Ministry of Education of the Republic of Belarus Belarusian National Technical University Tula State University Donetsk National Technical University Socio-economic and Environmental Problems of the Mining Industry, Building and Energetics COLLECTED SCIENTIFIC PAPERS The 9th International Conference on the Mining Industry, Building and Power Engineering Problems Minsk – Tula – Donetsk 29–31 October 2013 In 2 volumes Volume 2 Under the editorship of Doctor of science, Professor A. Kopilov, Candidate of technical science, Associate professor I. Basalay Minsk BNTU 2013 Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Тульский государственный университет Донецкий национальный технический университет Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики Минск – Тула – Донецк 29–31 октября 2013 г. В 2 томах Том 2 Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. А.Б. Копылова и канд. техн. наук, доц. И.А. Басалай Минск БНТУ 2013 УДК 622:001.12/18:504.062(1/9);620.9+502.7+614.87 ББК 65.304.11я43 С69 Рецензенты : д-р техн. наук, проф. Ф.А. Романюк, д-р техн. наук Б.И. Петровский, д-р техн. наук В.Я. Щерба Reviewers : doctor of science, prof. F.A. Romanyuk, doctor of science B.I. Petrovsky, doctor of science V.Ya. Shcherba В сборнике представлены материалы научных исследований по эффективным технологиям в области геоэкологии, геотехнологиям, мониторингу природно- техногенной среды, технологиям переработки и хранения отходов производства, эко- номике природопользования, механике материалов и строительных конструкций; технологиям и экологическим проблемам строительных материалов; эксплуатации, обследованию и усилению строительных конструкций; архитектуре и архитектурно- му проектированию; технологии, организации, управлению и экономике строитель- ного производства; энергетике, энергосбережению, электрооборудованию и электро- снабжению; теплогазоснабжению. Предложены способы оценки, прогнозирования и контроля техно-генного загрязнения окружающей среды. Обсуждаются вопросы безопасности подземных горных работ, а также проблема управления риском потенциально опасной деятельности. Сборник предназначен для научных, инженерно-технических работнков и сту- дентов, изучающих проблемы создания системы научных знаний и их эффективного практического применения при решении социально-экономических и экологических задач в горной промышленности, строительстве и энергетике. The collected scientific papers contain the information about scientific research by ef- fective technologies at the environmental protection area, geotechnologies,monitoring natu- ral and mancaused environment, reprocessing and storage industrial wastes technologies, nature management economics, mechanics of materials and building construction; technol- ogical and environmental problems of building materials; exploitation, inspection and strengthening the building constructions; architecture and architectural designing; technol- ogy, organizing, management, and economics of building industrial; power engineering, energy-saving, electrical equipment and electric power supply; heat and gas supply. Me- thods of estimating, forecasting and man-caused controlling of environmental polluting were proposed. Underground mining safety and the problem of management by potential dangerous ac- tivity risk are discussed. The collected scientific papers are intended for scientists, engineers and students, who study problems of creating scientific knowledge system and their effective practical use for solving socio-economic and environmental problems in the mining industry, building and power engineering. ISBN 978-985-550-427-7 (Т. 2) © Белорусский национальный ISBN 978-985-550-428-4 технический университет, 2013 5 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ТОРФЯНОГО ПРОИЗВОДСТВА УДК 622.331 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕССОВАНИЯ ТОРФОКОКСОВЫХ БРИКЕТОВ Кислов Н.В., Цыбуленко П.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь Приведены результаты определения технологических параметров прессования торфококсовых брикетов в лабораторных условиях и установлены пределы соот- ношений компонентов для получения качественных брикетов. В работе [1] обосновано перспективное направление утилизации коксовой мелочи, являющейся отходами литейного производства, путем получения брикета в смеси с торфом и использованием его для плавки чугу- на в вагранке или в качестве коммунально-бытового топлива. Для получения качественного торфо-коксового брикета, отвечаю- щего необходимым требованиям по прочности и соотношению компонен- тов, необходимо установить основные параметры прессования торфо- коксовой смеси. В качестве объекта исследований использованы коксовая мелочь, отобранная из отходов Минского завода отопительного оборудования и торфяная сушенка торфобрикетного завода «Усяж». Определение основ- ных физико-механических характеристик этих материалов показало, что содержание влаги в коксе не превышает 0,5 %, размеры частиц достигают 30 мм, насыпная плотность кокса составляет 900 кг/м3, влажность торфя- ной сушенки – 14 %, максимальный размер ее частиц – 5 мм и насыпная плотность – 310-320 кг/м3. Отчеты по прессованию проводились на гидравлическом прессе ПСУ-125 двухколонного типа с максимально развиваемым усилием 1250 кн. Пресс оборудован лимбовым силоизмерительным механизмом с погреш- ностью ±2 %. Рабочим инструментом являлась специальная пресс-форма, состоящая из цилиндрической матрицы и штемпеля диаметром 75 мм. Для получения качественного брикета на основе торфа и коксовой мелочи наиболее важным является установление предельного содержания отходов кокса при котором брикет будет соответствовать установленной для торфяных брикетов прочности на изгиб, не ниже 2,4 МПа. Поэтому были проведены исследования по установлению зависимости предела прочности на изгиб Ϭ от содержания кокса в смеси. Опыты проводились при давлении прессования р=100 МПа, соответствующим значениям, близким к производственным условиям при получении торфяных брикетов. 6 Результаты опытов представлены в табл. 1 и на рис. 1 (кривая 1). Как видно из рисунка максимальную прочность имеют брикеты, получен- ные из чистой торфяной сушенки (Ϭ=2,5 МПа). С увеличением содержа- ния кокса до 10 % прочность брикета снизилась на 14 %, а при содержании кокса в брикете 40 % - в 2,3 раза. Прессования брикета с содержанием кок- са 80 % показало, что брикет после его извлечения из матрицы рассыпает- ся. Это позволяет сделать заключение, что частицы кокса в торфяной су- шилке являются нейтральными, не участвующими в молекулярных связях с торфом и ослабляют структуру спрессованного брикета. Важным фактором является предельное содержание кокса в смеси, при котором брикет можно использовать как топливо для бытовых и дру- гих целей. Техническими требованиями на торфяной брикет установлен предел прочности брикета на изгиб, который составляет 2,4-4,0 МПа [2]. Известно, что прочность брикетов из торфяной сушенки, получен- ных в лабораторных условиях ниже в 1,8-2 раза по сравнению с брикетами, полученными в производственных условиях [3]. Таблица 1. Зависимость прочности торфококсовых брикетов от содержания компонентов р=100 МПа; ω торфа=14 %; ω кокса=0,5 %; масса брикета=100 г Содержание компонентов, % Толщина брикета, мм Предел прочности на изгиб δ, МПа Среднее значение Ϭ, МПа Приме- чание Торф Кокс h1 h2 h3 Ϭ1 Ϭ2 Ϭ3 100 0 19,1 19,2 19 2,43 2,41 2,65 2,49 90 10 18,8 18,9 19 2,2 2,1 2,2 2,16 80 20 18,8 18,7 19 1,97 2,06 2,06 2,03 70 30 18,7 18,6 19 1,51 1,52 1,57 1,53 60 40 18,3 18,2 18 0,99 1,17 1,09 1,08 40 60 17,4 17,5 18 0,18 0,18 0,18 0,18 20 80 - - - Брикет рас- сыпался Это вызвано тем, что в штемпельных прессах с открытой матрицей, которые в настоящее время широко используются на торфобрикетных за- водах, брикет в прессе и кулярине подвергается многочисленным циклам обжатия, что оказывает положительное влияние на его прочность. Также существенно влияет на прочность и температура прессуемого материала. С ее увеличением возрастает пластичность прессуемого материала и за счет этого происходит рост прочности. В штемпельном прессе температура материала находится в пределах 60-80 °С. 7 Поэтому на основании этих данных и по результатам, представлен- ным в табл. 1 и на рис. 1 (кривая 1) можно установить предельное значение содержания кокса в смеси, при котором Ϭ>2,8 МПа, что будет соответст- вовать техническим требованиям на топливный торфяной брикет. Рис. 1. - Зависимость прочности на изгиб Ϭ и коэффициента уплотнения k от содержания кокса С Такая прочность будет обеспечена при содержании кокса 30 % и менее. Увеличение содержания кокса выше этого значения приводит к резкому снижению прочности. Так, при содержании кокса 40 % прочность брикета в производственных условиях будет составлять 1,90-2,16 МПа, что ниже значений технических требований. Изменение коэффициента уплотнения k при прессовании от содер- жания кокса в смеси представлено на рис. 1 (прямая 2). Можно отметить линейный характер снижения коэффициента k с увеличением содержания кокса. Максимальное значение k=3,5 наблюдается для чистого торфа и минимальное k=1,58 для содержания кокса 60 %. Это объясняется различием в насыпной плотности торфа и кокса, последний почти в три раза тяжелее торфа, что и приводит к уменьшению высоты за- сыпки смеси в матрице, а с этим и значений коэффициента k. Для содержа- ния кокса в смеси 30 % коэффициент k=2,55, что на 29 % меньше чем для торфа. Поэтому при использовании торфяных прессов для получения тор- фококсовых топливных брикетов необходимо в них вносить изменения с целью уменьшения длины камеры прессования и хода штемпеля на 29-30 %. Таким образом, предварительные экспериментальные исследования по изготовлению торфококсовых брикетов и оценке качества показали возможность их получения в производственных условиях с высокими ка- чественными характеристиками по прочности, отвечающими техническим 8 требованиям. При этом содержание кокса в смеси не должно превышать 30 %. На основании результатов изменения коэффициента уплотнения смеси от содержания кокса установлено, что при использовании прессово- го оборудования для получения торфяного брикета необходимо в конст- рукцию прессов внести изменения с целью уменьшения длины камеры прессования и хода штемпеля. Литература 1. Кислов Н.В., Цыбуленко П.В. Перспективы использования отходов литейного производства коксовой мелочи. / В кн. Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых.- Мн. БНТУ, 2012, с.17-20. 2. Справочник по торфу. Под ред. Лазарева А.В. и Корчунова С.С. М., Недра, 1982, 753с. 3. Мокршанский Б.В. Халуга А.К. Процесс брикетирования торфяной сушенки в штемпельном прессе с открытой матрицей (опытные данные). М., Гипротопиром, 1957, 203с. УДК 622.83.023.4:624.121 ИНВАРИАНТЫ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ГРУНТОВ Зюзин Б.Ф., Миронов В.А. Тверской государственный технический университет, Россия Авторы предлагают свой оригинальный метод выбора обобщенных инвариантов предельных состояний [2, 3]. Формирование положений общей теории предельных состояний являются этапом развития синтетической теории прочности, пред- ложенной академиком РАН Е.И. Шемякиным [4]. В последнее время в научные исследования все шире внедряются соображения и методы, использующие свойства инвариантности матема- тических и физических закономерностей относительно выбора для упот- ребляемых характеристик явлений, единиц измерения и физических мас- штабов явлений. По утверждению академика Л.И. Седова, «можно гово- рить о некоторой аналогии между теорией размерности и подобия и гео- метрической теорией инвариантов относительно преобразований коорди- нат - фундаментальной теории для современной математики и физики» [3]. Методы теории размерности и подобия играют особенно большую роль при моделировании различных явлений. Всякое изучение явлений природы начинается с установления простейших опытных фактов, на ос- нове которых можно формулировать законы, управляющие исследуемым явлением, и записать их в виде некоторых математических соотношений. Различные природные объекты объединяет единство их предельных состояний, как некий физический принцип гармонии развития. Простые геометрические образы могут служить универсальными моделями отраже- 9 ния структурных преобразований, происходящих в природных объектах под действием внешних факторов. Положения теории предельных состояний являются этапом разви- тия синтетической теории прочности, предложенной академиком Е.И. Шемякиным [4]. Свое обобщение синтетическая теория прочности начинает с вы- дающихся экспериментов Треска, который в 1863 году провел свои знаме- нитые опыты при больших необратимых деформациях. Полученные дан- ные легли в основу первой теории прочности, разработанной Сен- Венаном. Образование линий скольжения наблюдалось на различных ма- териалах, которые, однако, имели две особенности: наличие площадки текучести (сталь, сплавы), или, по Надаи, «слабую внутреннюю структу- ру» (песчаник, парафин и т.п.). Основные этапы развития синтетической теории прочности приве- дены в табл. 1. Таблица 1. Этапы развития синтетической теории прочности (по Тутурину С.В. [4]) Год Исследователь Материал исследований 1854 Людерс мягкая сталь 1863 Треска платина 1900 Гест сталь, железо, медь 1911 1914 Карман Бекер горные породы, мрамор, песчаник 1924 Надаи парафин 1925/26 Надаи, Лоде железо, медь, никель 1931 Тейлор, Квини алюминий, медь, свинец, кадмий, мягкая сталь 1970 Шемякин эквивалентные материалы 1998 Лотов торф, мерзлый грунт 2005 Тутурин древесина В 70-е годы прошлого века, при проведении работ в Сибирском от- делении Академии наук при использовании жесткого режима нагружения, подтвердилась справедливость критерия прочности Треска для эквива- лентных материалов, и высказано осторожное предположение: критерий Треска применим для большинства твердых тел, а разрушение материалов с различной внутренней структурой происходит по линиям скольжения. Примененный жесткий режим нагружения является более информативным с точки зрения изучения прочностных свойств и особенностей разрушения 10 материалов и может быть рекомендован в качестве основного при прове- дении испытаний не только древесины, но и других природных материалов. Были предложены основные определяющие инварианты, описы- вающие напряженное состояние и имеющие четкий физический смысл. Согласно синтетической теории прочности введено три основных инварианта предельных состояний: 2/)( 311  I ; 2/)( 312  I ; 1223 /)( III   . Первый инвариант описывает действие максимального касательного напряжения на наклонной площадке и, соответственно, скольжения по ней. Второй инвариант – действие нормального напряжения на наклонной площадке, которое оказывает сопротивление проскальзыванию. Третий инвариант – параметр Лоде-Надаи, описывающий не только вид напря- женного состояния и влияние второго главного напряжения, но и положе- ние наклонных площадок, по которым происходит скольжение. Достоин- ством такого подхода является возможность представления напряженно- деформированного состояния для различных материалов на основании обобщенной диаграммы Мора (рис. 1), где rI 1 , RI 2 , rRI /)( 23   . Синтетическая теория прочности объединяет результаты целого ря- да исследований прочности твердых материалов, выполненных в широком диапазоне изменения их физико-механических свойств на протяжении бо- лее 150 лет (табл. 1). Введение трех инвариантов позволяет описать возникающую при необратимых деформациях и разрушении анизотропию сопротивления сдвигам по Е.И. Шемякину [4] и тем самым построить математическую модель деформирования твердых тел, адекватную физическим процессам. В рамках предложенной Е.И. Шемякиным модели можно уверенно проследить важное явление - поведение материала в запредельном состоя- нии: после достижения касательным напряжением максимального для ма- териала значения фактически образуется новый материал, поведение кото- рого требует иного описания. Тем не менее, законы механики (сохранение масс, количества дви- жения, энергии) имеют силу. Это и определяет поведение материала в за- предельном, послепиковом состоянии. При достижении главным сдвигом предельной для данного тела величины это значение сдвига в элементе среды сохраняется, а рост области необратимых деформаций (и разруше- ния) происходит только за счет увеличения количества таких элементов. Вступление в работу других экстремальных площадок определяет оста- точную прочность материала. По мнению Е.И. Шемякина, этот вопрос нуждается в уточнении [4]. 11 Рис. 1. Геометрическое отображение инвариантов по схеме кругов Мора На наш взгляд, для качественного анализа структурной прочности материала на различном уровне напряженно-деформированного состояния необходимо учитывать масштабный фактор, т.е. соотношение двух экс- тремальных напряжений (структурный показатель ПК). В работе [2] авторами предлагается ввести четвертый инвариант или критерий предельного состояния, качественно дополняющий основные инварианты в синтетической теории прочности, равный  )(/)/( 12214 IIIIKI p  . При нормировке 11  получаем следующее выражение для крите- рия предельного состояния )1/()1( 333  pK , где:  sin)1/()1( 33  - синус угла наклона касательной к окружно- сти в т. М. Предложенный критерий предельного состояния материала качест- венно дополняет основные инварианты в синтетической теории прочности. 12 На примере различных видов торфа проведем их анализ прочностных ха- рактеристик по результатам исследований Л.С. Амаряна [1]. Таблица 1 - Основные статистические показатели различных видов торфа [1] Виды торфа Сопротивление сдвигу , кПа ПК КР мин мак сред Сосново-верховой 5,2 20,0 11,0 0,51 0,153 Сосново-пушицевый 5,0 16,4 10,9 0,55 0,162 Сосново-сфагновый верховой 3,0 28,0 9,7 0,33 0,086 Пушицевый верховой 3,5 22,0 10,8 0,40 0,115 Шейхцеревый верховой 3,0 23,0 11,5 0,36 0,100 Пушицево-сфагновый верховой 3,0 18,0 9,4 0,41 0,119 Шейхцериево-сфагновый верховой 6,2 18,5 11,6 0,58 0,167 Фускум торф верховой 4,6 25,0 13,5 0,43 0,127 Магелланикум торф 3,7 22,0 10,2 0,41 0,120 Комплексный верховой 6,0 15,0 9,0 0,63 0,171 Сфагновый мочажинный верховой 6,0 26,0 16,8 0,48 0,144 Древесно-переходный 5,0 28,0 15,0 0,42 0,125 Древесно-осоковый переходный 7,7 26,0 14,3 0,54 0,156 Древесно-травяной переходный 5,1 24,6 12,1 0,45 0,136 Древесно-сфагновый переходный 3,0 27,0 12,7 0,33 0,089 Шейхцериевый переходный 4,2 24,0 13,5 0,42 0,123 Осоковый переходный 6,8 24,6 13,0 0,53 0,157 Осоковый сфагновый переходный 4,7 27,0 12,1 0,42 0,123 Травяно-сфагновый переходный 5,0 15,0 10,0 0,58 0,167 Шейхцериево-сфагновый переходный 7,0 17,0 10,1 0,64 0,172 Осоково-гипновый переходный 6,8 14,3 10,8 0,69 0,169 Гипновый переходный 8,9 22,2 13,7 0,63 0,171 Сфагновый переходный 6,8 17,0 11,0 0,63 0,171 Древесный низинный 9,0 33,0 19,3 0,52 0,156 Древесно-осоковый низинный 7,0 36,0 17,4 0,44 0,131 Древесно-сфагновый низинный 8,0 28,0 18,4 0,53 0,159 Осоковый низинный 6,0 36,0 17,0 0,41 0,119 Осоково-гипновый низинный 5,9 24,0 13,4 0,50 0,149 Гипновый низинный 6,0 28,0 15,0 0,46 0,139 Примечание: мин. – минимальное значение, макс. – максимальное значе- ние, сред. – среднее значение, ПК – структурный показатель, КР – показа-тель потенциала прочности торфяной структуры Экстремальное значение критерия КРmax разделяет условия созда- ваемого напряженно-деформированного состояния в локальной области различных материалов на две качественные зоны (рис. 2): 13  А–до предельное состояние (зона устойчивости),  Б – за предельное состояние (зона риска). Показатель потенциала прочности торфяной структуры )]./())[(/( minmaxminmaxmaxmin  pK Структурный показатель (параметр ссотояния материала) ./ maxmin кП Пластические деформации грунта (в области между пределом упру- гости и пределом прочности) образуются в основном в результате наруше- ния существующих и возникновения новых связей в структуре грунта. Пока этот процесс способен повышать сопротивляемость структу- ры, грунт может найти новые формы равновесия между внешними и внут- ренними силами. Рис. 2. Предельный потенциал прочности для торфяных структур При этом напряженно-деформированное состояние изучается и оп- ределяется для области упрочнения грунта, находящегося в условно рав- новесном состоянии для каждого нагружения. Здесь мы может говорить об устойчивости сопротивлению грунта, находящимся за пределом его проч- ности. Исчерпав резервы прочности структурного сложения в заданных условиях своего сопротивления возрастающим силам, грунт разрушается под их действием. Для рассматриваемой разновидности грунтов с преоб- 14 ладающей пластической деформацией наступает предел прочного сопро- тивления, характеризуемый течением грунта с прогрессирующими скоро- стями. Этот предел является заключительным состоянием процесса де- формации в области упрочнения. Данное представление устанавливает прямую функциональную связь между пластической деформацией структуры и прочностью отдель- ных элементов структурной решетки. Многие исследователи предполагают, что разрушение структуры, определяющее пластическую деформацию во всей области упрочнения (включая и предельное по прочности состояние), подчиняется единому закону прочности. Для грунтовой среды большое распространение получила теория прочности Мора, удовлетворительно решающая ряд задач механики грун- тов. По теории прочности Мора разрушение грунта наступит при некото- ром соотношении между главными напряжениями 1 и 3, определяемом выражением ].2/)[(2/)( 3131   F В общем случае огибающая кругов Мора для предельного состояния по прочности представляет собой кривую линию, графически представ- ляющую зависимость касательных напряжений  от нормальных n в пре-дельном по прочности состоянии для некоторой плоскости, нормальной к плоскости главных напряжений ).( nпред   Данная зависимость во многих случаях в некотором диапазоне из- менения напряжений является линейной или может быть принята линей- ной с достаточной степенью точности .cm nпред   Для пространствен- ного напряженного состояния условно и произвольно принимается, что при достижении предела прочности наступает состояние предельного на- пряженного состояния по некоторым площадкам, наклоненным под углом 2/4/ макс  к направлению главного максимального нормального напря- жения, причем в этом предельном случае макс равняется некоторому углу , тангенс которого равен угловому коэффициенту m. Формальное сопоставление условия предельной прочности по Мору с законом Кулона приводит к физическому толкованию коэффициентов m и с, как тангенс угла внутреннего трения  и удельного сцепления с. Од- нако такое толкование, как известно, в общем случае следует рассматри- вать лишь как математическое отображение, что, и принято в механике грунтов. В основе рассмотрения широкого класса физических явлений в пе- реходных процессах лежит научная гипотеза, которая исходя из особенно- стей причинно-следственных связей, определяет наличие вне пространст- 15 венно-временной закономерности функционирования различных струк- турных систем в критических ситуациях. Литература 1. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990.- 220 с. 2. Миронов В.А., Зюзин Б.Ф., Епишев А.И. Инварианты предельных состояний в задачах геомеханики. Тенденции и современные подходы // Горный информацион- но-аналитический бюллетень.- 2006.- №12.- 39 с. 3. Прогнозирование предельных состояний в нелинейной геомеханике / Б.А. Бо- гатов, В.А. Миронов, Б.Ф. Зюзин, В.Н. Лотов. Мн.: Изд-во ОО БГА, 2000. 340 с. 4. Шемякин Е.Н., Тутурин С.В., Короткина М.Р. Разрушение древесины при сжа- тии // Вестник Московского государственного университета леса.– М.: 2005.- №3 (39).- С. 56-71. УДК 662.641.033 КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ РАЗРАБОТКИ ТОРФЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Иванов В.А., Королев И.О., Пухова О.В. Тверской государственный технический университет Дана характеристика критериев качества формованного топлива из торфяного сырья. Проведены исследования и описан механизм влияния механической перера- ботки торфяного сырья на прочностные свойства готовой продукции, построены графики зависимости и выведено уравнение зависимости прочности формованно- го топлива от степени переработки при различных значениях влагосодержания. При производстве [1] формованного топлива из торфяного сырья необходимо получение прочного продукта, так как прочность куска кос- венно определяет его крошимость, которая влияет на потери при сушке, уборке и транспортировке. Малопрочные куски при одинаковых механи- ческих воздействиях дают большее количество мелочи, чем более прочные куски. Поэтому зная только прочностные показатели конечного продукта, можно воспользоваться ими для контроля крошимости [2]. Причем, за крошимость ответственна не столько прочность куска, сколько неодно- родность в распределении пор, влаги, плотности. Наиболее важным критерием качества формованного топлива из торфяного сырья является влажность. Он считается качественным, если имеет влажность менее 45 % [3]. К технологическим факторам, влияющим на прочность, относятся дисперсность и начальное влагосодержание при формовании торфяного сырья. Дисперсность – степень измельченности вещества на частицы, вы- раженная в процентах, которую порой отождествляют с условной удель- ной поверхностью частиц S (м 2/кг). Определение степени дисперсности необходимо для характеристики торфа как сырья для промышленности, 16 исследования его физико-химических и механических свойств, а также для изучения различных производственных процессов. В процессе механической переработки изменяются физические свойства торфа и его макроструктура, частично разрушаются раститель- ные остатки. В работе С.Г. Солопова [4] рекомендуется для получения кускового торфа повышенного качества перерабатывать его до S  600…700 м 2/кг. Помимо измельчения торфа в результате переработки, происходит равномерное распределение фракций во всем объеме формуе- мой массы. При исследовании дисперсность оценивалась показателем ус- ловной удельной поверхности S, м2/кг, которая вычисляется по эмпириче- ской формуле: S  m с (1 + k)10 4, где m с – содержание фракций разме- ром менее 4 мкм; k – коэффициент: k  0,2, если m с  0,2…0,3; k  0,15, если m с  0,3…0,5; k  0,1, если m с  0,5. При формовочном влагосодержании торфяные куски представляют собой структурированные системы преимущественно с коагуляционным типом контактов и широким спектром энергии связи между частицами. Процесс сушки является одним из способов повышения концентрации твердой фазы, происходящих в торфяной системе. Обратимся к зависимо- сти прочности от влагосодержания в виде ln R  (W ) (рис. 1). Рис. 1. Изменение прочности R (МПа) в зависимости от влагосодержания W (кг/кг): a) – верхового магелланикум R  25 % S  580 (1), 450 (2), 390 (3), 309 (4) м 2/кг; b) — пушицевого торфа R  35 % S  570 (1), 445 (2) и 370 (3) м 2/кг 17 Она представляет собой для торфа ломаную линию, состоящую из двух прямолинейных участков с точкой перегиба в области W  W с . Каж- дый из отрезков характеризует свой период структурообразования, обу- словленный изменением энергии межмолекулярных взаимодействий дис- персных частиц между собой и, следовательно, с дисперсионной средой. При этом характер изменения энергетического уровня приводит к четкой фиксации отдельных периодов структурообразования. Каждому из периодов соответствует определенное взаиморасположение твердой и жидкой фаз, а также органического и минерального вещества между со- бой. Приращение прочности торфа обусловлено изменением природы, чис- ла связей между элементами структуры при переходе от большего влагосо- держания к меньшему и дефектности структуры [5]. Первый период определяет структурообразование торфяной систе- мы, которая переходит из жидкообразной в твердообразную условно- пластичную, преобладают молекулярные связи. Второй участок характе- ризует временную стабилизацию коагуляционной структуры, когда систе- ма переходит из вязкопластичного в твердое состояние, преобладают во- дородные межмолекулярные связи. Для каждого из периодов структурооб- разования зависимость прочности от влагосодержания торфа при постоян- ной температуре представляется в виде экспоненциальной формулы R  R 0W exp(W ), где   (k V )/(с 0 ) – коэффициент упрочнения структуры, определяемый  – плотностью твердой фазы,  0 – плотностью сухого вещества торфа, коэффициентом усадки k V и уплотнения с, определяемого по компресси- онной кривой. Как следует из рис. нарастание прочности во втором перио- де выше, чем в первом. Переход структуры торфа различной степени разложения на новый энергетический уровень при обезвоживании подчиняется одним и тем же физическим закономерностям. Это позволяет при определенных влажно- стных состояниях рассматривать универсальные зависимости для систем с различными типами контактов использовать свои физические константы при различных периодах структурообразования. Для верхового магелланикум торфа R  25 % с начальной дисперс- ностью S  309 м 2/кг торфяного сырья точка перегиба С приходится на влагосодержание Wс  0,9 кг/кг. Относительно невысокое значение проч- ности кусков торфа при W  0,49 кг/кг определяется характером распреде- ления усадочных давлений, которые в центре куска выше, чем на поверх- ности [4]. Это вызывает изменение прочности формованного торфа. С уве- личением дисперсности до S  450 м 2/кг распределение усадочных давле- 18 ний равномернее, это приводит к более равномерной упаковке частиц по всему объему куска и росту прочности. Значение влагосодержания, соот- ветствующего точке перегиба, составило уже 1,3 кг/кг. При дальнейшем увеличении степени дисперсности до S  580 м 2/кг растет плотность упа- ковки частиц и поэтому прочность возрастает и достигает R  9,3 МПа (W  0,49 кг/кг), Wс  1,4 кг/кг. Второй период структурообразования начина-ется не одновременно для всей исследованной дисперсности торфяного сырья. В процессе сушке от формовочной влаги до влаги точки перегиба коагуляционная структура торфяных кусков упрочняется в результате сближения и уплотнения надмолекулярных образований, что объясняет их интенсивную усадку. В этом интервале влагосодержаний удаляется влага физико-химической связи. Обезвоживание происходит вследствие потока влаги из крупных пространств. При этом растет число элементарных актов взаимодействия, что обеспечивает развитие внутренних давлений неоди- наковых в верхних и центральных слоях куска. Во втором периоде удаля- ется преимущественно физико-химическая форма связи влаги с материалом. В процессах структурообразования необходимо учитывать склеива- ние растений-торфообразователей гуминовыми и легкогидролизуемыми веществами в единую систему, то есть от относительной доли грубодис- персных и высокодисперсных фракций зависит целостность куска формо- ванного торфа. Анализ рис. показывает, что повышение степени дисперсности тор- фа приводит к увеличению прочности формованного торфа, так как поми- мо измельчения торфа при переработке происходит равномерное распре- деление грубодисперсных и высокодисперсных фракций в объеме фор- муемой массы. Причем высокодисперсная фракция склеивает крупные отдельные частицы в одно целое. В процессе структурообразования торфа число водородных связей невелико, хотя наряду с силами Ван-дер-Ваальса они обеспечивают рост прочности в первом периоде, соединяя элементы структуры материала через молекулы воды. Во втором периоде в системе начинают преобладать непосредственные точечные контакты [5]. Эти контакты соответствуют площадкам в один или несколько атомов, или в одну ячейку кристалличе- ской решетки. Кроме того, между частицами остаются открытые простран- ства, которые не способствуют повышению прочности формованного торфа. В результате обработки зависимостей (рис.1) выведено уравнение зависимости прочности формованного топлива от степени переработки R  f(S) при различных значениях влагосодержания: R i  R 0S exp( S S), 19 где  S – коэффициент, характеризующий изменение прочности при коле-бании дисперсности на 1 м2/кг. В табл. представлены значения коэффици- ентов уравнения. Таблица. Значения коэффициентов уравнения (1) для верхового магелланикум торфа R  25 % W, кг/кг 0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0  S 0,0039 0,0049 0,0056 0,0058 0,004 0,003 Итак, в связи с особой значимостью величины условной удельной поверхности при производстве формованного топлива из торфяного сырья необходимо определять дисперсные характеристики торфа в залежи, ибо, зная ее и оптимальную условную удельную поверхность, соответствую- щую критериям качества формованного топлива, можно управлять про- цессом механической переработки путем регулирования работы перераба- тывающих машин и механизмов. Литература 1. Яблонев А.Л., Пухова О.В. Современные направления использования торфа. – Вестник ТГТУ, 2010. – Вып. 17. – с. 104 – 107. 2. Костюк Н.С., Яцевич Ф.С. Производство мелкокускового торфа. – Минск: Наука и техника, 1975. – 135 с. 3. Технический анализ торфа / Е.Т. Базин, В.Д. Копенкин, В.И. Косов и др. – М.: Недра, 1992. – 431 с. 4. Солопов С.Г. Влияние дисперсности на структуру и физико-механические свой- ства торфа в связи с задачей получения качественного кускового топлива из зале- жей с пониженной влажностью // Труды МТИ. М., 1958, Вып. 8. С. 40-168. 5. Пухова, О.В. Закономерности изменения физических свойств торфа при его пе- реработке и сушке: автореф. дис.  канд. техн. наук: 05.15.05 / О.В. Пухова; Твер- ской государственный технический университет. – Тверь, 1998. – 20 с. УДК 666.96.15 МЕТОД НАНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ГИДРОФОБНО- МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПЛЕНОК НА МИНЕРАЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Мисников О.С. ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», г. Тверь Приведен метод гидрофобной модификации гидрофильных дисперсных материа- лов на примере портландцемента. Он основан на образовании на поверхности минеральных частиц битумной нанопленки, извлекаемой из торфа. Взаимодейст- вие между дисперсной фазой цемента и органической добавкой осуществляется 20 за счет водородных связей. Ковалентных связей при адсорбции молекул добавки на поверхности дисперсной фазы цемента не образуется. Органические и минеральные дисперсные материалы, применяемые в различных отраслях промышленности, обладают отрицательным свойст- вом – потерей сыпучести (слеживаемостью) при хранении или длительной транспортировке. Слеживаемость обусловлена физическими и химически- ми процессами, приводящими к контактным взаимодействиям между час- тицами [1]. Присутствие водяных паров в окружающей материал среде ускоряет процесс его слеживания. Это особенно актуально при хранении минеральных вяжущих строительных материалов, удобрений, огнетуша- щих порошков, каучуков и композиционных составов на их основе. Из- вестными способами защиты от вредного воздействия жидкой и парооб- разной влаги, а также нежелательных контактных взаимодействий являет- ся разработка методов нанесения сплошных пленочных покрытий на час- тицы дисперсных материалов или их опудривание порошкообразными антислеживающими составами. Применение таких методов позволяет не допускать или максимально затруднять доступ молекул воды к защищае- мой частице. В этом случае изолирующая защитная пленка, антислежи- вающий жидкий или твердый материал должны обладать высокой водоот- талкивающей способностью – гидрофобностью. Одним из природных ор- ганических материалов, являющимся потенциальным сырьем для получе- ния гидрофобных покрытий является торф, разведанные мировые запасы которого в РФ составляют около 170 млрд. тонн (в пересчета на условную 40 % влажность) [2]. Торф является уникальным природным ресурсом, органическое ве- щество которого отличается чрезвычайно широким спектром групп хими- ческих соединений [3, 4]. В состав органического вещества торфа входят гидрофобные и гидрофильные компоненты: битумы; вещества, извлекае- мые холодной и горячей водой, а также соединения, растворяющиеся в воде после гидролиза в присутствии минеральных кислот (водораствори- мые и легкогидролизуемые вещества торфа, целлюлоза); негидролизуемый остаток (лигнин) и гуминовые вещества, извлекаемые из торфа раствором щелочи. К гидрофобным компонентам относятся вещества, экстрагируе- мые органическими растворителями – битумы торфа [5]. Они состоят в основном из жиров, восков, парафинов и смол. Содержание в торфяном сырье экстрагированных соединений и их элементный химический состав колеблется в пределах 1,4…15,9 % от органической массы в зависимости от типа и вида торфа, его степени разложения и минерализации. Природная гидрофобность торфа может снижаться или повышаться при его глубокой химической переработке. Одним из направлений перера- ботки является термическое воздействие, которое приводит к изменению 21 химического состава компонентов органического вещества торфа, а имен- но, к увеличению содержания битумов. Причем, здесь возможно примене- ние двух вариантов: кратковременное воздействие при температуре Т = 473…553 К или длительное (от 2 до 4 месяцев) воздействие при Т  313…343 К [3]. При термическом разложении битумов выделяется не- большое количество твердых и более 60 % от общей массы жидких продуктов. Гуминовые кислоты при температурах близких к 373 К начи- нают разлагаться с выделением воды и углекислого газа. В целом при их распаде наблюдается высокий выход твердого остатка и газообразных продуктов. Образование дегтя при распаде гуминовых кислот будет зави- сеть от степени их окисления кислородом воздуха и присутствием в моле- кулах ионов железа и кальция. Это особенно актуально для торфа низинного типа, как содержащего большее количество минеральных компонентов [3-5]. Термическое разложение других соединений, относящихся к гидро- фильным компонентам органического вещества торфа, также приводит к появлению дополнительных гидрофобных веществ, которые отсутствова- ли в исходном сырье. Но основной задачей является не только получение этих соединений, но и нанесение их на поверхность минеральных частиц с минимальными потерями. Наиболее технологичным является осуществле- ние этого процесса без перехода к анаэробным условиям в диапазоне тем- ператур от 453 до 493 К [6]. При этом не потребуется герметизации реак- торной установки, так как процесс нанесения пленочных покрытий осуще- ствляется в обедненной кислородом среде с высоким содержанием про- дуктов разложения и большим количеством инертного отощающего агента – минерального дисперсного материала. Для теоретической оценки толщины гидрофобного покрытия на ми- неральных частицах был изготовлен модельный образец гидрофобно- модифицированного цемента по следующей методике. 1. Методом механической классификации на вибросите были от- делены частицы торфа с размером 100 мкм, который позволил в конце эксперимента удалить их из модифицируемого цемента, размер частиц которого был не более 40 мкм. 2. По методике Инсторфа предварительно было определено со- держание в торфяных частицах битумных (включая термобитумы) компо- нентов, которое составило 6,4 %. 3. Из частиц цемента и размолотого торфа была изготовлена смесь, в которой концентрация органического вещества составила 3 % по массе. 4. Полученная смесь подверглась процессу активации по запатен- тованной методике. 