Эколого-экономическое обоснование технологии минимизации пылегазового загрязнения окружающей среды посредством рационализации параметров нагорных доломитовых карьеров тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Эколого-экономическое обоснование технологии минимизации пылегазового загрязнения окружающей среды посредством рационализации параметров нагорных доломитовых карьеров"

На правах рукописи

ИСМАИЛОВ Бунед Тахнрович

Эколого-экономнческое обоснование технологии минимизации

пылегазового загрязнения окружающей среды посредством рационализации параметров нагорных доломитовых карьеров

¡ециальность 08.00.05 - «Экономика и управление народным хозяйством»

(экономика природопользования)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

:>13

Москва 2013

005062127

005062127

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» на кафедре «Экономика природопользования»

Научный руководитель доктор экономических наук, профессор,

Петров Иван Васильевич

Официальные оппоненты: доктор экономических наук, профессор

Умнов Виталий Анатольевич декан Инженерно-экономического факультет ФГБОУ ВПО «Российский экономический универ ситет им. Г.В. Плеханова»

кандидат экономических наук, доцент Колесникова Людмила Алексеевна доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельност и гражданская оборона» ФГБОУ ВПО «Москов с кий государственный горный университет»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственнь технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» (г. Нов черкасск)

Защита состоится «03» июля 2013 г. в 12:30 часов на заседании диссертац онного совета Д 212.128.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный го ный университет», по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского госуда ственного горного университета.

Автореферат разослан «03 » июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор экономических наук, доцент ______Мясков Александр Викторов!

Общая характеристика работы

ктуальность работы.

Развитие большинства отраслей экономики России базируется на минерально-фьевых ресурсах, многие из которых являются уникальными как по распростра-нию, так и по качественным характеристикам. Это характерно и для доломита — иного сырья востребованного в различных производствах: сельском хозяйстве, юйматериалов, стекла, цементном производстве, металлургии, химической про-нпленности. Россия обладает наиболее ценными ресурсами доломитового сырья: месторождений для металлургии (до 2 млрд. тонн запасов) и 8 месторождений I стекольной промышленности (360 млн. тонн).

Основной способ их разработки - карьерный. К сожалению, при современном овне технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых из-жать негативного воздействия горнодобывающих предприятий на окружающую еду невозможно. Особенно экологические проблемы обостряются при ведении ¡ывных работ и массовом дроблении материалов. Это формирует сложную задачу нимизации экологических последствий горных работ путем разработки природо-ранных мероприятий еще на стадии проектирования.

При этом дополнительные природоохранные меры требуют соответствующих рат, впрямую зависящих от применяемых технологий производства и объема ме-приятий, определяемых исходя из прогноза негативного воздействия на окру-ющую среду выбросов пыли и газа при добыче. Соответствующие технологии и тоды прогноза разработаны достаточно полно, но они не всегда учитывают осо-тности добычных работ, например, параметры разработки, залповые выбросы в сужающую среду при массовых взрывах, свойства горных пород, направление емки минералов и другие аспекты.

Несмотря на проводимые научно-исследовательские работы в области загряз-гия экосистем при ведении открытых горных работ, эколого-экономически обос-.анных рекомендаций по рационализации параметров горных работ в направле-I минимизации пылегазовых выбросов пока еще недостаточно. Это сказывается

1

на качестве проектирования природоохранных мероприятий, а также на объект ности оценки степени воздействия горных технологий на окружающую среду. П этом, с одной стороны, государство недополучает части платежей за негативн воздействие, а горнодобывающие предприятия платят за загрязнение окружающ среды по повышенной ставке, что снижает эффективность производства.

Повышение эколого-экономической эффективности разработки месторож ний доломита открытым способом на основе взаимоувязки природоохранных ме приятий с технологиями ведения горных работ и совершенствования методов оп деления параметров источников пыле- и газообразования является актуальной за чей, имеющей научное и практическое значение.

Цель работы - разработка механизма эколого-экономической оценки и выбора ва антов технологических параметров производственных процессов при открытой быче доломитов, снижающих выбросы пыли и газов в атмосферу с минимизац] ущерба экосистемам.

Идея работы заключается в том, что эколого-экономическое обоснование техно гических природоохранных мероприятий осуществляется на основе выявлены закономерностей, учитывающих влияние ведения горных работ на формирова] экологического ущерба, исходя из содержания пылевых частиц на каждой стад горного производства, свойств разрушаемых пород и параметров технологий раз ботки.

Методы исследований: обобщение и системный анализ опыта и статистической формации, теоретические исследования, физическое и экономико-математичес моделирование, графическая интерпретация результатов эколого-геохимичес] съемок с анализом распределения загрязнителей по площади и выявлением оча химического загрязнения почв. Научные положения, вынесенные на защиту:

1. Экономическую оценку экологического ущерба при открытой добыче ломита необходимо производить исходя из количества образуемых пыли и газов 1 отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных работ.

2. Для обеспечения экологизации ведения горных работ и снижения пылегазо-IX загрязнений необходимо учитывать воздействие на элементы экосистемы про-ссов горных работ и рассчитывать рациональные совокупности технологических раметров отбойки и транспортирования минералов на основе выявленных зако-мерностей.

