Взаимосвязь природной среды и хозяйственной деятельности при добыче полезных ископаемых открытым способом

О.Н. Драгунский — старший научный сотрудник, доцент Горного института МИСИС, к.т.н.
К.С. Коликов — заведующий кафедрой Безопасности и экологии горного производства (БЭГП) Горного института МИСИС, д.т.н.


Известно, что эффективная форма защиты окружающей среды от тех или иных выбросов предприятий — это переход к безотходным и малоотходным технологиям, что требует решения задач, основанных на использовании передовых научно-технических достижений.

При этом основные направления т.н. экологизации производства это:

• совершенствование технологических процессов и разработка оборудования с меньшим уровнем токсичных выбросов примесей и отходов в окружающую среду;
• экологическая экспертиза всех производств и промышленной продукции;
• замена токсичных и неутилизируемых отходов на нетоксичные и утилизируемые;
• применение дополнительных методов и средств охраны окружающей среды.

Так, в качестве средств защиты применяют, в частности [1]:

• аппараты и системы для очистки газовых выбросов, сточных вод от примесей;
• глушители шума при сбросе газов в атмосферу;
• виброизоляторы технологического оборудования;
• экраны для защиты от электромагнитных полей и др.

Средства защиты совершенствуются и внедряются в технологические циклы по сути во всех отраслях народного хозяйства.

Фактор	Влияние на атмосферу
	В карьере	Вблизи карьера
Увеличение глубины карьера	Отрицательное	Положительное
Увеличение общей поверхности карьера	—	Отрицательное
Увеличение производственной мощности карьера	—	—
Уменьшение отношения длины и ширины карьера к глубине	—	Положительное
Концентрация работ на нижних горизонтах карьера	—	—
Внедрение более мощного бурового, погрузочного и транспортного оборудования	Положительное	—
Внедрение конвейерного транспорта и скиповых подъемников	—	—
Производство массовых взрывов	Отрицательное	Отрицательное
Внедрение механического и электрофизических методов дробления негабаритов	Положительное	Положительное
Искусственное проветривание карьера	—	Отрицательное
Пылегазоулавливание и пылеподавление	—	Положительное

Табл. 1. Влияние факторов развития открытых работ на санитарно-гигиенические условия карьера и окружающей среды [2]

Важная роль в защите окружающей среды отводится мероприятиям по рациональному размещению источников загрязнений, а именно:

• вынесение предприятий из городов в малонаселенные районы с непригодными и малопригодными для сельскохозяйственного использования землями;
• рациональное размещение предприятий с учетом топографии и Розы ветров;
• создание санитарно-защитных зон вокруг предприятий;
• планировка городской застройки с учётом оптимальных экологических условий для людей и растительного мира;
• организация движения транспорта с учетом уменьшения выброса вредных веществ.

Для охраны окружающей среды необходимы эффективные службы контроля её качества, которые могут наблюдать за состоянием атмосферы, водоемов и почвы с целью получения актуальных и фактических уровней загрязнения. Эта информация позволяет своевременно выявлять причины повышения концентраций вредностей и их устранять.

Рис. 1. Схема рационального размещения поверхностных сооружений и отвалов (по С.С. Филатову, [3]) 

Отметим, что на реализацию мер по охране окружающей среды в развитых странах выделяются ассигнования, достигающие не менее 2–4 % их национального дохода [1].

Как известно, развитие открытых горных работ характеризуется увеличением глубины карьеров, ростом производственной мощности, применением современного горнотранспортного оборудования, производством массовых взрывов, внедрением циклично-поточной и поточной технологий.

Влияние факторов развития открытых работ на санитарно-гигиенические условия карьера и окружающей среды приведено в таблице 1, из которой видно, что не все факторы одинаково влияют на карьер и окружающую среду. Поэтому был сделан вывод, что: рационально и эффективно выполнять именно те мероприятия, которые оказывают одновременно положительное влияние как на атмосферу карьера, так и на окружающую его среду.

Основными источниками загрязнения атмосферы карьеров являются буровзрывные и погрузочно-разгрузочные работы, автотранспорт и пылящие поверхности. Заметим при этом, что с увеличением глубины карьера увеличивается и площадь пылящих поверхностей. Также возрастает протяженность автодорог — одного из мощных источников пылевыделения [2].

Очевидно, что жизнь на Земле давно бы прекратилась, если бы не происходило самоочищение её атмосферы от вредных примесей. Да, атмосфера самоочищается от загрязнений в результате осаждения твердых частиц, вымывания их из воздуха осадками, растворения отдельных газов и твердых частиц в каплях дождя и тумана с последующим выпадением их на поверхность, растворения вредных веществ в воде водоемов, рассеивании вредных примесей в атмосфере. Однако процессы самоочищения атмосферы ограничены и, по сути, неспособны справиться со всё возрастающими масштабами загрязнения. Именно поэтому в настоящее время предлагается множество способов борьбы с вредными примесями. На них остановимся ниже.

О природе и природных ресурсах

Возобновляемые ресурсы имеют способность по мере использования восстанавливаться и включают почву, растительность, животный мир, поверхностные и подземные воды. Эти ресурсы воспроизводятся в естественных процессах, происходящих на Земле, и поддерживаются в некотором относительно постоянном количестве, определяемом их ежегодным приростом и расходом. В идеале темпы расходования ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления. Нерациональное использование этих ресурсов может привести к тому, что они, однако, вполне могут стать невозобновляемыми.

В связи с большим объемом использования природных ресурсов проблема обеспечения человечества невозобновляемыми ресурсами является одной из актуальных. Использование невозобновляемых ресурсов неминуемо ведет к истощению их запасов. К ним относятся и полезные ископаемые, запасы которых не восстанавливаются или восстанавливаются гораздо медленнее, чем происходит их использование. Минеральное сырье является основой развития индустрии. Вся металлургия, производство минеральных удобрений полностью основаны на сырье, добываемом из недр, около 80 % электроэнергии вырабатывается из энергетических полезных ископаемых, а около 3/4 продукции химической промышленности получают из минерального сырья или продуктов его переработки. Поэтому необходимо гармоничное взаимодействие общества с природной средой, чтобы предотвратить в будущем истощение невозобновляемых природных ресурсов. Прирост же разведанных запасов полезных ископаемых осуществляется путем изыскания месторождений на больших глубинах, а также в отдаленных и труднодоступных районах. При этом рациональное использование недр должно базироваться на комплексном использовании месторождений, предусматривающем возможно меньшие потери минерального сырья, а также на основе внедрения природоохранных технологий [3].



Люди являются частью единого биологического комплекса, объединяющего все живое на Земле. С расширением потребностей общества связь человека с природой также расширяется. Общество взаимодействует с окружающей средой, непрерывно «получая» от природы необходимые ресурсы и выделяя (выбрасывая, оставляя) ей отходы производства. Этот процесс непрерывен и углубляется с развитием общества.

На первых этапах взаимоотношения природы и общества развивались, как правило, под давлением природы на человека, и он вынужден был противодействовать её стихийным силам. В этот период человек оказывал относительно незначительное влияние на окружающую среду, а развитие общества во многом зависело от природы.