5. После активации, фракция торфа была удалена из смеси мето- дом виброгрохочения. 22 6. Таким образом, был получен цемент, модификацию частиц ко- торого обеспечивали только жидкие продукты разложения (жидкие би- тумные компоненты). Исходя из вышеуказанных условий, рассчитаем толщину битумной пленки на частицах цемента (расчет производится на 1 кг цемента, принима- ем шаровидную форму частиц цемента и торфяной добавки). Удельная поверхность цемента составляет S уд цем = 350 м 2 /кг. Площадь поверхности одной частицы цемента (при диаметре части- цы 40 мкм) S част = 4 r 2 = 43,14(210 – 5 ) 2 = 5,0210 – 9 м 2. Количество частиц в одном килограмме млрд.70 1002,5 350 9 част цемуд час  S S n Примерное количество частиц гидрофобной добавки при ее 3 % со- держании составляет 0,13 млрд. (определено по соотношению объемов частиц и концентрации). Объем одной частицы добавки   .м1023,510514,3 3 4π 3 4 313353 доб.част.   rV Суммарный объем частиц добавки составляет  V част. доб. = 5,2310 –13 0,1310 9 = 6,810 –5 м 3 . Выход битумов составляет 6,4 %, т. е.  V част. бит. = 0,0646,810 –5 = 4,3510 –6 м 3 . Таким образом, толщина битумной пленки при условии формирова- ния сплошного покрытия на всей поверхности цементных частиц составит нм.12м1012м10012,0 350 1035,4 966 пл    h Известно, что битумы являются олеофильной дисперсной систе- мой с элементарной структурной единицей – мицеллой, состоящей из кон- денсированного асфальтенового ядра со стабилизирующей пленкой смол. Смолы придают битуму вязкость и пластичность [3]. Полученное расчетное значение толщины пленки очень близко к размеру агрегатов асфальтеновых комплексов – 2,2…10 нм. При условии внесения меньшего количества торфяной добавки толщина пленки будет уменьшаться, однако наименьшая экспериментально подтвержденная концентрация, при которой начинает проявляться эффект гидрофобизации, составляет 0,5 % (ожидаемая толщина пленки – около 2 нм). 23 Для создания целостной картины образования сплошных пленочных покрытий на минеральном материале был проведен ряд экспериментов с использованием растрового электронного микроскопа JSM-7001F с като- дом Шоттки (термополевая эмиссия) [7]. Применение такого оборудования позволяет проводить исследование структурно-химических особенностей твердых образцов, пригодных для изучения в высоком вакууме в режимах SEI, COMPO, TOPO, Shadow. Разрешение на эталонном образце Au в ре- жиме SEI составляет 1,2 нм. Кроме того проводился анализ образцов в точке (3 мкм) с распределением химических элементов по линии или пло- щади с использованием EDS-спектрометра в диапазоне элементов от C до U. Для изготовления аншлифов использовался прецизионный отрезной станок ISOMET 4000. Затем образцы заливались эпоксидной смолой в ва- кууме, после чего аншлифы полировались на автоматической шлифоваль- но-полировальной машине Phoenix BETA фирмы Buehler с использовани- ем специальных тканей и алмазных суспензий. Анализ снимков контрольных частиц портландцемента до и после процесса термического нанесения на них битумных пленок, извлекаемых из торфа, позволил обнаружить качественные изменения в распределении химических элементов на их поверхности после обработки. О наличии органической пленки на поверхности цементных зерен свидетельствует чрезвычайно высокое содержание углерода, который изначально не входит в состав цементного клинкера и гипса [7]. Причем допускается попадание углерода на поверхность минеральных частиц с органической пылью (на- пример, из окружающего воздуха), а также в процессе поглощения це- ментным зерном углекислого газа. Но в таком случае его содержание должно быть минимальным – ниже содержания основных химических элементов цементного клинкера (Ca, Si, O, Fe, Mg, Al). Анализ относи- тельного изменения содержания элементов по линии сканирования (3 мкм) позволил установить, что количество углерода в приповерхностном слое при переходе от одного минерального зерна к другому увеличивается от 3 до 9 раз. Причем интенсивность распределения углерода сопоставима по величине с основными элементами цементного клинкера – кальцием, кремнием и алюминием. Характерной особенностью является прямо про- тивоположный (по отношению к С) характер изменения содержания каль- ция и кремния. Их содержание уменьшается от 1,5 до 2,5 раз. Содержание алюминия при обработке практически не изменяется. Таким образом, реализация разработанного метода термического нанесения сплошных пленочных покрытий позволяет получить гидрофоб- но-модифицированный модельный цемент. В результате формирования на цементных частицах гидрофобных оболочек из сорбированных жидких смо- листых продуктов пиролиза и твердых компонентов органического вещест- 24 ва, материал приобретает высокие водоотталкивающие свойства по отноше- нию к жидкой, а также парообразной влаге. Для оценки слеживаемости контрольный и гидрофобно- модифицированные образцы цементов в чашках Петри помещались в эк- сикатор над поверхностью воды и хранились при относительной влажно- сти воздуха  = 100 % и температуре Т = 293-298 К. Приращение массы при хранении определялось на аналитических весах с точностью измере- ния до 0,0001 г. Результаты экспериментов по кинетике сорбции пара сви- детельствуют о том, что в течение первых суток общие закономерности процесса в контрольном и гидрофобно-модифицированных образцах при- мерно одинаковы. Со вторых суток, контрольный образец цемента начина- ет интенсивно набирать влагу, и на седьмые сутки значение его паропо- глощения достигает 3,32 %. В модифицированных цементах эта величина колеблется в районе 1 %. Если проанализировать кинетическую зависи- мость на протяжении более длительного промежутка времени, то у кон- трольного образца прослеживается увеличение поглощения пара до 26 % (50 суток) и сравнительно незначительный рост этого показателя в течение следующих 80 суток с тенденцией к стабилизации процесса. Такой харак- тер поглощения свидетельствует о том, что около 25 % пара (воды) из об- щих 34,4 % химически связывается с минеральным вяжущим с осуществ- лением процесса гидратации. В гидрофобно-модифицированных образцах количество сорбированной влаги уменьшается в 1,75…22 раза в зависимо- сти от концентрации гидрофобного модификатора. Но она относится к категории физико-химически связанной влаги, удалить которую можно высушиванием образцов при температуре Т = 378 К. Контрольный образец при сушке уменьшил массу только с 34,4 до 25,5 %; а гидрофобно- модифицированные – (1 %) с 19 до 14,5%; (2 %) с 2,66 до 0,012 %; (3 %) с 2,54 до 0,009 % и (4 %) с 2,25 до 0,006 %. После этого модифицированные цементы практически полностью восстанавливают свои свойства. Причем, они и без дополнительной сушки могут применяться для получения строи- тельных растворов. Однако этот эксперимент позволяет установить, что пленочное покрытие не допускает парообразную влагу к зернам минераль- ного вяжущего. Она, вероятнее всего, находится в пористом пространстве, не используется в гидратационных процессах и при последующей сушке полностью удаляется. Необходимо отметить, что наличие битумных пленок нанометрово- го размера на цементных частицах не приводит к их слипанию (что прояв- ляется у нефтяных битумов), а, наоборот, повышает сыпучесть порошка. Это связано с тем, что у нефтяных битумов сильно развита коагуляцион- ная структура и мало кристаллических включений [4]. Их структура пред- ставлена глобулярными ассоциированными мицеллами. В битумах же, 25 извлеченных из торфа сильно развита кристаллическая структура, состоя- щая из восков и парафинов, которые образуют структурный каркас из сро- стков кристаллов. Подобное структурообразование определяет специфиче- ские свойства торфяных битумов – жесткость, небольшую эластичность и хрупкость. Для оценки природы взаимодействий пленочных покрытий с мине- ральной составляющей была проведена серия экспериментов с использо- ванием инфракрасной спектрометрии [7]. Исследования проводились при комнатной температуре в диапазоне от 400 до 5000 см -1 с использованием ИК Фурье-спектрометра Bruker IFS 113v со спектральным разрешением 2 см -1 . В экспериментах измерялись спектры пропускания и диффузного отражения ИК-излучения. Для измерения спектров пропускания тонкий слой цемента наносился на подложку KBr, а для измерения спектров диф- фузного отражения массивный объем порошка цемента насыпался в спе- циальную чашку, которая помещалась в приставку диффузного отражения. Измерялся свет, рассеянный порошком в широком диапазоне углов рас- пространения световых пучков. В обеих методиках измерения выполня- лись в вакуумированном спектрометре для устранения влияния паров воды и углекислого газа окружающей атмосферы. Анализ результатов экспериментов позволил установить, что в про- цессе обработки цемента гидрофобно-модифицирующими битумами тор- фа наблюдаются изменения спектров в области С-Н (около 2900 см -1 ) и О-Н (около 3500 см -1 ) колебаний. При этом не было обнаружено линии 1034 см -1 , которая является следствием С-ОН колебаний, отчетливо про- являющихся в компонентах торфяного модификатора. Важным результа- том является также и то, что структура линий О-Н колебаний цемента (около 3500 см -1 ) радикально отличается от таковой в воде и в торфяных частицах. По-видимому, в этом случае ОН-комплексы встроены в кристал- лические решетки исследуемых материалов (контрольный и эксперимен- тальные образцы). Взаимодействие между дисперсной фазой минеральных частиц цемента и молекулами органической пленки осуществляется путем образования водородных связей поверхностных силанольных групп (Si−OH) частиц цемента с кислородсодержащими группами. Например, SiOH ··· O(H)C, COH ··· O(H)Si, SiOH ··· O = C. Дисперсионное неспецифи- ческое (ванн-дер-ваальсовое) взаимодействие, также вносит определенный (но незначительный) вклад в энергию адгезии системы «цемент – пленка». Ковалентных связей при адсорбции пленок на поверхности дисперсной фазы цемента не образуется (такими связями, например, могли бы быть Si – O - C связи или координационные связи с атомами алюминия Al←O(H)C). 26 Это подтверждает отсутствие каких-либо новых линий в ИК- и КР- спектрах модифицированных цементов по сравнению со спектрами вхо- дящих в их состав компонентов [7]. Таким образом, при использовании модифицированных цементов по прямому назначению (приготовление вяжущих строительных раство- ров) при механическом воздействии на них (перемешивание) частицы и дискретные пленочные покрытия добавки достаточно легко удаляются с поверхности частиц минеральных вяжущих компонентов, обеспечивая тем самым их нормальную гидратацию и твердение раствора. Литература 1. Тейлор Х.Ф.У. Химия цемента. М: Мир, 1996. 560 с. 2. Марков В.Д., Оленин А.С., Оспенникова Л.А. Торфяные ресурсы мира. М.: Не- дра, 1988. 383 с. 3. Смольянинов С.И., Маслов С.Г. Термобрикетирование торфа. Томск, 1975. 108 с. 4. Физико-химические основы технологии торфяного производства / И.И. Лиш- тван, А.А. Терентьев, Е.Т. Базин, А.А. Головач. - Мн.: Наука и техника, 1983. 232 с. 5. Раковский В.Е., Каганович Ф.Л., Новичкова Е.А. Химия пирогенных процессов. Мн.: АН БССР, 1959. 208 с. 6. Мисников О.С. Физико-химические основы гидрофобизации минеральных вя- жущих материалов добавками из торфяного сырья // Теоретические основы хими- ческой технологии, 2006. Т. 40. № 4. С. 455-464. 7. Мисников О.С. Исследование свойств портландцемента, модифицированного гидрофобными добавками на основе торфа // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2013. № 8. С. 35-43. УДК 622.331 ПРИМЕНЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ДОБЫЧИ ТОРФА Федотова С.А. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Рассмотрена возможность и целесообразность применения универсальной техни- ки для добычи торфа. Приведен рекомендуемый комплект машин и представлены расчеты основных технологических параметров. В настоящее время использование торфа в Республике Беларусь осуществляется по пяти основным направлениям: топливно- энергетическое, сельскохозяйственное, химико-технологическое, бальнео- логическое и медицинское, природоохранное. Государственная программа «Торф» предусматривает увеличение его добычи в 2 - 2,5 раза с доведени- ем ее до 6,5-7,5 млн. т в год для обеспечения потребностей народного хо- зяйства в торфяной продукции [1]. Основным способом использования торфа в сельском хозяйстве является его компостирование с целью полу- чения высокопитательных органических удобрений. Для обеспечения без- дефицитного баланса гумуса в пахотных почвах в Республике Беларусь 27 среднегодовая минимальная потребность в органических удобрениях со- ставляет 9,4 т/га, или 43 млн. тонн при существующей структуре посевных площадей. Добыча торфа для нужд сельского хозяйства ведется силами тор- фопредприятий концерна «Белтопгаз», а также РО «Белагросервис» Мини- стерства сельского хозяйства и продовольствия. При этом добыча районны- ми подразделениями РО "Белагросервис" предполагается на небольших уча- стках: так в Витебской области планируется разработка 10 участков круп- ных и средних торфяных месторождений общей площадью 705 га. При выборе технологии добычи торфа при мелкомасштабном про- изводстве необходимо стремиться к обеспечению высокого качества рабо- ты при минимальных затратах средств и труда на единицу работы. Это возможно путем замены технологий с использованием однооперационных агрегатов на универсально-комбинированные, что позволит сократить ко- личество машин и снизить капиталовложения в 1,5-2 раза [2]. Чем универ- сальнее машина, то есть чем меньше доля ее применения на данном про- цессе по сравнению с общей продолжительностью ее использования в го- ду, тем короче экономически оптимальный срок агрегата на процессе. При мелком масштабе производства на небольших (менее 500 га) торфяных месторождениях для приготовления удобрений рекомендуется применять простые технологии, основанные на сборе высушенной торфя- ной крошки в штабели бульдозерами и скрепер-бульдозерами. Так для уборки торфа на небольших торфяных месторождениях Тверским филиа- лом ВНИИТП создан специальный скрепер-бульдозер СБТ-3, представ- ляющий навесное оборудование на трактор ДТ-75Б. В комплект оборудо- вания, обеспечивающего добычу 25-30 тыс. т торфа в год, рекомендовано включать два скрепер-бульдозера СБТ-3, одну машину глубокого фрезеро- вания МТП-42, один профилировщик МТП-53, один дисковый лущильник ЛДГ-5 [3]. Схема работы скрепер-бульдозера СБТ-3 представлена на рисунке. На сегодняшний день рынок торфяного оборудования представлен продукцией ОАО «Амкодор» в виде высокопроизводительных специали- зированных машин для выполнения операций добычи фрезерного торфа. Их применение оправдано только в крупных торфодобывающих предпри- ятиях. Между тем, колесный фронтальный погрузчик Амкодор 342Р-01, который является единственной машиной для погрузки торфа при отсутст- вии погрузочных кранов, может быть использован для штабелирования торфа. Колесные погрузчики обладают высокой скоростью передвижения, небольшими габаритами и большой маневренностью, универсальностью применения. Расчеты показали - на этой операции погрузчик будет иметь часовую производительность до 400 м3/ч, что сравнимо с производитель- ностью бульдозера-штабелера БШР-1 разработки ОАО «ВНИИТП». 28 Рис. Схема работы скрепер-бульдозера СБТ-3 Взяв за основу технологию добычи торфа для сельского хозяйства, разработанную Тверским филиалом ВНИИТП с применением скрепер- бульдозера СБТ-3, и заменив на операции уборки и штабелирования СБТ-3 фронтальным погрузчиком Амкодор 342Р-01, мы поставили целью оце- нить возможность организации добычи торфа новой машинно- технологической системой. Расчеты выполнены для условий добычи торфа на залежи верхового типа R=30 % с естественной влажностью wе=88% и пнистостью n=0,8% , расположенной в Витебской области, глубины фрезерования изменялась от 20 до 50 мм. Результаты расчетов представлены в таблице. Таблица - Основные технологические показатели добычи торфа Глубина фрезерова- ния h, мм Цикловой сбор q, т/га Сезонный сбор Q, т/га Длина рабо- чего прохода lр, м Ширина штабеля по основанию B, м 20 41,1 1175,5 126,9 16,4 30 61,7 1561,0 84,5 14,8 40 82,2 1808,4 63,4 13,3 50 102,8 1922,4 50,7 11,8 Анализ полученных результатов показал, что при глубине фрезеро- вания 30 мм возможна организация уборки торфа в три штабеля, расположен- ных так же, как и на технологической площадке при работе СБТ-3. При этом необходимо уменьшение расстояния между валовыми каналами до 250 м. 29 Глубину фрезерования 30 мм может обеспечить дисковый лущиль- ник. Рабочие органы – диски лущильника с вогнутой поверхностью – в процессе поступательного движения тракторного агрегата подрезают тон- кий торфяной пласт, поднимают его в вертикальной плоскости диска до верхней кромки, немного перемещают вперед и отбрасывают в сторону. Степень измельчения торфа зависит от скорости передвижения агрегата и угла атаки, регулирующего скорость вращения дисков лущильника. Заглуб- ление дисков регулируется изменением угла атаки. При этом, чем больше угол атаки, тем глубже будет обработка. Оптимальная скорость передвижения трактора должна находиться в пределах 2,22-2,78 м/с. Угол атаки, т.е. угол между направлением движе- ния и осью дисков, устанавливается от 25 до 35°. В этих условиях глубина рыхления торфяной залежи находится в пределах 3-4 см при коэффициен- те разрыхления 1,57-1,65. Ворошение торфяной крошки несложная, но очень ответственная технологическая операция. Она существенно влияет на продолжитель- ность сушки, цикловой сбор торфа и конечную влажность убираемой тор- фяной крошки. Число ворошений зависит от метеорологических условий, степени осушенности технологической площадки, толщины разрыхленно- го слоя. Выполнять эту операцию можно также дисковыми лущильниками. Таким образом, проведенные предварительные расчеты показывают возможность организации добычи торфа на небольших по площади участ- ках на основании машинно-технологической схемы с применением фрон- тального погрузчика Амкодор 342Р-01. В технологическом цикле будут выполняться операции рыхления торфяной залежи дисковым лущильни- ком, ворошение этим же агрегатом и уборка совместно со штабелировани- ем погрузчиком. Технологическая площадка состоит из одной карты, на которой уборка торфа будет возможна в три штабеля располагающиеся в центре карты и вдоль валовых каналов. Коэффициент использования пло- щади карты составит 0,712 с учетом потерь на подштабельные полосы и по- лосы вдоль картовых каналов. Литература 1. Государственная программа «Торф» на 2008-2010 годы и на период до 2020 го- да: постановление Совета Министров Респ. Беларусь, 23 янв. 2008 г., № 94 // Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – 2008. – № 83. – 5/26698. 2. Михайлов, А.В. Масштаб торфяного производства и комплектование оборудова- нием/А.В. Михайлов // Процессы и средства добычи и переработки полезных иско- паемых : материалы Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 80-лететию проф. Ки- слова Н.В., Минск, 17-20 апр. 2012 г./ БНТУ; редкол.: Ф.А. Романюк [и др.]. – Минск, 2012.- С. 63-67. 30 3. Крупнов Р.А. Использование торфа и торфяных месторождений в народном хо- зяйстве/Р.А. Крупнов, Е.Т. Базин, М.В. Попов; под ред. Е.Т. Базина.- М: Недра, 1992. – 233 с. УДК 662.331+622.331 НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА Хрипович А.А. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Рассмотрены основные современные технологии химической переработки торфа. Показана принципиальная возможность решения экологических и социально- экономических проблем путем совмещения и включения в единый цикл сущест- вующих технологий получения различной продукции на основе торфа, базирующих- ся на используемых в настоящее время способах добычи торфа. Принцип эффективного использования природных ресурсов, осо- бенно востребованных в настоящее время во всех областях хозяйствова- ния. Выдвигает требование комплексных подходов в освоении торфяных ресурсов. Решением Совета Министров Республики Беларусь от 26 декаб- ря 2006 г. №1726 «Об утверждении плана мероприятий по использованию в республике местных топливно-энергетических ресурсов» торфяная от- расль ориентирована на развитие новых (альтернативных) производств по глубокой переработке торфа с получением целого ряда продукции много- целевого назначения, в том числе импортозамещающей. Торф является уникальным природным ресурсом Республики Бела- русь. По запасам торфа Беларусь занимает одно из лидирующих мест в Европе, уступая лишь России и Финляндии. Торфяной фонд республики обладает высоким видовым разноообразием: все три типа торфа представ- ленные более чем 40 его видами. Это обусловило развитие в Беларуси, как торфодобывающей отрасли, так и науки о торфе. Беларусь одна из немногих стран в мире долгое время имела в составе Академии наук Институт торфа. Традиционно торф использовали и используют как топливо и орга- ническое удобрение в сельском хозяйстве. В 1950-е и последующие годы на основе широко развернувшихся исследований структуры и свойств торфа начали развиваться технологии его глубокой химической перера- ботки с получением широкого набора продуктов и материалов, нашедших применение в различных областях народного хозяйства. Это органо- минеральные удобрительные составы, кормовые добавки, регуляторы рос- та растений, сорбенты, ингибиторы коррозии, литейные и антиадгезион- ные составы на основе воска, активные угли, лекарственные и косметиче- ские препараты и многое другое. 31 Считается, что в настоящее время в Республике Беларусь имеется порядка 4 млрд. т торфа (при условной влажности 40 %). По данным [1] ежегодная добыча торфа колеблется в пределах 2,2 – 2,8 млн. т, причем исключительно в виде топливных брикетов. В республике имеется 41 крупное торфяное месторождение (более 8 млн. т) с запасом 631,3 млн. т, из них 368,9 млн. т относится к земельному фонду, 218,4 млн. т к природо- охранному и 44,0 млн. т к неиспользуемому. Органические и органо-минеральные материалы на основе торфа, сапропеля и отходов животноводства подразделяют на три большие груп- пы: мелиоранты почв, удобрительные смеси и питательные грунты. Ме- лиоранты предназначены для быстрого и радикального улучшения свойств почв с целью восстановления и повышения плодородия на длительный период. Удобрительные смеси предназначены для оптимизации пищевого режима почвы для возделываемых растений в течение одного или двух вегетационный периодов, после чего их заметное положительное воздей- ствие на растения и почву затухает. Растительные среды (грунты и суб- страты) применяются для выращивания рассады, полного цикла выращи- вания растений и высадки растений в открытый грунт. Все эти материалы различаются по степени модификации органического вещества. В качестве способов активации используют компостирование, аммонизацию, верми- переработку и кавитирование [2]. Одним из новых направлений сельскохозяйственного использова- ния торфа является получение комплексных жидких гуминовых удобре- ний, содержащих микроэлементы. До недавнего времени считалось невоз- можным объединить в одном жидком препарате гуминовые кислоты и микроэлементы, необходимые растениям, такие как бор, цинк, медь, мар- ганец и некоторые другие. На свойстве гуматов связывать катионы метал- лов при выпадении в осадок гуминовых кислот было основано применение препаратов из торфа для очистки водных сред от тяжелых металлов [3]. В настоящее время коллективом ученых под руководством акаде- мика Н.Н. Бамбалова разработана целая серия жидких гуминовых удобре- ний с микроэлементами. Производство препарата «Элегум» налажено на торфопредприятии ОАО «Зеленоборское» Минской области. Все разра- ботки защищены патентами Республики Беларусь [4]. Технология получения воска из торфа была серьезным достижением белорусской науки в 1970–1980 годы. Под руководством член- корреспондента П.И. Белькевича были проведены всесторонние исследо- вания торфяных восков и битумов, построен завод горного воска в п. Свислочь Минской области. К сожалению, в наши дни на территории Бе- ларуси воск из торфа не производится, хотя восстановление такого произ- водства могло бы дать конкурентоспособную продукцию. 32 Производство гуминовых препаратов различного сельскохозяйст- венного назначения – еще одно направление глубокой химической перера- ботки торфа, активно развивающееся в последние годы. В Институте при- родопользования коллективом ученых под руководством д.т.н. Г.В. Нау- мовой разработан ряд подобных препаратов. Это стимуляторы роста рас- тений Оксидат торфа, Оксигумат, Гидрогумат, кормовые добавки Гумосил и Гумоплюс [4]. Все эти производства являются малотоннажными, однако получаемые препараты – это продукты с высокой добавленной стоимо- стью. Одним из перспективнейших направлений комплексной переработ- ки торфа является его модификация с получением материалов с заданными свойствами. Направленная модификация полимерной матрицы торфа по- зволяет получать сорбенты нефти и нефтепродуктов для очистки воды и почвы, материалы с фунгитоксичными свойствами для хранения плодо- овощной продукции, стабилизаторы воздушно-влажностного режима для защиты от плесневого поражения и многое другое [5–7]. При выборе сырья для производства подобного рода материалов существуют научно обоснованные требования к виду торфа, степени его разложения, гранулометрическому и химическому составу. Получение воска требует высокобитуминозных видов торфа, гуминовых препаратов – высокого содержания гуминовых веществ, сорбционных материалов – верховых видов торфа с отсевом мелких фракций и т.д. В настоящее время не существует ни одного предприятия, произво- дящего продукцию разного профиля из торфа. Однако некоторые техноло- гии переработки торфа могут быть успешно реализованы в рамках одного производства и даже взаимно дополнять друг друга. Включение отходов од- ной технологии в производственный цикл другой может не только снизить себестоимость получаемой продукции. Но и решить важную экологическую проблему утилизации отходов производства. Современная технология добычи фрезерного торфа с точки зрения его химической модификации является ухудшающей качество сырья. При переходе от лабораторных исследований на нативных вручную добытых образцах к стадии опытно-промышленных испытаний на фрезерном торфе – единственном виде торфяного сырья, которым располагает добывающая промышленность, все разработчики отмечают ухудшение качества полу- чаемой продукции и необходимость внесения корректив в разрабатывае- мые технологии. Так при получении нефтесорбентов 40 – 50 % сырья со- ставляет мелкая фракция фрезерного торфа непригодная для производства качественной продукции. Технологическим прорывом могло бы стать вне- дрение технологии добычи торфа, не нарушающей структуру залежи. Од- нако до настоящего времени техника с рабочим органом, позволяющим 33 сохранять структуру торфа при его добыче, не получила широкого распро- странения. Альтернативой щадящим методам добычи может быть совмещение технологий получения из торфа некоторых продуктов. Так обезбитумини- рованный торф после выделения воска может служить сырьем для получе- ния нефтесорбентов или композиционных материалов с фунгицидными свойствами. В то же время образующийся при производстве этих материа- лов отсев мелкой фракции фрезерного торфа, содержащий значительное количество гуминовых веществ, может выступать сырьем для получения гуминовых препаратов сельскохозяйственного назначения. Остаток, обра- зующийся после выделения гуминовых веществ при производстве жидких гуминовых удобрений и гуминовых регуляторов роста растений можно использовать при производстве мелиорантов и органических удобрений методом компостирования. Таким же образом возможна и утилизация нефтенасыщенных сорбентов на основе торфа. Крупная фракция фрезер- ного торфа, отбрасываемая при всех вышеперечисленных технологиях глубокой химической переработки торфа, может быть использована для производства активных углей и пиролизе торфа. Богатая сырьевая база торфяных ресурсов Беларуси и накопленный опыт в области фундаментальных исследований химии торфа и разработки технологий глубокой химической переработки торфа создает предпосылки для успешной реализации на практике комплексного производства наукоем- ких экологобезопасных продуктов но основе торфа. Осуществление идей такого совмещения технологий позволит не только решить экологические проблемы утилизации отходов и освоения полного цикла переработки сырья, но и без серьезных дополнительных ин- вестиций выйти торфяной отрасли республики на качественно новый уро- вень производства конкурентноспособной продукции, пользующейся ста- бильным спросом на внутреннем и мировом рынках. Литература 1. Гаврильчик А.П., О новых направлениях использования торфяного фонда Рес- публики Беларусь / А.П. Гаврильчик, Л.С. Лис, В.Б. Кунцевич, Т.И. Макаренко, А.В. Осипов // Проблемы природопользования: итоги и перспективы. Материалы междунар. научн. конф., Минск, 21–23 нояб. 2012. – Минск: Минсктипроект, 2012. – С.21–25. 2. Соколов Г.А., Прогресс и новые подходы в технологиях приготовления и ис- пользования органических удобрительно-мелиорирующих материалов и питатель- ных сред / Г.А. Соколов, О.Г. Красноберская, И.В. Симакина, Л.Ю. Цвирко // Про- блемы природопользования: итоги и перспективы. Материалы междунар. научн. конф., Минск, 21–23 нояб. 2012. – Минск: Минсктипроект, 2012. – С.87–91. 34 3. Коврик С.И. Формирование металл-гуминовых комплексов в процессе очистки сточных вод препаратами на основе торфа: дис. … канд. техн. наук: 25.00.36. Минск, 2005. 4. http:ecology.basnet.by 5. Хрипович А.А., Влияние модификации торфа поверхностно-активными веще- ствами и биоцидами на фунгитоксичные свойства композиционных материалов / А.А. Хрипович, Н.Е. Сосновская, И.А. Гончарова, А.Э. Томсон, Т.В. Соколова, В.С. Пехтерева, О.О. Серова, А.Г. Мицкевич // Природопользование. 2011. Вып. 19. С.170–175. 6. Хрипович А.А., Композиционный материал на основе торфа и пероксида каль- ция как регулятор влажности воздуха / А.А. Хрипович, Н.Е. Сосновская, А.Э. Том- сон, Т.В. Соколова, В.С. Пехтерева, С.В. Пармон, В.П. Стригуцкий // Проблемы природопользования: итоги и перспективы. Материалы междунар. научн. конф., Минск, 21–23 нояб. 2012. – Минск: Минсктипроект, 2012. – С.100–104. 7. Цыганов А.Р., Новый композиционный материал на основе торфа и микроорга- низмов-деструкторов и эффективность его применения для рекультивации нефте- загрязненных земель / А.Р. Цыганов, А.С. Самсонова, А.Э. Томсон, Т.В. Соколова, А.А. Хрипович, Н.Е. Сосновская, В.С. Пехтерева // Природопользование, 2012. Вып. 21. С. 288–293. УДК 622.331:631.895:621.704 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДОБЫЧИ ТОРФА НА УЧАСТКАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Гамаюнова А.Н., Беляков В.А., Гамаюнов С.Н. Тверской государственный технический университет, г. Тверь Предложено модернизировать широко распространенную промышленную техно- логическую схему с раздельной уборкой из наращиваемых валков, в которой пред- полагается разработать и использовать машины и агрегаты многоцелевого на- значения. Усовершенствованная технологическая схема позволяет добывать од- ним комплексом оборудования торф различного условного качества и в малых объ- емах на участках малой мощности. При разработке оптимальных технологических режимов добычи торфа для производства различной продукции на его основе [1] необходи- мо обоснование технологических и технико-производственных показате- лей добычи торфа с различной уборочной влагой. Однако, на рынке тор- фяного оборудования нет комплексов оборудования по малотоннажной добыче торфа, и которые можно было бы эксплуатировать на небольших по площади месторождениях. Верхние пределы влаги торфа ограничивают технологические воз- можности производства продукции на его основе. Поэтому, исключаются карьерные способы разработки торфяных залежей с использованием экс- каваторов. Схемы с применением бульдозеров также не гарантируют по- 35 лучения торфа с необходимой влагой. Кроме того, эти схемы предусмат- ривают образование штабелей сравнительно малых размеров и на больших расстояниях друг от друга, что приводит к увеличению потерь торфа при хранении и создает дополнительные трудности при вывозке торфа к месту потребления. В связи с этим следует рассматривать технологические схе- мы добычи торфа с использованием операции сушки торфяной крошки в расстиле на предварительно осушенных залежах [2]. За последние десятилетия разработаны новые технологические схе- мы добычи торфа с раздельной уборкой его из наращиваемых валков и несколько различных комплектов оборудования, которые позволяют раз- нообразить эти схемы применительно к конкретным условиям, к различ- ной программе производства [3]. Ее концепция была предложена в 1968 г. сотрудниками ВНИИТП, а в 1980-х годах эта технологическая схема была ими испытана и усовершенствована. В качестве погрузчика торфа из валка предлагалось использовать разработанную самоходную машину МТТ-17, выполненную на базе МТП-29А производительностью до 1000 м3/ч. В этой технологической схеме используются: фрезер-валкователь МТФ-96 с трак- тором ДТ-75Б, ворошилка ВФС-1, тракторный погрузчик ПТВ-1А, прице- пы ПТК-2 и бульдозер-штабелер, которая не отличается от обычной схемы с раздельной уборкой торфа из наращиваемых валков. Традиционно в этих схемах добыча осуществляется на стандартных картах длиной 500 м и ши- риной 20 или 40 м в зависимости от типа залежи. В Финляндии разработали высокопроизводительный комплекс средств его механизации [4]. Ключевой машиной этого комплекса является погрузчик для непрерывного подбора валка фрезерного торфа и погрузки его в прицеп рядом едущего трактора. Этот ленточный погрузчик агрега- тируется с колесным полноприводным трактором и состоит из приемного аппарата, выгружного конвейера с направляющей воронкой, трансмиссии с пневматическими колесами, главной рамы, подъемного устройства вы- гружного конвейера. С агрегатами такого типа производительностью 2500–3200 м3/ч технологическая схема с раздельной уборкой из наращи- ваемых валков известна во всем мире, как метод Хаку (HAKY). Суть технологии по методу Хаку стоит в следующем [5]. Валкова- ние торфа осуществляют с помощью скребкового валкователя, навешенно- го впереди трактора. Одновременно с валкованием проводится операция по разрыхлению слоя залежи, прицепленным ссади к тому же трактору фрезерным барабаном. Таким образом, фрезерование нового слоя и валко- вание осуществляется одновременно, то есть за один проход трактора вы- полняется сразу две технологические операции. При работе по этой схеме, посередине каждой карты образуется валок, наращиваемый в последую- щие 3–5 циклов, уборка торфа из укрупненного валка производится вне 36 цикла, продолжительность которого два дня. На операции интенсифика- ции сушки используют известные технические решения по ворошению торфа. Как отмечалось, погрузка торфа из укрупненного валка осуществ- ляется ленточным погрузчиком в специально сконструированные бункер- ные прицепы большой вместимости. Обычно с одним погрузчиком рабо- тают 4–6 прицепов, которые транспортируют торф к штабелям, форми- руемым на окраине торфяного месторождения, где к ним возможен подъ- езд автотранспорта под погрузку и для дальнейшей транспортировки тор- фа потребителям. Штабель формируется при помощи бульдозера. Следует отметить, что все современное оборудование по производству фрезерного торфа изготавливается на колесном ходу и агрегатируются с колесными тракторами. Операции уборки, вывозки и штабелирования выведены за пределы технологического цикла сушки и не связаны с фрезерованием, ворошени- ем и валкованием. Такой подход позволяет более полно использовать бла- гоприятные условия сушки, по сравнению с существующими схемами. Исключение взаимосвязи между двумя наиболее трудоемкими и менее надежными операциями уборки и фрезерования приводит к повышению надежности данного технологического процесса. Кроме того, этой схемой предусматривается формирование укрупненных складочных единиц вбли- зи постоянных автодорог, что позволяет резко сократить затраты на транс- порт и повысить надежность круглогодичной поставки торфа потребителю. Раздельный способ производства торфа – метод Хаку подходит для широкомасштабного производства на больших площадях – не менее 150– 200 га. Выпускаемое для его реализации оборудование предназначено только для промышленного производства торфяной продукции и его ис- пользование на небольших месторождениях со сравнительно малой про- граммой естественно будет нерентабельно. Технологическая схема с раздельной уборкой хорошо себя зареко- мендовала на многих торфодобывающих предприятиях ряда стран, где ведется производство торфа в промышленных масштабах. Например, в Финляндии по этому способу добывается около 80 % фрезерного торфа [4]. Практиками по достоинству оценены все преимущества технологии с раздельной уборки торфа из наращиваемых валков и в нашей стране [6]. Считаем, что данная технологическая схема добычи торфа с раз- дельной уборкой при определенном совершенствовании весьма перспек- тивна и для использования ее основных элементов на предприятиях малой мощности, то есть технологической схемы производства одним комплек- сом крошкообразного торфа различного условного качества в зависимости от дифференцируемых потребностей на участках малой мощности. 