Промышленная экология

добавляютвнебольшихколичествахкоагулянты илифлокулянты. К наиболее употребляемым коагулянтам относятся гидросульфаты алюминия и железа, хлорид железа, железный купорос, отходы металлургического производства, содержащие в значительных количествах соли алюминия и железа; флокулянтами служат высокомолекулярные растворимые в воде вещества - активная кремниеваякислота, вещества, получаемыеизрастительного сырья (крахмал, целлюлоза), синтетические органические полимеры (полиакриламид) идр.

Кислые шахтные воды, содержащие свободную минеральную кислоту (чаще всего серную), в процесс очистки нейтрализуются различными реагентами. Наиболее часто употребляют гидроксид кальция(гашенаяизвесть), известняки, доломит, магнезит, мел.

Шахтные воды, содержащие повышенное количество солей, опресняются с помощью методов дистилляции и электродиализа. Однакодонастоящеговремениопреснениешахтныхводневыходитза рамкиэкспериментальныхисследований.

Обеззараживаниешахтныхводосуществляетсяпривоздействиина бактериально загрязненную воду сильных окислителей, в качестве которыхобычноприменяютхлор, хлорнуюизвесть, гипохлоритнатрия.

Хлорированиеотличаетсядоступностьюреагентов, надежностьюихдействия, сравнительно небольшими расходами. Обеззараживающее действие хлора описываетсяследующимиреакциями:

Cl2 + H2O = HOCl + HCl

HOCl = H+ + OCl-

HOCl = HCl + O

Таким образом, при хлорировании воды обезвреживание сточных вод происходитврезультатедействияхлора, хлорноватистойкислоты, гипохлорит-иона иатомарногокислорода. Ноэтотспособимеетряднедостатков: токсичностьхлора, ухудшение органолептических свойств воды, недейственность хлора на спорообразующие бактерии, возможность образования хлорсодержащих органическихсоединений.

Недостатковметодахлорированиялишенметодобеззараживанияс помощью бактерицидных лучей аргоно-ртутных ламп или ртутнокварцевыхламп, которыеустанавливаютнадводойилипогружаютв нее. Способ применим при концентрации взвесей менее3 мг/л. В последнеевремявсеболеечастоприменяютозонирование.

Очисткушахтныхводосуществляюткаквподземныхвыработках, так и на поверхности. В подземных условиях целесообразно использовать гидроциклоны. Высокая производительность, простота конструкции, небольшие габариты и стоимость обеспечивают эффективностьихприменениядляпервичнойочисткишахтныхвод.

71

При открытой разработке месторождений мероприятия по улучшению качества карьерных вод аналогичны изложенным, но характеризуютсякрупномасштабностью.

Породныеотвалы, расположенныеназемельныхотводахкарьеров и шахт, при таянии снегов или дождях становятся, как уже упоминалось, источниками загрязненияповерхностныхи подземных (преимущественногрунтовых) вод. Атмосфернаявода, попадаянаотвал истекаясегобоковыхповерхностей, загрязняетсявследствиеэрозии пород, а при фильтрации черезпородную толщу в большей или меньшейстепениминерализуется.

Снижение интенсивности эрозийных процессов может быть достигнутозасчетвыбораопределенногосоотношениямеждувысотой отвалаиугламиегооткосов, определяющихскоростьстекающейс отвалаводы. Снижениеинфильтрацииминерализованныхводвпочвы достигаетсяпутемперекрытияоснованияотвалов(доотсыпкипород)

слоемглинымощностью1-1,5 м. Скапливающиесяуоснованияотвалов воды при значительном их загрязнении целесообразно с помощью мелиоративныхсооруженийформироватьвцентрализованныйстоки направлятьвочистныеустройства, вчастностиводоотстойники.

Ограничениеизмененияводныхрежимов

Осушение месторождений, осуществляемое для повышения безопасностигорныхработ, можетсопровождатьсяотрицательными экологическими последствиями. При этом очистка выдаваемых из горных выработок вод - одно из средств сокращения ущерба, наносимого природной среде. Очищенные воды могут пополнять традиционноиспользуемыеводоисточники.

