Науково-теоретичні основи екологічної безпеки гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню західного регіону України

Abstract

Наведено аналіз досліджень впливу гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню на стан навколишнього середовища. Визначено чинники впливу гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню на навколишнє середовище. Встановлено, що зі всього технологічного ланцюга виробництва щебеню найбільший вплив на довкілля чинять масові вибухи. Проведено вивчення екологічної обстановки навколо гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню. Зокрема, проведено оцінку впливу підривних робіт на стан атмосферного повітря. Встановлено залежність зміни радіаційного фону від висоти уступу кар’єра. Визначено, що гамма-фон відпрацьованого кар’єрного простору збільшується з заглибленням кар’єру. Досліджено процес розсіювання пилу з відвалу кар’єра та екологічний стан ґрунтів прилеглих до гранітних відвалів територій на основі біоіндикації. Встановлено залежність кількості хромосомних патологій рослин-індикаторів від відстані до відвалу гранітного кар’єру та визначено, що головними типами аберацій, які виявлено у меристематичних клітинах корінців обраних тест-об’єктів є делеції та транслокації. Проведено математичне моделювання процесу вибухового руйнування скельних порід із використанням конструкції заряду, яка передбачає формування радіального проміжку навколо заряду та заповнення його інертною речовиною для управління пилоутворенням та якістю гірської маси, на основі адаптованої моделі Ляхова Г. М. Встановлено закономірність проходження хвиль тиску в процесі вибуху залежно від акустичної жорсткості заповнювача проміжку між зарядом та стінкою свердловини, його величини. Визначено, що зі збільшенням акустичної жорсткості заповнювача пік тиску у ближній до заряду зоні зменшується. Розроблено конструкцію забійки, яка передбачає двостадійну очистку від шкідливих газів, утворених в процесі вибухового руйнування скельних порід, і базується на хемосорбції газів негашеним вапном або відходами виробництва, які його включають, та фізико-хімічній сорбції (адсорбції) цеолітами. Отримано кількісно-якісні характеристики адсорбуючого складу в забійці свердловини залежно від типу вибухової речовини, кількості та типу шкідливих газів, утворюваних нею під час вибуху, та параметрів свердловини. Проведено дослідження впливу складу вибухових речовин на вихід шкідливих газів та ефективність вибухових робіт на кар’єрах. Встановлено закономірність зміни кількості утвореного Нітроген (II) оксиду під час вибуху від хімічного складу дизельного палива у вибуховій речовині, що дозволяє змінити величину кисневого балансу і, відповідно, кількість утворених під час вибухів газів. Запропоновано підходи щодо оцінки впливу вибухових речовин на навколишнє середовище та щодо вибору вибухових речовин для проведення вибухових робіт у кар’єрах. Розроблено алгоритм цільової оцінки блочності та тріщинуватості масиву, який, крім розмірів блоків та міри тріщинуватості масиву, враховує форму та орієнтацію блоків, а також напрямок простягання та падіння тріщин. Набув подальшого розвитку підхід щодо визначення раціональних відстаней між зарядами в ряду і між рядами, який відрізняється від відомих тим, що враховує, окрім ефективності пропрацювання уступу, конфігурацію зони дроблення, яка характерна для тріщинуватих масивів скельних порід, її розміри, для випадків прямокутної і шахової мереж розташування зарядів. Наведено результати промислових випробувань розроблених заходів.