37 Одним из направлений снижения себестоимости производства тор- фа при малых масштабах производства является применение наиболее простой технологии и дешевого доступного оборудования [7]. Поэтому в перспективных машинно-технологических схемах однооперационные аг- регаты должны быть по возможности заменены универсально- комбинированными. Кроме того, необходимо стремиться к выбору мини- мального числа марок, максимально используя универсальные машины. Таким образом, при совершенствовании технологии добычи торфа с раз- дельной уборкой на участках малой мощности следует предусмотреть: 1) возможность максимального использования оборудования в те- чение года; 2) снижение количества разнотипной техники; 3) расширение функций комбинированных агрегатов; 4) применение универсальных транспортных средств. Как и в базовой схеме в разрабатываемом технологическом процес- се производства торфа предполагается использовать машины, агрегати- руемые с энергонасыщенными колесными тракторами. Естественно и обо- рудование будет иметь сравнительно высокую производительность. Тогда, чтобы оно не простаивало при малых объемах производства, нужно ста- раться, чтобы эти машины комплекса выполняли как можно больше тех- нологических операций, что предполагает создание и использование обо- рудования многоцелевого назначения. Это можно осуществить, если погрузчик будет выполнять не только уборку торфа из валков в прицепы, но и задействован как штабелирующая машина, а также круглогодично использоваться для погрузки торфа из штабелей в транспортные средства для поставки к месту потребления. Для этого нужно разработать новую прицепную погрузочную машину – мно- гоцелевой погрузчик (МЦП) непрерывного действия производительностью до 700 м3/ч, агрегатируемый с полноприводным колесным трактором «Бе- ларус» 1221. Погрузчики непрерывного действия – это самоходные конвейеры с самозагрузкой, предназначенные для погрузки и транспортирования сыпу- чих и мелкокусковых грузов из штабелей, и отвалов, имеют по сравнению с одноковшовыми погрузчиками большую производительность, меньшую энерго- и металлоемкость. Их рабочее оборудование: питатель нагребаю- щего или зачерпывающего типа, транспортирующий орган, то есть основ- ной конвейер (ковшового, ленточного, скребкового и др. типов), и отваль- ный орган, состоящий обычно из вспомогательного ленточного конвейера или поворотного лотка. Другой резерв по совмещению операций – использовать такие трак- торные прицепы, которые позволили бы транспортировать торф не только 38 с полей добычи, а также в межсезонье – доставлять продукцию к месту потребления. Поэтому нужно продумать возможность применения специ- альных тракторных поездов при вывозке торфа с полей добычи, с возмож- ностью выхода этих поездов на дороги общего пользования. На рынке сельскохозяйственной техники есть много предложений по прицепам с широкопрофильными шинами низкого давления. Заслуживает внимание тракторный прицеп «ISON-8515» грузоподъемностью 15 т и вместимостью до 25 м3, что позволяет транспортировать торф даже повышенной влажно- сти. Эти прицепы, агрегатируемые с колесными тракторами «Беларусь» 1221, могут передвигаться как по полям торфодобычи, так и по дорогам общего пользования. Еще одной возможностью по снижению количества технологиче- ского оборудования является расширение функций, выполняемых тракто- ром, используемым на совмещенной операции фрезерования–валкования. Его нужно также задействовать на операции сушки (ворошения) торфа. Для этого необходимо предусмотреть возможность быстрой замены всего навесного оборудования на этот трактор. Кроме того, этот трактор должен сравнительно легко оснащаться отвалом, чтобы оказывать помощь МЦП при погрузке торфа из штабелей, при расчистке дорог, уборке территорий и других хозяйственных работах, а также, что не менее важно, в качестве пожарной техники. Исходя из этих положений, в разрабатываемой технологии вследст- вие применения наиболее простой технологии и универсально- комбинированных машин количество разнотипного оборудования будет сведено до минимума. Количество единиц техники будет зависеть от про- граммы производства, дальности вывозки и перевозки торфа, а также тех- нических характеристик используемого оборудования [8]. Эта схема предназначена для малых участков и применяемое обору- дование сравнительно недорогое, поэтому работа предполагается в одну смену, удлиненную до 10 ч. В ряде случаев представляется возможным в благоприятные для сушки дни валковать торф, а в дни, когда сушки нет, вывозить его и штабелировать. Одним из чрезвычайно перспективных рынков для реализации обо- рудования по совершенствованию технологии производства торфа могут быть предприятия агропромышленного комплекса. Комплексы машин можно предлагать крупным владельцам агробизнеса, которые заботятся о повышении плодородия своих почв и энергетической независимости пред- приятий. Помимо торфодобычи предлагаемый к разработке многоцелевой погрузчик можно будет использовать при приготовлении органических 39 удобрений и компостов (ранее для этих целей использовали ПНД-250), а также расчистки и уборки дорог от снега. Таким образом, разработка небольших торфяных месторождений должна предусматривать машины и оборудование, значительно отличаю- щееся от техники, которая применяется для добычи торфа промышленны- ми предприятиями. Предлагается разработать многофункциональный по- грузчик торфа, который в известной технологической схеме по добыче торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков будет выполнять несколько технологических операций: погрузку торфа в стандартные при- цепы, формирование штабелей и отгрузку потребителю. Единичный ком- плекс оборудования усовершенствованной технологии даст возможность добывать до 20 тыс. т/год крошкообразного торфа условной влагой от 40 до 65 %. Кроме предприятий по добыче и переработке торфа оборудование усо- вершенствованной технологии может найти применения и в других отраслях народного хозяйства. Литература 1. Гамаюнов, С.Н. Латеральный маркетинг как альтернативная инновационная стратегия развития предприятий торфяной отрасли / С.Н. Гамаюнов // Труды Ин- сторфа: научный журнал. 2012. №3 (56). С. 53–59. 2. Перспективное использование выработанных торфяных болот: монография / Под общ. ред. д.г.н. В.В. Панова. Тверь: ООО «Издательство «Триада», 2013. 280 с. 3. Практическое руководство по организации добычи фрезерного торфа: учебное пособие / В.И. Смирнов [и др.]; под ред. В.И. Смирнова. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2007. 392 с. 4. Мисников, О.С. Анализ технологий разработки торфяных месторождений в странах дальнего и ближнего зарубежья / О.С. Мисников, А.Е. Тимофеев, А.А. Михайлов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно- технический журнал): Изд-во МГГУ, 2011. № 9. С. 84–92. 5. Торф. Ресурсы, технологии, геоэкология / В.И. Косов [и др.]; под ред. В.И. Косо- ва. СПб.: Наука, 2007. 452 с. 6. Кузнецов, Н.В. Научные основы создания средств комплексной механизации производства фрезерного торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков: Дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Н.В. Кузнецов. СПб, 2003. 482 с. 7. Гамаюнов, С.Н. Пути эффективного управления бизнесом на предприятиях тор- фяной отрасли: монография / С.Н. Гамаюнов, Б.Ф. Зюзин. Тверь: ТГТУ, 2011. 128 с. 8. Беляков, В.А. Организация технологического процесса добычи фрезерного тор- фа: учебное пособие / В.А. Беляков, В.И. Смирнов. Тверь: ТГТУ, 2006. 100с. 40 УДК 622.331:504.062 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЩАДЯЩИХ» ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА Гнеушев В.А., Стадник А.С., Филипчук В.Л. Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно, Украина В статье приведены методологические и научные основы создания технологий и оборудования для добычи и переработки торфа, которые способствуют сохране- нию торфяного фонда и обеспечению экологической безопасности региона за счет сохранения биосферных функций торфяно-болотных комплексов. Многогранные биосферные функции торфяных месторождений иг- рают значительную роль в поддержании экологического равновесия на объектном, местном, региональном и даже планетарном уровнях [1]. Неко- торые из этих функций (биологическая, аккумулятивная, межкруговорот- ная, ландшафтная) являются незаменимыми, они присущи только торфя- но-болотным комплексам, и никакие другие местообитания на суше – леса, луга, степи, сельскохозяйственные угодья не способны их выполнять [2]. Вполне понятна озабоченность экологов и их желание сохранить торфяно- болотный фонд в естественном состоянии, поскольку для прекращения выполнения им большинства биосферных функций достаточно даже одно- го техногенного фактора – осушения торфяника. Но с развитием челове- ческого общества торфяно-болотные комплексы приобрели новые, при- родно-хозяйственные функции, способствующие экономическому и куль- турному развитию человечества. Поэтому более реальный путь – это по- иск компромисса, разработка «экологически щадящих» технологий и ма- шин для добычи торфа, причем добычи в масштабах, являющихся био- сферно совместимыми, и по таким схемам, которые обеспечивают возоб- новляемость запасов торфа на подконтрольной территории. Почему не ставится вопрос о создании «экологически безопасных» технологий и машин? Потому, что добыча торфа обязательно предполага- ет его извлечение, экскавацию, т.е. нарушение целостности торфяного те- ла. Поскольку физические свойства стратиграфических горизонтов торфа в залежи в каждый момент времени зависят от механического состояния всего торфяного тела [3], то и биосферные функции разрабатываемого торфяника изменяются, и не в лучшую сторону. Поэтому для каждого от- дельно взятого торфяного месторождения реально актуальным является создание именно «экологически щадящих» технологий и оборудования для добычи торфа. Известно, что осушение торфяников является не только главной причиной потери ими многочисленных биосферных функций, но и факто- 41 ром реальной угрозы самого их дальнейшего существования [1]. Поэтому наиболее радикальным вектором усовершенствования технологий добычи торфа являются разработка торфяных месторождений без их осушения. На первый взгляд, предложение абсурдное: осушение торфяника – это первый этап освобождения торфа от главного балласта – воды, а также создание условий для передвижения техники по торфяной залежи, которая даже в осушенном состоянии является легкодеформируемым основанием. Но обе проблемы могут быть смягчены при экскавации торфа в зимний период: влага удаляется из блоков добытого торфа путем вымораживания (сублимации), а промерзшая торфяная залежь имеет несущую способ- ность, достаточную для перемещения машины, оснащенной специальным резаком (например, конструкции Steba или Tulgus AB). Однако таким спо- собом можно добыть волокнистый торф верхового типа, предназначенный для приготовления растительных субстратов, посадочных смесей, исполь- зуемый в ландшафтном дизайне. Учитывая то, что 96 % украинского тор- фа относится к низинному типу, а добыча ведется преимущественно фре- зерным способом на топливо, следует признать, что опыт зимней добычи в данном случае малоперспективен. Как уменьшить негативное влияние осушения торфяного месторож- дения на экологию самого торфяника и прилегающей территории? Реаль- ный путь – уменьшение осушаемой площади при одновременном и соот- ветствующем увеличении сезонного сбора торфа с единицы площади. Плановый сезонный сбор рассчитывается по формуле [4] qc = q·n, где q – цикловой сбор фрезерного торфа условной (40 %) влажности, т/га; n – плановое количество технологических циклов за сезон. Как следует из формулы, сезонный сбор может быть увеличен при возрастании циклового сбора и (или) количества циклов. Плановый цикловой сбор зависит от глубины фрезерования торфя- ной залежи h, ее плотности γ, начальной wн и условной wу влажности тор- фа, а также от коэффициента сбора фрезерного торфа α, который учитыва- ет потери фрезерной крошки при сушке и уборке [4]: Глубина фрезерования является нормативным показателем и ее близость к оптимуму подтверждена многолетним опытом: именно при h =12 мм в климатических условиях Украины удается получить наиболь- 42 ший сезонный сбор торфа. На величину циклового сбора также влияет степень осушения торфяной залежи: чем меньше начальная влажность wн, тем больше q. Но наибольший потенциал повышения циклового сбора имеет коэффициент α, нормативные значения которого для низинного торфа приведены в таблице [4]: Таблица. Нормативные значения коэффициента сбора фрезерного торфа Средняя степень разло- жения торфа в слое за- лежи, снимаемом за се- зон, % Пнистость слоя торфяной залежи глубиной до 0,5 м, % Значения коэффициента сбора α в годы эксплуатации площадей: первый второй после-дующие До 30 До 1 0,55 0,60 0,65 Свыше 1 0,50 0,55 0,60 Свыше 30 До 1 0,60 0,65 0,70 Свыше 1 0,55 0,60 0,65 Как следует из приведенных в таблице чисел, современные добы- вающие комплексы «имеют право» терять от 30 до 45 % торфяной крош- ки! Анализ потерь показал, что в наибольшей мере торф теряется при вы- полнении операции валкования, т.е. при перемещении торфа из расстила в компактный валок для дальнейшей его уборки. Мелкие частицы торфа, проскакивая в зазор между нижней кромкой валкующей плоскости и по- верхностью поля, не попадают в валок. Более плотное прижатие отвала валкователя к поверхности залежи ведет к подфрезеровыванию последней, что имеет следствием повышение средней влажности материала в валке. Двух-трехчасовой технологический разрыв между операциями валкования и уборки лишь частично улучшает положение: влажные частицы торфа, хаотически размещенные по всему сечению валка, не имеют надлежащих условий для достижения нормативной влажности. Одним из авторов (в соавторстве) был предложен способ формиро- вания валка и устройство для его осуществления [6], позволяющие значи- тельно сократить потери и снизить влажность убираемого торфа (рис. 1). Расстил фрезерной крошки толщиной hр условно разделяется на два слоя: сухой верхний и более влажный нижний. Принципиально, валкование происходит следующим образом: вал- кующие кромки первых отвалов 1 снимают лишь верхний слой расстила толщиной h1 и образуют первичный валок 2 сухого торфа. Вторые отвалы 3 перемещают весь оставшийся слой расстила h2 в валок 4, размещая эти более влажные частицы поверх первичного валка 2. Этим создаются хо- рошие условия для быстрейшего испарения из них влаги: контакт частиц с залежью отсутствует, а сухие частицы не затрудняют аэрации сушимого слоя и не препятствуют солнечным лучам прогревать валок. 43 Рис. 1. Схема формирования двухслойного валка Эксперименты и эксплуатация опытного образца валкователя на протяжении сезона добычи в условиях действующего производства пока- зали, что потери при валковании не превышают 10 %, а влажность убирае- мого торфа снижается на 4-7 %. Из этого следует, что только за счет сни- жения потерь торфа величина его сезонного сбора возрастает в 1,3-1,6 раза. Соответственно, сокращается необходимая площадь участка добычи. Если же учесть, что снижение влажности торфяного сырья на 1 % повы- шает производительность торфобрикетного завода на 2-3 %, то достигну- тое уменьшение влажности фрезерного торфа обеспечивает прибавку про- изводительности завода по брикету от 8 до 21 %. В общем итоге, благода- ря внедрению предложенной технологии валкования, может быть достиг- нуто уменьшение необходимой площади полей добычи в 1,4-1,9 раза без снижения объема производства торфобрикета. Вполне понятно, что такое сокращение осушаемых и разрабатываемых площадей уменьшает техно- генную нагрузку на торфяник и способствует сохранению его природных биосферных функций. С сожалением следует отметить, что изложенный принцип валкования до сих пор не получил надлежащего конструкторско- го воплощения и широко не применяется. 44 Вопрос полноты выработки месторождений также имеет непосред- ственную связь с размерами эксплуатационных площадей: чем больше запасов торфа освоенных месторождений остаются невыработанными, тем больше новых площадей осушаются и вовлекаются в сферу производства, утрачивая свои полезные биосферные функции и эмитируя диоксид угле- рода в атмосферу. Одной из весомых причин неполноты срабатывания пласта торфа является повышенная зольность придонных слоев залежи. Не всегда востребованным оказывается и верхний слой торфяной залежи, разрабатываемый в первый год эксплуатации торфяного месторождения. Особенно это касается тех торфяников, которые до начала промышленной разработки использовались в качестве сельхозугодий: осушение и много- разовая вспашка, боронование, культивация поверхностного слоя приводят к окислению органической составляющей торфа, его минерализации, т.е. повышению зольности пласта. Улучшить ситуацию позволяет обогащение фрезерного торфа путем его обеззоливания. Проведенные нами исследо- вания показали, что зольность большинства некондиционных торфов мо- жет быть понижена до 10-14 % [7]. Разработаны способ обогащения высо- козольного фрезерного торфа путем его пневматической сепарации [8], устройство для вибросепарации измельченного торфа [9], способ изготов- ления торфосодержащего топлива из низкокондиционного сырья [10]. Не- которые элементы заявленных технологий прошли успешную апробацию и внедрены в производство. Показанная на рис. 2 принципиальная схема снижения зольности фрезерного торфа методом пневматической сепарации в процессе его ис- кусственной сушки внедрена в 2011 году на Маневичском торфозаводе государственного предприятия «Волыньторф» и позволила снизить золь- ность торфобрикета на 4-6 %. Из бункера сырья 1 фрезерный торф 2 пода- ется в подсушивающий рукав, где встречается с дымовыми газами 4, гене- рируемыми технологической топкой 3. Образовавшаяся торфо-газовая смесь 5 движется через шахтномельничную сушилку в газоход 6, на кото- ром установлена пневмосепарационная камера 7. Частицы зольного торфа имеют большую плотность и высокую скорость витания, поэтому осажда- ются в камере интенсивнее, чем малозольные частицы с малой плотностью и низкой скоростью витания. Осевший в бункере торф повышенной золь- ности 8 питателем 10 направляется в технологическую топку 3 для сжига- ния, а сухой торф пониженной влажности 9 подается на прессование. Все вышеизложенное несет не только техническую информацию, но также иллюстрирует многогранность влияний технологий добычи и пере- работки торфа на экологию торфяно-болотных комплексов, на их сохран- ность и выполнение ими незаменимых биосферных функций. Можно и нужно говорить о «щадящих» технологиях, но правдой является то, что 45 для каждого отдельно взятого торфяного месторождения понятия «добыча торфа» и «экологическая безопасность торфяника» пребывают в неприми- римом противоречии или просто несовместимы.   Рис. 2. Схема снижения зольности фрезерного торфа в процессе его искусственной сушки Вопрос экологической безопасности целесообразно ставить на уровне региона, в масштабе торфяного фонда страны, имея в виду созда- ние системы комплексного использования торфяных ресурсов, управления ими с учетом создания условий для их возобновления. Именно возобнов- ляемость является основой и главным признаком экологической безопас- ности (сохранности) собственно торфяных ресурсов и выполнения свойст- венных им биосферных функций – неотъемлемой составляющей экологи- ческого равновесия различных уровней. Возобновляемость торфяных ресурсов может быть достигнута при организации управления в торфяном регионе по аналогии с управлением лесным хозяйством, когда вырубка и восстановление леса сбалансированы таким образом, что средний размер деревьев и запасы древесины на под- контрольной территории остаются неизменными. Эксплуатация торфяно- 46 го фонда региона должна быть организована также в виде цикла и таким образом, что работы по подготовке месторождений к разработке, добыче торфа, повторному заболачиванию (реабилитации и ренатурализации тор- фяников) осуществляются в таких последовательностях и объемах, что суммарные запасы торфа в регионе остаются неизменными. Понятно, что предлагаемая схема эксплуатации торфяных ресурсов региона требует изменения соответствующей идеологии, более высокого уровня управления, чем это имеет место сегодня. Выводы. Целесообразны два направления деятельности по сохра- нению торфяного фонда и обеспечению экологической безопасности в регионе: 1) разработка «экологически щадящих» технологий и оборудования для добычи и переработки торфа; 2) разработка системы биосферно совместимого использования торфяного фонда с учетом обеспечения его возобновляемости и сохране- ния полезных экологических функций. Первое направление способствует снижению уровня техногенных воздействий на торфяно-болотные комплексы региона, а реализация вто- рого позволяет радикально решить вопрос сохранности торфяных ресурсов и их роли в обеспечении экологической безопасности на различных уров- нях. Литература 1. Гнеушев В.А. Торф как местное топливо и фактор экологической безопасности / В.А. Гнеушев // Уголь Украины. – 2013. – № 4. – С.47-50. 2. Бамбалов Н.Н. Роль болот в биосфере / Н.Н. Бамбалов, В.А. Ракович. – Минск: Бел. наука, 2005. – 285 с. 3. Панов В. В. Геоэкологические основы регенерации торфяных болот : дис. … д- ра геогр. наук : Д 25.00.36 / Панов Владимир Владимирович. – Тверь, 2003. – 339 с. 4. Справочник по торфу / Под. ред. А.В.Лазарева и С.С.Корчунова. – М: Недра, 1982. – 760 с. 5. Гнеушев В.А. Удельные энергозатраты как критерий прогрессивности технических решений / В.А. Гнеушев, В.А. Стриха // Уголь Украины. – 2007. - № 2. – С. 21-23. 6. А.с. 1687788 СССР, МКИ3 Е 21 С 49/00. Способ валкования фрезерного торфа и устройство для его осуществления [Текст] / В.А. Гнеушев, А.К. Бавтуто, В.А. Стриха (СССР). – № 4719928/ 03; заявл. 18.07.89; опубл. 30.10.91, Бюл. № 40. – 2 с. 7. Гнеушев В.А. Украинский торф: некоторые проблемы и перспективы / В.А. Гнеушев, А.С. Стадник // Уголь Украины. – 2011. - № 11. – С. 50-52. 8. Пат. 58369 Україна, МПК С10F 7/00, B07B 4/00, B07B 7/00. Спосіб збагачення високозольного фрезерного торфу шляхом пневматичної сепарації [Текст] / Гнєу- шев В.О., Стадник О.С. (Україна); заявник і патентовласник Нац. ун-т водного госп-ва та природокористування; № u201011326; заявл. 23.09. 2010; опубл. 11.04. 2011, Бюл. № 7. – 2 с. 47 9. Пат. 64397 Україна, МПК , B03B 4/00, B07B 13/00, С10F 7/00. Пристрій для вібросепарації подрібненого торфу [Текст] / Гнєушев В.О., Стадник О.С. (Україна); заявник і патентовласник Нац. ун-т водного госп-ва та природокористування; № u201103648; заявл. 28.03. 2011; опубл. 10.11. 2011, Бюл. № 21. – 2 с. 10. Пат. 78824 Україна, МПК, С10F 7/00, C10L 5/02. Спосіб виготовлення торфов- місного палива з низькокондиційної сировини [Текст] / Гнєушев В.О., Стадник О.С., Пахалюк Л.В. (Україна); заявник і патентовласник Нац. ун-т водного госп-ва та природокористування; № u201201103; заявл. 03.02.2012; опубл. 10.04.2013, Бюл. № 7. – 2 с. УДК 622.331 ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО ТОРФА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ Стадник А.С., Гнеушев В.А., Рыбак И.И. Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно, Украина Исследована зависимость эффективности пневматической сепарации высоко- зольного торфа от влажности. Показано, что эффективность сепарации снижа- ется при достижении некоторой критической влажности торфа, которая зави- сит от показателей его качества, параметров частиц и динамического режима сепарации. Геологические запасы торфа в Украине составляют 2,17 млрд. т ус- ловной влажности. Годовая добыча торфа достигает 0,7-0,8 млн. т. Ис- пользование торфа в качестве альтернативного топлива стимулируется рядом государственных документов и программ Украины. В то же время, более половины запасов этого полезного ископаемого в нашей стране имеют зольность, превышающую допустимое значение для топливного торфа. Одним из радикальных способов расширения ресурсной базы топ- ливного торфа является обогащение высокозольных торфов, в частности – путем пневматической сепарации в технологической схеме производства торфяной продукции, главным образом – брикетов и пеллет посредством обогащения и кондиционирования торфа по зольности. Исследования по пневматической сепарации выполнены и опублико- ваны в трудах советских ученых А.М. Зальцмана, Н.В. Кислова, Ф.С. Яце- вича [1–3] и др. Большинство работ касается эффективности пневматиче- ской сепарации измельченного торфа и других показателей этого процесса. Влияние влажности на процессы сухой сепарации полезных ископаемых объ- яснены с помощью контактно-стыковой модели Верхотурова М.В. [4]. Качество пневматической сепарации торфа некоторого класса круп- ности начинает снижается при достижении определенной влажности тор- фа, которая называется критической w0. Значение критической влажности зависит от количества влаги связанной материалом и от динамического 48 режима сепарации. В указанных исследованиях не учтено влияние дина- мического режима на процесс пневматической сепарации. Исходя из изложенного, основным заданием работы является иссле- дование зависимости эффективности пневматической сепарации от влаж- ности с учетом динамического режима. В частности, в работе рассмотрена зависимость критической влажности от скорости воздушного потока при пневматической сепарации. Торф является дисперсно-пористым коллоидным материалом в ко- тором имеется химически, физико-химически и физико-механически свя- зана влага в соответствии с классификация П.А. Ребиндера. Поэтому по- верхностная влага на частицах торфа появляется при достижении значения критической влажности w0, при которой в торфе имеется химически и фи- зико-химически связана влага и часть механически связанной влаги. В ре- зультате исследований, выполненных методом дифференциальной скани- рующей калориметрии [5], обнаружено, что в торфе остается лишь хими- чески и физико-химически связанная влага (в основном адсорбционно свя- занная) при его влажности 27,5 %. По исследованиям [6] содержание хи- мически и физико-химически связанной влаги торфа низинного типа со- ставляет 28–35 %. Следовательно, при влажности ниже этого значения ее влияние на эффективность сепарации должно отсутствовать. Также не влияет на эффективность пневматической сепарации часть малоподвижной капиллярной влаги, которая содержится во внутренних порах частиц торфа. Минеральная часть торфа не способна удерживать влагу подобно органической. Поэтому, критическая влажность высокозольного торфа снижается в соответствии с содержанием минеральной части. Следова- тельно, значение критической влажности высокозольного торфа w0В рас- считывается по формуле: 100 )100(0 0 Аww В  , %, (1) где w0 – критическая влажность органической части торфа, %; А – золь- ность торфа, %. Зависимость критической влажности высокозольного торфа от зольности показана на графике рис. 1. При влажности высокозольного торфа больше критической, части- цы образуют агрегаты, которые могут разрушаться при воздействии внеш- них сил (например, удар о стенку сепаратора при пневматической сепара- ции, падение с высоты подачи продукта на сепаратор и др.). Образованные агрегаты разрушаются, если внешняя сила превышает силу связи этих аг- регатов. 49 0 5 10 15 20 25 30 35 0 20 40 60 80 100 Кр ит ич еск ая вл аж но сть вы сок озо ль но го то рф а, % Зольность, % w₀=27,50% w₀=30 % w₀=35 % Рис. 1. Зависимость критической влажности высокозольного торфа от зольности Сила связи F0 между двумя частицами агрегата, образованного из влажного материала, в соответствии с капиллярно контактной моделью Н.В. Верхотурова [4], определяется по формуле: 3 3 0 1 10 мw w m dF    , Н, (2) где σ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м; d – размер частицы, м; ρ – плотность частицы, кг/м3; m – количество контактов, кото- рые относятся к одной частице; w – влажность материала, д.ед.; γм – часть влаги, которая принимает участие в контактных взаимодействиях, д.ед. С учетом формулы (1), часть влаги, которая принимает участие в контактных взаимодействиях γм для высокозольного торфа определяется по формуле w Аw м 100 )100(1 0  , д.ед., (3) где w0 – критическая влажность торфа, д.ед. Формула (3) используется только при влажности высокозольного торфа w больше критической w0В. В других случаях часть влаги, которая принимает участие в контактных взаимодействиях γм равна нулю. 50 Допустим, что сила удара агрегата, образованного из частиц влаж- ного материала (высокозольного торфа) Fуд при пневматической сепара- ции, равна силе динамического давления потока воздуха. В этом случае силу удара можно определить по формуле 22 dvF пуд  , Н, (4) где ρп – плотность воздуха, кг/м3; v – скорость потока воздуха, м/с. Приравняв формулы (2) и (4) с учетом (3), найдем критическую влажность высокозольного торфа в динамическом режиме (при пневмати- ческой сепарации). 1 1 100 )100( 3 2 3 2 0 0          dvm dvm Aw w п п ВП     , д.ед. (5) Зависимость критической влажности от крупности частиц торфа разных зольностей и рабочих скоростей воздушного потока отображена на графике (рис. 2). С увеличением рабочей скорости критическая влажность высоко- зольного торфа w0ВП увеличивается более стремительно. Но, также следует учитывать тот факт, что при повышении влажности прочность частиц тор- фа заметно снижается. Проведенные нами эксперименты показали, что проводить пневматическую сепарацию торфа с влажностью выше 55 % нецелесообразно. Для оценки адекватности теоретически полученной зависимости была получена экспериментальная зависимость эффективности пневмати- ческой сепарации от влажности с использованием методики Тромпа. Ис- следования были выполнены на образцах высокозольного торфа месторо- ждения «Старники» Ровенской области. Опыты проводились на пневмати- ческом сепараторе типа «Зиг-заг» Исследование выполнялись в следую- щей очередности: 1. Выполнены опыты по пневматической сепарации высокозольного торфа четырех влажностей от 5 до 47 % при трех рабочих скоростях воз- душного потока 3,76 м/с, 5,01 м/с и 6,26 м/с. 51 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 Кр ит ич еск ая вл аж но сть в ди на ми че ск ом ре жи ме , % Крупность частицы, мм 1 2 3 4 Рис. 2. Зависимость критической влажности в динамическом режиме от крупности частиц при w0=30%: 1 – зольность А = 15 %, рабочая скорость сепарации v = 4 м/с; 2 – А = 30 %, v = 4 м/с; 3 – А = 15 %, v = 6 м/с; 4 – А = 30 %, v = 6 м/с 2. Для полученных легких и тяжелых фракций определялся грану- лометрический состав и вычислялись разделительные числа Е по формуле: ів iллdE  )( , (6) где γл – массовый выход легкой фракции, д.ед.; γіл – содержание і-го класса крупности в легкой фракции после сепарации, %; γів – содержание і-го класса крупности в исходном продукте, %. Среднее вероятностное отклонение от крупности разделения Epm было рассчитано по формуле: 2 7525 ddEpm  , (7) 52 где d25 и d75 – крупности, при которых разделительные числа равны 0,25 и 0,75 д.ед. В методике Тромпа этот показатель является основным, отобра- жающим качество сепарации. Зависимость среднего вероятностного отклонения Epm от влажности показано на графике рис. 3. Влажность, % Рис. 3. Зависимость среднего вероятностного отклонения Epm от влажности торфа: 1 – v = 3,76 м/с, dр. ср. = 0,59 мм; 2 – v = 5,01 м/с, dр. ср. = 0,94 мм; 3 – v = 6,26 м/с, dр. ср. = 1,21 мм (расчетные значения критических влажностей в динамическом режиме для частиц, соответствующих крупности разделения, показаны стрелкой) С учетом крупности разделения, по формуле (5) выполнен расчет критической влажности торфа в динамическом режиме пневматической сепарации. Рассчитанные значения отображены стрелками на графике за- висимости среднего вероятностного отклонения Epm от влажности (рис. 3). Как видно из графика, значение среднего вероятностного отклонения Epm увеличивается после достижения критической влажности, что соответствует ухудшению эффективности сепарации. В работе исследована зависимость эффективности пневматической сепарации высокозольного торфа от влажности. Показано, что эффектив- ность сепарации снижается при достижении некоторой критической влаж- 53 ности торфа, которая зависит от показателей его качества (зольности и содержания связанной влаги органического вещества), параметров частиц (плотности и крупности) и динамического режима сепарации (скорости потока газа при пневматической сепарации). Критическая влажность эле- ментарного класса крупности выскозольного торфа при пневматической сепарации пропорциональна содержанию связанной влаги, зольности и обрат- но пропорциональна плотности частицы, кубу ее диаметра и скорости потока газа в шестом степени. Литература: 1. Зальцман А.М. Пневматическая сепарация торфа. Характер разделения торфя- ных частиц при пневматической сепарации / А.М. Зальцман // Комплексное ис- пользование торфа. – Вып. 2. – АН БССР. – М.: Энергия, 1968. – С. 181-194. 2. Кислов Н.В. Аэродинамика измельченного торфа / Н.В. Кислов; под ред. И.И. Лиштвана. - Минск: Наука и техника, 1987. – 175 с. 3. Яцевич Ф.С. Торф сырье для химической переработки / Ф.С. Яцевич. – Минск: АН БССР, 1981. – 136 с. 4. Верхотуров М.В. Сепрация влажных материалов / М.В. Верхотуров. – Красно- ярск: Издательство Красноярского университета, 1987. – 136 с. 5. Корінчук Д.М. Розробка композиційного палива на основі торфу і рослинної біомаси для використання в теплоенергетичних установках. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. – К.: Інститут технічної теплофізики НАН України. – 2010. – 20 с. 6. Лиштван. И.И. Физика и химия торфа: Учеб. пособие для вузов / И.И. Лиштван, Е.Т. Базин, Н.И. Гамаюнов, А.А.Терентьев. – М.: Недра, 1989.– 304с. УДК 624.131 РАСЧЕТ НДС ОСНОВАНИЙ С УЧЕТОМ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ Миронов В.А., Софьин О.Е. Тверской государственный технический университет Напряженно-деформированное состояние грунта описывается модифицирован- ной моделью Кем-клей, объединенной с моделями фильтрационной консолидации и вязкопластичности. Составлены алгоритм и программа метода конечных эле- ментов для расчета процессов вязкопластического деформирования оснований в трехмерной постановке. Выполнено численное моделирование поведения системы «основание-фундамент». В настоящее время известны многочисленные примеры эффектив- ного проектирования оснований на основе методов нелинейной механики. Разработок для грунтов, обладающих реологическими свойствами, значи- тельно меньше, что обуславливает актуальность выбранной темы исследо- вания. 54 Грунт является многокомпонентной средой, состоящий из мине- ральных частиц (скелета), жидкости и газа, поэтому реологические про- цессы протекают в нем по-разному в зависимости от степени насыщения пор водой. В неполностью водонасыщенном грунте реологический про- цесс обусловлен ползучестью скелета и при его описании грунт рассмат- ривается как однокомпонентная среда. В водонасыщенном грунте реоло- гический процесс определяется сжимаемостью и вязким сопротивлением поровой жидкости при отжатии (фильтрационной консолидацией), при этом необходимо учитывать взаимодействие фаз грунта [1]. В предлагаемой работе задачи фильтрационной консолидации и ползучести решаются методом конечных элементов c учетом нелинейного характера деформирования грунта. Изменение напряженно-деформированного состояния в процессе фильтрационной консолидации определяется на основе совместного реше- ния уравнений равновесия системы элементов и сплошности потоков в ней [2]. Для момента времени tn+1 эти уравнения имеют вид [3, 4] , 1                wn w n w nf T Ep CpF pEtKC CK (1)  – приращения перемещений; pw – поровое давление; F– приращение внешней нагрузки;                           l T V wg l V i T iw f f l V T l V T NdVN K nE dV x N x NkK mNdVBC DBdVBK ; ; ; (2) матрица жесткости системы элементов, «стыковочная» матрица между деформационной и фильтрационной задачами, фильтрационная матрица, матрица сжимаемости поровой жидкости, соответственно; B – матрица, характеризующая геометрическую форму конечного элемента; D – матри- ца упругих свойств элемента; N – функции формы; kf - коэффициент фильтрации; w – удельный вес воды; n – пористость; Kwg – модуль объем- 55 ной сжимаемости газосодержащей жидкости;  Tm 000111 ; V – объем элемента; l – число элементов расчетной области; nn ttt  1 – шаг по времени. Упругопластическое решение строится на основе метода начальных напряжений. На каждой итерации определяются полные деформации   nn 1 . (3) Вычисляются напряжения в предположении упругой работы грунта  pnntrn D   11 . (4) Далее производится оценка достигнутого уровня напряжений по значению функции нагружения  trnf 1 . Если   01  trnf , то tr nn 11   , (5) иначе производится пластическая коррекция. Скорректированные напряжения 1 n находятся неявным методом Эйлера путем решения методом Ньютона-Рафсона системы нелинейных уравнений , 0 1 1 2 2 1 k n k k n T r r d d f ggD                            (6) где g – функция пластического потенциала. Запаздывание вязкопластической деформации во времени учитыва- ется по схеме , 1 11 1    t t n tr n n (7) где  – коэффициент вязкости; 1n – напряжения, полученные на данном шаге без учета вязкости грунта. 56 Механическое поведение грунта описывается модифицированной моделью Кем-клей (рис. 1) с функцией нагружения [4] 02 2 0  M qpppgf (10) где q и p – касательная и нормальная компоненты напряжений на октаэд- рической площадке; p0 – давление предварительного уплотнения. Предельное напряженное состояние грунта определяется уравнением Mpq  , (11) где M – коэффициент трения. Функция упрочнения принимается в виде     0 ln p pAp , (12) где A – константа грунта. Рис. 1. Модифицированная модель Кем-клей На основе соотношений теории пластического течения с упрочнени- ем составлены алгоритм и вычислительная программа для ЭВМ для расче- та оснований и грунтовых массивов. В качестве примера рассматривается задача взаимодействие жестко- го штампа с грунтовым основанием. q = Mp p0 p q f = g f  g 57 Длина стороны штампа равна 1 м, заглубление подошвы – 0,5 м. Размеры расчетной области составляют 884 м. Вследствие осевой сим- метрии задачи рассматривается только ее одна четвертая часть, разбитая на 2640 тетраэдров (рис. 2). Рис. 2. Расчетная область «штамп-основание» Грунт основания имеет характеристики: удельный вес  =20,0 кН/м3; модуль деформации E = 6,0 МПа; коэффициент Пуассона  = 0,4; порис- тость n = 0,5; модуль объемной сжимаемости поровой жидкости K = 2·103 МПа; коэффициент фильтрации kф = 1,0·10-4 м/сут; коэффициент пластической вязкости  = 0,116 МПа·сут; коэффициент трения M = 0,364; константа А = 0,045. На первом шаге численного решения рассчитывалось напряженное состояние от собственного веса грунта, по которому определялся размер начальной поверхности нагружения. Далее осуществлялось нагружение штампа вертикальной нагрузкой ступенями по 0,04 МПа. Результаты расчета в виде графиков зависимости осадки фундамен- та S от нагрузки P представлены на рис. 3. Кривые 1 и 2 получены, соответственно, для упругого и упругопластического оснований без учета фактора времени. Кривая 3 отвечает нагружению водонасыщенного осно- вания, при котором поровое давление не успевает рассеиваться, кривая 4 – упруговязкопластического основания при выдержке нагрузки на каждой ступени 0,8 сут. В последних двух случаях с увеличением времени нагру- жения кривые приближаются к упругопластическому решению. 58 P, МПа S, м 0.1 0.2 0.3 0.4 0.2 0.4 0.6 0 2 3 1 4 Рис. 3. Зависимость осадки штампа от нагрузки: 1 – упругое решение; 2 – упругопластическое решение; 3 – упругопластическое решение с учетом фильтрационной консолидации (скорость нагружения 0,05 МПа/сут); 4 –упруговязкопластическое решение Разработанная программа расчета является универсальной и позво- ляет решать широкий круг задач механики грунтов. Литеатура 1. Тер-Мартиросян З.Г. Реологические параметры грунтов и расчеты оснований сооружений. –М.: Стройиздат, 1990. -200 с. 2. Зарецкий Ю.К. Вязкопластичность грунтов и расчеты сооружений. М.: Строй- издат, 1988. -352 c. 3. Миронов В.А., Софьин О.Е. Моделирование процесса упругопластического деформирования водонасыщенного основания при нагружениии жестким штампом // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2010. № 1. С. 83-88. 4. Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Упруговязкопластическая модель структурно- неустойчивого глинистого грунта // Реконструкция городов и геотехническое строительство. -2005. -№ 9. -C. 221-228. 59 УДК 622.331 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОКУСКОВАННОГО ТОПЛИВА ИЗ ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ Бондарев Ю.Ю., Иванов С.Л. