Защита окружающей среды при добыче руд в условиях рудников Северного Кавказа

Теблоев, Роланд Антонович

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Защита окружающей среды при добыче руд в условиях рудников Северного Кавказа
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Защита окружающей среды при добыче руд в условиях рудников Северного Кавказа"

, ц

На правах рукописи

ТЕБЛОЕВ Роланд Антонович

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД В УСЛОВИЯХ РУДНИКОВ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ 1998

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народог государственном технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Алборов И. Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Чаплыгин H.H.

доктор технических наук,

профессор Алкацев М.И.

Ведущая организация: Министерство охраны окружающей среды PCO-Алания

Защита диссертации состоится 25 декабря 1998 г. в 14 ч. не заседании диссертационного совета К 063.12.04 Северо-Кавказскогс государственного технологического университета по адресу: 362021. Республика Северная Осетия-Алания, г.Владикавказ, ул. Николаева, 44. СКГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКГТУ.

Автореферат разослан ноября 1998 г.

Учёный секретарь регионального диссертационного совета, .¿Г) канд. техн. наук ШхШсО^—

АлкацеваВ.М.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Всемирный форум в Рио-де-Жанейро определил пути устойчивого развития природных и техногенных комплексов и наметил способы согласованного их сосуществования.

В решении этой проблемы приоритетное значение отводится сохранению горных экологических систем - регионам с ослабленным эколого-ресурсным потенциалом. Здесь техногенное воздействие приобретает масштабный характер, особенно в районах добычи рудных минералов - рудников и карьеров. Поэтому научное обоснование нейтрализации загрязнений и разрушений как в отдельных составляющих, так и в производственной системе: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда представляется актуальной.

Большой процент отходов при традиционных методах добычи руд способствует опасному загрязнению и разрушению прилегающей к горным разработкам окружающей среды непрерывно деградируя и напрягая все геосферы. Дальнейшее воздействие на окружающую среду может привести к непредсказуемым последствиям, поэтому продолжение вмешательства в систему горных ландшафтов требует высокой осторожности и взвешенного подхода.

При добыче рудных минералов подземным, открытым и комбинированным способами загрязнение и разрушение окружающей среды достигают значительных масштабов, а в условиях высокогорных территорий, подобных рудникам Северного Кавказа (Садонский свинцово-цинковый комбинат, рудники Тырныаузского ВМК, Уруп-ский и Квайсинский), проблема обостряется из-за сильной расчлененности рельефа, ограниченности территорий, ее естественной замкнутости и изоляции.

В районах деятельности рудников Кавказа загрязненность атмосферного воздуха, воды и почвы значительно превышает установленные санитарными нормами допустимые концентрации, а суммарный индекс загрязнения приближается к критическому уровню.

Диссертационная работа выполнена в рамках федеральной научно-технической программы «Экология России» и республиканской программы «Экологическая безопасность Северной Осетии».

Цель работы. Научное обоснование нейтрализации загрязнений и разрушений в отдельных составляющих системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда для обеспечения экологической безопасности региона и охраны окружающей природной среды.

Идея работы. Обеспечение принятия научно-обоснованного решения по охране окружающей среды в районе деятельности горнопромышленных комплексов в зависимости от конкретного источника загрязнения системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - окружающая среда.

Методика исследований. Применен комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ ранее выполненных работ, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, разработку устройств, способов, методов снижения загрязнения всех геосфер. Обработка и анализ экспериментальных данных проведены методами математической статистики использованием ЭВМ.

Защищаемые научные положения:

1. Воздействие техногенных и природных факторов в районе деятельности горно-промышленного комплекса на экологическую безопасность региона оценивается уровнем загрязнения и разрушения системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс -карьер - окружающая среда.

2. Эффективность природопользования в системе: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда зависит от степени интенсификации производства и определяется как отношение размеров платы за загрязнение окружающей среды к объемам производства.

3. Величина экологического риска деятельности горнопромышленного комплекса зависит от технико-экономических показателей и определяется по уровню риска отдельных его составляющих.

4. Управление экологической безопасностью окружающей среды в районе деятельности горно-технс логического комплекса проводится в дискретной системе сопоставлением фактического уровня загрязнения с допустимым.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований и результатами испытаний в промышленных масштабах.

Научная новизна:

1. Предложено оценивать экологическую безопасность регионов добычи руд (включая высокогорные) по совокупному влиянию источников загрязнения системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

2. Оценка эколого-социально-экономическую результативность использования природных ресурсов и эксплуатации природной среды не по абсолютным объемам загрязнения производства; а по удельным значениям на единицу продукции.

. 3. Оценка уровеня экологической безопасности горного производства по сохранности компонентов биосферы (территории ландшафта, бонитете и др.) в процессе функционирования производственной системы: промплощадка рудника - -поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

4. Регулирование качества окружающей природной среды в районе деятельности горно-технологического комплекса при наличии баз данных мониторинга биосферы с использованием средств и способов снижения загрязнения всех геосфер.

Научное значение:

1. Методология оценки интенсификации производства на основе платного природопользования позволяет экономически обеспечивать приоритетность применения ресурсосберегающих природоохранных технологий, особенно при разработке руд.

2. Теоретические зависимости определения уровня экологической безопасности при функционировании горно-промышленного комплекса, особенно в условиях высокогорья, дали возможность ранжировать производство по экологическому риску.

3. Эффективная технология управления охраны окружающей среды с использованием баз данных мониторинга всех геосфер горного региона позволила создать алгоритм экологической безопасности территории.

Практическое значение работы:

Разработаны и освоены в производственных масштабах технологии профилактики разрушенных территорий, подавления и нейтрализации пылегазовых составляющих в системе: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

Освоены новые для науки и практики методы измерения и регулирования процессов защиты всех геосфер, направленное использование которых обеспечивает эффективное управление экологической безопасностью и охраной природной среды района деятельности горно-промышленного комплекса. Созданы методические указания, инструкции и разработаны технологические нормативы и проектно-техническая документация, выданы эффективные решения с полным использованием добываемой природной массы.

