Вадим Витальевич Минин

Вадим Витальевич
Минин
Кандидат технических наук, заместитель
директора
филиала
Уральского
государственного
экономического
университета
в
г. Березники,
старший
научный сотрудник Горного института УрО
РАН
Екатерина Яковлевна
Власова
Кандидат экономических наук, доцент
кафедры экономики природопользования
Уральского государственного экономического
университета, лауреат премии им. В.Н.
Татищева и Г.В. де Геннина в области науки,
техники и медицины
Методические подходы
к исследованию экологической безопасности
замкнутых пространств горнодобывающих предприятий
Параметрами,
показателями,
формирующими
эффективность,
результативность
мероприятий по обеспечению экологической безопасности с точки зрения методологии и
концепции менеджмента горнодобывающего предприятия, на наш взгляд, должны являться:
1. Коммерческий эффект, полученный от безаварийной работы, отсутствия простоев и
затрат на ликвидацию аварий.
2. Снижение затрат на мониторинг экологической обстановки в подземном пространстве.
3. Снижение закупочных цен на машины и оборудование при надежности и увеличении
срока их эксплуатации.
4. Экономия средств на энергообеспечение за счет оптимизации шахтной вентиляции.
5. Социальный результат работы в безопасной экологически чистой среде, снижение затрат
на поддержание уровня здоровья персонала.
На основе концепции эколого-экономического развития горнодобывающих предприятий и
соблюдения балансов между экономическими интересами и экологической безопасностью на ряде
предприятий с 1995 по 2005 г. авторами были проведены исследования, позволившие установить
зависимость между приведенными выше параметрами и общепринятыми критериями экологоэкономической эффективности.
Критериями выбраны устойчивое развитие предприятия и экологическая емкость среды
обитания. Разработанный подход постепенно перерастает в задачу экологического нормирования,
т.е. социально-экономическую. Допустимость негативной нагрузки должна учитывать и
социальную ценность объектов, испытывающих техногенный пресс под воздействием вредных
веществ в атмосфере подземного пространства. Исследованы факторы, причиняющие ущерб
экологической безопасности и являющиеся результатом экономического и структурного кризиса
горной отрасли.
Выход из этой ситуации вырисовывается на двух существующих путях достижения
экологической безопасности. Первый – восстановление и совершенствование производственноотраслевой структуры экономики в России. Второй путь сформирован на применении достижений
научно-технического прогресса и переходе к экологически чистой технологической структуре
горнодобывающего производства. Оба стратегических направления экологической безопасности
требуют для своего осуществления больших капитальных вложений и длительного времени.
Исследования проблем управления экологической безопасностью подземных пространств
привели к необходимости оценки ассимиляционного потенциала окружающего горного массива и
отработанного пространства как природного фактора.
В работе сформулированы методические подходы, базирующиеся на интеграции
экономических и природных элементов в единую эколого-экономическую систему,
представляющую взаимосвязанное и взаимообусловленное функционирование горного
производства и естественных процессов в природном массиве и замкнутой среде обитания под
землей. Подходы требуют задания экономических нормативных прогнозов, обосновывающих не
только масштабы роста производства, но и его рациональную структуру с учетом конечных
потребностей экологической безопасности. Поэтому был применен программно-целевой подход
как разновидность системного анализа решения проблем по принципу обратной связи.
Апробация метода проводилась на рудниках БКПРУ-1, БКПРУ-2, БКПРУ-4 ОАО
«Уралкалий», СКПРУ-1, СКПРУ-2, СКПРУ-3 ОАО «Сильвинит», СгКПРУ-1 и СгКПРУ-3 ПО
«Беларуськалий». Цель метода – снижение затрат. Необходимо изыскивать резервы улучшения
экологической обстановки в подземных пространствах на основе предотвращения утечки воздуха
при его распределении, а также при относительно больших аэродинамических сопротивлениях
горных выработок.
С позиции экологической безопасности выявлено два значительных резерва.
Первым резервом является большой объем подземного пространства (для рудников с
добычей от 5 млн м3 в год и сроком эксплуатации 20–30 лет данный объем составляет 100–150 млн
м3). Только в рабочих зонах имеется более 2,5 млн м3 свежего воздуха, поэтому воздухообмен в
руднике длится не менее 3,5 ч. Скорость прохождения воздуха, естественно, неравномерна по
всему объему выработок, она колеблется от 3,2 до 0,15 м/с.
Вторым резервом могут стать воздушные струи, проходящие через временно
нефункционирующие рабочие зоны. При вентиляции рудников через неопасные по выделению
вредных веществ зоны проходит чистый воздух. Это тоже значительный вентиляционный резерв.
Практика показывает, что иногда более половины рабочих зон рудника не являются опасными по
экологическим параметрам. Так, например, на руднике БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий» несколько
недель подряд производится добыча только каменной соли, отрабатываемой в неопасных зонах.
При этом работы по добыче сильвинита в опасных зонах приостанавливаются. Состав воздуха,
прошедшего по руднику, не ухудшается, но воздух сбрасывается в атмосферу, а не используется
вторично.
Оценка объемов вредных веществ, которые создают экологически аварийную обстановку в
горных выработках, можно выразить зависимостью
Vгаз 
Vвып  С о
,
100
где Vгаз – потребное количество газов, м3;
Vвыр – объемы контролируемых выработок, м3;
Со
– ПДК, об. %.
