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.
Изложены основные принципы расчета горно-технических систем кондиционирования воздуха. Описан новый подход к моделированию теплового режима в горных выработках, позволяющий оптимизировать параметры систем по заданным критериям качества. Горно-технические системы рассматриваются как системы с распределенными параметрами, характеристики которых изменяются по координатам и во времени.
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.
Приведены результаты анализа экологической обстановки, сложившейся в угледобывающих регионах на основе оценки экологической емкости природной среды и ее исчерпанности. Определен предельный уровень добычи угля в рамках типичного по площади и населения административного района, обеспечивающий экологическую стабильность при действующих нормативных показателях и применяемых способах и средствах инженерной защиты окружающей среды. Предложен комплекс задач, решение которых на уровне федерального центра исполнительными и законодательными органами власти конкретного субъекта федерации, либо непосредственно самими хозяйствующими объектами приведет к снижению негативного воздействия угледобывающей отрасли на окружающую природную среду и здоровье населения региона.
Одним из основных источников опасного загрязнения воздуха территорий горно-добывающего, металлургического и обогатительного комплексов и прилегающих к ним районов являются пылящие поверхности насыпных отвалов. В результате ветровой эрозии тонкодисперсные фракции, наиболее опасные с точки зрения воздействия на органы дыхания, легко уносятся с поверхности на большие расстояния. Предложен способ, обеспечивающий снижение пылеобразования и пылепереноса тонкодисперсных материалов, повышение биопродуктивности насыпных отвалов и быструю рекультивацию.
Увеличение использования твердых отходов в мировой промышленности происходит в течение всего ХХ в. с разным эффектом в различных отраслях промышленности с целью более эффективного использовании твердых энергоносителей. Основными поставщиками твердых горючих углеродсодержащих отходов являются горно-добывающая, химическая, металлургическая, топливно-энергетическая отрасли. Создание технологий переработки и облагораживания твердых горючих отходов и получение из них экологически чистых, горючих высококалорийных веществ позволит сэкономить труд, получить серьезный экологический эффект и повысить использование топливно-энергетических ресурсов.
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.
Охарактеризована научно-исследовательская работа на горном факультете Санкт-Петербургского горного института, дан краткий экскурс в историю факультета, освещены направления научных исследований на современном этапе развития факультета, приведены основные показатели научно-исследовательской деятельности.
Описана модель (алгоритм) построения рациональных топливно-энергетических балансов регионов России. Проведенные исследования направлены на обеспечение рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов России. При построении топливно-энергетического баланса региона учитывается возможность использования местных видов топлива. Данная модель построена и предварительно оттестирована на примере Ленинградской области и Республики Коми.
В результате исследований по оценке возможности использования углеродсодержащих отходов деревообрабатывающей промышленности Ленинградской области для производства тепловой энергии определены рациональные составы энергетического сырья и способы его переработки. Наиболее целесообразным, как показывают расчеты, является использование для этих целей многотоннажных отходов лесопереработки. Предложены наиболее эффективные методы переработки сырья и обоснованы варианты размещения лесоперерабатывающих комплексов на территории Ленинградской области в зависимости от расстояния до потребителя и цен на альтернативные энергоносители.
Данная работа ориентирована на создание технологического варианта совместной переработки пылей конвертерного, доменного и мартеновского переделов с последующим вовлечением полупродуктов в основное производство АО «Северсталь» и аналогичных предприятий.
Приведены основы теории исследований динамики жизненного психофизиологического потенциала человека и методика для оценки текущего состояния работников горно-добывающих предприятий Севера. Даны рекомендации и средства профилактики для продления активного периода жизнедеятельности человека.
Ленинградская область имеет весьма незначительные запасы основных видов топливно-энергетических ресурсов, представленных, в основном, древесиной, торфом, горючими сланцами и ураном, разработка месторождений которого из экологических соображений не планируется даже в отдаленной перспективе. Однако при последовательном внедрении новых технологий переработки топливно-энергетических ресурсов, вовлечении в топливно-энергетический баланс местных ресурсов, в первую очередь древесного, торфяного и сланцевого топлив, и создании на этой основе перерабатывающих и энергопроизводящих комплексов локального типа возможно обеспечение энергетической безопасности и изменение как экономической, так и демографической ситуации в Ленинградской области.
