Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Методы учета качества окружающей природной среды при обосновании параметров технологического карьерного транспорта

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Методы учета качества окружающей природной среды при обосновании параметров технологического карьерного транспорта"

Российсквя а кадемия наук Институт проблем комплексного освоения недр

пб оа

■ '. - Не правах рукописи

Цыганков Дмитрий Анатольевич

; УЖ 622.3:338.45:622.014.3

МЕТОДЫ УЧЕТА КАЧЕСТВА ОШ КАШЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ ОБОСНОВАНИИ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАРЬЕРНОГО

ТРАНСПОРТА

Специальность II.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат

диссертации яа сонскание ученой степени кандидата технических, наук

Москва Т Г>94

Работа выполнена в Институте пройдем комплексного освоения недр Российской академии неук (ИКОН РАН).

Научный руководитель! доктор технических наук, профессор Чаплыгин H.H.

Официальные оппоненты: доктор экономических наук, член-корреспондент Международной инженерной академии Колосов A.B.

кандидат технических наук Буянов М.И.

Ведущая организация: Московский государственник горный университет (МНУ)

Зашита состоится г. в часов Айлину!

на заседании специализир ова нного совета Д 003.20.02 в ИПКОН РАН по адресу: III020, г. Москва, Крюковский тупик, 4.

библиотеке ИПКОН РАН. 1994;"?.

Учений секретарь сиг:::;:'ллзированного совета

С диссертацией можно ознакомиться в Автореферат разослан ffStß^Q^tf

- L^u^^ Щрадер Э.А.

I I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. С транспортом карьеров связаны значительные отрицательные экологические последствия (пиление, выхлопы газов и сажи, изъятие земель, загрязнение водоемов). Его различные параметры (вид тяги, грузоподъемность, скорость движения, ширина технологических дорог, тип дорожного покрытия, число транспортных, средств в работе, их геометрические размеры) и другие особенности по-разному сказываются на окружающей природной среде. Поэтому, в отношении экологических последствий применение различных видов транспорта неравнозначно. Это обстоятельство практически не находит сейчас отражения при выборе транспорта и обосновании его параметров.

В связи с этим, создание методической основы учета качества окружающей природной среда в расчетах по выбору технологического транспорта открытых горных работ является актуальной научной задачей.

Целышаботы является создание методической основы учета влияния технологического карьерного транспорта на качество окружающей природной среды при сценке и выборе его вида, а также установлении эффективных параметров.

Идея работы заключается в том. что методы учета такого влияния должны непосредственно вкяечвть качество природных ресурсов как расчетный параметр технологического карьерного транспорта, а эффективные параметры транспорта должны обеспечивать соблюдение качества каждого из природных ресурсов на уровне не ниже нормативного.

Методы исследований включают: теоретическое обобщение, анализ проектных решений и данных практики, экономико-математическое моделирование и технико-экономический анализ с использованием ЭВМ.

Защищаемые научные положения:

1. Учет влияния технологического карьерного транспорта на окружающую природную среду следует производить по величине затрат на обеспечение нормативного качества основных природных ресурсов, что обеспечивает наибольшую достоверность решения задачи обоснования эффективных параметров а выбора транспорта.

2. Обоснование важнейших параметров технологического карьерного транспорта с учетом загрязнения воздушной и водной среды следует осуществлять на единой методической основе, предполагающей соизмерение, с одной стороны, фактических величин концентраций загрязнителей окружающей природной среды, образующихся при различных режимах

эксплуатации, видах и типах применяемого транспортного оборудования и их предельно допустимых значений - с другой.

3. Сводную экологическую оценку влияния транспорта на региональную совокупность природных ресурсов необходимо производить с учетом возможности регулирования качества каждого из них (по отношению к нормативному) по взаимосвязи с перераспределением техногенных нагрузок, свойственных отдельным вадам транспорта и типам транспортных средств, обеспечивая тем самым соответствие качества окружающей среды, в целом, экологическим требованиям.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обоснована использованием апробированных широкой практикой методов исследований, использованием достоверной информации, достаточным количеством выполненных на ЭВМ расчетов, сходством результатов реализации модели с данными работы карьеров.