3. Эколого-экономическое обоснование рационализации параметров открытой бычи доломитов следует осуществлять на основе разработанного механизма фор-рования, оценки и выбора вариантов ведения горных работ на основе экономико-тематического моделирования эколого-экономической эффективности производ-ва.

аучная новизна работы:

1. Выявлены факторы влияния открытых горных работ на экосистемы и прове-на их типизация исходя из процессов, формирующих экологические ущербы на

орных месторождениях, классифицированы основные виды нарушений окру-ощей среды исходя из причин и характера нарушений.

2. Установлены закономерности, учитывающие влияние ведения горных работ формирование экологического ущерба, исходя из содержания пылевых частиц на

ждой стадии горного производства, свойств разрушаемых пород и параметров хнологий разработки.

3. Предложен интегральный подход, позволяющий анализировать распространив вредных веществ в окружающей среде, отличающийся полнотой учета фактов воздействия на экосистемы и позволяющий оценить экологический ущерб.

4. Сформулированы эколого-экономически обоснованные подходы к рациона-зации охраны атмосферы от критического газопылевого загрязнения, заключаю-еся в снижении за счет технологических решений объемов образования газов и

ши при ведении горных работ и минимизации загрязнения экосистем посредством гулируемого измельчения минералов.

5. Предложена экономико-математическая модель оценки эколого-номической эффективности ведения горных работ, позволяющая учитывать гор-

нотехнические издержки и эффекты от снижения негативного воздействия технол гических процессов на элементы экосистемы.

Научное значение работы. Установлены закономерности формирования эколог экономической эффективности горного производства исходя из параметров техн логических процессов горных и буровзрывных работ при добыче доломитов карьерах.

Практическое значение работы состоит в том, что полученные результаты мо быть использованы на предприятиях открытой добычи доломита для разработ природоохранных мероприятий, совершенствования технологии взрывного разр шения с целью снижения выбросов пыли и газов в атмосферу и минимизации уще ба экосистемам окружающей среды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендац подтверждаются применением методов математической статистики при обработ экспериментальных данных, технико-экономического анализа, физического и ма матического моделирования, достоверностью информации о состоянии природа окружающей среды в регионе исследуемого карьера, результатами использован элементов рекомендуемых технологий в горной практике.

Реализация выводов и рекомендации работы. Научные и практические результат полученные в ходе исследований, использованы при разработке проекта развит Боснийского доломитового карьера Садонского свинцово-цинкового комбин Министерства промышленной и транспортной политики PCO-Алания. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получи одобрение на научно-технической конференции «Неделя горняка» (Москва, 2012 2013г.), на научных семинарах кафедры Экономики природопользования МГ (Москва, 2012-2013 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 статьях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и ключсния, содержит список литературы из 80 наименований, 32 рисунка, 26 т лиц.

Основное содержание работы

Доломит, являясь ценным сырьем, востребованным в различных производствах, обывается на 36 месторождениях, на 8 месторождениях добывается ценное сырье я стекольной промышленности, одним из которых является Боснийский карьер, сновной способ разработки - карьерный взрывным способом на нагорных место-ождениях, отличительной особенностью эксплуатации которых является их распо-ожение выше дробильно-сортировочных и обогатительных фабрик и перегрузоч-ых складов. Это определяет расход взрывчатых веществ на отбойку и перемещение орной массы, а также объем образующихся газов и пыли.

Все производственные процессы сопровождаются значительным негативным оздействием на окружающую среду, наиболее значимым и сложно управляемым вляется их воздействие на атмосферу. Расположение карьеров вблизи селитебных рриторий и дорог предопределяет стремление к минимизации объемов образую-ихся газопылевых масс. Мероприятия по снижению негативных последствий ве-ения горных работ зачастую неэффективны, а возможность изменения параметров едения горных работ для снижения пылегазовых выбросов зависит от целого ряда рнотехнических и экономических факторов.

Проблемам эколого-экономической оценки горнопромышленной деятельности освящены работы М.И. Агошкова, В.И. Голика, Е.А. Котенко, В.Т.Коваля, .В.Мельникова, И.В. Петрова, С.М. Попова, М.А. Ревазова, К.Н.Трубецкого, В.А. мнова, H.H. Чаплыгина, В.А.Харченко, В.А. Шестакова, М.А. Ястребинского и угих.

В изучение вопросов охраны окружающей среды, механизма пылеобразования пылевыделения, разработки мероприятий по снижению выбросов загрязняющих ществ при открытой разработке месторождений внесли вклад: В.В. Адушкин, В.И. лоусов, В.Г. Борисов, В.Д. Горлов, Ю.В. Горлов, B.C. Коваленко, A.A. Кулешов, Н. Кутузов, А.И. Лобода, В.А. Михайлов, B.C. Никитин, М.Е. Певзнер, Г.И. По-овский, В.В. Ржевский, A.B. Ткаченко, К.З. Ушаков, М.А. Фролов и другие.

