование параметров технологии добычи с рассмотрением процессов отбойки, сброса и размещения.
Выявляются фактически сложившиеся значения параметров ведения горных работ
и их влияние на экологические показатели.
На втором этапе формируются варианты
управления энергией взрыва с ра-
ционализацией горнотехнических параметров. При этом в качестве управляемых
20
параметров выступают: высота уступа, расположение скважин, конструкция заряда.
На основе выявленных закономерностей формируются варианты параметров применяемых технологий.
Далее осуществляется расчет экономических и экологических показателей. По
экономической составляющей – это цена реализации доломита, зависящая от качественных характеристик продукции и затрат на ведение горных работ. По экологической – показатели, характеризующие пылегазовые выбросы. Далее они проверяются по системе выставляемых ограничений. В случае, если рассматриваемый вариант не соответствует выставляемым требованиям, рассматриваются следующие варианты
параметров
технологии.
В
итоге
формируется
перечень
эколого-
экономически приемлемых вариантов ведения горных работ.
На заключительном этапе осуществляется эколого-экономическая оценка эффективности приемлемых вариантов при условии обеспечения роста объемов производства. Вариант с максимальным значением эффективности принимается в разработку.
На основе разработанного механизма формирования, оценки и выбора вариантов технологических параметров, конструктивных элементов системы разработки и
технологических операций буровзрывного комплекса, снижающих выбросы газов и
пыли и соответствующий ущерб экосистемам, возможно принятие решения о рационализации функционирования доломитовых карьеров.
Данный механизм был апробирован при разработке плана модернизации Боснинского доломитового карьера.
При разработке нагорных месторождений пер-
спективно транспортирование полезного ископаемого до основания карьера минными зарядами ВВ с расположением горной массы равномерным слоем для ее погрузки, что было рекомендовано на рассматриваемом предприятии. В результате были
сформированы возможные варианты ведения горных работ, ориентированные на
снижение негативного воздействия на окружающую среду при условии неснижения
объемов производства. В результате проверки вариантов на ограничения был рекомендован вариант технологии, предусматривающий разработку Боснинского месторождения наклонными прирезками с взрывным транспортом полезного иско21
паемого и образованием равномерного развала в основании уступа повышенной высоты.
При этом предлагаемая технология предотвращения загрязнения обеспечивает
концентрацию погрузочных работ в основании карьера взрывом, что на 2/3 снижает
транспортные расходы. При годовом объеме добычи 700 тыс. тонн экономический
эффект составляет
3,130 млн. руб. Снижение затрат на ВВ обеспечивает годовой
экономический эффект в размере 0,140 млн. рублей в год. Рекомендуемая технология одновременно позволяет снизить суммарные газопылевые выбросы в атмосферу
на 33% и сбросы загрязняющих веществ на 15%. Экологический ущерб только по
параметру платежей за негативное воздействие на окружающую среду снизился в
годовом исчислении на 0,120 млн. рублей. С учетом капитальных и эксплуатационных затрат на ведение горных работ эколого-экономическая эффективность рекомендуемых мер составит 21%.
Заключение
В диссертационной работе на основе проведенных исследований дано новое
решение
актуальной
научно-практической
задачи
–
повышения
эколого-
экономической эффективности разработки месторождений доломита открытым способом на основе формирования механизма взаимоувязки природоохранных мероприятий и технологий ведения горных работ с экологическими последствиями производства с оценкой и выбором эффективных решений.
Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации
работы заключаются в следующем:
1. Научно обоснована необходимость разработки научных основ повышения
эколого-экономической эффективности открытой разработки месторождений доломита на основе улучшения технологических, экономических и экологических параметров по критерию минимума газопылевого загрязнения атмосферы.
2. Выявлены производственные процессы открытой разработки месторождений доломита и их технологические параметры, оказывающие влияние на формирование ущерба экосистемам окружающей среды.
22
3. Предложен инструментарий экономической оценки экологического ущерба
от воздействия на элементы экосистемы газопылевых выбросов при ведении горных
работ на нагорных карьерах, учитывающий распространение вредных веществ в
окружающей среде.
4. Выявлены закономерности влияния технологических условий разработки
месторождений и параметров ведения горных работ на образование пыли и газов
при отбойке, сбросе и размещении пород в карьере, позволяющие получить достоверную информацию о формировании экологического ущерба.
5. Сформирован перечень технологий и регулируемых параметров ведения
горных работ, оказывающих влияние на формирование экологического ущерба и
качество получаемого горного сырья, на основе которого формируются варианты
принятия эколого-экономически оправданных технологических решений
создаю-
щих условия для регулируемого транспортирования и измельчения минералов.
6.
Установлено, что минимизацию экологического ущерба целесообразно
осуществлять посредством снижения пылегазовых выбросов, обеспечивающегося
за счет рационализации элементов системы разработки и технологических операций буровзрывного комплекса в рамках предложенных подходов.
7. Сформулированы подходы к моделированию эколого-экономической эффективности рационализации параметров горных работ с целью снижения экологического ущерба при обеспечении объемов производства и производственных издержек в соответствии с заданными ограничениями.
8. Предложен механизм формирования эколого-экономической оценки и выбора вариантов технологических параметров открытой добычи доломитов, обеспечивающих минимизацию негативного воздействия на окружающую среду. Апробация
данного механизма для условий Боснинского месторождения позволила сформировать вариант модернизации технологии с взрывным транспортом полезного ископаемого и образованием равномерного развала минерала в основании уступа повышенной высоты. Предложенный вариант характеризуется максимальной величиной
эколого-экономической эффективности – 21% при снижении суммарных газопылевых выбросов в атмосферу на 33% и сбросов загрязняющих веществ на 15%
23
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1.
Исмаилов Б.Т. Эколого-экономическое моделирование параметров ведения
горных и взрывных работ с учетом их воздействия на компоненты окружающей
среды// Горный информационно-аналетический бюллетень. Отдельные статьи. – М.:
МГГУ, 2012. – №12 – С. 33 – 45 .
2.
Те А.А., Исмаилов Б.Т., Учет наилучших существующих технологий при эко-
номическом регулировании недропользования и природоохранной деятельности на
горнодобывающих предприятиях// Горный информационно-аналетический бюллетень. Отдельные статьи. – М.: МГГУ, 2011. – №12 – С. 3 – 7.
3.
Исмаилов Б.Т. Технология управления природно-техническими системами
при открытой разработке нагорных месторождений доломитов// Горный информационно-аналетический бюллетень – М.: МГГУ, 2011. – №9 – С. 68 – 74.
4.
Голик В.И., Исмаилов Т.Т., Исмаилов Б.Т., Мельков Д.А. Геологические мето-
ды исследования массивов// Горный информационно-аналетический бюллетень –
М.: МГГУ, 2009. – №3 – С. 89 – 93.
5.
Исмаилов Б.Т. Охрана экосистем окружающей среды оптимизацией парамет-
ров открытой разработки минералов// Горный информационно-аналетический бюллетень – М.: МГГУ, 2007. – №1 – С. 65 – 66.
24
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа