средств т схем искусственного проветривания глубоких карьеров

Научно-технический прогресс в горнодобывающей промышленности поставил перед специалистами в области охраны труда, технологии и проектирования открытых горных работ одну из самых сложных и трудно решаемых проблем — необходимость активного воздействия на атмосферу карьерного пространства с целью интенсификации его воздухообмена с окружающей средой. Возникновение этой проблемы связано с постепенным наращиванием мощности и производительности горнодобывающей техники, способствующих увеличению предельной глубины эксплуатации месторождений открытым способом, когда с ростом глубины разработки увеличивается степень изоляции выработанного пространства и снижается влияние естественных динамических факторов на интенсивность его воздухообмена с внешней средой. Образование в зоне крупных карьеров продолжительных и интенсивных атмосферных инверсий, сопровождаемых постепенным увеличением концентрации вредных примесей, вызывает вынужденные производственные простои и нередко оценивается как катастрофическое явление. На сверхглубоких карьерах фиксирова­лись простои из-за загрязненности воздуха при ветре до 8 м/с, когда устойчивость атмосферы карьера за счет инверсии темпе­ратуры была настолько высока, что ветер в течение какого-то вре­мени не мог ее разрушить.

Впервые необходимость изыскания эффективных решений проблемы искусственного проветривания глубоких карьеров была обоснована в середине 1950-х годов группой инженеров Урала в статье, опубликованной в «Литературной газете». В это время по­лучила развитие новая отрасль горной науки — аэрология карье­ров, особую роль в формировании которой сыграл академик А.А.Скочинский, обозначивший общие задачи исследований по проблеме нормализации атмосферы карьерных пространств и ока­зывавший большую научную и практическую поддержку исследо­вателям, взявшимся за ее решение (А.А.Скочинский был научным руководителем В.С.Никитина, автора первой диссертации, посвя­щенной аэрологии карьеров). Практически сразу аэрологами-гор­няками стали изучаться возможности активного воздействия на ат­мосферу открытых выработок с целью ее оздоровления.

Значительный вклад в решение теоретических и практических вопросов проблемы искусственного проветривания карьеров вне­сли Ф.А.Абрамов, А.А.Бакланов, В.И.Белоусов, П.В.Бересневич, Н.З.Битколов, Я.З.Бухман, А.Д.Вассерман, А.А.Вершинин, О.С.Гершун, Ю.В.Гуль, Б.Я.Дробот, В.М.Дубенюк, А.В.Зберовский, И.И.Ива­нов, Г.В.Калабин, М.М.Конорев, К.В.Кочнев, В.П.Куликов, О.Б.Левинский, С.И.Луговский, В.А.Михайлов, П.И.Мустель, Г.Ф.Нестеренко, В.С.Никитин, А.И.Павлов, Э.В.Парахонский, О.Ю.Ригина, В.А.Рогалев, С.М.Росляков, Б.А.Семененко, В.В.Силаев, В.Н.Сытенков, К.З.Ушаков, Н.Г.Фатуев, С.С.Филатов, Б.Д.Чижов, П.Ч.Чу-лаков и др.

В результате комплекса работ, посвященных изучению струк­туры воздушных потоков в карьерах, установлению факторов, оп­ределяющих естественный воздухообмен и причины его наруше­ния, прогнозированию явлений устойчивого состояния и загрязне­ния атмосферы, обоснованию принципов интенсификации есте­ственного воздухообмена, определению уровня потребности ка­рьера в свежем воздухе, разработке способов, средств и схем ис­кусственного проветривания карьерных пространств, а также со­зданию средств и методов оперативной регистрации параметров состояния атмосферы в карьерах, был получен огромный фактический материал, позволивший представить сложность проблемы и определить реальные пути для ее решения.

Многие годы наиболее перспективным считался беструбный способ искусственной вентиляции свободными воздушными стру­ями. На базе обширных теоретических и экспериментальных ис­следований был разработан и испытан в условиях производства ряд струйных вентиляторных установок различного назначения: ОВ-1, ОВ-2, ОВ-3, УМП-1, АИ-20КВ, НК-12КВ, АВК-3, УМП-14, УМП-21^ др. Однако результаты их работы в крупных карьерах были призна­ны неудовлетворительными, а среди причин отсутствия эффектив­ных решений проблемы указывались следующие:

- энергоемкость существующих струйных вентиляторных уста­новок такова, что их использование в известных схемах проветри­вания глубоких карьеров делает открытый способ разработки недр неэкономичным;

- предложенные решения ориентированы на оздоровление внутрикарьерного пространства, но ухудшают экологическую об­становку за его пределами, что не позволяет компенсировать зат­раты на вентиляцию уменьшением ущерба природной среде;

- выбору наиболее предпочтительных способов и средств про­ветривания глубоких карьеров препятствует отсутствие объектив­ных методов их сравнения по различным показателям.