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Рассмотрен вопрос получения окускованного топлива из торфяного сырья при экскаваторном способе добычи. Представлен аналитический обзор современного состояния отрасли и оборудования для переработки торфа. На основании обоб- щения производственного опыта предложен способ рациональной переработки торфа с возможностью его дальнейшего эффективного использования в качестве топлива. Представлен комплекс лабораторных исследований по формованию торфяного сырья на на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z100 с помощью поршневого реометра и обоснованы основные параметры фильер. К понятию «биотопливо» относится все, что так или иначе связано с получением в промышленных масштабах энергии из различного возобнов- ляемого сырья биологического происхождения. Такое сырье и его произ- водные обычно называют биотопливом. Оно бывает твердым, жидким или газообразным, и может производиться из различного сырья. Сырьем для биотоплива являются: - древесные отходы, различного происхождения; - отходы сельскохозяйственного производства (лузга, шелуха, со- лома, тростник); - бытовые отходы, канализационные стоки; - специально выращиваемая топливная древесина; - торф [1]. В России находится 38 % мировых запасов торфа. Из всех полезных горючих ископаемых только торф является возобновляемым, и процесс его накопления продолжается и сейчас. Традиционно торф используется в ка- честве топлива, которое применяют, как и в большой энергетике, так и в распределенной энергетике в качестве местного топлива для котельных муниципальных образований. В котельных ЖКХ стоимость тепла, вырабо- танного на торфяном топливе, ниже выработанного на каменном угле. Для обеспечения небольшого удаленного населенного пункта теплом и элек- троэнергией, местные виды топлива, такие как торф, являются реальной альтернативой дальнепривозным видам топлива. Однако, переход на мест- ное торфяное топливо требует проведения подготовительных работ по добыче сырья и повышению его энергоплотности. Существует два основных способа добычи торфа: фрезерный способ (сравнительно тонкими слоями с поверхности) и экскаваторный способ (за- лежь разрабатывают на максимально возможную глубину). 60 В настоящее время технология добычи торфа послойным способом из-за высокой зависимости от метеоусловий малопривлекательна. Для обеспечения сушки и уборки торфа по этой технологии требуется осушить большие площади торфяных месторождений, и на длительное время изме- нить их естественные функции. Кроме того, данная технология требует большого парка узкоспециализированной техники для добычи, используе- мой сезонно. По сравнению с фрезерным, карьерный (экскаваторный) способ до- бычи имеет ряд преимуществ. К ним относятся: расширение сезона произ- водства; уменьшение воздействий на окружающую среду; оптимальное использование погодных условий; быстрое восстановление площадей, по- глощающих СО2; увеличение экономической эффективности производства в 20 раз по сравнению с текущим производством. Технологии добычи торфа должны развиваться по следующим на- правлениям: 1. максимальное использование потенциала природной энергии; 2. экскавация торфа из залежи на всю глубину; 3. применение современных технологий переработки добытого сырья. Инфраструктуру добычи торфяного сырья и производства окуско- ванного топлива можно представить следующим образом: 1. Экскавация торфяного сырья из залежи (w=86-89 %); 4. Вывозка экскавированного торфяного сырья на суходол (w=86-89 %); 2. Подсушка торфяного сырья до w=70 %; 3. Сепарация и дробление торфяного сырья (w=70 %); 4. Формование окускованного топлива диаметром 20-40 мм (w<70 %); 5. Кондиционирование окускованного топлива до нормативной влажности w=40-45 %. Как показывают предварительные расчеты, для организации произ- водства окускованного торфяного топлива с годовой программой 5000 т, требуется гидравлический гусеничный экскаватор в сочетании с транс- портно-тракторными агрегатами, фронтальный погрузчик с комплектом навесного оборудования, формующая машина с кузовом, формователем и выдающим транспортером, и оснащенные навесами склады размером 15x100 м. Одним из важных элементов модуля для производства окускованного топлива является шнековый формователь формующей машины с быстросмен- ной матрицей и фильерами диаметром 20-40 мм. Он предназначен для холодно- го окускования торфа. Показателем работы формователя является его эф- фективность - отношение производительности к мощности [2, 3]. 61 Как показали лабораторные испытания, основное внимание следует уделить параметрам фильер матрицы формователя. В связи с этим были проведены исследования по формованию на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z100 с помощью поршневого реометра. Основной характеристикой фильер матрицы является коэффициент гидравлического сопротивления течению материала Kг (безразмерный ко- эффициент). В экспериментах на поршневом реометре получено, что давление формования P (МПа) торфяной массы влажностью 65 % через фильеру зависит от длины калибрующей части фильеры lk и формы входной части фильеры, определяемой коэффициентом гидравлического сопротивления Kг (от 41 до 63). Экспериментально установлено, что твердофазное формование тор- фяной массы в шнековой машине через фильеры матрицы с коэффициен- том живого сечения Kf =0,25, состоящие из входной конической формую- щей части и цилиндрической калибрующей части с коническим расшире- нием на выходе, при отношениях длин калибрующей и формующей частей lк/lв=2 и длины калибрующей части к ее диаметру lк/dк=3, снижает внут- ренние напряжения в уплотненном торфяном материале при выходе из фильеры без дефектов формы и поверхности окускованного торфяного топлива [4]. Кондиционирование (подсушка) окускованного торфяного топлива происходит в мягком режиме под превентором, что обеспечивает его рав- номерную объемную усадку и, в конечном итоге, требуемую прочность для погрузки и транспортировки до котельной. Литература 1. Диденко В.Н, Плотников Д.А. Патент №55774 «Установка переработки биото- плива» от 28.03.2006, (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический Университет», авторы В.Н.Диденко, Д.А. Плотников.) 2. Михайлов А.В., Кремчеев Э.А., Большунов А.В., Нагорнов Д.О. Перспективы развития новых технологий добычи торфа ⁄ Горный информационно- аналитический бюллетень. - 2010. - № 9. – С. 189-194. 3. Михайлов А.В. Масштаб торфяного производства и комплектование оборудо- ванием. Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых. Сб. тр. Междунар. научн.- техн. конфер. Минск, 17-20 апреля 2012. С. 63-67. 4. Епифанцев К.В. Обоснование геометрических параметров фильер матрицы торфяной формующей машины / Горное оборудование и электромеханика. М., 2012, №8. С. 40-44. 62 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭНЕРГЕТИКИ УДК 504.53.054 СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ Бельская Г.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Условия для развития биогазовых технологий на крупных животноводческих ком- плексах Республики Беларусь экономически обоснованы и технически возможны. Их применение обеспечит выполнение экономического, экологического и социаль- ного императивов в рамках устойчивого развития. В соответствии с Национальной Программой по рациональному ис- пользованию энергетических ресурсов Республики Беларусь на период 2011-2015 г.г., общее потребление топливно-энергетических ресурсов к 2015 г. составит 41 млн. тонн условного топлива, а к 2020 г. - 44 млн. т. условного топлива. Структура общего объема потребления в 2020 г. долж- на быть следующей: природный газ – 37 %, уголь – 10 %, ядерная энергия – 11 %, нефть (мазут) – 23 %, возобновляемые источники - 19 %. На фоне мирового экономического кризиса и постоянного повышения цен на энер- гоносители Республика Беларусь продолжает долгосрочный курс на про- изводство энергии из возобновляемых источников. Планируется увеличить использование местных и возобновляемых источников энергии в 1,9 раза и довести их потребление до 5,7 млн. тут, что позволит на четверть замес- тить долю импортируемого природного газа к 2020 г. Условия для развития биоэнергетики в Беларуси являются экономи- чески обоснованными и технически возможными [1]. Известными и ис- пользуемыми в настоящее время технологиями получения энергии из био- массы является сжигание: 1) древесины (в т.ч. выращенной на энергетиче- ских посадках, щепы, пиллет, горючих брикетов); 2) биодизеля, получен- ного из семян рапса; 3) осадков очистных сооружений; 4) биогаза, произ- водимого из первичной и вторичной биомассы методом анаэробного раз- ложения в специальных реакторах [2]. Первые три источника получения возобновляемой энергии имеют принципиальные недостатки, в сравнении с биогазовыми технологиями. Так, теплотворная способность древесины в несколько раз ниже, чем у природного газа, в то время как у метана (конечного продукта анаэробного сбраживания биомассы в реакторах) этот показатель близок к таковому 63 для природного газа. Кроме того, в результате сжигания древесины обра- зуется большое количество золы, загрязненной тяжелыми металлами. Что касается биодизеля, то использование его в качестве добавки (до 10 % по объему) к традиционному дизельному топливу, достоверно снижает ресурс эксплуатации двигателей из-за неполного сгорания топлива и образования сажи. Добавление к биодизелю консервантов или хранение его при пони- женных температурах в специальных помещениях делает технологический процесс дорогим и экономически невыгодным. Технологии получения энер- гии из осадков очистных сооружений достаточно затратны вследствие высо- кой дискретности и низкой теплотворной способности субстрата [3]. Хотя данные технологии позволяют получать конкретную экологическую прибыль. Биогазовые технологии анаэробного сбраживания первичной и (или) вторичной биомассы в специальных реакторах имеют определенные преимущества. В нашей республике сложились оптимальные условия для их развития. Во-первых, животноводство республики характеризуется вы- сокой степенью концентрации и специализации. Производство животно- водческой продукции сконцентрировано на крупных предприятиях (фер- мах и комплексах) – в настоящее время в республике функционируют око- ло 100 крупных (содержащих более 5000 голов) ферм по откорму крупного рогатого скота (КРС), 97 крупных (содержащих более 50000 голов) свино- водческих комплексов и 60 крупных и средних птицеводческих хозяйств. Около половины предприятий расположены в бассейне Балтийского моря. За период 2004-2012 г.г. количество крупных предприятий увеличилось на 8,2 %. За это же время поголовье свиней увеличилось на 21,3 % и достигло 3,9 млн. голов, а поголовье птиц увеличилось на 63, 2 % и достигло 40 млн. голов. Поголовье КРС снизилось на 11 %, и в 2012 г. составило 1,5 млн. голов. Во-вторых, такое количество с.-х. животных производит ежегодно около 107 млн. тонн органических отходов (навоза и помета), которые, в зависимости от способа содержания животных и технологий удаления на- воза из стойловых помещений, могут содержать воду – до 30-50 % по объ- ему и более. Эти полужидкие органические отходы, в основном, склади- руют около производственных помещений в специально оборудованных накопителях (отстойниках). Небольшое количество органических отходов (около 10-15 %) вносят на близлежащие поля и с.-х. угодья в качестве удоб- рений. Остальные объемы загрязненных сточных вод периодически сбрасы- вают в природные поверхностные воды без предварительной очистки [2]. В-третьих, дополнительным продуктом анаэробного брожения вто- ричной биомассы является биогумус (перегной), который после опреде- ленной доработки может служить ценным органическим удобрением. Та- кое органическое удобрение при внесении его на поля и с.-х. угодья не будет загрязнять почву биогенными элементами, в первую очередь, азотом 64 и фосфором. Кроме того, при термофильном процессе анаэробного сбра- живания в реакторах (температура процесса составляет 50-60 оС) происхо- дит обеззараживание первичного субстрата от патогенных микроорганиз- мов и гельминтов. В-четвертых, применение биогазовых технологий на животноводче- ских комплексах и птицефабриках предполагает существенное улучшение качества окружающей среды, в первую очередь вокруг самих предприятий, а также улучшение экологической обстановки в целом по республике, по- скольку навозохранилища представляют серьезную угрозу окружающей среде. Навозные стоки периодически (один раз в месяц или в две недели) сбрасывают, чаще всего в близлежащие водоемы. Бывают случаи перели- вов содержимого навозохранилищ, особенно в период весеннего полово- дья. Это приводит к загрязнению почв, а также поверхностных и подзем- ных вод нитратами, органическими веществами, ионами тяжелых метал- лов, различными патогенными микроорганизмами. Круглогодичное внесение навоза на близлежащие поля и с.-х. угодья также усиливает общее загрязнение окружающей среды, приводит к автрофикации водоемов и усыханию лесных экосистем. Известно, что сбросы органических отходов от с.-х. предприятий вносят существенный вклад в автрофикацию вод Балтийского моря [1]. В странах Евросоюза разработаны и функционируют технологии по получению биогаза из органических субстратов, в т.ч. из отходов живот- новодческих хозяйств (навоза и куриного помета). В Европе лидером по производству биогаза из органических отходов является Германия. В на- стоящее время в этой стране работает около 8800 биогазовых установок, на которых к 2020г. планируется получить 6 млрд. метров кубических ме- тана [1]. Достаточно высокими темпами развиваются биогазовые техноло- гии в Швеции, Дании, Норвегии, Китае и др. странах. В настоящее время в Республике Беларусь функционируют 6 биога- зовых установок, работающих на отходах с.-х. производства, общей элек- трической мощностью 3,2 МВт. В ближайшее время планируется ввести еще 5 установок общей мощностью 3 МВт. По нашему мнению, наиболее подходящим субстратом для развития биогазовых технологий в республи- ке являются органические отходы крупных животноводческих ферм. Их ис- пользование обеспечит выполнение экономического, экологического и соци- ального императивов в рамках устойчивого развития Республики Беларусь [4]. Литература 1. Производство биогаза в Республике Беларусь и Швеции: Обмен опытом – Отчет о выполнении международного проекта, Упсала, Швеция, 2012, 39с. 2. Промышленная экология: учеб. пособие / М.Г. Ясовеев и др.- Мн.: Новое знание, 2013, - 292с. 65 3. Бельская Г.В. Перспективы развития биогазовых технологий в Республике Бела- русь – Белорусско-германский семинар «Энергоэффективность и ресурсосбереже- ние», 3-5 июня 2013, Мн.: БНТУ, с.1-3 4. Бельская Г.В. Высшее техническое образование для целей устойчивого развития. - Европейская конференция по устойчивому развитию – Мн.: МЭСИ, 2013, 2 с. УДК 62-1/-9 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЛОКУЛЯНТОВ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ Берлинтейгер Е.С. Кузбасский государственный технический университет Изучены процессы обезвоживания угольных шламов с помощью полиэлектроли- тов-флокулянтов. Данные процессы изучены на высокоэффективном современном оборудовании. Исключен возврат тонкодисперсных частиц отходов флотации в оборотный цикл фабрики. Повышена интенсивность процессов сгущения и обез- воживания в фильтр – прессовом отделении и улучшены результаты фильтрова- ния флотоконцентрата на вакуум – фильтрах. В результате качественного под- бора флокулянтов удалось замкнуть водно-шламовый цикл на центральной обога- тительной фабрике «Березовская» и значительно снизить выбросы жидких отхо- дов флотации и сточных вод в шламоотстойники и водоемы. Процессам обезвоживания шламов, в последнее время на углеобогати- тельных предприятиях уделяется повышенное внимание. Именно на эти про- цессы уходит, как правило, значительная часть материальных затрат фабрики. Это объясняется рядом причин: - изменением экологических требований к работе горно- обогатительных предприятий; - изменением технологий углеобогащения, в частности обогащения шламов. Все эти процессы невозможны без применения высокомолекуляр- ных полимеров (флокулянтов). На ОАО «ЦОФ «Березовская» длительное время применялась вод- но-шламовая схема с осветлением вод отходов флотации в гидроотвале. Уро- вень заполнения гидроотвала последние годы превышал критическую отмет- ку, поэтому было необходимо менять технологию обезвоживания шламов. С августа 2005 г. ОАО «ЦОФ «Березовская» работает по измененной водно – шламовой схеме в замкнутом цикле. На фабрике установлено современное высокопроизводительное оборудование: ленточные фильтр – прессы «Андритц», радиальный сгуститель «Вэмко». Новая схема включает в себя: сгущение отходов флотации в радиальном сгустителе, до плотности 250 - 300 г/л и обезвоживание на ленточном фильтр-прессе, слив сгустителя поступает в оборот фабрики, 66 обезвоженные отходы легко транспортируются автомобильным транспортом и складируются в породный отвал. Для эффективного функционирования новой водно – шламовой схемы фабрики, было необходимо подобрать и внедрить полимерные фло- кулянты. Внедрению предшествовали длительные лабораторные испыта- ния, проводившиеся в ФГБОУ ВПО «КузГТУ», на кафедре «Обогащение полезных ископаемых». Требовалось исключить возврат тонкодисперсных частиц отходов флотации в оборотный цикл фабрики, увеличить интенсивность процессов сгущения и обезвоживания в фильтр – прессовом отделении и улучшить результаты фильтрования флотоконцентрата на вакуум – фильтрах. Нами учитывались не только технологические показатели работы флокулянтов, но и их стоимость, так как на сегодняшний день, экономиче- ская составляющая любого технологического процесса для фабрики ис- ключительно важна. На обезвоживании флотоконцентрата основным критерием выбора флокулянта была скорость и количество отделения фильтрата при вводе флокулянта в пульпу, а при определении оптимального расхода и 1 – 2 лучших полимеров определялась влажность кека (табл. 1). Таблица 1 - Влияние флокулянтов Магнафлок 24 и Магнафлок 525 на интенсификацию фильтрования флотоконцентрата № опыта Флокулянт, г/л Вес мокрого осадка, г Вес сухого осадка, г Влажность, % 1 2 3 М-24 М-24 М-24 21,0 23,9 19,9 13,9 17,3 14,2 33,8 28,6 28,6 4 5 6 М-525 М-525 М-525 29,6 29,8 27,9 22,1 23,4 21,6 25,3 21,5 22,6 7 8 б/флокулянта б/флокулянта 12,6 12,6 7,45 7,50 40,9 40,5 Наиболее эффективные результаты показали флокулянты Магнаф- лок, производства концерна «Сиба», из них наиболее предпочтительными были Магнафлок 24 и Магнафлок 525. Оба продукта специально произво- дятся для процессов обезвоживания флотоконцентрата. «Бисерная» форма, а продукты выпускаются в виде микрошариков, способствует практически 100 % растворению флокулянтов. Таким образом, исключается возмож- ность попадания нерастворенных гелеобразных сгустков в дальнейший технологический процесс и влияния флокулянта на флотацию. Кроме того, 67 эти полимеры имеют небольшую молекулярную Массу 5 – 8 миллионов, в результате чего, получаются достаточно хорошие показатели по влажно- сти кека, а также после срабатывания на вакуум – фильтрах флокулянты деструктируют, не влияя на процесс флотации. Оба флокулянта позволяют в лабораторных опытах получить практи- чески чистый фильтрат, что также очень важно в условиях замкнутого цикла. Для работы на ОАО «ЦОФ «Березовская» был выбран Магнафлок 525, который эффективно применяется для интенсификации обезвожива- ния флотоконцентрата. Расход флокулянта составил 15 – 20 г/т флотокон- центрата. В настоящее время полимер используется на фабрике длительное время, позволяя получать высокие технико-экономические показатели процесса обезвоживания. Для сгущения и обезвоживания отходов флотации от полимерных флокулянтов требуется: - на сгущении: высокая скорость осаждения, чистый слив, достаточ- но высокая плотность осадка; - на обезвоживании: хорошая водоотдача, чистый фильтрат, устой- чивость образованных флокул к внешним воздействиям. Не всегда один флокулянт может отвечать этим требованиям. Ино- гда приходится использовать на сгущении и обезвоживании различные полимеры. Речь идет об анионных продуктах. Но при наличии значитель- ного количества тонкодисперсных глинистых частиц в процессах сгуще- ния и обезвоживания необходимо применять и катионный продукт. На обогатительных фабриках Кузбасса наиболее распространен коагулянт на основе полиамина Магнафлок 1597. Нами исследовались полимеры Магнафлок 5250, 345, 10, 1017, 155, 919, 1011, 6260, 356, 611, 338, 336, 340. При моделировании процесса сгущения работа флокулянта оцени- валась по чистоте осветленного слоя и скорости осаждения. Для определе- ния чистоты осветленного слоя использовался специальный конус мутно- сти, показывающий в условных единицах прозрачность. Для того чтобы иметь показатели в г/л, была построена тарировочная кривая. Наиболее эффективные результаты показали Магнафлок 345, 6260 и 919 в сочетании с коагулянтом Магнафлок 1597. Данные приведены в таблю 2. Лабораторные исследования показали, что на процессах сгущения и обезвоживания отходов флотации наиболее эффективны анионный Маг- нафлок 919, 6260 и 345 в сочетании с катионным Магнафлок 1597. 68 Таблица 2 - Результаты сгущения шламов ЦОФ «Березовская» № опыта Флокулянт Расход, г/т Скорость осаждения, см/с Содержание твердого в сливе, г/л 1 Магнафлок 345 100 0,3 2,0 2 Магнафлок 345 + Магнафлок 1597 80 40 0,6 0,5 3 Магнафлок 919 80 0,6 1,0 4 Магнафлок 919 + Магнафлок 1597 80 40 0,8 0,2 5 Магнафлок 6260 80 0,5 1,3 6 Магнафлок 6260 + Магнафлок 1597 80 40 0,7 0,3 Литература 1. Шевченко Т.В., Ульрих Е.В. Влияние сшитых катионных флокулянтов на про- цессы седиментации и уплотнения осадков гидрофильных суспензий. // Химиче- ская промышленность. – 2004. – Т.81. - № 11. – С. 563 – 565. 2. Шевченко Т.В., Ульрих Е.В., Яковченко М.А. Применение сверхвысокомоле- кулярных флокулянтов в процессах обогащения угля. // Химическая промышлен- ность сегодня. – 2004. - № 11. – С. 38 – 41 УДК 67.08 РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОГО МЕТОДА МИКРОВОЛНОВОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ОТХОДОВ Голубев В.П., Благовещенская Т.С., *Карпович В.А. Белорусский национальный технический университет *Научно-исследовательское учреждение «Институт ядерных проблем» БГУ. В статье излагаются основные характеристики процесса пиролитического обез- вреживания медицинских отходов с использованием СВЧ энергии; основные ха- рактеристики отходящих газов от процесса пиролиза жидкой фракции; приво- дятся результаты сравнения выбросов с норматива; основные требования и ме- тоды анализа образующейся при пиролитическом обезвреживании медицинских отходов золы с целью определения ее степени опасности и класса опасности. В настоящее время широко используется обезвреживание фарма- цевтических отходов и цитостатических фармацевтических препаратов термическими методами, однако в процессе сжигания образуются диокси- ны. Кроме того, высокой токсичностью обладает зола из инсинераторов. Поэтому большое внимание уделяется разработке и внедрению альтерна- 69 тивных технологий обезвреживания, которые должны обеспечивать эколо- гическую безопасность метода; эффективность обезвреживания отходов; экономические преимущества по сравнению с другими методами, включая этапы создания, монтажа и эксплуатации. Предлагаемый инновационный метод обезвреживания медицинских отходов с использованием комплекса оборудования на основе современ- ных микроволновых технологий высокотемпературного нагрева и стери- лизации разрабатывался для обезвреживания фармацевтических отходов (подгруппа Б3) и цитостатических фармацевтических препаратов (под- группа Б6). Экспериментальный комплекс оборудования включает в себя блок микроволнового нагрева и стерилизации (нагрев и стерилизация от- ходов при заданной температуре до 600 оC), блок высокотемпературного микроволнового нагрева (обезвреживание отходов при температуре не менее 1200 оC), блок измерительно-аналитический (автоматическое изме- рение и контроль параметров обезвреживания), блок управления режима- ми работы оборудования. Обезвреживание осуществляется в две стадии: на первой стадии осуществляется термический пиролиз медицинских от- ходов, содержащих цитостатические фармацевтические препараты, при температурах порядка 600 0С с образованием пиролитических газов, кото- рые обезвреживаются на второй стадии при температуре не менее 1200 °С. В настоящей работе представлены результаты разработки экологи- чески безопасной технологии пиролитического обезвреживания медицин- ских отходов (1 стадия) – основной стадии в процессе обезвреживания отходов методом микроволнового пиролиза, при котором протекают хи- мические реакции расщепления молекул опасных для окружающей среды и человека веществ. Отработка безопасной технологии обезвреживания отходов на этой стадии является основой обеспечения экологической безопасности комплекса оборудования в целом. Учитывая многообразие факторов экологической безопасности, работа выполнялась в несколько этапов. На первом этапе исследовали безопасность эксплуатации экспери- ментального образца комплекса оборудования для обслуживающего пер- сонала. Результаты измерения интенсивности СВЧ-излучения в окружаю- щей среде во время работы экспериментального образца комплекса обору- дования представлены в табл. 1. В соответствии с требованиями СанПИН 2.2.4/2.1.8.9-36-2002 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)» предельно допустимые уровни плотности потока электроэнергии при про- должительности воздействия в течение 8,0 часов составляют 25 мкВт/см2. Учитывая, что процесс микроволнового пиролиза продолжается около 4 часов, подобные уровни СВЧ-излучения не представляют опасности для обслуживающего персонала. 70 Таблица 1. Интенсивность СВЧ-излучения в окружающей среде во время работы экспериментального образца комплекса оборудования Стадия эксперимента Место измерения интенсивности СВЧ-излучения в окружающей среде, мкВт/см2 Верхняя крышка Боковой периметр корпуса Нижняя крышка Стык нижней крышки с боко- вым периметром корпуса До включения ком- плекса оборудования 0 0 0 0 В момент включения комплекса оборудова- ния 9 12 16 24 0,5 часа после начала эксперимента 8 14 19 26 1 час после начала эксперимента 9 16 18 26 2 часа после начала эксперимента 8 15 19 25 3 часа после начала эксперимента 8 15 17 26 4 часа после начала эксперимента 9 16 17 27 После выключения комплекса оборудова- ния 0 0 0 0 С целью повышения безопасности работ экспериментальный обра- зец комплекса оборудования изначально разрабатывался с выносным пультом управления. Интенсивность электромагнитного излучения в месте установки пульта управления не превышала 1-8 мкВт/см2, что меньше ин- тенсивности электромагнитного излучения ряда моделей мобильных теле- фонов. В период работы экспериментального образца комплекса оборудо- вания обслуживающий персонал находится только у пульта управления. На следующем этапе проводили исследование качественного и ко- личественного состава газообразных выбросов в атмосферный воздух. В экспериментальный образец комплекса оборудования загружали от 10 до 13 килограмм отходов. Обезвреживание проводили при температурах око- ло 600 0С. Время обработки варьировалось от 2 до 5 часов. Анализ выбро- сов в атмосферный воздух и воздух рабочей зоны проводили по Методике выполнения измерений содержания оксида углерода, диоксида азота, ди- оксида серы с помощью электронных газоанализаторов типа «Тesto» 71 (МВИ. МН 1936-3003). Результаты измерений выбросов газообразных продуктов в атмосферный воздух представлены в табл. 2. Таблица 2. Анализ газообразных выбросов в атмосферный воздух при проведении микроволнового пиролиза отходов Время измерения Наименование определяемого вредного вещества Концентрация максимальная, мг/нм3 Максимальный фактический выброс, г/с 0,5 часа после начала экспе- римента Азота диоксид 2,4 0,0017 Сера диоксид 3,3 0,0023 Углерода оксид 11,8 0,0082 1,5 часа после начала экспе- римента Азота диоксид 0 0 Сера диоксид 6,7 0,0047 Углерода оксид 22,0 0,016 2 часа после начала экспе- римента Азота диоксид 2,4 0,0017 Сера диоксид 6,7 0,0048 Углерода оксид 17,6 0,013 Анализ газообразных выбросов показывает, что количество выбра- сываемых веществ не превышает нескольких миллиграмм в секунду, что в десятки раз меньше выбросов в атмосферу при использовании традицион- ных способов сжигания отходов. Полученные данные убедительно дока- зывают перспективность разработки технологии обезвреживания меди- цинских отходов с использованием микроволнового пиролиз, позволяю- щей обеспечить уровень экологической безопасности, не достижимый для метода обезвреживания путем сжигания. Для подтверждения экологической безопасности использования экспериментального комплекса оборудования и микроволновой техноло- гии обезвреживания медицинских отходов было проведено сравнение фак- тических концентраций загрязняющих веществ с нормативно допустимы- ми концентрациями. Результаты анализа представлены в табл. 3. Как следует из результатов, представленных в табл. 3, при эксплуа- тации экспериментального образца комплекса оборудования для микро- волнового обезвреживания медицинских отходов обеспечивается соблю- дение норм выбросов загрязняющих веществ согласно приложению к Ин- струкции о правилах и методах обезвреживания отходов лекарственных средств, изделий медицинского назначения и медицинской техники. 72 Таблица 3 - Сравнение норм выбросов загрязняющих веществ при обезвреживании медицинских отходов с концентрациями, полученными в ходе инструментальных измерений Наименование загрязняющего вещества Нормативная концентрация, мг/м3 Фактическая концентрация, мг/м3 Азота диоксид Не более 200 2,4 Сера диоксид Не более 300 6,7 Углерода оксид Не более 100 22,0 Снижение газообразных выбросов в процессе микроволнового пи- ролиза приводит к увеличению объема жидкой пиролизной фракции, ана- лиз которой проводили на следующем этапе работ. Обычно жидкую фракцию пиролиза используют в качестве печного топлива. С целью определения пригодности жидкой фракции микроволно- вого пиролиза медицинских отходов для использования в качестве печного топлива проводили соответствующий анализ. Результаты этого анализа представлены в табл. 4. Таблица 4. Результаты анализа жидкой фракции продуктов микроволно- вого пиролиза медицинских отходов Наименование показателя Единица измерения Результат испытаний Теплота сгорания кДж/кг ккал/кг 40780 9740 Вода % отсутствует Плотность г/см3 0,8390 Сера % 0,02 Из представленных в таблице 4 результатов следует, что в результа- те микроволнового пиролиза медицинских отходов, проведенного на экс- периментальном образце комплекса оборудования, получено ценное жид- кое топливо, по своим свойствам соответствующее печному топливу. По теплоте сгорания данное топливо не уступает широко используемым ви- дам мазута марок 40 и 100. Однако, полученное в результате микроволново- го пиролиза, топливо имеет меньшую плотность (для мазута – 0,96 г/см3), что упрощает его хозяйственное использование. Отсутствие воды в полученном топливе положительно скажется на увеличении срока службы котельного оборудования. Очень низкое содер- жание серы (в мазуте допускается 0,5 %) существенно повышает экологи- ческую безопасность его использования. 73 Таким образом, разрабатываемые комплекс оборудования и микро- волновая технология обезвреживания медицинских отходов позволяют значительно повысить экологическую безопасность за счет значительного снижения выбросов в атмосферный воздух. На следующем этапе проводился анализ экологической токсичности образующейся при микроволновом пиролизе золы. В качестве опытных образцов использовали золу, образующуюся в результате термического микроволнового пиролиза медицинских отходов при температуре около 600 °С. В качестве медицинских отходов использо- вали образцы отходов, полученные из онкологических больниц. Отходы включали стеклянные и пластмассовые флаконы, использованные системы переливания, шприцы, перевязочный материал и т. д. Исследования проводили в соответствии со следующими техниче- скими нормативными правовыми актами: - Инструкция № 2.1.7.11-12-42-2004 «Определение токсичности от- ходов, содержащих органические вещества», утв. МЗ РБ 31.12.2004 г. - Инструкция 2.1.7.11-12-3-2004 «Определение токсичности метал- лосодержащих отходов». Утверждена МЗ РБ 25.02.2004 г. - Инструкция № 20-0102 «Инструкция по гигиенической оценке хи- мических веществ, многокомпонентных смесей и полимерных материалов на Tetrahymenapyriformis». Утверждена МЗ РБ 11.07.2002 г. Результаты исследования экологической токсичности на инфузори- ях Tetrahymena pyriformisW представлены в табл. 5. На основании полученных результатов, представленных в табл. 5, можно сделать вывод, что в стационарной культуре инфузорий по резуль- татам изучения в остром эксперименте (по величине ЛД50) и подостором эксперименте (по величине Ккумас) изученные пробы пиролизной золы относятся к 4 классу токсичности (малотоксичное вещество); а по резуль- татам изучения в хроническом эксперименте (развитие одного поколения популяции тест объекта) максимальная недействующая доза (МНД) пиро- лизной золы для тест-объекта составила 10-1 мг/мл. Следовательно, учитывая принцип комплексной оценки отходов на тест-объекте Tetrahymena pyrifor- misW изученные образцы пиролитической золы относятся к 3 классу токсич- ности (умеренно токсичное вещество). Для изучения фитотоксичности образцов пиролитической золы в качестве тест-объектов использовали семена и проростки огурцов сорта Янус, редиса сорта Сакса, овса. Количество проросших семян в каждой чашке Петри (тест на прорастание семян), среднее количество проросших семян на 1 чашку в опыте определяли на 3-и и 7-е сутки эксперимента. Фитотоксическое действие отмечается, если семена не прорастают или их всхожесть составляет менее 80 % от контроля. 74 Таблица 5. Исследование экологической токсичности на тест-объекте Tetrahymena pyriformisW пиролизной золы, полученной при обезвреживании медицинских отходов Показатель токсичности Величина токсичности Класс токсичности Острыйэксперимент ЛД16, мг/мл 40,9 - ЛД50, мг/мл 64,90,08 4 класс ЛД84, мг/мл 89,0 - Подострыйэксперимент ЛД16, мг/мл 15,0 - ЛД50, мг/мл 39,30,08 - ЛД84, мг/мл 63,6 - Ккум ас 0,61 4 класс Хроническийэксперимент ЕД50, мг/мл, лог.фаза 18,9±0,14 - ЕД50, мг/мл, стац. фаза 17,4±1,00 - Ккумchronica 0,92 4 класс МНД, мг/мл 10-1 3 класс ЛД50/МНД 6,49x102 4 класс При изучении мутагенной активности в микроядерном тесте за вре- мя проведения эксперимента гибели животных в опытных сериях не отме- чено; уровень клеток с микроядрами в опытной серии не превышал кон- трольные значения. На основании полученных результатов, изученные образцы пиро- лизной золы, полученной при обезвреживании медицинских отходов, по результатам цитогенетического теста на объекте L.Stagnalis не вызвал иге- нотоксического эффекта в клетках в мантийной жидкости моллюсков и гибели клеток гемолимфы. Следовательно, опытные образцы не оказывали генотоксического эффекта на клетки мантийной жидкости моллюсков, образцы не токсичны для гидробионтов. Таким образом, пиролитическая зола, полученная при микроволно- вом пиролитическом обезвреживании медицинских отходов, учитывая принцип интегральной оценки, относится к 3 классу опасности, что позво- ляет проводить ее захоронение на полигоне промышленных отходов. Учитывая, что по показателям острой и подострой токсичности на тест-объекте Tetrahyme napyriformisW и по результатам цитогенетического теста на объекте L.Stagnalis изученные образцы отходов относятся к 4 классу опасности, можно сделать предположение, что при совершенство- вании технологии микроволнового обезвреживания медицинских отходов, имеется возможность снизить токсичность отходов до 4 класса опасности. 75 Литература: 1. СанПИН 2.2.4/2.1.8.9-36-2002 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)». 2. "Охрана природы. Атмосфера. Газоанализаторы автоматические для контроля загрязнения атмосферы. Общие технические требования" ГОСТ 17.2.6.02-86 18.12.1985 г., изменение 01.04.1987 ИУС №8-1986. 3. Какарека С. В. Источники и уровни выбросов твердых взвешенных частиц на территории Беларуси // Природные ресурсы. 2007. № 2. С. 20–32. 4. СТБ ИСО 12141-2005 Наименование Стационарные источники выбросов. Опре- деление массовой концентрации взвешенных частиц (пыли) при низких концен- трациях. Гравиметрический метод 5. Постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь № 42 от 23 июня 2009 г. «Об утверждении Инструкции о порядке инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух» 6. Постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь № 60 от 14.05.2007 «Об утверждении правил эксплуатации газоочистных установок». 7. Постановление Министерства здравоохранения Республики Беларусь №81 от 22.11.2002 «Об утверждении Инструкции о правилах и методах обезвреживания отходов лекарственных средств, изделий медицинского назначения и медицинской техники». 8. Постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь, Министерства здравоохранения Республики Беларусь и Ми- нистерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь №51/125/67 от 20 декабря 2011 г. «Об утверждении Инструкции о порядке установления степени опасности отходов производства и класса опасности опасных отходов производст- ва». 9. СанПиН 2.1.7.14-20-2005 «Правила обращения с медицинскими отходами». Ут- верждены Постановлением Главного государственного санитарного врача Респуб- лики Беларусь от 20 октября 2005 г. № 147 с изменениями 2008 г. УДК 621.313 ПРИРОДООХРАННЫЙ АСПЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭНЕРГИИ Зеленухо Е.В., Басалай И.А., Зенович-Лешкевич-Ольпинская А.Ю. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь В работе проведен анализ эффективности использования детандер-генераторных установок для улучшения экологических показателей при производстве энергии. Цель работы – оценка эффективности использования детандер- генераторных установок для улучшения экологических показателей при производстве энергии. Для достижения поставленной цели проведен ана- лиз технологического процесса производства энергии на Гомельской ТЭЦ-2. 76 Она введена в эксплуатацию в 1977 г., расположена на северо-западной окраине г. Гомеля за пределами городской черты. Станция входит в состав РУП «Гомельэнерго» и предназначена для обеспечения тепловой и элек- трической энергией промышленных и коммунально-бытовых потребите- лей города. На станции установлены: три теплофикационных энергоблока с турбинами Т-180/210-130, котлоагрегатами Еп-670-140ГМН, турбогене- раторами ТГВ-200-2МУЗ; три водогрейных котла КВГМ-180-150. Тепло- снабжение потребителей г. Гомеля производится по трем тепломагистралям. С экологической точки зрения Гомельская ТЭЦ-2, как и любой энер- гетический объект, является источником воздействия на окружающую среду. Так, в 2012 г. Гомельской ТЭЦ-2 было выброшено 1964,027 тонн загрязняющих веществ от сжигания топлива, в частности, оксида углерода – 387,488 т, диоксида азота – 602,390 т, оксида азота – 97,890 т, диоксида серы – 867,660 т, твердых частиц – 7,591 т. Наибольший удельный вес в структуре затрат на производство и от- пуск энергии ТЭЦ-2 имеют расходы на топливо – 77,1 %. Динамика выра- ботки электроэнергии и отпуска тепла за период с 2007 по 2012 представ- лена на рис. 1. Изменение выработки электроэнергии и отпуска тепла оп- ределяется режимом работы станции в отопительный период (в зависимо- сти от температуры наружного воздуха) и межотопительный период – при работе одним или двумя энергоблоками. Улучшение удельных расходов топлива на отпуск электрической и тепловой энергии достигнуто также за счет мероприятий по энергосбережению. Рис. 1. Динамика выработки электроэнергии и отпуска тепла 77 К наиболее значимым мероприятиям, позволяющим снизить по- требление топлива и выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воз- дух относится внедрение детандер-генераторной установки. Основными частями ДГУ (установки) являются детандер и электри- ческий генератор. Детандер представляет собой тепловую машину, рабо- чим телом в которой является транспортируемый природный газ (рис.2). Энергия природного газа при его расширении в детандере преобразуется в механическую энергию, которая затем в соединенном с детандером гене- раторе преобразуется в электрическую энергию. Отсутствие процесса сжи- гания газа обеспечивает полную экологическую чистоту технологического процесса. После расширения в турбодетандере газ через отключающую за- движку направляется к котлоагрегатам ТЭЦ. Стабильную работу ДГУ в составе Гомельской ТЭЦ-2 обусловлива- ет несколько первоочередных факторов, которые были учтены еще на эта- пе ее разработки: - значительные сезонные и суточные колебания расхода газа через ГРП ТЭЦ (от 30000 до 150000 нм3/ч); - повышенные требования к надежности работы детандер-генераторной установки, через которую должно проходить 80 % от всего расхода газа, поступающего на ТЭЦ. Рис. 2. Помещение детандерного отделения на Гомельской ТЭЦ 78 Таким образом, УТДУ-4000 на Гомельской ТЭЦ является головным образцом в Беларуси, прошедшим опытно-промышленную эксплуатацию. За период с 2008 года его наработка составила 15700 ч, выработано эколо- гически чистой электрической энергии более 27 млн. кВт.