В настоящее время определение мощности выброса твердых взвешенных веществ с единицы площади поверхности техногенного массива при различных параметрах ветрового потока описано недостаточно. Анализ мирового опыта исследователей показал, что существующие лабораторные установки обладают различными конструктивными особенностями, не позволяющими корректно определить массу взметаемой и переносимой пыли. На основании результатов анализа разработана концепция инновационной лабораторной установки для исследования пылящих поверхностей. Она учитывает влияние аэродинамичеких теней, детурбулизацию искусственно создаваемого потока воздуха, возможность регулирования не только скоростного режима потока, но и создания разряжения или возмущения в области размещения образцов, а также формирования определенного угла атаки ветрового потока относительно поверхности. В концепции заложена возможность определения объемов выброса пыли по значениям потерянных масс пыли в образце и по значениям концентраций пыли в выходящем потоке. Проведен расчет основных базовых элементов установки с применением программного пакета ANSYS FLUENT. Разработана и рассчитана модель и компоновка аэродинамической трубы, определены основные геометрические параметры и функциональные элементы для возможности использования в научной работе. Для практического использования эмпирического показателя шероховатости подстилающей поверхности рекомендованы его значения в широких пределах – от нуля для водной поверхности до 0,44 для крупных городов с высокими зданиями и небоскребами.
В статье рассмотрены сферы и способы применения беспилотных воздушных судов. Затронуты вопросы, касающиеся действующих законодательных норм в России и в мире, значительно ограничивающих возможность применения беспилотных воздушных судов при решении мониторинговых задач. Впервые на примере базовой модели беспилотного воздушного судна представлен вариант решения задачи по созданию мониторингового измерительного комплекса, включенного в государственный реестр средств измерений. Проведен анализ перспективных подходов к формированию метрологического и методического обеспечения беспилотных воздушных судов, а также путей адаптации их целевой нагрузки для решения задач по оперативному мониторингу загрязнения атмосферного воздуха.
В Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» проведены пробные полеты беспилотных летательных аппаратов на базе РДР-2012 «Горный», разрабатываются и готовы к внедрению методики маршрутов облета и измерения, методов преобразования и передачи информации для проведения экологических исследований.
В Горном университете была предложена конструкция пневмогидравлической форсунки для систем пылеподавления. Важным этапом разработки форсунок пылеподавления является построение математической вычислительной модели для оптимизации гидравлического течения внутри форсунки с целью сокращения затрат на эксплуатацию.
В результате проведенных исследований разработана инновационная система мониторинга атмосферного воздуха, основанная на использовании современных систем измерения, установленных на беспилотные летающие аппараты, что позволяет решать актуальные задачи по быстроразворачиваемым системам экологического мониторинга за состоянием окружающей среды. Произведен выбор эффективных способов проведения мониторинговых исследований на территориях горно-промышленных агломераций. Использование беспилотных летательных аппаратов дает уникальную возможность совмещения дистанционных и контактных методов мониторинговых исследований, что позволяет работать с материалами, разнообразными по масштабам, разрешению, геометрическим и спектральным свойствам, и при этом получать количественные и качественные характеристики состояния компонентов окружающей природной среды с полным перечнем контролируемых параметров для детального анализа экологической ситуации в районах горно-промышленных агломераций.
В результате теоретических изысканий и экспериментальных исследований в Горном университете проведена разработка и внедрение мониторингового комплекса на базе беспилотных летательных аппаратов с максимально возможной полезной нагрузкой для производственного экологического контроля и автоматической передачи потоковой информации более чем с 10 каналов одновременно на наземную станцию управления, оборудованную специальным программным обеспечением. Использование данного мониторингового комплекса позволит провести зонирование горно-промышленной агломерации в зависимости от степени техногенной нагрузки.
Предложена конструкция пневмогидравлической форсунки-снегогенератора для эффективного и экономичного пылеподавления. Разработано и изготовлено более десяти образцов форсунки и проведены несколько серий экспериментов по определению оптимальных параметров данной конструкции. Изготовлен специальный экспериментальный бункер пылеподавления для установки на конвейерах и проведено несколько серий экспериментов по определению оптимальных параметров бункера и эффективности пылеподавления. На установке была достигнута эффективность пылеподавления 85 %.