■Реализация работы;

Результаты диссертационных исследований использованы институтом Кавказцветметпроект при проектировании комплексной системы защиты и охраны окружающей природной среды Садонских рудников и горных объектов Тырныаузского вольфрамомолибденово-го комбината.

Апробация работы:

Результаты исследования по работе были доложены и получили одобрение на кафедре экологии Северо-Кавказского государственного технологического университета (г. Владикавказ), в Министерствах охраны окружающей среды Республики Северная Осетия-Алания и Кабардино-Балкарской Республики; на научно-технических конференциях СКГТУ, НТС института Кавказцветметпроект, НТС Тырныаузского ВМК, на заседании секции СевероКавказского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, на НТС Владикавказского центра Российской академии естественных наук, на заседании НТС Садон-ского свинцово-цинкового комбината, на НТС АО Югцветметавтома-тика, на НТС при Северо-Осетинском Республиканском обществе охраны природы, а также на III международной конференции "Устойчивое развитие горных территорий" (Владикавказ, 1998).

Публикации:

Научные положения диссертации опубликованы в шести печатных работах.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 172 стр. машинописного текста. Содержит 22 рисунка и 33 таблицы, список литературы из 76 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из актуальных проблем современной экологии является ограничение негативного влияния техносферы на окружающую среду. Стокгольмская конференция ООН по защите окружающей среды, а также Всемирный экологический форум РИО-92 определили стратегию . человеческого развития на земле в современных условиях, наметили пути выхода из создавшегося противоречия между развитием жизни и емкостью биосферы. В этой связи исследования, направленные на снижение негативного воздействия про-

изводственной деятельности объектов народного хозяйства, особенно в добывающих отраслях, заслуживают повышенного внимания.

Горно-рудная промышленность, деятельность которой связана с разрушением литосферы, является одной из основных загрязнителей биосферы.

Традиционные способы добычи минерального сырья и его обогащение характеризуются большим объемом отходов производства, размещаемых, как правило, на значительных территориях и остающихся длительное время источником загрязнения и разрушения окружающей природной среды. В условиях гористого рельефа проблемы обостряются из-за ограниченности и замкнутости пространства. Деятельность горных предприятий полиметаллического профиля (Садонские рудники, рудники «Молибден», «Урупский», Квайсы), размещенных в условиях высокогорья, в зоне близкого расположения вечных снегов, по обеспечению экологической стабильности является сложной научной и технической задачей, поскольку факторы, влияющие на состояние окружающей среды, их взаимодействие в отличие от обычных равнинных условий, носят перманентный характер из-за особых признаков их размещения, включая ландшафтные, территориальные и географические.

Большие объемы размещаемых в стесненных условиях отходов добычи и переработки, а также сточные воды обогатительных фабрик и шахтные стоки образуют экологически напряженную обстановку в этих регионах, деградируют функциональные компоненты природной среды, включая человека.

Для обеспечения экологической безопасности районов в рассматриваемых условиях целесообразно исследовать уровень взаимодействия и взаимовлияния источников разрушения и деградации окружающей среды и на базе научного анализа и комплексного моделирования влияющих факторов установить границы устойчивого развития этих территорий.

Вопросам нормализации атмосферы на горных работах и снижению загрязнения воздушного бассейна посвящены исследования академиков Скочинского A.A., Ржевского В.В., Ушакова К.З., Силаева В.В., Журавлева В.П., Михайлова В.А., Битколова Н.Э., Минько В.А., Чаплыгина H.H., Чекизова E.H., Алборова И.Д., кандидатов технических наук Белоногова И.Н., Медведева В.Г., Мартышкина В.И., Узкова В.И., Ивашкина B.C., Гокмакова М.А. и другие.

В результате проведенных исследований создана научная база проектирования систем пылегазонейтрализации при функционирова-

нии природно-техногенной системы промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

В условиях рудников Северного"Кавказа проблема создания экологически безопасных условий при функционировании остается не решенной, что ставит под угрозу сохранение основных свойств биосферы в этом уникальном регионе и приводит к дальнейшей деградации и разрушению окружающей среды.

Дальнейшее развитие научно-технического прогресса коренным образом изменяет биосферу и непрерывно приближает ее к критической грани. Наиболее разрушительное действие на экосистему оказывает добыча минерального сырья, сопровождающаяся значительными выделениями твердожидких и газообразных поллютантов в окружающую среду. Вовлечение все новых и новых минерально-сырьевых ресурсов в потребление значительно повышает уровень экологического риска, особенно в экосистемах с сильно расчлененным рельефом, каковым характеризуются горные территории Северного Кавказа, где размещаются полиметаллические горные объекты. Отходы горного производства под действием температурно-влажностных факторов и химических процессов, включая экстракцию, трансформируются и в виде пылевидных фракций и аэрозолей попадают в атмосферу местности, а при горно-долинных ветрах способствуют загрязнению не только окружающего горный объект пространства, но также выносятся далеко за его пределы, оседая и загрязняя водную среду и почву.

В условиях Северо-Кавказских нагорных рудников наиболее распространены такие токсичные вещества как: пыль рудных минералов, содержащих свинец, вольфрам, молибден, цинк, медь и сопутствующие им серебро, кадмий, цирконий, а также пыль крем-нийсодержащих нерудных минералов, оксиды азота, углерода и др. В окружающей зоне деятельности горных объектов сильно истощена растительность, поэтому большую роль в создании фоновой запыленности атмосферы играют эрозионные процессы и особенно химическое выветривание. Склоны хребтов здесь расчленены глубокими долинами, днища которых лежат на высоте 1800-2000 м. Днища котловин и нижние части склонов являются местом аккумуляции обломочного материала, при горно-долинных ветрах пылевидные его фракции служат устойчивым источником запыления атмосферы.

