МЕТОДЫПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ
КРАЙНЕГО СЕВЕРА
М.Ю. Лискова, Н.А. Шаров, Р.Р. Дудаев, Д.И. Крищук
Аннотация
Ключевые слова: угольные разрезы, пыль, источники пылеобразования, методы пылеподавления, открытые горные работы, уголь, запыленность воздуха, борьба с пылью, пылевая нагрузка, отрицательные температуры, полезное ископаемое, добыча, карьер, топливо, крайний север.
Введение
Уголь – полезное ископаемое, вид топлива, источник 40% электроэнергии всего мира. Ископаемое, без которого невозможна выплавка чугуна и ферросплавов. Данный вид полезного ископаемого имеет три вида: каменный уголь, бурый уголь, и антрацит [1].
Угольная промышленность России демонстрирует наращивание добычи угля, на фоне увеличения экспорта полезного ископаемого. Однако, следует учесть, что уголь считается самым «грязным» видом топлива, и попадает под все новые ужесточения требований к экологии [2]. И во всех странах-потребителях нашего угля, вводятся программы по переходу на возобновляемые источники энергии и программы общей газификации.
Несмотря на это, количество потребляемого угля не снизиться, а снизится его мировая доля в выработке электроэнергии [3]. И для понижения рисков в угольной промышленности России следует сделать акцент на экспорт в восточные страны и добычу коксующегося и антрацитного угля, спрос на которые никогда не упадет.
Добыча угля на территории Российской Федерации производится открытым и подземным способом, на данный момент действует 59 шахт по добыче подземным способом и 108 угольных разрезов. Суммарная производственная мощность их всех 435 млн. тон угля. Численность всех работников в угледобывающей промышленности составляет 130 тыс. человек.
Отличительной особенностью добычи угля, по сравнению с другими полезными ископаемыми, является повышенная запылённость в шахтах и разрезах, опасность прорыва ядовитых и взрывоопасных газов, и возможность возгорания шахты, которые очень сложно тушить[4].
Основные угольные месторождения нашей страны расположены на юго-востоке, также имеются большие запасы качественного угля на северо-востоке страны. Основными предприятиями, добывающими уголь в нашей стране, являются:
1. «СУЭК» - в который входит 15 шахт и 12 разрезов в Сибири и на Дальнем Востоке, добывающих около 27% угля в России. В 2017 году компания добыла 107,8 млн. тонн угля [5].
2. «Кузбассразрезуголь» - компания ведет свою деятельность в Кемеровской области, и ей принадлежит 6 угольных разрезов и 1 угольная шахта, с которых добывает 46 млн. тон угля в год [5].
3. «СДС-Уголь» - добывающий 30 млн. тон в год на своих четырёх угольных разрезах и двух шахтах [5].
В настоящее время существует заинтересованность по добыче угля на Крайнем Севере России. Такая заинтересованность появилась по причине появления достаточного количества и мощностей ледоколов Российского флота, на сегодняшний день Россия обладает 41 ледоколом из них 8 атомных [6], для сравнения во всем мире всего 80 ледоколов. Ещё одной причиной, является «Глобальное потепление», которое за последние 100 лет увеличило среднюю температуру воздуха на 0,74 °C и уменьшило площадь поверхности льдов на 25% [7]. Все это дает возможности осваивать новые месторождения в Арктическом регионе России и конкурировать северному морскому пути с Суэцким каналом.
Для изучения пылеподавления на северных угольных предприятиях нами были изучены: угольный разрез «Юньягинский» (республика Коми), а также две шахты «Северная» и «Заполярная» (обе – Воркута, республика Коми). На них были определены значительные проблемы с пылеподавлением в условиях крайнего севера по причине низкой влажности и невозможности или дороговизне использования классических методов борьбы с пылью. Однако для изучения пылеподавления именно на разрезах, мы можем опираться только на опыт разреза «Юньягинский».
Прежде чем изучать методы пылеподавления в угольных карьерах непосредственно Крайнего Севера необходимо изучить специфику отработки полезных ископаемых в данных климатических условиях, источники пылеобразования, влияние пыли на организм человека и методы пылеподавления, которые используют на угольных разрезах в целом.
Особенности отработки угольных карьеров в условиях отрицательных температур
Для арктических регионов России характерно влияние экстремальных природно-климатических условий, очагового характера расселения и освоения, отсутствия нормальной транспортной инфраструктуры. Например, для нескольких труднодоступных районов Якутии стоимость доставки превышает стоимость добычи настолько существенно, что разработка месторождений местного угольного топлива осуществляется только в непосредственной близости от основных точек потребления [8].
Так, наряду с экстремальными природными и климатическими условиями жизнедеятельности, для регионов Арктической зоны РФ (АЗРФ) характерны высокая энергоемкость и низкая эффективность добычи природных ресурсов [9].
Отдельно стоит отметить проблему «северного завоза», с помощью которого население, проживающее на этой территории, обеспечивается необходимыми ресурсами. В настоящее время ее предлагается решать за счет использования возобновляемых и альтернативных, в том числе местных, источников энергии.
Электроснабжение Арктической зоны Северо-Востока России осуществляется от децентрализованных дизельных электростанций и отдельных изолированных энергоузлов [10]. Промышленные потребители тепловой энергии и электроэнергии представлены предприятиями по добыче полезных ископаемых. В ближайшей и среднесрочной перспективе существенный рост потребления энергии не прогнозируется.
На сегодняшний день действующие угледобывающие предприятия, участвующие в завозе угля в регион или поставляющие его в смежные районы используют традиционные открытые или подземные геотехнологии. При этом они сталкиваются со следующими производственными сложностями: слабой технической оснащенностью, высоким износом основных фондов, дефицитом квалифицированного персонала. Амортизационные отчисления и получаемая прибыль не обеспечивают проведение нормальных реновационных мероприятий [11].
Строительство промышленных и бытовых сооружений на ледяном панцире вечной мерзлоты, который постоянно меняет свою структуру, очень сложно. Рыхлые грунты–песчаники, галечники и глины в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Возведенные на них сооружения нагревают грунт, и он теряет монолитность, начинает подтаивать и смещаться. Строить основания зданий на мерзлоте можно, только приняв специальные меры для поддержания постоянной температуры грунта [12].
Сильные ветры и частые метели – это еще одна особенность Северного климата, с которой сталкиваются предприятия. К примеру, на Севере Якутии крайне тяжелые погодные условия, скорость ветра в 1 м/спо ощущениям человека понижает температуру воздуха на два градуса. Например, когда температура –40ºС и дует ветер в 18 м/с, мороз получается на уровне –80 ºС! Местный климат по жесткости уступает только антарктическому [13].
Кроме этого, горные работы обычно сопровождаются интенсивным пылеобразованием и выбросами пыли в окружающую среду. Зона покрытия земной поверхности пылевыми выбросами обычно в десятки раз превышает размеры промплощадок [14].
Значение этого экологического фактора при освоении месторождений в криолитозоне многократно возрастает вследствие наличия мощных потоков трансграничного переноса пассивных загрязнений [15].
Еще одной отличительной особенностью Крайнего Севера и Арктики в частности является режим солнечной активности. Здесь целый год делится на полярный день и полярную ночь протяженностью по полгода.
Все эти особенности, перечисленные выше, сильно усложняют добычу полезного ископаемого в условиях Крайнего Севера.