Научная новизна:

- разработан методический подход, обеспечивающий возможность учета влияния технологического карьерного транспорта на окружающую природную среду в обосновании его эффективных параметров;

- выявлены зависимости, характеризующие изменение качества природных ресурсов при использовании различных параметров транспорта ;

- обоснован критерий выбора карьерного транспорта с учетом его влияния на качество окружающей природной среды.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей качества природных ресурсов от изменения параметров транспорта, а также в разработке методических рекомендаций по экологической оценке технологического карьерного транспорта.

Практическое значение работы состоит в том, что предлагаемый в диссертации методический подход позволяет обосновать на стадии проектирования или оценить на стадии функционирования горнодобывающего предприятия вид и параметры технологического карьерного транспорта.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и получили положительную оценку на совещании при главном инженере АО "Центрогипроруда" (г. Белгород) и совещании при техническом директора АО "Лебедянский ТОК" (г. 1>бкин) в 1994 г., а также докладывались на второй конференции по "Экологическим проблемам горного производства, переработке и размещению отходов" (г.Москва, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертация опубликованы три работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из жедения, четырех глав и заключения, изложенных на 101 странице машинописного текста, в том числе 18 рисунков, 21 таблицы, списка литературы из 91 наименования и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Выполненный в диссертации анализ опубликованных научных работ, проектных и конструктивно-методических материалов, данных практики показал, что в решении задач обоснования технологического карьерного транспорта отсутствует необходимый и достаточно полный учет его влияния на окружающую природную среду. Причиной этого является недостаточность методической основы для подобных решений.

Ведущую роль в становлении науки о комплексной механизации процессов открытой добычи минерального сырья принадлежит академику Н.В.Мельникову.

Научные основы теории и практики эксплуатации карьерных погрузчиков созданы академиком К.Н.Трубецким.

Отдельные общие аспекты экологических оценок применительно к горному производству в целом рассматривались академиком М.И.Агош-ковым, академиком Б.Н.Ласкориным, Л.А.Барским, Б.А.Ивановым, О.П. Кравчино;> А.А.Кулешовым, Е.И.Панфиловым, В.А.Харченко, В.С.Хохряковым, Н.Н.Чаплыгиным и др.

Принципиальные методические вопросы рационального природопользования решались А.С.Астаховым, Б.В.Варанкиным, К.Г.Гофманом, А.Г. 1>севым, А.В.Колосовым, М.Я.Лемвшевым и др.

Огромный вклад в область разработки научных основ оценки влияния горного производства на окружающую среду сделан А.В.Хохряковым.

Несмотря на значительный объем выполненных исследований и оценок по экологической тематике есть основания судить о них, в целом, как об имеших разрозненный характер, относящихся, в основном, к конфетным, не сводимым друг к другу случаям. Особенностью многих результатом в этой области знаний является их принципиальный характер, на предоставляющий возможность положить их в основу расчетов для отдельных типовых технологических решений.

Принимая во внимание существующую методическую основу для решения задач выбора карьерного транспорта и сложившуюся практику учета экологических проблем при его эксплуатации-необходимо отметить, что технологический транспорт карьеров продолжает оставаться

ключевым звеном открытых разработок на обозримую перспективу. Его использование на существующих горных предприятиях будет и в дальней шем порождать условия, в которых экологические последствия потребуют принятая действенных решений в области природоохранных мер. Для вводимых в эксплуатацию карьеров технические решения по транспорту должны быть основаны на учете экологических последствий его применения.

И в том, и в другом случае необходима методическая основа конкретного учета качества окружающей природной среды при обосновании параметров технологического карьерного транспорта. В качестве таковых рассматриваются: скорость движения транспортных средств ; ширина проезжей части технологической автодороги; количество думпкаров в составе ; дайна открытой конвейерной линии ; грузоподъемность и часовая производительность транспортных средств ; размеры внешних отвалов, образованных с применением того или другого вида транспорта ; количество транспортных средств в работе ; количество смен работы транспортных средств в год ; приведенные затраты по видам транспорта ; затраты на воспроизводство нормативного качества природных ресурсов по видам транспорта.

