Введение к работе
Актуальность. Центральный федеральный округ Российской Федерации обладает развитой минерально-сырьевой базой, что позволяет не только поддерживать высокий промышленный потенциал территории, но и экспортировать некоторые виды минерального сырья и продукцию его передела в другие регионы России, страны ближнего и дальнего зарубежья. В настоящее время на территории округа разведано более 2300 месторождений твердых полезных ископаемых. Наибольшее значение для расширения минерально-сырьевой базы округа имеют запасы и прогнозные ресурсы железных руд, строительных материалов, подземных вод, цементного и стекольного сырья, титан-циркониевых песков, гипса, агрохимического сырья. Кроме этого возможно обнаружение нетрадиционных для территории полезных ископаемых.
В соответствии с программой реструктуризации и общей стратегией развития горной промышленности различных стран предусматривается превращение ее в устойчиво функционирующую и рентабельную отрасль за счет создания конкурентоспособных предприятий, освоения месторождений с благоприятными горно-геологическими условиями, внедрения новых технологий, комплексной экологически чистой переработкой полезных ископаемых. Особое место в этих стратегических планах занимает открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых. Современные масштабы воздействия на атмосферу и гидросферу, а также техногенная активизация геохимического переноса на территориях горнопромышленных регионов сопоставимы с геологическими процессами. Проектирование и развитие горных работ на карьерах связанно с необходимостью одновременного широкого учета большого числа факторов. При этом учет принципа экологической направленности ведения горных работ становится важной научной задачей. Существующие методы прогнозирования техногенного воздействия на известняковых карьерах требуют более глубокого научного обоснование экологически рациональных параметров технологических процессов. Это повысит точность прогнозных расчетов и оценки воздействия на окружающую среду при добыче полезных ископаемых открытым способом.
Поэтому совершенствование методов оценки экологической эффективности при освоении месторождений карбонатных пород открытым способом является актуальным.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 – 2010 гг.)» (рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).
Целью работы являлось уточнение существующих закономерностей влияния технологических факторов при добыче известняков на атмосферу и их взаимосвязь с экологической эффективностью освоения месторождений известняка для совершенствования методических положений по обеспечению экологической безопасности горнодобывающих регионов при открытой добыче карбонатных пород.
Идея работы заключается в том, что обеспечение экологической безопасности горнодобывающих регионов при открытой добыче карбонатных пород основывается на адекватных математических моделях комплексной оценки аэрологических факторов геотехнологической эффективности при открытой добыче известняков и утилизации отходов, позволяющих прогнозировать воздействия на атмосферу при разработке месторождений известняка.
Основные научные положения работы:
1. Аэрологическая эффективность проектов рационального освоения месторождений карбонатных пород характеризуется интенсивностью воздействия открытой добычи и переработки известняков на атмосферу и оценивается по уровням воздействия, которые описываются закономерностями формирования пылегазовых выбросов от различных источников.
2. Математические модели, основывающиеся на дифференциальных уравнениях логистического типа, позволяют прогнозировать расход топлива при транспортировании известняка и выбросы токсичных веществ в атмосферу, а также обосновать периодичность доставки полезного ископаемого к погрузочным пунктам, которая по аэрологическому фактору составляет от 2 до 5 ч.
3. Экологический риск при анализе проектов рационального освоения месторождений карбонатных пород открытым способом представляет собой произведение математического ожидания финансовых потерь на вероятность возникновения экологических ситуаций, приводящих к таким потерям.
Новизна основных научных и практических результатов:
1. Уточнены основные закономерности газовых выбросов в приземный слой атмосферы от автомобильного транспорта на карьере, отличающиеся тем, что взаимосвязь расхода топлива и объемы грузоперевозок описываются дифференциальными уравнениями логистического типа.
2. Сформулированы методические положения по определению параметров математических моделей, отражающих взаимосвязь расхода топлива и объемы грузоперевозок при добыче известняка открытым способом.
3. Уточнена математическая модель оценки оптимальной периодичности доставки полезного ископаемого к погрузочным пунктам по аэрологическому фактору.
4. Обоснована взаимосвязь технико-экономических показателей работы известнякового карьера с перспективами реализации мероприятий по защите атмосферы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической физики, численных методов, современных достижений вычислительной техники; большим объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе исследования и решения поставленных задач, а также положительными результатами практической апробации на территории Тульской области.
Практическое значение работы. Основные научные результаты позволяют реализовать эффективные инженерные методы прогноза расхода топлива на известняковом карьере и повысить качество инвентаризации источников загрязнения атмосферы. Разработанные алгоритмы оценки загрязнения атмосферы при освоении месторождений известняка позволяют автоматизировать решение прогнозных задач при разработке проектных решений.
Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2009-2013 гг.); ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2009-2013 гг.); научно-технических советах Западноуральского машиностроительного концерна (г. Пермь, 2011-2013 гг.); Международной конференции «Ecology, Energy, Economy Safety in a Non Liner World. 3E – SAFETY» (г. Белград, 2009 г.); 3-я Международная конференция по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2010 г.); 3-rd International Symposium ENERGY MINING «Energy Mining, New Technologies, Sustainable Development» (Сербия, г. Апатин, 2010 г.).
Публикации. По результатам научных исследований имеется 4 публикаций, 2 из которых в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста, состоит из 4 разделов, содержит 16 таблиц, 23 рисунка, список литературы из 108 наименований.
