Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд
Цель. Обосновать технологии выполнения буровзрывных работ, позволяющих снизить количество опасных веществ, влияющих на уровень экологической безопасности при подземной разработке руд. Результаты. Исследование экологического состояния атмосферного воздуха вблизи железорудной шахты позволило выявить з...
Saved in:
| Published in: | Розробка родовищ |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2017
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145694 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд / О. Хоменко, М. Кононенко, И. Миронова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 2. — С. 69-67. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-145694 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Хоменко, О. Кононенко, М. Миронова, И. 2019-01-26T14:01:06Z 2019-01-26T14:01:06Z 2017 Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд / О. Хоменко, М. Кононенко, И. Миронова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 2. — С. 69-67. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2415-3435 DOI: https://doi.org/10.15407/mining11.02.059 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145694 622.23:504.3.054 Цель. Обосновать технологии выполнения буровзрывных работ, позволяющих снизить количество опасных веществ, влияющих на уровень экологической безопасности при подземной разработке руд. Результаты. Исследование экологического состояния атмосферного воздуха вблизи железорудной шахты позволило выявить закономерности изменения приземной концентрации экологически опасных веществ от расстояния до вентиляционного ствола. Установлены значения индексов опасности при изменении расстояния от источника выброса при использовании тротилосодержащих и эмульсионных взрывчатых веществ. Мета. Обґрунтувати технології виконання буропідривних робіт, які дозволили знизити кількість небезпечних речовин, що впливають на рівень екологічної безпеки при підземній розробці руд. Результати. Дослідження екологічного стану атмосферного повітря поблизу залізорудної шахти дозволили встановити закономірності зміни приземної концентрації екологічно небезпечних речовин від відстані до вениляційного ствола. Встановлено значення індексів небезпеки при зміні відстані від джерела викиду при використанні тротиловмістких і емульсійних вибухових речовин. Purpose. To substantiate drilling-and-blasting technologies allowing to reduce the amount of hazardous substances affecting the level of ecological safety during underground ore mining. Findings. The research into ecological condition of the atmospheric air in the vicinity of iron-ore mine allowed to reveal the regularities of changing the ground level concentration of ecologically hazard substances depending on the distance to the ventilation shaft. Values of hazard indices were determined for different distances from the emission source in the cases of TNT-based and emulsion explosives application. За предоставление исходных данных и оказанную поддержку при проведении лабораторных исследований авторы выражают благодарность директору по производству В.Ю. Усатому и главному специалисту по охране окружающей среды В.Ю. Самойлову ЧАО “Запорожский ЖРК” (г. Днепрорудное). ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд Еколого-технологічні аспекти підземного видобутку залізних руд Ecological and technological aspects of iron-ore underground mining Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| spellingShingle |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд Хоменко, О. Кононенко, М. Миронова, И. |
| title_short |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| title_full |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| title_fullStr |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| title_full_unstemmed |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| title_sort |
эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд |
| author |
Хоменко, О. Кононенко, М. Миронова, И. |
| author_facet |
Хоменко, О. Кононенко, М. Миронова, И. |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Розробка родовищ |
| publisher |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Еколого-технологічні аспекти підземного видобутку залізних руд Ecological and technological aspects of iron-ore underground mining |
| description |
Цель. Обосновать технологии выполнения буровзрывных работ, позволяющих снизить количество опасных веществ, влияющих на уровень экологической безопасности при подземной разработке руд. Результаты. Исследование экологического состояния атмосферного воздуха вблизи железорудной шахты позволило выявить закономерности изменения приземной концентрации экологически опасных веществ от расстояния до вентиляционного ствола. Установлены значения индексов опасности при изменении расстояния от источника выброса при использовании тротилосодержащих и эмульсионных взрывчатых веществ.
Мета. Обґрунтувати технології виконання буропідривних робіт, які дозволили знизити кількість небезпечних речовин, що впливають на рівень екологічної безпеки при підземній розробці руд. Результати. Дослідження екологічного стану атмосферного повітря поблизу залізорудної шахти дозволили встановити закономірності зміни приземної концентрації екологічно небезпечних речовин від відстані до вениляційного ствола. Встановлено значення індексів небезпеки при зміні відстані від джерела викиду при використанні тротиловмістких і емульсійних вибухових речовин.
Purpose. To substantiate drilling-and-blasting technologies allowing to reduce the amount of hazardous substances affecting the level of ecological safety during underground ore mining. Findings. The research into ecological condition of the atmospheric air in the vicinity of iron-ore mine allowed to reveal the regularities of changing the ground level concentration of ecologically hazard substances depending on the distance to the ventilation shaft. Values of hazard indices were determined for different distances from the emission source in the cases of TNT-based and emulsion explosives application.