Место определения загазованности	Масса одновременно взрываемого ВВ, т	Содержание газов после взрыва, %			Время снижения концентрации оксида углерода до ПДК, ч
		Оксид углерода	Углекислый газ	Оксид азота
На горизонте	50–350	0,06–0,1	0,5–0,8	Следы	2–7
В траншее	50–200	0,1–0,2	0,7–1,0	Следы	3–14
На глубине 1,5–10 м от поверхности взорванной горной массы	50–200	0,4–4	8–9	0,03–0,025	6–100 и более

Табл. 2. Концентрация основных компонентов газовыделения на карьерах при производстве взрывных работ [5]

На более же высоком уровне развития взаимоотношения природы и общества приобрели качественно новый характер. Хозяйственная деятельность общества стала оказывать большое воздействие на природу, а человек стал основной силой, воздействующей на неё. В этот период резко увеличились масштабы производственной деятельности общества, в производство стали вовлекаться большие массы природных ресурсов, и они стали подвергаться достаточно глубокой переработке.

В процессе деятельности человека, однако, происходит загрязнение окружающей среды поступлением веществ, микроорганизмов и энергий (звуки, шумы, электромагнитные и радиоактивные излучения) в количествах, оказывающих вредное воздействие на человека, флору и фауну. Виды загрязнений разнообразны: выбросы в атмосферу химических соединений и пыли, поступление в водную среду отходов, попадание в нее нефтепродуктов, загрязнение полей, лугов, лесов и водной среды пестицидами, а ландшафтов — отходами производства. Источники загрязнения природы в процессе деятельности человека также разнообразны.

В настоящее время перерабатываются в год сотни миллиардов тонн различных горных пород. В дальнейшем объемы переработки будут увеличиваться и непропорционально объему потребления, а в более прогрессирующей зависимости из-за вовлечения в разработку бедных, труднообогатимых и труднодобываемых полезных ископаемых. Такое вовлечение приводит к тому, что горное производство оказывает значительное отрицательное влияние на природную среду. Это относится, конечно, и к открытым разработкам, при которых истощаются земельные ресурсы, нарушается природный ландшафт, загрязняются атмосферный воздух и водные ресурсы. То же самое происходит и в других отраслях промышленности.

В результате уровень загрязнения окружающей среды возрастает так, что общество вынуждено направлять часть своих усилий на её охрану. Поэтому лишь бережное отношение к окружающей среде, восприятие охраны природы как общечеловеческой проблемы будут способны установить равновесие в природе, которое, в свою очередь, будет способствовать гармоничному развитию и природы, и общества [3].

Инженерно-технологические решения, способствующие снижению отрицательного влияния горных работ на состояние атмосферы

К общим решениям, снижающим отрицательное влияние открытых горных работ на состояние атмосферы в карьере и на прилегающей территории, относятся, в частности, оптимальное размещение объектов карьера в пределах земельного отвода, а также рациональное формирование и размещение карьерных пространств с точки зрения проветривания. Эти вопросы должны решаться на стадии проектирования карьера.

Интенсивность естественного проветривания воздушным потоком, действующим над карьером, находится в прямой зависимости от его скорости и в обратной — от объема зоны рециркуляции. Сокращение этого объема достигается уменьшением угла откоса борта карьера с подветренной стороны. При вытянутой в плане форме карьера его большую ось следует ориентировать (если позволяют горнотехнические условия) в направлении господствующих ветров, что позволяет уменьшить объем рециркуляционной зоны.

Здания и сооружения на поверхности и внешние отвалы по условиям проветривания выработанного пространства следует удалять от карьера на расстояние, в 8–10 раз превышающее их высоту, иначе часть карьерного пространства окажется в зоне т.н. аэродинамической тени, где скорость ветра и эффективность проветривания существенно снижаются. Иногда же целесообразно использование поверхностных зданий, сооружений и внешних отвалов для создания ускоряющих ветровой поток конфузоров.

На рисунке 1 показана схема рационального расположения отвалов и поверхностных сооружений, позволяющая интенсифицировать проветривание карьера при любом направлении ветра на поверхности. В качестве крыльев конфузора используются сооружения поверхностного комплекса 1 (например, Обогатительной фабрики) и отвалы 2, с удалением их торцов от бровки карьера на расстояние, равное 8–10 их высотам.

Рис. 2. Изолинии к концентрации СО в зоне Березовского карьера: штрихпунктирная линия — роза ветров; штриховая — контур карьера [5]

Вскрывающая траншея 3 ориентирована по направлению господствующих ветров (указано стрелкой). При этом сооружения и отвалы, используемые в качестве аэродинамических экранов, не должны являться источниками выделения вредностей, в противном случае даже при увеличении скорости ветра может быть получен отрицательный результат из-за возрастания запыленности воздуха, поступающего в карьер.

Приведенный случай может иметь место при строительстве карьера в равнинной местности. Рациональным же путем интенсификации естественного воздухообмена является максимальное освобождение территории, примыкающей к карьеру, от различных зданий и сооружений [3].

При проектировании карьеров промплощадку следует размещать так, чтобы работающий персонал в меньшей степени был подвержен влиянию вредных выбросов с карьера и отвалов. Вредности от поверхностных объектов также не должны поступать в карьер. Особое внимание следует уделить выбору места для размещения жилого поселка (квартала), который должен располагаться по Розе ветров вне зоны воздушного потока со стороны карьера, отвалов и других объектов, выделяющих вредности (в т.ч. и в находящихся недалеко от карьера населенных пунктах и промзонах).

Согласно санитарным нормам предприятия и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ, а также источниками повышенного уровня шума, вибрации, ультразвука, электромагнитных волн, радиочастот, статического электричества и ионизирующих излучений, следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Эти зоны следует устанавливать ещё на стадии проектирования карьеров.

Для решения задачи защиты карьеров от загрязнений атмосферы необходимо учитывать и ту существенную роль в этом вопросе, которую играет направление ветра — именно поэтому важно учитывать Розу ветров в месте расположения карьера для каждого месяца. При этом необходимо учитывать угрозу загрязнения территории в разных направлениях. Большое значение в этом случае имеет оптимальное взаиморасположение главных источников пылегазовых выбросов и объектов, подлежащих защите от загрязнения. Такое размещение осуществляется на основе прогнозирования вероятных и превалирующих направлений и параметров распространения масс загрязненного воздуха в приземном слое атмосферы с учетом климатических и метеохарактеристик района, а также топографии прилегающих территорий.

Около действующих горных предприятий компоновка населенных пунктов и промышленных объектов должна осуществляться на основе установления опасных сфер влияния указанных источников. Параметры сфер влияния источников загрязнения необходимо фиксировать исходя из экстремальных условий (т.е. максимальные выбросы) при наиболее неблагоприятной метеообстановке.

Учитывая климатические и микроклиматические условия, в частности, данные о преобладающих ветрах, вероятности возникновения инверсий температуры, повторяемости безветренной погоды, возможностях частого застоя воздуха в условиях рельефа местности и другие метеофакторы, нужно размещать промышленные предприятия относительно жилых массивов так, чтобы уровень загрязнения в населенном пункте был значительно снижен. Большое значение для предотвращения опасных загрязнений воздуха имеет прогноз погоды.

Располагая прогнозом поступления данных о метеоусловиях, способствующих скоплению загрязнений воздуха в населенном пункте, можно сокращать на время количество выбросов промышленностью. Это достигается 2-мя путями: как временным снижением производительности предприятия, так и повышением интенсивности пылегазоулавливания.

