автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка метода формирования и оценки технологий открытых горных работ с учетом их взаимодействия на окружающую среду

_ с л Г; ?Г з ¿ии Пг..:

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московская государственная геологоразведочная академия

На правах рукописи РЕЗНИЧЕНКО Сергей Семенович

УДК 622.235.012.3

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ С УЧЕТОМ ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Специальность 05.15.03 — «Открытая разра^бтка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

, ¡Работа выполнена в Московской государственной геологоразведочной академии.

Научный руководитель

Лауреат государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Анистратов Ю. И.

Официальные оппоненты:

Лауреат государственной премии СССР, доктор технически* наук, профессор Певзнер М. Е.,

^кандидат технических наук, доцент Брылов Д. С.

¡Ведущая организация — АО «Золотоалмазпрогресс», г. Москва.

Защита состоится « » декабря 1994 г. в /д часов на заседании специализированного совета Д.063.55.02 в Московской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117873, Москва, ГСП-7, В-485, ул. Миклухо-Маклая, *23 аудитория (рЗ^ .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской геологоразведочной академии.

Автореферат разослан « » ноября 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

доктор технических наук, профессор Небера В. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов к обеспечения приемлемого для человека состояния среда обитания п районах с развитой промышленной инфраструктурой является одной из важнейших проблем развития современного общества. По оценкам специалистов по урону, который наносится окружающей природной среде добычен и переработкой полезных ископаемых, включая сжигание горючих полезных ископаемых на эичзгстнческих станциях, добывающая промышленность (в том числе и открытые горные работы) входит в число наиболее вредных сфер деятельности человечества. В силу своей специфики открытая разработка месторождении полезных ископаемых наиболее ярко демонстрирует все многообразие отрицательного техногенного воздействия деятельности человечества на экологическое равновесие окружающей среды.

Влияние горных работ на окружающую среду по сравнению с другими отраслями материального производства характеризуется комплексное зыо и воздействием сразу на все ее элементы: атмосферу, гидросферу, земную поверхность, флору, фауну и недра. Это влияние разнообразно по споим последствиям, а объемы происходящих, изменений сравнимы с естественными катаклизмами и могут серьезно подорвать - способность природной среды к восстановлению своего естественного состояния и самоочищению.

В данное время в проект горнодобывающего предприятия наряду с техническими, технологическими, экономическими, органи-. зационнымн и прочими решениями закладываются природоохранные и рекультивационные мероприятия. Но, несмотря на это, сохранение приемлемого для человека состояния среды обитания, например, достижение уровня предельно допустимых концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе, воде и почве является весьма проблематичным не только из-за наличия некоторых субъективных причин, но и потому, что проектирование природоохранных и рекультивационных мероприятии - это борьба со следствием. Задача же состоит в том, чтобы на стадии проектирования принять решения, обеспечивающие сохранение экологического равновесия окружающей среды.

Цель работы - разработка метода формирования и комплексной, количественной оценки вариантов технологий

открытых горных работ с учетом их воздействия на окружающую среду.

Основная идея работы заключается в использовании многокритериального подхода к формированию и оценке вариантов технологий открытых горных работ по совокупности экономических, технических и экологических показателей.

Научные положения, защищаемые п работе:

- установлены зависимости между параметрами оборудования и характеристиками-'технологических процессов и показателями, определяющими нарушения и загрязнение окружающей среды, на основе которых показано, что увеличение рабочих параметров и, соответственно, производительности выемочно-погрузочного оборудования ведёт к уменьшению техногенной нагрузки открытых горных работ на окружающую среду (уменьшение объёмов вредных выбросов, использования ресурсов и т.д.);

- объемы выбросов загрязняющих атмосферу веществ при взрывных работах линейно уменьшаются в зависимости от емкости ковша экскаватора; зависимость удельной площади нарушаемых открытыми горными работами земель от емкости ковша экскаватора носит параболический характер с минимальными значениями в диапазоне 15-20 куб.м; величина загрязнения окружающей среды в процессе транспорта горной массы различно для видов карьерного транспорта, зависит от его параметров и имеет минимальное значение для трубопроводного транспорта;

- для оценки технологии открытых горных работ и выбора, наиболее эффективной и экологически чистой рекомендуется использовать комплексный количественный критерий - функцию ценности (полезности), рассчитанную в баллах по совокупности экономических, технических и экологических показателен дат каждого варианта технологии.

Научная новизна работы состоит в установлении зависимостей влияния технических харающшстнк горного и транспортного оборудования, параметров технологических процессов и элементов систем разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду и создание на их основе метода количественной комплексной оценки вариантов технологий открытых горных работ с учетом экологических последствий.

Практическое значение работы заключается в создании инженерных методов и программного обеспечения расчетов на ПЭВМ воздействии открытых работ пи окружающую среду,

позволяющих формировать и обосновывать экологически безопасные технологии открытой разработки месторождений поле «пых ископаемых.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендации, сформулированных в диссертации, подтверждается:

- результатами статистического анализа информации по нарушению и загрязнению окружающей среды на действующих горных предпряя гаях;

- обработкой экспериментальных и аналитических данных воздействия открытых горных работ на окружающую среду;

- корректным использованием методов математического программирования ¡: тории выбора и принятия решений;

- положительными pen n,татами использования разработанных методик для оценки и прогнозирования экологических последствии открытых разработок на проектируемых и действующих горных предприятиях.

Реализация результатов исследовании. Результаты исследований использованы на карьере Мурунтау Центрального рудоуправления Напоинского горно-металлургического комбината н при проектировании открытых горных работ на стадии ТЭО на месторождении коренных алмазов цм.Ломоносова в Архангельской области.

Апробации работы. Дис^этапионная работа, её отдельные положения доклад],¡вались на научных кoнфq>eнцияx профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов Московского геолого-разведочного института (1990, 1991, 1992 гг.), па международном симпозиуме по проблемам разработки глубоких карьеров в г.Мирном, Якутия (1991 г.) и на техническом совете АО "Севералмаз" (1992 г.).

Публикации. По теме работы опубликованы 2 статьи. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 93 наименования, представлена на 118 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 27 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сьязь и взаимное влияние друг на др>та деятельности человека, в т.ч. производственной, и окружающей природной среды заметил н обосновал еще академик Н.И. Вернадский в своем фундаментальном труде "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения". Экологические проблемы горного проичиодсгца выдвинулись на одно из первых мест в горной науке благодаря исследованиям академиков РАН Агоц&кова М.И., Ржевского В.В., Трубецкого К.Н., профессоров Иванова Б.А., Певзнера М.Е., Ревазова М.А., Томакова П.И., Харченко В.А., Хохрякова A.B., Барского Л.А. и других учёных.

Учитывая сохраняющийся значительный удельный вес открытых горiи,ix работ (ОГР), для науки и праштпш горного производства особую важность приобретают задачи разработки и внедрения экологически чистых технологий, для чего прежде всего необходимо прогнозировать и оценивать экологические последствия открытой разработки месторождения.

Анащп научно-техиической и методической литературы по этой теме позволил выделить три основных подхода к решешпо проблемы оценки экологических последствий горного производства.

Большинство авторов предлагает оценивать влияние горных работ на окружающую среду в виде стоимостного выражения наносимого ей ущерба из-за нарушений и загрязнений ее естественного состояния. Такой ущерб является суммой локальных ущербов, наносимых атмосфере, гидросфере, биосфере, литосфере и другим компонентам природной системы. К стоимостным также относятся критерии, связанные с подсчетом затрат на снижение техногенного воздействия горных работ и воссгановде1ше природной среды: затраты на природоохранные мероприятия, затраты на рекультивацию, на рекреационную деятельность и т.п.

Невысокая объективность стоимостных критериев обуславливается:

- недостаточной обоснованностью, а зачасту^о и расплывчатостью, используемых ценовых показателей (оплата и штрафы за выбросы, приводящие* загрязнешпо окрул;;ьощей среды; стоимость уничтоженных природных ресурсов; недополученная или потерянная в результате загрязнения прибыль и т.д.);'

- невозможностью полностью выразить в с'иншосшон форме ущерб окружающей среде при ведешш ОГР вследствие неод-

породности fix влияния, а также уничтожения невосполнимых и уникальных природных ресурсов.

К группе стоимостных критериев тесно примыкают критерии, оценивающие площадь нарушенных горными работами земель, величина которой используется для характеристики и количественной оценки воздействия горного производства на окружающую сроду. Например, площади земельного и горного отводов, рекультивируемых земель и т.д.

