Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка последствий загрязнения атмосферы горными предприятиями и оптимизация распределения ресурсов на профилактические мероприятия

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оценка последствий загрязнения атмосферы горными предприятиями и оптимизация распределения ресурсов на профилактические мероприятия"

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

ГОРНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ НА ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ

МЕРОПРИЯТИЯ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

Тула 2013

005541400

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

КАЧУРИН Николай Михайлович

Официальные оппоненты:

ФАТУЕВ Виктор Александрович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой автоматизированных информационных и управляющих систем, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», г. Тула,

КОРЧАГИНА Татьяна Викторовна, кандидат технических наук, главный инженер, ООО «Прокопгипроуголь», г. Прокопьевск, Кемеровской области.

Ведущая организация: ОАО «ТулНИГП», г. Тула.

Защита диссертации состоится «23» декабря 2013 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан « сСеС » ноября 2013 г.

Ученый секретарь л I К П V

диссертационного совет^/у^^^-ЛЛеонид Элярдович Шейнкман

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Глобальные экологические проблемы современности связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы. Защита атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды, так как воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Атмосферный воздух выполняет также и сложнейшую защитную экологическую функцию. С развитием общественного производства расширяется сфера воздействия на атмосферу, возрастают негативные изменения окружающей среды, происходит загрязнение веществами, вредными для живых организмов, нарушение динамического равновесия природных систем и т.д. Особенно это характерно для территорий горнопромышленных регионов.

При этом одной из актуальных задач, стоящих перед обществом на современном этапе, является совершенствование управления и повышение эффективности производства. Однако в настоящее время рост производства и повышение материального уровня жизни уже нельзя рассматривать без учета того воздействия, какое оказывают эти процессы на окружающую среду. Появилось важное понятие эколого-экономической системы, представляющей собой совокупность взаимосвязанных экономических, технических, социальных и природных факторов в окружающем человека мире.

Увеличение масштабов техногенного воздействия на окружающую природную среду придает особую актуальность проблеме создания адекватных эколого-экономических математических моделей. Возрастающие масштабы антропогенного воздействия на природу и ее отрицательные последствия, а также возможности оптимизации этого воздействия требуют глубокого изучения. При этом особое значение приобретает поиск научно обоснованных форм и масштабов производственной деятельности человека, обеспечивающих рациональное использование природных ресурсов и получение необходимой полезной продукции без пагубного влияния на природную среду.

Решение задачи экологически оптимального распределения ресурсов для промышленных предприятий горнопромышленного региона позволит получить предприятию максимально возможную прибыль при условии снижения техногенной нагрузки на окружающую среду до предельно допустимого уровня, установленного нормативными документами. Поэтому важнейшей проблемой стратегии управления ка-

чеством окружающей природной среды является вопрос об организации системы, определяющей эффективность комплексного и экологически рационального использования природных ресурсов. Такой комплексный подход к рациональному природопользованию, основанный на системных принципах разработки и внедрения новых методов оценки воздействия на атмосферу угольных шахт позволит внедрить экологически рациональные технологии.

Следовательно, оценка последствий загрязнения атмосферы горными предприятиями и оптимизация распределения ресурсов на профилактические мероприятия является актуальной научно-технической проблемой.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 -2010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось уточнение закономерностей формирования последствий, обусловленных воздействием горных предприятий на атмосферу, для оптимизации распределения ресурсов на профилактические мероприятия, обеспечивающие аэрологическую безопасность горнопромышленного региона.

Идея работы заключается в том, что оптимальное распределение ресурсов на профилактические мероприятия, обеспечивающие аэрологическую безопасность горнопромышленного региона, основывается на стационарном распределении концентраций загрязнителей в приземном слое и оценке эффективности проектов защиты атмосферы с использованием ограничений, формируемых экологическим императивом.

Основные научные положения, сформулированные в работе, состоят в следующем:

□ атмосферный воздух представляет собой природный ресурс территории горнопромышленного региона, поэтому оптимизация тех-нико-экономичес-ких параметров по аэрологическому фактору должна быть основана на правилах, регламентированных институтами согласия, и объединяющими горные предприятия с предприятиями других отраслей промышленности на рассматриваемой территории;

□ при оценке предельно допустимого выброса (ПДВ) загрязнителей в атмосферу горными предприятиями целесообразно определять поля концентраций пылегазовых загрязнителей в приземном слое атмосферы на основе аналитических решений уравнения конвективно-турбулентной диффузии для трехмерного полупространства;

□ для системы «горные предприятия - другие промышленные предприятия - атмосфера» можно сформулировать задачу эколого-экономического компромисса и построить территориальный «институт согласия», реализующий требования экологического императива, как решение оптимальное по Парето.

