В рудничном воздухе могут оказаться такие газы, как азот, метан, окись углерода, сернистый газ, сероводород, оксиды азота, водород, тяжелые углеводороды, радон, аммиак и другие вредные газы, а также пары воды и пыль. Одни ядовитые газы образуются при взрывных работах или в результате работы в подземных условиях двигателей внутреннего сгорания, другие выделяются из горных пород или полезных ископаемых и шахтных вод.
Насыщение крови кислородом зависит от величины его парциального давления. В глубоких шахтах парциальное давление кислорода в рудничном воздухе выше его значения, соответствующего нормальному атмосферному давлению. Такие условия наиболее благоприятны для усвоения кислорода кровью людей. Наоборот, в высокогорных условиях парциальное давление кислорода уменьшается и усвоение его кровью ухудшается.
При снижении содержания кислорода до 17 % наступает сильная одышка и сердцебиение, при содержании его, равном 12 %, появляется обморочное состояние, при 9 % наступает смерть вследствие кислородного голодания.
ЛайфХак Добыча золота в скалах из твердой породы из трещин после выветривания с помощью пылесоса
Углекислый газ (CO2) — бесцветный газ, без запаха, со слабокислым вкусом. Тяжелее воздуха. Скапливается у почвы выработок, в тупиковых выработках, где нет вентиляции.
При концентрации до 5 % — учащенное дыхание (одышка), 10 % — обморочное состояние, 10 % и выше — смерть. Источник — взрывные работы, пожар, работа двигателей внутреннего сгорания, гниение органических веществ (гниение дерева в шахте), выделения из горных пород.
Бензиновая лампа тухнет при содержании в воздухе 4—5 % углекислого газа. До появления аккумуляторных ламп следовало уходить из выработки на свежую струю, если пламя в лампе начинало тускнеть. Заходить в выработки, в которых гаснут лампы, запрещалось.
Азот — газ без цвета, вкуса и запаха. Азот химически инертен, однако при очень высоких температурах, возникающих, например, во время взрывных работ и электродуговой сварки, способен окисляться, образуя очень ядовитые газы. Увеличение содержания азота в воздухе оказывает влияние на человека вследствие уменьшения при этом содержания кислорода.
Угарный газ (CO, окись углерода) — газ без цвета, вкуса, запаха. Горит и взрывается окись углерода при концентрации в воздухе от 12,5 до 75 %. Окись углерода весьма ядовита, легко соединяется с гемоглобином крови, препятствуя поступлению в кровь кислорода и вызывая кислородное голодание организма.
Легче воздуха, скапливается в верхних частях выработок. Способен вызывать легкое отравление при концентрации в воздухе 0,02—0,05 %. При концентрации 1 % смерть наступает после нескольких вдохов.
Образуется при взрывных работах, пожарах, работе двигателей внутреннего сгорания. Обнаружить этот газ невозможно! (только газоанализатор) Единственное спасение в зоне поражения — изолирующий самоспасатель.
Двуокись азота является наряду с наиболее устойчивым в воздухе окислом азота. Весьма ядовита, как и другие окислы азота. Относительная плотность двуокиси азота — 1,59, плотность двуокиси азота при нормальных условиях 2,05 кг/м. куб. Двуокись азота имеет бурый цвет и характерный резкий запах. Двуокись азота вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз, а в тяжелых случаях — отек легких.
Гидродинамической эффект при добыче золота со дна океана (Eddy Pump Simulation Video HD)
Сернистый газ (глазоедка) — бесцветен, имеет кислый и сильный раздражающий запах горящей серы. Сернистый газ весьма ядовит, для отравления человека достаточно его содержания в воздухе 0,05 %. Легко обнаруживается, так как даже при малом содержании он начинает раздражать слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, в тяжелых случаях вызывает воспаление бронхов, отек гортани и легких.