Хуже изучены вопросы гидродинамических нарушении территорий загрязнений из-за осаждения твердых и газообразных веществ, выносимых из ^рабочей зоны карьера, отвалов и хвостохрапилнщ ветрами и водотоками. Комплексно оценивать влияние горных работ на окружающую среду по сумме площадей,' подвергающихся тому или иному виду вредного воздействия или безвозвратно потерянных во время их производства, предложил проф., д.т.11. Хохряков A.B., который в качестве критерия ввел понятие "зона техногенного влияния", образующаяся вокруг района ведения горных работ.

К недостаткам . "площадных" критериев относится их односторонность, т.е. неучет других видов экологических нарушений и их несоизмеримость, а также некорректность решений сложных диффузионных задач, связанных с рассеянием вредных веществ неграми и водотоками, в том числе подземными.

Третью группу составляют критерии, которые описывают процесс взаимодействия промышленной деятельности человека с окружающей средой. Если попытаться охарактеризовать эту группу кр!ггериев в целом, то можно сказать, что они являются наименее разработанным», малообоснованными и почти ire учитываются в практике горных работ.

Таким образом, общепринятый подход к решению эколого-экономических задач горного производства базируется, в основном, на использовании единого комплексного показателя - экологического ущерба, выраженного в стоимостной (вариант -"площадной") форме. Как показывают расчеты и опыт использования подобных критериев стоимостной оценки, ущерб природе при существующих ценовых показателях оказывается весьма небольшой, по сравнению с другими статьями себестоимости, практически не влияет на рентабельность горного предприятия и не сказывается на сопоставительной оценке вариантов'технологнн. Это приводит к тому, что решения, принимаемые при проектировании и эксплуатации карьеров не обеспечивают поиск и создание

экологически чистых технологий ОГР для конкретных природных условий.

В связи с этим, разработка метода формирования и комплексной, количественной оценки вариантов технологий ОГР с учетом их влияния на окружающую среду является актуальной проблемой.

Для достижения поставленной в диссертации цели были решены следующие задачи: ^

- исследование влияния технических характеристик горного и транспортного оборудования, параметров технологических процессов и элементов систем разработки на экологические показатели, характеризующие состояние окружающей среды;

- выбор и обоснование критериев и разработка методики количественной оценки вариантов технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых с учетом их влияния на экологическую среду;

- разработка инженерных методов расчета воздействия открытых горных работ на экологическое равновесие окружающей среды на основе полученных зависимостей;

- апробация созданных инженерных методов расчета и метода оценки вариантов технологий на примере обоснования технологии и механизации открытых горных работ на месторождении коренных алмазов им. М.В. Ломоносова в Архангельской области.

Анализ существующих методов и норм проектирования технологий ОГР, особенно выбор основного горного и транспортного оборудования показывает, что исходными данными являются свойства хорных пород и горно-геологнческие условия месторождений полезных ископаемых. Критерием сравнения вариантов принимаются приведенные затраты. Так доя крепких горных пород выбирается, в основном, буровзрывной способ подготовки горной массы к выемке и погрузка при помощи одноковшовых экскаваторов типа ЭКГ, для наклонных и крутопадающих месторождений - цикличный «(чаще всего -автомобильный) или комбинированный (авто-конвейерный) транспорт. Учет экологических последствий осуществляют путем принятия природоохранных мероприятий. В целом, это - борьба со следствием, а не с причиной.

Как известно, технология открытых горных работ состоит из технологических процессов, которые количественно и качественно по-разному влияют на окружающую среду. С целью выделить

ими б о лес важные факторы вредного воздействия основных технологических процессов ОГР на природную среду, дтя каждою m ('.их (бурение, экскавация, транспортирование, отпало-образование) были построены деревья свойств. Па них последователю по уровням иерархии были выделены рл (личные составляющие (элементы и параметры технологических процессов), оказывающие влияние на те или иные компоненты природной среды. Анализ каждого дерева свойств позволил установи п. для каждого технологического процесса основные факторы вредного воздействия.

К ннм относятся:

1) для буровзрывных работ - выбросы в атмосферу пылевидных и газообразных загрязняющих веществ;

2) дня пмемочпо-иогрузо'шых работ - удельная дефляция (ветровая эрозия) с рабочих поверхностей горных выработок, расход В В для различных типов пыемочио-погруточного оборудования (и, cootbcicthchho, выбросы загряшяющнх веществ в атмосферу при ведении взрывных работ) и удельная ¡еилсемкоеть при постоянном обI,еме горных работ;

3) ятя транспорта - отчуждение земель транспортными коммуникациями п выбросы в атмосферу пылевых и газообразных загрязняющих вещест в при транспортировании горной массы;

4) ятя отвалообразонання - отчуждение земель под отвалы и * 1;нря)нсние прилегающей к ним территории вследствие выноса с их поверхности пылевидных частиц (в т.ч. токсичных) ветрами и водотоками;

5) ятя карьера » целом - отчуждение земель карьерным полем, отвалами, транспортными коммуникациями.