Запыленность воздушного бассейна в районе деятельности горных предприятий зависит от многих факторов и составляет мг/м3 на рудниках Урала 0,3 - 2,1; Кривого Рога 0,3 - 1,2; «Ингулец» 1,5 - 3,0; Джезказгана 2,.5 - 1,0; Зыряновском 0,9 -3; Квайсинском 1; «Молибден» 0,9; Иультинском 1,3; рудниах

Балхашского ГМК 1,5 - 2,9; Садонском и Ардонском 1,3 - 2,0, в то время как ПДК составляет 0,5 мг/м3.

Действующий на рудниках Садонского свинцово-цинкового комбината поверхностный комплекс карьер - окружающая среда весьма разнообразно влияет на формирование общего загрязнения окружающей природной среды. Интегральный показатель загрязнения окружающей среды зависит от многих факторов, но наиболее приоритетными, по данным автора, являются такие источники, как погрузочно-разгрузочный комплекс, транспортировка руды и породы, хвостохранилище, шахтные сточные воды и сточные воды обогатительного производства, карьерный транспорт, отвальное хозяйство и автомобильные дороги, включая внутрикарьерные пути. Сложные высокогорные метеоусловия и необходимость специфического многоуровневого, террасного размещения инфраструктуры горного производства в рассматриваемых условиях требуют нестандартных решений для обеспечения экологически сбалансированного развития регионов добычи руд. Задача сводится к изучению отобранных источников пылезагрязнения окружающей горное производство среды и оценки каждого из них с учетом влияющих факторов их взаимодействия и взаимовлияния для возможной научной разработки мероприятий, средств и способов

нейтрализации пылегазовыделений и создания на этой основе механизма управления экологической безопасностью горного производства и обеспечения его устойчивого развития.

Автором диссертационной работы была разработана методика комплексной оценки экологического состояния окружающей среды с учетом активности и развития уровня загрязнения каждого источника во времени с использованием метода планирования эксперимента и множественной выборки. Метод был применен на Садонской группе рудников, руднике "Молибден", Квайсинском руднике. Получен значительный банк данных по каждому технологическому процессу, входящий в интегральный показатель загрязнения всех геосфер района деятельности горного производства.

Рассмотрены технологические процессы на Мукуланском карьере, загрязняющие окружающую среду и околокарьерное пространство. Учтены взаимодействия источников формирования суммарного загрязнения как внутри карьера, так и за его пределами.

Состояние работ по нейтрализации загрязнения окружающей среды пылевидными отходами определяет основные направления решения задачи сохранения экологии системы промплощадка

рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда региона:

- изучение закономерностей формирования атмосферы при различной организации горных работ и критический анализ элементов мониторинга;

- выявление приоритетных факторов разрушения экосистемы региона горных разработок и биосферы на основании многофакторного анализа с использованием современного математического аппарата;

- разработка принципиально новых решений по нейтрализации и устранению пьшегазовых поступлений в окружающую среду на всех этапах добычи, переработки и использования продукции, а также других процессов;

- разработка алгоритма управления экологией природной среды при эффективной деятельности горного производства;

- разработка эколого-экономической модели эффективной экологически безопасной деятельности системы промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда;

- разработка методики, объединяющей необходимые и достаточные методы управления состоянием атмосферы нагорных месторождений, комбинация которых обеспечивает сбалансированность экологической системы в регионе.

Для экологизации технологических процессов добычи минералов открытым, подземным и комбинированным способами большой вклад внесли профессора Дьяков В.В., Медведев И.И., Кирин Б.Ф., Ушаков К.З., Чаплыгин H.H., Ярцев В.А., Апехичев И.П., Алборов И.Д. и другие. В работах этих ученых рассмотрены фундаментальные основы организации пылегазонейтрализации, разработаны методы и средства, использование которых в горном производстве сохраняет надежную сбалансированность взаимодействия техносферы и элементов экосистемы.

Дальнейшее совершенствование системы пылегазонейтрализации предполагает более глубокий анализ существующих в горной практике технологий с целью их возможного эффективного использования в рассматриваемых условиях, а также лабораторно-экспериментальный поиск более совершенных технологий, основанных на принципах высокой пыленейтрализующей эффективности, безопасности в применении, простоты и доступности, экономичности и универсальности по температурно-влажностным факторам.

Автором диссертации для пылегазонейтрализации были рассмотрены, исследованы в лабораторных условиях и апробированы на производстве большое количество водных растворов поверхно-

стно-активных веществ (ПАВ), различные способы обработки воды в электрических и магнитных полях.

Поскольку эффективность пылегазонейтрализации водными растворами зависит от физико-химических свойств воды и пыли, автором была разработана методика, предусматривающая оценку качества воды методом сталогмометра -по величине ее поверхностной активности на границе раздела вода-воздух и вода-твердая частица..Были изучены следующие зависимости:

ст = ¡"(г); сг = {ХЬ); а = 1"(I), где а - поверхностное натяжение жидкости,

г - время образования капель, (частота осаждения капель);

Ь - концентрация смачивателя, %; t - температура.

Концентрационные пределы ПАВ приняты 0-1 %.

Влияние ПАВ на величину поверхностного натяжения испытуемых вод неодинаково. Наиболее активное воздействие ПАВ оказывает на шахтную воду Архонского рудника. Одновременно исследовали влияние ПАВ на поверхностное натяжение воды, подвергнутой магнитной обработке. Для исследования этого процесса автором диссертации применена установка собственной конструкции, состоящая их двух последовательно соединенных противонакипных магнитных устройств (ПМУ) Московского чугунолитейного завода им.Войкова. В верхнем ПМУ, начиная от первой пары постоянных магнитов, после каждой секции смонтированы сливные краники, служащие для получения обработанной в магнитных полях жидкости в 6-10 секциях постоянных магнитов.