Другим перспективным мероприятием является изоляция карьерногополяилиегочастиотокружающихводоносныхгоризонтов. Этоприводитиксокращениюобъемовработподренажу, водоотливу, очисткевод.

Применительно к открытой разработке месторождений наиболее целесообразным представляется сооружение противофильтрационных завес траншейноготипа. Приэтом вокругизолируемогоучасткапроводятсяузкиеи глубокие(доводоупорногопласта) траншеи, заполняемыеводонепроницаемыми материалами(ширинатраншейот0,3 до1,2 миболее, глубинадо100 м). Траншея заполняется нетвердеющими глино-грунтовыми смесями или твердеющими материаламинаосновецементовисиликатов, нередководонепроницаемостьзавесы обеспечиваетсятакжеразмещаемойвтраншеесинтетическойпленкой.

В бортах карьеров, представленных сильнопористыми или рыхлыми водопроницаемымипородами, могутсооружатьсяитакназываемыеинъекционные противофильтрационныезавесы. Технологиясооруженияэтихзавесзаключаетсяв

72

бурениисближенныхскважининагнетаниивнихцементных, глиноцементныхили силикатныхрастворовиразличныхсинтетическихсмол. Проникаявтрещины и поры, схватываясьилитвердеявних, этирастворыукрепляютпородныймассив, придаваяемуводонепроницаемость.

2.5. Нарушение земной поверхности при разработке месторождений

Нарушения земной поверхности, непосредственно связанныес производствомгорныхработ, ограничиваютсявосновномплощадями горныхотводовитерриториями, выделяемымидляразмещенияотходов производства.

Существует несколько классификаций форм ландшафтных нарушений земной поверхности. По одной из классификаций нарушения делятся на траншеи, карьеры, отвалы (при открытых разработках) ивпадины, провалы иотвалы породы (приподземных разработках). Отметим, чтопомимоперечисленныхнарушенийземной поверхности, значительныеземельныеучасткизанимаютсяотвалами сухиххвостовобогащенияихвостохранилищами.

Подругойклассификациирассматриваютфизическое, химическое имеханическоенарушениеземель.

Физическое нарушение земель характеризуется деформацией поверхности в результате воздействия горных работ, ухудшением структурыпочвенногослояиз-заегообезвоживанияилизаболачивания, изменениемприродноголандшафта.

Химическое нарушение земель обусловлено их загрязнением кислыми шахтными водами, шламами, хвостами, высокоминерализованнымирудничнымиикарьернымиводами.

Механическое загрязнение земель вызывается пылевыми выбросами технологических производств, загрязнением земель отвалами, хвостохранилищами.

Всеизмененияземнойповерхностиотрицательносказываютсяна ее биологических, эрозийных и эстетических характеристиках. Нарушенияприводяткгибелиилидеградациирастительногопокрова; ухудшению качестваили вообщепотереплодородного почвенного слоя; ктаким изменениям форм рельефа, чтоучастки поверхности становятся малопригодными для продуктивного использования в сельскомилесномхозяйстве, атакжедлядругихцелей. Результатом появлениявпадинивыемокназемнойповерхностиявляетсяизменение водныхрежимови, какследствие, заболачиваниеместности. Лишенная растительногопокроваповерхностьземлиподвергаетсяинтенсивной

73

воднойиветровойэрозии. Открытыеразработкиместорожденийхарактеризуютсянаиболее

обширнымиландшафтныминарушениями, причемзначительнаячасть ихпредставляетсяввидеотваловвскрышныхпород, располагаемыхза пределамикарьерныхполей. Поданнымамериканскихисследователей, каждый участок земли, нарушенный при открытой разработке месторождений, оказываетвредноевлияниенаучастокпримернотакой жеплощадиприлегающейтерритории.