Определения этих факторов позволило установит)» зависимости между ними н параметрами основных технологических процессов ОГР.

Например, практика показывает, что основным критерием выбора.необходимого типа ВВ служит его стоимость, Это приводит к использованию порошкообразных маломощных ВВ с отрицательным киелоро;иилм балансом. Следствием этого является выброс в атмосферу повышенного количества оксидов азота (МОх), Также ятя маломощных ВВ приходиться сгущать.сетку скважин, т.е. увеличивать количество гтерен ¡мельченной горной массы при взрывании, что совместно с увеличением количества бурового шлама приводит к сильному загрязнению атмосферы карьера и

прилегающей к нему местности пылевыми частицами, в том числе самими 1,рс;[ными для здоровья человека фракциями (< 10 мкм).

Проведенный анализ статистических данных результатов взрьшных работ на карьерах, исследований многих специалистов-гзр .гвников и ученых о процессе формирования пылегазового обл'ка и об его количественных и качествишых характеристиках, ¡юз; олил сделать вывод о том, что наиболее перспективным с точки зрснля экологической безопасности^ является использование на г рь^р;х с з'репкимн горными породами мощных твердых или ¡¡. лиобразных ВВ с нулевым или положительным кислородным !.« шнсоп.

Процесс бурения исследовался на предмет выделения пыли, в тел числе ее наиболее вредных для здоровья человека фракций (<10 мк л). При dtóm рассматривались различные типы буровых станков к пл. зкепнуатация в различных горно-технических условиях (породах разной крепости).

Установлено, что объем пыли, выделяемый на 1 м3 обуренной годной массы составляет:

Qn^H =0.15-Г^<Г кг/м3, где у - плотность породы, г/см3; двв - удельный заряд ВВ, кг/м3; ?; -выход шлама (•< 10 мкм) для различных типов буровых станков, %.

Зависимости шллевыделения на 1 м3 обуренной горной массы , от коэффициента крепости (f) для различных типов бурстанков приведены на рисунке 1.

Полученные зависимости показывают, что с ростом мощности станка пылевыделение уменьшается. Также они помогают установить рациональную область применения каждого стайка с точки зрения ei о экологической безопасности.

Для процесса экскавации исследовались зависимости выбросов в атмосферу пылевидных и газообразных за1ряз!тющих веществ, выделяющихся во время взрывных работ,(через определение удельного расхода ВЬ);площадн поверхностей горных выработок, и удельной землеемкости от рабочих параметров раз^чных типов и видов выемочно-погрузочного оборудования.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Г

Рис. 1. Зависимости пылевыделеиия на 1 м3 обуренной горной массы от коэффициента крепости горных пород (0 для различных типов бурстанков.

При этом удельный расход ВВ рассчитывался исходя из обеспечения необходимой кусковатости горной массы, которая в свою очередь зависит от геометрических размеров рабочего органа выемочно-погрузочного механизма (ковша, приемного бу)псера и т.д.) и от удельного усилия резания (копания), развиваемого на режущей кромке данного оборудования.

Полученные зависимости объемов выбросов загрязняющих веществ при взрывных работах ((^а.) от емкости ковша (Ек) выемочно-погрузочных механизмов носят линейный характер и описываются следующими выражениями:

- для ЭКГ:

..<3™» = 950,1-18,1-Ё, <3„0х =3563,1-67,7-Е; <2со = 403,8- 7,7-Ек '

для ЭГ:

дляЭШ:

д11ШИ= 929,2-26,0-Е, <3^ = 3484,6-97,6-Е, дот = 394,9-11,1- Ег

О.™ =1471,5-14,6. Е,

<ЗЫОх =551^,0-54,7-Ек

<Зсо = 625,4- 6,2-Е. - для колесных погрузчиков :

<50ЫИ! = 515,5-11,8-Е.