ч, сэкономлено топлива – 9690 т.у.т. В соответствии с актом технической эффективности установки УТДУ-4000-1,2-2,6-УХЛ-4У на Гомельской ТЭЦ-2 при расходе газа 102,3 тыс. нм3/ч получена электрическая мощность 4,56 МВт, что приближается к уровню европейских образцов. При этих условиях удель- ный расход топлива на отпуск электроэнергии составил 130 г у. т./кВт·ч. Дальнейшими путями повышения эффективности ДГУ Гомельской ТЭЦ-2 являются: внедрение автоматического регулирования направляю- щих аппаратов в зависимости от расхода газа на ДГУ для увеличения ис- пользуемой электрической мощности; реконструкция ГРП с заменой регу- ляторов давления для снижения минимального расхода газа через ГРП, что позволит увеличить долю газа, пропускаемого через ДГУ. Основные технические характеристики УТДУ-4000 приведены в табл. 1. Таблица 1. Основные характеристики УТДУ-4000-1,2-2,6-УХЛ-4 Наименование параметра, единица измерения Технические условия Данные испытаний Давление газа на входе в УТДУ, МПа (абс.) 1,2 1,06 Давление газа на выходе в УТДУ, МПа (абс.) 0,09 0,072 Расход газа через УТДУ, нм3 /ч 110 000 102 300 Температура газа на входе в агрегат, оС 90-120 115 Температура газа на выходе из агре- гат, оС 5 5 Мощность УТДУ на клеммах гене- ратора, кВт 4000 4560 Опыт эксплуатации УТДУ-4000 в составе Гомельской ТЭЦ-2 пока- зывает, что использование установки дает возможность ввести в хозяйст- венный оборот вторичные энергоресурсы и получить до 1 % дополнитель- ной мощности (а именно 4, 56 МВт для Гомельской ТЭЦ-2), снизить расход топлива, а также улучшить экологические показатели. При работе ДГУ за 2012 год сэкономлено 2986 т.у.т. и одновремен- но уменьшено количество выбросов загрязняющих веществ на 5178 тонн, в том числе CO2 – 5171,8 тонн; CO, NO2, NO, бенз(а)пирена – 6,6 тонн. 79 Кроме того, детандер-генераторы относятся к оборудованию, соз- данному по «бестопливным» технологиям, поддерживаемым Киотским протоколом к конвенции ООН по изменению климата. Поэтому реализа- ция этих проектов может проводиться с использованием механизма при- влечения средств за счёт продажи квот на эмиссию парниковых газов. Эти факторы могут служить основанием для дальнейшего развития и совершенствования технологических схем ДГУ и внедрения их на элек- тростанциях Республики Беларусь. УДК 504.064.37 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАЛОГАБАРИТНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В ЦЕЛЯХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА Пашкевич М.А., Данилов А.С., Смирнов Ю.Д. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» В статье рассмотрены новые высокоэффективные методы дистанционно- контактного мониторинга компонентов природной среды на базе беспилотных летательных аппаратов, оснащённых навесным оборудованием. Разработаны системы мониторинга для площадных, точечных и линейных источников загрязне- ния природной среды, позволяющие оперативно и с высокой точностью опреде- лять уровни загрязнения атмосферы на различных высотах, строить 3-хмерные модели загрязнения атмосферного воздуха, выделять техногенные ореолы загряз- нения в различных средах. Согласно указу президента №889 от 07.07.2011, технологии мони- торинга и прогнозирования состояния окружающей среды отнесены к кри- тическим технологиям Российской Федерации. Горнодобывающие и горноперерабатывающие предприятия явля- ются одними из основных источников загрязнения окружающей среды. Но несмотря на высокую их экологическую опасность, существующие систе- мы экологического мониторинга не позволяют оперативно и с высокой достоверностью контролировать состояние компонентов окружающей природной среды, что приводит к повышению затрат на ликвидацию эко- логически неблагоприятных последствий техногенного воздействия объек- тов минерально-сырьевого комплекса. В этой связи целью работы является разработка научно- методических основ оценки и прогнозирования состояния качества окру- жающей среды горнопромышленных промагломераций, эмиссии и выпа- дения загрязняющих веществ на основе геоинформационного картографи- рования окружающей среды с учетом полученных данных оперативного дистанционного мониторинга окружающей среды. 80 В области экологического мониторинга с использованием БЛА ре- шается следующий спектр проблем:  Оценка состояния воздуха в приземном слое атмосферы (на терри- тории городов и промагломераций, производственный мониторинг про- мышленных объектов, фоновый мониторинг);  Оценка загрязнения водных объектов нефтепродуктами и взве- шенными веществами;  Оценка состояния растительного покрова (в зонах техногенеза и на фоновых участках);  Оценка радиационного загрязнения окружающей среды (также и в чрезвычайных ситуациях – при авариях на атомных электростанциях);  Обнаружение и наблюдение при спасательных операциях;  Ведение разведки лесопожарной обстановки;  Наблюдение при проведении культурно-массовых мероприятий, мониторинг транспортных потоков и дорожной ситуации. В настоящее время мониторинг состояния природной среды в зоне воздействия производственных объектов минерально-сырьевого комплекса проводится контактными и бесконтактными методами. К контактным мето- дам относится мониторинг, который проводится на стационарных постах наблюдения и маршрутными исследованиями. Дистанционные методы представлены аэро- и космомониторингом, лидарным зондированием и др. Дистанционные методы широко применяются для контроля состоя- ния окружающей среды. Тем не менее, рассмотренные методы не позво- ляют проводить трехмерной оценки состояния атмосферного воздуха и оперативно проводить контроль миграции загрязняющих компонентов в зонах техногенеза. Для производства малогабаритных беспилотных летательных аппара- тов (БЛА), используемых для контроля состояния окружающей среды, при- мененяют коррозийностойкие, легкие и прочные материалы в сочетании с покрытиями, обеспечивающими надежную и длительную эксплуатацию изделия. Двигательная установка, бортовая электронная система, система взлета-посадки, система ориентации и навигации являются продуктом пере- довых инженерно-технических производств. Технические средства и комплект сменной исследовательской аппара- туры, размещаемые на беспилотных летательных аппаратах, определяют по- лезную нагрузку, которая напрямую связана с техническими характеристика- ми используемых беспилотных летательных аппаратов. Беспилотные летательные аппараты по принципу создания подъем- ной силы подразделяются на:  самолеты (с жестким и мягким крылом);  самолеты вертикального взлета; 81  автожиры;  вертолеты;  аэростатические управляемые аппараты и др. Для решения задач экологического мониторинга на основе приве- денной классификации беспилотных летательных аппаратов наиболее пер- спективными оказываются аппараты вертолетного типа, однако конструк- тивная сложность таких аппаратов, сложность систем управления при вы- сокой сложности пилотирования определяют необходимость совместного использования беспилотных летательных аппаратов вертолетного и само- летного типов. Разработанные беспилотные летательные аппараты «Горный» пред- назначены для использования в качестве носителя для выполнения аэро- фото- и видеосъемки местности, как панорамной так и плановой, для про- ведения мониторинга теплового загрязнения среды, определения концен- трации загрязняющих веществ (таких как диоксид серы, оксиды азота, ок- сид углерода, сероводород, метан) в атмосферном воздухе, определения уровня радиационного загрязнения окружающей природной среды, мони- торинга пыления. Конструктивное исполнение позволяет проводить вы- шеперечисленные мониторинговые мероприятия одновременно. Гермети- ческое исполнение модуля бортовой электронной аппаратуры продлевает срок службы дорогостоящего оборудования при регулярной эксплуатации в неблагоприятных условиях. Оперативность проведения мероприятий экологического мониторинга обеспечивается наличием системы двука- нальной радиосвязи в режиме реального времени между беспилотными летательными аппаратами и наземной станцией управления, на которой проводится ввод, контроль и, при необходимости, редактирование мар- шрута полета, а также обработка полученных результатов. Высокая устойчивость и хорошая управляемость обеспечивают экс- плуатацию мониторингового комплекса в широком диапазоне параметров окружающей среды, на ограниченных площадках. Неблагоприятные ме- теоусловия не являются помехой использованию комплекса экологическо- го мониторинга благодаря высокой устойчивости беспилотного летатель- ного аппарата. При разработке беспилотных летательных аппаратов ис- пользовалась модульная архитектура, что позволяет при необходимости оперативно менять состав аппаратуры полезной нагрузки и перевозить мони- торинговый комплекс в разобранном виде. Основными преимуществами рассматриваемого мониторинга являет- ся возможность ведения наблюдения в труднодоступных местах (террито- рии застройки, хранилищ отходов, горных выработок), и получением трех- мерной интерпретации загрязнения атмосферного воздуха. 82 Методика проведения мониторинга с использованием БЛА разраба- тывается в зависимости от объекта исследований, его площади, протяженно- сти, уровня и номенклатуры загрязняющих компонентов окружающей среды. Мониторинг атмосферного воздуха осуществляется в зависимости от типа источника выброса двумя способами. На рис. 1 представлена тра- ектория полета БЛА по спирали Архимеда, на рис. 2 представлены полу- ченные данные для построения 3-d модели в специализированном про- граммном обеспечении. Данную методику рационально применять при проведении монито- ринга состояния атмосферного воздуха в районах расположения точечных и площадных источников загрязнения атмосферы. Программа мониторинга включает контроль концентрации загряз- няющих веществ в верхних слоях атмосферы и суммарного вклада источ- ника загрязнения в нижних слоях атмосферы, траектория облета определя- ется площадью источника загрязнения, а также техническими возможно- стями беспилотных летательных аппаратов, определяющими максималь- ную длину возможного полета беспилотного летательного аппарата. Рис. 1. Траектория облета БЛА Новизна проводимых исследований заключается в проведении объ- емного мониторинга воздушной среды с высокой точностью прямыми ме- тодами измерения в отличие от всех существующих способов контроля атмосферного воздуха. Для проведения мониторинга протяженных объектов (линий элек- тропередач, газо- и нефтепроводов, лотических водных объектов) предла- 83 гается применять облет беспилотным летательным аппаратом самолетного типа вдоль объекта мониторинга. Рис. 2. Программирование и передача данных облета. В зависимости от решаемых задач, беспилотные летательные аппа- раты могут быть оснащены следующей сменной бортовой аппаратурой: цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера, тепловизионная камера, радиометр-дозиметр гамма-излучения, детектор метана, газоанализатор, обеспечивающий одновременное количественное определение концентра- ции следующих газов: кислорода, оксида углерода, диоксида углерода, оксида азота, диоксида азота, диоксида серы, сероводорода, а также изме- рение температуры и давления/разрежения в зоне отбора пробы; пылемер. Программное обеспечение наземной станции управления позволяет использовать в качестве карты любую топографическую основу. Привязка может быть осуществлена по двум точкам. Также возможно использование в качестве топоосновы электронных карт. ПО обеспечивает введение, автома- тический контроль и редактирование маршрута облета. Для каждой точки маршрута может быть задана высота. Существует возможность задачи точ- ки посадки (на площадку 5х5 м), а также алгоритм поведения беспилотного летательного аппарата в нештатных ситуациях. На наземной станции управ- ления также программируется частота отбора пробы на протяжении мар- шрута полета, коэффициент перекрытия кадров (при проведении аэрофото- съемки местности). 84 Основой операторского интерфейса служит цифровая карта и на- кладываемые на нее интерактивные панели управления. Экологический мониторинг окружающей природной среды при ис- пользовании беспилотных летательных аппаратов предпочтителен в днев- ное время суток при скоростях ветра до 12 м/с. При проведении мониторинговых исследований в качестве объек- тивных показателей контроля принимаются концентрации загрязняющих веществ, у которых по результатам расчета рассеивания загрязняющих веществ максимальные приземные концентрации на границе санитарно- защитной зоны составляли более 0,1 доли ПДК. При получении результатов концентраций загрязняющих веществ ниже 0,1 доли ПДК при численном моделировании данные параметры не учитываются. - Численное моделирование экспериментальных данных. Численное моделирование проводится с применением данных дис- танционного мониторинга, полученных с помощью малогабаритных бес- пилотных летательных аппаратов, оснащенных навесным аналитическим оборудованием и анализа рассеивания загрязняющих веществ с примене- нием сертифицированной Госстандартом России и Министерством При- родных Ресурсов России программ «Эколог» и «НДС-Эколог», геоинфор- мационных лицензионных программ ArcGIS, MapInfo и Surfer. - Оценка и прогноз экологической ситуации района обследования. Результаты численного моделирования распространения загряз- няющих веществ в атмосфере и поверхностных водах экспериментальных исследований подвергаются к сравнению результатами архивных данных и делается вывод о изменении экологической ситуации в горнопромышленной промагломерации и происходит зонирование территории. Благодаря установке быстродействующих датчиков экологического контроля состояния атмосферы, системы GPS, проведение мониторинга с использованием БЛА расширяет функциональные возможности системы наблюдения за изменением состояния атмосферы региона в любой точке горнопромышленной промагломерации в большом интервале высот от источника загрязнения. В результате проведенных исследований разработана инновацион- ная система мониторинга атмосферного воздуха, основанная на использо- вании современных систем измерения, установленных на беспилотные летающие аппараты, позволяют решать актуальные задачи по быстрораз- ворачиваемым системам экологического мониторинга за состоянием ок- ружающей среды. Произведён выбор эффективных способов проведения мониторинговых исследований на территориях горнопромышленных аг- ломераций, разработан аппаратный комплекс мониторинга воздушного 85 пространства, технология обработки радиолокационных сигналов и дан- ных. Получены выводы об универсальности работы комплекса в широком диапазоне параметров окружающей среды горнопромышленной агломерации. Использование разработанного комплекса открывает уникальные возможности для организаций, занимающихся проведением экологическо- го мониторинга, поскольку, беспилотные летательные аппараты могут обеспечить объемный мониторинг воздушной среды с высокой точностью прямыми методами измерения в отличие от всех существующих способов контроля атмосферного воздуха. Литература 1. Данилов А. С. Система экологического мониторинга окружающей среды с ис- пользованием малогабаритных беспилотных летательных аппаратов. М.: «Эколо- гия и промышленность России», №9, 2013. 2. Данилов А. С. Использование мБЛА в системе экологического мониторинга загрязнения атмосферы. «Проблемы современного землепользования и пути их ре- шения». Сб. матер. Всеросс. науч.-практич. конф. – М.: ФГБОУ ВПО ПГСХА, 2012. 3. Данилов А. С. Программа «Инкубатор». Сотрудничество науки и промышлен- ности (на примере изучения уникальных инновационных способов мониторинга атмосферы) XI Всероссийская НПК «Планирование и обеспечение подготовки кадров для промышленно-экономического комплекса региона»: материалы конфе- ренции / Смирнов Ю.Д. Пашкевич М.А. // СПб: изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. УДК 621 НЕПРЕРЫВНАЯ ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ: ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ Дун А.А., Никитин С.И., Еркин А.П., *Голубев В.П. ЗАО «Медицинская диагностика», г. Минск, *Белорусский национальный технический университет, г. Минск Для непрерывной очистки и регенерации различных горячих и холодных моющих растворов и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) разработаны новые уни- версальные модульные установки. Установки позволяют в десять раз продлить срок службы технологических жидкостей, что уменьшает потребность в мою- щих растворах и СОЖ, и во столько же раз сокращает объемы образования от- ходов моющих растворов и СОЖ, требующих обезвреживания и утилизации. Разработаны принципиально новые универсальные модульные ус- тановки типа «Флотатор-У» и «Эко-Сож», предназначенные для непре- рывной очистки технологических жидкостей (моющие растворы и СОЖ) от свободных и эмульгированных маслонефтепродуктов, неорганических включений (песок, абразивные отходы, металлическая стружка и т.п.). Ус- тановки осуществляют непрерывный возврат очищенных моющих раство- ров и СОЖ в замкнутый производственный цикл, а извлекаемые из мою- 86 щих растворов маслонефтепродукты переводят в товарную продукцию для внутреннего потребления или реализации их сторонним организациям. Базовые модули установок «Флотатор-У» и «Эко-СОЖ» различной производительности, просты в эксплуатации, практически не нуждаются в специальном обслуживании. Не требуют электроэнергии, если очищаемый (регенерируемый) моющий раствор подается в установки самотеком, не требуют химических реагентов, или расходных материалов и фильтров, не имеют вращающихся частей. Установки компактны, имеют небольшие габаритные размеры, легко встраиваются в различные технологические машины и линии мойки, очистные сооружения, могут работать как с хо- лодными, так с нагретыми (до + 90 ºС) жидкостями. Они имеют возмож- ность комплектоваться различными устройствами, осуществляющими дополнительные технологические процессы (например, стерилизации или дезодорированию технологических жидкостей). В соответствии с потребностями заказчика выпускаются установки различной производительности: от 0,5 м ³/час до 25 м ³/час. Общий вид установки для непрерывной очистки горячих моющих растворов на моечной машине производительностью до 2 м ³/час, приведен на рис. 1. После очистки моющий раствор возвращается в технологический цикл. Извлеченные маслонефтепродукты используются в качестве топлива или реализуются сторонним предприятиям. Неорганические примеси не представляют экологической опасности и направляются на захоронение. Такая же установка «Флотатор-У», установленная в системе очист- ки сточных вод, показана на рис. 2. Из поступающих на очистные соору- жения моющих растворов, здесь так же непрерывно извлекаются масло- нефтепродукты, различные органические и не органические загрязнители. Степень очистки моющих растворов от свободных маслонефтепродуктов и неорганических загрязнителей, составляет не менее 98 %. Внедрение модульных установок «Флотатор-У» позволяет увели- чить срок службы моющих растворов и СОЖ не менее. Чем в 10 раз, уменьшить образование отходов моющего раствора и СОЖ, уменьшить потребность в необходимых химических реагентах. Снижается трудоем- кость очистки ванн моющих машин и станков от оседающих на дне и стенках нефтепродуктов. Уменьшает энергопотребление моющих машин и станков, повышает производительность и эффективность работы моющих машин и технологических линий, переводит извлекаемые из моющих растворов и станков нефтепродукты в товарную продукцию. Результаты анализа эффективности очистки горячего моющего рас- твора (состав: МС-37 – 7,5 г/л , NaN02 - 3,2 г/л) при однократном пропус- кании его через установку «Флотатор-У» представлены на рис. 3. 87 Рис. 1. Установка «Флотатор-У» производительностью до 2 м ³/час на моечной машине Рис. 2. Установка «Флотатор-У» подключенная к системе очистного сооружения. 88 Рис. 3. Эффективность очистки горячего моющего раствора при однократном пропускании его через установку «Флотатор-У». Важно отметить, что химический состав моющего раствора при пропускании его через установку «Флотатор-У» не изменяется. Основную часть (от 50 до 90) % извлекаемых установкой «Флота- тор-У» масел и нефтепродуктов, можно возвратить в технологический процесс предприятия или реализовать их другим предприятиям (нефтепе- рерабатывающим предприятиям, предприятиям занимающихся производ- ством асфальта и др.). При сжигании извлекаемых масел и нефтепродуктов в качестве топ- лива (для целей обогрева помещений или получения горячей воды), могут быть использованы различные отечественные и импортные теплогенери- рующие установки. Для повышения эффективности горения вторичных ма- сел и нефтепродуктов могут быть использованы озонаторные установки [1]. Литература 1. Павлов В.А., Никитин С.И. Получение озона в электротехнологических установ- ках и его применение // Труды академии электротехнических наук Чувашской Рес- публики. Чебоксары, 1999. Выпуск № 3., стр.46-52. 89 УДК 622. 343 ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ 1 Зубков А.А., 1 Шуленина З.М. 2 Воробьев А.Е. 1 ООО «Экомет Плюс», 2 РУДН, Москва Разработан концептуальный подход к снижению загрязненности окружающей среды на основе новых технологических приемов на базе изменения свойств мине- рального сырья. После перевода окисленной поверхности минералов в металличе- ское состояние, а соединений металлов в водной среде в металл проводится их флотация. Многолетняя деятельность сконцентрированных в горнопромыш- ленных регионах страны крупных горнодобывающих и перерабатывающих предприятий цветной и черной отраслей промышленности (например, на юге Оренбургской области – Орско-Халиловский МК, Медногорский МСК, ЗАО «Ормедь», ОАО «Южуралникель», расположенных в радиусе 40-80 км от Гайского ГОКа) создала зону экологического кризиса за счет складирования, накопления и хранения на поверхности земли многомил- лионтоннных горнопромышленных отходов, пылевыбросов, стоков про- мышленных вод и пр. Основной причиной такой ситуации является отсут- ствие высокоэффективных технологий переработки труднообогатимого минерального сырья, что приводит к большим потерям металлов с отходами. Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят и различ- ные металлоносные воды предприятий – металлургических, химических, кинокопировальных, металлообрабатывающих и других производств. Существенную экологическую проблему создают также шлаки от сжигания твердых бытовых отходов (ТБО), которые из-за отсутствия тех- нологии их переработки складируются, занимают значительные площади. Хранение такого продуктов является очень опасным для окружаю- щей среды и необходимо решать эту проблему, так как под воздействием атмосферных осадков происходят окислительные процессы с вымыванием растворимых таксичных соединений [1]. Теоретические и практические исследования определили пути ре- шения утилизации основного трудно перерабатываемого минерального сырья и минерализованных вод (рис. 1). Снижение экологической нагрузки на окружающую среду базиро- валось на идее уменьшения потерь металлов при переработке минерально- го сырья флотацией методом придания поверхности труднообогатимых минералов новых свойств и перевода растворенных металлов в металличе- ское состояние [2, 3]. 90 Рис. 1. Основные виды труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья – источники загрязнения окружающей среды Для этого использовали выявленные закономерности перевода по- верхности труднообогатимых окисленных минералов меди, висмута и серебра в металлизированное состояние непосредственно в пульпе и рас- творенных серебра, меди и др. металлов в легкофлотируемые формы (ме- таллические, или гидрофобные осадки) при применении восстановителей и высококремнистых природных сорбентов-цеолитов. Положительные результаты были получены после проведения сле- дующих теоретических разработок и экспериментальных исследований: - разработаны теоретические основы процессов восстановления окислов ме- ди и висмута до металлического состояния непосредственно в пульпе, а также тиокомплексов серебра и ионов меди с определением закономерностей вос- становления и оптимальных параметров процессов [2]; Труднообогатимое минеральное сырье Твердое минеральное сырье Минерализованные воды Окисленные, бедные и забалан- совые руды цветных металлов Кислые шахтные и подотвальные Тонковкрапленные комплекс- ные руды Металлургических и металообрабатываю- щих предприятий Техногенное минеральное сырье Кинокопировальных предприятий Хвосты ОФ, шламы нейтрализации кис- лых вод Шлаки и пыли металлургических предприятий Пыли и шлаки от сжигания ТБО 91 - определены флотационные свойства восстановленных до металла окис- ленных минералов меди и висмута, ионов меди и серебра и образованных осадков растворенных металлов [3]; - изучены сорбционные свойства высококремнистых природных сорбен- тов-цеолитов европейской части России по отношению к растворенным металлам и методов модифицирования для повышения их сорбционной емкости [4]. Выполненные работы позволили обосновать новый концептуаль- ный подход при переработке труднообогатимых руд, использовать прин- ципиально новые технологические приемы, решающих сырьевые и эколо- гические проблемы (рис.2). Теоретические и экспериментальные разработки были реализованы: - в условиях Рязанской кинокопировальной фабрики проведены ис- пытания по очистке сточных вод с использованием параформальдегида и отработанных проявителей, показавшие возможность получение концен- трата металлического серебра, ферроцианистых сорбентов, тиосульфата бария и очищенной воды, что дает возможность рекомендовать ее для внедрения на всех аналогичных предприятиях России [5]; - в производственных условиях (Алмалыкская опытная фабрика) проведены испытания технологии обогащения окисленных медных руд с использованием металлизации окисленных минералов; - при испытаниях обогащения окисленных висмутсодержащих руд с предварительной металлизацией показали снижение потерь металлов по сравнению с технологией, принятой ранее на обогатительной фабрике на 10-12 %. - на основании проведенных исследований по совершенствованию частично селективной технологии обогащения руд месторождения Боль- шой Канимансур была передана записка-рекомендация во ВНИПИ- горцветмет Минцветмета СССР, по заключению которого технология ока- залась конкурентно способной и включена в проект постоянных кондиций по месторождению Большой Канимансур. Проект был представлен в ГКЗ СССР и использован при подсчете запасов; -на основе результатов теоретических и экспериментальных иссле- дований поснижению загрязнения окружающей среды и повышению из- влечения ценных компонентов из руд и техногенных комплексов разрабо- таны 2 методические рекомендации [6, 7]. Экспериментально установлено, что результаты восстановления ме- ди до металла параформальдегидом при применении гидроокиси натрия и гидроокиси кальция аналогичны и в дальнейшем в качестве создания ще- лочной среды использовали последнюю, более дешевую. 92 Рис. 2. Принципиальная схема методов и технологических приемов снижения эко- логической нагрузки на окружающую среду В известковой среде муравьиная кислота, образующаяся в процессе окисления формальдегида, переходит в формиат кальция, окись углерода и воду по реакции: 3 H2COO+Ca(OH)2+1/2О2 =Ca(HCOO)2 + 3H2O+СO2 ΔGреак.= - 41,5 ккал/моль lgK=30,4 Возможны также реакции разложения формиата кальция принагреве Ca(HCOO)2 + ½ О2 = CO2 + 2H2О + CaO lg K=108 Техногенное и гео- генное минеральное сырье Минерализованные воды (природные и техногенные) Сорбция-электролиз Алюмосиликатные эколо- гически чистые продукты Восстановление окисленных минералов до металла в пуль- пе, перевод раствореных ме- таллов в металлическое со- стояние Флотационное обогащение Бедные коллектив- ные концентраты Металлы Кондиционные концентраты Выщелачивание в авто- клаве (геореакторе) Глубокая очистка вод 93 и муравьиной кислоты: HCOOН + 1/2О2 = CO2 +H2О lg K=88 В сточных водах после флотации не было обнаружено следов альде- гидов и муравьиной кислоты. Это дает основание считать разработанный процесс на основе ис- пользования формальдегида как экологически безопасный. Применение результатов выполненных работ на практике позволит комплексно использовать минеральное сырье, повысить сквозное извлече- ние основных металлов на 15-20 % и существенно снизить загрязнение окружающей среды [8]. Уменьшение загрязнения окружающей среды на основе утилизации металлоносных растворов и повышения технологических показателей обо- гащения окисленных руд достигнуто разработкой технологических прие- мов (см. табл.): Снижения загрязнения окружающей среды и повышение ресурсос- бережения были получены за счет разработки: а) режимов технологии подготовки к флотации поверхности окис- ленных минералов медно- висмутовых и серебросодержащих полиметал- лических руд непосредственно в пульпе и их флотации на основе исполь- зования параформальдегида [9]; б) технологии извлечения из сточных металлоносных вод товарных продуктов - меди, серебра, ртути, серосодержащих соединений с получе- нием очищенной воды для технических целей [10]; в) экономического обоснования целесообразности переработки окисленных медно-висмутовых и серебросодержащих полиметаллических труднообогатимых руд и техногенного минерального сырья на стадии по- лучения некондиционных коллективных концентратов с максимальным извлечением в них всех ценных компонентов и переработкой их в автокла- вах по схеме «все металлы в раствор – селективно из раствора». г) технологических приемов получения высококачественных сор- бентов из природного сырья - цеолитсодержащих пород и сапонитов ев- ропейской части России. Литература 1. Воробьев А.Е. Преобразование качества некондиционного минерального сырья в складах и отвалах // Горный журнал. - 1996. - № 11 - 12. - С. 89 - 91. 2. Воробьев А.Е., Зубков А.А., Чекушина Т.В. Перспективные технологии перера- ботки окисленных руд и металлоносных растворов // Обогащение руд. – 2010. № , С. 26 – 30. 1 Таблица - Разработанные решения экологических и ресурсосберегающих проблем при переработке окисленных руд и техногенного минерального сырья Сырье, сновные технологии переработки Экологичес- кие загрязне- ния Разработанные тех- нологии по защите окружающей среды Преимущество разработанного решения Экологическое Экономическое 1 2 3 4 5 Серебросодержа- щие сточные воды. Флотация гидро- фобных осадков этих вод Соединения серебра, серы, железа, отра- ботанный про- явитель Перевод тиокомплек- сов серебра параформ- альдегидом в метал- лическое состояние; флотация металла; вы- деление соединений серы и железа Снижение загрязне- ния соединениями серебра, железа, се- ры на 99 % Получение серебра, ферро- цианистого сорбента, тио- сульфата бария. Снижение капитальных затрат и рас- хода электроэнергии до 135 кВт на выделение 1 кг се- ребра Ртутьсодержащие воды. Удаление ртути известью Хлориды и сульфаты рту- ти Перевод в гидрофоб- ные осадки ртути с по- седующей флотацией Исключение загряз- нения ртутью Дополнительное получе-ние ртути в виде ее суль-фидов Забалансовые и бедные руды цвет- ных металлов. Кучное выщелачи- вание серной ки- слотой Кислые воды, соединения железа и цвет- ных металлов, пары серной кислоты Восстановление оки- слов до металла пара- формальдегидом в щелочной среде с по- следующей их флота- цией Снижение загряз- нения токсичными металлами в твер- дых отходах на 15-20 %, в кислых водах на 98-99 % Повышение получения цветных металлов на 15-20 %, благородных на 90 %, прибыли 4 -5 долл. с каж- дой тонны перерабатывае- мого исходного сырья . 94 2 Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 Окисленные руды цветных металлов. Комбинированная технология: вы- шелачивание, це- ментация, флота- ция (ВЦФ) Соединения железа и цвет- ных металлов, кислые воды, пары серной кислоты Замена операции полу- чения цементной меди металлизацией окис- ленных минера-лов с последующим флотаци- онным из-влечением Снижение загряз- нения металлами с твердыми отходами на 2-3 %, с раство- римыми соедине- ниями цветных ме- таллов на 3-5 % . Дополнительное повыше- ние извлечения меди на 3-5 % Концентраты цвет- ных метал-лов Высокотемпера- турная плавка Сернистые га- зы, содержа- щие соедине- ния цветных металлов Замена плавки выще- лачиванием в автокла- вах (или геоавтокла- вах) Исключение загзря- знения газами, со- держащими цвет- ные металлы, серу, мышьяк и пр. Повышение комплекс нос- ти использования сырья за счет дополнительного из- влечения редких и рассе- янных металлов. Шлаки от сжи- гания ТБО Нет технологии Заражают среду соеди- ненииямирту-ти, сурьмы и дру.металлов. Флотация тонких частиц окислов метал-лов после перевода их параформаль- дегидом в металл. Исключение загря- знения соединени- ями цветных метал- лов Источник получения чер- ных и цветных металлов, стеклокерамического про- дукта Природные высо- кокремнистые сор- бенты Нет технологии Отчуждение земель отва- лалами при отработке месторожде- ний Гравитационное отде- ление загрязняющих компонентов и деалю- минирование концен- тратов Повышение сорб- ционной емкости при- родных сорбен-тов для очистки сточных вод от нитратов, меди, кадмия и прочих ме- таллов. Развитие сырьевой базы получения дешевых при- родных сорбентов в евро- пейской части России для охраны окружающей среды 95 96 3. Зубков А.А., Шуленина З.М. Высокоэффективные технологии переработки ми- нерализованных вод – залог сохранения окружающей среды от загрязнения // Ма- териалы VII международной конференции. Ресурсовоспроизводящие, малоотход- ные и природоохранные технологии освоения недр. - Москва - Ереван.: - 2008. - С. 252-257. 4. Зубков А.А., Шуленина З.М., Подзноев Г.П. К вопросу активации и модифици- рованию цеолитсодержащих пород. Материалы VIII международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освое- ния недр», Москва-Таллин 14-18 сентября 2009 г. - С. 150-152. 5. Зубков А.А, Тырышкина И.И., Глембоцкий А.В. Полупромышленные испыта- ния флотационного извлечения серебра из растворов кинокопировальной фабрики // В сб. «Методы исследования технологических свойств тонкодисперсных мине- ралов и руд. ИМГРЭ АН СССР, Мингео СССР». - М.: Изд. ИМГРЭ. - 1987. - С. 88-96. 6. Технологические исследования сортировки и утилизации шлаков от сжигания твердых бытовых отходов / Зубков А.А., Левченко Е.Н., Малевский Ю.А. // - М:. Изд. ВИМС, 1990. 26 с. 7. Применение ультразвука высоких частот для интенсификации флотационного обогащения и гидрометаллургии руд редких металлов при разведке месторожде- ний / Белов Б.Г., Зубков А.А..// - М.: Изд. ВИМС Мингео СССР. 1984. – 26 с. 8. Зубков А.А., Абрамов А.А., Шуленина З. М. Определение условий подготовки поверхности окисленных минералов к флотации // Цветные металлы. - М.: - 2010. - № 3. – С. 33-38. 9. Зубков А.А., Шуленина З.М., Подзноев Г.П. Решение вопросов экологической безопасности и сырьевых проблем на основе новой технологической концепции // VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Конгресса, - М.: Альтекс. - 2007. - т. I. - С. 237-239. 10. Подзноев Г.П., Зубков А.А., Шуленина З.М. Очистка сточных вод кинокопиро- вальных предприятий от токсичных компонентов // Конгресс обогатителей стран СНГ. - М.: Изд. МИСиС. - 2009. УДК 658.345:622 ПРОСТРАНСТВЕННО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПАРОГЕНЕРАЦИИ Ковшов С.В., Сафина А.М., Асаналиева О.А., Ковшов В.П., Тимкаев И.Ф. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» In the article examined the steam application technology potential of as a way of combat- ing the production dust. Describe the heat and mass transfer processes during the imple- mentation of this technology. Evaluation of the effectiveness of the proposed technology in relation to various climatic conditions of the mining enterprises. На основе рационального использования соответствующих законов природы можно создавать оптимальные условия для интенсификации про- цессов конденсации водяных паров и управления ими. Необходимо, чтобы 97 очищение пылегазовых потоков от вредных примесей происходило с вы- сокой эффективностью, сравнительно в небольшом объеме и за короткий промежуток времени. Высокая эффективность и комплексность улавливания вредных примесей в газовых потоках при конденсационном методе пылегазоочист- ки, когда газовая среда насыщена, и пересыщена водяными парами объяс- няется протекающими при этом рядом процессов: 1. Ионизацией газовых компонентов и водяного пара вследствие развитой турбулентности потока, многофазности перемещаемой среды со значительными; скоростями и высокой во многих случаях температурой. Водяной пар, например, диссоциирует на следующие ионы: Н+, ОН-, О-. 2. Взаимодействием водяного пара с вредными примесями, в том числе и химическим. 3. Конденсацией водяных паров с улавливанием аэрозоле- и газооб- разных вредных примесей, которые являются ядрами конденсации. 4. Конденсационным ростом и коагуляцией различных видов частиц примесей, т.