Мар 31 2001

Экономико – математическая модель

Опубликовано в 21:44 в категории Утилизация отходов

Экономико – математическая модель

прогнозной оценки параметров зон отрицательного влияния породных отвалов

И.В. Петенко

Донецкая государственная академия управления

Донбасс считается зоной экологического бедствия. Несмотря на резкий спад производства на 1 км2 площади выбросы в атмосферу составили: свинца – 6,5 кг, меди – 3,8 кг, никеля – 3,8 кг, а также выброшены такие токсичные марганец, хром, олово и др. Общая загрязненность атмосферного воздуха на одного жителя в год оценивается: в Донецке – 460 кг, Макеевке – 620 кг, Лисичанске – 870 кг, Енакиево – 1004 кг, Стаханове – 1220 кг, Алчевске – 1260 кг. Объемы образования отходов достаточно высоки и приоритет в их образовании отводится предприятиям угольной промышленности (60 % общего загрязнения), которые ежесуточно выдают в атмосферу окисида углерода более 2,7млн.м3, метана – 15,5 млн.м3 в год.

В угольных районах Украины одним из основных источников загрязнения земельных угодий и атмосферы являются породные отвалы, которые не только уменьшают площадь полезно используемых земель, но и является опасными очагами эрозии, источником загрязнения воды и почв окружающей местности. Кроме того, происходит загрязнение атмосферы газами и пылью. Более 50 % выбросов вредных веществ выделяется горящими породными отвалами.

Выход породы на шахтах зависит от мощности и зольности разрабатываемых пластов, физико-механических свойств пластов и вмещающих пород, способа управления горным давлением, схем вскрытия и подготовки и т.д.

В Украине 1299 отвалов (в т.ч. 854 недействующих). Они занимают 8,4 га земли, в них складировано 2 млрд.м3. За оставшийся срок службы шахт и обогатительных фабрик будет отсыпано еще более 1,7 млрд.т породы, а территория под отвалами достигнет 13 тыс.га без учета санитарно – защитной зоны.

На складирование отходов затрачиваются дополнительные ресурсы, занимающие площади и земельные угодья, создаются разрывы в технологических целях, организационные трудности.

За последние 20 лет в связи с увеличением глубины разработки и осложнением горно-геологических условий годовой объем выдачи породы возрос более чем в два раза и достиг 75 млн.т, из которых 40 % приходится на обогатительные фабрики. На вывозку и размещение породы расходуется более 55 млн.грн. Суточный выход породы на шахтах составляет 0,5 – 3 тыс.т, на обогатительных фабриках 1,5 – 10тыс.т.

На отвалы вместе с породой направляется уголь, древесина, что приводит к их горению и загрязнению окружающей среды. Число горящих отвалов достигает 170. Кроме того, 200 отвалов имеют локальные источники возгорания. Горящими отвалами выбрасывается 162 т в год.

При выгорании горючих веществ нарушается устойчивость отвалов, происходят выбросы разогретой породы на расстояние до 200 м и более. В связи с этим, вокруг отвалов создаются дополнительные загрязненные зоны, размеры которых иногда превышают площадь самих отвалов. Польские ученые считают, что вредное влияние отвалов породы сказывается на прилегающей территории в 10 – 12 раз больше, чем занимает сам отвал. Кроме того, существует 500-метровая санитарная зона безопасности, где вредные вещества превышают ПДК.

В результате горения породных отвалов из них выделяется пылегазовые отходы – углистые и сернистые газы, породная и угольная пыль. Ежегодно из террикона вымывается и сдувается около 400 т горных пород. Это способствует общему загрязнению атмосферы, нарушению баланса кислорода и углекислого газа, оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Украина заняла одно из первых мест в мире по числу онкозаболеваний. Неудовлетворительная экологическая ситуация привела к тому, что в Украине сегодня уровень детской смертности самый высокий в мире. При горении угля в отвале порода подвергается воздействию высокой (до1500оС) температуры, изменяющей ее физические и химические свойства.

Например, пирит разлагается с образованием SO2. Кислотность пород отвала возрастает до рН=1,5 – 2,0, происходит накопление солей серной кислоты. Легкорастворимые соли, пылевидные частицы сносятся атмосферными водами на землю, засоливая их. Ежегодно из каждого породного отвала вымывается до 8 тонн солей.