Влияниеразмеровиколичествакарьеров

Рассмотрим возможности сокращения нарушения поверхности карьерными выработками при разработке месторождений стройматериалов. Однойизособенностейэтихместорожденийявляется ихширокоераспространение(глины, пески, гравийобнаруживаются почти повсеместно). В связи с этим около населенных пунктов, промышленныхпредприятийистроеквозникаетогромноеколичество карьеров разной, преимущественно малой, производственной мощности. При замене карьеров небольшой производительности меньшим количеством укрупненных карьеров помимо многих технических и организационных преимуществ достигается и значительноесокращениенарушаемыхплощадейземнойповерхности.

Влияниерасположенияиколичестваотвалов

При открытой разработке месторождений расположение вскрышных пород внутри контура карьерного поля является оптимальнымвотношениисниженияплощадейнарушаемыхземель.

При расположении отвалов вскрышных пород за пределами контуракарьерногополямогутбытьвыделеныдваварианта:

1) расположениеотваловназемлях, непригодныхдлясельскогои лесохозяйственногопроизводства(овраги, балки, впадины ипровалы, образовавшиеся вследствие подземной разработки месторождений, заболоченныеземлиидр.);

2) расположение отвалов на землях, ранее используемых в сельскомилилесномхозяйствеилидлядругихцелей.

Первый вариантвотношении рациональногоземлепользования предпочтительнеевторого. Однакоэтотвариантцелесообразенвтех случаях, когданепродуктивныеземлирасполагаютсянаотносительно небольшихрасстоянияхотвыработок, изатраты натранспортировку горныхпород неявляютсячрезмерными. Экономическоесравнение определяетпредпочтительностьтогоилииноговарианта.

Этидвавариантаприменимыидлягорныхпредприятийподземной

74

разработки, заисключениемшахтстерриконами.

Количествопородныхотвалов

Оказываетдовольносущественноевлияниенаразмеры площади нарушаемых земель. В общем случаепри одинаковых количествах пород, отсыпаемыхвбольшеечислоотвалов, увеличиваетсяплощадь нарушаемойповерхности. Исключениемявляетсяразмещениепородна непригодныхземлях, прикотором увеличениечислаотваловможет оказатьсявесьмацелесообразным, еслизасыпаютнесколькооврагов. В случае расположения отвалов на продуктивных землях порода, выдаваемаяизподземныхгорныхвыработок, обычноотсыпаетсяводин отвал, аназемельныхотводахкарьеров, наоборот, чащесооружается несколько отвалов. Количество их определяется в основном экономичностью транспортирования вскрышных пород, при этом возможность сокращения площадей земельного отвода за счет уменьшенияколичестваотвалов, какправило, нерассматривается.

Снижениенарушенийподрабатываемойповерхности

Мероприятияпоснижению илиисключению деформацийземной поверхности в результате подземной разработки месторождений связанысповышениемпотерьполезныхископаемыхилизначительным удорожанием добычных работ. В связи с этим они реализуются практическитольковтехслучаях, когдаучасткиземнойповерхности необходимо сохранять в связи с расположением на них городов, промышленныхпредприятий, газопроводов, водоемовиценныхлесных массивов.

Город Донецк с почти двухмиллионным населением расположен на территориигорныхотвалов32 шахт, запасы угляподгородскимипостройками составляют 540 млнт. Под центральной частью города выемка угля из пологопадающихпластовмощностью около1 м, залегающихнаглубине530 м, осуществлялась с полной пневмозакладкой выработанного пространства; поврежденийконструкцийдажемногоэтажныхзданийвтечениерядалетпосле подработкиненаблюдается.

2.6. Мероприятия, снижающиенарушенияземнойповерхности

Процессы естественноговосстановлениярастительныхпокровов, почвирельефовнарушенныхземельпротекаютмедленноиливообще могутбытьнеэффективными. Нарушенияземной поверхности, как правило, не исчезают и становятся устойчивыми техногенными формированиями. Поэтому все нарушенные земли подлежат искусственномувосстановлению.