С?ЫОх =1933,2-44,1-Е,

Осо = 219,1- 5,0- Ек где Рпыли, дк0х и (}со - количество выбрасываемых в а тмосферу загрязняющих ее веществ, соответственно, пыли, оксидов азота (МОх) и окиси углерода (СО), кг/1000 м3 взорванной горной массы; Е, - емкость ковша экскаватора, м3.

Площади noвq>xнocтeй горных выработок рассчитывались с целью определения количества пыли, сдуваемой с них вследствие ветровой эрозии. Они. как и удельная землеемкосуь горного оборудования, рассчитывались для постоянного объема горных работ в единицу времени (за нее брался период продолжительностью в 1 год). Для определения влияния типов и параметром выемочно-погрузочного оборудования на выбросы вредных веществ в атмосферу карьера и на объёмы нарушений и отчуждений земель за основу принят минимальный элемент эксплуатационного пространства карьера, в котором работает один экскаватор -экскаваторный блок.

Исходя из этого, было установлено, что на вышеперечисленные факторы влияют как рабочие параметры самих выемочно-погрузочных машин, так и элементы систем разработки.

Объём пыли, сдуваемый с поверхностей горных выработок в результате дефляции (ветровой эрозии):

Г Ну у '

где а - угол откоса уступа, град; Т - срок отработки блока, сут; уо=0,1 - коэффициент измельчения горной массы; с|пыл. " удельное

пылевыделение с поверхности горных пород, кг/сек-м3; Н - высота уступа, м; Ьф - длина фронта работ, м; Ш - ширина рабочей площадки, м; А - ширина заходкн (развала), м.

Зависимости удельной (на 1 м3 экскавируемои горной массы) площади нарушаемых земель от ёмкости ковша экскаватора были получены для различных типов выемочно-погрузочного оборудования .исходя из их технических характеристик и параметров: высоты черпания (Нч),радиусов черпания и раз1рузки (соответственно Яч и Яр) и производительности ((?,„„.).

Был установлен гиперболический характер зависимости удельной площади нарушаемых земель Буд (га/млн.м3) от ёмкости ковша экскаватора. Эти зависимости приведены на рисунке 2 и имеют следующий вид:

- выемка ЭКГ из массива:

Буд = 4,39 + 22,34 / Ек,

- выемка ЭКГ из развала:

Буд = 3,57 + 25,83 / Е„

- выемка ЭГ из массива:

Буд = 4,79 + 26,49 / Ег

- выемка ЭГ из развала:

Буд = 2,47 +31,62/Е,

- выемка драглайном:

Буд = 1,59 + 16,12/ Е,

- выемка колесными погрузчиками:

Буд = 6,63 + 17,44 /Ек Для процесса транспортирования горной массы исследовались и были установлены зависимости выбросов в атмосферу карьера загрязняющих ее пылевидных и газообразных веществ, а также площадей отчуждаемых под транспортные коммуникации земель от рабочих параметров горного и транспортного оборудования и связанных с ним элементов систем разработки - ширины полосы транспортирования, транспортных берм , величины руководящего уклона горно-капитальных выработок и, соответственно, угла откоса борта карьера при постановке его в конечное положение и т.п.

И

ОТЧ.

га

109.874 654321-

0-

А

V год. = 1000000 |Г

погрузчики

Т

Т

т

I

Ек.м3

Г^ I Г

5 10 15 20

........выемка из развала;

-- выемка из массива.

Рис.2. Зависимости удельной площади нарушаемых земель Буд от ёмкости ковша экскаватора Е,.

Используя полученные формулы расчета выбросов загрязняющих веществ, для карьера с объёмом транспортируемой горной массы I млн.т при средней длине транспортирования 5 км и глубине карьера 100 м были получены зависимости выделяемой при транспортировании пыли (т) от производительности транспортных средств (тыс.м5/час) для различных видов транспорта.

Эти зависимости имеют следующий вид:

- для автосамосвалов и дизель-троллейвозов:

си. = 126,64+ 14,5/<гте„.

- дня конвейерного транспорта:

= 112,74 + 80,6/<ЗТИ11.

- для трубопроводного транспорта:

<2™. = 38,6 + 0,29/дтеха.

Анализ научно-технической литературы и данных о состоянии экологии в районах ведения открытых горных работ позволил установить влияние параметров отвалов и динамики отвальных работ на площади выноса и осаждения частиц горных пород с тела отвала ветрами и водотоками.