|
| issn |
2415-3435 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145694 |
| citation_txt |
Эколого-технологические аспекты подземной добычи железных руд / О. Хоменко, М. Кононенко, И. Миронова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 2. — С. 69-67. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT homenkoo ékologotehnologičeskieaspektypodzemnoidobyčiželeznyhrud AT kononenkom ékologotehnologičeskieaspektypodzemnoidobyčiželeznyhrud AT mironovai ékologotehnologičeskieaspektypodzemnoidobyčiželeznyhrud AT homenkoo ekologotehnologíčníaspektipídzemnogovidobutkuzalíznihrud AT kononenkom ekologotehnologíčníaspektipídzemnogovidobutkuzalíznihrud AT mironovai ekologotehnologíčníaspektipídzemnogovidobutkuzalíznihrud AT homenkoo ecologicalandtechnologicalaspectsofironoreundergroundmining AT kononenkom ecologicalandtechnologicalaspectsofironoreundergroundmining AT mironovai ecologicalandtechnologicalaspectsofironoreundergroundmining |
| first_indexed |
2025-11-25T22:44:36Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:44:36Z |
| _version_ |
1850570484916158464 |
| fulltext |
Founded in
1900
National Mining
University
Mining of Mineral Deposits
ISSN 2415-3443 (Online) | ISSN 2415-3435 (Print)
Journal homepage http://mining.in.ua
Volume 11 (2017), Issue 2, pp. 59-67
59
UDC 622.23:504.3.054 https://doi.org/10.15407/mining11.02.059
ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД
О. Хоменко1, М. Кононенко1*, И. Миронова2
1Кафедра подземной разработки месторождений, Национальный горный университет, Днепр, Украина
2Кафедра экологии и технологий защиты окружающей среды, Национальный горный университет, Днепр, Украина
*Ответственный автор: e-mail kmn211179@gmail.com, тел. +380676626205
ECOLOGICAL AND TECHNOLOGICAL ASPECTS
OF IRON-ORE UNDERGROUND MINING
O. Khomenko1, M. Kononenko1*, I. Myronova2
1Underground Mining Department, National Mining University, Dnipro, Ukraine
2Ecology and Environmental Protection Technologies Department, National Mining University, Dnipro, Ukraine
*Corresponding author: e-mail kmn211179@gmail.com, tel. +380676626205
ABSTRACT
Purpose. To substantiate drilling-and-blasting technologies allowing to reduce the amount of hazardous substances
affecting the level of ecological safety during underground ore mining.
Methods. The laboratory research of atmospheric air condition in the vicinity of mine were conducted by means of
the physical-chemical analysis. The normative technique for calculation of harmful substances concentration in the
atmospheric air was used for defining peculiarities of ecologically hazardous substances dispersion in the atmosphere
from mine ventilation shafts.
Findings. The research into ecological condition of the atmospheric air in the vicinity of iron-ore mine allowed to
reveal the regularities of changing the ground level concentration of ecologically hazard substances depending on the
distance to the ventilation shaft. Values of hazard indices were determined for different distances from the emission
source in the cases of TNT-based and emulsion explosives application.
Originality. Regularities of hazard index change depending on the ground level concentration of ecologically haz-
ardous substances and the distance to emission sources were established.
Practical implications. The new technology of drilling-and-blasting operations using eco-friendly emulsion explo-
sives during ore deposits mining by means of square-chamber system is proposed. It will allow to lessen ecological
hazard indices of harmful substances effect.
Keywords: emission source, ground level concentration, ecologically hazardous substances, physical-chemical anal-
ysis, emulsion explosives, hazard index
1. ВВЕДЕНИЕ
Мировые запасы железных руд оцениваются в
180 млрд метрических тонн, что составляет порядка
8 млрд тонн чистого железа. Из этих разведанных
запасов около 30 млрд метрических тонн принадле-
жат Украине. По содержанию железа в руде Украина
(9 млрд тонн) занимает четвертое место после Брази-
лии (16 млрд тонн), Австралии (15 млрд тонн) и Рос-
сии (14 млрд тонн). Запасы железных руд Украины
сосредоточены в 52 месторождениях, из которых в
настоящее время разрабатываются 24. По производ-
ству товарных железных руд (4.9% мировых) Украи-
на занимает 7-е место в мире, уступая лишь Китаю,
Бразилии, Австралии, Индии, Росси и США (Plot-
nikov & Petrusenko, 2003). Наиболее значимыми ме-
сторождениями железной руды в Украине являются
следующие: Криворожский железорудный бассейн,
Кременчугский железорудный район, Белозерский
железорудный район, Конкский район магнитных
аномалий, Приднепровский железорудный район,
Приазовский железорудный район, Одесско-
Белоцерковский железорудный район и Керченский
железорудный бассейн (Kholodov, Golubovskaya, &
Nedumov, 2014; Kurilo, 2014). Из перечисленных
месторождений железных руд в настоящее время
открытым и подземным способами разрабатываются
Криворожско-Кременчугская железорудная зона
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
60
(бассейн) и подземным способом Белозерский желе-
зорудный район. Руды Криворожского бассейна раз-
рабатываются 9 карьерами и 7 шахтами, Кременчуг-
ский железорудный район – 2 карьерами, Белозер-
ский железорудный район – 2 шахтами (Peregudov,
Gritsina, & Dragun, 2010).
Многолетняя эксплуатация месторождений со-
провождается отрицательным воздействием на окру-
жающую среду, затрагивая практически все ее эле-
менты, и привела к повышению уровней загрязнен-
ности атмосферного воздуха, водных объектов, зе-
мельных угодий, а также накоплению значительного
количества промышленных отходов в горнодобыва-
ющих регионах Украины (Lozynskyi, Dychkovskyi,
Falshtynskyi, Saik, & Malanchuk, 2016). Масштабы
техногенного воздействия на биосферу зависят от
объема основного производства и в связи с возмож-
ным увеличением добычи руды имеют тенденцию к
дальнейшему росту. Такая ситуация приводит к из-
менению естественных условий существования жи-
вых организмов, включая человека, уменьшению
биоразнообразия, повышению уровня заболеваемо-
сти и сокращения продолжительности жизни населе-
ния. Поэтому разработка и внедрение высокоэффек-
тивных природоохранных технологий (Saik, Dych-
kovskyi, Lozynskyi, Malanchuk, & Malanchuk, 2016),
которые позволят повысить уровень экологической
безопасности при добыче полезных ископаемых и
улучшить состояние объектов окружающей среды
является актуальной задачей.
2. ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
По уровню образования и объемам выбросов
вредных веществ в атмосферу горнорудная промыш-
ленность является одной из отраслей, наиболее за-
грязняющих воздушный бассейн. В результате дея-
тельности горнорудных предприятий техногенным
влиянием на воздушный бассейн оказывают органи-
зованные и неорганизованные выбросы в атмосферу
экологически опасных веществ, что приводит к за-
пылению и загрязнению атмосферы в рабочей зоне и
прилегающих территорий, росту заболеваемости и
негативному влиянию на живые организмы (Gorova
& Klimkina, 2007). При этом характер и масштабы
этого влияния в каждом конкретном случае различны
и определяются производственно-техническими и
зонально-климатическими особенностями разраба-
тываемых месторождений.
С целью снижения негативного влияния на окру-
жающую среду во время проведения взрывных работ
все карьеры Украины переведены на эмульсионные
взрывчатые вещества (ВВ), при взрывании одного
килограмма которых в воздух выбрасывается всего
двадцать литров газа, что почти в четырнадцать раз
меньше, чем при использовании тротилосодержащих
ВВ. При подземных горных работах в железорудных
шахтах использование эмульсионных ВВ составляет
около 5%, что связано с разработкой технологии веде-
ния подземных горных работ и зарядных машин для
использования этих ВВ. Поэтому на сегодняшний
день на железорудных шахтах Украины до сих пор в
качестве основных ВВ используются тротилосодер-
жащие ВВ (Рис. 1). После проведения взрывных работ
в подземных условиях загрязненный воздух из шахт
через вентиляционные стволы выбрасывается в атмо-
сферу без очистки. Это связано с тем, что на сего-
дняшний день не существует эффективного оборудо-
вания и очистных устройств для улавливания и очист-
ки газов, которые выдаются на поверхность в значи-
тельных объемах. В зависимости от расположения
шахт и их вентиляционных стволов, выбрасываемая
струя воздуха негативно воздействует на все объекты
окружающей среды на прилегающей территории.
Рисунок 1. Использование разных типов ВВ на желе-
зорудных шахтах Украины
Анализ технических показателей производствен-
ной деятельности железорудных шахт Криворожско-
го бассейна и Белозерского железорудного района
позволил установить, что шахтами “Эксплуатацион-
ная” и “Проходческая” Частного акционерного обще-
ства “Запорожский железорудный комбинат” (ЧАО
“ЗЖРК”) для добычи железных руд используется в
среднем до 30000 т ВВ в год, что в 5 – 7 раз больше,
чем на каждой железорудной шахте Кривбасса в
отдельности. На основе распределения выбросов
экологически опасных веществ из вентиляционных
стволов железорудных шахт Украины (Рис. 2) на
долю ЧАО “ЗЖРК” приходится 36% выбросов. По-
этому промышленная площадка ЧАО “ЗЖРК” и при-
легающая к ней территория представляет собой акту-
альный полигон для проведения исследований.
Рисунок 2. Распределение выбросов экологически опас-
ных веществ из вентиляционных стволов
железорудных шахт Украины
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
61
3. АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
На протяжении 2006 – 2010 гг. производился от-
бор проб воздуха в канале вентиляторов главного
проветривая с использованием пробоотборника,
полиэтиленовых мешков для проб и переносной
пневматической установки с автономным питанием.
Мешки с отобранными пробами анализируемого
воздуха доставляли в лабораторию ЧАО “ЗЖРК”,
где определяли концентрации оксида углерода с
помощью электрохимического газоанализатора
“Палладий-3М”, а оксиды азота – газоопределителем
ГХ-М, результаты измерения концентраций эколо-
гически опасных веществ в полном объеме пред-
ставлены в работе (Gorova & Myronova, 2011). В
результате проведенных измерений установлены
зависимости изменения концентрации окиси углеро-
да и оксидов азота от удельного годового расхода
тротилосодержащих ВВ. Дальнейшие исследования
позволили получить методику, позволяющую опре-
делить концентрацию экологически опасных ве-
ществ в загрязненной струе воздуха канала вентиля-
тора в зависимости от удельного годового расхода
ВВ для каждого вентиляционного ствола.
Авторами в работе (Mironova & Pavlichenko, 2013)
представлены результаты исследования качества
атмосферного воздуха в районе размещения ЧАО
“ЗЖРК”. Определение рассеивания экологически
опасных веществ в атмосфере от источников выброса
выполнялось с использованием методики расчета в
атмосферном воздухе концентраций экологически
опасных веществ, содержащихся в выбросах пред-
приятий ОНД-86.
Определение приземной концентрации суммар-
ного воздействия экологически опасных веществ
позволило:
– установить влияние приземной концентрации
суммарного воздействия экологически опасных ве-
ществ расстояние от источника выброса от удельного
годового расхода ВВ;
– выявить закономерности изменения приземной
концентрации суммарного воздействия экологически
опасных веществ с увеличением расстояния от венти-
ляционных стволов шахты и удельного расхода ВВ;
– разработать методику определения приземной
концентрации суммарного воздействия экологически
опасных веществ от расстояния до источников вы-
броса и удельного годового расхода тротилосодер-
жащих ВВ.
С помощью методов оценки состояния компонен-
тов окружающей среды и биологических объектов
производились исследования состояния атмосферно-
го воздуха методом биоиндикации (Mironova &
Borysovs’ka, 2014). Тест-полигоны располагались у
трех вентиляционных стволов ЧАО “ЗЖРК” в четыре
стороны света на расстоянии 50, 100, 300, 500, 1000 и
2000 м. Эти расстояния приняты таким образом, что-
бы были исследованы наиболее опасные участки
вблизи источников загрязнения. По результатам ис-
следования построены поля условного показателя
повреждаемости (УПП) индикаторов на промышлен-
ной площадке и территории прилегающей к ЧАО
“ЗЖРК” за 2009, 2010 и 2011 гг. Дальнейшие иссле-
дования позволили установить график зависимости
УПП индикаторов от расстояния до источника вы-
броса и выявить закономерности изменения УПП
индикаторов от удельного годового расхода ВВ и
расстояния до источника выброса.