По методике, разработанной автором диссертации, на указанной установке проверены исследуемые воды и водные растворы ПАВ с определением величины их поверхностного натяжения на сконструированном приборе. Растворы ПАВ, прошедшие магнитную обработку, сохранили ту же поверхностную активность, что и до обработки; значительно изменили величину поверхностной активности чистой воды, прошедшей магнитную обработку. Значение поверхностной активности воды при 20°С приведено в табл.1

Установлено, что целям гидрообеспыливания в наибольшей степени отвечает чистая вода с добавлением 0,5 % полиакриламида. Аналогичными свойствами обладает и питьевая вода, подвергнутая магнитной обработке в секциях ПМУ.

Для подавления пыли на автодорогах автором проведен критический анализ существующих рецептур и компонентов, применяемых в России и странах СНГ, дополнительно исследованы отходы

нефтепродуктов, как наиболее эффективные и доступные средства пылезадержания на карьерных и грунтовых автодорогах.

Таблица 1

Поверхностное натяжение воды после ПМУ _Эрг/см2_

Тип воды Количество Поверхностное натяжение

секций ПМУ до обработки после обработки

6 74,6 48,4

Шахтная Архон- 8 74, 6 45,3

ская 4 74, 6 46,0

6 73,1 42,4

Из реки Ардон 8 73,1 40,2

4 73,1 40,1

6 72,5 40,4

Питьевая 8 72,5 30,5

4 72,5 $Г7,5

Наиболее полно требованиям охраны среды отвечает полиалкилбензольная смола АБ (ТУ - 38 -47-69), содержащая до 10 % полиалкилбензолов, которая впервые применена в практике борьбы с пылью на дорогах. Смола АБ - вязкая жидкость желтого цвета, нерастворимая в воде, с температурой кипения 180-220 °С и затвердевания - 32 °С. Плотность смолы 0,914 г/см3, содержание летучих не более 3 %. Она является побочным продуктом при производстве изопропилбензола.

Для определения оптимального расхода смолы на единицу обрабатываемой поверхности автором применена собственная методика. На асфальтированном участке автодороги расход смолы меняли от 0,4 до 1,0 дм3/м2 с интервалом 0,2 дм3/м2, на дорогах, покрытых щебнем, и без покрытий - от 1,0 до 1,6 дм3/мг (также с интервалом 0,2 дм3/м2) . После каждой обработки участков проверяли их запыленность и срок действия. Запыленность воздуха на автодороге проверяли в двух точках, расстояние между которыми 100 м. Запыленность от подъездных дорог и промплощадок определяли весовым методом. Для сравнимости результатов отбора проб воздуха, места отбора приняты те же, что и при оценке запыленности до их покрытия смолой АБ. Пробы воздуха отбирали через каждые 5 дней после нанесения слоя. Данные определения запыленности воздуха приведены в табл.2.

В результате математической обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получено следующее уравнение регрессии в виде полинома второй степени для асфальтового покрытия

У = 10,5 - 23,875 q + 0,1696 п + 15,5878 цг + (I)

+ 0,01753 п2 - 0,44 ч п, где ч - удельный расход смолы АБ, дм3/м2 ; п - количество дней после обработки.

Таблица 2

Запыленность воздуха на дорогах после первичной обработки

Расход смолы, дм3/м2 Запыленность после обработки, мг/м3 Количество дней

Покрытие

Асфальтовое щебеночное 5 10 15 20

0,4 1, 64 3,1 — —

0,6 1,42 1,9 4,30 —

0,8 0,79 1,12 1, 84 6,4

1,0 - 0,70 1,10 1,82 5,70

1,0 1,32 2, 60 — —

1,2 0,92 1,9 3,04 —

1,4 0, 68 1,81 2,15 4,6

1,6 0,64 1,80 2,10 4,2

Повторная обработка тех же участков дорог смолой показала, что срок эффективного действия ее возрастает до 18-19 суток, при этом удельный расход смолы АБ на дорогах, покрытых асфальтом, составил 0,3-0,5 дм3/м2, а покрытых щебнем - 0,81,0 дм3/м2.

Для подавления пыли при разгрузочных работах, а также при выгрузке руды из бункеров в автомашины на Архонском руднике был применен пенный способ, основанный на смешении разгружаемой руды с пеной, генерируемой пеногенераторной установкой ПГ-5. В зависимости от интенсивности разгружаемой горной массы подача пенообразователя в смеситель регулируется редукционным клапаном, установленным на водопроводной магистрали, или же подбором взаимозаменяемых сопел.

Для связывания пылевых фракций на поверхности осыпей, обнажений, хвостохранилищ проведены промышленные испытания 0,2 %

раствора 'полиакриламида, полиалкилбенэольной смолы АБ и уни-версина. Площади участков составили по 20 м2. Каждый участок был разделен на две равные части. Поверхность одного участка обрабатывали 0,2 % раствором полиакриламида (ПАА), а второго -полиалкилбенэольной смолой АБ. Расход на обработку 1 м2 поверхности хвостов обогатительной фабрики раствором ПАА составил 6,5 кг, а полиалкилбенэольной смолы АБ - 2,5 кг.

По данным проведенных экспериментов этот расход ПАА и смолы АБ достаточен для сохранения стойкости при выпадании осадков в количестве 400 мм, что соответствует среднему годовому количеству осадков на территории Архонского рудника и рудника "Молибден".

Мониторинговыми исследованиями, проведенными в зоне влияния горно-промышленных комплексов Садонского свинцово-цинкового, Тырныаузского вольфрамомолибденового комбинатов, Урупского и Квайсинского рудников, установлено превышение нормы в 2 и более раза по содержанию тяжелых металлов - РЬ, 1п, Си, Ад в почвах. Валовые содержания основных рудных элементов по вертикальному разрезу почвы до глубины 1 м с интервалом опробирования 0,2 м показали стабильное, иногда достаточно резкое падение содержания тяжелых металлов с глубиной, что однозначно подтверждает техническую природу выявленной аномалии.

Одна из основных проблем охраны окружающей среды в указанных районах связана с накоплением тяжелых металлов в почве и переходом подвижных составляющих в сезонные (овощи, клубни и т.д.) и многолетние (фруктовые деревья) растения.