В числе мер по защите населения от загрязнений воздуха важное место отводится озеленению. Поэтому санитарная зона должна включать зеленый пояс из устойчивых к загрязнению растений. Роль деревьев вокруг источников загрязнения, а также на улицах, площадях и во дворах населенных мест заключается не только в поглощении ими углекислого газа и выделении кислорода. Так, один гектар зеленых насаждений увлажняет и освежает воздух в 10 раз больше, чем водный бассейн такой же площади. Часть загрязнений растительность задерживает своей листвой, поэтому чем больше у деревьев и кустарников поверхность листьев, тем выше их пылезащитные свойства: последнее проявляется и в зимнее время. Многие растения могут усваивать из атмосферы метановые и ароматические углеводороды, а также кислоты, спирты, эфиры и жирные масла. Так, одними растениями (виноград, персик) ароматические углеводороды почти не поглощаются, другими (бирючина) усваиваются десятые доли миллиграмма, третьими (тополь, вишня) — миллиграммы, а четвертыми (клен) — десятками миллиграммов. Да, и деревья часто страдают от загрязнений, и срок их жизни в этих случаях невелик. Однако растительность является эффективным средством борьбы с загрязнением воздуха.

Снизить загрязнение воздуха вблизи действующих объектов горного предприятия можно также, сократив разрыв во времени между горными работами и рекультивацией. В карьерах это мероприятие выполняется озеленением нерабочих бортов. На отвалах же сократить разрыв во времени между процессом отвалообразования и рекультивацией можно посредством интенсивного наращивания отвала до его проектной высоты.

К основным инженерно-технологическим решениям, способствующим уменьшению загрязнения атмосферы, можно отнести внедрение экологически чистых технологий добычи, переработки и транспортирования полезных ископаемых; совершенствование технологических процессов с целью уменьшения выделения вредностей.

Одними из путей сокращения загрязнения окружающей среды при добыче полезных ископаемых являются геотехнологические способы их извлечения из недр. Развитие химических процессов обогащения и гидрометаллургии является основой для создания таких технологических способов, как подземное растворение солей, выщелачивание из отвалов меди, урана. При этом уменьшается число циклов горно-металлургического и горно-химического производства, а также непосредственно на горном предприятии можно получать высококачественные конечные продукты — химические концентраты и чистые металлы. Совершенствование геотехнологических способов позволяет отнести к числу полезных ископаемых не только природные скопления ценных элементов, но и отвалы забалансовых бедных руд и хвосты обогащения, переработка которых может резко снизить загрязнение окружающей среды.

К экологически чистому относится трубопроводный транспорт угля в виде водоугольной смеси, обладающий рядом преимуществ, в т.ч. и тем, что он не загрязняет воздушную среду. Также к экологически чистому относится и трубопроводный пневмоконтейнерный транспорт, применяемый на щебеночных и песчаных карьерах. Этот транспорт не загрязняет атмосферу ни пылью, ни газообразными продуктами. Снижает загазованность атмосферы и применение дизель-троллейвозов.

Одним из эффективных способов снижения пылевыделения является снижение мелких фракций в полезном ископаемом. Увеличение же крупных фракций снижает интенсивность пылевыделения при погрузке, транспортировании, хранении полезного ископаемого. Большее значение этот фактор имеет для угля. Его переизмельчение наносит большой материальный ущерб, т.к. увеличиваются затраты на обогащение. Дополнительные потери угля при перевозке его по железной дороге возрастают на 1,5–2 % из-за наличия в нем мелких фракций. Наряду с неполным сгоранием угольной мелочи потери угля являются мощным источником запыленности воздуха. Исходя из этого все способы увеличения выхода крупных кусков в добываемом полезном ископаемом и разрушаемой породе следует рассматривать в качестве основных мер по борьбе с пылью на карьерах и как необходимое мероприятие по предупреждению загрязнения окружающей среды.

Снижение пылегазовыделений на промплощадках карьеров

Общими направлениями сокращения вредных выбросов в атмосферу объектами технологического комплекса промплощадок карьеров являются:

• использование на объектах технологического комплекса агрегатов и установок, производящих наименьшее количество выбросов в атмосферу;
• совершенствование и упрощение технологических процессов, обеспечивающих уменьшение выбросов вредных веществ;
• очистка отходящих газов в газоочистных установках;
• четкая организация эксплуатации и контроля за работой пылеулавливающих и газоочистных устройств и за выполнением других мероприятий по охране атмосферы от загрязнения промышленными выбросами.

При этом наименьшее суммарное количество выбросов в атмосферу дают:

• наиболее мощные и, как правило, более совершенные агрегаты, оснащенные высокоэффективными системами пыле- и газоочистки, работающие на использовании электроэнергии или газообразного топлива;
• установки, способствующие непрерывному выполнению технологических процессов;
• агрегаты и установки, снабженные эффективными средствами герметизации и уплотнения стыков и соединений в технологическом оборудовании;
• гидро- и пневмотранспорт при транспортировании пылящих материалов.

Агрегаты, работа которых сопровождается пылегазовыделением, должны иметь встроенные укрытия и поставляться, как правило, в комплекте с пылегазоочиcтными устройствами.

На действующих предприятиях основным направлением уменьшения пылегазовыделения является внедрение технологических процессов, сопровождающихся наименьшим количеством вредных выбросов:

• применение сырья в строгoм соответствии с техническими условиями;
• замена вредных веществ, применяемых в технологии, безвредными или менее вредными; замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми;
• замена твердогo и жидкого топлива газообразным;
• применение во внутрицеховом транспорте конвейеров большой длины, что уменьшает переизмельчение и сокращает количество пылящих материалов;
• хранение пылящих материалов в закрытых емкостях;
• комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, выполняемых в оптимальном режиме.

Сокращение количества вредных выбросов с дымовыми газами котельных осуществляется благодаря централизации энерготеплоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов, предусматривающих ликвидацию котельных малой мощности и подключение абонентов к котельным большой мощности и ТЭЦ.

Совершенствование процесса сжигания твердого топлива осуществляется также путем его облагораживания (брикетирования, гранулирования, обессеривания и др.). Сжигание такого топлива сопровождается значительным снижением выбросов оксидов серы и азота, уменьшением уноса твердых фракций, полнотой сгорания.

Перед выбросом в атмосферу воздух, удаляемый от пылящих агрегатов, должен очищаться от пыли и золы. Остаточное содержание пыли после очистки не должно превышать в приземном слое ПДК. Устройства для очистки устанавливаются, как правило, на выходе аспирационных систем и имеют одну или несколько ступеней очистки.

При всех высоких показателях работы установки оценка достаточности степени очистки производится по величине максимальной концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха, которая с учетом фоновой концентрации не должна превышать ПДК.



Субъектами загрязнений атмосферы карьеров являются пыль, ядовитые газы и пары. Интенсивность их выделения определяется свойствами пород, климатом местности и микроклиматом карьера, применяемыми техникой и технологией разработки, эффективностью средств подавления пыли и вредных выбросов газа и паров.