Полученные результаты исследования токсико-
мутагенного фона промышленной площадки и при-
легающих территорий к ЧАО “ЗЖРК” за период
2009 – 2011 гг. позволили установить корреляцион-
ную зависимость между УПП и приземной концен-
трацией суммарного воздействия экологически опас-
ных веществ, а также выявить закономерность изме-
нения УПП от приземной концентрации суммарного
воздействия. Дальнейшие исследования позволили
установить зависимости изменения линейных разме-
ров, массовых показателей и биологической урожай-
ности озимой пшеницы от расстояния до источника
выброса. Исследования биологических признаков
озимой пшеницы позволили установить корреляци-
онную зависимость изменения биологической уро-
жайности от величины приземной концентрации
суммарного воздействия экологически опасных ве-
ществ и выявить закономерность изменения биоло-
гической урожайности от величины приземной кон-
центрации суммарного воздействия.
Анализ результатов исследования атмосферного
воздуха вблизи вентиляционных стволов ЧАО
“ЗЖРК” с помощью физико-химического анализа и
биологической оценки позволили установить, что
рудничный воздух, исходящий из стволов, насыщен-
ный экологически опасными веществами, образую-
щихся в результате ведения подземных горных ра-
бот, а в частности буровзрывных работ, оказывает
существенное влияние на окружающую флору. В
результате анализа выполненных исследований уста-
новлено, что приземная концентрация суммарного
воздействия изменяется по экспоненциальной зави-
симости от источников выброса. Далее в результате
биологической оценки также установлено, что исхо-
дящий воздух из вентиляционных стволов негативно
влияет на развитие и развитие как высших растений,
так и зерновых культур. С увеличением расстояния
от источников выброса влияние рудничного воздуха
на флору снижается. Поэтому проведенные исследо-
вания обусловливают необходимость применения
современных экологически чистых эмульсионных
ВВ и разработки новых технологий ведения буро-
взрывных работ как при проведении горных вырабо-
ток, так и при выполнении очистных работ.
4. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
Добыча железных руд подземным способом в по-
давляющем большинстве связана с ведением буро-
взрывных работ, которые во многом определяют эф-
фективность разработки месторождений (Petlovanyi,
2016). Учитывая высокую стоимость промышленных
тротилосодержащих ВВ (аммонит № 6 ЖВ, граммонит
79/21, граммонит А), их опасность при транспортиро-
вании, особенно больших объемов, и перспективы
развития горнодобывающих предприятий, целесооб-
разно применение ВВ, изготавливаемых непосред-
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
62
ственно на местах ведения взрывных работ. Это свя-
зано не только с безопасностью ведения горных ра-
бот, но и с меньшими объемами выделения продук-
тов взрывания. В качестве такого ВВ авторами пред-
лагается применение эмульсионного ВВ типа Украи-
нит-ПМ-2Б. Так при взрывании 1 кг предлагаемого
ВВ в облаке образовывается 0.056 моль СО или
1.25 л оксида углерода. Выделение оксидов азота
термодинамически маловероятно. Кроме того,
наличие в продуктах взрыва оксида кальция (СаО)
обеспечивает поглощение окислов азота, которые
могут образовываться при нарушении стехио-
метрического соотношения компонентов или
неполного реагирования компонентов при взрывном
превращении зарядов.
Исходя из рецептурного состава и соотношения
компонентов, можно утверждать, что в продуктах
взрыва украинит-ПМ-2Б не содержится токсичных
оксидов азота. Выделение угарного газа СО в
количестве до 1.25 л на 1 кг эмульсионного ВВ в
2 раза меньше, чем при применении тротило-
содержащих ВВ. Из практики ведения взрывных работ
и анализа научно-технических данных известно, что
качественный и количественный состав вредных газов
и твердых продуктов реакции взрывчатого
превращения заряда зависит как от типа ВВ, так и от
условий взрывания (химического состава ВВ, физико-
механических свойств горных пород, технологии
взрывных работ). Несмотря на то, что рецептурный
состав тротилосодержащих ВВ сбалансированный на
нулевой кислородный баланс, фактически они
являются источниками выделения больших объемов
оксидов углерода и азота.
В 2001 году для условий разработки запасов руды
в интервале глубин 640 – 1040 м Южно-Белозерского
месторождения исследователями НИГРИ Государ-
ственного ВУЗ “КНУ” был разработан вариант этаж-
но-камерной системы разработки с расположением
камер вкрест простирания залежи и последующей
закладкой выработанного пространства твердеющи-
ми смесями. Опираясь на существующую техноло-
гию ведения очистных работ, принятой на комбина-
те, разработку запасов руд в этажах ниже горизонта
640 м осуществляют первичными и вторичными
очистными камерами. Камеры первой очереди отра-
ботки по простиранию представляют собой прямо-
угольно-ромбовидную форму, а вкрест простирания
месторождения камеры имеет наклонное днище в
сторону пород висячего бока. Камеры второй очере-
ди отработки по простиранию имеют идентичную
форму, как и камеры первой очереди, а вкрест про-
стирания месторождения представляют собой форму
в виде перевернутого прямоугольного треугольника.
В производственную стадию очистных работ при
отработке запасов руд входят такие комплексы ра-
бочих процессов как подсечка, отрезка и непосред-
ственно отбойка запасов блока. Подсечка запасов
блока осуществляется разворотом воронок вокруг
выпускных выработок. Отрезка запасов блока про-
изводится следующим образом. На каждом подэтаж-
ном горизонте по почве отрезного штрека бурят
нисходящие параллельные пучки скважин в направ-
лении бурового орта. Для образования вертикальной
отрезной щели по всей высоте будущей камеры
взрывают пучки параллельных скважин на отрезной
восстающий. Отбойка руды в блоках осуществляется
следующем образом. Из подэтажных буровых ортов
по всей длине образования камер бурят вертикаль-
ные восходящие веера глубоких скважин, которые
располагаются параллельно отрезной щели. Отделе-
ние и дробление руды производится путем взрыва-
ния вееров скважин на заранее образованную отрез-
ную щель. На откаточном горизонте отбитую руду
выпускают из камер и грузят в вагонетки с помощью
виброустановок.