Несмотря на падение объемов добычи полезных ископаемых открытым спос бом в конце XX века, этим способом в мире добывается до 75% сырья. Выбор пользу открытой добычи полезных ископаемых сделан благодаря более высок экономической эффективности по сравнению с подземным способом добычи. В же время открытые технологии добычи сопровождаются значительными негати ными воздействиями на окружающую среду, основными из которых являются н рушение земель и гидросферы, загрязнение атмосферы. Повышенная экологическ опасность процессов открытой разработки месторождений для окружающей сре определяется синергетическим характером проявления процессов, при котором р витие отдельных процессов порождает другие процессы, создающие суммарн ущерб, больший, чем сумма ущербов слагающих процессов. Проведенные исслед вания позволили выявить факторы влияния открытых горных работ на экосистемь провести их типизацию исходя из процессов, формирующих экологические ущер на нагорных месторождениях (табл. 1).

Таблиц

Факторы техногенного влияния горных работ на окружающую среду

Тип

Сущность

Геоморфологические

Преобразование поверхности

Гидрогеологические

Подтопление и осушение, загрязнение подземных вод, изменени условий питания водоносных горизонтов

Геохимические

Рассеяние химических элементов, веществ и соединений, нарушение водно-солевого баланса

Геотермические

Изменение структуры и режима водно-теплового баланса

Инженерно-геологические

Развитие оползневых явлений, карстов, просадок, селей

Минералогические

Истощение земных недр

Анализ факторов техногенного влияния горных работ на окружающую сре и классификация нарушений экосистем естественной среды открытой разработк месторождений доломита позволили выявить, что наиболее значимой экологи ской компонентой являются пылегазовые выбросы в атмосферу. Аспекты нару1 ний экосистем естественной среды открытой разработкой месторождений доломи классифицированы по их характеру (табл.2).

Таблица 2

Классификация нарушений окружающей среды

ипы нарушении

Причины, вызывающие нарушения природной среды_

Характерные виды нарушений

еомехапические

Строительство карьеров, отвалов, насыпей и траншей, деформация поверхности в результате разработки, хранение отходов, воздействие карьерного оборудования

Изменение рельефа местности, геологической структуры массива, грунтов, почвы. Повреждение почвы. Изменение структуры использования поверхности.

идрологические

Дренирующее воздействие горных выработок на породный массив. Деформация поверхности в связи с дренажем вод. Смещение направления водостоков. Загрязнение внутренних и внешних вод. Откачка подземных вод. Дренаж месторождений.

Изменение уровня подземных вод и параметров гидрографической сети. Ухудшение качества вод водоносных горизонтов, инженерно-геологических свойств грунтов и водного режима в почве. Оседание поверхности. Изменение режима подпитки рек.

имические

Эмиссия газов и химически активной пыли. Сбросы загрязненных органическими и неорганическими компонентами вод. Воздействие токсичных компонентов отвалов.

Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, подкисление, засоление, загрязнение вод, подкисление, алкализация, засоление, увеличение токсичных элементов почв.

изико-еханические

Эмиссия пыли и аэрозолей из атмосферы и вод, загрязненных суспензией и гидрозолями.

Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почвы.

ермические

Загрязнение воздуха пылегазовыми компонентами.

Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, биохимических процессов в экосистемах и микроклимата.

Таким образом, проведенные исследования позволили выявить, что экономи-скую оценку экологического ущерба при открытой добыче доломита необходимо ссчитывать исходя из количества образуемых пыли и газов при отбойке минера-в, определяемого параметрами ведения горных работ.

Также следует отметить, что рельеф поверхности месторождений отличается алистостью и крутизной склонов. Водные потоки по крутым склонам стекают, по-ощаются рыхлым обломочным материалом и по тальвегу направляются в речные оки. Пылегазовые продукты сносятся в реки и изменяют химическую характери-ику вод. Основным источником данного воздействия являются буровзрывные ра-ты и транспортирование горной массы, что предопределило направленность про-денных исследований.

В первую очередь, исходя из известной взаимосвязи объемов выбросов объема используемых взрывчатых веществ и взрываемой горной массы, исследов лись параметры взрыва. Для исследования влияния параметров взрыва выявляли зависимости образования выбросов от размеров уступов карьера, а также количест детонаторов. Задача моделирования заключалась в подборе таких параметров взрь ва, при которых обеспечивалась бы ровная поверхность берм и откосов модели п сохранении заданного направления и дальности развала породы от места взрыв Определялась дальность отброса доломита, зависящая от числа горизонтально ул женных электродетонаторов: при одном их количестве обеспечивался взброс, п другом - отброс, третьем - выброс (рис.1).

Рис. 1. Расположение развала в зависимости от назначения зарядов Для уступов 30-30-30 м оказались эффективнее взрывы 1 детонатора - ; взброса, 2 горизонтальных - для отброса и 3 горизонтальных - для выброса. Для у тупов 40-40-40 - 2 - для взброса, 3 - для отброса и 4 - для выброса. Для уступ 50-50-50 - 3 - для взброса, 4 - для отброса и 5 - для выброса. Определено, что этом случае масса зарядов на единицу высоты уступа уменьшается.

При аналитическом моделировании влияния увеличения высоты уступа расход взрывчатых веществ, определено, что расходы ВВ на взброс и отброс во

астают монотонно, а расход на выброс увеличивается медленнее, что объясняется олезным использованием сил гравитации (рис.2).