Приведен анализ исследований влияния горнопромышленных комплексов по производству щебня на состояние окружающей среды. Определены факторы влияния горнопромышленных комплексов по производству щебня на окружающую среду. Установлено, что среди всех технологических процессов производства щебня наибольшее влияние на окружающую среду оказывают массовые взрывы. Изучена экологическая обстановка вокруг горнопромышленных комплексов по производству щебня. В частности, проведена оценка воздействия взрывных работ на состояние атмосферного воздуха. Установлена зависимость изменения радиационного фона от высоты уступа карьера. Определено, что гамма-фон отработанного карьерного пространства увеличивается с углублением карьера. Исследован процесс рассеивания пыли с отвала карьера и экологическое состояние почв территорий, прилегающих к отвалам гранитных карьеров, на основе биоиндикации. Установлена зависимость количества хромосомных патологий растений-индикаторов от расстояния до отвала гранитного карьера и определено, что главными типами аберраций, которые обнаружены в меристематических клетках корешков избранных тест-объектов являются делеции и транслокации. Проведено математическое моделирование процесса взрывного разрушения скальных пород с использованием конструкции заряда, которая предусматривает формирование радиального промежутка вокруг заряда и заполнение его инертным веществом, для управления пылеобразованием и качеством горной массы на основе адаптированной модели Ляхова Г. М. Установлена закономерность прохождения волн давления при взрыве в зависимости от акустической жесткости заполнителя промежутка между зарядом и стенкой скважины и его величины. Определено, что с увеличением акустической жесткости заполнителя пик давления в ближней к заряду зоне уменьшается. Разработана конструкция забойки, которая предусматривает двухстадийную очистку от вредных газов, образованных при взрывном разрушении скальных пород, и базируется на хемосорбции газов негашеной известью или отходами производства, которые ее включают, и физико-химической сорбции (адсорбции) цеолитами. Получены количественно-качественные характеристики адсорбирующего состава в забойке скважины в зависимости от типа взрывчатого вещества, количества и типа вредных газов, образуемых им при взрыве, и параметров скважины. Исследовано влияние состава взрывчатых веществ на выход вредных газов и эффективность взрывных работ на карьерах. Установлена закономерность изменения количества образованного Нитроген (II) оксида при взрыве от химического состава дизельного топлива во взрывчатом веществе, которая позволяет изменить величину кислородного баланса и, соответственно, количество образованных при взрывах газов. Предложены подходы к оценке влияния взрывчатых веществ на окружающую среду и к выбору взрывчатых веществ для проведения взрывных работ в карьерах. Разработан алгоритм целевой оценки блочности и трещиноватости массива, который, кроме размеров блоков и меры трещиноватости массива, учитывает форму и ориентацию блоков, а также направление простирания и падения трещин. Получил дальнейшее развитие подход по определению рациональных расстояний между зарядами в ряду и между рядами, который отличается от известных тем, что учитывает, кроме эффективности проработки уступа, конфигурацию зоны дробления, которая характерна для трещиноватых массивов скальных пород, ее размеры, для случаев прямоугольной и шахматной сеток расположения зарядов. Приведены результаты промышленных испытаний разработанных мероприятий.

The analysis of researches of mining complexes influence during gravel production on the state of the environment is presented. The factors of mining complexes influence during gravel production on the environment are determined. It has been established that with the whole technological chain of gravel production, mass explosions have the greatest impact on the environment. The ecological situation around the mining complexes for the gravel production has been studied. In particular, the impact of blasting on the state of atmospheric air has been evaluated. The dependence of the radiation background on the height of the open-pit ledge has been set. It has been determined that the gamma background of the waste open-pit space increases with the deepening of the open-pit. The process of dust dispersion from the rock dump and the ecological state of the soils of the territories adjacent to the rock dumps have been studied based on bioindication. The dependence of the number of chromosomal pathologies of the indicator plants on the distance from the granite quarry dump has been set. It has been determined that the main types of aberrations in the meristematic root cells of selected test objects are deletions and translocations. Mathematical modeling of the explosive destruction of rocks using the charge design, which provides for the formation of a radial gap around the charge and filling it with an inert substance, to control dust formation and quality of rock mass has been held based on an adapted model of Lyakhov G. The pattern of pressure waves passage during blasting depending on the acoustic stiffness of the gap between the charge and the wall of the well and its magnitude has been set. It has been determined that with an increase in the acoustic stiffness of the filler the peak of pressure in the zone closest to the charge decreases. The design of the stemming, which involves a two-stage purification from harmful gases, formed during the explosive destruction of rocks, and is based on the chemisorption of gases by quicklime or production waste, which includes it, and physico-chemical sorption (adsorption) by zeolites, has been developed. The quantitative and qualitative characteristics of the adsorbent in the stemming of a well depending on the type of explosive, the amount and type of harmful gases, formed during the explosion, and the parameters of the well have been obtained. The effect of explosives composition on the amount of harmful gases and the efficiency of blasting operations in quarries has been researched. The pattern of change in the quantity of nitric oxide, formed during an explosion, depending on the chemical composition of diesel fuel in an explosive has been set. It allows changing the oxygen balance and, accordingly, the amount of gases, formed during explosions. Approaches to the assessment of the impact of explosives on the environment and the choice of explosives for blasting in quarries are proposed. The algorithm for the target evaluation of blockiness and fracturing of the rock massif, which, in addition to the blocks sizes and the measure of fracturing, takes into account shape and orientation of the blocks, the direction of the extension and fall of the cracks, has been developed. An approach to determining rational distances between charges in a row and between rows has been further developed. It differs from the well-known ones in that it takes into account, apart from the efficiency of working of the ledge, the configuration of the crushing zone, which is typical for fractured rock massifs, its size, for cases of rectangular and chess nets of charge locations. The results of industrial tests of developed ways and means are presented.