Под окружающей природной средой в диссертации понимается совокупность основных цриродных ресурсов: атмосферного воздуха, земли (почвенный покров, плодородный слой), воды (поверхностные источники, водоемы и водотоки).

Б соответствии с целью работы поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка критерия эколого-экономической оценки технологического карьерного транспорта в задаче обоснования его параметров.

2. Создание системы расчета инженерно-экологических и технико-экономических показателей транспорта, предусматривающей соизмерение фактических и допустимых уровней загрязнений и нарушений окружающей природной среды.

3. Соизмерение модели регулирования качества природных ресурсов изменением технологических параметров карьерного транспорта.

4. Разработка алгоритмов и прикладных программ для расчета и выбора с помощью ЭВМ технологического карьерного транспорта, а также регулирования качества окружающей природной среды.

Решение задач основано на следующих основных исходных положениях:

I. Воздействие горного производства на окружающую природную

среду необходимо оценивать в пределах региона.

2. Состав природных объектов, по воздействию на которые оценивается транспорт, должен быть ограничен основными природными ресурсами.

3. Качество, которому должны отвечать основные природные ресурсы в экологически здоровой среде (нормативный или требуемый уровень), как и качество ресурсов в текущий момент времени (исходный уровень) полагаются известными.

4. Бса сравниваемые варианты развития горного производства, изменяющего экологическую ситуацию в регионе освоения минеральных ресурсов, должны быть тождественны (приведены в сопоставимый вид) по экологическому фактору.

В диссертации показано, что используемый сейчас "средозащитный" принцип природоохранной деятельности, подразумевающий ограничение антропогенных воздействий и связанный с понятием "... оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды", следует признать недостаточным. Это связано с тем, что невозможно установить количественно степень достоверности искомого "... экономического ущерба". Поэтому "средоза-щитный" принцип должен быть дополнен другим, названным в диссертации "средовоспроизводящш", основанным на учете предстоящих затрат на обеспечение воспроизводства требуемого (нормативного) качества природных ресурсов региональной экомистемы, в целом, совокупностью реализуемых природоохранных мер.

На этом основании, критерий выбора экологически безопасного технического решения по освоению месторождений полезных ископаемых должен иметь следующее выражение:

Я)/т +9)г -> и*гк, (!)

где 0/7- предстоящие затраты на воспроизводство нормативного (требуемого) качества окружающей природной среды, изменяющиеся соответственно параметрам производства, технологии, технического средства ш режима его :эксплуатации; Й)г - предстоящие затраты на реализацию собственно технического решения.

Данная критериальная база использована в диссертационной работе при решении задачи обоснования экологически безопасных параметров технологического карьерного транспорта.

Краткое содержание экслого-экономического обоснования параметров и повариантного выбора технологического транспорта на карьерах состоит в следующем.

В результате эксплуатации того или другого вида транспорта, в

зависимости от степени его влияния на отдельные природные ресурсы, происходит изменение текущего (в данный момент времени) качества кавдого из них в сравнении с исходным и нормативным значениями. Как следствие, для одних природных ресурсов может возникнуть "избыток качества", для других - "дефицит качества". В первом случав текущее качнство выше нормативного, во втором - ниже. Возможность более полной компенсации "дефицита" "избытком" решается перебором вариантов значений параметров по типам транспортных средств и видам транспорта на основе экономического сравнения.

Расходы ЯЬ и Я)т по вариантам определяются как приведенные удельные затраты на одну тонну годовой мощности карьера по горной массе:

^т-С/^Ь^ • горной массы, (2)

где 9)г~ приведенные затраты по видам транспорта ; Су - стоимость работы карьерного транспорта, руб./г горной массы ; <£" - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений ; /£>- удельные капитальные затраты , руб./т горной массы.