Виола усттяя я нажля, см

Рис.2. Динамика увеличения расхода ВВ с увеличением высоты уступа карьера в модели: 1-расход на выброс; 2- расход на отброс; 3- расход на взброс

Поскольку при увеличении высоты уступа расход ВВ на отбойку и взрывное еремещение возрастает в арифметической прогрессии, а объем отбойки увеличива-тся в степенной зависимости (рис.3, 1), удельный расход ВВ с увеличением высоты ступа уменьшается (рис.3, 2). Поскольку количество газов и пыли при взрывании 1 диницы ВВ постоянно, то увеличение параметров отбиваемого участка уменьшает агрязнение окружающей среды.

г

|

1 -

л

Объем гаршай массы, ем*

0.2 (й 0Л <Г5_ Расяоа ВВ ш отбойку н исремсщевше, г/см*

Рис.3. Зависимость объема горной массы (1) и расхода ВВ (2) от высоты уступа Проведенные исследования позволили выявить, что основной экологический щерб формируется посредством загрязнения земельных ресурсов осаждаемой пы-

лью. Для определения величин экологического ущерба от пылегазовых выбросо анализировалась динамика распространения пыли после взрывных работ. В резуль тате проведенных исследований было установлено, что ареал загрязнения достига 3000 м при скорости ветра до 2 м/с. При скорости ветра 5-6 м/с ареал увеличиваете в направлении ветра. При скорости ветра 2 м/с время рассеивания пылегазового об лака составляет около 4 ч. Фоновый уровень концентрации наступает через 3,5 ч н расстоянии 3,0-3,5 км. По результатам систематических наблюдений на пикетах со ставлены графики (рис.4).

ле T»

250 ы., Ж 1* j : • j Tl rjrT 1м,!

200 ! i 1 -1 : ! !ш il1

150 Г И 1 i и:' '1 '1 j

100 ili i; H ! i' i ij Ii

so II¡lj.il] {' lllill'ili 1, Ii!.Ii; ecc iiil ш ;' 1 ^ Л

зм

250 [

200

100 ЕШП

50 пппщ Мш nllilil.ll МП iiiüüüi ut

300

250

200

150

100

50

MC na

300

250

200

150

100

50 lilil lllllfr

Jtt ЛЗ т М »7 №1

Нимфа нрвт

Рис.4. Количество пыли на экране в зависимости от времени Для проведения исследований влияния пылегазовых выбросов на подверга щиеся негативному воздействию экосистемы выбраны три участка в окрестностя Боснийского доломитового карьера. Анализу подверглись характеристики содерж ния минералов в растениях и загрязняющих веществ в почве. Базовый участок ра положен в безопасной зоне, а два других - на разном расстоянии от карьера. На ка дом участке было отобрано по 30 образцов каждого вида растений в одно и то ж время. Содержание минералов в растениях изучали методом атомн абсорбционного анализа (табл.3).

Таблица 3

Содержание минералов в растениях, мг/кг сухого вещества

Растения и Металлы

участки Диоксид кремния Оксид железа Оксид алюминия

Кукуруза

Прилегающий 80± 2,5 280± 0,4 30± 1,2

Удаленный 30±1,0 120± 0,2 15 ±0,1

Базовый 15± 0,7 20± 0,3 10 ±0,8

Яблоня

Прилегающий 170 ±3,0 410± 0,3 39 ± 0,1

Удаленный 20± 1,0 190± 0,8 19 ±0,1

Базовый 11, ±0,2 70 ± 1,1 9 ±0,2

По результатам исследования произведено ранжирование почв по показателю загрязнения. Первая зона чрезвычайно опасного загрязнения распространяется в радиусе до 10 км от карьера. В почвах этой зоны на долю элементов первого класса опасности приходится 80 %. Вторая зона располагается на расстоянии от 10 до 20 км. На долю элементов первого класса опасности приходится не более 10 %. Тре-ья зона - зона умеренного уровня загрязнения расположена на расстоянии более 20 м.

Количественная оценка влияния загрязнителей на растения выполнена мето-ом вегетационного моделирования. По измерению высоты растений установлено, то доломитовая пыль обладает более выраженными токсичными свойствами, чем углинок и песок

При 20%-ом загрязнении почвы токсичными химическими агентами урожай-ость почв по пшенице не превышает 12%, а при загрязнении 40 % и более урожай-ость составляет всего 3-5% от базового показателя. Выявленная закономерность >ебует учета при экономической оценке экологического ущерба. Для расчета при-имается уровень средней урожайности при базовых характеристиках почв, степень нижения урожайности и текущие рыночные цены на пшеницу.

Таким образом, установлены закономерности, учитывающие влияние ведения орных работ на формирование экологического ущерба, исходя из содержания пы-евых частиц на каждой стадии горного производства, свойств разрушаемых пород параметров технологий разработки. Также предложен новый интегральный под-од, позволяющий анализировать распространение вредных веществ в окружающей

11

среде, отличающийся полнотой учета факторов воздействия на экосистемы и позволяющий оценить экологический ущерб.

Представленный подход является основой расчета экологических ущербов от ведения горных работ. Как видно из приведенных исследований, экологический ущерб от загрязнения атмосферы за счет пылегазовых выбросов может быть снижен посредством выбора параметров ведения горных работ. При этом целесообразно структурировать ущерб исходя из предложенного подхода к его оценке.

