Мониторинг и оценка негативного воздействия техногенных массивов минерально-сырьевого комплекса

Представлены результаты мониторинговых исследований трансформации техногенного массива минерально-сырьевого комплекса. В ходе работы были проведены такие полевые исследования, как тепловизионная съемка хранилищ с применением беспилотного летательного аппарата для установления мест бурения скважин и отбора проб, измерение температуры грунтов, а также анализ состава отходящей газовой смеси. Было установлено, что температура грунтов в скважинах по истечении трех месяцев с последней эксплуатации местами превышала 200 °С, что свидетельствует о протекании процессов самонагревания в слоях техногенного массива. Проведенные оценки газовой смеси указали на присутствие в составе газов горения, а именно NO, NO₂, CH₄, SO₂, CO и CO2, а также H₂O в виде пара. В научном центре «Экосистема» Санкт-Петербургского горного университета были проведены лабораторные исследования отобранных проб. Был установлен компонентный состав техногенного грунта, а именно содержание таких оксидов, как SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO, Al₂O₃ и MnO. Результаты исследований свидетельствуют о большой неоднородности материала и указывают на возможность протекания в массиве силикатного, известкового и сульфидного распадов. Далее были определены потери массы при прокаливании материала, а также установлено содержание углерода и водорода. Полученные значения свидетельствуют о присутствии остатков угольной шихты. Тем самым объясняется длительное поддержание высоких температур в слоях массива, так как в процессе распадов произошло разуплотнение грунтов и обеспечился приток кислорода к углеродсодержащим материалам.

Пашкевич М. А., Куликова Ю. А. Мониторинг и оценка негативного воздействия техногенных массивов минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 9-1. – С. 231–247. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_231.

Пашкевич Мария Анатольевна¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: mpash@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7020-8219,
Куликова Юлия Алексеевна¹ — аспирант, e-mail: yuliyakulikova1997@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-6205-5328,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Куликова Ю.А., e-mail: yuliyakulikova1997@mail.ru.

1. Скобелев Д. О., Марьев В. А., Шубов Л. Я., Иванков С. И., Доронкина И. Г. Отходы горно-металлургической отрасли: систематизация технологических решений экологических задач. Часть I // Экологические системы и приборы. — 2018. — № 12. — С. 29—37. DOI: 10.25791/esip.12.2018.305.

2. Новоселов А. Л., Петров И. В. Моделирование использование вторичных минеральных ресурсов // Горный журнал. — 2019. — № 7. — С. 80—84. DOI: 10.17580/gzh. 2019.07.06.

3. Сахапова Т. С., Баранова К. О., Хуснутдинов М. И., Тихонов В. А. Методы обращения с отходами на предприятии: внедрение системы управления по обращению с отходами // Горная промышленность. — 2021. — № 5. — С. 94—98. DOI: 10.30686/1609-91922021-5-94-98.

4. Катунин В. В., Зиновьева Н. Г., Иванова И. М., Петракова Т. М. Основные показатели работы черной металлургии России в 2019 г. // Черная металлургия. Бюллетень научнотехнической и экономической информации. — 2020. — Т. 76. — № 4. — С. 309—334. DOI: 10.32339/0135-5910-2020-4-309-334.

5. Гильмундинов В. М., Тагаева Т. О., Бокслер А. И. Анализ и прогнозирование процессов обращения с отходами в РФ // Проблемы прогнозирования. — 2020. — № 1 (178). — С. 126—134.

6. Oge M., Ozkan D., Celik M. B., Sabri G. M., Cahit K. A. An overview of utilization of blast furnace and steelmaking slag in various applications // Materials Today: Proceedings. 2019, vol. 11, pp. 516—525. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.01.023.

7. Riley A. L., MacDonald J. M., Burke I. T., Renforth P., Jarvis A. P., Hudson-Edwards K. A., McKie J., Mayes W. M. Legacy iron and steel wastes in the UK: Extent, resource potential, and management futures // Journal of Geochemical Exploration. 2020, vol. 219, pp. 1—11. DOI: 10.1016/j.gexplo.2020.106630.