е. образованием легко осаждаемых крупных аэровзвесей. Кроме того, существенная эффективность конденсационного пыле- газоулавливания обуславливается созданием резкого и одновременного влажностного пересыщения пылевого потока, а также высокой начальной концентрацией вредных примесей [2]. Пылеподавление с использованием пара используется для обезвре- живания промышленных выбросов многопрофильных предприятий по переработке всех видов минерального сырья, и может быть использовано для обезвреживания выбросов металлургических и химических предпри- ятий, а также предприятий теплоэнергетического комплекса. Способ очи- стки пылегазовых выбросов включает охлаждение и конденсацию дымо- вых газов, отведение конденсата и очищенных дымовых газов. В дымовые газы на расстоянии 2/3 высоты дымовой трубы от ее основания вводят пе- регретый пар с температурой 150-200 °С. Охлаждение и конденсацию па- рогазовой смеси осуществляют в атмосфере за пределами дымовой трубы. Конденсат из полученного воздушно-капельного потока собирают в под- доны на территории, прилегающей к основанию дымовой трубы. Исполь- зование пара (рис. 1) снижает эксплуатационные затраты на эффективную очистку дымовых газов от твердых и газообразных загрязнителей. Исследования конденсационного способа пылеподавления на карье- рах и разрезах России, проводимые в течение последних пятидесяти лет, подтвердили высокую эффективность этого способа. Установлено, что наименьший расход воды (пара) достигается при увлажнении воздуха на- сыщенным паром и составляет от 1 до 3 г/м3 с температурой от –10 до +4 С˚, 98 что на порядок ниже расхода воды при увлажнении водой нагретого воздуха до 60-80 °С, который описан в изобретении. Рис. 1. Способ очистки пылегазовых выбросов Важное значение для использование пароконденсационного способа пылеподавления приобретает для зимнего периода года. Летом содержа- ние пыли в воздухе приближается к санитарным нормам, зимой же оно нередко достигает 1000-3000 мг/м3, а иногда и более. Резкое снижение за- пыленности происходит обычно в апреле, а очередное ее повышение – в октябре, то есть в переходные, с точки зрения направления тепло - и мас- сообменных процессов, периоды года при tо= - (10-15) оС. На шахтах с по-догревом воздуха до t>0оС запыленность зимой также оказывается примерно вдвое выше, чем летом (Норильск). Исследованиями многих авторов установлено, что в карьерах, рас- положенных в районах умеренного и теплого климата, запыленность воз- духа значительно ниже, чем запыленность воздуха в районах с холодным 99 или жарким климатом. Причем, если в районе с холодным климатом, в отличие от подземных выработок, запыленность выше в зимний период, то в районе с жарким климатом в летний период выше, чем в зимний (рис. 2). Объясняется это тем, что в первом случае происходит интенсивное вымер- зание влаги, а во втором – интенсивное ее испарение из горной массы или полотна автодорог [1]. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Ур ов ен ь н ега ти вн ого во зд ей ств ия Месяцы года 1 3 2 4 Рис. 2. Динамика относительного содержания вредных примесей (отношение фактического содержания к максимальному) в атмосфере: глубоких карьеров Ук- раины (1 – пыль, 2 – NОx,), Афанасьевского карьера (3 – пыль), в выработках шахт многолетней мерзлоты (4 – пыль) Выделение скрытой теплоты замерзания пара ведет к повышению ее температуры, испарительные процессы с поверхности земли, напротив, увеличивают температуру воздуха на 3-5оС. Они же, а также процессы сублимации снега и льда на поверхности земли, высвобождают связанные тонкодисперсные частицы пыли, которые могут переноситься ветром в атмосфере Земли на значительные расстояния и в больших масштабах (пыльные бури). Конденсация пара в атмосфере с выпадением осадков, напротив, способствует улавливанию витающих твердых частиц и газооб- разных продуктов и их выпадению на поверхность земли, способствуя очистке атмосферы. Еще одним важным отличием в применении пара яв- ляется тот факт, что в зимний период при генерации пара, он в атмосфере превращается в снежинки малого размера, чем при применении тонкодис- персной воды, а значит, и способность коагулировать с пылью в воздухе значительно повышается. 100 Литература: 1. Бульбашев А.П. Рациональная организация добычи полезных ископаемых в карьерах со сложными условиями труда горнорабочих / А.П. Бульбашев, Н.А. Гас- парьян, С.В. Ковшов, А.Н. Никулин, Ю.Д. Смирнов, Ю.В. Шувалов. - СПб: Меж- дународная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 2009. - 464 с. 2. Ковшов С.В. Определение параметров аэротехногенного влияния площадных источников на рабочее пространство карьеров при применении различных спосо- бов пылеподавления / С.В. Ковшов, В.С. Кузнецов // Горный информационно- аналитический бюллетень, 2012 г., Т. 3. – М.: МГГУ, 2012. - С. 132-139. УДК 504.074 ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ НЕ- ГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ г.НОВОЧЕРКАССКА ЗАВОДА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Куликова М.А., Конева Т.А. Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) им. М.И. Платова Проведен расчет рассеивания пылегазовых выбросов Завода Строительных мате- риалов, определены наиболее значимые загрязняющие вещества, предложены ин- женерно-экологические мероприятия по снижению негативного воздействия предприятия на атмосферный воздух. Ввиду большой численности населения и ограниченности террито- рии в г. Новочеркасске, жилая застройка расположена рядом с промыш- ленной зоной и подвергается негативному воздействию, оказываемому предприятиями. Не является и исключением и ОАО «Митос-строй» Завод Строительных Материалов, вносящей значительный вклад в загрязнение окружающей среды. Предприятие, а точнее бетонно-растворный и арма- турно-формовочный цехи, являются крупными источниками загрязнения ат- мосферы газом и пылью, обладающей высокой токсичностью и канцероген- ными свойствами. Такая ситуация привела к необходимости экологической оценки воздействия завода на окружающую среду и разработки инженерных мероприятий по экологизации деятельности ОАО «Митос-строй» Завод Строительных Материалов. С экологической точки зрение ОАО «Митос-строй» Завод Строи- тельных Материалов является серьезным источником загрязнения всех составляющих окружающей природной среды. В арматурно – формовочном цехе изготавливается сборный желе- зобетон преднапряженных конструкций (плиты круглопустотные, опоры электропередач и т. п.). При производстве железобетона преднапряженных конструкций арматура предварительно нагревается на столах, горячая вставляется в упоры металлоформ, после чего в металлоформы заливается 101 бетонный раствор. Железобетонные конструкции изготавливаются поточ- но-агрегатным методом. В процессе производства ЖБИ используют состав Пента®-824, который повышает морозоустойчивость и придает водооттал- кивающие свойства изделиям. Данный состав необходимо разбавлять 1:1 с уайт-спиритом. Наиболее сильное негативное воздействие завод строительных ма- териалов оказывает на состояние воздушного бассейна, загрязняя воздух выбросами таких веществ как уайт-спирит, неорганическая пыль до 20 % SiO2, неорганическая пыль 20 %-70 % SiO2, неорганическая пыль более 70 % SiO2, фториды газообразные, оксид железа, марганец и его соединения, диоксид азота, оксид углерода, толуол, спирт н-бутиловый, этилцелло- зольв, бутилацетат, масло минеральное, взвешенные вещества. Уайт- спирит представляет собой прозрачную маслянистую жидкость с харак- терным запахом керосина. По степени воздействия на организм относится к 4-му классу опасности, действует на организм как наркотик, ПДКсс = 300 мг/м3, ПДКмр= 900 мг/м3. При попадании на кожу вызывает сухость, кожи, а также дерматиты и экземы. Уайт-спирит (нефрас - СЧ-155/200) относится к легковоспламеняемым продуктам второй категории, с темпе- ратурой самовоспламенения 270 °С, пределами взрываемости паров уайт- спирита смеси с воздухом 1,4-6,0 %. Процесс подачи материалов в бетоносмесительный цех и приготов- ление бетонных смесей характеризуется обильным выделением пыли, Для предотвращения пылевыделения в бетоносмесительном отделении все ка- налы для спуска цемента и инертных материалов в бетономешалку надежно герметизируются, а загрузочные и разгрузочные отверстия плотно закрывают- ся. Однако проблема пыления существует. Для оценки степени воздействия на атмосферу загрязняющих ве- ществ и определения значений их концентраций был проведен расчет рас- сеивания с использованием электронно-вычислительной программы УП- РЗА ЭКОЛОГ, версия 3.00 Copyright 1990-2005 Фирма «Интеграл». В ка- честве расчетных площадок выбраны точки на границе санитарно - за- щитной зоны предприятия и в зоне жилой застройки. Полученные резуль- таты расчета показали, что в принятых расчетных точках наблюдается превышение допустимой концентрации неорганической пыли в 2,0 раза, а уайт-спирита - в 6,0 раз. По остальным веществам значения концентраций находятся в пределах ПДК (рис.1, 2). Анализ результатов рассеивания показал, что значения ПДКм.р по пыли -0,15 мг/м3 и ПДКм.р по уайт-спириту - 300 мг/м3 достигаются лишь на расстоянии 1500 м в сторону преобладающего ветра от завода. Следова- тельно, в зоне превышенных концентраций неорганической пыли и уайт- спирита попадают все жилые дома. 102 Рис. 1. Рассеивание пыли неорганической в выбросах ЗСМ до проведения мероприятий Рис. 2. Рассеивание паров уайт-спирита в выбросах ЗСМ до проведения мероприятий 103 Анализируя сказанное ранее, следует отметить всю важность про- блемы загрязнения атмосферы неорганической пылью и уайт- спирита, а также необходимость создания высокоэффективной системы очистки от- ходящих газов с целью снижения конечной концентрации загрязнений. Учитывая все необходимые условия, возможно рассмотреть сле- дующие варианты очистки воздуха: - отсос отходящего воздуха пыли по первой технологической линии с помощью местных отсосов, двухступенчатая очистка в центробежном циклоне и в рукавном фильтре и выброс в дымовую трубу; - отсос отходящего воздуха пыли по второй технологической линии с помощью местных отсосов, очистка в электрофильтре и выброс в дымо- вую трубу; Первая схема включает холодильник клинкера, связанный с дымо- сосом, рукавным фильтром и дымовой трубой, посредством газохода вто- ричного воздуха с декарбонизатором и вращающейся печью с горелкой объединяющихся в циклонных теплообменниках с подачей сырьевой сме- си. Продукты сгорания, образовавшиеся в результате сжигания топлива в горелке, обеспечивают обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи. При их удалении с помощью дымососа через рукавные фильтры в дымовую трубу они проходят циклонные теплообменники, в которых отходящие газы совместно со вторичным воздухом, поступающим в декарбонизатор, осуществляют подсушку сырьевой смеси. Нагретый воздух из холодиль- ника клинкера очищается в циклоне и отводится вентилятором. Во второй схеме используется обычная аспирационно- обеспыливающая система, в которой применяют электрофильтры. В су- шильных барабанах создается непосредственный контакт высушиваемого материала с горячими газами твердого топлива, сжигаемыми в выносных топках. При эксплуатации электрофильтров иногда возникают трудности в связи с широким диапазоном колебаний запыленности газов удельной со- противляемости пыли, что влечет за собой возникновение обратной короны, а иногда залипание электродов при частых понижениях температуры, свя- занных с остановкой сушильного барабана. Для очистки газовых выбросов от паров предлагается две техноло- гические линии. В состав первой технологической линии входят: местный отсос, скруббер Вентури, экономайзер и газоконвертор «Ятаган». Для максимальной изоляции источников образования пыли в бетон- но-растворном цехе используются местные отсосы, выполненные в виде зонтов, расположенных сверху над пылящими частями оборудования од- ной из линий производства. 104 Габаритные размеры зонта: длина – 3000 мм; ширина – 1500 мм; высота – 3000 мм. Угол разлета боковых сторон - 120°; максимальная про- пускная способность одного зонта составляет 5000 м3/ч [9]. Собранный воздух после местного отсоса поступает на скруббер Вентури, предназначенный для очистки воздуха от уайт-спирита. В скруб- бере Вентури осуществляется интенсивное дробление газовым потоком, движущимся с высокой скоростью, орошающей его жидкости и установ- ленного за ней каплеуловителя. Движущийся поток направляется в теплообменник, затем в газоконвер- тор «Ятаган», где происходит очистка от паров уайт-спирита, после чего про- исходит выброс очищенных газов через дымосос в атмосферу. В состав второй технологической линии входят: местный отсос, ру- кавный фильтр, установка «Плазкат-Аэро». Загрязненный воздух улавли- вается и насосом подается в рукавный фильтр, затем с помощью насоса газы поступают в катализатор «ПЛАЗКАТ - Аэро» и выбрасываются в ат- мосферу. Этот вариант, с одной стороны, позволяет сохранить уловленную пыль в сухом виде при максимальном проценте её извлечения. С другой стороны, доочистка в простой по конструкции и условиям эксплуатации, но высокоэффективной плазмокаталитической установке. Третья ступень очистки катализатор «ПЛАЗКАТ-Аэро». Загрязнен- ный воздух, пройдя предварительную очистку от пыли, поступает через диффузор в плазмохимический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону низкотемпературной плазмы, создаваемой газоразрядными ячейками, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до СО2 и Н2О. После плазмохимического редактора воздух подвергается глубокой доочистке в каталитическом ре- акторе. Основу каталитического реактора очищенный воздух через конфу- зор выбрасывается в атмосферу. Полученные результаты расчета после предлагаемых инженерно – технических мероприятий по экологизации объекта показали, что в приня- тых нами расчетных точках превышения допустимой концентрации неор- ганической пыли и паров уайт-спирита не наблюдается (рис.3, 4). 105 Рис. 3. - Рассеивание пыли неорганической после проведения инженерных мероприятий на ОАО «Митос-строй» ЗСМ Рис. 4. Рассеивание паров уайт-спирита после проведения инженерных мероприятий на ОАО «Митос-строй» ЗСМ 106 УДК 502.654 ИННОВАЦИОННЫЙ СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ И РЕАБИЛИТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ Куликова М.А., Попова Ю.А., Суржко О.А. Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) им. М.И. Платова Исследована эффективность реабилитации промышленных территорий с приме- нением различных отходов угледобывающей промышленности и дальнейшим по- вышением плодородия за счет внесения в почву животноводческих стоков высокой агромелиоративной ценности. Представлены зависимости продуктивности почвы и динамики микробного населения от доз вносимых отходов. Развитие промышленности, строительство городов и путей сообще- ния, каналов приводят к разрушению почвенного покрова, нарушается слой почвы при открытой добыче угля, руд, торфа, фосфоритов, строи- тельных материалов и других полезных ископаемых. Земельный фонд Южного региона составляет 10096,7 тыс. га, в Рос- товской области имеется 357,9 тысяч гектар орошаемых земель, однако 150 тысяч гектар из них требует реабилитации [1, 2]. В результате интен- сивного антропогенного, техногенного и геологического воздействия практически все земли затронуты процессами деградации. При недоста- точном внесении органических и минеральных удобрений в почвах отме- чается такое негативное явление, как дегумификация и засоление. В по- следние годы отмечен значительный недостаток внесения в почву органи- ческих и минеральных удобрений, объяснимый их высокой стоимостью. Вместе с тем, в Южном федеральном округе в отвалах находится свыше 500 млн. т. отвальных пород угольных шахт, которые используются или могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Анализ вещественного состава отвальных масс позволяет рассматривать их в ка- честве дешевых и эффективных природных сорбентов, способных не толь- ко адсорбировать и удерживать вредные токсичные вещества, но и улуч- шать санитарно-токсикологическое состояние почв и поверхностных во- доисточников. Рекультивация – комплекс работ, направленных на восстановление нарушенных территорий, а также на улучшение условий окружающей природной среды. При этом различают техническую и биологическую ре- культивацию. В рамках государственной научно-технической программы «Недра России» с целью обеспечения экологической безопасности и повышения эффективности восстановления нарушенных территорий, основная задача состоит в том, чтобы как можно быстрее интенсифицировать почвообразо- 107 вательный процесс и ускорить окультуривание бесплодных пород. Для этого проводят различные фитомелиоративные работы в зависимости от свойств окультуриваемых пород [3, 4]. Поэтому целью работы является проведение исследований эффективности реабилитации промышленных территорий с применением различных отходов угледобывающей промыш- ленности (техническая рекультивация) и дальнейшим повышением плодо- родия за счет внесения в почву животноводческих стоков высокой агроме- лиоративной ценности (биологическая рекультивация). Исследования проводили в 2004 – 2009 гг. на аллювиально-луговых солонцеватых почвах и черноземе обыкновенном карбонатном в районе г. Новочеркасска Ростовской области. При проведении исследований почва была в некоторой степени деградирована: плотность – 1, 21 г/см3; плот- ность твердой фазы – 2,46 г/см3; общая пористость – 52 %; влажность – 22 %; рН – 7,2 – 7,8. Аллювиально луговая карбонатная малогумусная почва характери- зовалась следующими показателями: физ. глина – 45 %; ил – 26,6%; гумус – 4,2 %; CaCO3 – 0,7 %; подвижный фосфор в пересчете на P2O5 – 4 мг/100 г; K2O – 56 мг/100 г; Ca2++Mg2+ – 32,8 мг/100 г. Чернозем обыкновенный кар- бонатный среднемощный среднегумусный: физ. глина – 53,1 %; ил – 32,4 %; гумус – 3,9 %; CaCO3 – 1,1 %; подвижный фосфор в пересчете на P2O5 – 3,2 мг/100 г; K2O – 32,8 мг/100 г; сумма Ca2++Mg2+ – 33 мг/100 г [5]. Исходя из рекомендаций по применению отходов угледобывающей промышленности (горелых пород и отходов углеобогатительных фабрик) были приняты дозы вносимых детоксикантов: 200 кг/га и 400 кг/га. Внесе- ние сорбентов в дисперсной форме производилось без заделки в почву и с заделкой на глубину 8-10 см. Эксперимент проводился в холодный период, с ноября по апрель. При этом контролировались микробное население (сапрофитная микрофло- ра) и продуктивность почвы. Полученные данные представлены на рис. 1. Анализ данных полевого эксперимента показал, что отходы обога- тительной фабрики обладают наибольшей сорбционной способностью по отношению к загрязняющим веществам, о чем свидетельствует рост мик- робного населения. Максимальный эффект достигался при внесении отхо- дов углеобогатительной фабрики в количестве 400 кг/га с заделкой в почву: прирост биомассы тест-растений при внесении отходов углеобогатительной фабрики составил 12,4 %; при внесении горелых пород – 10,6 %. Возможность регенерации детоксикантов подтверждена количест- венным анализом углеводородокисляющих микроорганизмов: до обработ- ки в черноземе обыкновенном карбонатном их численность составила 2,2 106 кл/г, в аллювиально-луговых солонцеватых почвах – 2,0 106 кл/г, после – 8,48 106 и 4,8 106 кл/г, соответственно. 108 а) б) а) – микробное население (сапрофитные микроорганизмы), кл/г; б) – прирост биомассы редиса (токсичность), % Рис. 1. Кинетика детоксикации почв 109 Эти данные указывают на активизацию аборигенной углеводоро- докисляющей микрофлоры при внесении детоксикантов, что характери- зует повышение способности почвы к самоочищению от данного вида токсикантов. Органические и минеральные вещества отходов добычи и обогаще- ния твердых горючих ископаемых и зольные уносы их сжигания обладают большой сорбционной способностью по отношению к различным неорга- ническим и органическим соединениям. Поэтому повышение урожайности после внесения углеотходов в почву может объясняться их сорбционной способностью по отношению к макро- и микрокомпонентам удобрений (в том числе и органических), препятствующей их быстрому вымыванию из плодородного слоя. Как сорбенты микроэлементов, вносимых вместе с удобрением, углистые породы могут заменять фритты – спеки соединений микроэлементов с песком и соединениями щелочных металлов, приме- няющиеся для замедления выноса микроэлементов из почвы и способст- вующие их лучшему усвоению растениями. Углеотходы богаты соедине- ниями кальция, микроэлементов, органического вещества, серы, а также обладают относительно большой сорбционной способностью для компо- нентов, способствующих повышению плодородия почв. Для определения влияния обработанных животноводческих стоков на почвенную микрофлору провели посевы на питательные среды водной суспензии (разбавление 1:10) исходной почвы и почвы, обработанной жидкими отходами животноводства с дозами по азоту, равными 200 и 400 мг/дм3 (N200 и N400). Исследование влияния животноводческих стоков на микроорганизмы почвы проводили в течение 90 сут. Результаты экспери- мента представлены на рис. 2. Максимальное количество микроорганиз- мов всех экологических групп наблюдали на 30 сутки испытаний. Жидкие животноводческие отходы в дозе N200 способны значитель- но увеличивать биоактивность почвы, особенно на 30 день после внесения в почву, а потому способствуют повышению ее плодородия. В качестве органических удобрений испытывали твердую фракцию стоков свинокомплекса и подстилочный навоз крупного рогатого скота. По приведенным выше основным агрохимическим показателям, обрабо- танный кальцийсодержащими реагентами свиноводческий сток соответст- вует требованиям, предъявляемым к жидким органическим удобрениям (ОСТ 10-118-96). Подстилочный навоз крупного рогатого скота отличается нейтраль- ной реакцией среды (рН 6,9), более высоким по сравнению со свиноводче- ским стоком содержанием органического вещества, но более низким со- держанием общего азота, фосфора и более широким отношением углерода к азоту (С:N=29). 110 Рис. 2 - Изменение численности экологических групп микроорганизмов почвы при орошении жидкой фракцией БН дозой по азоту 200 мг/дм3: 1 – микроcкопические грибы (среда Чапека); 2 – олигокарбофилы (ГА); 3 – микроорганизмы круговорота азота (КАА); 4 – гетеротрофы (МПА) Сравнительное изучение действия этих удобрений показало преимущество обработанной кальцийсодержащими реагентами твердой фракции свиноводческого стока в дозе 200 кг/га азота. В этом варианте достигнуто более интенсивное нарастание биомассы растений уже на ранних стадиях развития и получена существенная прибавка урожая зеленой массы по отношению к варианту с навозом крупного рогатого скота - 4,8 г, а также по отношению к неудобренному контролю – 1,7 г при НСР05 1,7 г (табл. 1). Однако, следует отметить, что повышение дозы твердой фракции подготовленного свиноводческого стока в 2 раза (с N200 до N400 ) не давало эффекта, т.к. урожайность биомассы овса при обеих дозах в этом случае была практически одинаковой. Аналогичная зависимость урожайности овса от изучаемых удобрений отмечена и при анализе данных сухой растительной массы. При этом прибавка урожая сухой массы овса в варианте внесения твердой фракции свиноводческого стока после обработки его кальцийсодержащими реагентами в дозе N200 по сравнению с контролем 111 без удобрений составила 10,5 %, а по сравнению с навозом крупного рогатого скота в той же дозе – 40 %. Таблица 1 – Влияниие твердой фракции свиноводческого стока, обработанного кальцийсодержащими реагентами, на урожайность биомассы овса Варианты опыта Урожайность, г/сосуд Прибавка г/сосуд % Зеленая масса Контроль (без удобрений) 15,4 – – Твердая фракция, обработанная кальцийсодержащими реагентами в дозе N200 17,1 1,7 11,0 Твердая фракция, обработанная кальцийсодержащими реагентами в дозе N400 17,3 1,9 12,3 Подстилочный навоз крупного рогатого скота в дозе N200 12,3 -3,1 -20,1 НСР05 1,7 Сухая масса Контроль (без удобрений) 1,9 - - Твердая фракция, обработанная кальцийсодержащими реагентами в дозе N200 2,1 0,2 10,5 Твердая фракция, обработанная кальцийсодержащими реагентами в дозе N400 2,2 0,3 15,8 Подстилочный навоз крупного рогатого скота в дозе N200 1,5 -0,4 21,0 НСР05 0,2 Чистая продуктивность фотосинтеза изменялась с возрастом растений и была наибольшей в первый срок определения. В среднем за вегетацию она составила на контроле 0,98 г/м2 в сут., а при внесении обработанной реагентами твердой фракции свиноводческого стока в дозах 200 и 400 кг/га азота и необработанного навоза крупного рогатого скота в дозе 200 кг/га азота соответственно 0,98; 1,05 и 1,03 г/м2 в сут. Таким образом, твердая фракция животноводческих стоков, обра- ботанных кальцийсодержащими реагентами, является ценным органиче- ским удобрением и может быть рекомендована для использования под важнейшие сельскохозяйственные культуры. Рекомендуемая доза внесе- ния удобрения по азоту составляет 200 кг/га в год [9]. 112 Результаты исследований показали целесообразность последова- тельной обработки деградированных почв на первом этапе отходами угле- добычи, а на втором этапе – жидкими отходами животноводческих ком- плексов. Рекомендуемая обработка позволит повысить плодородие почв на 30-40 %. Говоря о комплексной рекультивации, а точнее о рекультивации геологической среды, нельзя ограничиваться только восстановлением пло- дородия или детоксикацией почв. Полученные экспериментальные данные могут служить основанием для проведения дальнейших исследований со- вместного применения отходов угледобывающей промышленности и жи- вотноводческих стоков для реабилитации и рекультивации загрязненных земель. Литература 1. Агеев В.Н., Вальков В.Ф., Чешев А.С., Цвелев Е.Н. Экологические аспекты природных почв Ростовской области. Ростов н/Д, 1996. – 132 c. 2. Вальков В.Ф. Почвы и сельскохозяйственные растения. – Ростов н/Д, 1992. -204с. 3. Науменко В.П., Науменко Е.Г. Экологические проблемы почвенного плодоро- дия: Учеб. пособие. – Новочеркасск.: НГМА, 2000. – 312 с. 4. Волковская С.Г., Грищенко А.Е. Очистка шахтных вод с утилизацией твердых отходов в товарную продукцию // Уголь. 2003. - №1. – С. 51-53. 5. Романенко В.И. Экология микроорганизмов пресных водоемов: лабораторное руководство / .В.И. Романенко, С.И. Кузнецов. – Л.: Наука, 1974.–194 с. 6. СанПиН 2.1.7.573-96. 2.1.7. Почва. Очистка населенный мест. Бытовые и про- мышленные отходы. Санитарная охрана почвы. Гигиенические требования к ис- пользованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения 7. Васильев В.А., Филиппова Н.В. Справочник по органическим удобрениям. – М.: Росагропромиздат, 1988. – 255 с. УДК 502.11 СИСТЕМНЫЕ ОСНОВАНИЯ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗА СБАЛАНСИРОВАННОГО РАЗВИТИЯ ТУЛЬСКОГО КРАЯ Волков А.В. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия В рамках концепции причин, механизмов и последствий взаимодействия общества и природы в публикации изложены системные основания исследований, нацеленных на анализ и прогноз регионального развития. Речь идёт о базовых принципах теории геосистем, эколого-географических ситуаций и горной экологии. Всё более очевидный кризисный характер взаимодействия общества и природы признают следствием коллективного мышления и деятельности человека, осуществляемой инструментами культуры; речь идёт о модели академика В.П. Алексеева «общество – культура – окружающая природная 113 среда» (рис. 1). При этом ситуация отражает не столько достижение общест- вом каких-либо технологических ограничений, сколько утрату целостных представлений о законах взаимодействия общества и природы. В этих ус- ловиях высокие риски сопутствуют и глобальному прогрессу, и внедрению отдельных технологий. Поэтому согласование экономических предпочте- ний и природных ограничений неизбежно. Фактически, ставится вопрос об изменении глобальной модели социально-экономического развития. Рис. 1. Модель «общество – культура – окружающая природная среда» В обозначенных рамках актуальной проблемой фундаментальной и прикладной науки становится изучение причин, механизмов и последствий формирования эколого-географических ситуаций общественного развития. Как правило, подобные исследования нацелены на выявление важнейших обстоятельств, определяющих кризисный характер взаимодействия обще- ства и природы. Согласно заключению доктора географических наук, почётного профессора СПбГУ А.Г. Исаченко, естественные и антропогенные меха- низмы трансформаций территориальных систем, социально- экономические последствия подобных трансформаций и принципы рацио- нальной организации промышленных территорий занимают важнейшее место в структуре наук о Земле [1]. Теоретической базой научных исследований и разработки практиче- ских мероприятий в области геоэкологии, промышленной экологии и ра- ционального природопользования выступает учение о геосистемах. Именно с геосистем начинается вся цепочка связей между обществом и природой. Геосистемы являются первичными и исторически, и генетически, служат средой обитания человека, единственным источником средств его сущест- вования и источником ресурсов для развития производства [2]. Интегративную роль в учении о геосистемах играет представление о механизмах взаимодействия общества и природы. Это взаимодействие осу- ществляется по двум главным каналам – экологическому и ресурсно- производственному. Сущность методологии интеграции заключается в трак- товке объектов исследований как пространственно-временных систем и 114 признании эндо-экзогенной природы механизмов общественного развития. Основу учения формируют представления о полициклическом харак- тере развития общества и природы, единой энергетической основе всех процессов, протекающих в пределах ландшафтной оболочки Земли, допус- тимости использования единого познавательного подхода при изучении при- родных и социальных явлений [3]. В качестве главного показателя, отра- жающего ретроспективное, текущее и перспективное развитие геосистем рас- сматривают удельную – в расчете на одного человека – скорость изменения общей численности постоянного населения изучаемой территории и/или удельную скорость изменения других территориальных характеристик. В более общем случае, опережающими индикаторами развития территори- альных систем выступают частные производные параметров порядка по вре- мени, пространству и числу элементов в системе. Род познавательной деятельности, нацеленной на выявление зако- номерностей состава, строения, функционирования и развития сложных системных объектов, именуют системным подходом. При этом внимание специалистов фокусируется на разных аспектах организации и функцио- нирования систем – на элементном аспекте (набор элементов и их приро- да), структурном (картина связей, особенности организации), функцио- нальном (функции системы, особенности поведения), целевом (цель разви- тия системы и структура подцелей), ресурсном (требования системы к ре- сурсному обеспечению), коммуникационном (характер взаимодействия системы со своим окружением), интеграционном аспекте (механизмы со- хранения качественной определённости и целостности системы), а также на историческом аспекте (условия возникновения, историческая траектория и этапность развития, современное состояние и перспективы развития). Согласно гипотезе «семиотической непрерывности», система есть образ её среды. Иными словами, изменение системы есть одновременно и изменение её окружения, причём источники изменений могут находиться как в самой системе, так и за её пределами (эндо-экзогенная природа раз- вития систем). Следовательно, анализ систем – ключ к изучению диахро- нических изменений окружающей среды. Под диахронией (от греч. δια – через, сквозь и χρονος – время) понимают изучение какого-либо явления в историческом аспекте, как развивающегося во времени. Изучение не- скольких явлений в единый момент времени именуют синхронией (от греч. συν – совместно). В конце ХХ столетия развитие учения о геосистемах вызвало к жиз- ни понятие эколого-географической ситуации. Термином эколого- географическая ситуация, или ЭГС, обозначают такое пространственно- временное сочетание взаимосвязанных природных, экономических, соци- альных и политических факторов, которое определяет изменения окру- 115 жающей среды, в свою очередь влияющие на характер жизнедеятельности общества. Классификация эколого-географических ситуаций представлена на рис. 2. Рис. 2. Основные классификационные признаки ЭГС В частности, кризисные ситуации развития характеризуются таким на- рушениями механизмов устойчивости и саморегуляции природных ком- плексов, при которых возможна качественная перестройка региональной системы, негативно сказывающаяся на здоровье населения. Отдельно рас- сматривают аварийные ЭГС, возникающие в результате крупных природ- ных катастроф и технологических аварий. Подобные ситуации обычно кратковременны, но имеют долговременные, непредсказуемые и резко негативные последствия.Ш В качестве источников геоситуаций кризисного и бедственного ти- пов могут выступать компактно размещаемые отходы добычи, обогащения и первичной переработки природного сырья. Например, установлено, что пы- лящие отвалы, терриконы и хвостохранилища негативно влияют на качест- во природных сред и состоянии здоровья населения: отмечены случаи мас- сового заболевания и гибели людей от прямого и косвенного воздействия пыли [4]. Такая ситуация классифицируется специалистами как бедствен- ная, или чрезвычайная, в том случае, если пострадало 15 человек и более или погибло 4 человека и более [5]. С освоением и переработкой минеральных ресурсов, в частности, ос- воением запасов бурого угля Подмосковного угольного бассейна (рис. 3), свя- зана история и современность Тульского края [2]. 116 Рис. 3. Граница и основные характеристики Подмосковного буроугольного бассейна В настоящее время на территории Подмосковного угольного бас- сейна размещено около 300 закрытых и действующих предприятий, свя- занных с добычей, переработкой и потреблением нерудного сырья – угольных шахт и разрезов, обогатительных фабрик, ГРЭС, ТЭЦ, металлур- гических и химических комбинатов, машиностроительных предприятий. Их деятельность, включая отходы прежних этапов производства, сущест- венно сказывается на состоянии воздушной среды, земельных ресурсов, недр, поверхностных и подземных вод, а также ландшафтов в целом. Так, за период с 1924 по 1994 годы на территории Подмосковного бассейна накоплено около 180 млн м3 пустых пород, занимающих площадь 400 га. В середине 90-х годов только в отвалах действующих шахт находи- лось до 45 млн м3 породы. Зона влияния этих отвалов достигает 5-6 тыс. га, что соответствует 0,23 % территории Тульской области. Отходы обо- гащения угля в основном представлены песчаноглинистыми породами с включениями высокозольного угля. Если этот объём накопленных отходов распределить по территории Тульской области, то получится слой высотой практически 1 см. Породы отвалов подвергаются физическому и химическому вывет- риванию. Продукты диспергирования разносятся ветром на сотни метров. В ряде случаев интенсивное окисление обеспечивало самовозгорание отвалов. Безусловно, в регионе проводятся мероприятия по рекультивации на- рушенных земель. Восстановленные земли в течение 5-10 лет используются в качестве пастбищ и сенокосов, а затем переводятся в разряд посевных угодий. Однако урожайность на этих участках оказывается значительно ниже, чем на землях, не испытавших влияния горных работ. 117 Негативные экологические и социальные последствия развития тульского горно-промышленного региона, глобальные изменения рыноч- ной конъюнктуры, а также вектора научного поиска в ряде областей знания обуславливают необходимость генерации новых идей и совершенствова- ния методов анализа территориального развития, в том числе с позиции рационального – экономически эффективного и экологически безопасного – природопользования и управления региональным развитием. Основу современной методологии горных наук образует идея ком- плексного освоения недр на базе знаний в сфере горно-геологических и общественных наук, получившей развитие в трудах академика М.И. Агошкова [2]. Понятие «комплексное освоение недр» раскрывается как управляемое использование обществом расширяющегося спектра жизнеобеспечивающих свойств земных недр и со временем приобретает всё более конкретное эко- логическое наполнение. Общим предметом исследований называют анализ изменений литосферной основы общественного бытия в ходе техногенного преобразования недр. Мировая практика недропользования свидетельствует, что эффектив- ность горного производства в значительной мере лимитируется не воз- можностями технологического уклада общества, а экономическими и эко- логическими факторами. Одним из аспектов оценки экологической опасно- сти недропользования называют климат. Таким образом, основаниями современного регионального недрополь- зования выступают следующие положения. 1. Недра являются компонентой геосистем высокого уровня органи- зации, средой и комплексным ресурсом социального развития, связанного с эволюцией общественных потребностей и технологических возможностей. 2. Задача сохранения недр решается в ходе их комплексного освоения. 3. Происходит постепенный отказ от технократической ориентации горных наук. Поэтому в качестве приоритетного направления горно-геологичес-ких исследований выделяют системный прогноз изменения состояния георе- сурсов с учётом тенденций общественного развития в контексте разработ- ки теории экологически сбалансированного недропользования. Экологическим ограничениям на природопользование ныне уделя- ют особое внимание. Речь идёт о необходимости сохранения здоровья на- селения и природной основы жизнедеятельности общества. Поэтому в спектре ограничений на хозяйственную деятельность экологические огра- ничения признают одними из наиболее значимых, а качество окружающей среды рассматривают как отдельный, специфический ресурс. Закономерности возникающего в ходе недропользования взаимо- действия так называемых человекомерных систем с окружающей природ- 118 ной средой выявляет горная экология. Общая цель исследований – разра- ботка теории человекомерных систем как научной основы установления безопасных параметров природопользования и сохранения нормативного качества природной среды. Предмет исследований – выявление причин возникновения в человекомерных системах экологической опасности и совершенствование методов её оценки, а также разработка теоретических основ проектирования систем, удовлетворяющих критериям экологиче- ской безопасности. Теоретическую базу дисциплины формируют учение о биосфере и концепция рационального природопользования. Один из аспектов проблемы экологической безопасности недрополь- зования связан с управлением состоянием отходов горного производства. Управление предполагает придание отходам требуемых кондиций по фи- зико-химическим параметрам, а также выявление ответственности хозяй- ствующего субъекта за наносимый ущерб. В качестве интегрального пока- зателя ущерба рассматривают систему зон влияния складированных отхо- дов на окружающую среду. В теории, различают два направления деятельности по обеспечению экологической безопасности недропользования: 1) управление отходами производства и оценка рисков, базирующиеся на универсальных для раз- личных отраслей методологиях; 2) специфические мероприятия, обуслов- ленные невозобновимостью ресурсов, необратимостью и неустранимостью (долговременностью) изменений «геологической среды». Например, поро- доугольные отвалы рассматривают в качестве источников долговременно- го воздействия на природные и антропогенные компоненты. Закономерно- сти функционирования отвалов имеют выраженную горно-геологическую специфику, но механизмы формирования зон влияния и способы борьбы с пы- лением – универсальны. В применении к недропользованию реализация принципа системности требует нахождения баланса всех основных производственных ресурсов – различных георесурсов, включая экологический потенциал геосистем, энергетических, экономических и людских. В другом аспекте реализация данного принципа предполагает изучение влияния недропользования на смежные с «геологической средой» земные оболочки, в том числе призем- ную атмосферу, а также на экосистемную целостность. Поэтому проблему освоения недр ныне рассматривают с двух взаи- мосвязанных позиций: 1) через призму задач промышленности (относитель- ное освоение) и 2) в контексте нарушения механизмов устойчивости био- сферы и построения сценариев цивилизационного развития (абсолютное освоение). Без изучения относительного освоения не может быть познан аб- солютный характер недропользования, а без формирования научных пред- 119 ставлений об абсолютном освоении недр – его относительный вид, кон- кретизируемый для каждого региона. Освоение недр изменяет на территории хозяйствования все стороны жизнедеятельности общества и всё многообразие общественных отноше- ний, формируя географический облик регионов и государства в целом. В свою очередь, изменения общественных отношений сказываются на гор- ном производстве. Это обобщение подтверждает и 300-летняя история Тульского края – староосвоенного горно-промышленного региона, уклад которого определялся ресурсными потребностями казённых оборонных предприятий. Исторически складывающаяся система социально-экономических и экологических интересов общества весьма пластична, что требует специ- ального выявления закономерностей изменения баланса интересов в исто- рическом прошлом, в современную эпоху и в будущем. Однако на совре- менном этапе ни одна взятая по отдельности область общественной дея- тельности, ориентированная на обеспечение экологической безопасности, будь то экономика, техника и технология, наука или право, не может при- вести к необходимому результату. Решение проблемы экологической безопасности достижимо лишь на путях реорганизации всех сторон обще- ственной жизни, объединяемых понятием культура. Итак, научная и практическая деятельность, нацеленная на совер- шенствование стратегии регионального социально-экономического разви- тия в кризисную эпоху, должна учитывать закономерности изменения ба- ланса социально-экономических и экологических интересов общества с особым вниманием к тому факту, что горнодобывающие предприятия издавна являются ключевым звеном в системе региональных хозяйствен- ных связей. Литература 1. Исаченко А.