Проведя анализ технологии ведения очистных ра-
бот в добычных блоках можно сделать вывод, что
технология отбойки руды при камерной системе раз-
работки предусматривает использование значитель-
ных объемов тротилосодержащих ВВ. Поэтому для
усовершенствования ведения очистных работ предла-
гается усовершенствовать технологические парамет-
ры ведения буровзрывных работ, а именно предло-
жить новую технологию ведения очистных работ с
использованием эмульсионных ВВ при отработке
залежей любой мощности. Авторами для усовершен-
ствования ведения очистных работ при камерных
системах разработки было предложено усовершен-
ствовать существующую методику расчета парамет-
ров буровзрывных работ для отбойки руды с приме-
нением эмульсионных ВВ (Khomenko, Kononenko, &
Myronova, 2013). Сущность предлагаемой технологии
отбойки руды заключается в том, что бурение вееров
скважин осуществляют в направлении нижележащего
подэтажа. После чего нисходящие веера скважин
заряжают эмульсионными ВВ (Рис. 3, 4).
Рисунок 3 Технологическая схема ведения очистных
робот с использованием эмульсионных ВВ для
рудных залежей мощностью 5 – 25 м (Kho-
menko, Kononenko, Myronova, & Maltcev, 2015):
1 – полевой откаточный штрек; 2 – погру-
зочный заезд; 3 – штрек подсечки; 4 – штрек
доставки; 5 – рудоспуск; 6 – подэтажный
буровой штрек; 7, 8 – вентиляционно-буровые
штреки; 9 – подсечное пространство;
10 – отрезная щель; 11 – веера нисходящих
скважин; 12 – лежачий бок месторождения
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
63
Рисунок 4. Технологическая схема ведения очистных робот
с использованием эмульсионных ВВ для рудных
залежей мощностью больше 25 м (Kononenko,
Khomenko, & Myronova, 2013): 1 – откаточный
штрек лежачего бока; 2 – откаточный штрек
висячего бока; 3 – вентиляционный штрек ле-
жачего бока; 4 – вентиляционный штрек ви-
сячего бока; 5 – откаточный орт; 6 – вентиля-
ционно-буровой орт; 7 – подэтажный штрек
лежачего бока; 8 – подэтажный штрек вися-
чего бока; 9 – буровой орт; 10 – заезд под виб-
рационную установку; 11 – приемная воронка;
12 – отрезная щель; 13 – веера нисходящих
скважин; 14 – лежачий бок месторождения;
15 – висячий бок месторождения
5. ВЫПОЛНЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
Начиная с 2013 года на ЧАО “ЗЖРК”, для отбойки
руды применяют эмульсионные ВВ. Представленные
выше результаты исследования состояния атмосферного
воздуха выполнялись при использовании на комбинате
для очистных работ тротилосодержащих ВВ, поэтому
научный интерес представляют исследования состояния
атмосферы на промышленной площадке и прилегающих
территориях ЧАО “ЗЖРК” после применения при под-
земных горных работах эмульсионных ВВ.
В ходе исследований определяли состояние руд-
ничного воздуха в исходящей струе каналов вентиля-
торов главного проветривания северного, южного и
дренажного вентиляционных стволов. Отбор проб
анализируемого воздуха осуществляли в междусмен-
ный перерыв после проведения взрывных работ в шах-
те. Полученные результаты концентраций экологиче-
ски опасных веществ в отобранных пробах рудничного
воздуха в 2016 году представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Результаты измерения концентрации эколо-
гически опасных
Экологически опасное
вещество
Концентрация вещества,
мг/м3
Северный вентиляционный ствол (СВС)
СО 10.0
NOх 1.7
Дренажный вентиляционный ствол (ДВС)
СО 11.0
NOх 1.5
Южный вентиляционный ствол (ЮВС)
СО 6.0
NOх 1.6
Далее производили расчет интенсивности выбро-
са для каждого вентиляционного ствола шахты, ре-
зультаты расчета представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Результаты расчета интенсивности выброса
Производи-
тельность
вентилято-
ра, м3/с
Скорость
движения
воздуха,
м/с
Интенсивность выброса
СО NOх
г/с кг/ч г/с кг/ч
Северный вентиляционный ствол (СВС)
217 14.47 2.2 7.92 0.37 1.33
Дренажный вентиляционный ствол (ДВС)
232 14.50 2.6 9.36 0.35 1.26
Южный вентиляционный ствол (ЮВС)
257 14.95 1.5 3.70 0.41 1.48
Далее определяли приземную концентрацию эколо-
гически опасных веществ суммарного воздействия,
которая необходима для получения качественной и
количественной оценки распространения суммарного
воздействия веществ на атмосферный воздух. В каче-
стве примера исследовали формирование полей при-
земных концентраций суммарного воздействия эколо-
гически опасных веществ в долях единиц (д.е.) ПДК от
источника выброса. К расчету принимались следую-
щие исходные данные: коэффициент стратификации
атмосферы А = 200, коэффициент рельефа местности
η = 1.03, средняя максимальная температура воздуха
наиболее жаркого месяца года равная 33.8°С, средняя
максимальная температура воздуха наиболее холодно-
го месяца года равная –4.3°С, среднегодовая скорость
ветра – 9 м/с. Расчетный полигон представляет собой
квадрат с размером сторон 4000 м, в центре которого
размещается источник выброса. В расчетном квадрате
топографическими знаками обозначены все попавшие
в него объекты. Источники выброса: СВС: высота –
4.6 м, диаметр – 5.87 м, расход воздуха – 217 м3/с и
температура воздуха – 20°С; ЮВС: высота – 4.6 м,
диаметр – 5.87 м, расход воздуха – 257 м3/с, температу-
ра воздуха – 20°С; ДВС: высота – 4.6 м, диаметр – 4 м,
расход воздуха – 232 м3/с, температура воздуха – 20°С.