Прямой ущерб (с точки зрения предприятия) от негативного воздействия на окружающую среду от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (УА), рассчитываемый через платежи за негативное воздействие конкретных видов загрязняющих веществ:

УА = ка^ТпРВ„^ (1)

л

где п - индекс вида загрязняющего вещества; ка - коэффициент экологической значимости территорий по атмосферному фактору, доли ед.; V - объем производства (по горной массе), м3; 2' - удельные выбросы загрязняющих веществ, кг/м3; РВ плата за негативное воздействие, руб/кг.

В свою очередь 2* зависит от объема пылегазовых выбросов от горновзрывных работ:

Г=/{УГ,¥П), (2)

где (УГ), (уп) - объем выбросов газа и пыли соответственно (кг).

Проведенные исследования позволили выявить, что формирование площад ных зон загрязнения также зависит от объемов выбросов газа и пыли:

5,= /(уг, уп), (3)

где в - площадь зоны загрязнения (Га); / — индекс зоны загрязнения.

Экологический ущерб от площадного загрязнения (УЗ) может быть определе следующим образом:

е ДУЗ - удельный экологический ущерб в ;-й зоне загрязнения, руб/Га.

Для полной оценки экологического ущерба от площадного загрязнения земель лесообразны расчеты через косвенные ущербы, в частности, через снижение уро-айности земельных угодий. Таким образом, косвенный экологический ущерб от ощадного загрязнения (УУ) может быть определен следующим образом:

УУ = У'ЦУ-Ъ!5(1-ьУ1)г (5)

е 4У, - снижение урожайности в ¡-й зоне, доли ед., у - норматив урожайности, /Га, ЦУ - цена единицы урожая, руб/кг.

Для оценки масштабов воздействия стоков карьера, насыщенных пылегазо-ши выбросами, на окружающую среду использованы результаты исследований д реки Терек.

Определение 14 ингредиентов горнотехнологического происхождения показа, что в результате природного выщелачивания газопылевых частиц увеличивается нцентрация элементов, оказывающих наиболее негативное влияние на состояние ужающей среды. На основе проведенных исследований пыль ранжирована типы по степени опасности (табл.4).

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что формирование за-язнения речных вод от сброса загрязняющих веществ 2е зависит от следующих кторов:

гс = /{уг,ш,1,у), (б)

е г' - удельный объем сброса загрязняющих веществ, кг/м3; 1 — расстояние от ста ведения горных работ, км; V — объем горной массы, м3.

Таблица 4

Типизация доломитовой пыли по степени опасности

Тип

Размер, мм

Степень

Опасные свойства

ервый

0,02-0,05

Незначительное воздействие

торой

0,01-0,02

Существенное воздействие

етии

0,05-0,01

Значительный ущерб

етвертыи

до 0,05

Опасность для сохранения биологических функций

В этом случае экологический ущерб водньм ресурсам будет рассчитывать по следующей формуле:

ув = квътт-у-рст (7)

т 4 '

где к, - коэффициент экологической значимости водного объекта, доли ед.; т индекс вида сбрасываемого загрязняющего вещества; РС - плата за сброс руб/кг.

Таким образом, экономическую оценку экологического ущерба при открыт добыче доломита необходимо производить исходя из количества образуемых пы и газов при отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных раб Выявленные закономерности являются основой расчета экологического ущерба, с провождающего пылегазовые выбросы (УЭ), который определяется по следующ формуле:

уэ = уа + уз + уу+ув, (8)

Выше представленные исследования позволяют осуществить расчет эколог ческого ущерба району ведения горных работ исходя из распространения загр няющих веществ в атмосфере и гидросфере, специфики контролируемой террит рии и особенности протекающих в ее пределах технологических и природных пр цессов.

Выявлено, что экономическую оценку экологического ущерба при открыт добыче доломита необходимо осуществлять исходя из количества образуемых пы и газов при отбойке минералов, определяемого параметрами ведения горных раб Проведенные исследования позволили выявить возможность управления горны работами для минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

Для обеспечения экологизации ведения горных работ и снижения пылегаз вых загрязнений с учетом воздействия на экосистемы окружающей среды необх димо формирование рациональной совокупности технологических параметров о бойки и транспортирования минералов на основе выявленных закономерностей.

Проведенные исследования позволили определить, что формирование соста продуктов взрыва подчиняется следующим закономерностям.

Закономерность 1. Количество пылегазовой смеси определяется параметрами ступа, расходом ВВ, скоростью детонации ВВ и полнотой использования энергии зрыва, с приоритетом параметров уступа.

Закономерность 2. Качественный состав пылегазовой смеси определяется па-аметрами отбойки и дробления минералов: уменьшение заряда интенсифицирует роцесс образования пыли; максимальное пыление наблюдается при расходе более .0 кг/м3; увеличение скорости детонации ВВ до 3900 м/с снижает темпы пыления.

Закономерность 3. Концентрация загрязнителей в атмосфере над поверхно-ью карьера определяется по уравнению диффузии, а поле скорости ветра -из сис-мы двумерных уравнений гидротермодинамики.

Закономерность 4. Механизм и скорость химико-физических процессов вы-елачивания пылегазовых продуктов в гидросфере определяются суммой скоростей дельных реакций внутридиффузионной и химической кинетики.