С учетом разнородности природных ресурсов в общем виде:

Я)л = ^а-1 . РУб./т горной массы, (3)

где$г?-- приведенные затраты на воспроизводство качества воздушного ресурса ; - приведенные затраты на нормализацию качества сточных вод, образующихся в результате технического обслукивания транспорта, произведенные с целью предотвращения избыточного загрязнения ими вод природного объекта ; Я^ - приведенные затраты на воспроизводство плодородия земель.

Расчет приведенных затрат на воспроизводство качества воздушного ресурса в диссертации не предусматривается. Оценка транспорта производится по "срадозапштному" принципу, который предполагает применение таких транспортных средств, которые конструктивно рао-считаны на выброс загрязнявших веществ в воздушный бассейн в пределах нормативов.

Основанием для такой оценки транспорта служит практическая неосуществимость реализации всех известных на сегодня разработок по принудительной нормализации атмосферы карьеров.

т// , руб./т горной массы. (4)

где - себестоимость работы комплекса технических средств, служащих для обеспечения подачи чистой воды на обслуживание транспорта, руб./т воды ; удельные капитальные затраты, руб./т воды ; ///¿.-количество воды на обслуживание транспорта (продукции) в год, т ;

А/ - годовая мощность карьера по горной массе, т.

✓ф = А/ , руб./т горной массы, (5)

где из - себестоимость работы карьерного транспорта по перемещении удаляемого плодородного слоя, руб./т почвенного слоя ; /Сз -удельные капитальные затраты, руб./т почвенного слоя; Л/з - количество перемещаемого почвенного слоя (продукции) в год, т.

Экологическая опенка параметров транспорта по отношению к загрязнению воздуха производилась для каждого объекта-загрязнителя с учетом так называемого "первоначального объема" воздуха, который определялся по среднему минимальному расстоянию до источника загрязнения, ближе которого человек не может находиться длительное время по санитарно-гигиеническим требованиям.

Заключение об опасности пылевого выброса делается по сравнению расчетной концентрации пыли в воздухе "первоначального объема" с ее предельно допустимой концентрацией в воздухе рабочей зоны по формуле:

А/,?/ А/6; « Ж/Ср, (6)

где,Ш- интенсивность образования пыли при различных процессах эксплуатации транспорта, мг/с ; А/б— интенсивность смены воздуха в пределах его "первоначального объема", м3/с ДДК пшш в воз-

духе рабочей зоны, мг/м3.

Заключение об опасности загрязнения вод природного объекта взвешенными веществами составляется по следующей формуле:

А/т/Л/р < (7)

где А/т - интенсивность поступления взвешенных веществ в природный водный объект вместе со сточными водами, кг/смену (кг/сутки, мг/с) \А/р- интенсивность смены чистой воды в природном водном объекте (расход воды), м3/с (л/с) предельно допустимое

увеличение концентрации взвешенных веществ в природном водном объекте, мг/л.

Степень нарушения плодородных площадей сельско-хозяйственного назначения оценивается по следующей ф ормуле:

/1/9*4.1/о, (8)

где М°р- фактический годовой объем перевезенной горной массы с учетом плодородного слоя, г ; А/с - расчетный годовой объем перевезенной горной массы с учетом плодородного слоя, т.

На основе изложенных исходных методических положений разрабо-

таны расчетные фордулы для установления численных значений параметров технологического карьерного транспорта, в которых его влияние на окружающую природную среду учтено непосредственно (табл. I). При выводе формул (табл. I) использовались условные обозначения (см. гл. 2 диссертации).

Обоснование конкретного вида технологического карьерного транспорта осуществляется по критерию (I), разработка которого является решением первой задачи диссертации, повариантной оценкой каждого из сравниваемых видов, для которых параметры устанавливаются с использованием форвдл, приведенных в табл. I.

Методика учета качества различных природных ресурсов при выборе вида технологического карьерного транспорта, имеющая целью учет мер "средозатитного" характера при подборе параметров транспорта в отношении воздушного ресурса и учет мер "средовоспроизво-дящего" характера при подборе параметров транспорта в отношении водного и земельного ресурсов, является решением второй задачи диссертации.