Сероводород — газ без цвета, со сладковатым вкусом и запахом тухлых яиц. Сероводород ощутим по запаху уже при содержании его, равном 0,0001 %. Сероводород горит, а при концентрации в воздухе 6 % взрывается. Сероводород весьма ядовит, на человека действует смертельно при содержании в воздухе 0,1-0, 15 %. При меньшем содержании раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Симптомами сильного отравления сероводородом являются тошнота, рвота и обморок.
Акролеин — бесцветная, легко испаряющаяся жидкость. Акролеин образуется при разложении дизельного топлива в условиях высокой температуры. Акролеин весьма ядовит.
Альдегиды (анисовый, коричный, ацетальдегид, бензальдегид, формальдегид, [хлораль) — очень ядовитые продукты разложения топлива при работе двигателей внутреннего сгорания. Наиболее опасным является формальдегид.
Тяжелые углеводороды — этан, пропан и бутан — взрывчатые газы, выделяющиеся из слабо метаморфизованных углей. Тяжелые углеводороды могут образовываться при взрывных работах.
Компрессорные газы образуются при разложении смазочных масел в компрессорах и попадают со сжатым воздухом в горные выработки. Компрессорные газы могут явиться причиной взрывов и отравлений.
Метан — газ без цвета, запаха и вкуса. В больших количествах метан встречается на угольных месторождениях, в меньших — на месторождениях калийных солей, в небольших — на месторождениях некоторых других полезных ископаемых. Метан выделяется в смеси с другими газами, называемой рудничным газом. Метан горюч и при концентрации в воздухе 5 — 16 % взрывается. Метано-воздушная смесь взрывается при температуре источника воспламенения 635 °С и более, причем взрыв метана происходит не сразу, а по истечении некоторой паузы — периода индукции.
Водород — газ без цвета, вкуса и запаха, самый легкий из всех газов. Относительная плотность водорода — 0,0696, плотность его при нормальных условиях 0,09 кг/м. куб. Водород в воде растворяется слабо. Горит и взрывается водород при содержании в воздухе от 4 до 72 %. Взрывается водород мгновенно без индукционного периода. [1]
См. также
Примечания
Источник: miningwiki.ru
Нефтегазовый комплекс и радиационные факторы
Среди природных радиоактивных веществ (радиоактивных материалов), имеющихся в окружающей среде, особый интерес представляют долгоживущие радиоактивные элементы – уран, торий, калий и некоторые из радиоактивных продуктов их распада, такие как радий и радон. Эти элементы всегда имелись в земной коре и в биологической ткани всех живых существ.
В нефтегазовой промышленности природные радионуклиды могут находиться в жидкостях и газах углеводородных геологических отложений.
Все живое на Земле подвержено воздействию ионизирующего излучения от природных источников, результат воздействия которого называют естественным радиационным фоном. Главными источниками этого излучения являются космическая, солнечная радиация и излучение радиоактивных элементов земной коры. Среди элементов земной коры, в основном, радиоактивными являются уран, торий, калий, а также продукты их распада -радий и радон.
Другим распространенным источником облучения является радиоактивный газ радон, который выделяется из урановых руд и может накапливаться в зданиях и сооружениях.
Символ
234 U
226 Ra
228 Ra
224 Ra
220 Rn
Радионуклиды определяются характеристиками излучения. Эти характеристики включают скорость распада элемента и тип излучения.
Радионуклиды могут распадаться разными способами. Наиболее распространенными являются:
альфа (a)- распад, сопровождающийся выходом альфа (a) и гамма (g) – излучения;
бета (b) – распад, сопровождающийся выходом бета (b) и гамма (g) – излучения.
- альфа (a) — излучение — тяжелые положительно заряженные частицы (ядра атомов гелия), легко поглощаемые даже воздухом. Защитой может служить лист бумаги;
- бета (b) — излучение – отрицательно заряженные частицы (электроны) легче альфа-частиц, обладающие большей скоростью и большей проникающей способностью. Защитой может служить, например, фанера толщиной в несколько миллиметров;
- гамма (g) — излучение — электромагнитные волны очень кроткой длины волны, обладающие большой энергией и высокой проникающей способностью. Для защиты необходимо использовать, например, бетон метровой толщины или слой воды толщиной несколько метров.