Экологически опасные вещества: оксид углерода – ПДК
м/р равная 5 мг/м3, класс опасности – 4, коэффициент
оседания – 1, коэффициент потенциирования – 0.9;
оксид и диоксид азота – ПДК м/р равная 0.085 мг/м3,
класс опасности – 2, коэффициент оседания – 1, коэф-
фициент потенциирования – 1.3.
Рассмотрим результаты формирования полей при-
земных концентраций суммарного воздействия эко-
логически опасных веществ вокруг каждого источ-
ника выброса (вентиляционных стволов) в 2016 году,
которые соответствуют неблагоприятным метеороло-
гическим условиям с учетом среднегодовой скорости
ветра (Рис. 5а – в).
Основные поля приземной концентрации суммарно-
го воздействия экологически опасных веществ вокруг
СВС в радиусе 150 м равны 0.36 д.е. от ПДК и умень-
шаются до 0.08 на расстоянии 1875 м от источника
выброса (Рис. 5а). Уменьшение приземной концентра-
ции в среднем происходит через каждые 140 – 200 м на
0.03 – 0.05 д.е. от ПДК. Основные поля приземной
концентрации суммарного воздействия экологически
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
64
опасных веществ вокруг ДВС в радиусе 175 м равны
0.22 д.е. от ПДК и уменьшаются до 0.08 на расстоянии
1750 м от источника выброса (Рис. 5б). Уменьшение
приземной концентрации в среднем происходит через
каждые 125 – 250 м на 0.01 – 0.02 д.е. от ПДК.
(а)
(б)
(в)
Рисунок 5. Поля приземных концентраций суммарного
воздействия экологически опасных веществ
вокруг северного (а), дренажного (б) и южного
(в) вентиляционных стволов
Основные поля приземной концентрации суммар-
ного воздействия экологически опасных веществ
вокруг ЮВС в радиусе 162.5 м равны 0.34 д.е. от
ПДК и уменьшаются до 0.08 на расстоянии 1925 м от
источника выброса (Рис. 5в).
Уменьшение приземной концентрации в среднем
происходит через каждые 110 – 220 м на 0.04 – 0.05 д.е.
от ПДК. Общую картину изменения величины при-
земной концентрации оксида углерода, оксидов
азота и их суммарного воздействия с увеличением
расстояния от источника выброса можно наблюдать
по изменению их концентрации в долях единиц от
ПДК (Рис. 6а – в). Выполненный анализ значений
приземных концентраций суммарного воздействия
экологически опасных веществ позволил устано-
вить, что с увеличением расстояния до 2000 м от
источника выброса значения концентраций умень-
шаются в 3 – 5 раз.
(а)
(б)
(в)
Рисунок 6. Характер изменения приземных концентра-
ций экологически опасных веществ от рас-
стояния до СВС (а); ДВС (б); ЮВС (в)
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
65
В результате проведения аппроксимации макси-
мальных значений получены эмпирические уравнения
зависимости приземной концентрации экологически
опасных веществ от расстояния до источника выброса.
Для СВС эмпирические зависимости имеют вид:
– величина приземной концентрации суммарного
воздействия:
L
всум eС ⋅−⋅= 0009.0
. 48.0 , (1)
где:
L – расстояние до источника выброса;
– величина приземной концентрации оксида
углерода:
L
СО еС ⋅−⋅= 0009.005.0 ; (2)
– величина приземной концентрации оксидов азота:
L.
NО е.С x
⋅−⋅= 00090460 . (3)
Для ДВС эмпирические зависимости имеют вид:
– величина приземной концентрации суммарного
воздействия:
L
всум еС ⋅−⋅= 0007.0
. 28.0 ; (4)
– величина приземной концентрации оксида
углерода:
L.
СО е.С ⋅−⋅= 00090040 ; (5)
– величина приземной концентрации оксидов азота:
L.
NО е.С x
⋅−⋅= 00060260 . (6)
Для ЮВС эмпирические зависимости имеют вид:
– величина приземной концентрации суммарного
воздействия:
L.
в.сум е.С ⋅−⋅= 00090470 ; (7)
– величина приземной концентрации оксида
углерода:
L.
СО е.С ⋅−⋅= 00060020 ; (8)
– величина приземной концентрации оксидов азота:
L
NО еС x
⋅−⋅= 0008.044.0 . (9)
Определение приземной концентрации суммарного
воздействия экологически опасных веществ позволило
установить, что на приземную концентрацию экологи-
чески опасных веществ влияет расстояние от источни-
ка выброса, а также выявить закономерности измене-
ния приземной концентрации экологически опасных
веществ с увеличением расстояния от каждого венти-
ляционного ствола шахты. Выполнив сравнение полу-
ченных результатов исследования с представленными
в работе (Gorova, Kolesnyk, & Myronova, 2014) можно
сделать вывод, что при использовании при подземных
горных работах эмульсионных ВВ концентрация эко-
логически опасных веществ, исходящих в атмосферу
из источников выброса, снижается до 40%.
