Основні елементи мікроклімату кар’єрів.

Мікроклімат – це клімат приземного шару повітря. Мікроклімат кар’єрів в значному ступеню визначає умови накопичення в них і виносу шкідливих домішок. Основними характеристиками, що визначають мікроклімат кар’єрів, накопичення і винос шкідливостей, є швидкість повітря в кар’єрі, його температурний режим і вологість атмосфери.

Швидкість повітря в кар’єрах визначається швидкістю повітря на поверхні і температурним режимом кар’єрів. При швидкості вітру на поверхні більше 2 м/с вона визначається енергією вітрового потоку. При меншій швидкості вітру швидкісне поле в кар’єрі визначається термічним фактором. Швидкість вітру біля землі в середньому зростає до півдня, а потім зменшується, досягаючи мінімального значення в нічний час. Існує також річний хід швидкості вітру на поверхні. В залежності від географічного району максимальне значення цього ходу буває взимку (європейська частина Росії) або влітку (Східний Сибір), а мінімальне – відповідно влітку і взимку. Швидкість повітря в кар’єрі зазвичай менше, ніж на поверхні (мал. 2).

Рисунок 2. Вітрова схема провітрювання кар’єру: А(автономна область) В — вільний вітровий струмінь повітря; О — умовний полюс струменя; У — внутрішній кордон струменя; ОВ і СО — зона рециркуляції повітря.

Термічні сили, що викликані прогріванням або охолодженням повітря, можуть істотно змінювати швидкість повітря в кар’єрі. При відносно високій швидкості вітру на поверхні вони можуть утворювати місцеві потоки в кар’єрі, горизонтальні швидкості в яких досягають 1,5 – 3 м/с.

За невеликих швидкостей вітру термічні сили можуть формувати повітряні потоки в кар’єрі зі швидкістю 1 – 1,5 м/с, а в районах Крайньої Півночі (Кольський півострів) - до 5 - 6 м/с. Інтенсивне прогрівання кар’єрів викликає потужні висхідні потоки, швидкість яких досягає 1,5-2,5, а іноді 5 м/с.

Температура повітря в кар’єрах визначається температурою повітря на поверхні, природним стисканням повітря, процесами тепловиділення і тепло поглинання в кар’єрі і станом його атмосфери. Вона змінюється протягом року і доби і хід її пов’язаний з ходою температури на поверхні. Найбільша амплітуда ходи спостерігається влітку, найменша - взимку в результаті різкого зниження сонячної радіації. Зазвичай температура повітря в кар’єрі вище, ніж на поверхні, внаслідок природного тиску, опромінення сонцем (інсоляція), а також наявності додаткових джерел тепла. Вона вище у північних бортів і нижче у південних.

Висока волога повітря в кар’єрах сприяє утворенню в них туману і мли, які зменшують видимість, утруднюють ведення робіт і ослаблюють інсоляцію бортів, що, в свою чергу, знижує конвективний повітрообмін в кар’єрі. Вона може бути вища, ніж на поверхні, або нижча і залежить від конкретних умов. Збільшенню вологості сприяють деякі заходам і технологічні процеси, наприклад: використання води для зрошення відбитої вибухом маси, відвалів, доріг, для гасіння пожеж, застосування гідромеханізації та інше.

Відносна вологість має добову і річну ходу, знижуючись в денний час влітку, що пов’язано зі збільшенням температури і зменшенням абсолютної вологості через вертикальний повітряний обмін.

 

4. Джерела забруднення атмосфери кар’єрів.

Забруднення атмосфери кар’єрів пилом і шкідливими газами може відбуватися від ряду джерел. Їх інтенсивність залежить від таких факторів, як властивість і стан гірничих порід, кліматичних і погодних умов, техніки і технології розробки, ефективності застосування способів боротьби з утворенням пилу і шкідливих газів. В зв’язку з цим запиленість і забрудненість повітря на робочих місцях коливається в широких межах.