Установлено, что площадь, подвергающаяся загрязнению за счет ветровой эрозии и выноса вредных веществ водотоками, в том числе подземными, превосходит непосредственно отчуждаемую под отвалы. Особенно это проявляется в местностях с развитой сезыо водотоков и с устойчивыми господствующими ¡курами.

Скорость подвигания фронта отвальных, работ сказывается на быстроте формирования площадей, пригодных для рекультивации, что определяет количество пылевых частиц, сдуваемых с отвалов, и возвращение площадей в земельный фонд.

Все полученные зависимости н описывающие их расчетные формулы были использованы для создания методики количественной экологической оценки воздействия на окружающую среду основных технологических, процессов ОГР.

На основании этих зависимостей определены границы рационального использования горного и транспортного оборудования с точки зрения возможных экологических последствий их применения, а для конкретных горно-технических условий -наиболее экологически безопасно? оборудовать.

Доминирующий в настоящее время стоимостной подход в решении экологических задач горного производства обладает многими существенными недостатками. В целом, оценка различных решений в области открытой разработки месторождений является комплексной многофакторной проблемой гз-за их масштабности, сосредоточения значительных материальных и энергетических ресурсов, влияния на экологическое ргчисвест окружающей природной среды. В силу этого в любой задаче сложно вза1шоспг5заиь! природные, технические, экономические, экологические, социальны? н другие факторы. Причем влияние, многих из них рязнонаправл&ю. Поэтому любое обоснование должно быть хомЛлексным, а т.к. при принятии решений должны

учитываться и количественно оцениваться все вышеперечисленные факторы, то наша задача является типично многокритериальной. Исходя из этого, для ее решения применяется метод многокритериальной оптимизации. .

В диссертации разработана методика комплексной количественной оценки вариантов технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Методика базируется на использовании альтернативного п^афа вариантов механизации технологических процессов ОГР методом динамического профаммирокання и включает в себя 5 этапов.

На 1-ом этапе для конкретных горно-технических условий на основании технического задания на проектирование и известных областей рационального использования разлитых видов оборудования намечаются возможные варианты механизации по каждому из технологических процессов. Намеченные варианты составляют вершины альтернативного графа вариантов технологии горных работ ,причем, каждый уровень иерархии соответствует' определенному технологическому процессу (БВР, выемочно-погрузочные работы, транспортирование горной массы и отвалообразонапне).Ребрами 1рафа являются связи между технически и технологически совместимыми видами 'горного и транспортного оборудования смежных технологических процессов, т.е. пут и на графе отражают возможные технологические пот оки.

На 2-ом этапе осуществляется отбор критериев оценки вариантов. Для этого предъявляется совокупность экономических, технических, экологических и социальных критериев, и на основе оценки их важности по 10-ба.члыюй шкале определяются их вес и отбираются наиболее значимые для конкретных условий.

На 3-см этапе для каждого вида оборудования (вершины графа) подечнтываются абсолютные и относительные (относительно выбранного базового варианта) значения критериев оценки. Значения экологических критериев устанавливаются из полученных зависимостей между параметрами технологических процессов ОГР и нарушениями в окружающей природной среде.

В расчете экологических последствий от реализации различных технических и технологических решений предлагается учитывать также объем потребления основных видов ресурсов при эксплуатации горнодобывающих предприятий.

В работе в качестве исходных показателей используются: - объем рабочего пространства выемочио-погрузочиого оборудования;

- площади земной поверхности и горных выработок, полагающиеся вегроиой эрозии (дефляции)!

- удельное пылевыделени^ (или сдуваемость пыли);

- материалоемкость и энергоемкость технологических процессов и механизмов;

- показатели, характеризующие техногенное воздействие на окружающую среду (Г1ДК, ПДВ, относительная агрессивность загрязняющего вещества, общая масса выбрасываемых загрязняющих веществ для различных технологических процессов и механизмов и др.);

Расчет экологических критериев в этом этапе реализован программно для персональных компьютеров IBM PC и позволяет моделировать и оценивать всевозможные варианты сочетаний различных видов горного и транспортного оборудования по технологическим потокам на карьере. Для этого была создана база данных о параметрах (в том числе - экологических) практически всех видов применяемого и перспективного для' горно-технических условий России и других стран СНГ бурового, погрузочного, транспортного и вспомогательного оборудования. По установленным и заложенным в программу зависимостям и расчетным формулам й интерактивном режиме рассчитываются все необходимые экологические критерии, характеризующие применение конкретного горного и транспортного оборудования и составленных из них технологических потоков, а также разработку отдельной природно-технологнческой зоны карьера или всего карьера в целом.