В последнее время на большинстве глубоких карьеров стра­ны сложилась непростая ситуация, когда вынужденные простои производства по причине сильной запыленности и загазованнос­ти атмосферы превышают 15-20% времени года. Их максималь­ные частота и продолжительность фиксируются в холодный осенне-зимний период. Такие перерывы в работе приводят к необхо­димости дополнительного резервирования оборудования и пер­сонала для обеспечения планового объема добычи, что отрица­тельно сказывается на удельной производительности и качестве основных технологических процессов. При определенных обсто­ятельствах рабочий персонал бывает вынужден работать в усло­виях повышенной запыленности и смога, подвергая свое здоро­вье большой опасности.

Невозможность обеспечения эффективного и безопасного производственного режима на глубоких горизонтах карьеров в ряде случаев предопределяет преждевременный переход на подземный способ доработки месторождений. В других случаях для продол­жения разработки месторождений открытым способом проводятся активные мероприятия по нормализации внутрикарьернои ат­мосферы и воздухоснабжению горнорабочих.

В этом отношении характерен пример алмазодобывающего ка­рьера «Удачный», где в первой половине 1990-х годов простои по фактору запыленности и загазованности рабочих мест превыша­ли 2000 часов в год, а годовые убытки от этих простоев достигали 10 млн. долл. США и более. На предприятии был внедрен аппарат­но-программный контроль за состоянием воздуха в рабочих зонах, усовершенствован комплекс выполняемых мер по пылегазоподавлению, технологический автотранспорт снабжен каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов, а кабины операторов рабоче­го оборудования оснащены системами пылегазоочистки и инди­видуальными средствами дыхания. В итоге простои карьера суще­ственно сократились и в период 1996-2002 г.г. составляли 1300-1900 часов в год. Недостаточность этих с трудом добытых результатов подчеркивает тот факт, что предприятие продолжает работать в «рваном» ритме, используя высокозатратные технологии ведения горных работ с созданием промежуточных рудных и породных скла­дов большого объема. При достижении в 2009 г. проектной предель­ной глубины 610 м карьер планируется закрыть и проводить дора­ботку алмазоносной трубки «Удачная» подземным способом, хотя имеются научно обоснованные проекты разработки этого место­рождения открытым способом до глубины 850 м.

Отсутствие действенных средств борьбы с загрязненностью внутрикарьерных воздушных бассейнов создает не только соци­альные и экономические, но и экологические проблемы, в том чис­ле проблемы охраны среды обитания человека.

Зона распространения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе вокруг карьеров в десятки раз больше, чем вокруг шахт, и создает отрицательные эффекты в радиусе 15^-20 км. Концентра­ция пыли в атмосфере при массовых взрывах достигает 1200-^2800 ПДК на расстоянии 1 км от карьера и до 90 ПДК на удалении 10 км. Наиболее опасны по своим последствиям залповые выбросы пыли и газов из чаши карьера в периоды прекращения штилей и инвер­сий, когда огромный объем воздуха (равный объему карьера) с высокой концентрацией вредных примесей в короткое время по­ступает в окружающую атмосферу, повышая сверх допустимых норм отрицательное воздействие не только на воздух, но также почву и поверхностные воды. Такая интенсивная нагрузка на биосферу снижает ее способности к самоочищению и приводит к дег­радации экосистем на больших площадях.

Поэтому чрезвычайно актуальна работа исследователей, свя­занная с поиском эффективных средств и схем искусственного про­ветривания глубоких карьеров. Эти исследования имеют как соци­ально-экономическую, так и экологическую значимость и направ­лены в конечном итоге на обеспечение эффективного и безопас­ного режима работы глубоких карьеров путем нормализации их атмосферы при снижении техногенной пылегазовой нагрузки на природную среду за счет уменьшения или более равномерного поступления загрязняющих веществ из карьерных пространств в окружающую атмосферу.

Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка эффективных средств и схем искусственного провет­ривания глубоких карьеров.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следу­ющие основные задачи:

1. Обобщить и проанализировать современные знания в обла­сти разработки способов и средств искусственного проветрива­ния карьеров с учетом практического опыта по их использованию.

2. Выявить и оценить основные факторы, определяющие эф­фективность способов и средств искусственного проветривания карьеров.

3. Установить методы рационального воздействия на атмос­феру глубоких карьеров с целью ее оздоровления.

4. Обосновать принципы совершенствования известных реше­ний проблемы искусственного проветривания глубоких карьеров и реализовать их в виде эффективных технических предложений.