Закономерность 5. Механизм и объем накопления пылегазовых загрязнителей почвах описываются совокупностью параметров загрязнения, времени и показате-м влияния взаимозависимых факторов отбойки и транспортирования минералов.

Закономерность 6. Масса пыли при отбойке увеличенного уступа уменыпает-по линейной зависимости с корреляцией от г = -0,88 до = 0,17 м.

При взрывании уступов высотой более 15 м рационально увеличивать объем рядов. Это снижает пылевыделение для пород на 8-10 % при одинаковой высоте тупа и на 15-17 % при одновременном увеличении величины заряда и высоты ус-па.

Представленные закономерности позволяют формировать различные парамет-

I ведения горных работ, оказывающих влияние на экономические и экологические

рактеристики горного производства на карьере по добыче доломита. Это позволя-

формировать соответствующие варианты ведения горных работ. В настоящее

емя приоритетным способом эколого-экономической оценки воздействия источ-

ков выбросов на окружающую среду являются вариантные расчеты с помощью

итационных компьютерных систем, основывающихся на математическом моде-

ровании экономических, природных и технологических процессов. Для достиже-

15

ния поставленной цели необходимо математическое описание процесса загрязнени экосистем техногенными источниками и расчета экологического ущерба.

В качестве независимых переменных выбраны: высота уступа, прочность п род, объем отбиваемой горной массы и затраты на проведение отбойки. В качест параметров оптимизации приняты удельный расход ВВ, удельный выброс пыли газа и некоторые другие. Константы имитационного исследования (размеры карь ра, количество пыли и т.д.) приняты по данным Боснийского карьера.

На основе экспериментальных и расчётных данных спланирован симметр ный план Бокса (табл.5).

Таблица

Граничные условия независимых переменных

Уровни Нижний (-1) Средний (0) Верхний (+1) (А)

Расход ВВ на выброс, кг/м'1; (X/) 5 7 9 2

Расход ВВ на отброс, кг/м3; (Х2) 4 8 12 4

Расход ВВ на взброс, кг/м3; (Хз) 3 6 9 3

Высота уступа, м; (Х4) 30 40 50 10

После обработки результатов эксперимента и отсева незначимых коэффицие тов регрессии получены уравнения регрессии с надёжностью на уровне значимое 0,05. Модель удельного расхода ВВ на добычу доломита с независимыми переме ными в безразмерном масштабе:

W = 3067,4331 + 79,5726Хх -70,6014Х, + 75,3897Х3 -12.3154Х, + 3,2961Л",2 +7,5659Д"22 -- 95,6046 Х32 +0,3859^ -13,8129 Х,Х2 +2,1476X,X3 -2,2259Х,Х4 -1,6698 Х2Х, - ( -1,8389^2^4 -0,3533Х3Х„

(Я2 =0,9991, FpaC4 =1662,35)

где W - расход ВВ на отбойку, кг/м3; Xi - расход ВВ на выброс, кг/м3; Х2 - расх

ВВ на отброс, кг/м3; Х3 - расход ВВ на взброс, кг/м3; Х4 -высота уступа, м.

Столь детальное исследование расхода взрывчатых веществ обусловлено в

явленным его влиянием на эколого-экономические показатели работы карьеров. Д

ля расходов на ВВ в себестоимости доломита составляет 60 %, а в формирован

экологического ущерба 35%. Это позволяет использовать расход взрывчатых в

ществ в качестве основного критерия оптимизации. Значения независимых переме

16

ых в безразмерном масштабе составили: Х1 = -1, Х2 = +1, Х3 = -1, Х4 = +1, что в пе-еводе на натуральный масштаб составляет: высота уступа 50 м, расход ВВ на вырос 0.5 кг/м3.

Установлено, что наибольшее влияние на расход ВВ оказывают высота уступа расход ВВ на выброс, а меньшее - расход на взброс и отброс доломита. Наиболее ильное влияние на состояние окружающей среды оказывает высота уступа, а не-начительное - способы улавливания и нейтрализации пыли.

Проведенные исследования процесса формирования экологического ущерба озволили сформировать два основных концептуальных подхода к организации риродоохранной деятельности.

Первый — обеспечение охраны приземной атмосферы от критического газо-ылевого загрязнения, который заключается в минимизации объемов газов и пыли а счет рационального назначения параметров разработки месторождения, меньшение опасности пылегазового загрязнения возможно в случае реализации ледующих технологических мероприятий (табл.6).

Второй - минимизация загрязнения экосистем газопылевыми продуктами до-ычи минералов, который заключается в создании условий для регулируемого из-ельчения минералов взрывом путем рационализации технологических операций, латающих буровзрывной комплекс.

Таблица 6

Технологии предотвращения загрязнения пылью

Технологии Варианты оснащения

меньшение при отбойке Увеличение высоты уступа, применение специальных ВВ, рационализация конструкции заряда и т.п.

лавливание в ходе процесса Фильтры, скрубберы, циклоны, мокрые камеры, осадители, сорбенты и т.п.