Автором диссертации выбрана рецептура восстановления микрофлоры почвы в естественных условиях в с.Ст.Дзуарикау и с.Н.Унал. Опытные делянки закладывали поздней осенью (октябрь-ноябрь) в соответствии с рекомендациями.

На выбранных площадях с.Н.Унал содержание подвижных форм свинца в почве варьировалось в пределах 30-100 мг/кг и цинка 1-300 мг/кг. Внесение 40 т/га навоза позволило снизить уровень загрязненности в 5,2 раза, что соответствует 0,9 ПДК подвижных форм в почвах. Для участков с содержаниями подвижных форм свинца 10-30 мг/кг и цинка 30-100 мг/кг достаточно внесение 20 т навоза на гектар, что позволит снизить опасный уровень загрязнения до 0,8 + 0,9 ПДК подвижных форм свинца в почвах.

Предложенные варианты с удобрениями могут закрепить подвижные формы тяжелых металлов в почве до допустимого уровня при отсутствии привноса загрязнений. Рецептурный вариант экологической реанимации загрязненных тяжелыми металлами почв позволяет в ограниченный срок (в течение 1-2 лет) вовлечь их в эффективное сельскохозяйственное использование.

Для предотвращения опасного пылезагрязнения и разрушения экосистемы района деятельности горного производства автором диссертации предложена биологическая рекультивация законсервированного Фиагдонского хвостохранилища. С учетом климатических условий местности к посадке рекомендованы следующие сочетания видов многолетних трав: донник белый, овсяница луговая, пырей, эспарцет песчаный. Причем клевер красный, овсяницу луговую, тимофеевку луговую перспективно использовали в посевах на грунтах с кислой средой.

Биологическая рекультивация выполнена после технической рекультивации.

Запыленность воздуха после рекультивации в контрольных постах мониторинга приведена в табл.3.

Таблица 3

Данные запыленности воздуха в постах мониторинга Фиагдонского хвостохранилища

Место отбора проб воздуха от хвостохранилища Запыленность воздуха, мг/ м3 Примечание

до рекультивации хвостохра-ни-лшца после рекультивации хвостохранилища

Юго-восточный борт в 150 - 160 м в направлении Ст. Дзуарикау 10 0,45 Фоновая конентра-ция составляет 0,38-0,5 мг/ м3

Южный борт в 60 - 80 м 5, 6 0, 35

Северо-восточный борт в 10 - 15 м 6,4 0,40

Южный борт в 20 - 15 м от автотрассы 5,2 0, 35

Установление опорных точек мониторинга по всем геосферам, оформление их контрольно передающей аппаратурой позволяет накопить банк данных для анализа и принятия управленческих систем по сохранению сбалансированной экологической обстановки в районе деятельности горно-промышленного комплекса.

Суммарная экологическая нагрузка на природную среду:

э. =/[£*,.¿ф/,2>

и=1 1=1 .

(2)

где ~ параметры химических элементов и явлений,

влияющих на загрязнение и разрушение окружающей среды, у.е. ;

^Ф,- - параметры физических процессов, связанных с деятель-1=1

ностью горно-промышленного предприятия: тепловое, волновое, механическое и др. формы воздействия на окружающую среду, У.е.; л

- показатели неестественных биологических процессов, вы-

¡=1

званных деятельностью горно-промышленного предприятия в регионе, у.е.

Сравнение экологической нагрузки по приведенной формуле с нормативной определяет перспективы дальнейшей деятельности горно-промышленного объекта.

Оценку воздействия горного производства на окружающую среду следует осуществлять не по валовым показателям, а по степени его интенсификации, что позволяет нормировать выбросы по удельным значениям на конечную продукцию. Предприятие, интенсифицирующее производство, дает больше выбросов и при существующей системе платного природопользования его будут экономически наказывать. Поэтому автором предлагается рассматривать эффективность природопользования на горных предприятиях как отношение платы за загрязнение к объемам производства

г п п и ^

К3 = воз + Л вод + п-в

и=1 /=1 1=1

где еоз, Р^ вод' п-в ~ соответственно сумма платежей за загрязнение воздуха, воды и почвы, тыс.руб.; V - годовой объем добычи руды, тыс.т.

Такой норматив характеризует увеличение эффективности природопользования на конкретном предприятии, а также позволя-

/V, (3)

ет судить об экологичности продукции разных предприятий и оценивать их технический уровень.

Наиболее существенными показателями экологического благополучия горного предприятия является уровень экологического риска, величина которого зависит не только от производственной мощности, но и от характера используемых им технологий. Величину экологического риска автором предлагается рассчитывать по количеству и уровням факторов экологического воздействия, создаваемых функционированием проектируемого или действующего объекта:

где Эр - экологический риск, I

п - количество факторов экологического воздействия, сопутствующих нормальному функционированию горно-промышленного объекта;

Z.- уровни сохранности оценивающих факторов риска по сравнению с экологически безвредными условиями (первоначальный уровень).

В оценке экологического риска для горного предприятия используются пять факторов:

Zi - уровень сохранности территорий при вписывании в нее производственной системы,

Z2 - уровень сохранности бонитета ландшафта или его элементов в процессе функционирования объекта, Z3 - уровень безотходности производства, Z4 - уровень очистки сточных вод на предприятии, Zs - уровень снижения выбросов в воздушный бассейн. Уровень каждого фактора риска изменяется от 0 до 1, а экологический риск от 0 до 100 %. Однако на практике как максимальные так и нулевые значения экологического риска исключены. Это позволяет условно ранжировать .производства (в том числе и горные) по величине создаваемого ими экологического риска и разделять их на 4 класса, характеризующих экологичность производства :

I - благоприятное, экологический риск < 25%;

XI - допустимое, экологический риск 25-50%; III - неблагоприятное, экологический риск 50-75 %;

IV - экстремальное, (запрет производства) экологический риск 75-100 %,

(4)

На основании проведенных исследований и анализа результатов производственных внедрений на источниках пылегазоподавле-ния и разрушения окружающей среды от деятельности горного производства был разработан алгоритм регулирования экологической безопасности региона по интегральному показателю загрязнения биосферы. Интегральный показатель загрязнения экосистемы является комплексной величиной, складывающейся из индексов показателей загрязнения ее составляющих. Он зависит от многих факторов, главным из которых является оптимальное размещение точек мониторинга по отношению к источникам загрязнения.