Новизна основных научных и практических результатов:

□ уточнены основные закономерности распределения пылегазовых примесей в приземном слое атмосферы на основе аналитического решения уравнения конвективно-турбулентной диффузии для точечного источника при постоянных значениях ортогональных компонент скорости ветра и коэффициентов турбулентной диффузии;

□ сформулированы задачи определения предельно допустимых выбросов для системы «горные предприятия - другие промышленные предприятия - атмосфера» и реализации экономического компромисса и предложены алгоритмы их решения;

□ разработаны математические модели взаимодействия двух и нескольких предприятий по аэрологическому фактору, получена количественная оценка оптимальной величины затрат на локализацию пылегазовых выбросов и усовершенствована методика оценки ПДВ с учетом особенностей метеорологических условий горнопромышленного региона.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается: корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической физики, нелинейного программирования, численных методов, современных достижений вычислительной техники; большим объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе исследования и решения поставленных задач, а также положительными результатами практической апробации на территории Кемеровской области.

Практическое значение работы. Полученные результаты исследований после соответствующей адаптации при наличии фактической информации о метеорологических параметрах окружающей среды и экономических показателях угольных шахт и рудников могут быть использованы при разработке территориальной автоматизированной

системы управления предприятиями по эколого-экономическим критериям и контроля выбросов загрязнителей в атмосферу. Разработанные модели при наличии разносторонней фактической информации о производственных процессах горных предприятия позволяют оптимизировать их деятельность по аэрологическому фактору и повысить экологическую эффективность горного производства на территориях горнопромышленных регионов.

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2009-2013 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, Тула, 20092013 гг.), технических советах ООО «ОУК «Южкузбассуголь» (г. Новокузнецк, 2010-2012 гг.), Международной конференции «Ecology, Energy, Economy Safety in a Non Liner World. 3E - SAFETY» (г. Белград, 2009 г.); 3-я Международная конференция по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2010 г.); 3-rd International Symposium ENERGY MINING «Energy Mining, New Technologies, Sustainable Development» (Сербия, г. Апатин, 2010 г.).

Публикации. По результатам научных исследований имеется 6 публикаций, 3 из которых в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 178 страницах, содержит 16 рисунков, список литературы из 73 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Фундаментальные и прикладные аспекты проблемы математического моделирования загрязнения воздуха и оптимизации экологических параметров технологических систем сформулированы в работах М.Е. Берлянда, Ю.А. Анохина, А.Х. Остромогильского, H.JI. Бызовой, О.Г. Сетгона, Г.И. Марчука, К.Н. Трубецкого, Ю.Н. Малышева, A.B. Примака, Э.М. Соколова, Л.Э. Шейнкмана, Н.М. Качурина, А.Е. Красноштейна, A.A. Кузнецова, Н.П. Иватановой и др.

Однако в этих исследованиях практически не затрагивается такой важный вопрос, как изучение закономерностей техногенных эмиссий загрязнителей в атмосферу от горных предприятий и предприятий других отраслей промышленности, которые всегда присутствуют на территориях горнопромышленных регионов.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.

1. Изучить структуру и содержание существующей базы данных об уровне техногенных воздействий на атмосферу перспективных горнопромышленных регионов, выполнить анализ и обобщить государственную статистическую отчетную документацию о загрязнении атмосферы промышленными предприятиями Кузбасса.

2. Уточнить закономерности миграции пылегазовых загрязнителей в атмосфере на основе аналитических решений уравнения конвектив-но-турбулент-ной диффузии для трехмерного полупространства.

3. Обосновать принципиальную структуру и предметное содержание математических моделей, характеризующих взаимосвязь прогнозного состояния атмосферы на территории горнопромышленного региона и технико-экономи-ческих показателей промышленных предприятий.