8. Синицын Н. Н., Запатрина Н. В., Донцова Ю. В. Математическая модель прогнозирования теплообмена одиночной капли доменного шлака при неустановившемся движении во встречном потоке газа // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2022. — Т. 18. — № 3. — С. 30—38. DOI: 10.36622/VSTU.2022.18.3.003.

9. Бельский С. С., Зайцева А. А., Тютрин А. А., Исмоилов З. З., Баранов А. Н., Сокольникова Ю. В. Современное состояние переработки шлаков сталеплавильного производства // Вестник ИрГТУ. — 2021. — № 6 (161). — С. 782—794. DOI: 10.21285/1814-35202021-6-782-794.

10. Филоненко А. В. Анализ современных технологий переработки шлаков доменного производства // Экология и промышленность. — 2018. — № 3-4. — С. 91—104.

11. Парпиев Д. Б., Тургунбоев О. С., Скляр В. А. Решение проблемы выбросов сероводорода при охлаждении водой шлака доменного производства путем добавления гидрокарбоната натрия // Аллея науки. — 2019. — Т. 3. — № 1. — С. 826—831.

12. Нуреев Р. Р., Пашкевич М. А., Харько П. А. Оценка воздействия отходов обогащения медных руд на поверхностные и подземные воды // Геология и геофизика Юга России. — 2022. — Т. 12. — № 4. — С. 169—179. DOI: 10.46698/VNC.2022.37.95.013.

13. Сарапулова Г. И. Геохимический подход в оценке воздействия техногенных объектов на почвы // Записки Горного института. — 2020. — Т. 243. — С. 388—392. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.388.

14. Воронин С. С., Роева Н. Н., Зайцев Д. А., Рябинкина В. Д., Хлопаев А. Г., Хусаинов И. Р. Организация наблюдений за качеством атмосферного воздуха с учетом требований законодательства РФ // Проблемы региональной экологии. — 2022. — № 2. — С. 38—42. DOI: 10.24412/1728-323X-2022-2-38-42.

15. Лебедев А. Б., Утков В. А., Бажин В. Ю. Применение красного шлама в качестве модификатора при грануляции металлургических шлаков // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2019. — Т. 23. — № 1 (144). — С. 158—168. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-1-158-168.

16. Корриган Ф. Десять тепловизоров для дронов и как работает тепловизионная съемка // Автоматизация и IT в энергетике. — 2020. — № 1. — С. 14—24.

17. Duryagin V., Nguyen Van T., Onegov N., Shamsutdinova G. Investigation of the selectivity of the water shutoff technology // Energies. 2023, vol. 16, no. 1, pp. 1—16. DOI: 10.3390/ en16010366.

18. Бажин В. Ю., Кусков В. Б., Кускова Я. В. Проблемы использования невостребованных угольных и других углеродсодержащих материалов в качестве энергетических брикетов // Уголь. — 2019. — № 4 (1117). — С. 50—54. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-4-50-54.

19. Чукаева М. А., Матвеева В. А., Сверчков И. П. Комплексная переработка высокоуглеродистых золошлаковых отходов // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 97—104. DOI: 10.31897/PMI.2022.5.

20. Zhai X., Ge H., Shu C., Obracaj D., Wang K., Bin L. Effect of the heating rate on the spontaneous combustion characteristics and exothermic phenomena of weakly caking coal at the low temperature oxidation stage // Fuel. 2020, vol. 268, pp. 1—8. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.117327.

21. Song Y., Yang S., Hu X., Song W., Sang N., Cai J., Xu Q. Prediction of gas and coal spontaneous combustion coexisting disaster through the chaotic characteristic analysis of gas indexes in goaf gas extraction // Process Safety and Environmental Protection. 2019, vol. 129, pp. 8—16. DOI: 10.1016/j.psep.2019.06.013.

22. Родионов В. А., Турсенев С. А., Скрипник И. Л., Ксенофонтов Ю. Г. Результаты исследования кинетических параметров самовозгорания каменноугольной пыли // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 617—622. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.3.

23. Gabdulkhakov R. R., Rudko V. A., Povarov V. G., Ugolkov V. L., Pyagay I. N., Smyshlyaeva K. I. Technology of petroleum needle coke production in processing of decantoil with the use of polystyrene as a polymeric mesogen additive // ACS omega. 2021, vol. 6, no. 30, pp. 19995—20005. DOI: 10.1021/acsomega.1c02985.