Скорость, с которой выделяются частицы, выражается временем полураспада радионуклида. Это время, в течение которого распадается половина атомов вещества для перехода в более стабильное состояние или понижается вдвое его радиоактивность. Время полураспада может быть чрезвычайно коротким — доли секунды, или очень длинным — миллиарды лет.
При распаде радионуклида образуется изотоп другого элемента. Если этот новый изотоп радиоактивен, он распадается дальше. Таким образом, может осуществляться серия распадов. Примерами самых распространенных в природе радиоактивных распадов являются распады урана-238 и тория-232.
В таблицах представлены серии радиоактивных распадов радиоизотопов урана, тория и калия с указанием химических символов каждого элемента и изотопа. Конечное вещество, образующееся в результате распада, стабильно.
Существуют две основные количественные характеристики для обеспечения радиационной безопасности:
Активность — определяет скорость радиоактивных распадов, не зависит от рода излучения и измеряется в беккерелях (1 Бк = 1 ядерный распад в секунду).
Эффективная доза (Биологический эффект). Различные типы ионизирующего излучения имеют разную проникающую способность, и разные части тела обладают разной степенью чувствительности к радиации. Поэтому оценка дозы требует знаний о типе, интенсивности излучения и биологической чувствительности облучаемой части тела.
Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы облучения; рассчитывается как общий эффект воздействия различных типов ионизирующего излучения на различные части тела. Как правило, дозы профессионального облучения имеют порядок миллизиверта, мЗв. В практике регулирования радиационной безопасности принято использовать дозу, полученную за год — миллизиверты в год (мЗв/год).
Так называемое “внутренее” облучение является следствием вдыхания радиоактивного газа или взвешенных в воздухе частиц, а также попадания радиоактивной пыли в органы пищеварения. Радиоактивный материал, задерживаясь в организме на определенное время, создает дозу “внутреннего” облучения, также измеряемую в зивертах.
При добыче нефти и газа на работников отрасли воздействуют следующие радиационные факторы:
- внешнее гамма-облучение, связанное с радиоактивным распадом природного урана-238 и тория-232;
- внутреннее облучение альфа- и бета-частицами при ингаляционном пути их попадания в организм;
- облучение кожных покровов и органов зрения персонала бета-частицами.
Воздействие радиационных факторов приводит к радиационному загрязнению оборудования и окружающей среды, к которому можно отнести:
На диаграммах показаны сравнительные показатели по запасам и добыче нефти и газа в мировой энергетике, из которых видно, что проблема обеспечения радиационной безопасности при добыче и переработке минерального сырья в Российской Федерации является актуальной и долгосрочной.
Вместе с тем, в нефтегазовой промышленности широко используются радиационные источники для проведения геофизических исследований скважин, а также рентгеновской и радионуклидной дефектоскопии.
Понятно, что ионизирующее излучение радиоактивных материалов является неотъемлемым фактором нашей действительности, и поэтому необходимо принимать меры по совершенствованию радиационной защиты и повышению культуры радиационной безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса.
Источник: uran.pro
Что такое открытая разработка месторождений?
Открытая разработка месторождений, или добыча полезных ископаемых открытым способом – это один из нескольких нетуннельных методов добычи, который дает шахтерам свободный доступ к минералам и камню у поверхности Земли. Взрывчатка помогает создать массивные, похожие на каньон отверстия. Тяжелая техника перерабатывает отверстия в пригодные для работы шурфы и извлекает ценные материалы, которые затем вывозятся большими грузовиками. Твердые и жидкие отходы обычно хранятся в местах захоронения вблизи карьера.
Определение открытой разработки месторождений
Ни одно государственное агентство не публикует информацию о количестве месторождений открытой разработки в стране или в мире. Также нет надежного публичного источника информации о долларовом объеме открытой горной промышленности. Это может быть связано с тем, что открытая добыча – это только один из видов добычи, при котором удаляются почва и порода, покрывающая добываемый материал. Все вместе эти типы шахт называются открытыми.