Значний вплив на стан атмосфери кар’єру в цілому і її окремих дільницях справляють наявність, склад і характер повітряних потоків, що рухаються (мал. 2), які в багатьох випадках визначають кількість принесених, таких, що виникають і виносяться з кар’єру шкідливостей, а іноді є причиною інтенсивного пилоутворення.

За місцем розміщення джерела поділяються на зовнішні і внутрішні. Зовнішні джерела розміщуються за межами верхнього контуру кар’єру. Під дією вітру шкідливі газ і пил від цих джерел можуть розповсюджуватися в вироблений простір кар’єру, погіршуючи загальний стан атмосфери. До них відносяться дробильні, збагачувальні і агломераційні фабрики, металургійні заводи, вентиляційні стволи шахт, відвали пустих порід і склади руди, автомобільні дороги, котельні, майданчики з відсутністю рослинності та інше.

Внутрішні джерела пило- і газоутворення розміщуються в межах контуру і викликають як місцеве, так і загальне погіршення складу атмосфери. До внутрішніх джерел відносяться: бурові станки і перфоратори, виймально-навантажувальні машини, вибухи, двигуни внутрішнього згоряння (автосамоскиди, тепловози, трактори, бульдозери та інше), автомобільні дороги, каменерізальні машини, дробильні і сортувальні установки, пожежі, газовиділення з порід і водоносних горизонтів, а також майданчики, вкриті пилом і такі що піддаються вивітрюванню.

За розосередженням всі джерела виділення шкідливостей можна поділити на точкові (бурові станки, екскаватори, каменерізальні машини та інші), об’ємні (пило-газова хмара після вибуху), лінійні (автодороги, виділення газів з пластів і так далі) і такі, що розосереджуються рівномірно (ерозія грунту, вивітрювання поверхні бортів кар’єрів).

За часом дії джерела поділяються на безперервні (бурові станки, екскаватори та інше) і періодичні (вибухи та інше).

За положенням джерела виділення шкідливостей в кар’єрах можуть бути стаціонарн і (стаціонарні дробильні і установки грохочення, підйомні конвеєри та інше), напівстаціонарні (бурові станки, екскаватори та інше) і такі, що переміщуються (автосамоскиди, залізничний транспорт та інше).

З бурової техніки найбільшу небезпеку з запилення повітря становить робота станків шарошкового, пневматичного удару і термічного буріння. При роботі станків механічного руйнування порід, не обладнаних засобами боротьби з пилоутворенням і вловлюванням пилу, запиленість повітря може сягати декількох сотень мг/м³. Застосування засобів боротьби з утворенням і вловлюванням пилу різко знижує запиленість.

Дія високотемпературних газових струменів на породу при термічному бурінні призводить до утворення у вибої складної газопилової суміші. Запиленість повітря при бурінні з відсутністю засобів вловлювання пилу може сягати декількох тисяч мг/м³.

Кількість і склад газів, що утворюються при термічному бурінні, коливається в великих межах і залежить від хімічного складу горючого і окиснювача, режим роботи пальника, глибини свердловини та інших факторів. Зміст деяких газів і пари, що викидаються під час буріння в атмосферу з відсмоктувальної системи станків, що застосовуються, сягає наступних значень: СО₂ – 1,2 %, СО – 1,5%, NO₂ – 0,0063% і акролеїн – 0,036%.

При масових вибухах утворюється велика кількість пилу і шкідливих газів. Частина їх у вигляді пило-газової хмари видаляється з кар’єру, а решта залишається в відбитій гірничій масі і на дільницях, що примикають до підірваного блоку (табл. 1). Як вказує аналіз отруйних газів, що залишаються після вибуху в кар’єрі, основним з них є окис вуглецю. Сліди окисів азоту зберігаються протягом 30-60 хвилин, а всередині підірваного масиву від 2 до 6 годин.