75

Выявление, учетнарушенныхземельсустановлениемихплощадей икачественногосостоянияназывают«инвентаризациейнарушенных земель».

Комплексработ, направленныхнавосстановлениепродуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, называют рекультивацией(отлат. re - возобновление, cultivo – обрабатываю).

В зависимости отхарактера земельных участков и целей их дальнейшего использования выделяются следующие направления рекультивации:

сельскохозяйственное - для создания на нарушенных землях сельскохозяйственныхугодий,

лесохозяйственноедляформированиялесныхнасаждений, рыбохозяйственноедляобразованиярыбоводческихводоемов, водохозяйственное - для создания водоемов различного

назначения, рекреационноедляорганизацииобъектовотдыха,

санитарно-гигиеническое- сцельюконсервациибиологическимии техническими методами нарушенных земель, оказывающих отрицательноевоздействиенаокружающуюсреду,

строительноедляприведениянарушенныхземельвсостояние, пригодноедляпромышленногоигражданскогостроительства.

Обычнорекультивациявключаетдваэтапа: горнотехническийи биологический.

Подгорнотехническойрекультивациейпонимаюткомплексработ повосстановлению природноголандшафта, измененноговрезультате разработкиполезныхископаемых. Основныеобъекты рекультивации приоткрытойразработкегорныхместорожденийотвалывскрышных пород и выработанные пространства карьеров. Благодаря рекультивации ежегодно возвращается 20 тыс. га земель для народнохозяйственного использования. Горнотехническая рекультивациявключаетвсебяснятиеискладированиеплодородного слояпочвы, селективнуюразработкуиукладкувотвалпородвскрыши сразличнымиагротехническими свойствами, устройстводренажной сети для предотвращения заболачивания, строительство дорог на отвалах, сглаживаниеотвалов, террасированиеистабилизациюоткосов отвалов, мелиоративные мероприятия, создание ложа и берегов водоемов, покрытиеповерхностиплодороднымслоемпочвы.

Рекультивация при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом предусматривает сведение деформацииземельдоминимума; заполнениепрогибовповерхности породой; мероприятия по предупреждению заболачивания;

76

организованный отвод шахтных вод, размещение и формирование шахтныхотвалов.

Выделяюттри методарекультивацииземель, занятыхотвалами горныхпород:

разборка и транспортировка породы с последующим ее использованием для ликвидации отработанных карьеров, провалов, оврагов и покрытие рекультивируемых территорий плодородной почвой;

разборкаотваловииспользованиепородпристроительстведорог, изготовлениестроительныхматериалов;

выполаживаниеотвалов, срезаниееговерхнейчасти, закрепление откосовтехническимиибиологическимисредствамидляиспользования терриконовподзоныотдыхаилесопосадки.

Под биологической рекультивацией понимают комплекс мелиоративныхи агротехническихмероприятий повосстановлению плодородия земель после горнотехнической рекультивации.

Мелиорациявключаетвсебяизвесткование, гипсование, промывку, пескование, глинованиеи др. приемы, направленныенаулучшение химических и физических свойств рекультивационного слоя. Агротехнические приемы предусматривают систему обработки и удобрения насыпного слоя, специальные севообороты, посадку древесно-кустарниковых растений. Биологическая активность рекультивируемого слоя повышается с помощью микроорганизмов, вносимыхсорганическимиудобрениями. Обычнобиологическийэтап рекультивациипродолжается4-10 лет. Объемработпобиологической рекультивации определяется в зависимости от направления рекультивации.

2.7. Шумивибрацияприразработкеместорождений

Источникишума

Источниками интенсивного шумового загрязнения являются подземныеиоткрытыегорныевыработки.

В подземныхвыработкахшум, поглощаясьмассивамипород, как правило, полностью локализуетсявпределаходной или комплекса выработок (на интенсивность затухания шума влияют размеры поперечногосечениявыработок, атакжематериалы и конструкция крепи). Интенсивность шумового эффекта в подземных горных выработкахувеличиваетсязасчетихотносительнонебольшихразмеров имногократногоотражениязвуковыхволнотповерхностейпородных массивов.