Следующий 4-ый этап методики - количественная оценка варианта технологии ОГР основана на введении единого комплексного критерия (функции ценности), позволяющего однозначно и окончательно оценить сравниваемые варианты. Так как все критерии имеют разную размерность (экономические -рубли, %, время окупаемости и др.; экологические - объемы выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и их концентрация, площади отчуждаемых земель и пр.; медицинские -уровни заболеваемости, рождаемости, смертности и т.д.), то их значения необходимо нормировать в диапазоне от 0 до 1. При этом каждая вершина графа получает определенную количественную оценку в баллах .которая определяется из выражения:

Uj-KcW,,

где i - индекс критерия, i = 1, и; j - индекс варианта, j = 1 ,т; Wr вес i-ro критерия, Wi = 0,1; К^ - значения i-ro критерия "у j-ro варианта.

После того, как каждая вершина графа получает количественную оценку в баллах (условных единицах), то по имеющимся ребрам графа (технологическим связям) методом динамического программирования находится оптимальный вариант по min или шах баллон в зависимости от того, необходимо минимизировать или максимизировать значение функции ценности (полезности) альтернатив.

Апробация метода произведена для месторождения коренных алмазов им Ломоносова в Архангельской области в 1990-1992 п\

Само расположение месторождения накладывает много экологических ограничений па технологию ведения горных работ и строительство ГОКа. Район изобилует многочисленными водотоками, являющимися местами нереста уникальных пород лососевых рыб. Сама северная природа обладает ограниченными ресурсами самопроизводства и восстановления из-за суровости климата, длительных сроках вегетации растительности и т.д.

Кроме того, очень сложны и своеобразны горно-геологические и горно-технические условия залегания месторождения. К ним относятся чрезвычайная водообнльность горных пород, их ограниченная несущая способность и слабые физико-механические характеристики, перекрытие коренных полускальных вмещающих пород и рудной зоны мошной (до 50 м) толщей четвертичных рыхлых отложений (наносов).

Для этих природных условий в работе наряду с традиционной и наиболее апробированной технологией ведения горных работ в аналогичных горно-техничсскнх условиях, которая включает в себя:

- гидромеханизацию горных работ и применение мощных драглайнов на разработке наносов;

- буровзрывную подготовку полускальных горных пород, использование одноковшовых экскаваторов типа ЭКГ на выемке горной массы и мощных карьерных самосвалов при ее транспортировании, рассматривались и другие варианты технологии горных работ.

Для разработки наносов и рудной зоны предлагалось использовать гидравлические экскаваторы с погрузкой в автосамосвалы с нестандартным (увеличенным) кузовом.

На разработке полускальных горных пород рассматривалось применение фре^жмх комбайнов (роторных, стреловых и послойного фрезерования) и компактных роторных экскаваторов с погрузкой как в автомобильный транспорт, так и на передвижные ленточные конвейера. Все это оборудование, относящееся к машннам с повышенным усилием копания, позволяют практически полностью исключить БВР, что помимо снижения загрязнения ач мосфери вредными веществами позволяет и увеличить выход крупных кристаллов алмазов.

П.1 основании проведенной согласно разработанной методике комплексной кч>личее1 ьенион эколого-техшпсо-зкоиомнчсской оценки "..¡ри.ниов 1схш)лоп!11 аедения вскрышных работ было рекомендовано использован, « технологических потока ч на ра Фабог.че вскрышных пород пониженной крепости бярапаин«»-ро горные фрезерные • комбайны в комплексе с конвейерным транспортом, а в техиолш ичсских потоках на разработке вскрышных пород повышенной крепости фроерные комбайны послойного фрезерования п комплексе с большегрузными аптосамосваламп.

Для разработай покрывающих вскрышных пород и кимберлитов рекомендована технология с использованием гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием типа "рбратная лопата" в комплексе с автотранспортом.