В зависимости от расположения источники пыли и других вредностей делятся на внешние и внутренние, т.е. расположенные за пределами верхнего контура карьера и в его пределах. От внешних источников газы и пыль посредством ветра проникают в выработанное пространство, ухудшая состояние его атмосферы. К ним относятся дробильные установки, обогатительные и агломерационные фабрики, металлургические предприятия, вентиляционные стволы шахт, шлаковые отвалы и угольные склады котельных, автодороги и пр.

Внутренние источники (бурстанки, выемочно-погрузочные машины, взрывные работы, ДВС, подъездные пути, дробилки, сортировочные установки, пожары, газовые выделения из пород, покрытые пылью площадки на дне и бортах карьеров и т.д.) вызывают как местное, так и общее загрязнение атмосферы.

По характеру действия внутренние источники можно классифицировать как точечные (бурстанки, экскаваторы, дробилки и др.), объемные (пылегазовые облака после взрывов), линейные (автодороги, конвейерные ленты, газовыделения из пластов) и распределенные (поверхности бортов карьеров, участки эрозии почв).

Кроме того, источники пыли, газов и паров могут быть непрерывно действующими (бурстанки, экскаваторы, конвейеры) и периодическими (взрывы). И, наконец, по положению источники бывают стационарными (дробильные установки, подъемные конвейеры), полустационарными (буровые станки, экскаваторы) и перемещающимися (автосамосвалы, дизель-троллейвозы, железнодорожные платформы, вагонетки и др.).

Интенсивность выделения вредных примесей определяется содержанием их в единице объема воздуха и его количеством, проходящим через источник пылегазовыделения. Для единичного источника интенсивность (г/с) выделения примесей в атмосферу карьеров определяется по формуле [4]:

g = VᵥCᵥ
(1)

где:
Vᵥ — средний дебит воздуха из организованного (!) источника выброса (бурстанки с пылеулавливанием, ДВС и др.), м³/с;
Cᵥ — средняя концентрация пыли или вредных газов и паров, выбрасываемых в атмосферу, г/м³.

Данные о пыле- и газовыделениях являются, как правило, обобщенными. Они изменяются в зависимости от климатических и горно-геологических условий предприятия, а также от времени года.

В процессе взрывных работ основными компонентами вредных и ядовитых выбросов являются оксид углерода, углекислый газ и оксиды азота с концентрациями таких уровней, что для достижения ПДК требуются многие часы (табл. 2). Общую же интенсивность пылегазовыделения в атмосферу карьера (г/с) можно определить по формуле [4, 5]:

G = Σgᵗ + Σgʴ + Σgᵖᵖ + Σgˇ

(2)

где:
gᵗ — интенсивность выделения вредностей из внутреннего точечного источника;
gʴ — то же из линейного внутреннего источника;
gpp — то же, из внутреннего равномерно распределенного источника;
gˇ — интенсивность поступления вредностей от внешнего источника.

Для подобных точечных источников интенсивность выделения вредностей, зависящая от одновременной работы оборудования, может быть рассчитана по формуле

Σgᵗ = Σ(Ni·Ki·Gi); 

i = 1, 2 …, n
(3)

где:
Ni — число однотипных источников;
Ki — коэффициенты одновременности работы источников каждого типа как отношение числа работающих механизмов к общему их числу;
Gi — интенсивность выделения вредностей (пыли или токсичных паров и газов) единичным источником каждого типа [5].



При ведении горных работ большое количество вредностей ветром распространяется в окружающую карьер среду, негативно влияя на растительный и животный мир местности, промзоны и жилые массивы. Поэтому учитывать этот фактор и максимально предупреждать его действие становится острой необходимостью для горнопромышленных регионов.

Одной из распространенных мер при строительстве жилых и промышленных объектов в зоне действия карьера является учет Розы ветров, отражающей частоту повторений ветров различных направлений. Часто этого бывает недостаточно для оценки направлений распространения и концентрации промышленных выбросов, т.к. существенное влияние на концентрацию вредностей в пылегазовом облаке или факеле потока оказывают также скорость ветра и турбулентность атмосферы.

В Санкт-Петербургском горном институте был разработан метод расчета зоны влияния выбросов из карьеров на окружающую среду [5, 6].

Концентрация примесей на разных расстояниях от контура выработанного пространства определялась по формуле О. Сэттона (подробно см. [5]).

При этом для оценки влияния выбросов был принят соответствующий параметр:

K = ∑^m _i=1 C × Pi
(4)

где:
Cx — концентрация вредных примесей по оси факела на расстоянии x при определенных скорости и направлении ветра, г/м³;
Pi — вероятность или частота повторений ветра определенной скорости и направления в течение года;
m — число градаций скорости ветра по данному направлению.

Расчет ведется по различным направлениям, в результате чего составляется план прилегающей к карьеру зоны с изолиниями параметра K, характер которых позволяет давать рекомендации по расположению промышленных и жилых объектов вблизи карьера.

На рисунке 2 (с. 116 ) дан пример использования этого метода для Березовского карьера, где расчет концентрации вредностей в продуктах взрыва осуществлялся по концентрации СО, а также дано ожидаемое распределение изолиний К в прилегающих к карьеру зонах. Характер распределения К отличен от Розы ветров и свидетельствует о существенном влиянии на годовое распределение концентрации вредностей не только преобладающих направлений ветра, но и его скорости, а также формы контура самого карьера.

Представляется, что проблема исследований распространения различных вредных примесей от источников, находящихся в карьерах, может решаться на основе подхода О. Сеттона и его последователей, а именно определения концентрации указанных примесей, используя формулы, полученные на статистической основе [7].

Заметим, что в районе карьера могут находиться предприятия, которые сами интенсивно выбрасывают в атмосферу различные вредности (это могут быть тепловые электростанции, металлургические заводы, коксохимические предприятия, обогатительные фабрики, другие карьеры, котельные и пр.). В таких случаях, используя, в частности, вышеприведенный параметр K, можно рассчитать их распределение и зоны влияния для того, чтобы распространение вредных выбросов от них на соседние объекты (в т.ч. и на карьеры) было бы минимальным (см. [5]).



Весьма неблагоприятные условия труда в карьерах по фактору загрязнения атмосферы складываются при температурных инверсиях, формирующихся в атмосфере и над атмосферой карьера и прилегающей к нему зоне при сочетании определенных метеоусловий. Расчеты показывают, что разрушение инверсий в карьере как фактора, способствующего накоплению в его пространстве вредных примесей, требует огромных затрат энергии, см., в частности, [8, 9]. Вместе с тем исследования показали, что при наличии внешнего мощного фактора после разрушения инверсий в карьере происходит их быстрое восстановление и также последующее быстрое накопление вредных примесей в его атмосфере до опасных значений. В связи с этим энергетическая сторона активных воздействий на устойчивое состояние атмосферы в карьерах является существенным ограничением при практическом осуществлении такого рода мероприятий.

Именно поэтому возникает необходимость исследования возможности нормализации состава атмосферы в карьерах и без разрушения инверсий [5].

Натурные наблюдения на карьерах комбината «Печенганикель» и Оленегорского ГОКа показали, что при инверсиях атмосферы на отдельных высотных уровнях происходят аномальные горизонтальные переносы масс воздуха и (вместе с ними) вредных пылегазовых примесей. Расчеты показали, что эти слои находятся над зонами скопления автотранспорта на отметке, зависящей от высоты охлаждения поднимающегося газового облака до температуры окружающих его воздушных масс. При этом зона предельного поднятия облака является источником распространения примесей в горизонтальном направлении.