Вторая задача диссертации решает вопрос выбора транспорта на стадии проектирования горнодобывающего предприятия (прямая задача) с учетом "экологического" фактора. Укрупненный алгоритм принятия решения по выбору вида технологического карьерного транспорта с учетом критерия (I), формул табл. I и вышеуказанного методического подхода показан на рис. I. В результате принятия и оценки такого -рода решений обосновывается вид транспорта с параметрами, которые изначально расчитываются таковыми, чтобы путем недопущения избыточного загрязнения (воздух) и одновременного воспроизводства качества на уровне не ниже нормативного (вода, земля) будут обусловливать отсутствие необходимости регулирования качества всей совокупности основных природных ресурсов.

В соответствии с постановкой третьей задачи, решаемой в диссертации, реализуется необходимость регулирования качества разнородных природных ресурсов на стадии функционирования горнодобывающего предприятия (обратная задача). Вопрос решается с помощью расчета индексов текущего качества природных ресурсов, которые образуются под влиянием транспорта, выбранного без учета "экологического" фактора, и изменяются путем подбора соответствующих параметров выбранного таким образом транспорта. Укрупненный алгоритм регулирования качества ресурсов окруяающей природной среды показан на рис. 2.

Задача регулирования качества воздуха решалась применительно к местам разгрузки горной массы. Индексы текущего качества рассчи-

тывалась по формуле:

'¿/ш.* -.М'_____(24)

Ж '

где Л//?/- интенсивность образования пыли при разгрузке самосвала, думпкара, конвейера, мг/с.

Уровень текущего качества водного ресурса рассчитывался по ф ормуле:

Фи^. = - -г.. ::- > < ^ (25)

Текущее качество земельного ресурса рассчитывалось по следующей формуле: /

■ииу. = А/о/(26)

При расчете индексов качества использовались формулы, показанные в табл. 2.

Таблица 2

Формулы для расчета индексов качества природных ресурсов

Ресурс и вид формула а I авто"

транспорта реферате

Земля

Автомобильный = ">■■ к»' -чй

Железнодорожный Р- /} -Ж ■

Конвейерный Бодд

Автомобильнн _________ _

Железнодорожный " Ж/С#./8Ы~00-С(в-е Г-/Г-Мигй/

Автомобильный в

Конвейерный I у)/ ' <£ /

Воздух

Автомобильный Инд. = - *»>

Еелезнодорожный Инд. =--' 0е/'' ^^_(30)

Конвейерный Инд. =--_(31)

В данной таблице: ¿1 - продолжительность работы в смену, ч/смена ; /'о - количество рейсов транспортного средства в час, 1/ч. Остальные условные обозначения (см. гл. 2 диссертации).

Решение диссертационных задач выполнено с помощью ЭВМ РС АТ-286, язык программирования - Турбо Паскаль 5.5, для чего автором разработаны две программы общим объемом памяти 47 к Байт (четвертая задача). Все расчеты в диссертации выполнены применительно к условиям карьеров Курской магнитной аномалии (КМА).

Под нормативным уровнем качества природного ресурса в работе подразумевается предельно допустимая концентрация шш предельно допустимое увеличение концентрации загрязнителей в окружающей природной среде (воздух, вода), содержащиеся в нормативных документах (ГОСТ, СН, СНиП. и др.). В условиях отсутствия нормативов землепользования оценка "нормативного" уровня качества производится по отношению расчетного количества удаляемого плодородного слоя к фактически перевезенному к местам воссоздания эквивалентных плодородных площадей взамен утраченным в результате ведения открытых горных работ.

Результаты расчета эффективных параметров сравниваемых вариантов, выполненного для стадии проектирования горнодобывающего предприятия, приведены в табл. 3. Значения эффективных параметров транспорта, полученные с учетом регулирования влияния транспорта на качество окружающей природной среды для стадии функционирования горнодобывающего предприятия, приведены в табл. 4.