4. Разработать комплекс программных средств на базе современного математического обеспечения, провести вычислительные эксперименты, усовершенствовать методические положения оценки ПДВ в рамках территориального «института согласия», реализующего требования экологического императива.

5. Усовершенствовать методические положения комплексной оценки загрязнения атмосферы горнопромышленного региона и оптимизации распределения ресурсов на профилактические мероприятия.

В Кузбассе угольная промышленность оказывает основное воздействие на окружающую среду. Ретроспективный анализ и статистические оценки, полученные совместно со специалистами ООО «Про-копгипроуголь», показывают, что интенсивность техногенного воздействия предприятий ООО УК «Прокопьевскуголь» на окружающую среду, характеризуется следующими удельньми значениями: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу 6,5 кг/т; сброс загрязненных сточных вод 3,44 м3/т; площадь нарушенных земель 5,77 га/млн. т; объем отходов производства 5,55 т/т. Прогнозные расчеты

свидетельствуют о том, что при увеличении добычи угля показатели техногенного воздействия по предприятиям ООО УК «Прокопьевск-уголь» в 2025 г. возрастут по сравнению с 2005г. в 5,3 раза: масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух увеличится с 33,441 тыс.т (в 2005 г.) до 175,5 в 2025 г. на 424,8 %; объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты увеличится с 17,599 до 92,88 млн м3 в 2025 г. - на 427,7 %; площадь нарушенных земель увеличится с 29,5 га до 155,79 га - на 428,1 %; объем отходов производства увеличится с 28,37 млн т до 149,85 - на 428,2%.

В целом по Кемеровской области прогнозные показатели техногенного воздействия возрастут по сравнению с докризисным периодом экономического спада весьма значительно: масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух на 54,9 %; объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты -на 263,3 %; площадь нарушенных земель - на 54,9 %; объем отходов производства - на 54,89 %.

Одной из наиболее распространенных ситуаций загрязнения приземного слоя атмосферы является распространение вредной примеси от одиночного точечного источника, расположенного на промплощад-ке горнодобывающего предприятия. При постоянных значениях ортогональных компонент скорости ветра и коэффициентов турбулентной диффузии, математическая модель диффузии пылегазовых примесей от точечного источника загрязнения воздуха будет иметь следующий вид:

дс дс дс дс , „ . д2с , „ х д2с , . д2с

+h ((A*,) (A-,) (¿Of'5 S(x) S(y) S(z-H) ,. (1)

c(K.y.zt0)=0,-{Dmt)\^ =0, (2)

где c(x,y,z,t) - концентрация пылегазовой примеси, являющаяся функцией пространственных координат х, у, z и времени t; и, v, w -компоненты вектора скорости ветра; (D^) , (l^), (D^) - осреднен-

ные значения компонент тензора коэффициента турбулентной диффузии примеси в атмосферном воздухе; 10 - масса загрязнителя, выделяющегося в единицу времени в точке с координатами (0, 0, Н)\ Н-

высота расположения точечного источника над поверхностью Земли; 5(...) - дельта-функция Дирака соответствующего аргумента.

Уравнение (1) для условий (2) решалось методом изображений. Решения были получены для различных режимов конвективного переноса, обусловленного скоростью ветра. Решение уравнения (1) для условий (2) имеет вид:

t

с(х,у,z) = 2,245 ■10~2 exp(-k2t) \q,(t)(t - т)'1-5 ехр(к2т) х

о

х { ехр [-0,25 а2 (t - т)'] ] + ехр [-0,25Ь2 (t -т ] + +2h\exp(hT1)exp[-0,25(t-т)'' (х2 + у] + (z, + Н, +tj ftyr^dr, (3)

где ,, 1 yi=y{Dmy)-°*-, z, = ; Н, =Н(0„Г ■

На рисунке 1 представлены кривые, определяющие зависимость концентрации от х на разных уровнях высоты z в сечении у = 0.

По данным этих расчетов можно также проследить за вертикальным профилем концентрации в зависимости от расстояния до источника. На малых расстояниях х максимум по высоте отмечается примерно на уровне источника г = Н и профиль концентрации по отношению к этому уровню почти симметричен. Постепенно с увеличени-

ем х максимум концентрации (ось факела) снижается, а после некоторого расстояния х он достигается у земной поверхности. Начиная с этого расстояния, концентрация убывает с ростом г, причем в нижнем слое медленнее, а в верхнем - быстрее.