Исследования, проведенные в ЛГИ, показали, что при имитации инверсии на модели карьера локальное воздействие на зону повышенной концентрации примесей путем отсоса воздуха характеризуется весьма значительной горизонтальной составляющей спектра всасывания. Наблюдения выявили преобладание в условиях инверсий горизонтальных течений над вертикальными и привели к выводу о целесообразности воздействия на локальную зону загрязненного слоя с целью нормализации атмосферы карьера [5].

Заметим, что выбор эффективного комплекса средств нормализации атмосферы карьеров определяется как необходимостью обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий труда, так и недопущением загрязнения окружающей среды.

Среди средств борьбы с пылью выделяются две основные группы операций: пылеподавление (связывание пыли непосредственно в местах ее образования) и пылеулавливание, т.е. аспирация запыленного воздуха в местах пылеобразования и очистка его в пылеулавливающих установках.

Примером одновременного использования операций пылеподавления и пылеулавливания может служить борьба с пылью в узлах широко внедряемой т.н. циклично-поточной технологии (ЦПТ).

Заметим также, что борьбу с пылью следует, как правило, рассматривать применительно к отдельным технологическим процессам (буровые и взрывные работы, выемочно-погрузочные работы, карьерный транспорт, отвалообразование, строительство дорог, обеспечение чистоты атмосферы в прилегающей к карьеру местности и др.) [5].



Основная производственная вредность в горнодобывающей промышленности — это пыль, которая представляет собой мелкие твердые частицы размером менее 0,1–0,5 мм. Она бывает как ядовитой, так и неядовитой. Ядовитые — это пыли, содержащие свинец, ртуть, хром, марганец, мышьяк, сурьму и другие ядовитые элементы, вдыхание которых приводит к специфическим профзаболеваниям (пневмокониозам), а также способствует возникновению и распространению таких заболеваний, как бронхит, ларингит, трахеит, пневмония, туберкулез легких, заболевания кожи.

Неядовитые — кварцевая, угольная, силикатная и другие пыли. Длительное вдыхание их может привести к заболеванию горнорабочих пневмокониозами: силикозом, антракозом, асбестозом и др. Большую опасность представляют радиоактивные пыли, которые могут привести и к онкологическим заболеваниям.

Наибольшая крупность пылинок, которые попадают в легкие человека, как правило, не превышает 10 мкм. Большое число пылинок имеет размер 5 мкм и менее. Особо опасными считаются частицы размером менее 2 мкм. Заболевание силикозом происходит при содержании в пыли свободной двуокиси кремния — SiO₂.

Для гигиенической оценки пыли пользуются классификацией по её дисперсности и способу образования, и при этом различают аэрозоли дезинтеграции и аэрозоли конденсации.

Аэрозоли дезинтеграции образуются при дроблении какого-либо твердого вещества, в частности, в дробилках, мельницах, при бурении и др. При этом чем тверже тело, тем меньше размеры образующихся частиц. Эти аэрозоли в основном состоят из пылинок больших размеров, хотя в их состав входят и ультрамикроскопические частицы.

Аэрозоли конденсации образуются из паров металлов и их соединений, которые при охлаждении превращаются в твердые частицы. Так, в воздухе конденсируются пары цинка и алюминия при их плавлении, пары металлов при электросварке. Размеры пылевых частиц в этих случаях значительно меньше, чем при образовании аэрозолей дезинтеграции.

При этом выделяются две группы аэрозолей по их дисперсности:
пыли — все твердые частицы, образующиеся при дезинтеграции, вне зависимости от их размеров и включающие пылинки субмикроскопического размера;
дымы — конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой. К ним относят и аэрозоли, образующиеся при неполном сгорании топлива, дым хлористого аммония и др.

Наиболее опасными считаются частицы пыли размером от 0,2 до 5 мкм, которые, попадая в легкие при дыхании, накапливаются в них и становятся причиной заболевания.

Основная масса находящейся в атмосфере карьеров пыли, как правило, является «старой», т.е. отделенной от массива ранее и взметаемой при движении автомобилей и при взрывах. При бурении, погрузке, разгрузке, дроблении горной массы в атмосферу поступает в основном т.н. «свежая» пыль, представляющая собой наибольшую опасность.

Причиной весьма сильного, хотя и относительно кратковременного загрязнения атмосферы как карьера, так и прилегающего к нему района являются взрывные работы. Газопылевое облако при мощном массовом взрыве выбрасывается на высоту до 150–250 м и выше, а затем, достигнув уровня конвекции, может распространяться по ветру на значительные расстояния.

Объем облака может составлять 15–20 млн м³, а концентрация пыли в нем достигать 4000 мг/м³. Удельное пылеобразование при взрывах может изменяться от 0,04 до 0,154 кг пыли на 1 кг взорванного ВВ. При взрывах выделяются значительные объемы ядовитых газов (в основном окись углерода и окислы азота). При этом с увеличением удельного расхода ВВ в два раза удельное пылевыделение может возрастать в 6 раз.

В настоящее время взрывные работы на карьерах, как правило, не приводят к длительным загрязнениям атмосферы, так как уровень конвекции (за исключением периодов внутрикарьерных инверсий) оказывается выше верхней отметки карьера. С увеличением же глубины открытых разработок до 400–500 м и более массовые взрывы вполне могут становиться основным источником загрязнения.

Агрессивность пыли зависит во многом от содержания в ней свободной двуокиси кремния (SiO₂).

В соответствии с гигиеническими нормативами согласно Постановления Главного государственного санитарного врача РФ от 28 января 2021 г. № 2 «Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» запыленность воздуха на рабочих местах в карьерах не должна превышать следующих ПДК» (табл. 3).

В этих нормативах отражено положение, по которому в соответствии с госстандартом по степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности: 1-й — вещества чрезвычайно опасные; 2-й — вещества высокоопасные; 3-й — вещества умеренно опасные и 4-й — вещества малоопасные.

Для оценки комбинированного действия смесей загрязняющих веществ при совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией действия, сумма отношений фактических концентраций веществ к их ПДК не должна превышать 1 (единицы) при расчете по формуле:

(C₁)⁄(ПДК₁) + (C₂)⁄(ПДК₂) +⋯ + Cn⁄ПДКn≤1
(5)

где:
C₁, C₂, ..., Cn — фактические концентрации вредных веществ в воздухе;
ПДК₁, ПДК₂, ПДКn — предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.

Содержание вредных веществ в воздухе на уровне ПДК не должно тем не менее рассматриваться в качестве оптимального состава внутрикарьерной атмосферы. Учитывая одновременное присутствие в ней большого числа аэрозольных и газообразных примесей, следует стремиться к достижению концентраций более низких, чем предельно допустимые. Состав атмосферы карьеров должен отвечать установленным нормативам по содержанию вредных примесей [10, 11].

Заметим, что высокие концентрации вредных примесей в атмосфере могут сохраняться на больших территориях продолжительное время. Такая обстановка обычно возникает при определенных метеоусловиях и специфическом рельефе местности.

