2.1. Загрязнение атмосферного воздуха при разработке месторождений

Минеральное сырье добывается в шахтах, рудниках или открытых разработках. Выбросы в атмосферу широко варьируются в зависимости от типа рудника и методов добычи сырья, от содержания влаги в материале и его рыхлости.

Загрязнение атмосферы при подземных работах

Подземная разработка месторождений сопровождается значительным загрязнением атмосферного воздуха. Основными источниками загрязнения являются газопылевые «выбросы» из подземных горных выработок, газопылевые выделения из породных отвалов и складов полезных ископаемых.

В данном случае под выбросом понимается поступление в атмосферу из подземных горных выработок рудничного (шахтного) воздуха; масса этого воздуха может быть весьма значительной, а концентрации в нем загрязняющих веществ обычно не столь велики. Рудничный воздух представляет собой смесь атмосферного воздуха с различными газообразными примесями, выделяемыми из пород, полезных ископаемых или шахтных вод (например, СН₄, СО₂, Н₂, N₂, Н₂S и др.), а также образуемыми при взрывных работах и в ряде других процессов (СО₂, СО, SО₂, Н₂S, NО₂ и др.).

Состав воздуха, поступающего в подземные горные выработки, по мере продвижения изменяется в результате:

1) действия окислительных процессов (СО₂, СО, SО₂, NО₂ и др);

2. выделения газов из разрушаемых пород (СН₄, при разработке угольных месторождений в атмосферу попадает до 90 млн т);

3) ведения взрывных работ (СО₂, СО, SО₂, Н₂S, NО_х и др.);

4) процессов дробления горных пород (пыль, в атмосферу Земли из подземных горных выработок шахт и рудников ежегодно поступает около 0,2 млн. т. пыли);

5) пожаров, взрывов метана и пыли (СО₂, СО, SО₂, Н₂S, NО₂);

6) гниения органических веществ, разложения водой сернистого колчедана (Н₂S и др.).

При подземной разработке рудных и нерудных месторождений по сравнению с угольными газовая составляющая выбросов значительно меньше. Она преимущественно представлена газообразными продуктами, выделяющимися при взрывах, производимых при массовой отбойке полезных ископаемых. После массовых взрывов резко увеличивается и содержание пыли в выдаваемом на поверхность рудничном воздухе.

К существенным по своему значению «неорганизованным» источникам пылегазовых загрязнителей атмосферного воздуха относятся также отвалы пород. При подземной разработке месторождений на поверхности земельного отвода располагаются породные отвалы, форма которых зависит от вида транспорта, применяемого для транспортировки породы: конические, так называемые терриконы (узкоколейный транспорт), хребтовые (транспортировка канатными дорогами) и плоские (автотранспорт).

Загрязнение воздушной среды происходит при эрозии, окислении и горении породы, особенно интенсивно протекающих в терриконах; в результате с поверхности отвалов выделяется значительное количество пыли, газообразных (в том числе ядовитых) продуктов и дыма.

В породных отвалах угольных шахт содержится значительное количество угля (от 5 до 20 %), пирита (до 10 %) и серы (от 5 % и более). Внутри отвалов длительное время происходят процессы низкотемпературного окисления горючего материала кислородом воздуха, чаще всего заканчивающиеся самовозгоранием отвала. Самовозгорание отвалов часто происходит на шахтах, где ведется разработка угольных пластов с выходом летучих веществ свыше 20 % и содержащих более 3 % серы. Температура горения породного отвала 800-1200 ^оС. Интересно отметить парадоксальный, на первый взгляд, факт ‑ наиболее интенсивное горение терриконов наблюдается в дождливые весенние и осенние сезоны. Это объясняется тем, что при обильном поступлении воды в породу в ней интенсифицируются процессы окисления пирита (при этом в качестве катализатора выступают теоновые бактерии, живущие в кислой среде).

После прекращения эксплуатации отвалов поверхностные очаги горения породы довольно быстро исчезают, однако внутри отвалов горение продолжается в течение 7-12 лет.

Загрязнение атмосферы при открытой разработке месторождений

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых обычно характеризуется более интенсивным загрязнением атмосферы минеральной пылью и газообразными продуктами.

Выделение минеральной пыли происходит в процессе машинного разрушения пород, бурения скважин, взрывной отбойки, вторичного дробления, резки горных пород, погрузки, транспортировки и выгрузки их на приемных пунктах или отвалах, разрушения дорожного полотна при движении по нему транспортных машин (в некоторых карьерах на долю автомобильных дорог со щебеночно-гравийным покрытием приходится 70-90 % всей выделяемой пыли), эрозии поверхности отвалов и откосов карьеров. Практически всем производственным операциям горных работ сопутствует пылеобразование.

Периодические исключительно мощные выбросы пыли в атмосферу происходят в процессе массовых взрывов. При средних взрывах на рудных карьерах в воздух единовременно выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли. Установлено, что на некоторых железорудных карьерах при массовых взрывах в атмосферу поступает больше пыли, чем выделяется при различных производственных процессах, осуществляемых за двухнедельный период времени между массовыми взрывами.

Загрязнение атмосферы газообразными продуктами происходит в результате эксплуатации транспортных и технологических машин с двигателями внутреннего сгорания, при производстве взрывных работ, при выделениях газов из горных пород, при пожарах в карьерах.

К технологическим машинам, эксплуатируемым при открытой разработке месторождений, относятся бульдозеры, буровые установки, тракторы, самоходные скреперы, небольшие драги, экскаваторы, краны, передвижные компрессоры и т. п. Используемые в карьерах автомобили с бензиновыми двигателями загрязняют воздушную среду оксидами углерода, азота и серы, углеводородами, альдегидами, а также свинцом, хлором и другими вредными веществами. В выхлопных газах дизельных двигателей содержится значительное количество сажи и дыма. Следует отметить, что неблагоприятные дорожные условия и резко меняемые режимы работы транспортных и технологических машин приводят к увеличению количества вредных компонентов в выхлопных газах их двигателей.

Массовые взрывы связаны с поступлением в воздушную среду не только пыли, но и значительного количества газообразных продуктов. Заряды массовых взрывов нередко достигают тысячи тонн, при этом в атмосферу выбрасывается от сотен до тысяч кубометров вредных газов. Основная масса газовых продуктов выбрасывается на значительную высоту (до 200-300 м) и распространяется за пределы контура карьера.

Значительные загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются при пожарах в угольных и серных карьерах, при этом выделяющиеся газы характеризуются высокой концентрацией вредных и ядовитых веществ (СО, Н₂S, SО₂, NО_x и др.).