Использование полученных результатов исследований на кимберлитовых месторождениях им. М.В.Ломоносова позполяет уменьшить влияние ОГР на окружающую среду по сравнению с традиционной технологией по таким составляющим, как выбросы пыли - в 1,5 раза; выбросы газов - в 2 раза; землеемкость горных работ - на 10%; количество основного промышленно-пронзводственного пq^coнaлa и, соответственно, антропогенная нагрузка на район освоения месторождения - в 2,5 раза, и приблизить его к минимальному, не нарушающему экологическое равновесие в окружающей среде. Кроме тч1го, рекомендуемые варианты технологий ОГР позволяют снизить размер инвестиций на 37%; энергоемкость и материалоемкость производства :оответственно в 2,5 и 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной, ручной задачи разработки метода формирования и комплексной,

количественной оценки вариантов технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых,. основанного. на установленных зависимостях влияния параметров технологии открытых горных работ на состояние окружающей среды 1. позволяющего определить наиболее эффективную технологию, обеспечивающую минимальное воздействие на окружающую среду.

Основные выводы и рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основании анализа научно-технической литературы установлено, что общепринятый подход к решению эколого-' экономических задач горного производства основан на использовании единого комплексного показателя - экологического ущерба, выраженного в стоимостной форме. Как показывает опыт, его величина оказывается весьма небольшой по сравнению с другими статьями себестоимости, практически не влияет на рентабельность горного предприятия и не сказывается на сопоставительной оценки вариантов технологий.

2. Теоретически показано, подтверждено расчетами и практикой действующих горных предприятий, что существенное влияние на состояние окружающей природной среды при ведении открытых горных работ оказывают технические и технологические параметры основного горного и транспортного оборудования. Их увеличение ведет к уменьшению техногенной на!рузки открытых горных работ на окружающую среду (снижение объемов вредных выбросов и используемых ресурсов, влияния антропогенного фактора и т.п.). «

3. На базе установленных зависимостей влияния технических характеристик горного и транспортного оборудования, параметров технологических процессов и элементов систем разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду по разработанной методике количественной экологической оценки технологии и механизации открытых горных работ следует осуществлять расчет экологических показателей и прогнозирование экологических последствий для различных вариантов технических и технологических решений.

4. Для формирования и обоснования экологически безопасных технологий открытой разработки месторождений полезных ископаемых разработан инженерный метод и создана компьютерная программа оценки воздействия открытых горных работ на окружающую чзеду "Горнодобывающее предприятие и окружающая среда", включающая в себя базы данных технических,

технологических и экологических характеристик большинства используемых на открытых горных работах видов и типов горного и транспортного оборудования.

5. Выбор технологии открытых горных работ необходимо осуществлять на основе построения альтернативного графа вариантов, вершинами которого являются возможные типы и виды горного и транспортного оборудования, разбитые по иерархическим уровням - технологическим процессам. Ребрами такого графа служат возможные технологические связи между вариантами механизации различных процессов. Оценка вершин графа (варианта типа оборудования) производится по совокупности экономических, технических, социальных и экологических показателей. Формирование варианта технологии, лучшего по комплексу критериев, следует осуществлять методом динамического программирования.

6. Использование результатов исследований и разработанного метода формирования, комплексной оценки и обоснования экологически безопасных вариантов технологий открытой разработай позволили рекомендовать для горнотехнических условий кимберлитовых месторождений им.Ломоносова в Архангельской области безвзрывную технологию ведения добычных и вскрышных работ с использованием нового и пq>cпeктивнoro для условий России оборудования дня открытых горных работ - мощных гидравлических экскаваторов и фрезерных комбайнов, что дает возможность уменьшить влияние ОГР на окружающую среду по сравнению с традиционной технологией: по выбросам пыли - в 1,5 раза; по выбросам газов - в 2 раза; по землеемкостн горных работ - на 10%; по антропогенному фактору -в 2,5 раза; снизить размер инвестиций на 37%; а энергоемкость и материалоемкость производства соответственно в 2,5 и 2 раза.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Резничешсо С.С., Анистратов Ю.И. Оценка проектных решений по открытой разработке месторождений полезных ископаемых с учетом обеспечения экологического равновесия окружающей среды. Проблемы открытой разработки глубоких карьеров II Труды международного симпозиума "Мирный-91".-1991.-с.201-204.

2. Реэниченко С.С., Анистратов Ю.И. Проектирование предприятий по открытой разработке месторождений полезных ископаемых с учетом обеспечения экологического равновесия окружающей среды (на примере месторождения коренных алмазов им.Ломоносова)//Тезисы докладов межреспубликанской научно-практической конференции 'пути решения эколопо-гехнолотческих задач на горных предприятиях". - Ташкент-¡991,-С.Н1-84.

ТипографияМГГУ, объем 1 п.л., заказ J019, тираж 100.