Таблица 3

Расчет эффективных параметров и выбор вида технологического карьерного транспорта для условий карьеров КМА

Параметр Вид транспорта . Рекомендуемые значения

Скорость автомобильный не свыше 17,4 км/ч

железнодорожный 9,6 км/ч

Ширина полосы тех-

нологической авто- автомобильный не менее 14,7 м

дороги без покрытия

Длина открытой конвейерной линии конвейерный не свыше 2830 м

Грузоподъемность автомобильный железнодорожный не свыше 130 т -"- 193 т

Продолжение табл. 3

Параметр Вид транспорта Рекомендуемые значения

Часовая производительность конвейерный не свыше 3430 т/ч

Количество транспорт- автомобильный не свыше 42

ных средств железнодорожный -"- 292

конвейерный 4

Количество смен рабо- автомобильный 735

ты в год железнодорожный 368

конвейерный 676.

Выбор вида транспорта по критерию конвейерный

Таблица 4

Расчет эффективных параметров технологического карьерного транспорта при регулировании качества окружающей природной среды для условий карьера Лебединского ГОКа КМА

Параметр

Вид транспорта

Рекомендуемые значения

Кратность разбавления сточных вод, образующихся в результате технического обслуживания

автомобильный железнодорожный

не менее 3,2 -"- 9,1

Эффективность пылепо- автомобильный не менее Ъ2$

давления при разгрузка

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача создания методической основы инженерно-экологической и экслого-эко-номической оценки, а также обоснования параметров технологического карьерного транспорта.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем.

1. Показано, что е существующих методах обоснования выбора транспорта карьеров изменяемое качество природных ресурсов не входит обязательным ■ элементом в расчет соответствующих технических и технологических параметров.

2. Отмечено, что оценка экологических последствий эксплуатации карьерного транспорта должна осуществляться на основе учета затрат на воспроизводство нормативного качества каждого из совокупности региональных природных ресурсов, что обеспечивает требуемую достоверность результатов расчетов.

3. Предложено осуществлять обоснование параметров и выбор вида технологического карьерного транспорта по критерию, представляющему собой сводимую к минимуму сумму затрат на воспроизводство нормативного качества природных ресурсов и на реализацию технического решения по технологическому карьерному транспорту.

4. На основе проведенных исследований установлены зависимости качества природных ресурсов от изменения параметров технологического карьерного транспорта ; предложено математическое выражение функциональных зависимостей, что позволяет расчитать экологически

и экономически эффективные значения параметров.

5. Разработана методика, позволяющая повариантяо соизмерить результаты влияния транспорта на отдельные природные ресурсы из их региональной совокупности и установить тот его вид, который обеспечивает воздействие на их совокупность в целом на уровне не ниже нормативного.

6. Разработанные в диссертации подходы и методы лег ли в основу рекомендаций по обосновании параметров и выбору технологического транспорта на карьерах с учетом его влияния на качество окружающей природной среды, включая соответствующие прикладные программа для практического использования.

7. Д,ля условий карьеров КМА установлены предельные по экологическим требованиям значения: скоростей движения транспортных средств; сирины технологических автодорог без покрытия ; длин открытых конвейерных линий ; грузоподъемностей автомобильного и залез-

нодорожного транспорта ; часовой производительности конвейерного транспорта ; количеств транспортных средств ; количеств смен работы транспортных средств в год. Для карьера Лебединского ГОКа дополнительно рекомендованы: кратности разбавления сточных вод, образующихся в результате технического обслуживания ; необходимая эффективность пылеподавления при разгрузке транспортных средств.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. H.H.Чаплыгин, Д.А.Цыганков. Методические основы обоснования экологически безопасных параметров технологического карьерного транспорта/проблемы рационального освоения месторождений твердых полезных ископаемых.-М. :ИПК0Н РАНД994.-С.5-1 2.

2. Д.А. Цыганков. Способ эколого-экономической оценки технологического карьерного транспорта//Экологические проблемы комплексного освоения недр.-М.:ИПКОН РАН,1994.

3. H.H.Чаплыгин; Д.А.Цыганков. Проблемы научного обеспечения экологической безопасности освоения недр//Горное дело: Проблемы и перспективы.-Якутск: ИГДС СО РАН,1994. -С. 98-107.