На рисунке 2 представлены график и изолинии концентрации на высоте наблюдения г = 1 м для случая трех точечных источников, расположенных в точках г, = (0, 0), г2 = (1000, 0), г3 = (500, 100) на высоте Я/ = Н2 = = 100 м, производительностью I, = 12 = 13 = 1 г/с при и = 4 м/с, к0 = 0,5 м, (Д^) = 20 м2/с. Источник 2 расположен в зоне факела источника 1, и максимум суммарной концентрации в этом случае больше, чем максимум концентрации для одиночного источника с такими же параметрами.

Рисунок 2 - График поля концентрации примеси от трех точечных источников в приземном слое атмосферы

Таким образом, для переноса примесей в атмосфере путем диффузии получены аналитические решения уравнения диффузии для конкретных граничных и начальных условий, что позволяет представить в явном или численном виде функцию, которая описывает поле концентраций примеси в зоне действия источников загрязнений атмосферного воздуха на территории горного отвода действующего горнодобывающего предприятия. Сравнение результатов вычислительных экспериментов данными натурных наблюдений свидетельствует об адекватности предложенных математических моделей прогнозирования распространения загрязнителей в атмосфере.

Для решения практических задач оценки ПДВ упростить задачу на основании физически обоснованных допущений. В частности, верти-

и

кальную составляющую скорости ветра можно не рассматривать, считая равной нулю. Это — общепринятое приближение, обусловленное тем, что вертикальная составляющая скорости на два-три порядка меньше горизонтальной. Также можно предположить, что система координат выбрана таким образом, что ось Ох совпадает с направлением ветра. И тогда V = 0. С учетом этих допущений решение уравнения (1) примет вид:

с(х,у,2) = 7,962 ■ Ю-2/0 ({^)(2)ту)(/)го))"0'5 X ^ехр^и^)-0'3^^)-0-5-«)]

+Ъ 1 ехр

+

Задача теперь состоит в том, чтобы определить наибольшее значение /0, при котором с(х,у,г) не превышает значение ПДК в приземном слое атмосферы, т.е. г = \ м. Тогда подлежащая рассмотрению функция концентрации с является с математической точки зрения функцией двух переменных -хм у. Необходимо определить точку, в

которой функция с(х,у, 1) имеет наибольшее значение. Введем следующие обозначения: А ~ с"2 (х0,у0), В = с^(ха,у0), С = (х0,у0),

£> = АС - В2, тогда если £) > 0, то в точке М0 функция с(х,_у) имеет экстремум, а именно максимум при А<0 и минимум при А>0, если же Б<0, то в точке М0 функция с(х,у) экстремума не имеет. Следовательно, необходимо решить систему уравнений 8с / дх = 0, дс / ду = 0. Очевидно, что получить аналитическое решение данной системы уравнений затруднительно, поэтому целесообразно использовать численные методы решения систем нелинейных уравнений. В работе использован метод спуска, который является одними из наиболее эффективных методов оптимизации. При использовании метода спуска последовательность точек , ук) - приближений к точке (х0,.у0) максимума с(х,у) - было получено по рекуррентной формуле

(х ^ хк+1 = V , к = 0,1,2,... (5)

ЧЛ+1) и*;

где (рк,дк ) - вектор, определяющий направление поиска максимума, а ак - скалярная величина, характеризующая величину шага (шаговый множитель).

Найденное таким образом решение необходимо проверить на предмет является ли точка (х0,^0) точкой максимума функции

с (х, у) в соответствии с полученными значениями показателя £>, для которого параметры Л и В определяют по следующим формулам:

А =

82С _!,.99-Ю-210(РШ)

-з

- ,- —гехр .- --

лл

г —а

//

©1

"1Тех Р

г (

и X

г-Ь

д2с _ 1,99 ■ 10-2 у10 (О^ )