Дополнительная проблема с определением масштабов открытой разработки месторождений заключается в том, что многие открытые шахты имеют подземные тоннели.
Более полезным является рассмотрение горнодобывающей промышленности в целом. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), в 2020 году только в США были следующие действующие шахты: 6251 песчано-гравийный карьер, 4281 каменный карьер, 1009 угольных шахт, 895 неметаллических шахт и 278 металлических шахт. Песчаные, гравийные, каменные, угольные и многие металлические и неметаллические шахты, скорее всего, относятся к открытому типу. (1)
Классический открытый карьер имеет внушительную глубину и гораздо большую ширину в верхней части, чем в нижней. Одним из примеров является особенно массивный карьер Бингем-Каньон вблизи Солт-Лейк-Сити, штат Юта, США. Его глубина составляет почти 1,2 километра, а ширина – около 4 километров. (2)
Медный рудник Бингем-Каньон в штате Юта, самый глубокий открытый карьер в мире. Pavliha / Getty Images
Карьеры выкапывают таким образом, чтобы стены («баттеры») были наклонены вниз. Такой уклон помогает уменьшить силу тяжести камней и, следовательно, минимизирует риск падения валунов вниз и получения травм. Плоские земляные террасы, называемые «скамьями» или «бермами», периодически отходят от баттеров. Они достаточно широкие, чтобы прочно удерживать грузовики размером с динозавра и другую тяжелую технику, когда они проезжают друг мимо друга. Система пандусов позволяет грузовикам и другим грунтозацепам проезжать между скамьями.
Открытые горные работы обычно используются для добычи металлических руд, таких как алюминий, бокситы, медь, золото и железо, а также неметаллических руд, таких как уголь, уран и фосфаты. Открытая разработка месторождений также известна как добыча открытым способом и мегадобыча.
С экологической точки зрения добыча открытым способом является разрушительной. Она потребляет огромное количество воды, сильно загрязняет воду и воздух, обезображивает ландшафты и навсегда уничтожает среду обитания. Даже после того, как карьеры отработаны, а участки восстановлены, на территории карьеров сохраняется повышенный риск эрозии и наводнений. (3, 4)
Несмотря на экологические недостатки, есть несколько причин, по которым добыча полезных ископаемых открытым способом остается популярной. Используя тяжелую технику и взрывчатку, она в три-пять раз целесообразнее, чем добыча глубокими шахтами. За один день можно добыть до 20 000 тонн. Это безопаснее и для шахтеров, поскольку в большинстве карьеров нет необходимости прокладывать тоннели, а значит, риск обрушения тоннеля, пожара и выброса токсичных газов минимален. (5)
Загрязнение воздуха
Tracielouise / Getty Images
Во время горных работ образуются тяжелые облака пыли. Только взрывные работы составляют огромную часть проблемы. В 2018 году международная группа ученых, опубликованная в E3S Web of Conferences, сообщила, что ежегодно взрывается около 10 миллиардов кубометров породы. Образующиеся облака переносят около 2,0–2,5 миллионов тонн пыли. (4)
Пыль, образующаяся при бурении и взрыве на некоторых шахтах, является высокорадиоактивной. Так, например, обстоит дело на урановых рудниках. Однако проблема не ограничивается известными радиоактивными рудами, поскольку все руды в той или иной степени радиоактивны. (6)
Даже если она не радиоактивна, пыль, содержащая тяжелые металлы, может быть очень опасной. При вдыхании она может вызвать различные респираторные проблемы, включая пневмокониоз. (7)
Взрывчатые вещества, используемые при взрывных работах, выделяют пары, которые вызывают кислотные дожди. Еще в 1973 году советские ученые сообщили, что смог может образовываться в самих карьерах. В 2019 году китайские ученые сообщили, что соляная кислота, выделяемая шахтами, достаточно едкая, чтобы разъесть бетон. (8, 9, 10, 11)
При неисправности шахтного оборудования или ошибках рабочих, например, сварщиков, уголь воспламеняется. Пожары в шахтах выделяют токсичные газы и вызывают значительное загрязнение воздуха. (12)
Огромное тяжелое оборудование, используемое на шахтах, выделяет выхлопные газы и загрязняет воздух.