6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
В результате выполненных исследований уста-
новлено снижение концентрации экологически
опасных веществ, выделяющихся в атмосферный
воздух при проведении буровзрывных работ после
применения эмульсионных ВВ. Начиная с 2010 года
для проведения горных выработок на шахтах ЧАО
“ЗЖРК” применяется эмульсионное ВВ типа Укра-
инит-ПМ-2Б, в количестве около 5% от всего объе-
ма используемых ВВ год. С конца 2013 года на ЧАО
“ЗЖРК” эмульсионное ВВ типа Украинит-ПМ-2Б
применяют и для ведения очистных работ, что со-
ставляет около 45% от всего объема используемых
ВВ год. Поэтому возникает необходимость в опре-
делении количественной оценки повышения уровня
экологической безопасности после увеличения объ-
емов применения эмульсионных ВВ. Определение
уровня экологической опасности осуществляли с
помощью методики, учитывающей риск для здоро-
вья населения, подвергающегося негативному влия-
нию загрязняющих веществ, которые выделяются
при применении ВВ. Согласно методики определя-
ли и сравнивали коэффициенты и индексы опасно-
сти при использовании тротилосодержащих и
эмульсионных ВВ.
Коэффициент экологической опасности возмож-
ного появления у живых организмов неканцероген-
ных эффектов от влияния рассматриваемых загряз-
няющих веществ:
RfC
CHQ i
i = , (10)
где:
Ci – уровень влияния i-ого вещества;
RfC – безопасный уровень влияния.
Индекс опасности от комбинированного воздей-
ствия экологически опасных веществ:
iHQHI Σ= . (11)
Результаты расчета коэффициентов и индексов
опасности для объектов окружающей среды при ис-
пользовании на подземных горных работах тротило-
содержащих и эмульсионных ВВ представлены в
Таблице 3.
Таблица 3. Результаты расчетов коэффициентов и
индексов опасности
Показатель
Расстояние от источника выброса, м
100 500 1000 1500 2000
Тротилосодержащие ВВ
HQ(NOх) 0.59 0.41 0.26 0.17 0.11
HQ(CO) 0.16 0.11 0.07 0.04 0.02
HI 0.75 0.52 0.33 0.21 0.13
Эмульсионные ВВ
HQ(NOх) 0.42 0.29 0.19 0.12 0.08
HQ(CO) 0.05 0.03 0.02 0.01 0.01
HI 0.47 0.32 0.21 0.13 0.09
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
66
По результатам расчета коэффициентов и ин-
дексов опасности построен график зависимости
индекса опасности от расстояния до источника
выброса (Рис. 7).
Рисунок 7. Характер изменения индекса экологической
опасности от расстояния до источника
выброса
Анализ данных Таблицы 3 и Рисунка 7 показал,
что при использовании тротилосодержащих ВВ
наблюдаются наибольшие значения коэффициентов и
индексов опасности для всех анализируемых эколо-
гически опасных веществ. При этом, по мере удале-
ния от источников выброса происходит снижение
коэффициентов и индексов опасности.
Применение эмульсионных ВВ на подземных ра-
ботах в условиях ЧАО “ЗЖРК” позволило снизить
коэффициенты и соответственно индексы экологиче-
ской опасности на 31 – 38%.
7. ВЫВОДЫ
В результате выполненных исследований с помо-
щью экспресс-метода физико-химического анализа и
расчета концентраций экологически опасных ве-
ществ, поступающих в атмосферный воздух из вен-
тиляционных стволов шахт, установлены закономер-
ности изменения приземной концентрации этих ве-
ществ с увеличением расстояния от источников вы-
броса. Получены эмпирические уравнения приземной
концентрации экологически опасных веществ как в от-
дельности, так и их суммарного воздействия. Определен
индекс экологической опасности от расстояния до
источника выброса при использовании тротилосо-
держащих и эмульсионных ВВ. Установлено, что
после применении при подземных горных работах в
условиях ЧАО “ЗЖРК” эмульсионных ВВ индекс
экологической опасности снизился на 38%.
БЛАГОДАРНОСТЬ
За предоставление исходных данных и оказанную
поддержку при проведении лабораторных исследо-
ваний авторы выражают благодарность директору по
производству В.Ю. Усатому и главному специалисту
по охране окружающей среды В.Ю. Самойлову ЧАО
“Запорожский ЖРК” (г. Днепрорудное).
REFERENCES
Gorova, A., & Klimkina, I. (2007). Methodology of Socio-
Ecological Monitoring Using Cytogenetic Methods. NATO
Science for Peace and Security Series C: Environmental
Security, 91-102.
https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6335-0_7
Gorova, A., & Myronova, I. (2011). Determination of the Con-
centration of Armful Substances in Outgoing Jet of the Mine
Air. Collection of Scientific Works of NMU, 36(1), 192-200.
Gorova, A., Kolesnyk, V., & Myronova, I. (2014). Increasing
of Environmental Safety Level during Underground Mining
of Iron Ores. Mining of Mineral Deposits, 8(4), 473-479.
https://doi.org/10.15407/mining08.04.473
Kholodov, V.N., Golubovskaya, E.V., & Nedumov, R.I.
(2014). Origin and Prospects of the Cimmerian Iron Ore
Basin in Ukraine and Russia. Lithology and Mineral
Resources, 49(5), 359-380.
https://doi.org/10.1134/s0024490214050046
Khomenko, O., Kononenko, M., & Myronova, I. (2013). Blast-
ing Works Technology to Decrease an Emission of Harmful
Matters into the Mine Atmosphere. Mining of Mineral
Deposits, 231-235.
https://doi.org/10.1201/b16354-43
Khomenko, O.E., Kononenko, M.M., Myronova, I.G., & Malt-
cev, D.V. (2015). Method of Mineral Deposits Extraction
by Blasting Method. Patent No 108639, Ukraine.
Kononenko, M.M., Khomenko, O.E., & Myronova, I.G. (2013).
Method of Mineral Deposits Extraction by Blasting Method.
Patent No 101217, Ukraine.