77

Возникающийвоткрытыхвыработкахшумраспространяетсяпо воздушной среде на более или менее значительные территории прилегающейместности.

Наиболеевысокими уровнямишумахарактеризуютсявзрывные работы. Впроцессеподземнойразработкипривзрывнойотбойкелюди удаляются на значительные расстояния от забоя, а при массовых взрывахвыходятнаповерхность, т.е. наблюдаетсяснижениеилиполное исключениевредноговлиянияшумавзрываначеловека. Вотличиеот этого взрывное вторичное дробление полезного ископаемого, проводимое часто в течение рабочей смены, характеризуется интенсивнымшумовымвоздействиемнаорганизмработающих.

При открытой разработке месторождений высокие шумовые импульсы, распространяющиесянабольшиерасстояния, наблюдаются припроизводствемассовыхвзрывов. Шум отвзрывноговторичного дробленияобычнолокализуетсявпределахкарьера.

Шум, производимыйработающимивоткрытыхгорныхвыработках и на поверхности машинами и установками, имеет значительно меньшую интенсивность, однако он длительно воздействует на работающих. В большинстве случаев это шумовое загрязнение не распространяется на значительныерасстояния от источникашума.

Однакомощныеисточникишума, располагающиесянаповерхности

(вентиляторы главного проветривания, компрессоры и т.п.),

загрязняютвоздушную средунадбольшими участками территории, окружающей горное предприятие. Уровни звукового давления некоторыхустановокприближаютсякпорогуболевогоощущения, а интенсивностьшума, производимогоприработетурбокомпрессоров, в верхнихчастотахдостигаетего.

Производство взрывных работ сопряжено свозникновением в воздушнойсредеударныхвоздушныхволн(УВВ). Крометого, УВВ формируютсяпривзрывахметановоздушныхипылевыхсмесей, при обрушениипородвподземныхгорныхвыработках. Ударнаявоздушная волнараспространяетсясоскоростью, превышающейскоростьзвука, на значительные расстояния, оказывая воздействие на человека и окружающую среду. Помереперемещенияввоздушномпространстве УВВтеряютсвоюинтенсивностьискоростьраспространения, затухают ипостепеннопереходятвзвуковыеволны. Интенсивностьударных воздушныхволнзависитотмассызарядовВВиэнергииобразующихся привзрывахгазов.

К основным характеристикам УВВ относятдавлениенафронте волны, скоростьраспространенияивремявоздействия.

ПривзрывенебольшихзарядовВВпродолжительностьвоздействияУВВна

78

человекаизмеряетсямиллисекундамииноситимпульсныйхарактер, откоторого придавлениидо10 кПалюдипрактическинеполучаютповреждений.

ПрипродолжительностивоздействияУВВот20 до200 мсосновноевлияние налюдейоказываетдавлениенафронтеволны: придавленииот20 до40 кПа возникаютконтузии, проявляющиесявголовокруженияхиголовныхболях; при болеевысокихдавленияхмогутиметьместоразрывыбарабанныхперепонок.

ПридействииУВВ свыше200 мс, чтохарактернодлявзрывовбольших зарядовВВ, представляетопасностьнетолькодавление, ноискоростьвоздушного потока, перемещающегосязафронтомволны: придавлении20 кПаэтаскорость превышает40 м/с, врезультателюдиполучаюттравмыприпадении.

ПоддействиемУВВразрушаютсяилипреждевременновыходятиз строягорныевыработки, различныесооруженияиоборудование.

Прикороткозамедленномвзрываниизарядоввзрывчатыхвеществ формируютсясерии ударных воздушныхволн, следующиходназа другой, ивоздействиеихпроявляетсявэффектевибрации.