Вредные вещества, содержащиеся в атмосферном воздухе, на человека действуют через слизистые оболочки и поверхность кожи. Наибольшее воздействие они оказывают на органы дыхания, зрения и обоняния. Степень токсичности вредных веществ зависит от их концентрации. При этом их вредное воздействие зависит как от субъективных особенностей организма, так и характера деятельности человека. При повышенных физических нагрузках люди вдыхают большое количество воздуха, а, следовательно, зачастую и вредных веществ.

Также следует учесть, что пыль в зависимости от природы вещества, из которого она состоит, подразделяют на металлическую, минеральную и смешанную. Металлическая пыль содержит железо, медь, свинец и другие металлы. Минеральная пыль содержит уголь, сланец, кварц, известь и т.д.

Номер вещества	Наименование вещества	Величина ПДК, мг/м³	Класс опасности
4.	Азота диоксид (азот (IV) оксид, азота двуокись)	2	3
7.	Азотная кислота	2	3
13.	Азота оксиды (в пересчете на NO2) (азота окислы)	5	3
36.	Алюминий и его сплавы (в пересчете на алюминий)	6/2	3
178.	Аммиак	20	4
268.	Бензин (растворитель, топливный)	300/100	4
372.	Бром+	0,5	2
1026.	Железо	- / 10	4
1035.	Известняк (кальцит)	- / 6	4
1092.	Карбамид (мочевина)	10	3
1154.	Кремний диоксид кристаллический (кварц, кристобалит, тридимит) при содержании в пыли более 70 % (например: кварцит; динас)	3 / 1	3
1155.	Кремний диоксид кристаллический при содержании в пыли от 10 до 70 % (например: гранит; шамот; слюда-сырец; углеродная пыль)	6 / 2	3
1157.	Кремний диоксид кристаллический при содержании в пыли от 2 до 10 % (например: горючие кукерситные сланцы; медносульфидные руды; сланцы горючие кукерситные)	- / 4	3
1234.	Медь	1 / 0,5	2
1505.	Натрий хлорид (поваренная соль)	5	3
1808.	Ртуть	0,01 / 0,005	1
1834.	Сера	- / 6	4
1904.	Табак	3	3
2122.	Углерод оксид (угарный газ, углерода окись)	20	4
2124.	Углерода диоксид (двуокись углерода, углекислый газ)	27000 / 9000	4
2125.	Углерода пыли:
2126.	а) коксы каменноугольные, пековые, нефтяные, сланцевые	- / 6	4
2127.	б) антрацит с содержанием свободного диоксида кремния до 5 %	- / 6	4
2128.	в) другие ископаемые угли и углепородные пыли с содержанием свободного диоксида кремния до 5 %	- / 10	4
2183.	Формальдегид+ (метаналь)	0,5	2
2218.	Хлор+	1	2

Табл. 3. Величина ПДК и класс опасности некоторых веществ [10, 11] 

Примечания: 

1. В табл. в графе 1 («Номер вещества») данный номер — это номер позиции вещества в исходной таблице (СанПиН 1.2.3685-21). 

 2. В графе 3 таблицы указано значение максимально разовой предельно допустимой концентрации вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК м.р.). При наличии двух значений в числителе указано значение максимально разовой предельно допустимой концентрации (ПДК м.р.), в знаменателе — среднесменной предельно допустимой концентрации (ПДК с.с.). 

 3. При длительности работы в атмосфере, содержащей оксид углерода, не более 1 ч предельно допустимая концентрация оксида углерода может быть повышена до 50 мг/м³, при длительности работы не более 30 мин. — до 100 мг/м³, при длительности работы не более 15 мин. — 200 мг/м³. Повторные работы при условиях повышенного содержания оксида углерода в воздухе рабочей зоны могут проводиться с перерывом не менее чем в 2 ч. 4. Знаком «+» отмечены вещества, при работе с которыми требуется специальная защита кожи и глаз.

Смешанная пыль состоит из металлической и минеральной. Пыль может быть также ядовитой, она может содержать ядовитые компоненты: ртуть, свинец, хром, марганец, мышьяк и др. Неядовитая же пыль хотя и не содержит ядовитых веществ, однако её большая концентрация может наносить значительный вред здоровью.

Длительное пребывание в запыленной атмосфере приводит к специфическим профзаболеваниям. Наибольшую опасность для человеческого организма представляет пыль, содержащая свободную двуокись кремния в кристаллических ее модификациях. При этом силикоз — одно из тяжелейших заболеваний, к тому же самое распространенное легочное профзаболевание. Не только химический и минеральный состав обусловливают вредность пыли. Большое значение имеют и крупность пыли, и уровень запыленности. В легкие человека попадают пылинки, максимальный размер которых не превышает 10 мкм. Наиболее опасными же считаются пылинки до 2 мкм.

Токсичность пыли в карьерах возрастает вследствие адсорбции на ее поверхности ряда ядовитых газов. На карьерах пыль от массовых взрывов содержит следы окиси углерода, окислов азота и акролеина. Заметим, что пыль сухих карьерных и отвальных дорог содержит до 0,58 мг/г акролеина, а орошаемых до 0,075 мг/г.

Воздушная среда горнопромышленных районов в ряде случаев содержит десятки, а иногда и сотни химических веществ, обладающих различной токсичностью и разнообразным биологическим действием. Следует учесть, что под влиянием климатических и физических факторов могут происходить реакции между веществами, вступившими в контакт в атмосфере. В результате чего могут образоваться продукты, биологическое действие которых на организм человека является иным по сравнению с исходными веществами.

Загрязнение окружающей среды приводит и к экономическим потерям. К таковым, в частности, можно отнести: распыление большого количества сырья и материалов; возрастание расходов на электроосвещение; аварии автотранспорта в связи с ухудшением микроклиматических условий (уменьшение прозрачности, солнечного света и ультрафиолетовой радиации в загрязненной атмосфере, образование туманов); повышение затрат на ремонт оборудования и сооружений из-за коррозии металлов; расходы на поддержание чистоты, окраску зданий, ущерб, наносимый памятникам архитектуры и искусства; потери сельскохозяйственного производства.

Помимо ущерба здоровью населения и прямых экономических потерь, загрязнение окружающей среды может привести к различным косвенным потерям: вынужденное ограничение мощности и состава промышленных комплексов, снос жилых застроек, ухудшение архитектурно-планировочной структуры.

Отметим, что ущерб, наносимый неправильным размещением объектов производства, расточительным использованием природных ресурсов, загрязнением воздушного бассейна очевиден далеко не всегда: его последствия могут сказаться и в будущем.

Вовремя оценить и предотвратить потенциальный ущерб часто трудно и потому, что решение, таящее в себе проигрыш с точки зрения комплексного развития района, а, следовательно, и народного хозяйства в целом, может оказаться наиболее эффективным только с точки зрения интересов данной отрасли. А потому эти вопросы не могут быть решены без комплексного к ним подхода со стороны государства, отрасли и региона [2].



По сути карьер представляет собой комплексный источник воздействия на окружающую среду. Он воздействует на многие её компоненты и характеризуется и разнообразием характера воздействия, и составом загрязняющих веществ.

Специфика такого влияния карьера на окружающую среду обусловлена геолого-геохимическими особенностями месторождения и применяемыми техникой и технологией для его разработки. Распространение загрязняющих веществ связано с применяемой технологией добычи и обогащения полезных ископаемых. Кроме того, горное предприятие оказывает негативное воздействие на природную среду и посредством нарушения земной поверхности.