Kurilo, M. (2014). Commercial Significance of Associated
Minerals of Iron Ore Kryvbas Deposits (Ukraine). Interna-
tional Multidisciplinary Scientific GeoConference Survey-
ing Geology and Mining Ecology Management, SGEM,
3(1), 107-111.
https://doi.org/10.5593/sgem2014/b13/s3.015
Lozynskyi, V.G., Dychkovskyi, R.O., Falshtynskyi, V.S., Saik,
P.B., & Malanchuk, Ye.Z. (2016). Experimental Study of
the Influence of Crossing the Disjunctive Geological Fault
on Thermal Regime of Underground Gasifier. Naukovyi
Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 21-29.
Mironova, I., & Borysovs’ka, O. (2014). Defining the Parame-
ters of the Atmospheric Air for Iron Ore Mines. Progres-
sive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores
Mining, 333-339.
https://doi.org/10.1201/b17547-57
Mironova, I., & Pavlichenko, A. (2013). Analysis of Air Pollu-
tion Levels during Underground Ore Mining. Mining of
Mineral Deposits, 7(3), 261-266.
https://doi.org/10.15407/mining07.03.261
Peregudov, V.V., Gritsina, A.E., & Dragun, B.T. (2010). Cur-
rent State and Future Development of Iron-Ore Industry in
Ukraine. Metallurgical and Mining Industry, 2(2), 145-151.
Petlovanyi, M. (2016). Influence of Configuration Chambers on
the Formation of Stress in Multi-Modulus Mass. Mining of
Mineral Deposits, 10(2), 48-54.
https://doi.org/10.15407/mining10.02.048
Plotnikov, O.V., & Petrusenko, I.Yu. (2003). Structure of
World’s Iron Reserves and Tendencies in Development of
Iron-Ore Mineral and Raw Material Base in Ukraine. Metal-
lurgicheskaya i Gornorudnaya Promyshlennost, (1), 79-83.
Saik, P.B., Dychkovskyi, R.O., Lozynskyi, V.G., Malanchuk,
Z.R., & Malanchuk, Ye.Z. (2016). Revisiting the Under-
ground Gasification of Coal Reserves from Contiguous
Seams. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Uni-
versytetu, (6), 60-66.
O. Khomenko, M. Kononenko, I. Myronova. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(2), 59-67
67
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Обосновать технологии выполнения буровзрывных работ, позволяющих снизить количество опасных
веществ, влияющих на уровень экологической безопасности при подземной разработке руд.
Методика. Лабораторные исследования состояния атмосферного воздуха в районе расположения шахты
выполнялись с помощью физико-химического анализа. Для определения особенностей рассеивания экологиче-
ски от вентиляционных стволов шахты использовалась нормативная методика расчета концентраций вредных
веществ в атмосферном воздухе.
Результаты. Исследование экологического состояния атмосферного воздуха вблизи железорудной шахты
позволило выявить закономерности изменения приземной концентрации экологически опасных веществ от
расстояния до вентиляционного ствола. Установлены значения индексов опасности при изменении расстояния
от источника выброса при использовании тротилосодержащих и эмульсионных взрывчатых веществ.
Научная новизна. Установление закономерностей изменения индекса опасности в зависимости от призем-
ной концентрации экологически опасных веществ и расстояния до источников выброса.
Практическая значимость. Предложена новая технология ведения буровзрывных работ, которая предпо-
лагает использование экологически чистых эмульсионных взрывчатых веществ при отработке рудных залежей
с помощью камерных систем разработки, что позволит снизить индексы экологической опасности влияния
вредных веществ.
Ключевые слова: источник выброса, приземная концентрация, экологически-опасные вещества, физико-
химический анализ, эмульсионные взрывчатые вещества, индекс опасности
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Обґрунтувати технології виконання буропідривних робіт, які дозволили знизити кількість небезпеч-
них речовин, що впливають на рівень екологічної безпеки при підземній розробці руд.
Методика. Лабораторні дослідження стану атмосферного повітря в районі розташування шахти виконані за
допомогою фізико-хімічного аналізу. Для визначення особливостей розсіювання екологічно небезпечних речо-
вин від вентиляційних стволів шахт використана нормативна методика визначення концентрацій шкідливих
речовин в атмосфері.
Результати. Дослідження екологічного стану атмосферного повітря поблизу залізорудної шахти дозволили
встановити закономірності зміни приземної концентрації екологічно небезпечних речовин від відстані до вен-
тиляційного ствола. Встановлено значення індексів небезпеки при зміні відстані від джерела викиду при вико-
ристанні тротиловмістких і емульсійних вибухових речовин.
Наукова новизна. Встановлені закономірності зміни індексу небезпеки у залежності від приземної концен-
трації екологічно небезпечних речовин і відстані до джерел викиду.
Практична значимість. Запропоновано нову технологію ведення буропідривних робіт, яка передбачає ви-
користання екологічно чистих емульсійних вибухових речовин при розробці рудних покладів за допомогою
камерних систем розробки, що дозволило знизити індекси екологічної небезпеки впливу шкідливих речовин.
Ключові слова: джерело викиду, приземна концентрація, екологічно-небезпечні речовини, фізико-хімічний
аналіз, емульсійні вибухові речовини, індекс небезпеки
ARTICLE INFO
Received: 25 January 2017
Accepted: 5 June 2017
Available online: 30 June 2017
ABOUT AUTHORS
Oleh Khomenko, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department, National
Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/58, 49005, Dnipro, Ukraine. E-mail: koordin@rudana.in.ua
Maksym Kononenko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department,
National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/58, 49005, Dnipro, Ukraine. E-mail: kmn211179@gmail.com
Inna Myronova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Ecology and Environmental Protection
Technologies Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 10/705, 49005, Dnipro, Ukraine.
E-mail: mig220879@gmail.com
|