а 5ехр

\\

<((и- и V*-бша^р^) + 2шг2 (И^)-12д:(Ош)) +

+Ъ ехр

С =

-бшЬ^р^} + 2иЬ2 (1)^)-12х(^))); _ э2с 1,99 • 10~2 /0 (Рщ, )~2

(и2Ь3^Щ^)-и2Ь2х-

-ехр

®2 + 5"ехР а

--6

где Aj =u2a4{Dmx)-2u2xa^(Dmx)-4ua2x(Dmx) + u2a2^ +

0, = и2ЪА {Dj) - 2u2xb'J{D^)- 4 ub2x(Dmx) + u2b2x2 + +6их2Ъ^{Б^) - 2иЬг (dJ1 - 4b2 {D^f + 12x2 (D^f; Л2 = u2y2a2+6uay2J(D^} - 2ua3 4a2 (D^D^) + 12y2 ;

02 = u2y2b2+6uby2J(D^j-2uZ>3 (Dmy)^D^~4b2 (Z?mt)(l5my) +12/ (Д^) ■

Было определено значение предельно допустимого выброса из трубы высотой 15 м оксида углерода и сравнить это значение с реальным выбросом, осуществляемым предприятием - 100 г/с. При этом средние значения коэффициентов турбулентной диффузии (D^) = 4м/с2 ,{Dmy) = 2,5м/с2 , <£>*, ) = 15м/с2 .

Значение составляющей вектора скорости воздуха по оси х: и = 5м/с. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе рабочей зоны 20 мг/м3 Очевидно, что функция имеет только одну точку максимума - глобального. Поэтому применение метода градиентного спуска вполне оправданно. Решение данной задачи методом градиентного спуска было реализовано при помощи программы, составленной в интегрированной среде MS Visual С++ 6.0. Результаты вычислительного эксперимента показали, что концентрация вредной примеси имеет наибольшее значение: 49,28 мг/м3 в точке с координатами х = 19,16 м, у = 0 м. Предельно допустимая концентрация оксида углерода составляет 20 мг/м3. Следовательно, в данном случае выброс оксида углерода в атмосферу превышает допустимые нормы. Что бы выброс оксида углерода в атмосферу не превышал предельно допустимое значение предприятие должно сократить выброс до 40,6 г/с.

Зависимость качества воздуха от капиталовложений в его очистку теперь можно представить в виде: W = хА + хв - У, где У - ущерб, причиняемый годовыми выбросами загрязнений в атмосферный воз-

дух; ХА, Хв - ресурсы на профилактику загрязнения атмосферы группой горных предприятий А и группой других промышленных предприятий В на рассматриваемой территории. Пусть общие капиталовложения для каждой группы предприятий равны соответственно QA и Ов.

Справедливо предположение о том, что годовой выброс вредных веществ в атмосферу, осуществляемый предприятием прямо пропорционален объему производимой продукции, то есть можно утверждать, М ~cca(Qa-xa) + ав (QB - хв ) = (aÁQÁ + aBQB)~ алха - авхв.

Тогда fV = xA+xB- yaf{(aAQA + aBQB ) - аАхА - авхв ) = аАхА + а'вхв + 5,

где а'л= 1 + y<rfaA, a's = 1 + yafaB, 8 = -ycrf(ccAQA + aBQB ).

Очевидно, что функция качества атмосферы — находится в линейной зависимости относительно капиталовложений предприятий в мероприятия по охране воздушного бассейна.

Тогда исходную задачу можно математически сформулировать следующим образом:

а'Ахл +а'вхв +5 = XAFA^x (l-ехр(-Д, (Qa-xa))), ^

a'AxA + a'BxB + 5 = XBFBma (l-exp(~fiB{QB -**)))■]

гДе ^Amax И ^¡mах " максимальная прибьшь при неизменных технологических условиях групп предприятий А и В.

Анализ результатов численных решений системы уравнений (5) показал, что с достаточной для практики точностью можно разложить экспоненты в ряды и воспользоваться первьми двумя членами этих разложений. Тогда система нелинейных уравнений (5) переходит в систему линейных уравнений, решение которой позволяет представить оптимальное распределение ресурсов на профилактику загрязнения атмосферы группами предприятий А я В (группами горно-перерабатывающих предприятий и других промышленных предприятий):

^ a'Á + a<BZ + ZAFAm прА'

x°Bpt =%x0f + со, (7)