Блок-схема управления экологической безопасностью региона (рис.1) составлена таким образом, что позволяет сопоставлять интегральное загрязнение контрольных узловых точек мониторинга по всем компонентам с допустимыми санитарными нормами для данной горной территории и при превышении показателей фактического загрязнения контролируемого объекта применять один из возможных вариантов защиты окружающей среды, предложенных автором диссертационной работы.

Схема управления представляет собой экологически единую систему, внутренний баланс которой обеспечивается регулированием входящих в нее компонентов.

В приведенной защищаемой работе изложены и решены научно обоснованные технические и технологические задачи по защите геосферы в районе деятельности горно-промышленного комплекса и управлению экологической безопасностью, включающие выявление взаимосвязей загрязняющих и разрушающих биосферу факторов, установление механизма формирования опасного загрязнения и деградации окружающей среды в регионах добычи руд в зависимости от совокупности природных и технических факторов, обоснование параметров пылегазонейтрализации источников загрязнения на основе направленного использования технических решений и технологии, внедрение которых вносит существенный природоохранный вклад в обеспечение устойчивого развития горных экосистем.

Пояснения к блок-схеме: 1 - загрязняющее вещество; j - источник загрязнения; т - количество источников загрязнения; п - количество загрязняющих веществ; У1 - ПДК по 1-му веществу;

- концентрация 1-го вещества;

Заключение

1. Разрушение и деградация окружающей среды в районе деятельности горного предприятия зависит от технологии добычи руд, степени отходности, организованности источников загрязнения, уровня контакта вредных составляющих со средой обитания, продолжительности действия загрязнителя, вида ландшафта и метеорологических факторов местности.

2. Существующий способ добычи руд в горных условиях и сопровождающая его инфраструктура приводят к опасному загрязнению и разрушению окружающей природной среды, дальнейшее функционирование которого может привести к необратимым процессам в микробиосфере горного региона.

3. Установлены закономерности загрязнения атмосферного воздуха от функционирования системы промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

4. Повышение экологической безопасности регионов добычи руд, особенно в высокогорной местности, достигается использованием комплекса разработанных средств и способов пылегаэоподавления на всех объектах, загрязняющих биосферу.

5. Установлены количественные зависимости пылеподавляющих свойств водных и других растворов на параметры пылевыделения в окружающую среду.

6. Предложены методы утилизации и обезвреживания отходов горного производства, включая хвосты обогащения и шахтные воды.

7. Предложена принципиально новая методика оценки воздействия производства на окружающую среду.

8. Разработана методика оценки уровня экологического риска от функционирования предприятия, включая горное производство, и предложена классификация предприятий по этому показателю.

9. Разработан алгоритм управления экологией окружающей среды.

10. Результаты диссертационной работы использованы при составлении методик по расчету параметров пылегаэоподавления технологических регламентов и других инструктивных документов, регламентирующих технологию комплексного газопылеподавления на горных предприятиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Джигкаев Ю.Ш., Алборов И.Д., Теблоев P.A. Двухкомпонентная конденсация в процессах улавливания вредных парогазовых выбросов. Этап образования основной массы жидкой фазы. Депонирована в ВИНИТИ 26.08.92. N3574-B-91.

2. Алборов И.Д., Теблоев P.A. Загрязнение природной среды пылевидными отходами на промплощадке нагорных рудников. Материалы III Международной конференции "Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых". Новочеркасск, 1997.

3. Алборов И.Д., Теблоев P.A. Оценка воздействия предприятий на окружающую среду и определение уровня экологического риска. Депонирована в ВИНИТИ, 25.03.98. N 884-В 98.

4. Алборов И.Д., Теблоев P.A. Обезвреживание шахтных стоков на рудниках Садонского свинцово-цинкового комбината //Тезисы докладов. Научные чтения «Белые ночи». Санкт-Петербург, 1998.

5. Алборов И.Д., Теблоев P.A. Нормирование запыленности воздуха в условиях низкого давления //Тезисы докладов III Международной конференции «Устойчивое развития горных территорий». Владикавказ, 1998.

6. Алборов И.Д., Теблоев P.A. Экология технологических процессов на карьере «Мукуланский». Вестник МАНЭБ, N 10. Владикавказ, 1998.

Подписано к печати 20* //. && Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ N374 Северо-Кавказский государственный технологический университет 362021 г.Владикавказ РСО-Алания ул.Николаева, 44

Ротопринт СКГТУ. 362021 г.Владикавказ

Ул.Николаева, 44

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Теблоев, Роланд Антонович, Владикавказ

Северо-Кавказский ордена Дружбы народов государственный технологический университет

На правах рукописи

ТЕБЛОЕВ Роланд Антонович

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД В УСЛОВИЯХ РУДНИКОВ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технич. наук, профессор И. Д. Алборов

Владикавказ 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

Глава 1. Орогеоэкологическая характеристика территорий освоения рудных районов Северного Кавказа. Цели, задачи и методы исследова-

НИИ

1.1. История развития горного дела по добыче цветных

металлов на горных территориях Северного Кавказа. 11

1.2. Физико-географическая и геолого-геохимическая характеристика территорий добычи цветных металлов. 12

1.2.1. Садонский рудоносный регион. 12

1.2.2. Рудник "Молибден". 14

1.3. Особенности геоэкологических факторов горных провинций. 16 1.3.1. Характеристика деятельности горных предприятий. 16