Таблиця 1.

Місце відбирання проб	Маса одночасно підірваних ВР, т	Максимальна концентрація газів після вибуху за об’ємом, %	Тривалість зниження концентрації СО до ГДК, годин.
СО	СО2	NO2
На горизонті	50 - 350	0,06-0,1	0,5-0,8	Сліди	2-7
В траншеї	50-200	0,1-0,2	0,7-1,0	-	3-14
На глибині 1,5-10 м від поверхні відбитої гірничої маси	50-200	0,4-4	8-9	0,03-0,025	6-100 і більше

 

Виймально-навантажувальні роботи в кар’єрі виконуються обладнанням циклічної і безперервної дії. Обладнання циклічної дії (механічна лопата, драглайн, навантажувач та інше) обумовлює циклічне пилоутворення. Так, наприклад, при роботі механічної лопати пилоутворення поступово пов’язане з операціями черпання, коли пил утворюється від обвалення породи в вибої і її додатковим дробленням при взаємодії з ковшем і співударі кусків між собою, поворотом екскаватора, при якому відбувається розсипання гірничої маси, і з розвантаженням матеріалу у відвал або у відкотну посудину. Інтенсивність пилоутворення залежить також від швидкості вітру, вологи гірничої маси і організації робіт в вибої екскаватора. При несприятливих умовах запиленість повітря в процесі виймально-навантажувальних робіт може сягати 100 мг/м³ і вище.

При розробці родовищ деяких будівельних матеріалів застосовуються каменерізальні машини, які за несприятливих умов є вельми інтенсивними джерелами пилоутворення. Запиленість повітря на робочих місцях за відсутності засобів боротьби з пилом може сягати декількох сотень мг/м³.

При транспортуванні гірничої маси найбільш небезпечним за пиловим і газовим факторами є автомобільний транспорт. Під час руху автомашин в результаті взаємодії коліс з поверхнею дороги утворюється пил. Його інтенсивність залежить від матеріалу верхнього покриття дороги, його стану, вантажопідйомності і швидкості руху машин і таке інше. Дослідженнями, що проведені інститутом Удіпромідь, встановлено, що за відсутності засобів боротьби з утворенням пилу концентрація пилу в зоні автодоріг сягає 60-80 мг/м³, а інтенсивність 11500-12000 мг/с.

Двигуни внутрішнього згоряння, встановлені на автосамоскидах, тепловозах та інших машинах, є джерелами виділення ряду шкідливих газів і пари, основними з яких є окиси азоту, окис вуглецю і альдегіди. Орієнтовний склад токсичних компонентів в відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згоряння наведений в таблиці 2.

Таблиця 2.

Компоненти	Склад компонентів за об’ємом, % при роботі двигунів
карбюраторних	дизельних
Окис вуглецю	0,1-5,0	0,01-0,50
Окиси азоту	0,0-0,8	0,0002-0,5000
Вуглеводні	0,2-3,0	0,009-0,500
Альдегіди	0,0-0,2	0,001-0,009

 

Склад сажі в відпрацьованих газах карбюраторних і дизельних двигунах складає відповідно 0-0,04 і 0,01 – 1,10 г/м³.

Одним з шляхів вдосконалювання відкритих гірничих робіт є впровадження поточної і циклічно-поточної технології, за якої в кар’єрах можлива експлуатація дробильних установок і установок грохочення, що є інтенсивними джерелами пилоутворення.

Зовнішні джерела, що забруднюють кар’єри, вельми різноманітні.

Одним з інтенсивних зовнішніх джерел виділення пилу є хвостосховища, в які вкладаються відходи збагачення, що вміщують мілкі фракції. В повітряну погоду відбувається інтенсивне їх видування з поверхні. Так, при швидкості вітру 10 м/с запиленість повітря на відстані 200 м від хвостосховища може досягти 180 мг/м³.