Расчеты по исходным данным для среднестатистического рудника показывают, что
минимальное выделение вредных веществ составляет 12,5 тыс. м3. При относительной
газоносности пород, например, карналлитового пласта, равной 1,2 м3/м3, должно одновременно и
полностью разрушиться более 15 тыс. м горного массива. Столь огромные разрушения происходят
только при катастрофах, в результате которых предприятие полностью уничтожается, но такой
сценарий требует резервов. Следовательно, при нормальной работе рудника объемы воздуха,
находящиеся на исходящей струе, остаются неопасными. Не меньшие объемы, находящиеся на
поступающей струе, также являются чистыми, так как в них не происходят процессы, ведущие к
заметному загрязнению.
Таким образом, непосредственно в близлежащем пространстве у представляющих
экологическую опасность горных выработок находятся практически незагрязненные объемы
воздуха, использование которых является экологическим резервом.
Оба резерва необходимо реализовать так, чтобы огромные массы чистого воздуха не
направлялись на «выхлоп в атмосферу». Они должны использоваться повторно и многократно при
частичном добавлении к входящей струе (подпитке) по схеме:
 Q  Q1  q,
где
Q
– необходимый объем;
Q1
q
– повторное использование;
– подпитка.
Организовать поступление части воздуха с исходящей на свежую струю можно, создав для
этого:
единый внутрирудничный контур;
отдельные
контуры
по
крыльям
или
направлениям
ведения
горных
работ;
контуры внутри каждой рабочей панели;
контуры в пределах рабочих зон;
контуры проветривания с подсвежением внутри горной выработки.
Была произведена оценка эколого-экономического фактора безопасности подземного
пространства относительно представленных вариантов.
Экологически опасная составная часть воздушных потоков внутрирудничной
вентиляционной сети играет ощутимую роль только в локализованных участках – призабойных
пространствах некоторых тупиковых горных выработок. Остальное пространство рудника занято
достаточно чистыми объемами воздуха. Размеры этих объемов позволяют говорить, что какое-либо
резкое или постепенное изменение экологической обстановки в сторону аварийной ситуации в
пределах всего рудника, крыла и панели маловероятно. Поэтому в атмосфере внутрирудничного
пространства эколого-экономический фактор – главенствующий.
С точки зрения безопасности ведения горных работ по экологическому фактору ясно, что
чем большее количество вентиляционных объемов воздуха вовлекается и используется, тем
надежнее и безопаснее система. Наивысшей степенью безопасного использования воздуха
обладает система, в которой весь объем воздуха, находящийся в руднике, полностью участвует в
разбавлении вредных веществ до нормативной концентрации.
Меньшей, но достаточно высокой степенью надежности обладают системы в пределах
крыла или отдельного главного направления. В пределах панели или блока значительно труднее
реализовать резервы, так как часть резервов не может быть в полной мере использована.
Например, если в границах данной панели нет других рабочих зон, они сосредоточены в других
панелях, то этот резерв не найдет применения, или если в панели одна рабочая зона на начальной
стадии отработки и ее объемы невелики, то резерв объемов воздуха в этом случае будет
недостаточен.
Однако в пределах подземных пространств рудников находятся объекты, именуемые
камерами служебного назначения. В них образуются дополнительные загрязнители воздуха –
пыль, дым, сажа, ядовитые газы. Это связано с процессами подготовки производства. Желательно
исключить попадание дополнительных загрязнителей в струю воздуха, подающуюся на повторное
использование. Поэтому повторное использование воздуха должно проводиться как можно в
более широких масштабах, но не затрагивать струй, проходящих по камерам служебного
назначения. Данному требованию отвечают только крылья шахтных полей.
Можно считать, что частичное повторное использование воздуха наиболее экономично и в
то же время безопасно применять при проветривании крыльев рудника. Принцип и масштабы
действий выявлены, дальнейшая разработка методов и технологических решений возможна только
после апробации полученных выводов относительно других нормируемых параметров.
Сформулированный подход позволяет пересмотреть не только методики организации
контроля и меры управления экологической обстановкой, но и методологию построения
экологической безопасности. С помощью созданных новым подходом резервов будут существенно
снижены потребности в энергетических затратах. Анализ, выполненный с целью определения
результативности нового подхода, показал, что огромные затраты на поддержание экологической
безопасности не оправдываются. Связано это с тем, что опасные места, а именно забои тупиковых
выработок, при существующих подходах практически не защищены. В случае возникновении
мгновенного выделения вредных веществ призабойная зона сразу превращается в аварийную.
Разработанный экологический подход в такой ситуации позволяет обеспечить безопасность
путем вовлечения в процесс массообмена и массопереноса не только потоков подаваемого к забою
воздуха, но и всего его объема, заключенного как в данной, так и близлежащих выработках.
Достигается это тем, что в призабойной зоне размещают источник тяги с производительностью
большей, чем потребный расход воздуха, обеспечивая усиленный воздухообмен в опасной зоне.
Здесь и далее по длине вентиляционного пути накопления вредных веществ не происходит.
Причем это не требует увеличения расхода воздуха, подаваемого в рудник, а за счет более
интенсивного его использования снижается потребность в воздухе. Следовательно, снижаются
затраты на поддержание необходимых условий жизнедеятельности и производства.
*****