В покрывающих и подстилающих породах большинства месторождений имеются такие элементы, как ртуть, свинец, мышьяк, цинк и кадмий, т.е. элементы экологически токсичные. Большая часть пород вскрыши и добываемых ископаемых имеет повышенные концентрации и других токсичных элементов, что обусловливает отрицательное воздействие горнодобывающих предприятий на окружающую среду.

Главным фактором преобразования окружающей среды являются техногенные процессы, формирующиеся при эксплуатации различных объектов горного производства. Извлечение из недр больших объемов горных пород и размещение вскрышных пород в отвалы, а отходов обогащения в шламохранилища приводит к нарушениям больших территорий. Зачастую при этом зоны нарушения земной поверхности прослеживаются даже визуально, без использования специальных методов исследований.

Непосредственно на поверхности карьеров, внешних и внутренних отвалов, складов полезных ископаемых происходят процессы пылеобразования и окисления, что, в свою очередь, приводит к загрязнению почвы, воздуха, поверхностных и подземных вод.

Существенное и негативное влияние открытые горные разработки и процессы дробильно-обогатительного производства оказывают посредством вредных выбросов в атмосферу, пылением отвалов пустых пород. Твердые фракции промстоков (отходы обогащения) после их осушения подвергаются разрушению ветром и также переносятся по воздуху, периодически образуя пыльные бури, что приводит к рассеиванию механических и химических загрязнений в почвенном покрове и в поверхностных водах.

Химическое загрязнение отдельных компонентов окружающей среды может происходить и под влиянием процессов окисления различной сульфидной минерализации, находящейся в рассеянном виде в пустых породах на площади их складирования, а также на складах полезного ископаемого.

Зоны загрязнения этой группы интенсивны и определяют качество воздуха и почв. Формирование таких зон фактически неизбежно, а территории, где концентрации загрязняющих веществ превосходят предельно допустимые, охватывают большие площади.

Таким образом в совокупном проявлении комплекса техногенных процессов в районе карьеров формируется техногенез горного профиля, в результате интенсивного воздействия которого происходит преобразование верхней части литосферы и окружающей среды в целом. Эти изменения при разработке месторождений полезных ископаемых, тем более если они ведутся длительное время, охватывают весьма большие территории.

Технологические процессы и объекты	Источники и виды загрязнения
Подготовка горных пород к выемке	Пыль и газы при бурении скважин и шпуров. Пыль и газы при производстве взрывных работ. Пыль при резке камня камнерезными машинами на карьерах пильного камня.
Выемочно-погрузочные работы	Пыль при выемке и погрузке горной массы в транспортные средства и разгрузке в отвал выемочными машинами. Пыль и газы при выемке горной массы экскавационными и экскавационно-транспортирующими машинами с ДВС (экскаваторы с дизельным приводом, погрузчики, бульдозеры и т.д.).
Транспортирование карьерных грузов	Пыль на карьерных автодорогах. Сдувание пыли из транспортных сосудов при перемещении полезных ископаемых, пустых пород и отходов обогащения. Пыль на пунктах перегрузки. Газы при работе автотранспортных средств и тяговых средств ж.д. транспорта с ДВС.
Отвалообразование и складирование пустых пород, отходов обогащения и полезных ископаемых	Пыль при укладке горной массы в отвалы и склады. Пыление обнаженных поверхностей отвалов пустых пород, складов полезных ископаемых, шламохранилищ. Газы при самовозгорании горной массы в отвалах и на складах.
Карьерные выемки	Сдувание пыли с поверхностей откосов и площадок. Выделение газов при самовозгорании полезных ископаемых.
Объекты промплощадки: — дробильно-сортировочные, агломерационные и обогатительные фабрики; — котельные установки; — базы производственных машин и автотракторной техники	Пыль при разгрузке, дроблении и сортировке полезных ископаемых. Пыль и газы при обжиге и обогащении полезных ископаемых. Пыль при работе котельных установок. Газы и пыль при эксплуатации баз производственных машин и автотракторной техники.

Табл. 4. Источники и виды загрязнения атмосферы при открытых горных работах

Отсюда следует, что при создании и эксплуатации комплекса объектов горной промышленности необходимо учитывать, чтобы воздействие на окружающую среду не превышало экологически допустимой нагрузки. Экологически допустимое воздействие на окружающую среду — это такое воздействие на природу, позволяющее увеличить производство материальных благ, необходимых для общества, без ущерба для нормального функционирования природных систем. Так, увеличение открытой добычи энергетических углей позволяет повысить уровень электрификации, а потому и повысить производительность труда, создавать больше товаров, удобств и комфорта во всех сферах. С другой стороны, развитие угледобывающей отрасли без учета требований экологии может приводить к нарушению ценных сельскохозяйственных и лесных угодий, к загрязнению атмосферы и водоемов. Это же, в свою очередь, может привести к ухудшению экономики сельского и лесного хозяйств, санитарно-гигиенических условий жизни и деятельности человека в горнопромышленных районах.

Следовательно, планируя развитие горной промышленности, необходимо учитывать её эффективность не только с позиций интересов отрасли, но и с позиций общегосударственных интересов, с позиций интересов всего общества. Это положение имеет особо важное значение для регионов РФ с высокой концентрацией горной промышленности, таких как Кузбасс, КМА, Канско-Ачинский бассейн и др.

Загрязнение атмосферы при открытой добыче полезных ископаемых происходит практически при всех основных производственных процессах, а также при эксплуатации производственных объектов промплощадки (табл. 4).

Источники загрязнения атмосферы подразделяются на периодические (в частности, взрывные работы) и непрерывно действующие. Источники выделения вредных примесей могут быть точечными, линейными и равномерно распределенными.

На многих карьерах подготовка горных пород к выемке осуществляется буровзрывным способом. При этом она связана с бурением взрывных скважин станками шнекового, шарошечного, пневмоударного, термического (огневого) и комбинированных видов бурения и производством взрывных работ.

Бурение взрывных скважин при удалении буровой мелочи сжатым воздухом сопровождается интенсивным выделением пыли, а при использовании станков огневого бурения — вредных газов.

Взрывные работы на карьерах осуществляются в основном проведением массовых взрывов, являющихся мощным периодическим источником выброса в атмосферу большого количества пыли и газов. Вещества, выбрасываемые при массовых взрывах, разносятся ветром на большие расстояния, загрязняя прилегающие территории, в т.ч. и жилые массивы.

Для массовых взрывов характерно вторичное газовыделение из взорванной горной массы, продолжающееся в отдельных случаях 10–15 ч. Максимальная концентрация окиси углерода во взорванной горной массе достигает 15–17 %. Газовыделение усиливается при выемочно-погрузочных операциях, при этом газы выделяются как из развала, так и из породы, находящейся в ковше экскаватора, кузова автосамосвала или думпкара.

Расчет количества вредных веществ (твердые частицы, оксид углерода, оксиды азота), выбрасываемых с пылегазовым облаком за пределы карьера при производстве одного взрыва, ориентировочно могут производиться по формуле [3]:

Mв = k·Qуд'·A·(1-η'), т
(6)

где:
k — безразмерный коэффициент, учитывающий гравитационное оседание вредных веществ в пределах выработанного пространства карьера (для твердых частиц принимается равным 0,16, для газов — 1,0);
Qуд' — удельное выделение вредных веществ при взрыве 1 т ВВ, т/т;
A — количество взорванного ВВ, т. η' — коэффициент эффективности средств пылегазоподавления, дол. ед.