ейтрализация при выбросе Связывание и утилизация элементарных частиц

При отбойке минными зарядами на взброс масса ВВ составляет 60 т. При оп-мизированной технологии на выполнение той же работы требуется 50 т, или эко-омится в пределах 17% взрывчатых веществ. Увеличение высоты уступа при односменном уменьшении размеров берм до 30 или 40 м позволяет уменьшать расход

17

ВВ за счет направленного взрывания. Максимальный эффект достигается при сни жении размера бермы до 30 м при высоте уступа 50м. Сокращение размера бер позволяет уменьшить расход ВВ на отбойку уступов до 20%.

Укрупненный расчет объемов расхода взрывчатых веществ (Гр)

ВУхГМ = ВВ = /(1Лр\ (Ю)

где ВУ - удельный расход ВВ, г/см3; ГМ - объем взрываемой горной массы, см3.

Объем выбросов газа (УГ) и пыли (УП)

ОГхВВ^УГ

оп*вв = т

= f(Vz,ob,vb), (11)

где ОГ,ОП — удельный объем образования газа и пыли соответственно, г/г.

Управляемые параметры горного производства:

— параметры уступа: / — высота, h — глубина, р — длина, м.

- параметры взрывного транспортирования горной массы: vz - взброс, оЬ отброс, vb - выброс.

Дня эколого-экономического обоснования рационализации параметров о крытой добычи доломитов на основе формирования вариантов технологическ параметров, конструктивных элементов системы разработки и технологическ операций буровзрывного комплекса, снижающих выбросы, необходим расчет пр дотвращенного экологического ущерба.

Представленный подход к расчету предотвращенного экологического ущер позволяет разработать экономико-математическую модель оценки вариантов раци нализации параметров ведения горных работ и природоохранной деятельности, качестве целевой функции модели предложен критерий эколого-экономической э фективности:

YvjeW]-cl-weuBB)

ЭЭ. = —--> max (i2)

УАе + УЗе + УУе + УВе '

где j - индекс вида доломитовой продукции; е - индекс варианта, V - объем дол

митовой продукции, м3; Ц"- цена единицы доломитовой продукции, руб/м3; С"

словно-постоянная часть себестоимости ведения горных работ, руб/м3; IV - удель-ый расход взрывчатых веществ кг/м3; Цва - стоимость взрывчатых веществ, руб/м3' Данная модель рассчитывается на период времени соответствующий нормаль-ому циклу ведения горных работ и функционирует при условии выполнения спеющих ограничений: по объему производства:

аз)

] J ]

де Vе - емкость рынка по доломитовой продукции, м3/год; V"- минимальный объем обычи, обусловленный требованиями ведения горных работ м3/год. по экономическим параметрам

С<цдт<ц\ (14)

де Цр - текущая рыночная цена доломитовой продукции, руб/м3, С - себестоимость оломитовой продукции, руб/м3. по экологическим параметрам

"-О« уА

VI УВ

де 5 - площадь , Га, / - год реализации мероприятий.

Предложенные подходы позволили разработать механизм эколого-кономического обоснования рационализации параметров, конструктивных элемен-в системы разработки и технологических операций буровзрывного комплекса, ижающих выбросы и минимизирующих ущерб экосистемам при открытой добыче оломитов (рис. 5).

Рис. 5. Механизм формирования эколого-экономической оценки и выбора в риантов технологических параметров открытой добычи доломитов

На первом этапе реализации механизма осуществляется исследование параме ров технологии добычи с рассмотрением процессов отбойки, сброса и размещен Выявляются фактически сложившиеся значения параметров ведения горных раб и их влияние на экологические показатели.

На втором этапе формируются варианты управления энергией взрыва с р ционализацией горнотехнических параметров. При этом в качестве управляем

араметров выступают: высота уступа, расположение скважин, конструкция заряда, а основе выявленных закономерностей формируются варианты параметров приме-емых технологий.

Далее осуществляется расчет экономических и экологических показателей. По кономической составляющей - это цена реализации доломита, зависящая от каче-твенных характеристик продукции и затрат на ведение горных работ. По экологи-еской — показатели, характеризующие пылегазовые выбросы. Далее они проверятся по системе выставляемых ограничений. В случае, если рассматриваемый вари-нт не соответствует выставляемым требованиям, рассматриваются следующие ва-ианты параметров технологии. В итоге формируется перечень эколого-кономически приемлемых вариантов ведения горных работ.

На заключительном этапе осуществляется эколого-экономическая оценка эф-ективности приемлемых вариантов при условии обеспечения роста объемов про-зводства. Вариант с максимальным значением эффективности принимается в раз-аботку.

На основе разработанного механизма формирования, оценки и выбора вариан-ов технологических параметров, конструктивных элементов системы разработки и хнологических операций буровзрывного комплекса, снижающих выбросы газов и ыли и соответствующий ущерб экосистемам, возможно принятие решения о ра-ионализации функционирования доломитовых карьеров.

Данный механизм был апробирован при разработке плана модернизации Бос-инского доломитового карьера. При разработке нагорных месторождений пер-ективно транспортирование полезного ископаемого до основания карьера минны-и зарядами ВВ с расположением горной массы равномерным слоем для ее погруз, что было рекомендовано на рассматриваемом предприятии. В результате были ормированы возможные варианты ведения горных работ, ориентированные на ижение негативного воздействия на окружающую среду при условии неснижения ъемов производства. В результате проверки вариантов на ограничения был ре-мендован вариант технологии, предусматривающий разработку Боснийского ме-орождения наклонными прирезками с взрывным транспортом полезного иско-

21

паемого и образованием равномерного развала в основании уступа повышенной вь соты.