1.4. Формирование состояния окружающей среды горных

объектов. 18

1.4.1. Обзор и анализ специальных литературных источников и данных практики по загрязнению окружающей среды рудников. 18

1.4.2. Экология промплощадки рудников. 19

1.4.3. Пылезагрязнение от магистральных и внутри-площадочных автодорог. 20

1.4.4. Пылезагрязнение природной среды поверхностными источниками (на примере Мизурской обогатительной фабрики). 22

1.4.5. Выгрузка руды из бункеров в автомашины и перевозка ее на Мизурскую обогатительную фабрику. 24

1.4.6. Пылезагрязнение на подъездных и магистральных автодорогах. 25

1.4.7. Поверхностная эрозия и дефляция как источник загрязнения окружающей среды. 26

1.4.8. Пылезагрязнение быткомбината. 28

1.4.9. Запыленность воздуха на устье воздухоподаю-

щей штольни. 29

1.5. Эколого-геохимическая обстановка в районе дея-

тельности рудников. 31

1.5.1. Загрязнение литосферы микроэлементами. 31

1.6. Загрязнение водной среды твердожидкими отходами. 40 1.6.1. Характерные факторы, влияющие на загрязнение гидросферы. 40

1.7. Влияние открытых горных работ на биосферу. 41

1.7.1. Воздействие открытой добычи руд на окружающую среду. 41

1.7.2. Технология пылепоступления в атмосферный воздух при работе нагорного карьера. 44

1.7.3. Пылегазообразование при взрывных работах. 44

1.7.4. Пылегазовыделение при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке горной массы . 49

1.8. Цель, задачи и методы исследований. 53 Глава 2. Экпериментальные исследования по экологизации технологических процессов и объек-

тов горно-промышленного производства

2.1. Исследование процессов гидропылеподавления. 54 2.1.1. Лабораторные исследования пылеподавления водными реагентами. 54

2.2. Исследования по утилизации жидких отходов. 62

2.3. Экпериментальные исследования эффективности подавления пылевидных фракций. 70

2.3.1. Пылеподавление на транспортных магистралях . 70

2.3.2. Натурные исследования пылеподавления при -погрузочно-разгрузочных работах. 75

2.3.3. Пылеподавление на промплощадке рудников. 79 Выводы 81

Глава 3. Рекультивация разрушенных земель и их освоение 82

3.1. Предупреждение опасного загрязнения почв в районе

деятельности рудников. 82

3.2. Рекультивация и экологизация нарушенных и загряз-

ненных земель. 92

3.2.1. Характеристика хвостохранилища. 93

3.2.2. Обоснование направления рекультивации. 94

3.2.3. Рекультивация нарушенных земель. 95

3.2.4. Техническая рекультивация. 95

3.2.5. Биологическая рекультивация. 96

3.2.6. Контроль за состоянием окружающей среды в районе хвостохранилища. 97

3.3. Научное обоснование управления экосистемой горнопромышленного района. 98 3.3.1. Анализ техногенной нагрузки на экосистему. 98

3.4. Обоснование принципиальных решений пылегазоподав-

ления при процессах добычи руд открытым способом. 102

3.4.1. Пылегазоподавление при погрузочно- доста-вочных операциях. 102

3.4.2. Пылеподавление при разгрузочных процессах. 106

3.4.3. Пылегазоподавление на внутрикарьерных автодорогах. 107

3.4.4. Прогнозирование загрязнения атмосферы карьеров и прилегающей среды. 109

Выводы ПО

Глава 4. Пути повышения эффективности природопользования и снижение уровня экологического

* 111

риска при добыче руд

4.1. Оценка воздействия горных предприятий на окружаю-

щую среду. 111

4.2. Уровень экологического риска горного производст-

ва. 112

4.3. Методика обоснования платежей в системе рацио-

нального природопользования. 116

4.3.1. Метод санкций (штрафов) за сверхнормативные потери сырья, компонентов и загрязнение окружающей среды. 116

4.3.2. Метод отчислений на оплату используемых природных ресурсов. 116

4.4. Управление экологией окружающей среды. 118 Выводы 121 Заключение 122 Список литературы 124

Введение

Одной из актуальных проблем современной экологии является ограничение негативного влияния . техносферы на окружающую природную среду. Стокгольмская конференция ООН по защите окружающей среды, а также Всемирный экологический форум РИО-92 определили стратегию развития человеческого общества на Земле в современных условиях, наметили пути выхода из создавшегося противоречия между развитием жизни и емкостью биосферы. В этой связи исследования, направленные на снижение негативного воздействия производственной деятельности объектов народного хозяйство, особенно в добывающих отраслях, заслуживают повышенного внимания .

Горно-рудная промышленность, деятельность которой связана с разрушением литосферы, является одним из основных загрязнителей биосферы.

Традиционные способы добычи минерального сырья и ее обогащение характеризуются большим объемом отходов производства, занимающих, как правило, значительные территории, остающиеся длительное время источником загрязнения и разрушения окружающей природной среды. В условиях гористого рельефа проблема обостряется из-за ограниченности и замкнутости пространства. Деятельность горных предприятий полиметаллического профиля (Са-донские рудники, рудники "Молибден", "Урупский", Квайсы), размещенных в условиях высокогорья в зоне близкого расположения вечных снегов по обеспечению экологической стабильности, является сложной научной ж технической задачей, поскольку факторы, влияющие на состояние окружающей среды, их взаимодействие, в отличие от обычных равнинных условий, носят перманентный характер из-за особых признаков их размещения, включая ландшафтные, территориальные и географические.

Большие объемы размещаемых в стесненных условиях отходов добычи и переработки, а также сточные воды обогатительных фабрик и шахтных стоков образуют экологически напряженную обстановку в этих регионах, деградируют функциональные компоненты природной среды, включая человека.

Для обеспечения экологической безопасности районов в рассматриваемых условиях целесообразно исследовать уровень взаимодействия и взаимовлияния источников разрушения и деградации окружающей среды и на базе научного анализа и моделирования влияющих факторов установить устойчивое развитие этих территорий .