Разрабатывается модель (алгоритм) построения рациональных топливно-энергетических балансов регионов России. Проводимые исследования направлены на обеспечение рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов России. При построении топливно-энергетического баланса региона учитывается возможнось использования местных видов топлива. Данная модель строится и предварительно тестируется на примере Ленинградской области.
К настоящему времени общее количество перемещенной на планете горной массы превышает 100 млрд т. Результатом такого воздействия является образование техногенных массивов - геологических структур, сложенных породами или наносами антропогенного генезиса, отличающихся по своему составу (химическому, гранулометрическому, бактериологическому) и свойствам (физико- механическим, фильтрационным, сорбционным и пр.) от вмещающих пород. Формы и размеры техногенных массивов определяются преимущественно технологическими процессами. В районах сульфидсодержащих техногенных массивов, вследствие попадания отходов в окислительную обстановку, происходит образование кислых дренажных вод, процессы формирования которых являются сложными и нестационарными, что в значительной мере затрудняет мониторинг состояния массивов. Разработка и применение нового метода кислотно-щелочного баланса, заключающегося в определении и сопоставлении кислотного потенциала и потенциала нейтрализации, формируемых породой или отходом, позволяет с высокой экспрессностью и точностью контролировать ситуацию, сложившуюся в районах сульфидсодержащих техногенных массивов, существенно снижает время на проведение лабораторных исследований.
В настоящее время проблема нефтяного загрязнения грунтов на территории горных предприятий жидкими углеводородами является одной из самых актуальных. Изложены основные результаты изучения ореолов нефтяного загрязнения на некоторых объектах хранения нефтепродуктов в различных природно-климатических районах Русской плиты. Исследования показали, что для решения различных экологических задач необходим синтез механических и биологических методов санации грунтов и природных вод. Биологические методы заключаются в интродукции в очищаемый грунт углеводородокисляющих микроорганизмов в виде биопрепаратов с дополнительным внесением биогенов. Наиболее рациональные методы сана- ции необходимо внедрять на промышленных предприятиях Севера со сложными геотемпературными условиями. Метод биоремедиации «in situ» является наиболее выгодным с экологической и экономической точек зрения. Построение внутригрунтового биореактора с предварительным растеплением промороженных грунтов основывается на решении термодинамических задач. Получены предварительные оценки радиуса оттаивания грунтов для различных периодов времени (без учета скрытой теплоты фазового перехода).
Выполнен анализ воздействия факторов окружающей среды на производственный травматизм работников горно-добывающих предприятий Севера. Предложена комплексная «эталонная» методика оценки риска травматизма с использованием мультипликативной модели, которая учитывает суперпозицию действующих факторов различной природы и в то же время достаточно проста в применении. Предложенный подход позволяет перейти от балльной оценки риска к вероятностной. Риск на эталонном предприятии предполагается обусловливать объективными факторами, не зависящими от действий персонала: глубиной работ, свойствами массива, тре- щиноватостью, газообильностью, склонностью к суфлярным выделениям, выбросам, вывалам, углом падения, мощностью пласта. При расчете риска для реального предприятия предполагается учитывать действие субъективных факторов.
Проведены работы по изучению влияния предприятий черной металлургии на окружающую среду и созданию технологии утилизации бедных цинксодержащих пылей. Произведен выбор вельц-процесса в качестве технологии утилизации бедных цинксодержащих пылей доменного, конвертерного и мартеновского производств применительно к условиям АО «Северсталь» (г.Череповец). Основной целью работы является создание математической модели процесса с последующей оценкой ее адекватности с помощью экспериментальных установок. Модель планируется использовать для выбора обоснования оптимальных технологических параметров процесса при утилизации данного вида материала. Разработана обобщенная математическая модель тепломассообмена в вельц-печи. Экспериментальная оценка адекватности данной математической модели проведена на лабораторных печах для сушки гранул в неподвижном и вращающихся слоях. Определены основные направления дальнейших исследований.
