Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,556

Введение

Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) исходит из принципа потенциальной экологической опасности любой хозяйственной деятельности человека [1, с. 12; 2, с. 14; 3, с. 18]. В России ежегодно добывается 365 млн т угля. В результате этого на земной поверхности оказывается большое количество пустых горных пород. Большинство из них складируется в отвалы, содержащие уголь как примесь, присутствующую в них в результате несовершенства применяемых технологий его разработки и первичного передела на обогатительных фабриках, склонную к самовозгоранию в естественных условиях [4; 5, с. 48–50]. В Кемеровской области отвалы угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий занимают 40 тыс. га, что равняется 0,5 % ее площади. В этой связи разработка технологии экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля в отвал обогатительной фабрики является актуальной задачей.

Цель исследования – разработка рекомендаций по минимизации воздействия отвала отходов обогащения каменного угля на окружающую среду после его технического перевооружения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведена оценка состояния окружающей среды в районе размещения предприятия, включающая атмосферный воздух, водные и земельные ресурсы (почвы).

2. Разработана технология экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля, снижающая концентрации выделяющихся токсичных веществ в воздушную среду до нормативного уровня.

3. Определены пути безопасного обращения с отходами для периодов технического перевооружения и последующей эксплуатации отвала.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены на примере технического перевооружения действующего отвала обогатительной фабрики ООО «ММК-уголь» (г. Белово Кемеровской области) и связаны с увеличением объемов поступающего на переработку каменного угля, применением новой горной техники, необходимостью корректировки планов отвальных и рекультивационных работ, а также изменением экономических показателей работы предприятия [6, с. 23–25].

ОВОС отвала отходов обогащения каменного угля выполнена на основе нормативно-правовых документов, регламентированных действующим законодательством в области природопользования [7, с. 22–24; 8, с. 15]. Для выполнения ОВОС и решения сопутствующих ей задач использовались такие методы, как аналоговый, списка, матриц, причинно-следственных связей, оценки рисков и расчетный [9; 10, с. 28–34].

Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ выполнен программным комплексом «Эра» 3.0 (ООО НПП «Логос-Плюс», г. Новосибирск) с учетом их фоновых значений.

Результаты исследования и их обсуждение

Основой загрязнения атмосферы в период технического перевооружения отвала отходов обогащения каменного угля будет являться пыление, образующееся при разработке и транспортировании горных пород, а также выбросы от автотранспорта и строительной техники [11, с. 36].

Для расчета выбросов использовались технические характеристики применяемого оборудования, а также объемы погрузочно-разгрузочных и транспортно-планировочных работ. В настоящее время высота действующего отвала составляет 15–65 м, а реконструированного – от 45 до 75 м. Результаты расчета выбросов токсичных веществ и их приземных концентраций для периода технического перевооружения отвала отходов обогащения каменного угля приведены в табл. 1.

Из анализа табл. 1 следует, что приземные концентрации всех загрязняющих веществ не превышают ПДК на границе СЗЗ и ЖЗ (за исключением азота диоксида, углерода оксида, углеводородов предельных и пыли неорганической с содержанием SiO2 > 70–20 %). Это является следствием применения автотранспорта повышенной мощности и пыления горной массы, транспортируемой от обогатительной фабрики в отвал.

В настоящее время при выполнении отвальных работ предприятием используется технология, которая не предусматривает совмещение многоярусной отсыпки горной массы, проведения профилактики самовозгорания остатков угля и рекультивации нерабочих бортов отвала аналогично [12].

Основой загрязнения атмосферы в период технического перевооружения отвала является пыление, производимое при разработке и транспортировании горных пород, а также выбросы от автотранспорта и другой техники. Результаты расчета выбросов токсичных веществ и их приземных концентраций для периода эксплуатации отвала отходов обогащения каменного угля приведены в табл. 2.

Расчетные концентрации всех загрязняющих веществ с учетом фоновых значений не превышают ПДК на границах СЗЗ и ЖЗ за исключением азота диоксида, углерода оксида и пыли неорганической с содержанием SiO2 > 70–20 %. Это является следствием выброса загрязняющих веществ автотранспортом и строительной техникой повышенной мощности, а также пыления отвальной горной массы.

С целью снижения воздействия на воздушную среду при выполнении отвальных работ предлагается технология экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля. Она предусматривает совмещение формирования многоярусных плоских поверхностей, проведения работ по профилактике самовозгорания остатков угля в складируемых отходах обогатительной фабрики и рекультивации нерабочих бортов отвала.

Таблица 1

Выбросы и приземные концентрации токсичных веществ для периода технического перевооружения отвала

Примечание. СЗЗ – санитарная защитная зона; ЖЗ – жилая зона; ПДК – предельная допустимая концентрация.

Источник: составлено автором по результатам расчетов программным комплексом «Эра».

Таблица 2

Выбросы и приземные концентрации токсичных веществ для периода эксплуатации отвала

Источник: составлено автором по результатам расчетов программным комплексом «Эра».