На основе мирового и российского опыта, а также проведенных экспериментальных исследований установлена высокая эффективность переработки твердых и жидких органических отходов на основе биогазвермитехнологии. На базе Горного университета создана физическая модель биогазвермитехнологического бурта, на основе которой изучались биогазовый и вермитехнологический процессы переработки органических отходов. Проанализированы физико-химические свойства исходного сырья, а также получаемого продукта – биогумуса и биогаза.
В районе размещения предприятий минерально-сырьевого комплекса, и особенно в районах размещения отвалов, в результате массовых выбросов пыли в окружающую среду складывается неблагоприятная экологическая обстановка и растет уровень пылевой нагрузки на организм работника. Рассмотрен способ пылеподавления, основанный на механическом улавливании взвешенных частиц снегом, на фильтрующем и экранирующем действии снега.
В местах возможного выделения пыли и у источников ее образования применяют различные способы пылеподавления. Основными видами пылеподавления являются: водяное орошение (в том числе диспергированная, ионизированная вода), пенное орошение (аэропены, воздушно-механические пены), орошение паром (туманом). Рассматривается пароконденсационный способ пылеподавления, основанный на действии конденсация паров воды на поверхности гигроскопических частиц.
Научной школой СПГГИ (ТУ) разрабатывается комплекс мер по защите окружающей среды от вредного воздействия технологических процессов при открытой и подземной разработке угля, который сегодня является востребованным природным энергетическим ресурсом, а в перспективе станет одним из главных, так как обеспеченность им может удовлетворить потребности всех отраслей на несколько сотен лет. Проблема стабильного обеспечения теплом и электрической энергией отдаленных территорий севера, населенных пунктов, объектов жизнедеятельности человека является трудноразрешимой на современном уровне развития топливно-энергетического комплекса России. Применение новых технологий по использованию местных возобновляемых источников энергии в малой энергетике позволит существенно приблизить энергопроизводства к потребителю и привлечь к производству тепла и электричества альтернативные виды топлива.
Добыча полезных ископаемых тесно связана с процессами воздействия человека на окружающую среду, в частности, ее загрязнением отходами производства и переработки. В лаборатории кафедры безопасности производств и разрушения горных пород СПГГИ (ТУ) под руководством проф. Ю. В.Шувалова разрабатывается комплекс мер по защите окружающей среды от вредного воздействия технологических процессов при открытой и подземной разработке угля, который сегодня является востребованным природным энергетическим ресурсом, а в перспективе станет одним из главных, так как обеспеченность им такова, что может удовлетворить потребности всех отраслей на период в несколько сотен лет.
Добыча полезных ископаемых тесно связана с процессами воздействия человека на окружающую среду с целью обеспечения сырьевыми ресурсами и их частичной потерей. При суммарной добыче минеральных ресурсов более чем 6,5 млрд т общие потери в недрах составляют 2,5 млрд т: в атмосферу выбрасывается около 50 млн т вредных веществ, в водоемы сбрасывается более 2 млрд м3 загрязненных сточных вод и складируется на поверхности земли более 8 млрд т твердых отходов. Научной школой СПГГИ разрабатывается комплекс мер по защите окружающей среды от вредного воздействия технологических процессов при открытой и подземной разработке угля, который сегодня является востребованным природным энергетическим ресурсом, а в перспективе станет одним из главных, так как обеспеченность им может удовлетворить потребности всех отраслей на период в несколько сотен лет.
Наиболее перспективными и технологичными являются способы нанесения на рекультивируемую поверхность плодородных слоев на основе сапропеля. Предложен проект снижения пылевыделения с отвалов горных предприятий и повышения его биопродуктивности. Сделан анализ экономической эффективности различных способов биологической рекультивации.
Важной проблемой техногенных массивов является замедление темпов естественного формирования растительного покрова на отвалах, хвостохранилищах горных предприятий, что объясняется обедненностью пород питательными веществами. В связи с этим особое значение приобретают исследования, направленные на разработку экономически целесообразных способов снижения пылевых выбросов в атмосферу и восстановления биологической продуктивности нарушенных площадей, исключающих выполнение трудоемких операций по нанесению традиционного почвенного слоя при рекультивации. На основе изучения свойств различных биологически активных веществ предложено использование новой экологически чистой биоактивной пены, выполняющей главные задачи биологической рекультивации: возврат нарушенных земель в сельскохозяйственный фонд и закрепление пылящих поверхностей (почв, отвалов, хвостохранилищ).