Горно-добывающие и горно-перерабатывающие предприятия являются одним из наиболее интенсивных источников загрязнения природной среды твердыми отходами, составляющими более 90 % объема добываемого минерального сырья. Результатом такого воздействия является образование техногенных массивов. Сравнительный анализ результатов мониторинга техногенных массивов позволил выделить ряд закономерностей их воздействия на природную среду: • техногенный массив является литохимическим ореолом загрязнения; Результатом пыле- и газовыделения с поверхности техногенного массива является формирование атмохимических и переотложенных литохимических ореолов загрязнения, загрязнение растительности и приповерхностных отложений; • Временными и постоянным потоками из техногенного массива выносятся и переотлагаются горные породы, что служит причиной формирования гидро- и литохимических потоков загрязнения; Инфильтрация природных вод через техногенные отложения приводит к формированию гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения.
Атмосферные выбросы вредных веществ при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в основном включают механические (пыль) и химические примеси. Среди последних в зависимости от технологии ведения работ преобладают оксиды углерода, азота, сернистый ангидрид и др ...
Приведены результаты анализа характера нарастания с глубиной метаноносности пластов и вмещающих пород угольных месторождений Печорского бассейна и влияющих на него факторов. На базе данных натурных измерений динамики метановыделения в выработки выемочных участков ряда шахт Воркутского месторождения и их статистической обработки показано влияние на увеличение относительного метановыделения роста размеров выработанного пространства - числа отработанных столбов и удаления очистного забоя от разрезной выработки. Проанализирована эффективность применяемых схем дегазации для снижения газовыделения из окружающего разрабатываемый пласт горного массива. Предложены геомеханическая и газодинамическая модели подработанного горного массива сложного строения, позволяющие обосновано рассчитывать параметры распределения проницаемости по его объему, потоков утечек воздуха из очистного забоя и газовоздушной смеси в выработанных пространствах.
Непрерывно накапливающиеся углеродсодержащие отходы на угледобывающих и лесоперерабатывающих предприятиях в объемах, соизмеримых с объемами первичной добычи сырьевых ресурсов, оказывают отрицательное влияние на окружающую природную среду. Уже в обозримом будущем представляется реальной опасность возникновения экологической катастрофы. Накапливаемые в больших количествах углеродсодержащие отходы являются ценным энергетическим сырьем, их эффективная вторичная переработка позволит сэкономить значительные объемы первичного топливно-энергетического сырья - нефти, природного газа, угля и горючих сланцев, которые в настоящее время составляют основу топливного и сырьевого баланса России, и получить высокий уровень дохода. По оценке ряда специалистов в период до 2005 г. ежегодный дефицит потребности коммунального сектора в облагороженном топливе, который составляет около 10 млн т, может быть покрыт за счет производства брикетного топлива, путем вовлечения во вторичную переработку утеродсодержащего сырья - отходов лесопиления и переработки деловой древесины, а также ограниченно используемых в настоящее время горючих сланцев месторождений Ленинградской области. Переработка древесных отходов и горючих сланцев в брикетное топливо возможна за счет использования современных технических средств и оборудования, а также комплекса нетрадиционных технологических решений (применение прессового оборудования с уплотнением брикетной смеси путем одноосного сжатия в гидравлических прессах или сжатия "бесконечным клином" в экструдерном прессе).
Изложены результаты натурных, лабораторных и аналитических исследований динамики утечек воздуха, метана и пыли в выработанном пространстве добычных участков угольных шахт. Установлены закономерности формирования взрывоопасных зон в горных выработках и прилегающем к нам выработанном пространстве.
Проанализированы материалы аналитических, лабораторных и шахтных исследований процессов сушки и увлажнения аэрогелей угольной пыли, а также изучено влияние влажности на их взрываемость. Изложена методика выбора параметров средств генерации пара для конденсационного увлажнения отложений угольной пыли в выработках, которая обеспечивает защиту от взрывов и детонации.
Как известно, на устойчивость целиков существенное влияние оказывают неоднородность пород, наличие различного рода прослойков, включений и льда. Для уточнения этого влияния в лаборатории горного давления ЛГИ в 1963—1967 гг. был проведен комплекс исследований, включающий изучение несущей способности целиков со слабыми прослойками других пород и включениями льда для условий Аркагалинского, Сангарского, Джебарики-Хая месторождений угля и сланцевского месторождения Прибалтики ...
Характерной особенностью месторождений, расположенных в зоне многолетней мерзлоты, является цементация породных блоков льдом, который заполняет межслоевые трещины и трещины, секущие породные слои, что способствует консолидации слоев и ведет к увеличению несущей способности массива в целом ...