Загрязнение воды
Цветные лужи воды содержат медные хвосты – пустую породу, из которой удалили медную руду после добычи в Кирни, штат Аризона, США. Джеральд Френч / Getty Images
Одна из самых серьезных проблем при добыче полезных ископаемых открытым способом характерна и для подземной добычи. Минерал пирит часто встречается в угольных шахтах. Он содержит серу. Когда пирит обнажается, и сера вступает в реакцию с воздухом и водой, она образует кислоту. Кислотная вода, а также связанные с породой тяжелые металлы, растворенные кислотой, вытекают из шахт в близлежащие реки, озера и ручьи, убивая водных обитателей и делая воду непригодной для использования. (13)
Исследование 2021 года, опубликованное в рецензируемом журнале Ecological Applications, показало, что 40% видов морских животных в 93 водоемах, расположенных ниже по течению от района Аппалачи, где находятся многочисленные открытые шахты, были уничтожены. Особенно проблематично это в связи с добычей угля, поскольку дренаж кислотных шахт может продолжаться сотни лет, даже спустя долгое время после закрытия шахты. (14, 15)
Загрязнение кислотными стоками
Можно утверждать, что «кислотный дренаж воды» следует сгруппировать с загрязнением воды, но в данном случае проблему создают не процессы добычи полезных ископаемых и даже не мельничные процессы. Это сама природа.
Когда сера в открытом пирите встречается с воздухом и дождевой водой, она образует кислоту. Когда дождевая вода с новой кислотой стекает, она может освободить и унести с собой тяжелые металлы из породы. С тяжелыми металлами или без них, дренаж кислотных вод является катастрофическим для водной фауны. (13)
Загрязнение воды, вызванное добычей полезных ископаемых открытым способом, типично для всей горнодобывающей промышленности. Уголь и другие полезные ископаемые перевозятся по железной дороге, грузовиками или на лодках на «фабрики», где минеральный продукт сортируется, а порода дробится, измельчается, промывается и фильтруется. Затем, в зависимости от минерала, продукт добычи проходит через различные процессы очистки, требующие большого количества воды и растворителей. Растворители, другие промышленные химикаты и металлы, которые остаются в воде, называются «хвостами».
В результате аварий на объекте хвосты могут попасть прямо в окружающую среду. Именно это произошло 4 августа 2014 года недалеко от Ванкувера, Канада, на хвостохранилище Маунт-Полли. В результате обрушения дамбы на площадке восемь миллионов кубометров хвостов попали в озеро Полли, ручей Хейзелтин и озеро Квеснел. (16, 17)
Согласно официальному отчету о воздействии на окружающую среду, загрязненная вода переполнила ручей и вырезала новую, гораздо более широкую и глубокую долину. Окружающие болота покрылись металлическим илом. Около 136 гектаров верхнего слоя почвы вокруг озера Полли было смыто, а отложения хвостов толщиной 3,5 метра перекрыли выход из озера. Восстановительные работы продолжаются. (18)
Потребление воды
Пруд на шахтах Рио-Тинто, Уэльва, Андалусия, Испания
Сантьяго Уркихо / Getty Images
Уровень потребления воды отслеживается Геологической службой. Только в США в 2015 году из земли выкачивалось примерно 15 триллионов литров в день для промывки, необходимой для фрезерного процесса добычи полезных ископаемых. (Эта цифра включает в себя как открытую, так и тоннельную добычу). 72% из них приходилось на подземные воды. Остальное – поверхностные воды, 77% из которых были пресноводными. (19)
Отходы и разрушение среды обитания
Открытый карьер в Лихай Вэлли, округ Карбон, Пенсильвания, США. Алекс Потемкин / Getty Images
Открытые карьеры вырыты прямо в вершинах гор. Растительность исчезает. Почва исчезает. Среда обитания полностью уничтожена.