При этом предлагаемая технология предотвращения загрязнения обеспечива концентрацию погрузочных работ в основании карьера взрывом, что на 2/3 снижа транспортные расходы. При годовом объеме добычи 700 тыс. тонн экономически эффект составляет 3,130 млн. руб. Снижение затрат на ВВ обеспечивает годово экономический эффект в размере 0,140 млн. рублей в год. Рекомендуемая технол гия одновременно позволяет снизить суммарные газопылевые выбросы в атмосфе на 33% и сбросы загрязняющих веществ на 15%. Экологический ущерб только параметру платежей за негативное воздействие на окружающую среду снизился годовом исчислении на 0,120 млн. рублей. С учетом капитальных и эксплуатацио ных затрат на ведение горных работ эколого-экономическая эффективность рек мендуемых мер составит 21%.

Заключение

В диссертационной работе на основе проведенных исследований дано нов решение актуальной научно-практической задачи - повышения эколог экономической эффективности разработки месторождений доломита открытым сп собом на основе формирования механизма взаимоувязки природоохранных мер приятий и технологий ведения горных работ с экологическими последствиями пр изводства с оценкой и выбором эффективных решений.

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

1. Научно обоснована необходимость разработки научных основ повышен эколого-экономической эффективности открытой разработки месторождений дол мита на основе улучшения технологических, экономических и экологических пар метров по критерию минимума газопылевого загрязнения атмосферы.

2. Выявлены производственные процессы открытой разработки месторожд ний доломита и их технологические параметры, оказывающие влияние на форм рование ущерба экосистемам окружающей среды.

3. Предложен инструментарий экономической оценки экологического ущерба т воздействия на элементы экосистемы газопылевых выбросов при ведении горных абот на нагорных карьерах, учитывающий распространение вредных веществ в кружающей среде.

4. Выявлены закономерности влияния технологических условий разработки есторождений и параметров ведения горных работ на образование пыли и газов ри отбойке, сбросе и размещении пород в карьере, позволяющие получить досто-ерную информацию о формировании экологического ущерба.

5. Сформирован перечень технологий и регулируемых параметров ведения орных работ, оказывающих влияние на формирование экологического ущерба и ачество получаемого горного сырья, на основе которого формируются варианты ринятия эколого-экономически оправданных технологических решений создаю-их условия для регулируемого транспортирования и измельчения минералов.

6. Установлено, что минимизацию экологического ущерба целесообразно существлять посредством снижения пылегазовых выбросов, обеспечивающегося а счет рационализации элементов системы разработки и технологических опера-ий буровзрывного комплекса в рамках предложенных подходов.

7. Сформулированы подходы к моделированию эколого-экономической эф-ективности рационализации параметров горных работ с целью снижения экологи-еского ущерба при обеспечении объемов производства и производственных издер-ек в соответствии с заданными ограничениями.

8. Предложен механизм формирования эколого-экономической оценки и выбо-а вариантов технологических параметров открытой добычи доломитов, обеспечи-ающих минимизацию негативного воздействия на окружающую среду. Апробация анного механизма для условий Боснийского месторождения позволила сформиро-ать вариант модернизации технологии с взрывным транспортом полезного иско-аемого и образованием равномерного развала минерала в основании уступа повы-енной высоты. Предложенный вариант характеризуется максимальной величиной олого-экономической эффективности - 21% при снижении суммарных газопыле-ых выбросов в атмосферу на 33% и сбросов загрязняющих веществ на 15%

23

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исмаилов Б.Т. Эколого-экономическое моделирование параметров ведени горных и взрывных работ с учетом их воздействия на компоненты окружающе среды// Горный информационно-аналетический бюллетень. Отдельные статьи. - М МГГУ, 2012.-№12-С. 33-45 .

2. Те A.A., Исмаилов Б.Т., Учет наилучших существующих технологий при эк номическом регулировании недропользования и природоохранной деятельности горнодобывающих предприятиях// Горный информационно-аналетический бюлл тень. Отдельные статьи. - М.: МГТУ, 2011. - № 12 — С. 3 — 7.

3. Исмаилов Б.Т. Технология управления природно-техническими система при открытой разработке нагорных месторождений доломитов// Горный информ ционно-аналетический бюллетень - М.: МГГУ, 2011. - №9 - С. 68 - 74.

4. Голик В.И., Исмаилов Т.Т., Исмаилов Б.Т., Мельков Д.А. Геологические мет ды исследования массивов// Горный информационно-аналетический бюллетень М.: МГГУ, 2009. -№3 - С. 89 - 93.

5. Исмаилов Б.Т. Охрана экосистем окружающей среды оптимизацией параме ров открытой разработки минералов// Горный информационно-аналетический бю летень - М.: МГТУ, 2007. - №1 - С. 65 - 66.

Подписано в печать 30.05.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2658

«=эми<_кин(_ни1 и 1 ^/ДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛДКя 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (499) 230-27-80; факс (495) 737-32-65