где е _ ^А^Amax.fiА . д _ ^ВтэхРвЯв ~Л^тах/УЗл

^В^ДтахАй ^В^ВтшРв

Основные научные и практические результаты исследований, направленные на обеспечение экологически безопасных условий развития добычи угля с учетом расширения масштабов производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов коксующихся углей, использованы на предприятиях ОАО «Южкузбасуголь». Теоретические результаты и технические решения использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований уточнены закономерности формирования последствий, обусловленных воздействием горных предприятий на атмосферу, для оптимизации распределения ресурсов на профилактические мероприятия, обеспечивающие аэрологическую безопасность горнопромышленного региона на основе распределения концентраций загрязнителей в приземном слое и оценке эффективности проектов защиты атмосферы с использованием ограничений, формируемых экологическим императивом, что имеет важное значение для угольной промышленности России.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Усовершенствованы методические положения комплексной оценки загрязнения атмосферы горнопромышленного региона, которая позволяет реализовать единый методический подход к прогнозированию интенсивности загрязнения атмосферы, технико-экономической эффективности производства и контролю состояния атмосферного воздуха, используя общие требования экологического императива на рассматриваемой территории.

2. Усовершенствована методика прогнозной оценки загрязнения атмосферы на мезоуровне, отличается тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных. При этом установлено, что в центральном регионе России, как правило, поступает в атмосферу более 240 различных загрязняющих веществ, основными из которых являются

пыль, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды.

3. Исследованы основные закономерности распределения примеси в атмосфере на основе аналитического решения уравнения диффузии при постоянных значениях ортогональных компонент скорости ветра и коэффициентов турбулентной диффузии, разработаны модели оптимизации распределения ресурсов на защиту атмосферного воздуха.

4. Полученные результаты исследований загрязнения атмосферы при подземной угледобыче, после соответствующей адаптации при наличии фактической информации о метеорологических параметрах окружающей среды и экономических показателях предприятий могут быть использованы при разработке территориальной автоматизированной системы управления предприятиями по эколого-экономическим критериям и контроля выбросов загрязнителей в атмосферу, как центрального региона, так и Западной Сибири.

5. Установлено, что промышленно развитые области горнопромышленных регионов России характеризуются высоким уровнем индустриализации и, как правило, имеют развитую группу промышленных предприятий не занятых добычей и переработкой полезных ископаемых, что в целом обусловливает высокий уровень загрязнения атмосферы. При этом наблюдающееся уменьшение количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу зачастую происходит не в результате проведения природоохранных мероприятий, а вследствие падения объемов производства на промышленных предприятиях.

6. Доказано, что функция, характеризующая зависимость качества атмосферного воздуха от затрат на локализацию пылегазовых выбросов, является линейной, а зависимость прибыли предприятий от капиталовложений в развитие производства имеет экспоненциальный вид. Следовательно, для системы «горные предприятия - другие промышленные предприятия - атмосфера» можно сформулировать задачу эко-лого-экономического компромисса и построить территориальный «институт согласия» (решение, оптимальное по Парето).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Качурин Н.М., Комиссаров M.C., Королева О.С. Математическое моделирование загрязнения воздуха в приземном слое предприятиями минерально-сырьевого комплекса / Известия вузов. Горный журнал. - 2012. - № 4. - С. 46 - 50.

2. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О. С. Диффузия пылегазовых примесей в атмосфере от точечного источника загрязнения воздуха / Известия вузов. Горный журнал. — 2012. - № 5. - С. 73 - 79.

3. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Прогноз загрязнения приземного слоя атмосферы горнодобывающими предприятиями / Безопасность жизнедеятельности. - 2012. - №12. - С. 28- 34.

4. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Рассеяние пылегазовых загрязнений от горных предприятий в приземном слое атмосферы / Изв. ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 1. Тула // Изд-во ТулГУ/ -2011.-С. 68-80/

5. Белая Л.А., Стась Г.В., Королева О.С.Математическое моделирование пылегазовых выбросов в атмосферу/ Изв. ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 2. //Тула: Изд-во ТулГУ/ - 2011. - С. 130-134.

6. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Математическое моделирование загрязнения атмосферы предприятиями минерально-сырьевого комплекса / Материалы Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал региона и управление знаниями» // Москва - Тула. — ТулГУ. - 2011. — С. 53 — 63.

Издлиц.ЛР X® 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 19.11.2013 Формат бумаги 60x84 71б. Бумага офсетная. Усл.печ. л. 1,2 Уч.изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 082 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.