Вопросам нормализации атмосферы на горных работах и снижению загрязнения воздушного бассейна посвящены исследования академиков Скочинского A.A., Ржевского В.В., Ушакова К.З., Силаева В. В., Журавлева В.П., Михайлова В.А., Битколова Н.З., Минько В. А., Чаплыгина H.H., Чекизова E.H., Алборова И.Д., кандидатов технических наук Беланогова И.Н., Медведева В.Г., Мартышкина В.И., Ускова В.И., Ивашкина B.C., Гокманова М.А. и др.

В результате проведенных исследований создана научная база проектирования систем пьшегазонейтрализации при функционировании природно-техногенной системы промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

В условиях рудников Северного Кавказа проблема создания экологически безопасных условий при их функционировании остается нерешенной, что ставит под угрозу сохранение основных свойств биосферы в регионе, и приводит к дальнейшей деградации и разрушению окружающей среды.

Актуальность проблемы. Всемирный форум в Рио-де-Жанейро определил пути устойчивого развития природно-технических комплексов и наметил способы согласованного их сосуществования.

В решении этой проблемы приоритетное значение отводится сохранению экологических систем горным регионам с ослабленным эко-

логоресурсным потенциалом, где техногенное воздействие приобретает масштабный характер, особенно в районах добычи рудных минералов - рудников и карьерных разработок. Поэтому научное обоснование нейтрализации загрязнений и разрушений в отдельных составляющих системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс -карьер - окружающая среда, представляется актуальной.

Большой процент отходов при традиционных методах добычи руд способствует опасному загрязнению и разрушению прилегающей к горным разработкам окружающей среды непрерывно деградирует и напрягает все геосферы. Дальнейшее воздействие техносферы на эти регионы может привести к непредсказуемым последствиям. Экологическая емкость биосферы горных систем более ограничена по сравнению с равнинными территориями, поэтому техногенное вмешательство в эту систему горных ландшафтов требует высокой осторожности и взвешенного подхода.

При добыче рудных минералов подземным, открытым и комбинированным способами загрязнение и разрушение окружающей среды достигает значительных масштабов, а в условиях высокогорных территорий, подобных рудникам Северного Кавказа (Садонский свинцо-во-цинковый комбинат, рудники "Молибден", Тырныаузского ВМК, Урупский и Квайсинский), проблема обостряется из-за сильной расчлененности высокогорного рельефа, ограниченности территорий, естественной замкнутости и изоляции.

В районах деятельности рудников загрязненность атмосферного воздуха, воды и почвы значительно превышает установленные санитарными нормами допустимые концентрации, а суммарный индекс загрязнения приближается к критическому уровню.

Диссертационная работа выполнена в рамках федеральных научно-технических программ "Экология России" и "Экологическая безопасность Северной Осетии".

Цель работы. Научное обоснование нейтрализации загрязнений и разрушений в отдельных составляющих системы: промплощадка рудни-

ка - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда для обеспечения экологической безопасности региона и охраны окружающей природной среды.

Идея работы. Обеспечение принятия научно обоснованного решения по охране окружающей среды в районе деятельности горнопромышленных комплексов в зависимости от конкретного источника загрязнения системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

Методы исследований. Применен комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ ранее выполненных работ, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, разработку устройств, способов и методов снижения загрязнения всех геосфер. Обработка и анализ экспериментальных данных проведены методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Защищаемые научные положения:

4. Управление экологической безопасностью окружающей среды в районе деятельности горно-техно-логического комплекса проводится

в дискретной системе сопоставлением фактического уровня загрязнения с допустимым.

Научная новизна:

2. Оценивать эколого-социально-экономическую результативность использования природных ресурсов и эксплуатации природной среды не по абсолютным объемам загрязнения производства, а по удельным значениям на единицу продукции.

3. Уровень экологической безопасности горного производства определять по сохранности компонентов биосферы (территории ландшафта, бонитете и др.) в процессе функционирования производственной системы: промплощадка рудника - поверхностный комплекс -карьер - окружающая среда.

4. Регулирование качеством окружающей природной среды в районе деятельности горно-технологического комплекса при наличии баз данных мониторинга биосферы с использованием средств и способов снижения загрязнения всех геосфер.

Научное значение:

Практическое значение работы:

Разработаны и освоены в производственных масштабах технологии профилактики разрушенных территорий, подавления и нейтрализации пылегазовых составляющих в системе: промплощадка рудника -поверхностный комплекс - карьер - окружающая среда.

Реализация работы:

Апробация работы:

Российской академии естественных наук, на заседании НТС Садон-ского свинцово-цинкового комбината, на НТС АО Югцветметавтомати-ка, на НТС при Северо-Осетинском Республиканском обществе охраны природы, а также на III международной конференции "Устойчивое развитие горных территорий". Владикавказ. 1998.

Публикации:

Научные положения диссертации опубликованы в шести печатных работах.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на {30 стр. машинописного текста. Содержит 22 рисунка и 33 таблицы, список литературы из- 7 6 наименований.

Глава 1. Орогеоэкологическая характеристика территории освоения рудных районов Северного Кавказа. Цель, задачи и методы исследований

1.1. История развития горного дела по добыче цветных металлов на горных территориях Северного Кавказа

О богатстве горной части Большого Кавказа полезными ископаемыми было известно еще в глубокой древности и первые сведения о серебряных рудах Садона относятся к X в. В начале XVII в. полезными ископаемыми Осетии заинтересовалось русское правительство, пославшее в 162 8 г. в Алагирское ущелье для исследования руд Садона своих мастеров горного дела. Большой дефицит свинц�

Информация о работе

Теблоев, Роланд Антонович
кандидата технических наук
Владикавказ, 1998
ВАК 11.00.11

Диссертация

Защита окружающей среды при добыче руд в условиях рудников Северного Кавказа - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы