7.6. Вредные примеси воздуха рабочей зоны горнодобывающих предприятий

Открытые горные работы и обогащение. В современной горнодобывающей промышленности до 80% продукции добывается открытым способом. Создание карьеров влечет за собой изменение микроклимата, первоначального рельефа местности и орогидрографии района. При этом совер­шенствование открытых горных работ происходит за счет ин­тенсификации всех производственных процессов (от бурения скважин и первичного дробления в основном с помощью взрывных работ, до погрузки и транспортирования горной мас­сы), использования все большего числа высокопроизводительных машин (буровых станков, экскаваторов), а также железно­дорожного, автомобильного и конвейерного транспорта. Кроме того, на карьерах, разрабатывающих скальные породы, внедря­ется поточная технология, связанная с применением дробилок, грохотов и т.д. [2, 7, 10].

Такое развитие открытых горных работ является причиной резкого возрастания количества выбросов в атмосферу различ­ных вредностей: пыли, ядовитых и удушливых газов, других химических веществ, опасных для здоровья людей и вызываю­щих различные нарушения в животном и растительном мире, а также загрязнения водной среды. Глубина современных карьеров строительных материалов в настоящее время уже достигла 250-350 м и перспектива их роста на ближайшие годы сохра­няется.

Такая тенденция роста глубины, а также применение нового высокопроизводительного оборудования способствует значитель­ной концентрации вредных веществ в атмосфере карьеров и разрезов, затрудняют естественный воздухообмен в них и ухуд­шают состав атмосферы в местах нахождения горнорабочих.

Источниками пылеобразования, как при ведении работ, так и после прекращения деятельности карьера, являются следующие источники: различные технологические процессы, отвалы, пляжные зоны хвостохранилищ и эрозионные зоны. Сложность определяется тем, что карьеры расположены в различных климатических районах, имеют различные горно-геологические условия и параметры, отрабатывают полезные ископаемые и вмещающие породы с различными физико-механическими свойствами и минералогическими составами, другими факторами. Кроме этого, решение проблемы усложняется еще и тем, что при ведении горных работ образуется и выделяется мелкодисперсная пыль с различными свойствами, нейтрализация которой требует дифференцированного подхода.

Значительное влияние на состояние атмосферы карьера в це­лом и ее отдельных участков оказывают наличие, состав и харак­тер движущихся воздушных потоков, которые во многих случаях определяют количество приносимых, возникающих и выносимых из карьера вредностей, а иногда являются и причиной интенсив­ного пылеобразования. Тем не менее, именно неорганическая пыль наряду с оксидом углерода является главными загрязнителями атмосферы карьеров.

По месту расположения источники пылевыделения разделяются на внешние и внутренние. Внешние источники располагаются за преде­лами верхнего контура карьера. Под действием ветра пыль от этих источников может распространяться в выра­ботанное пространство карьера, ухудшая общее состояние атмос­феры.

К ним относятся дробильные, обогатительные и агломера­ционные фабрики, заводы, отвалы пустых пород и склады руды, автомобиль­ные дороги, котельные, площади с отсутствием растительности и др.

Внутренние источники пылеобразования распо­лагаются в пределах контура карьера и вызывают как местное, так и общее ухудшение состояния атмосферы. К внутренним источникам относятся: буровые станки и перфораторы, выемочно-погрузочные машины, взрывные работы, двигатели внутреннего сгорания (автосамосвалы, тепловозы, тракторы, бульдозеры и др.), автомо­бильные дороги, камнерезные машины, дробильные и сортировоч­ные установки, а также площадки, покрытые пылью и подверженные выветриванию. При этом все внутренние источники могут объединяться в различные классификационные группы в зависимости от различных классификационных индикаторов (табл. 7.4) [2].

Таблица 7.4

Классификации внутренних источников пылевыделения на карьерах

Классификационный индикатор	Классификационные категории	Примеры
Рассредоточение в пространстве карьера	- точечные - объемные - линейные - равномерно распределенные	- буровые станки, экскаваторы, камнерезные машины и др. - пылевое облако после взрыва - автодороги, выделение пыли и газов из пластов - аэрозия почвы, выветривание бортов карьеров
Время действия	- непрерывные - периодические	- буровые станки, экскаваторы и др. - взрывы и др.
Положение	- стационарные - полустационарные - перемещающиеся	- стационарные дробильные и грохотильные установки, подъемные конвейеры и др. - буровые станки, экскаваторы и др. - автосамосвалы, железнодорожный транспорт и др.

