Экологический мониторинг породных отвалов горнопромышленных агломераций

Abstract

Актуальность. На данный момент на территории Донбасса находится около 600 породных отвалов. Их горение приводит к выбросам сероводорода, диоксида серы и других парниковых газов в атмосферу. Важной экологической задачей является предотвращение образования эндогенных очагов на отвалах угольных шахт и уменьшение загрязнения атмосферы. Цель: совершенствование мониторинга уровня экологической опасности отвалов угольных шахт, находящихся в горнопромышленных агломерациях для своевременной локализации и предотвращения образования очагов горения на породных отвалах. Объект: породные отвалы угольных шахт. Методы: применение теории подобия и анализа размерностей между породным отвалом и атмосферой с учетом дополнения Хантли; натурные и лабораторные исследования влияния условий и расстояния тепловизионной съемки, скорости ветра на фиксируемую энергетическую светимость; исследования выбросов токсичных газов при горении породного отвала. Результаты. Моделирование основных теплофизических характеристик между очагом тепловыделения на породном отвале угольной шахты и тепловизором позволило описать их уравнением критериального вида. Экспериментальными исследованиями установлено, что при увеличении расстояния тепловизионной съемки снижается фиксируемая энергетическая светимость. Зависимость энергетической силы света от ракурса тепловизионной съемки в интервале углов 0-60° соответствует закону Ламберта. Установлено, что температурный контраст между тепловизором и очагом тепловыделения обратно пропорционален дистанции тепловизионной съемки в степени 1,81. Экспериментально обоснован процесс образования сероводорода на породных отвалах. Установлено, что повышение концентрации одного из самых токсичных компонентов выбросов горящего породного отвала - сероводорода, находится в степенной зависимости от относительной влажности атмосферного воздуха. Обоснована эффективность экологического мониторинга породных отвалов с применением дистанционных способов контроля - тепловизоров и дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов. Применение дистанционного тепловизионного мониторинга уровня экологической опасности породных отвалов с использованием дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов и достоверного определения выбросов в атмосферный воздух при горении породных отвалов снизит стоимость работ по сравнению с действующей контактной методикой в 5 раз.

The relevance of the research. Currently, there are about 600 waste dumps in the territory of Donbass. Their combustion leads to emissions of hydrogen sulfide, sulfur dioxide and other greenhouse gases into the atmosphere. An important environmental challenge is to prevent the formation of endogenous hotbed of spontaneous combustion on the dumps of coal mines and reduce air pollution. Purpose: to improve monitoring of the level of environmental hazard of coal mine dumps located in mining agglomerations for timely localization and prevention of the formation of hotbed of spontaneous combustion on waste dumps. Object: waste dumps of coal mines. Methods: application of the similarity theory and analysis of dimensions between the waste dump and the atmosphere, considering the Huntley add-on; full-scale and laboratory studies of the influence of conditions and distance of thermal imaging shooting, wind speed on the fixed radiant luminosity; studies of toxic gas emissions during combustion of waste dumps. Results. Modeling the main thermophysical characteristics between the hotbed of spontaneous combustion on the waste dump of a coal mine and a thermal imager made it possible to describe them by a criterial equation. Experimental studies have established that with the increase in the distance of thermal imaging, the recorded energy luminosity decreases. The dependence of the energy intensity of light on the angle of thermal imaging shooting in the range of angles 0-60° corresponds to Lambert's law. It was found that the temperature contrast between the thermal imager and the hotbed of spontaneous combustion is inversely proportional to the distance of thermal imaging shooting to the power of 1,81. It was established that the increase in the concentration of one of the most toxic components of emissions from a burning waste dump, hydrogen sulfide, is in power-law dependence on the relative humidity of the atmospheric air. The effectiveness of monitoring the ecological safety of waste dumps with the use of remote-control methods - thermal imagers and remotely piloted aerial vehicles - was substantiated. The use of remote thermal imaging monitoring of the level of environmental hazard of waste dumps using remotely piloted aircraft and reliable determination of emissions into the air during the combustion of waste dumps will reduce the cost of work in comparison with the current contact method by 5 times.