Предлагаемая технология включает в себя процесс укладки отходов обогащения угля при толщине отсыпаемого слоя 0,5 м при их уплотнении бульдозерами, покрытия поверхности каждого пятого слоя негорючими материалами при мощности отсыпаемого слоя 0,3 м, а также укладки изолирующих слоев мощностью 0,5 м по поверхности откосов каждого из ярусов.

Планирование поверхности отвала осуществляется бульдозерами и предусматривает наличие трех отдельных участков при ширине каждого не менее 50 м. Первый участок служит для разгрузки автосамосвалов, второй – для проведения работ по формированию отвала, планированию поверхности и отсыпке ограждающего вала, а третий держится в резерве.

Целью применения бульдозеров в предлагаемой технологии является формирование противопожарного барьера, состоящего из глинистого или скального грунта шириной 5 м. Планировочные работы проводятся в местах контактов каждого отсыпаемого слоя с откосом действующего породного отвала. При их ведении осуществляется укладка отходов обогащения угля в направлении от краев к центру отвала, а толщина отсыпаемого слоя выдерживается на уровне 0,5 м. В качестве дополнительных видов работ выступают бульдозерное уплотнение отвальной массы с двух-четырехкратным проходом по отсыпаемому участку отвала и покрытие каждого пятого слоя инертными природными материалами (рис. 1).

По программному комплексу «Эра» выполнен расчет концентраций азота диоксида, углерода оксида и пыли неорганической с содержанием SiO2 > 70–20 % в контрольных точках (КТ) для предлагаемой технологии ведения отвальных работ (рис. 2, табл. 3).

Рис. 1. Технология экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля: А – слои из негорючих материалов (глинистые грунты и золы котельных установок); Б – слои из отходов обогащения каменного угля Источник: составлено автором по результатам разработки технологии экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля

Рис. 2. Контрольные точки для периода эксплуатации отвала отходов обогащения каменного угля по предлагаемой технологии: 1 – разгрузочный участок; 2 – резервный участок; 3 – планировочный участок; 4 – въездная траншея; 5 – выездная траншея Источник: составлено автором по результатам разработки технологии экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля

Таблица 3

Приземные концентрации токсичных веществ для периода эксплуатации отвала по предлагаемой технологии

Источник: составлено автором по результатам расчетов программным комплексом «Эра».

Таблица 4

Отходы, образующиеся в период технического перевооружения отвала

Источник: составлено автором по результатам расчета образования отходов по удельным нормам.

Из анализа рис. 2 и табл. 3 следует, что предлагаемая технология ведения горных работ после технического перевооружения отвала обеспечит требуемый уровень загрязнения воздушной среды в пределах установленной для него СЗЗ.

Расчет платы за загрязнение воздушной среды для периода эксплуатации отвала по принятой технологии составляет 12858,56 руб./г, а по предлагаемой – 11947,46 руб./г[1].

Ближайшим природным водным объектом по отношению к отвалу отходов обогащения каменного угля является р. Черта. Установленный для этой реки размер водоохранной зоны составляет 50 м, а минимальное расстояние до мест проведения отвальных работ – 800 м.

Всевозможные отходы, образующиеся в результате реализации процессов хозяйственной деятельности человека, в наибольшем количестве образуются в горной и горно-перерабатывающей промышленности [13, с. 6]. Отходы, образующиеся в период технического перевооружения отвала отходов обогащения каменного угля, представлены в табл. 4 [14, с. 34–36; 15, с. 28].

Отходы, образующиеся в период эксплуатации отвала отходов обогащения каменного угля по предлагаемой технологии, представлены в табл. 5 [14, с. 34–36; 15, с. 28].

Таблица 5

Отходы, образующиеся в период эксплуатации отвала по предлагаемой технологии

Источник: составлено автором по результатам расчета образования отходов по удельным нормам.

Расчет платы за обращение с отходами составляет для периода технического перевооружения отвала 11947,57 руб./г, а его эксплуатации – 2911,71 руб./г[2].

Выводы

1. Внедрение предлагаемой технологии экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля в отвал позволит снизить загрязнение атмосферного воздуха в среднем на 18,41 % и довести его до уровня не выше ПДК.

2. Внедрение предлагаемой технологии экологически безопасного складирования отходов обогащения каменного угля в отвал позволит снизить ежегодные платежи за загрязнение воздушной среды на 7,08 %.

3. Воздействие отвала отходов обогащения каменного угля на поверхностные и подземные водные объекты, а также земельные ресурсы (почвы) является допустимым.

4. Отходы, образующиеся при техническом перевооружении и последующей эксплуатации отвала отходов обогащения каменного угля, не окажут значимого воздействия на окружающую среду в пределах земельного отвода предприятия, поскольку будут передаваться для дальнейшего обращения специализированным организациям на хозяйственно-договорных основаниях.