Внешние источники, загрязняющие карьеры, весьма разнооб­разны. Одним из интенсивных внешних источников пылевыделения являются хвостохранилища, в которые укладываются отходы обо­гащения, содержащие мелкие фракции. В ветреную погоду про­исходит интенсивное их выдувание с поверхности. Так, при ско­рости ветра 10 м/с запыленность воздуха на расстоянии 200 м от хвостохранилища может достигать 180 мг/м³.

Даже такие горные производства, как карьеры и дробильные фабрики строительного камня (диабаз, гранит, песчаник, известняк и др.) дают до 20% отсева, не используемого, а складируемого на поверхности. Значительную долю этого материала составляет пыль с размерами частиц не более 1 мм.

Для сокращения выбросов неорганической пыли и других вредных примесей в атмосферу карьеров обычно предусматриваются следующие мероприятия:

- орошение поверхности отвала в сухое время года;

- орошение экскаваторного забоя при погрузке руды в автосамосвалы;

- водовоздушное пылеподавление при бурении взрывных скважин;

- орошение водой взрываемого блока при производстве массовых взрывов, эффективность пылеподавлении – 60%;

- контроль за токсичностью и дымностью отработанных газов спецтехники;

- диспетчерский контроль за технологическими и вспомогательными работами.

Подземная добыча полезных ископаемых. Пыль образуется и поступает в воздух при многих процессах работы в шахтах. Особенно большое количество пыли образуется при работе горных комбайнов и врубовых машин вследствие большого числа в них режущих элементов, дробящих уголь, а также при бурении шпуров пневматическими молотками без смачивания. Значительное количество пыли выделяется и при навалке угля, спуске его по скатам и решеткам, погрузке в вагонетки, пневматической закладке выработанных пространств и при различных других работах. Чем уголь крепче и суше, тем больше образуется пыли.

Одним из основных аспектов производственной безопасности в угольных шахтах является взрывоопасность угольной пыли; при высоких концентрациях и накоплении в небольшом, ограниченном пространстве она может образовать с кислородом воздуха взрывчатую смесь и взрываться от пламени или искры [2, 6, 7].

Большое значение имеют шахтные газы – углекислота, метан, взрывные газы (окись углерода и окислы азота). В шахтах углекислота содержится в самом угле и вмещающих его породах, и при понижении атмосферного давления, затоплении того или иного участка, а также при завалах и обрушениях выделение углекислоты может достигать больших размеров. Особенно высокие концентрации углекислоты (до 5% и более) встречаются в углубленных и заброшенных, непроветриваемых участках, так как этот газ тяжелее воздуха и поэтому накапливается в наиболее низких местах выработки. Накоплению угольной кислоты в известной степени способствует гниение крепежного леса, горение пламенных ламп, дыхание людей и т. д. Одновременно с повышением в шахтном воздухе углекислоты уменьшается содержание кислорода. При наличии в воздухе 4-5% углекислоты наступает ряд патологических явлений, связанных с кислородным голоданием, а также с непосредственным действием углекислоты (одышка, сердцебиение, головная боль, затруднение дыхания). При концентрации углекислоты около 10% и при таком же уменьшении содержания кислорода может произойти асфиксия.

Другой природный газ, встречающийся главным образом в глубоких шахтах, – метан, иначе называемый рудничным, или болотным газом. В отличие от углекислоты он легче воздуха и поэтому держится под кровлей выработки. Как и углекислота, он не ядовит, но вытесняет кислород из воздуха. Главная опасность заключается в способности метана при наличии его в воздухе в пределах (5-16%) образовывать в смеси с кислородом воздуха взрывающуюся гремучую смесь.

Ядовитыми свойствами обладают газы, которые образуются в шахтах в связи со взрывными работами. Содержание оксида углерода зависит от рода взрывчатых веществ. Применяемый в настоящее время аммонит дает значительно меньше окиси углерода, чем динамит. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в действующих выработках шахты составляет 0,03 мг/л.

Оксиды азота, образующиеся при взрывных работах, поглощаясь влагой воздуха, исчезают из последнего быстрее окиси углерода. Токсичность нитрогазов выше токсичности окиси углерода; соответственно этому предельно допустимая их концентрация ниже – 0,005 мг/л. Помимо этих газов, образующихся при взрывных работах, в воздухе шахт возможно наличие сероводорода и сернистого газа, обладающих выраженным раздражающим действием на слизистые оболочки. Выделение сероводорода происходит только в определенных участках при гниении дерева, действии воды на серный колчедан; случаи отравления им в шахтах редки. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе 0,01 мг/л. Сернистый газ образуется в шахте только во время подземных пожаров. Предельно допустимая его концентрация 0,02 мг/л.