24. Daeid N. N. Chemistry of fire // Encyclopedia of Forensic Sciences, 3rd edition. 2023, vol. 1, pp. 530—534. DOI: 10.1016/B978-0-12-823677-2.00042-8.

25. Филатова Ю. А., Мочалова Т. А. Исследование процесса химического самовозгорания как причины пожара // Пожарная и аварийная безопасность. — 2019. — № 1(12). — С. 123—127.

26. Sverchkov I. P., Gembitskaya I. M., Povarov V. G., Chukaeva M. A. Method of reference samples preparation for X-ray fluorescence analysis // Talanta. 2023, vol. 252, pp. 1—8. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123820.

27. Talapaneni T., Chaturvedi V. Proposing a suitable slag composition by estimating the fusion behavior, viscosity and desulphurization ability for blast furnaces running with high alumina // Materials Today: Proceedings. 2022, vol. 67, no. 4, pp. 558—565. DOI: 10.1016/j. matpr.2022.07.452.

28. Хоботова Э. Б., Игнатенко М. И., Сторчак О. Г., Калюжная Ю. С., Грайворонская И. В. Минеральный состав отвальных доменных шлаков // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. — 2019. — Т. 62. — № 10. — С. 774—781. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-10-774-781.

29. Атрощенко Ю. М., Никишина М. Б., Симонов Р. В. Исследование прочностных характеристик строительных композитов с использованием конверторных шлаков // Endless light in science. — 2022. — № 5(5). — С. 161—165.

30. Козлов В. В., Шевчик А. П., Суворов С. А., Иванов А. В., Арбузова Н. В., Погодина К. С. Расчетное и экспериментальное определение фазового состава шлаков внепечной обработки стали // Новые огнеупоры. — 2019. — № 9. — С. 46—49. DOI: 10.17073/16834518-2019-9-46-49.

31. Бабенко А. А., Смирнов Л. А., Протопопов Е. В., Уполовникова А. Г., Сметанников А. Н. Фундаментальные исследования физико-химических свойств экологически чистых бесфтористых шлаков и их использование в ковшевой металлургии стали // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. — 2022. — Т. 65. — № 6. — С. 406—412. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-6-406-412.

32. Савченко Е. А., Бусел А. В. Методика определения силикатного распада шлака текущего производства Белорусского металлургического завода для применения в асфальтобетоне / Строительство и архитектура: материалы XI Международного научно-методического межвузовского семинара «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь». — Брест, 2004. — С. 256—258.

33. Панова В. Ф., Панов С. А., Камбалина И. В. Заполнитель и цемент на основе вторичных минеральных ресурсов // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. — 2016. — № 1(22). — С. 72—77.

34. Подольский В. П., Кукина О. Б., Слепцова О. В. Анализ химико-минералогического состава отвальных сталеплавильных конвертерных шлаков // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. — 2014. — № 1. — С. 126—130.

35. Бодяков А. Н., Бугряшов Д. В. Актуальные проблемы металлургических шлаков // Образование. Наука. Производство. — 2021. — С. 1016—1020.

36. Уразбаева С. Е., Жабаева М. У., Убишев Р. С., Краус Т. В. Выпуск опытно-промышленной партии строительных материалов и изделий на основе отходов промышленности // Актуальные научные исследования в современном мире. — 2020. — № 2-2. — С. 102—106.

37. Чубаров В. М., Финкельштейн А. Л., Амиржанов А. А. Определение отношения FeO/Fe₂O₃tot в железных рудах по эмиссионным линиям K-серии рентгеновского флуоресцентного спектра // Аналитика и контроль. — 2009. — № 3. — С. 141—146.

38. Петрова Т. А., Рудзиш Э. Рекультивация техногенно-нарушенных земель с применением осадков сточных вод в качестве мелиорантов // Записки Горного института. — 2021. — Т. 251. — С. 767—776. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.16.

39. Коршунов Г. И., Спицын А. А., Баженова В. А. Разработка способа снижения выделения респирабельной фракции пыли в атмосферу разреза за счет рекультивации пылящих источников // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 6. — С. 27—32. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-27-32.