До 1977 года федеральное законодательство не требовало, чтобы после прекращения горных работ на открытых карьерах проводилась какая-либо рекультивация или реабилитация. С этого года Федеральное управление по рекультивации и правоприменению в области открытых горных работ регулирует рекультивацию совместно с различными агентствами. Правила варьируются в зависимости от региона, но в целом горнодобывающие компании должны очистить территорию. Они не обязаны восстанавливать горные вершины. Им не нужно восстанавливать среду обитания. Они должны просто вернуть землю в пригодную для использования форму. (20, 5)
Что касается словосочетания «пригодный к использованию»: Департамент охраны природы Калифорнии, например, просто настаивает на том, чтобы карьеры использовались с пользой. Этот департамент перечисляет открытые пространства, места обитания диких животных, сельское хозяйство, жилую и коммерческую застройку в качестве подходящих способов рекультивации карьерных земель. (21)
Часть огромного карьера Бекман в Сан-Антонио, штат Техас, стала парком развлечений «Шесть флагов» и торговым центром. Шахта Биг Браун вблизи Фэрфилда, штат Техас, теперь является зоной дикой природы и частным озером. Поле для гольфа Пита Дая в Бриджпорте, Западная Вирджиния, занявшее 9-е место в рейтинге лучших современных полей журнала Golfweek, находится на месте бывшей открытой шахты.
Шумовое и световое загрязнение
Чтобы максимально использовать дорогостоящее оборудование, многие открытые карьеры работают семь дней в неделю, 24 часа в сутки. Это создает невыразимое шумовое и световое загрязнение, которое беспокоит людей и диких животных. (22, 23, 24)
Долгосрочные последствия (восстановление и рекультивация)
xPACIFICA / Getty Images
Обязанные очищать открытые карьеры, горнодобывающие компании иногда расплющивают твердые отходы, богатые тяжелыми металлами, и помещают их в котлован, который должен быть засыпан. Если в шахте был пирит, то на весь карьер укладывается слой глины, чтобы пирит и содержащаяся в нем сера не вступали в немедленное взаимодействие с водой и воздухом и не создавала дальнейший кислотный шахтный дренаж. (К сожалению, долгосрочных исследований успешности применения глиняных слоев не существует).
Сама шахта может быть заполнена пустой породой. Затем она перестраивается. Добавляется верхний слой почвы и высаживается растительность.
Суровая правда заключается в том, что на рекультивированных карьерах вершина горы навсегда исчезает. Между тем, когда шахта закрывается, насосы, отгоняющие воду из карьера, отключаются. Из-за особенностей рельефа местности дождевая вода может постоянно стекать в рекультивированный карьер. Иногда эта территория превращается в озеро, хотя и с особо токсичными водами. (25)
Безопасна ли открытая разработка месторождений?
Для шахтеров добыча открытым способом более безопасна, чем добыча в тоннелях, но и она не лишена риска.
Горные туннели могут обрушиться или загореться, что может привести к гибели многих сотен шахтеров. Например, в 1942 году смесь газа и угольной пыли взорвалась на угольной шахте «Хонкейко» вблизи Бенси в китайской провинции Ляонин. В результате обрушения туннелей и пожара в шахте погибли 1549 шахтеров. (26)
Даже если шахтные газы не взрываются, они могут убить, либо потому что они токсичны при вдыхании, либо потому что они занимают большой процент газа, доступного для дыхания в узком пространстве. Это лишает шахтеров кислорода и тихо душит их. (27)
Опасности для шахтеров открытых карьеров гораздо меньше. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, падение породы, проблемы с техникой, поражение электрическим током и различные другие несчастные случаи, характерные для всех отраслей промышленности, также характерны для открытых горных разработок. (28)
Научный журналист, освещающий широкий круг тем, касающихся окружающей среды, климатического кризиса, загрязнения и жизни людей. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
Источник: znanie-svet.ru