Для борьбы с вредными газами и запыленностью в шахтах большое значение имеют мероприятия, направленные как на уменьшение пыле- и газообразования, так и на удаление пыли непосредственно в местах ее образования. Такие мероприятия должны предусматриваться еще при разработке конструкции горных машин, что дает наиболее эффективные результаты.

Эффективным мероприятием по снижению запыленности воздуха в шахтах является смачивание (орошение) угля и породы при всех процессах, связанных с выделением в воздух пыли: при работе горных комбайнов, врубовых машин, при нагрузке угля и породы, при откатке вагонеток и т.п. На комбайнах, врубовых и других машинах, где пыль выделяется в нескольких точках, распылители должны устанавливаться во всех местах, где образуется большое количество пыли. При откатке вагонеток следует орошать верхние слои угля и в дальнейшем производить повторное орошение в пути и при разгрузке вагонеток в бункерные камеры скиповых подъемников. При бурении шпуров для уменьшения пылеобразования применяют бурение с промывкой, добавляя к воде вещества, улучшающие смачивание. Жидкость в перфораторах для мокрого бурения подается по специальной трубке непосредственно в бур.

Уменьшение пылеобразования при бурении достигается также заменой пневматического бурения электросверлением, усовершенствованием формы коронки бура и бурением глубоких скважин. Уменьшению пыли в шахтах способствует также устройство цельных кузовов вагонеток, недопущение переполнения вагонеток углем, правильная укладка рельсовых путей, что предупреждает раструску угля при транспортировании, и пр. Большой эффект дает тщательное и систематическое удаление угольной мелочи из выработки и очистка стенок выработок от пыли специальными пылесосами. Для осаждения пыли, взвешенной в воздухе в условиях значительного запыления, например, после взрывов, применяют распыление мелких капелек воды с помощью оросителей-туманообразователей. Струя тумана должна направляться навстречу облаку пыли, так как при этом увеличивается сила удара частиц, что благоприятствует смачиванию пылинок, и удлиняется время взаимодействия пылевого облака с туманом.

Все изложенные мероприятия по снижению запыленности должны сочетаться с достаточным проветриванием шахт, так как проветривание имеет существенное значение в общем комплексе мероприятий по снижению запыленности. Для предупреждения взрывов угольной пыли применяют так называемое сланцевание. Оно заключается в том, что к угольной пыли прибавляют инертную негорючую пыль глинистого сланца или известняка. Отличаясь высокой зольностью и, следовательно, низкой воспламеняемостью, последняя, сочетаясь с угольной пылью, образует невзрывчатую пылевую смесь. По правилам безопасности, применяемая для сланцевания пыль не должна содержать никаких ядовитых примесей, как мышьяк, фосфор и др., а также более 10% свободного кремнезема. Наиболее пыльные работы, как сланцевание, очистка стенок выработок от пыли, следует выполнять в респираторах и защитных очках.

Выводы

1. Чистый воздух представляет собой смесь, состоящую из азота (78 %), кислорода (21%), аргона (0,7%), диоксида углерода (углекислого газа) и других газов (0,3%).

2. Основными вредными газами и примесями воздуха являются углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, сероводород, сернистый ангидрид, некоторые углеводороды. Их содержание нормируется с помощью ПДК.

3. сновными мероприятиями по минимизации негативного воздействия вредных газов являются проветривание и вентиляция, изменение технологии производства и его автоматизация, использование СИЗОД – респираторов и противогазов.

4. Производственная пыль является наиболее распространенным вредным фактором производственной среды. Она образуется практически при любых производственных мероприятиях.

5. Производственная пыль оказывает негативное воздействие на организм человека. Она может вызывать различные формы пневмокониозов, осложнять бронхит, астму и иные заболевания дыхательной системы, вызывает болезни кожи и глаз.

6. Воздействие пыли на человека нормируется ПДК. Наиболее точными и эффективными способами определения концентрации пыли в воздухе являются фотометрический, оптический, радиоизотопный.

7. Для минимизации негативного воздействия пыли используется ряд технологических мероприятий, представляющих собой совокупность методов пылеулавливания и пылеподавления. В современной практике орошение и вентиляция остаются наиболее распространенными технологиями борьбы с пылью.

8. Производственная пыль – основная вредность на горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятиях. Основными источниками образования пыли являются взрывные работы, бурение, погрузка и транспортировка горной массы, площадные источники пылеобразования (отвалы, хвостохранилища).

9. Основными вредными и опасными газами при добыче полезных ископаемых являются метан и углекислый газ.