При гидрозабойке η' = 0,6 (для твердых частиц) и η' = 0,85 (для газов); для обводненных скважин η' = 0,5 (для твердых частиц).

Большие выделения пыли происходят при вырезке камня из массива на карьерах пильного камня. При работе камнерезных машин штыб содержит до 40–45 % по массе частиц размером 100 мкм и менее и содержит от 3 до 10 % свободной двуокиси кремния. Пыль содержит до 80–90 % частичек размером менее 5 мкм, в т.ч. 40–60 % частичек менее 2 мкм. Содержание свободной двуокиси кремния в витающей пыли составляет 3–3,5 %.

Пыление при выемке и погрузке горной массы из развала взорванных горных пород, особенно угля, значительно, если не применяются специальные мероприятия по пылеподавлению. Высока интенсивность пылевыделения при выемке угля роторными экскаваторами, что объясняется дополнительным разрушением горной массы при работе ротора и (за счет этого) выделения большого количества мелочи. Большое количество пыли выделяется при экскавации перегоревших пород, а также при погрузке угля на угольных складах. Кроме образования пыли, выемочные и выемочно-транспортирующие машины с дизельным приводом выделяют значительное количество вредных газов, в т.ч. окись углерода, окислы азота, акролеин.

При транспортировании карьерных грузов большое загрязнение атмосферы происходит при эксплуатации автотранспорта, который по сути является передвижным источником газовыделений и взметывания пыли с автодорог. Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие газы, картерные газы и пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами.

В идеальных условиях при работе ДВС обеспечивается полное сгорание топлива без выделения вредных примесей. Однако идеальные условия практически создать невозможно. Дизельный двигатель (по крайней мере в этих условиях) должен выделять незначительное количество вредных примесей. При работе же дизеля объем воздуха в цилиндре на практике значительно превышает теоретический, в результате выделяются клубы густого черного и неприятно пахнущего дыма, с которым выделяются такие вредные компоненты, как окись углерода, окислы азота, акролеин.

Дизельные двигатели выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде вещество нетоксичное. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в т.ч. и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая время воздействия токсичных веществ на человека.

Широкое применение этилированного бензина вызывает загрязнение воздуха токсичными соединениями свинца, обладающими способностью к накоплению в организме. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на землю сразу за срезом выхлопной трубы автомобиля, примерно 40 % остается в атмосфере.

Токсичность отработавших газов возрастает с увеличением влажности атмосферного воздуха. Также она возрастает и при понижении температуры окружающего воздуха.

По мере увеличения пробега автомобиля происходит изменение регулировочных параметров системы питания и зажигания. При этом токсичность отработавших газов значительно (в 2–3 раза) возрастает.

Также автотранспорт при транспортировании горной массы поднимает большое количество пыли. Автодороги на карьерах, использующих автотранспорт, занимают одно из первых мест в балансе пылевыделения по всем источникам в карьере. На их долю приходится 70–90 % всей выделяемой пыли. Интенсивность выделения пыли карьерных автодорог зависит от состояния дорожного покрытия, скорости движения автотранспорта и климатических условий. Особенно большое пылевыделение происходит на грунтовых дорогах, а также на щебеночно-гравийных, не обработанных вяжущими.

Большое количество пыли сдувается из открытых транспортных средств при транспортировании угля, песка, другой мелко раздробленной и неувлажненной массы при отсутствии специального закрепления. Большое запыление имеет место и в пунктах разгрузки, и при перегрузке горной массы из одного вида транспорта в другой.

Пылящие поверхности на открытых работах также являются одним из мощных источников пылевыделений. К ним относятся откосы и площадки уступов карьеров и отвалов, сухие пляжи хвостохранилищ. Их действие на окружающую среду усугубляется большими площадями, которые они занимают. Эти площади имеют нарушенную поверхность, на которой под воздействием атмосферных условий интенсивно происходят процессы пылеобразования. Кроме того, на откосах и площадках карьерных уступов оседает пыль, выделяющаяся при выполнении основных производственных процессов. При ветреной и сухой погоде пыль с этих поверхностей поднимается и разносится на большие расстояния.

На карьерах, добывающих руды, требующие обогащения, имеются хвостохранилища, площадь которых составляет 300–1000 га. На них образуются т.н. сухие пляжи, являющиеся интенсивными источниками пылевыделения. С одного гектара сухой поверхности хвостохранилищ может уноситься до 2–5 т дисперсной пыли в сутки.

Место пыления	Условия работы и характеристика объекта	Удельное сдувание пыли (мг/м²·с) при скоростях ветра (м/с):
		До 4	6–8	10
Поверхностные открытые склады угля	Умеренно пыльные	0,4	18	100
	Пыльные	0,6	25	200
	Весьма пыльные	1,0	50	350
Поверхность породных отвалов	Свеженасыпанный	1,0	9	15
	Через 3 месяца после отсыпки	0,6	5	8
Поверхность хвостохранилищ	Хвосты влажностью 2–4%	2,8	1300	400
	Хвосты влажностью 4–6%	1,8	35	6
	Хвосты влажностью 8–10%	1,2	12	25

Табл. 5. Усредненные показатели сдувания пыли с пылящих поверхностей [3] (значения удельного сдувания даны без учета мероприятий по уменьшению сдувания)

Выбросы пылящих поверхностей распространяются в приземленном слое атмосферы и определяют повышенный уровень запыленности воздуха на больших от них расстояниях.

Усредненные показатели удельного сдувания пыли (мг/м³·с) с пылящих поверхностей при открытых горных работах приведены в таблице 5.

Заметим также, что большое выделение пыли и газов связано с дробильно-сортировочными и обогатительными фабриками, базами производственных автомашин и автотракторной техники, ремонтными заводами и цехами, котельными и энергетическими установками.

1. Белов С.В. и др. Охрана окружающей среды. М.: Высш. шк., 1991. — 319 с.
2. Михайлов А.М. Охрана окружающей среды при разработке месторождений открытым способом. М.: Недра, 1981. — 184 с.
3. Томаков П.И. и др. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ. — 1994, 418 с.
4. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: Справочник. — М.: Недра, 1990. — 280 с.
5. Рогалев В.А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий. М.: Недра, 1993. — 240 с.
6. Гуль Ю.В., Быков К.Ф. Метод расчета влияния вредных выбросов из карьерного пространства на окружающую среду. Межвуз. сб.: Вентиляция шахт и карьеров. — 1976. — Вып. 3. — С. 96–98.
7. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. — 448 с.
8. Драгунский О.Н. Разрушение внутрикарьерных инверсий естественными ветровыми потоками. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 2 — М.: Издательство «Горная книга», С. 14–19. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-14-19
9. Драгунский О.Н. Исследование разрушения инверсий в карьерах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М.: Московский горный институт, 1978. — 18 с.
10. Драгунский О.Н., Коликов К.С. Аэрология карьеров. М.: Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2023. — 337 с.
11. Драгунский О.Н., Коликов К.С., Тушов. А.И. Основы проектирования вентиляции в карьерах.
М.: Издательский Дом НИТУ «МИСИС», 2024. —
370 с.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» Лето № 2 (72) 2026 г.