Источником вибрации на горных предприятиях является многочисленноеоборудование, эксплуатациякотороговбольшинстве случаевсвязанаисгенерированиемшума. Кисточникаминтенсивной вибрации при разработкеместорождений относятсяперфораторы и буровыестанки. Вибрацияснизкимичастотами, близкимикчастоте собственныхколебанийчеловеческогоорганизма, наиболееопаснадля здоровья.

Мероприятияпозащитеотдействияшумаивибрации

Мероприятияпозащитеотвредноговлиянияпроизводственного шума реализуются, в первую очередь, в создании безопасных и комфортных условий труда работающих и, в меньшей степени, в формированииблагоприятно«акустическогоклимата» жилыхрайонов, расположенныхоколоместапроизводстваработ. Этообъясняетсятем, чтолюди, занятыевпроизводственном процессе, находятсяближек источникамшумаи, следовательно, болееподверженыеговлиянию.

Проектирование и планировка производственных, бытовых и жилыхобъектовгорныхпредприятийдолжныпроизводитьсянаоснове прогнозашумовогозагрязнениявоздушнойсреды. Расположениеэтих объектовпоотношению кисточнику наиболееинтенсивного шума имеет первостепенное значение. Основными учитываемыми источникамишумаявляютсяприподземнойразработкевентиляторные икомпрессорныеустановкинаповерхности, априоткрытыхгорных работах- комплексгорныхвыработокивнешниеотвалы. Уровеньшума в жилых помещениях может быть снижен за счет рациональной планировкиформызданий, атакжеповышенияихзвукоизолирующей способности.

79

Расположение объектов должно производиться с учетом ландшафтныхособенностейместностиинаправлениягосподствующих ветров. Холмистый рельеф и лесистая местность территории, разделяющиешумовыеисточникиипоселения, значительноснижают интенсивность шума. Не исключена возможность искусственного формированиярельефазасчетустройстванасыпейилиразмещения породныхотвалов.

Огромное значение имеет шумозащитное озеленение - эффективное и сравнительно недорогое мероприятие. Полоса насажденийшириной25 мспособствуетснижениюуровняшумана1012 дБ, при этом хвойные породы деревьев предпочтительнее лиственных. Высотадеревьевдолжнабытьнеменее7-8 м, кустарников

- до1,5-2 м.

Мероприятияпопредотвращениюинтенсивногошумообразования иизоляцииисточникашумаосуществляютсяи непосредственно на объектахгорныхпредприятий. Длясниженияуровняшумамашиныи установки оборудуются глушителями различных конструкций.

Например, компрессорсредуктором помещенвзвукоизолирующую кабинуизлистовойстали, армированнуюзвукопоглощаемымиплитами. Снижениешумавозможнозасчетулучшенияконструкциймашини оптимизации эксплуатационных режимов. Применение металлов с высоким коэффициентом звукопоглощения (магниево-никелевые сплавы), использованиезвукоизолирующихматериаловобеспечивают дальнейшие пути снижения шума. Создание малошумных машин обеспечиваетнетолькоакустическийкомфорт, ноиснижениепотерь энергиинашумообразование.

Зеленыенасаждениявокругстационарныхисточниковшуматакже входятвкомплексшумоизоляционныхсредств.

Кроме того, работающие в неблагоприятных акустических условиях обеспечиваются средствами индивидуальной защиты: противошумными тампонами, эластичными втулками «Беруши» или наушниками, укрепляемыминашахтерскихкасках.

Основным мероприятием, обеспечивающим безопасностьлюдей припроизводствеподземныхмассовыхвзрывов, являетсявыводихза пределы установленной заранее опасной зоны. Обеспечение сохранности оборудованияи коммуникаций достигаетсязасчетих демонтажаили установки защитных устройств для гашенияУВВ.

Правильный, соответствующий физическим свойствам разрушаемых пород, выборВВииспользованиерациональнойтехнологиивзрывных работ способствуютснижению интенсивности ударных воздушных волн. Воткрытыхгорныхвыработкахвследствиерассеиванияэнергиив

80