Інтенсивність виділення шкідливостей визначається умістом пилу або отруйних газів в одиниці об’єму повітря і його кількістю, що проходить через джерело їх виділення.

Так, для одиничного джерела з організованим викидом (бурові станки з пиловловлюючою системою, двигуни внутрішнього згоряння та інші) інтенсивність виділення шкідливостей (мг/с) в атмосферу може бути визначена за формулою:

(1.3)

де середній дебіт повітря, що виходить з організованого викиду, м³/с; середня концентрація пилу або отруйних газів в повітрі, що викидається в атмосферу кар’єру, мг/м³.

Згідно даних Н.З. Бітколова і В.С. Нікітіна, за відсутності засобів боротьби інтенсивність виділення пилу під час роботи бурового станка складає 4,3 г/с, роторного екскаватора – 200 г/с, одноківшевого екскаватора типу механічна лопата – 2 г/с, екскаватора типу драглайн – 11 г/с, автосамоскида – 15 г/с і з 1 м стрічкового конвеєра – 40 мг/с.

Інтенсивність виділення в атмосферу кар’єрів шкідливих газів і пари від джерел, пов’язаних з роботою обладнання, наведена в табл. 3. Таблиця 3.

Обладнання	Марка	Інтенсивність газовиділення, м3/с	Концентрація газів за об’ємом, %
окис вуглецю	двоокис азоту	альдегіди
Станок вогневого буріння з кисневим окисненням пального	СБТ-400 МНР	0,8	1,0-6,9	0,0043-0,0048	0,0089-0,132
Станок вогневого буріння з повітряним окисненням пального	СБТМ-20	0,8	0,4-9,0	0,00104-0,0035	0,0021-0,132
Тепловоз з електричною подачею	ТЕ-3	6,5	0,0013-0,006	0,00043-0,018	0,0023-0,012
Автосамоскид	КрАЗ-256 БеЛАЗ-540 БеЛАЗ-548 БеЛАЗ-549	0,34 0,66 0,88 1,25	0,35-0,584 0,012-1,32 0,05-0,2 0,104-0,39	0,008-0,069 0,006-0,96 0,094-0,31 0,0003-0,42	0,00134-0,042 0,0019-0,05 0,00024-0,001 0,0048-0,0164
Трактор	Т-180 ДЕТ-250*	0,33 0,53	0,0221-0,136 0,036-0,057	0,0013-0,0062 0,0004-0,011	0,00024-0,046 0,00024-0,042

*ДЕТ-250 – дизель-електричний трактор тяглового класу 250 кН.

Малюнок 3. ДЕТ-250М.

Загальна інтенсивність виділення пилу або шкідливих газів в атмосферу кар’єру (мг/с) складає:

(1.4)

де g_т – інтенсивність виділення шкідливостей з внутрішнього точкового джерела, мг/с;

g_л – інтенсивність виділення шкідливостей з внутрішнього лінійного джерела, мг/с;

g_р.р. – інтенсивність виділення шкідливостей з внутрішнього рівномірно розповсюдженого джерела, мг/с;

g_вн – інтенсивність надходження в кар’єр шкідливостей від зовнішнього джерела, мг/с.

Ця інтенсивність виділення шкідливостей (пилу або однойменного (рівнозначного) отруйного газу) однієї групи джерел, що пов’язані з роботою обладнання, залежить також і від його одночасної роботи. Так, наприклад, для подібних точкових джерел сумарна інтенсивність (мг/с) складає:

(1.5)

де - число однотипних джерел в кар’єрі;

коефіцієнти одночасної роботи джерел кожного типу (відношення числа обладнання, що працює, до числа обладнання, що використовується в кар’єрі);

інтенсивність виділення шкідливостей одиничним джерелом кожного типу, мг/с.

В різних кар’єрах співвідношення між питомою вагою можливих джерел забруднення атмосфери кар’єрів може змінюватися в значних межах.