По данным МакНИИ в Донбассе 1т породы, уложенная в отвал, дает: CO – 16,8 кг; SO2 – 2,68 кг; H2S – 0,72 кг; NO2 – 11-13 т/год; CO2 от 14400т/год (в горящих отвалах) до 7200 т/год (в негорящих отвалах). Кроме того, существует опасность необратимого загрязнения биосферы вследствие распыления золошлаков ТЕС при хранении в отвалах, где после сгорания угля остаются радиоизотопы урана – радиевого и ториевого ряда, содержащиеся в исходном угле. Эти элементы находятся в концентрированном виде, а следовательно, более опасны.

Породными отвалами в Украине нарушено 15967 га. Вокруг породных отвалов образуется зона с повышенной концентрацией загрязняющих ингредиентов в почве, обусловливающей токсичность последней. В связи с этим возникает необходимость установления границ этой зоны, оценки степени ее токсичности и динамики ее изменения во времени. Инструментальная оценка перечисленных характеристик на основе полевых исследований весьма трудоемка, требует анализа большого количества проб. Кроме того, такой подход неприемлем на стадии предпроектных и проектных проработок. Указанные обстоятельства обусловили необходимость аналитического решения задачи путем построения математической модели.

Поскольку механизм формирования ореолов загрязнения породными отвалами изучен слабо, модель рассматриваемого процесса построена на элементах теории распознавания образов.

Параметры зон зависят от параметров (факторов) соответствующих породных отвалов. Первоначальная совокупность этих факторов составлялась на уровне экспертных оценок и рассматривалась в следующем составе: высота и возраст отвала; уровень рН; содержание SO, Al, FeO, Fe2O3; масса сухого остатка на отвале; среднегодовое количество остатков и скорость ветра; расстояние от центра отвала; уклон дневной поверхности и глубина точки зоны. В качестве показателя, характеризующего степень токсичности зоны, рассматривалась величина рН.

Для выявления значимых факторов по собранной информации был проведен корреляционный анализ и оценена степень влияния каждого из факторов. К числу наиболее значимых факторов, которые и учитывались при составлении прогноза, отнесены следующие: высота и возраст отвала, глубина точки зоны, расстояние от центра отвала, рН и содержание SO, на отвале.

Для апробирования методики был обследован ряд породных отвалов ПО “Артемуголь”. Для каждого из обследованных отвалов были определены достаточно полные геометрические характеристики и физико-химические свойства. В зоне каждого из отвалов на разной глубине и расстоянии от центра были отобраны пробы для агрохимического анализа. Каждая из этих проб рассматривалась как единичный опыт. Результаты опытов сведены в таблицу, представляющую собой обучающую информацию. Таким образом, для обследованных отвалов было получено соответствие \’\'параметры отвала – параметры зоны\’\’.

Пусть теперь имеется некоторый новый отвал, параметры которого известны, а зона не изучена. Целью прогноза является определение параметров его зоны, т.е. нахождение соответствия \’\'параметры нового отвала – параметры его зоны\’\’. Такую ситуацию можно представить в виде матрицы.

A11

A12

A13

A14

.

A1c

Y1

A21

A22

A23

A24

.

A2c

Y2

Ad1

Ad2

Ad3

Ad4

.

Adc

Yd

Ax1

Ax2

Ax3

Ax4

.

Axc

Yx

где AIJ – известное численное значение j-го фактора для пробы с номером i; YI – известное значение параметра токсичности в соответствующей зоне; AXJ – известное значение j-го фактора для нового отвала; YX – значение параметра токсичности в точке зоны.

Сравнение прогнозных оценок токсичности с фактическими данными независимой выборки по критериям:

G0 = √ å (Xp – Xф ) ∕ N и ∆ = (│ Xр – Xф│) ∕ √ N (N – 1)

(здесь Xр и Xф – расчетное и фактическое значение параметра; N – число определений) показало, что G0 =00,57 рН, ∆ =0,48 рН. Разработанная модель может обеспечить приемлемую точность расчета при решении задач прогнозирования. Вычисленные по модели прогнозные характеристики позволят в дальнейшем влиять на некоторые из параметров отвалов с целью уменьшения их вредного воздействия.

Таким образом, разработанные программы позволят оперативно проводить решение задач оценки и прогнозирования воздействия предприятий угольной промышленности на окружающую среду, необходимых при планировании природоохранных мероприятий.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.