Г. Общая география в системе географических знаний / А.Г. Исаченко // Изв. Рус. географического общества. – Т. 132, вып. 2. – 2000. – С. 6-12. 2. Природопользование: учебное пособие для вузов / Э.М. Соколов [и др.]. – М.-Тула: Гриф и К, 2002. – 522 с. 3. Котляков В.М. География как многодисциплинарная наука (из опыта составления многоязычного словаря географических терминов)/ В.М. Котляков, А.И. Комарова // Изв. Академии наук. Серия географическая. – 2004. – № 3. – С. 8-17. 4. Хоба Ю. Бок о бок с монстром / Ю. Хоба //Донбасс. – 17.02.99. – № 31 (19450). 5. Григорьев Ал. А. Природные и антропогенные экологические катастрофы: проблемы риска / Ал.А. Григорьев, К.Я. Кондратьев // Изв. Рус. географического общества. – 1998. – № 4. – С. 1-9. 120 УДК 504.06:51-74 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ СЕТЕВЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЗАДАЧ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ 1Лаптёнок С.А., 1Морзак Г.И., 1Левданская В.А., 1Карпинская Е.В., 1Гордеева Л.Н., 2Осипов А.В. 1Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь 2«БЕЛТОПГАЗ», г. Минск, Беларусь Изложена методика применения технологии географических информационных систем для интерактивного пространственного моделирования и оптимизации маршрутов. Представлены пространственные модели маршрутов движения тех- нологического транспорта коммунального назначения. Последние десятилетия характеризуются интенсивным ростом про- изводства во всем мире и связанным с ним увеличением количества авто- транспорта и интенсификацией его использования. В связи с этим наблю- дается и значительный рост вклада в загрязнение атмосферы поллютантов, содержащихся в выхлопе двигателей внутреннего сгорания. В настоящий момент в мире эксплуатируется около 500 миллионов автомобилей. На автомобильный транспорт приходится более половины всех вредных вы- бросов в окружающую среду, являющихся главным источником загрязне- ния атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15000 км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода. В результате сжигания жидкого топ- лива в воздух ежегодно выбрасывается, по разным оценкам, от 180 до 260 тысяч тонн свинца, что в 60 - 130 раз превосходит естественное поступле- ние свинца в атмосферу при вулканических извержениях (2 - 3 тысячи тонн в год). [1]. Сложившаяся ситуация требует принятия неотложных мер, направленных на снижение нагрузки на окружающую среду. Снижение уровня загрязнения атмосферы выхлопами автотранспор- та может быть достигнуто следующими мерами: - снижением количества производимого и эксплуатируемого авто- транспорта, что в условиях интенсивного индустриального развития не представляется возможным; - снижением интенсивности эксплуатации транспорта, где это пред- ставляется возможным; - оптимизация маршрутов транспорта. Оптимизация маршрута является мерой, обеспечивающей ряд эф- фектов: экономический, экологический, эргономический и др. Вследствие сокращения пробега транспортного средства происходит сокращение про- бега, и, следовательно, снижение расхода топлива и амортизации, обеспе- 121 чивается сбережение моторесурса двигателя, снижается количество вы- бросов в атмосферу поллютантов, содержащихся в выхлопе. Таким обра- зом, оптимизация маршрутов может оказать значительное положительное влияние на общую ситуацию как в местном, так в региональном и гло- бальном масштабах. На практике оптимизация маршрута сводится к решению так назы- ваемой задачи коммивояжера, которая заключается в отыскании самого выгодного маршрута, проходящего через указанные пункты хотя бы по одному разу. В условиях задачи указываются критерий выгодности мар- шрута (кратчайший, самый дешёвый, совокупный критерий и т. п.) и соот- ветствующие матрицы расстояний, стоимости и т. п. Если это необходимо, указывается, что маршрут должен проходить через каждый пункт только один раз - в таком случае выбор осуществляется среди гамильтоновых циклов. Все эффективные (сокращающие полный перебор) методы реше- ния задачи коммивояжера являются эвристическими. В большинстве эври- стических методов находится не самый эффективный маршрут, а прибли- жённое решение. Часто используются алгоритмы, постепенно улучшаю- щие некоторое текущее приближенное решение (алгоритмы any-time) [2, 3]. Для решения задачи оптимизации маршрутов представляется целе- сообразным использование методов пространственного моделирования с применением технологии географических информационных систем (ГИС) [4-10]. В данной работе для построения векторной пространственной моде- ли и решения сетевых задач были использованы программные средства ArcView GIS и ArcView Network Analyst [11, 12] (Environmental Systems Research Institute, США). ArcView GIS представляет собой набор про- граммных средств, который предназначен для создания различных карто- графических моделей, добавления в готовые модели локальных табличных данных различных форматов (dBASE, Paradox, Microsft Access, Oracle и др.) и данных, хранящихся на удаленных серверах для их отображения, выполнения запросов и расчетов и осуществлять географическое (про- странственное) представление результатов. Модуль расширения ArcView Network Analyst предназначен для поиска оптимальных решений по эф- фективному использованию сетей, в частности, позволяет найти самый короткий путь и определить оптимальную последовательность посещения заданных пунктов, создать карты и маршрутные листы. В качестве объекта оптимизации был выбран маршрут движения коммунального транспорта, обеспечивающего сбор твердых коммуналь- ных отходов (ТКО) из контейнеров в жилом микрорайоне «Сухарево-2» г. Минска. 122 С использованием инструментария ArcView 3.2a была построена векторная пространственная модель территории микрорайона «Сухарево- 2», включающая тематические слои с отображением дорожной сети (ули- цы Лобанка, Сухаревская, Шаранговича и внутренние проезды), жилой и инфраструктурной застройки (жилые дома, школы, детские дошкольные учреждения и др. со следующими адресами: ул. Лобанка 81, 85, 87, 89, 95, 97, 99, 107, 109; ул. Сухаревская 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 21/1, 21/2; ул. Шаранговича 52, 54, 56.) и пунктов загрузки ТБО, обозначенных адресами (Л – по улице Лобанка, С – Сухаревской, Ш – Шаранговича). Средствами модуля Network Analyst осуществлялось решение сете- вых задач по определению оптимальных маршрутов при интерактивном изменении условий – изменении направлений въезда и выезда (рис. 1, 2) и невозможности движения по ряду отрезков дорожной сети (рис. 3) с фор- мированием маршрутного листа для каждого варианта. Рис. 1. Результат моделирования оптимального маршрута при сборе ТКО (въезд и выезд: ул. Шаранговича со стороны МКАД) Порядок посещения пунктов для различных маршрутов представлен в сводной таблице маршрутных листов. Очевидно, что внутри выбранного микрорайона оптимальным является маршрут № 1 (его длина является минимальной – см. табл.). 123 Рис. 2. Результат моделирования оптимального маршрута при сборе ТКО (въезд: ул.Шаранговича со стороны центра; выезд: ул.Лобанка в сторону МКАД) Рис. 3. Результат моделирования оптимального маршрута при сборе ТКО (некоторые внутренние проезды закрыты для движения автотранспорта) 124 Таблица. Порядок посещения пунктов загрузки ТКО при различных усло- виях движения Адреса Варианты маршрутов № 1 № 2 № 3 № 4 Л 81 Въезд (Ш) Въезд (Л) Въезд (Ш) Въезд (Ш) Л 85 Л 107 Л 85 Ш 56 С 3 Л 87 Л 109 Л 81 Ш 54 С 1 Л 89(1) Л 99 С 21/2 Ш 52 Ш 52 Л 89(2) Л 97 С 21/1 С 1 Ш 56 Л 95 Л 87 С 5 С 3 Ш 54 Л 97 Л 89(2) С 9-11 С 5 С 15 Л 99 Л 95 С 7 С 15 С 13 Л 107 Л 89(1) С 15 С 17 С 17 Л 109 Л 85 С 13 С 13 С 5 С 1 Л 81 С 17 С 7 С 7 С 3 С 21/2 С 3 С 9-11 С 9-11 С 5 С 21/1 С 1 С 21/1 С 21/1 С 7 С 5 Ш 52 С 21/2 С 21/2 С 9-11 С 15 Ш 54 Л 81 Л 81 С 13 С 17 Ш 56 Л 85 Л 85 С 15 С 13 Л 107 Л 107 Л 107 С 17 С 7 Л 109 Л 109 Л 109 С 21/1 С 9-11 Л 99 Л 99 Л 99 С 21/2 С 3 Л 97 Л 97 Л 97 Ш 52 С 1 Л 87 Л 87 Л 87 Ш 54 Ш 52 Л 89(2) Л 89(2) Л 89(2) Ш 56 Ш 54 Л 95 Л 95 Л 95 Ш 56 Л 89(1) Л 89(1) Л 89(1) Въезд Въезд Выезд (Л) Выезд (Л) Длина маршрута, м 5604 5707 6378 6994 В случае недоступности для проезда отдельных участков дорожной сети данное условие автоматически учитывалось при решении задачи оп- тимизации и недоступные участки исключались из маршрута движения. Дружественный интерфейс приложения ArcView и модуля расширения Network Analyst обеспечил оперативность изменения условий при поста- новке задач по моделированию различных вариантов маршрутов. Результаты проведенного исследования позволяют сделать заклю- чение об эффективности применения технологии географических инфор- мационных систем для решения задач интерактивного пространственного моделирования оптимальных маршрутов на основании векторных про- странственных сетевых моделей. Данная методика с успехом может ис- пользоваться для оперативного планирования и оптимизации маршрутов движения технологического транспорта в сфере производства, торговли, 125 коммунального хозяйства и т.п. в целях улучшения экономических и эко- логических показателей деятельности предприятий. Литература 1. Логинова В.Ф. Состояние природной среды Беларуси: Экол. бюл. 2007 г. – Мн.: Минсктиппроект, 2008, – 376 с. 2. Ананий В. Глава 3. Метод грубой силы: Задача коммивояжера // Алгоритмы: введение в разработку и анализ – М.: «Вильямс», 2006. – С. 159-160. 3. Томас Х. Кормен Алгоритмы: построение и анализ – 2-е изд. / Томас Х. Кор- мен, Чарльз И. Лейзерсон, Рональд Л. Ривест, Клиффорд Штайн // – М.: «Виль- ямс», 2006, – 1296 с. 4. Хаксхолд Виллиам Ё. Введение в городские географические информационные системы. / Пер. с англ. – New York: Oxford University Press, 1991, – 317 с. 5. Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика./ Под ред. Д.В.Лисицкого – М.: «Картгеоцентр» «Геодезиздат», 1993. 6. Лаптенок, С.А. ГИС помогает оценить состояние здоровья детей и подростков Беларуси / Лаптенок, С.А., Аринчин, А.Н., Быль, В.И. //ArcReview. Современные информационные технологии Москва, 2001, №1, – С. 7. 7. Лаптенок, С.А. Применение технологии географических информационных сис- тем для изучения динамики заболеваемости населения / Лаптенок, С.А., Мощик, К.В., Ванагель, С.А. // Здравоохранение, 2002, № 10, – С. 52-55. 8. С.А. Лаптенок Реконструкция коллективной дозы внутреннего облучения на основе линейной регрессионной модели с применением методов пространственного анализа и технологии географических информационных систем (ГИС) / Медико-биологические аспекты аварии на Чернобыльской АЭС, 2004, №1. – С. 15-20. 9. Бубнов, В.П. Решение задач экологического менеджмента с использованием методологии системного анализа / Бубнов, В.П., Дорожко, С.В., Лаптенок, С.А. // – Минск: БНТУ, 2009, – 266 с. 10. Морзак, Г.И. Пространственное моделирование в промышленной и социальной экологии / Морзак, Г.И., Лаптёнок, С.А. // – Минск, БГАТУ, 2011, – 210 с. 11. Ресурсы web-сайта www.esri.com. 12. Ресурсы web-сайта www.dataplus.ru УДК 504.06:51-74 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ 1Лаптёнок С.А., 1Морзак Г.И., 1Хорева С.А., 1Левданская В.А, 1Карпинская Е.В., 1Гордеева Л.Н., 2Осипов А.В. 1Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь 2«БЕЛТОПГАЗ», г. Минск, Республика Беларусь Изложена методика применения технологии географических информационных систем для трехмерного моделирования распространения поллютантов в атмо- 126 сферном воздухе. Представлены трехмерные пространственные модели объектов энергетики, прилегающих к ним территорий и объемного распределения поллю- тантов. Защита атмосферного воздуха от загрязнения является одной из наиболее острых проблем современности. Развитие энергетики и промыш- ленности неизбежно сопровождается увеличением потребления топлива, обрабатываемых материалов и ростом количества образующихся токсич- ных веществ. В последние десятилетия XX и первые годы XXI века про- блема окружающей человека среды от загрязнения приобрела особое зна- чение практически для всех развитых государств. Несмотря на то, что на долю природных источников загрязнения воздуха приходится свыше 50 % соединений серы, 93 % оксидов азота, значительная доля оксида углерода и ряд других загрязнителей, наибольшую опасность создают искусствен- ные источники загрязнения воздуха, связанные с деятельностью человека, в первую очередь процессы сжигания топлива. Поступление значительных объемов продуктов сгорания топлива от котлов, промышленных печей, а также отработанных газов автомобилей изменяют состав атмосферного воздуха, часто приближая концентрации токсичных веществ к опасным по биологическому действию на человека, животных, растения, приводит к быстрой коррозии металлов. Мероприятия по защите воздушного бассейна от загрязнения в це- лом для экономики отдельно взятой страны не являются убыточными, т.к. ущерб, причиняемый загрязнением воздуха здоровью населения, жилым и промышленным зданиям, урожайности сельскохозяйственных культур (особенно некоторым фруктовым деревьям), лесам и паркам, в крупней- ших городах составляет ежегодно значительные суммы. Загрязнение атмо- сферного воздуха увеличивает скорость коррозии металлов в 10-20 раз. Только из-за действия загрязнителей на металлы, краску, кожу, резину и другие материалы ежегодные потери в США составляют около 1 миллиарда долларов, а совокупный ущерб достигает 12-14 миллиардов долларов [1]. Сокращение затрат на возмещение ущерба, обусловленного загряз- нением атмосферного воздуха, возможно исключительно за счет принятия адекватных мер по сокращению вредных выбросов и минимизации воз- действия поллютантов. В свою очередь, оценка адекватности и эффектив- ности таких мероприятий не представляется возможным без четкого пред- ставления о возникновении и развитии объемных процессов, протекающих в воздушной среде. Моделирование таких процессов является достаточно трудоемким и не может эффективно осуществляться без применения средств вычислительной техники и соответствующего программного обес- печения. 127 Целью данного исследования явилась оценка эффективности ис- пользования технологии географических информационных систем при решении задач объемного пространственного моделирования. Объектом исследования являлся процесс распространения в воздухе условного поллютанта, выбрасываемого котельной, расположенной вблизи жилого микрорайона улицы Харьковской в г. Минске (район кинотеатра «Современник»). В качестве программного обеспечения была выбрана среда ArcView GIS 3.2a с модулями расширения Spatial Analyst 2.0a и 3D Analyst 1.0 [3 - 6]. ArcView представляет собой набор программных средств, который предназначен для создания различных картографических моделей, добав- ления в готовые модели локальных табличных данных различных форма- тов (dBASE, Paradox, Microsoft Access, Oracle и др.) и данных, хранящихся на удаленных серверах для их отображения, выполнения запросов и расче- тов и осуществлять географическое (пространственное) представление результатов. Модуль ArcView Spatial Analyst позволяет раскрыть и лучше понять пространственные взаимосвязи различных блоков информации, от просмотра и запросов к данным до создания интегрированного пользова- тельского приложения, ориентированного на решение соответствующих задач. В модуле реализован спектр методов построения и анализа как рас- тровых, так и векторных пространственных моделей. Модуль ArcView 3D Analyst даёт возможность рассчитать и визуализировать высоты точек, профили, изолинии, рельеф с отмывкой, линии наибольших уклонов и ряд других трехмерных (3D) характеристик. Полученная при помощи встроен- ных функций анализа поверхностей информация может использоваться как непосредственно, сама по себе, так и в комплексе с различными про- странственными данными и функциями. Средствами ArcView на основе космического снимка территории г. Минска [7] была создана двумерная векторная пространственная модель фрагмента территории с нанесенными природными объектами и зданиями различного назначения. Затем в данную модель были добавлены проекции реперных точек замеров концентрации поллютанта на различных высотах. Средствами модуля 3D Analyst создана триангуляционная модель земной поверхности с особенностями рельефа и нанесены расположенные на ней объекты. Далее средствами модуля Spatial Analyst по значениям в реперных точках проводилась интерполяция регулярных поверхностей, представ- ляющих собой непрерывные пространственные модели распределения концентраций условного поллютанта в воздухе на высотах 125, 75 и 50 м. Затем средствами 3D Analyst данные поверхности были интегрированы в объемную модель объекта (рис. 1). 128 Рис. 1. Совокупная трёхмерная пространственная модель распределения концентраций условного поллютанта в воздухе на высотах 125, 75 и 50 м (район ул. Харьковская – Берута, г. Минск) Средствами комплекса были выделены точки и построены поверх- ности с равными значениями расчетной концентрации условного поллю- танта. На рис. 2. представлены поверхности распределения концентраций поллютанта с уровнем 90 и 60 условных единиц. Сервисный инструмента- рий системы позволяет добиться максимальной информативности моделей. Рис. 2. Трёхмерная пространственная модель поверхностей распределения концентраций поллютанта с уровнем 90 и 60 условных единиц (район ул. Харьковская – Берута, г. Минск) 129 Следует отметить, что ограниченное количество реперных точек и высот, а также значительный разброс значений обусловил известную при- ближенность, условность моделей. Тем не менее, очевидно, что при соот- ветствующей коррекции исходных данных точность моделирования будет увеличиваться. Использование данной методики моделирования и анализа пред- ставляется достаточно перспективным не только при изучении процессов, протекающих в атмосферном воздухе, но и при прогнозировании воздей- ствия подобных процессов на загрязнение территорий. На базе средства ArcView GIS, Spatial Analyst и 3D Analyst, создан информационно- аналитический комплекс для создания и анализа трехмерных пространст- венных моделей промышленных источников загрязнения (рис. 1, 3) и территорий, подвергающихся их воздействию при незначительном (рис. 1 - 3), среднем (рис. 2, 3) и значительном удалении (рис.4) от источника. Таким образом, можно заключить, что метод трехмерного про- странственного моделирования с применением технологии географиче- ских информационных систем может эффективно использоваться для ре- шения задач анализа динамики объемных процессов различного характера. Рис. 3. Трёхмерная пространственная модель фрагмента территории с источниками выбросов в атмосферу различных полютантов (ТЭЦ-4, г. Минск) 130 Рис. 4. Трёхмерная пространственная модель фрагмента территории микрорайона «Сухарево» Фрунзенского района г. Минска, созданная с учетом рельефа земной поверхности Литература 1. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. – Л.: Недра, 1988, – 312 с. 2. NATO Challenges of Modern Society Volume 22. Air Pollution Modeling and Its Application XII. Edited by Sven-Eric Gryning and Nadine Chaumerliac, Plenum Press, New York, 1998, – 770 p. 3. Бубнов, В.П. Решение задач экологического менеджмента с использованием методологии системного анализа / Бубнов, В.П., Дорожко, С.В., Лаптенок, С.А. // – Минск: БНТУ, 2009, – 266 с. 4. Морзак, Г.И. Пространственное моделирование в промышленной и социальной экологии / Морзак, Г.И., Лаптёнок, С.А. // – Минск, БГАТУ, 2011, – 210 с. 5. Ресурсы web-сайта www.esri.com. 6. Ресурсы web-сайта www.dataplus.ru 7. Ресурсы web-сайта www.yahoo.com УДК 502.11 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ТУЛЬСКОГО КРАЯ Волков А.В. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия В публикации на основе материалов комплексных исследований рассмотрены экологиче- ские факторы различной природы, оказывающие существенное влияние на трудо- способность и здоровье населения Тульского края. 131 Познавательная и практическая деятельность, нацеленная на совер- шенствование стратегии регионального социально-экономического разви- тия, должна учитывать закономерности изменения баланса социально- экономических предпочтений и экологических ограничений с особым вниманием к тому факту, что горнодобывающие предприятия являются ключевым звеном в системе региональных хозяйственных связей. Это положение в полной мере справедливо для Тульской области, в границах которой напряженная экологическая ситуация складывалась на протяжении веков. Как указывают историки, с середины XVII века Тула перестаёт быть пограничным городом, её население растёт. Накапливается опыт по добыче, выплавлению и обработке железа. Организация казённых железоделательных заводов способствует росту металлообработки, разви- тию «самопального» оружейного дела. Оружейники наделяются особыми пра- вами и привилегиями. В 1712 году учрежден Тульский оружейный завод, где применяются самые передовые технологии. Во второй половине XVIII в. по объему внешней торговли Тула занимает третье место после Москвы и Санкт-Петербурга [1]. Промышленная добыча угля начинается в 1855 году. В 1879 году до- быча составляла 468 тыс. т (28 % угля России), однако, с развитием Дон- басса, сократилась до 284 тыс. т (2,3 %). Ныне Тульская область относится к группе субъектов РФ с напряжён- ной экологической обстановкой. По объему выбросов в атмосферу от ста- ционарных источников область занимает первое место в ЦФО, а по объёму стоков – третье, уступая лишь Москве и Ярославской области. На основании априорной информации о масштабах воздействия, ав- торами исследования [2] окружающая среда Тульской области представ- лена двумя ареалами – средой проживания городского и сельского населе- ния. Первый ареал объединяет антропогенно-модифицированные геосисте- мы, находящиеся в экстремальных экологических условиях. В то же время сельская местность, хотя и затронутая техногенным воздействием, отлича- ется приемлемым качеством природной среды. При оценке влияния пол- лютантов на здоровье населения учитывался лаг между экспозицией загряз- няющих веществ и откликом физиологических систем организма. Фактический материал для параметрической идентификации моделей получен в результате цикла научно-исследовательских работ, проведённых Администрацией г. Тулы (1997 – 2005), городским комитетом здравоохра- нения, Тульским государственным университетом, Центром Госссанэпид- надзора по Тульской области, Тульским областным онкологическим дис- пансером, институтом промышленной экологии УрО РАН (г. Екатеринбург), НИИ «Атмосфера» (г. Санкт-Петербург), ГНПП «Аэрогеофизика» (г. Мо- сква). 132 По результатам исследований сделаны следующие заключения. Во всех районах Тулы и области питьевая вода соответствует санитар- ным требованиям (СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водо- снабжения. Контроль качества»). Исключение составляют лишь показатели жесткости и общей минерализации воды, а также содержания фтора и строн- ция. Исследования показали, что качество питьевой воды является одним из многих и, к тому же, не самым важным фактором, формирующим здо- ровье населения. Тем не менее, выявлена прямая корреляционная связь жесткости и общей минерализации воды с широким спектром паталогий, включая заболевания органов кровообращения и злокачественные новооб- разования желудка. В целом, вклад экологических факторов в развитие злокачественных новообразований желудка составляет 22 %. Одной из важнейших экологических проблем Тульского края призна- ётся загрязнение атмосферы. В середине 2000-х годов более 9,5 тысяч пред- приятий и организаций выбрасывали в атмосферу около 150 тыс. т/год 188 наименований загрязняющих веществ, в том числе 70 тыс. т оксида угле- рода (45 %) и 40 тыс. т твёрдых частиц (25 %). Основной вклад в загрязне- ние окружающей среды стационарными источниками вносят предприятия чёрной металлургии (45 %), электроэнергетики (38 %) и химической промыш- ленности (12 %). Доля уловленных и утилизированных веществ составляет 70-80 % от их общего количества. Наибольшая степень очистки выбросов отмечается на предприятиях стройиндустрии (99,3 %), электроэнергетики (82,2 %) и химической промышленности (75,2 %). В последнее десятилетие валовый выброс в атмосферу от стационар- ных источников сокращался, а от автомобильного транспорта устойчиво возрастал. Количество транспортных единиц в регионе увеличилось более чем в 3 раза, и выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта состави- ли треть валового выброса, в том числе 45 % оксида углерода. Более 40 % от всего объёма выбросов приходится на Тулу. В областном центре основными источниками загрязнения атмосфе- ры являются предприятия металлургии (90 %), машиностроения, нефтехи- мии, газовой промышленности и стройиндустрии, а также котельные. Оза- боченность гигиенистов вызывает загрязнение воздуха соединениями тяжё- лых металлов, поскольку концентрации многих из них превышают предель- но допустимые величины. В качестве наиболее распространенных полютан- тов установлены соединения свинца, марганца, никеля, хрома, меди, окислы алюминия, магния, цинка, железа, кальция. Однако, в соответствии с действующей на момент исследований ме- тодикой Минприроды, критериям выделения зон чрезвычайной экологиче- ской ситуации соответствуют лишь среднегодовые концентрации пыли 133 (фактические значения находятся вблизи минимальной границы норма- тивного диапазона) и бенз(о)пирена (фактические значения – в середине диапазона). В северной промышленной части города максимальная кратность пре- вышения величин среднегодовых концентраций пыли над величиной средне- суточной ПДК составила 2,0-3,7 раза, а для бенз(о)пирена – 1,7-7,7 раза. Для остальных районов города превышение по данным компонентам не установ- лено. Тем не менее, формально по двум взаимосвязанным компонентам – приземной атмосфере и почве – Тула может претендовать на статус зоны чрезвычайной экологической ситуации [2]. Следует также подчеркнуть, что угли и золы Мосбасса содержат уран и продукты его распада (Rn), что осножняет экологическую ситуацию в регионе. Дополнительное загрязнение 60 % территории Тульской области с населением 0,9 млн. человек – с 0,1 до 10 Ки/км2 – обеспечила авария на ЧАЭС. Таким образом, складывающаяся в регионе ситуация ухудшает по- казатели заболеваемости и смертности населения. Подтверждена зависимость уровня заболеваемости органов дыхания, сердечно-сосудистых и онкологиче- ских патологий, сокращения общей продолжительности жизни от состояния окружающей среды [2]. По указанным критериям здоровье населения Тулы хуже, чем в областных центрах соседних регионов, однако, по большей части показателей различия с контролем не слишком велики и практически всегда ниже среднего уровня по РФ. В целом, состояние здоровья туляков неблагополучно. Однако существующий его уровень, согласно сложившейся практике оценивания, недостаточен для того, чтобы претендовать на статус зоны чрезвычайной экологической ситуации федерального значения. По данным профессора Б.А. Ревича (2010), дополнительная смертность населения горно-промышленных регионов, обусловленная загрязнением ме- стных продуктов питания поступающими с пылью Pb, Cd, Hg, As и други- ми металлами, составляет 4-19 % средней продолжительности жизни. В основу количественной оценки изменения здоровья населения по- ложено сокращение средней продолжительности жизни. Например, для Тулы величина ежегодного экономического ущерба определена в 600 млн. рублей при доходах регионального бюджета на уровне 50 млрд. рублей (2010) [2]. Важные закономерности формирования пылевой нагрузки на природ- ные и технологические комплексы, позволяющие интерпретировать эколо- го-географическую ситуации в Туле и Тульской области, установлены в ураль- ского горно-промышленном регионе. Пробы воздуха отбирались в вегетаци- онный период в Первоуральске. Основными источниками загрязнения го- рода признаны медеплавильный и хромпиковый заводы, а ведущими за- 134 грязнителями – медь, свинец, хром, фосфор, кальций, сера, цинк, ванадий, селен [3]. В ходе исследований установлены следующие закономерности: – в наибольших количествах в пробах представлены фракции до 0,1 мкм и 10-50 мкм, для которых отмечено максимальное содержание тяжё- лых металлов (таблица); – ведущий вклад частиц 10-50 мкм в атмосферную миграцию металлов обусловлен высоким содержанием фракции в аэрозолях, высокой исходной концентрацией тяжёлых металлов в них, высокими сорбционными воз- можностями частиц; Таблица - Преобладающие фракции тяжёлых металлов в пробах воздуха уральского горно-промышленного региона – результаты атмосферной миграции, в том числе дальность перено- са, определяются микроклиматическими особенностями региона; – в ходе миграции с увеличением расстояния от источника всё более существенная доля металлов переходит в воднорастворимые формы; – вторичное сорбционное поглощение тяжёлых металлов биомассой растений максимально для фракции 1-5 мкм. В условиях тульского горно-промышленного региона напряженная экологическая ситуация усугубляется не только пылевым фактором, но и аномальными значениями геофизических полей – отрицательной гравитаци- онной аномалией (рис. 1) и наследующей контуры зоны дробления поло- жительной магнитной аномалией (порядка 200…400 нТл). 135 Рис. 1. Отрицательная гравитационная аномалия (порядка 30…50 мГл), расположенная южнее Тулы (по данным ВСЕГЕИ СПб, 2004) Как можно предположить, зона дробления пород, находящая выра- жение в отрицательных значениях аномалии гравитационного поля и по- ложительных значениях аномалии магнитного поля, приурочена к литоло- гической границей гипсов (крап «v») и доломитов, сформировавшейся в кон- це девонского периода осадконакопления в центральной части Восточно- Европейской платформы (рис. 2). В контексте анализа факторов, определяющих формирование и раз- витие эколого-географической ситуации в Тульском крае, внимание при- влекает ещё один факт: расположение центральных областей России в облас- ти высоких значений глобального магнитного поля, характеризуемого ве- личиной полного вектора магнитной индукции F (рис. 3). Итак, на основании вышеизложенного могут быть сделаны сле- дующие заключения, определяющие основные задачи исследований в об- ласти механизмов формирования и закономерностей изменения во време- ни эколого-географических ситуаций регионального развития. 1. Недропользование – базовая технология развития современного об- щества, базирующаяся на природных закономерностях и одновременно наце- ленная на управление природными процессами. 2. Долгосрочные экологические издержки недропользования, связы- ваемые с отходами добычи, обогащения и первичного передела сырья, опре- деляются технологическим укладом общества, а также динамикой природ- ных и социальных процессов в границах территории освоения. 3. Закономерности социально-исторического развития территории мо- гут быть выявлены эмпирическими методами и использованы для анализа и прогноза региональных эколого-географических ситуаций. 136 4. Закономерности природного и социального развития служат ос- новой для разработки сценариев регионального развития как теоретиче- ской базы управления территориями. 5. Среди внешних факторов, сказывающихся на динамике общества, учёту подлежат и вариации приземного электромагнитного поля. Следовательно, в контексте совершенствования методологии оцен- ки и прогноза региональных геоситуаций необходимо идентифицировать региональные факторы экологической опасности, разработать модель ге- нерации аэрогеля отвалами горного производства – источниками долго- временного воздействия на окружающую среду, выявить закономерности функционирования данных источников, а также связь процессов генера- ции и осаждения аэрозолей на подстилающую поверхность, оценить роль действующих технологий в формировании аэрозольного загрязнения ат- мосферы, выявить обстоятельства социально-исторического развития ре- гиона и основные климатические Рис. 2. Положение литологической границы гипсов и доломитов в конце фаменского века девонской эпохи осадконакопления в пределах Восточно-Европейской платформы [4] 137 Рис. 3. Модель магнитного поля Земли – значений полного вектора магнитной индукции F, нТл (NOAA/NGDC&CIRES, US/UK, //ngdc.noaa.gov/geomag/WMM; 2010) тренды, предложить методы формального детектирования и качественной (содержательной) интерпретации складывающихся эколого- географических ситуаций, сформулировать подход к разработке сценариев регионального развития, а также экспериментально подтвердить гипотезу влияния вариаций приземного геомагнитного поля на ход физиологических процессов. Литература 1. Пеньков В.В. Край наш Тульский / В.В. Пеньков, С.М. Стекунов. – 2-е изд. – Тула: Приок. кн. изд., 1977. – 128 с. 2. Математические модели и методы оценки экологического состояния территорий / Е.А. Машинцов [и др.]. – М.: Изд. физико-математической литературы, 2010. – 228 с. 3. Роева Н.Н. Исследование форм загрязняющих элементов в аэрозольных частицах ат- мосферного воздуха / Н.Н. Роева [и др.]. // Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений; под ред. Ю.А. Израэля. – М.: Наука, 2001. – С. 242 с. 4. Историческая геология / Г.И. Немков [и др.]. – М.: Недра, 1974. – 320 с. 138 УДК 502.3:502.7 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ И ОЦЕНКА КОЛЛЕКТИВНОЙ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ Вакунин Е.И., Лебедев А.М., Коряков А.Е., Овчарова А.Н. Тульский государственный университет, г. Тула Рассмотрены вопросы оценки радиологического состояния территорий и факто- ры, влияющие на формирование коллективной дозы облучения населения. До недавнего времени в качестве фактора, определяющего экологи- ческое состояние различных территорий, рассматривалось загрязнение природных сред опасными химическими веществами и соединениями. Ра- диологическим аспектам формирования экологической обстановки уделя- лось значительно меньшее внимание. В настоящее время наблюдается рост научного интереса к загрязнению радиоактивными веществами в связи с фактами появления острых токсичных эффектов, вызванных загрязнением части территорий изотопами стронция и цезия. Внимание к радиологиче- ской составляющей экологического состояния возросло и вследствие ава- рии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. и ряда инцидентов с ядерным топли- вом на других гражданских и военных объектах. Радиоактивный фон окружающей среды обусловлен загрязнением природных сред различными радионуклидами и состоит из следующих основных компонентов: - излучения, обусловленного космическими источниками; - излучения от рассеянных в окружающей среде первичных радио- нуклидов; - излучения от естественных радионуклидов, поступающих в окру- жающую среду от производств, не предназначенных непосредственно для их получения; - излучения от искусственных радионуклидов, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топлив- ного цикла и других предприятий, использующих искусственные радио- нуклиды. Первые два компонента определяют естественный радиационный фон. Третий компонент определяется как техногенно-измененный радиа- ционный фон и формируется, главным образом, за счет выбросов естест- венных радионуклидов при сжигании органического топлива, поступления их при внесении минеральных (в первую очередь, фосфорных) удобрений и их содержания в строительных конструкциях и материалах. Природные источники излучения в структуре дозы облучения на- селения занимают ведущее место. По данным исследований последних лет, полученным в ходе радиационно-гигиенической паспортизации, на 139 долю природных источников в структуре годовой эффективной коллек- тивной дозы облучения населения приходится значительно более 2/3 дозы от всех источников радиации (рис.1). Рис. 1. Вклад различных источников в эффективную коллективную дозу Основным вкладом в дозовую нагрузку населения от природных ис- точников ионизирующего излучения, является радон и продукты его рас- пада в воздухе жилых и общественных зданий. Вклад этого источника в эффективную коллективную дозу населения составляет от 40 до 50 % (на- пример, для Тульской области в 2012 г. вклад составил 41,7 % от всех ис- точников ионизирующего излучения, а среди природных источников – 51,1 % (рис.2)). Рис. 2 Структура дозовой нагрузки от природных источников Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, по- падающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в не- проветриваемых помещениях. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. В результате в помещении могут возникать довольно вы- 140 сокие уровни радиации, особенно, если дом стоит на грунте с относитель- но повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Радиоактивность почв – обусловлена содержанием в почвах есте- ственных и искусственных радионуклидов. Естественная радиоактивность зависит главным образом от содержания урана, радия, тория, радиоактив- ного изотопа калия. Искусственная радиоактивность обусловлена взрыва- ми ядерного оружия, работой ядерных реакторов и аварий на них, отхода- ми атомной промышленности. К зонам радиоактивного загрязнения в результате аварии на Черно- быльской АЭС относятся в настоящее время 4412 населенных пункта, рас- положенные в 14 субъектах Российской Федерации. Наибольшие площади загрязнения расположены в Брянской, Калужской и Тульской областях. Основным радионуклидом, определившим характер техногенного загрязнения, является 137Cs и в меньшей степени 90Sr, причем радиацион- ная обстановка на этих территориях до настоящего времени определяется наличием долгоживущего продукта аварии - цезием-137. Уровни радиоак- тивного загрязнения почвы на указанных территориях цезием-137 и стронцием-90 выше фоновых значений, обусловленных глобальными вы- падениями продуктов ядерных взрывов для равнинных территорий Рос- сийской Федерации. Загрязнение атмосферы техногенными радионуклидами на терри- тории Российской Федерации в настоящее время обусловлено ветровым переносом радиоактивных веществ с загрязненной в прошлые годы почвы глобальными выпадениями продуктов ядерных взрывов и радиационных аварий. Суммарная объемная активность приземного слоя атмосферного воз- духа практически целиком определяется природным радионуклидом 210Pb. В 2011 г. дополнительный вклад в радиоактивное загрязнение атмо- сферного воздуха внесли также техногенные радионуклиды, поступившие с воздушными массами на территорию России в результате аварии на япон- ской АЭС «Фукусима-1», произошедшей 12 марта 2011г. По данным Росгидромета в последней декаде марта и апреле 2011 г. в приземной атмосфере в суточных пробах аэрозолей регистрировались незначительно повышенные объемные активности цезия-137, цезия-134, йода-131 и других радионуклидов (йод-132, цезий-136, теллур-132), отсут- ствующих (кроме цезия-137) в составе глобального техногенного фона на территории Дальнего Востока и в центре Европейской территории России. Усредненные значения по содержанию радионуклидов в атмосфер- ном воздухе Тульской области за 2011 г., полученные Росгидрометом рас- 141 четным путем, представлены на рис. 3. Для сравнения представлены данные за 2010 г. до аварии на япон- ской АЭС “Фукусима-1”. Из данных рис. 3 следует, что радиоактивного загрязнения приземного слоя атмосферы над территорией Тульской облас- ти не произошло. Содержание радионуклидов и суммарная бета- активность остаются в характерном для России диапазоне. Радиационное загрязнение вод определяется присутствием в водах радиоактивных веществ, поступающих из атмосферы и вымываемых из почв и горных пород. Основным источником централизованного водоснабжения населе- ния Тульской области являются подземные артезианские воды. Радиоак- тивность таких вод обусловлена, прежде всего, присутствием естествен- ных радионуклидов – радона-222, 220, радия-226, 228, 224, урана-234, 238, калия-40, реже полония-210, свинца-210. Техногенную радиоактивность природных вод, обусловленную в первую очередь цезием-137 и стронци- ем-90, можно встретить в поверхностных водах, реже в грунтовых. Рис. 3. Уровни содержания радионуклидов в атмосферном воздухе В Тульской области имеются случаи превышения критериев пер- вичной оценки питьевой воды по удельной суммарной альфа-бета- активности, как правило, в пробах воды из подземных источников водо- снабжения. Данные по Тульской области за 2010-2012 г. о содержании радионуклидов в питьевой воде, родниках и в воде открытых водоемов представлены на рис.4. Суммарная активность в воде открытых водоемов значительно ниже, чем в питьевой воде из артезианских скважин и из род- ников. В питьевой воде скважин и родников наблюдаются случаи превы- шения допустимого уровня радона-222. При выдерживании этой воды в 142 открытом состоянии – радиоактивный газ радон-222 улетучивается и вода пригодна для употребления. Рис. 4. Суммарная альфа-бета-активность природных вод Тульской области В Российской Федерации обнаруживаются превышения допусти- мого уровня в пищевых продуктах только по содержанию цезия-137 в Брянской и Калужской областях. В Тульской области превышение норма- тивов в местной продукции регистрировалось только в 1986 г. В дальней- шем превышений допустимых уровней содержания радиоцезия в пищевых продуктах не отмечалось, за исключением дикорастущих продуктов. И в то же время содержание 137Cs в производимой на Тульской земле продук- ции в настоящее время превышает доаварийный уровень, несмотря на по- степенное снижение содержания 137Cs в продуктах питания (рис. 5). Рис. 5. Динамика изменения содержания 137Cs в продуктах питания 143 Серьезной радиационно-гигиенической проблемой является меди- цинское облучение человека, регламентация и ограничение которого по- зволяет существенно снизить суммарный уровень радиационного воздей- ствия на население страны. Наибольший вклад в коллективную дозу медицинского облучения пациентов Тульской области в 2012 г. внесли рентгенографические иссле- дования (33,8 %) и компьютерная томография (26,3 %). Вклад флюорогра- фических исследований составил 14,1 %, рентгеноскопических исследова- ний 15,8 % (рис. 6). По сравнению с 2011 г. возросло количество флюорографических и рентгенографических диагностических исследований. Наибольший рост наблюдается для компьютерной томографии как одного из наиболее ин- формативных методов диагностики. Рис. 6. Вклад различных методов диагностики в дозу медицинского облучения населения Однако в последние годы за счет оптимизации рентгенологических исследований и внедрения новой низкодозовой техники при увеличении количества исследований коллективная доза медицинского облучения снижается (рис. 7). В итоге доза, полученная от медицинских источников, в 2012 г. снизилась до среднероссийских показателей. 144 Рис. 7. Динамика коллективной дозы населения, полученной в результате рентгенографических исследований В итоге, сравнивая средние индивидуальные дозы облучения насе- ления Тульской области за 2011 г. и 2012 г. со среднероссийскими пока- зателями и критериями оценки доз облучения, можно отметить, что средняя доза облучения населения Тульской области, полученная от всех источников меньше среднероссийской, значительно ниже приемлемого уровня 5 мЗв/год, определенного Нормами радиационной безопасности НРБ-99/2009 и имеет тенденцию к снижению (рис. 8). Рис. 8. Сравнительная характеристика средних индивидуальных доз облучения населения Российской Федерации и Тульской области 145 Доза от техногенного фона превышает среднероссийский, но не превышает регламентированного предела дозы в 1 мЗв/год (НРБ-99/2009). Оценка облучения населения, показала, что накопленная за весь период средней продолжительности жизни человека (70 лет) дополнительная средняя эффективная эквивалентная доза облучения вследствие Черно- быльской аварии не превысит дозового предела 70 мЗв, определенного нор- мативным документом СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009). Для дальнейшего снижения радиационных рисков на основании анализа структуры доз облучения населения необходимо выделить сле- дующие направления профилактической и реабилитационной деятельно- сти: - контроль за содержанием природных радиоактивных элементов в воздухе, строительных материалах, воде и других объектах окружающей среды; - охрана атмосферного слоя Земли как природного экрана, предо- храняющего от губительного космического воздействия радиоактивных частиц; - соблюдение глобальной техники безопасности при добыче, ис- пользовании и хранении радиоактивных элементов, применяемых челове- ком в процессе его жизнедеятельности; - модернизация парка рентгеновской техники – замена старого обо- рудования на новое поколение малодозовых цифровых аппаратов; - радиационный мониторинг техногенного загрязнения объектов ок- ружающей среды, питьевой воды, сельскохозяйственной продукции, по результатам которого оценивается доза облучения населения, проживаю- щего на загрязненных территориях. УДК 504.61:622.272 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫДЕЛЕНИЯ ПЫЛИ ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Вакунин Е.И., Коряков А.Е., Туляков С.П., Нечаева О.А. Тульский государственный университет, г.Тула, Россия Разработанное на кафедре АОТиОС ТулГУ программное обеспечение расчета выделения пыли при складировании и перегрузке сыпучих материалов позволяет оценить степень загрязнения окружающей среды и разработать мероприятия по снижению негативного воздействия. Процесс складирования и перегрузки сыпучих веществ является ин- тенсивным источником пылеобразования, что приводит к загрязнению окружающей среды. 146 Методика расчета выбросов пыли от источников пылеобразования является достаточно трудоемкой, так как требует привлечения справочной информации, характеризующей свойства сыпучих материалов и оборудо- вания используемого при добыче и переработке полезных ископаемых. Создание программы расчета выбросов пыли позволит значительно снизить трудозатраты при проведении расчетов выбросов загрязняющих веществ. Интенсивными неорганизованными источниками пылеобразования являются пересыпка материала, погрузка материала в открытые вагоны, полувагоны, загрузка материала грейфером в бункер, разгрузка самосвалов в бункер, ссыпка материала открытой струей в склад и др. Для процессов перегрузки пылящих материалов следует применять для удельных выбросов (г/с) формулу: 36001068754321 /BGKKKKKKKM ЧГР  , а для валовых выбросов (т/год): BGKKKKKKKÏ ÃÎÄÃÐ  8754321 , где 1Ê - весовая доля пылевой фракции в материале. Определяется путем отмывки и просева средней пробы с выделением фракции пыли раз- мером от 0 до 200 мкм; 2K - доля пыли (от всей весовой пыли), перехо- дящая в аэрозоль; 3K - коэффициент, учитывающий местные метеоусло- вия, 4K - коэффициент, учитывающий местные условия, степень защи- щенности узла от внешних воздействий, условия пылеобразования; 5K - коэффициент, учитывающий влажность материала, определяется в соот- ветствии с данными. Под влажностью материала понимается влажность его пылевой и мелкозернистой фракции ( 1d мм); 7K - коэффициент, учитывающий крупность материала; 8K - коэффициент, учитывающий тип грейфера и род перегружаемого материала; B - коэффициент, учиты- вающий высоту пересыпки; ×G - суммарное количество перерабатываемого материала в час, т/час.; ÃÎÄG - суммарное количество перерабатываемого материала в течении года, т/год. 147 При статическом хранении пылящих материалов следует применять для удельных выбросов (г/с) формулу: )100/1()(11,07654 7654   ÐÀÁÏË ÐÀÁÕÐ FFqKKKK FqKKKKM а для валовых выбросов (т/год): )365()100/1( 1064,811,0 7654 2 C ÏËÕÐ T FqKKKKÏ     , где 6K - коэффициент, учитывающий профиль поверхности складируемо- го материала, определяется как отношение ÏËÔÀÊÒ FF / ; ÔÀÊÒF - факти- ческая площадь поверхности материала с учетом рельефа его сечения, 2ì ; ÏËF - поверхность пыления в плане, 2м ; ÐÀÁF - площадь в плане, на которой систематически производятся погрузочно-разгрузочные работы (не реже 1-го раза в неделю), 2ì ; CT - число дней со снежным покровом за год (запрашивается в территориальном комитете по гидрометеороло- гии);  - коэффициент эффективности борьбы с поверхностным пылени- ем, %. При использовании в качестве пыле связующего вещества раствора хлористого кальция, ССБ, битумной эмульсии -  = 80 %; при использо- вании лингосульфаната -  = 90 %; q - максимальная удельная сдувае- мость пыли, г/( 2ì c), определяется по формуле: 310 bVaq , где ba, – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа перегружаемо- го материала; V – скорость ветра, м/c. Предлагаемый программный продукт «Пылеобразование» является оригинальной разработкой, написанной на языке программирования Object Pascal с использованием интегрированной среды разработки Delphi. Результаты расчета выбросов пыли при складировании и перегрузке сыпучих материалов, получаемые в максимально удобной для последую- щей обработке форме, позволяют максимально ускорить процесс расчета 148 выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и оперативно оце- нить степень негативного воздействия на окружающую среду. Программа представляет собой набор форм для ввода данных и вы- вода полученных результатов. В начале работы задаются - реквизиты ор- ганизации и ФИО ее руководителя. Дата и время проведения расчета могут быть либо заданы автоматически, либо при необходимости изменены. После выбора типа источника выбросов (при хранении и перегруз- ке) и типа перегружаемого материала вводятся координаты источника за- грязнения (предварительно произвольный по конфигурации источник ап- проксимируется прямоугольником) путем задания координат середин про- тивоположных сторон и ширины (рис.1). Рис. 1. Запросная форма «Координаты источника» Затем задаются характеристики перегружаемого материала - разме- ры кусков, влажность материала и условия перегрузки - высота падения материала (рис.2). При выборе типа склада используемого запросная форма представ- лена в виде поясняющих рисунков (рис.3). Полученные в результате расчета значения выбросов загрязняющих веществ вместе с исходными данными источника формируют полный от- чет, который выводится как на экран дисплея, так и при необходимости может быть записан во временный файл 'Works.rtf', который впоследствии используется при инвентаризации источников выбросов предприятия. 149 На основании полученных результатов расчетов оценивается сте- пень негативного загрязнения окружающей среды продуктами пыления и разрабатываются мероприятия по снижению данного загрязнения. Рис. 2. Запросная форма «Характеристика материала» Рис. 3. Запросная форма «Типы складов» 150 УДК 504.53.054 УСТАНОВЛЕНИЕ КЛАССА ОПАСНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ В ПРИДОРОЖНОЙ ПОЛОСЕ ГОРОДСКОЙ АВТОМАГИСТРАЛИ Левданская В.А., Шавяка Е.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск В работе рассматривается проблема загрязнения придорожных полос городских автомагистралей и определяется степень угнетения микрофлоры почвы методом биоиндикации с использованием современных программных средств Интенсивный рост городов закономерно влечет увеличение нагруз- ки на окружающую среду и ее компоненты. Наибольшая доля загрязнения окружающей среды с последующей деградацией природных экосистем приходится на автотранспорт. Автотранспорт является специфическим источником загрязнения, состоящим из множества наземных передвижных точечных источников, сосредоточенных на различных автомагистралях. Зоны загрязнения окружающей среды, формируемые выбросами авто- транспорта, характеризуются высокими значениями концентрации вред- ных веществ и распространяются на большие территории. Роль одного отдельно взятого транспортного средства в изменении состояния придорожной зоны незначительна, однако при регулярности такого воздействия она многократно возрастает. Транспортный поток пре- вращается в постоянно действующий источник техногенного загрязнения, приводящий к загрязнению воздушной среды, как в придорожной зоне, так и всей экосистемы. Кроме того, изменяются физико-химические свойства почвогрунтов, их переуплотнение, загрязнению поллютантами, в частно- сти тяжелыми металлами, что вызывает повышение их фитотоксичности, приводящей к ухудшению условий произрастания зеленых насаждений. Известно, что на придорожной полосе оседает более 70 % общего количества свинца, поступающего в воздух с отработавшими газами авто- мобильных двигателей. Наибольшая концентрация свинца в почве наблю- дается вблизи земляного полотна и может превышать его фоновое значе- ние в десятки раз. Накапливающиеся в верхних слоях почвы свинец и дру- гие тяжелые металлы (в частности, кадмий) изменяют химический состав почвы, ухудшают условия жизни в ней микроорганизмов и проникают в растения, создавая опасность для здоровья людей. Не является исключением и Республика Беларусь, для которой эта проблема также является актуальной, что обусловлено значительным рос- том автопарка. В республике в период с 2007 по 2012 год количество ав- томобилей увеличилось с 2,5 млн. до 3,4 млн. В г. Минске в данный мо- мент насчитывается порядка 700 тыс. автомобилей, что делает необходи- 151 мым определение класса опасности загрязнения почв в придорожных по- лосах, что и стало целью данной работы. Оценить загрязнение придорожных зон автотранспортом можно пу- тем определения биологической активности почв придорожной полосы, проведя биоиндикационную оценку. В основе определения класса опасности загрязнения почв лежит из- менение биологической активности почвенной микрофлоры. Воздействие токсичных веществ на микрофлору оценивали путем сравнения испытуе- мых и контрольных проб, а показателем биологической активности явля- лась их средорегулирующая активность. Для анализа отобраны пробы загрязненной почвы на участке ул. Орловской от площади Банголор до ул. Карастояновой г. Минска. Выбор данного места обусловлен интенсивным движением автотранспорта в обе стороны и наличием кругового движения. Отбор проб производили общепринятым методом с помощью поч- венного бура методом квадрата. Для анализа было отобрано 12 проб, схе- ма забора которых представлена на рис. 1. Рис. 1. Схема отбора проб На рисунке показаны точки отбора проб: 6 проб взято непосредст- венно около проезжей части (пробы а) и 6 проб в шести метрах удаления от дороги (пробы б). К взвешенным навескам влажных образцов добавляли раствор глюкозы, после чего открытые чашки с навесками помещались в гермети- ческие сосуды объемом 500 см3.Туда же помещали стеклянные стаканчики с 20 см3 раствора гидроксида натрия. Одновременно ставили опыт для холостого определения СО2. Количество выделившегося СО2 определяли ежедневно через каждые 24 часа, титруя образцы раствором серной ки- 152 слоты. Определение СО2 прекращали после прохождения пика его макси-мума выделения. Для определения объема выделившегося СО2 был составлен алго- ритм, реализованный в виде программы расчета данного показателя с ис- пользованием языка программирования Borland Pascal 7.0. На основании этой программы была определена степень изменения биоактивности мик- рофлоры, представленная на рис. 2. Пик активности пришелся на 3 день эксперимента. 0 10 20 30 40 50 60 70 1а 1б 2а 2б 3а 3б 4а 4б 5а 5б 6а 6б % Степень изменения биологической активности, % Номер пробы   Рис. 2. Диаграмма степени изменения биологической активности проб На основании полученных данных построена непрерывная про- странственная модель территориального распределения степени угнетения биоценозов на территориях с различным удалением от проезжей части городской автомагистрали с высокой интенсивностью движения транспор- та (рис. 3). Модель формировалась с использованием средств программно- го комплекса ArcView GIS 3.3 и модуля расширения Spatial Analist. 153 Рис. 3. Схема распределения загрязнения Анализ полученных результатов показывает, что наибольшая сте- пень угнетения почвенной микрофлоры отмечается в точках 6а и 6б (место пересечения ул. Орловской и пл. Банголор) и точке 4а (пересечение ул. Орловской и ул. Карастояновой). Согласно Перечню классов опасности (табл. 1) загрязнения в данных точках относятся к 3 классу – умерено опасному, при котором биоценозы сильно угнетены и не способны к са- мовосстановлению при данных нагрузках. Таблица 1- Перечень классов опасности Класс опасности Снижение биологической активности микрофлоры шлама по сравнению с контролем, N, % V ( практически неопасные) 0 < N ≤ 20 IV (малоопасные) 20 < N ≤ 50 III (умеренно опасные) 50 < N ≤ 80 II-I (опасные и высоко опасные) 80 < N ≤ 100 Столь выраженные изменения обусловлены наличием кругового движения и светофорного регулирования на данном участке автодороги, а также пробочным движением в час пик и преобладанием в городе запад- ных и северо-западных ветров. 154 В остальных точках степень угнетения микрофлоры относится к 4 классу опасности, т.е. эти загрязнения являются малоопасными, при кото- рых угнетение биоценозов заметное, но обратимое. Литература 1. Методика определения класса опасности буровых шламов. М-БШ – 01 – 2004.ФР.1.39.2004,01061,М,2004.--Санкт-Петербург: 2004.-- 22с. 2. Терехова В. А., Семенова Т. А., Головченко А.В., Трофимов С.Я. Влияние неф- тяного загрязнения на деструкционную активность и состояние микобиоты олиго- трофных торфяников Западной Сибири.// Экобиотехнология: борьба с нефтяным загрязнением окружающей среды.—Тез. д-дов конф., Пущино: ИБФМ,2001. 3. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности мето- дом биотестирования в России.—М.: Международный Дом сотрудничества, 1997. – 114 с. 4. Моргун А.Н. Справочник по Turbo Pascal для студентов. — М.: Диалектика, 2006. — С. 608. УДК 504.4.062.2 ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОАО «АПАТИТ» Пашкевич М.А., Чукаева М.А. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Приведены результаты мониторинга водных объектов, находящихся в зоне воз- действия ОАО «Апатит». Выявлены основные источники загрязнения природных вод в Апатитском районе, дана оценка их состояния. Результаты проведенных исследований стали основой для разработки информативной программы мониторинга, которая позволит разработать эффективные природоохранные мероприятий по очистке сточных вод Апатитского района. В районе Кольского полуострова горнодобывающие и горноперера- батывающие предприятия являются доминирующими источниками нару- шения и загрязнения компонентов природной среды. Так, на сегодняшний день, источниками повышенной экологической опасности являются про- изводственные объекты ОАО «Апатит», который является одним из круп- нейших горнодобывающих предприятий Мурманской области. В результа- те воздействия горного предприятия водные объекты, расположенные на территории земельного отвода ОАО «Апатит» и за его пределами, подвер- гаются значительной техногенной нагрузке. Основным источником за- грязнения являются недостаточно очищенные и неочищенные карьерные воды, сточные воды обогатительного комплекса и воды ТЭЦ (теплоэлек- троцентрали), а также загрязнённые воды атмосферного генезиса. В на- стоящее время ежегодный объем сбрасываемых сточных вод составляет около 137,5 млн.м3. В сбрасываемых сточных водах проведёнными иссле- 155 дованиями выявлено наличие порядка 20 загрязняющих веществ, концен- трации пяти из которых превышают предельно допустимую концентра- цию. Водные объекты, подверженные негативному воздействию ОАО «Апатит», представляют собой сформировавшиеся гидрохимические анома- лии. Необходимость проведения исследования водных объектов на данной территории обусловлена наличием значительных гидрохимических загряз- нений и гидрологических нарушений, а также прогнозным ухудшением эко- логической обстановки вследствие дальнейшего увеличения производитель- ности предприятия. С этой целью в полевой сезон 2012 и 2013 годов были проведены инженерно-экологические изыскания, сопровождающиеся отбо- ром материала в виде проб воды с последующим анализом и оценкой. Основными задачами провидимых исследований являлись:  анализ основных источников загрязнения водных объектов;  оценка состояния водных объектов на основе гидрохимического анализа;  разработка информативной проблемно ориентированной программы мониторинга водных объектов с целью снижения негативного воздействия. Ввиду большого объема сбрасываемых сточных вод и обширного спектра загрязняющих веществ, разработка действенных природоохран- ных мероприятий в данных условиях является крайне сложной задачей. В связи с этим разработка информативного проблемно-ориентированного мониторинга водных объектов, как единственно возможного источника получения данных для оценки деятельности комбината и точных знаний о процессах, протекающих в водных экосистемах, необходима для создания эффективных методов управления окружающей природной средой. Для оценки процессов трансформации качества вод под воздействи- ем деятельности ОАО «Апатит» была изучена пространственная динамика различных гидрохимических показателей, полученных при анализе ото- бранного материала. В связи с тем, что исследуемые водные объекты относятся к первой категории водопользования, отбор проб производился следующим образом. На водотоках первый створ был расположен на фоновом участке (на рас- стоянии 1 км выше источника загрязнения), второй – в местах достаточно полного смешения сточных вод с водами водотока. На водоеме, имеющем интенсивный водообмен, отбор проб производился в двух створах. Один створ был расположен до рассеивающей дамбы, формирующей естествен- ный отстойник стоков шахтных вод в акватории озера Б. Вудьявр, и после нее. Отбор проб был произведен в соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 "Вода. Общие требования к отбору проб". Пробы воды для гидрохимиче- ских исследований осуществлялся в поверхностном (на глубине 20-25 см) 156 слое пластиковым батометром в полиэтиленовые бутыли. На этикетках, прикрепленных к бутылям, указывались данные о месте отбора проб и погодных условиях, при которых они были отобраны. Результаты анализа проб воды водных объектов, расположенных в зоне воздействия ОАО «Апатит», представлены в табл. 1. Таблица 1 - Результаты анализов проб воды. Па рам етр То чка № 1 р. Ю ксп орй ок То чка № 2 р.С аам ска я, 5 00 м по сле ру дн и- ка То чка № 3 оз. Бо льш ой Ву дья вр, до ра с- сеи ваю ще й д ам бы То чка № 4 оз. Бо льш ой Ву дья вр, по сле рас сеи ваю ще й д ам бы То чка № 5 50 0 м п осл е в пад ени я р еки Ж ем - чу жн ой в р еку Бе лу ю То чка № 6 р. Бе лая , 5 00 м по сле оз. Бо льш ой Ву дья вр ПД К pH , t pH=8, t=13oC pH=8, t=13oC pH=8, t=17oC pH=7, t=17oC pH=6, t=14oC pH=6, t=16oC  ОЖ , мг -эк в/л 0,308 1,181 0,443 0,358 0,677 <0,36 7 C a2 + , мг /л 130 301 149 108 211 102 200 S- , мг /л 0,058 - - - - - 0 SO 42 - , мг /л 51,9 47 33,9 9,42 6,85 4,64 500 N O 3- , мг /л 5,51 10,3 5,15 2,44 1,86 2,01 45 Fe об щ, мг /л 4,77 2,56 3,81 3,01 3,02 2,26 0,3 157 F- , мг /л 11,355 5,625 5,344 2,495 1,915 2,565 0,7-1,5 Химико-аналитические работы проводились на месте отбора при помощи портативного спектрофотометра Lasa 100. Во время отбора проб так же было произведено измерение значения водородного показателя и температуры. Cогласно результатам анализа, содержание ионов фтора превышает значение предельно допустимой концентрации в несколько раз. Необходимо учитывать, что р. Белая, загрязненная фтор-ионами, является источником водоснабжения для близлежащих поселков и городов. В сложившейся на предприятии обстановке одним из наиболее важных условий для минимизации негативного воздействия деятельности комбината является разработка информативной программы мониторинга поверхностных вод, так как данные мониторинга являются основой для разработки системы управления экологической безопасностью функционирования производственных объектов с целью минимизации их отрицательных воздействий. При разработке системы мониторинга поверхностных вод было уч- тено, что источники загрязнения являются локализованными, среди приоритетных источников загрязнения природных вод можно выделить: рудники и обогатительные фабрики АНОФ-2 и АНОФ-3. В ходе данной работы удалось установить степень негативного воздействия деятельности предприятия на состояние поверхностных вод. На основе анализа результатов получены доказательства необходимости разработки проблемно-ориентированного мониторинга поверхностных вод с целью получения объективной информации о состоянии водной среды в конкретный момент времени и о динамике их параметров, прогноза состояния водных объектов в будущем. Сами результаты послужили основой для разработки информативной программы мониторинга, которая позволит разработать эффективные природоохранные мероприятий по очистке сточных вод и других компонентов окружающей природной среды Апатитского района. 158 УДК 658.567.1:665.7.032.56 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТХОДОВ СИНТЕТИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ Щербакова А.В., Морзак Г.И., Ролевич И.В. Белорусский национальный технический университет Предложена методика и технологическая схема установки по регенерации отра- ботанных моторных масел. Основными элементами предложенной установки являются устройство по регенерации и фильтрующее устройство, смеситель, нагреватель, вакуумный сепаратор; насосы для отработанного масла, для очист- ки и для фильтрации масла. В ней предусмотрено устройство декомпрессии вы- хлопного газа, водяной охладитель, насос для выхлопного газа и выхлопной газовый фильтр. Смазочные материалы играют важную роль в эксплуатации совре- менной техники. Десятки тысяч тонн отработанных синтетических и ми- неральных масел ежегодно накапливаются на предприятиях Беларуси. Они токсичны и имеют невысокую степень биоразлагаемости (10–30 %), спо- собны накапливаться в окружающей природной среде и вызывать сдвиг экологического равновесия. Согласно существующим нормативам, отра- ботанные масла, являются опасными отходами и подлежат обязательному сбору и утилизации, а в отдельных случаях – уничтожению. В то же время в Директиве ЕЭС отработанные масла рассматривают не как отходы, под- лежащие уничтожению, а как отработанные продукты, подлежащие вто- ричному использованию. Для эффективного их обезвреживания необходимы технологии, на- носящие минимальный экологический ущерб окружающей природной среде, имеющие низкие капитальные затраты и позволяющие получать прибыль. Разнообразие отходов по химическому составу не позволяет соз- дать универсальную технологию утилизации отработанных масел [1]. Поэтому совершенствование технологии утилизации или перера- ботки для вторичного использования синтетических и минеральных масел является одной из актуальнейших проблем. Существует немало техноло- гий утилизации отработанных масел (рис. 1). Среди различных технологий важное место отводится методам регенерации – полного восстановления их первоначальных свойств с целью повторного использования по прямо- му назначению. Мы считаем такой подход наиболее перспективным, т.к. он обеспечивает вторичную переработку отработанных масел с целью полного восстановления их первоначальных свойств. Однако, и эти мето- дики нуждаются в совершенствовании. 159 Рис. 1. Методы утилизации отработанных масел. Доля отходов синтетических и минеральных масел, используемых на целевые нужды самих предприятий, составляет 34,5 %, на получение энергии – 7,4 %, на получение регенерированного исходного сырья – 2,8 %, на получение продуктов, используемых на предприятии – 20,3 %, на полу- чение побочных продуктов, реализуемых в качестве сырья – 0,6 % и на получение нового товарного продукта – 3,4 % [2]. Основные смазочные материалы изготавливают на основе нефти. Поэтому их отходы являются одним из существенных источников загряз- нения окружающей среды. Слив таких отходов в почву и водоемы превы- шает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транс- портировании и переработке. Такой большой объем загрязнений представ- ляет большую опасность для окружающей природной среды. Предотвращение загрязнения окружающей среды является прогрес- сивным направлением экологии, т.к. делает производственные процессы менее токсичными и более эффективными. Однако, экологический подход к технологиям регенерации не сводится только к предотвращению загрязнения. Методы утилизации отработанных масел без переработки могут быть механическими, термическими и заключающимися в захоронении в объектах окружающей среды, а также сжигании в специальных печах в 160 качестве добавки к котельному топливу. Эти технологии просты, но имеют низкий уровень экологической безопасности. Методы утилизации на основе переработки делят на: – физико-химические, – термохимические; – биологические. Физико-химические методы нашли широкое применение на практи- ке. К ним относятся фильтрация, коагуляция, экстракция и сепарирование. Эти методы позволяют получить регенерированные масла. Однако, уровень экологической безопасности этой технологии средний. К термохимическим методам относятся термический крекинг и ка- талитическое гидрирование для получения вторичных продуктов, которые имеют высоких уровень экологической безопасности. Биологические методы основаны на выращивании микробной био- массы на отходах нефтепродуктов, являющихся источниками органическо- го углерода. Конечным продуктом биотрансформации является микробная масса, которая может быть использована для различных целей. Одним из ключевых критериев выбора оптимальной технологии утилизации отходов синтетических и минеральных масел является уровень ее экологической безопасности. Уровень экологической безопасности – мера отклонения определенных параметров, признаков и факторов, харак- теризующих состояние окружающей природной и социальной среды, под воздействием техногенной деятельности (объекта) от их установленных (фоновых, допустимых) значений. Чем выше уровень экологической безо- пасности технологии, тем ниже степень ее воздействия на окружающую природную среду. Мы придерживаемся концепции экологически чистого производст- ва. Это понятие отражает целостную систему принципов решения серьез- ных экологических проблем, возникающих на стадии проектирования и потребления продукции. Экологически чистое производство призывает использовать возобновляемую энергию и материалы, минимальное количест- во ресурсов, а также производство отходов, которые можно вернуть в произ- водство. Экологически чистое производство включает в себя целостную сис- тему взглядов на сам процесс производства. С точки зрения воздействия на окружающую среду, при выборе ме- тода очистки отработанных масел следует применять гибкий и комплекс- ный подход. Исходя из вышесказанного, можно выделить следующие кри- терии, позволяющие судить об экологичности метода регенерации: – степень очистки конечного продукта; – малоотходность технологии; – возможность вторичного использования отходов; 161 – легкая утилизация отходов; – токсичность отходов; – использование экологически безопасных реагентов. При выборе метода регенерации необходимо также предусмотреть организационные аспекты, включающие эффективные меры охраны водо- емов, почвы и воздушной среды от загрязнения, а также сбор и утилиза- цию отходов. На территории производственного участка должна быть установлена отдельная емкость (шламосборник) для сбора и хранения ос- татков нефтепродуктов, загрязненных и пропитанных нефтепродуктами, обтирочных материалов и других отходов. Емкость должна своевременно обезвреживаться, а накопившиеся отходы вывозиться в специально отве- денные места. Учет вышеописанных критериев и организационных мер позволяет комплексно подойти к такой важной проблеме, как утилизация отработан- ных масел [3]. На основе анализа существующих технологий и методов утилиза- ции отходов синтетических и минеральных масел, а также уровня их эко- логической безопасности и экономической эффективности, мы предлагаем использовать регенерирующую масло установку серии LGUER. Эта уста- новка позволяет регенерировать (восстанавливать) как моторные масла, включая моторные дизельные и бензиновые масла, так и другие промыш- ленные машинные масла – гидравлические, смазочные и пр. Предлагаемая установка эффективно удаляет коллоидные, кислотные отложения, окислы, взвешенные частицы, воду, газы и другие включения, а также восстанавли- вает цвет и прозрачность масла. Основные характеристики предлагаемой регенерирующей масло ус- тановки следующие: – наличие двух главных фильтрующих систем, позволяющих осу- ществлять непрерывный процесс регенерации; – экологическая безопасность и чистота; – возможность очистки смешанных масел; – низкая стоимость обслуживания и самого технологического про- цесса; – высокая степень регенерации масла; – автоматическая система обратной промывки фильтров, продле- вающая срок службы и улучшающая технические характеристики фильт- ров. Предлагаемая установка регенерирует отработанное масло партия- ми. В ней используют две основные фильтрующие системы, которые обеспечивают поочередно непрерывную работу аппарата. 162 При работе установки образуется небольшое количество отходов, со- держащих графит. Графит, как ценное вещество, экстрагируют из осадка. Степень регенерации зависит от состава отработанного масла. Если в отработанном масле много воды, примесей или других отходов, то сте- пень регенерации будет низкой. Очищенное на установке масло может применяться в качестве ма- шинного смазочного масла, дизельного моторного масла или других сма- зочных масел и горючего. Обычно, процесс регенерации не влияет на основные характеристи- ки масел. Некоторые их показатели уступают показателям новых масел, а другие – не отличаются. Установка LGUER проста в эксплуатации. Техническое обслужива- ние ее заключается в ежегодной замене смазочного масла вакуумного на- соса, а также периодической проверке и замене фильтров, клапанов и про- кладок. Обычную эксплуатацию осуществляют 2–3 рабочих, срок службы составляет более 10 лет. В качестве реагентов используют следующие химические вещества: Al2O34SiO2·nH2O (растворимое стекло), Na2O·nSiO2·mH2O (активированная глина) и тетраэтилен. Объём добавок от объема масла составляет: для Al2O34SiO2·nH2O – 10–25 %; для Na2O·nSiO2·mH2O – 1–3 %; для тетраэтиле- на – 0,5–1 %. Предложена технологическая схема по регенерации отработанных моторных масел. Основными элементами предложенной схемы являются устройство по регенерации, фильтрующее устройство, смеситель, нагрева- тель, вакуумный сепаратор, насосы для отработанного масла, для очистки и фильтрации масла. Предусмотрено также устройство декомпрессии вы- хлопного газа, водяной охладитель, насос и фильтр для выхлопного газа. Таким образом, утилизация отходов, образующихся при переработ- ке отходов синтетических и минеральных масел и представляющих боль- шую экологическую опасность, является сложной проблемой. Для реше- ния ее предложена установка, способная регенерировать большую часть машинных масел. В случае с высокосортным газолиновым моторным мас- лом она позволяет удалить коллоиды, оксиды, кислоту, смолы, частицы примесей, воду и газ. Литература 1. Кульшенко, С.В., Проблемы создания в Украине отрасли утилизации отработан- ных нефтепродуктов/ С.В. Кульшенко // Электронная версия материалов 4-ой Ме- ждународной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» [Электронный ресурс]. – 2007. – Режим доступа: http://waste.ua/cooperation/2007/thesis/kylhsenkor.html. 2. Зубрицкий, В.С., Отчет о научно-исследовательской работе по заданию 1.5 «Оценить энергетический потенциал углеводородсодержащих отходов, образую- 163 щихся в Республике Беларусь и оценить антропогенное воздействие на окружаю- щую среду при их использовании в качестве топлива» / В.С. Зубрицкий // ГНТП «Экологическая безопасность» [Электронный ресурс]. – 2008. – Режим доступа: http://rudocs.exdat.com/docs/index-504593.html?page=9. 3. Олиферова, Л., Утилизация отработанных технических масел/ Л. Олиферова// На основе материалов ООО НИЦ «Глобус» [Электронный ресурс]. – 2007. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id119. УДК 662.7 ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Ушаков А.Г., Брюханова Е.С., Ушаков Г.В. Кузбасский государственный технический университет, г. Кемерово Работа посвящена проблеме переработки и утилизации отходов угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий. Предложено использовать угольные от- ходы в технологии получения твердого композиционного топлива с применением инновационного связующего на основе избыточного активного ила биологических очистных сооружений. Для предлагаемой технологии разработана принципиаль- ная технологическая схема, проведены технико-экономические расчеты. Известно, что предприятия ТЭК, как добывающие ресурсы, так и получающие из них энергию, являются одними из основных источников антропогенного воздействия на природные экосистемы. Интенсивное раз- витие угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий оказывает воздействие на литосферу, являясь причиной увеличения объёмов твердых углеродсодержащих отходов, значительную долю которых составляют угольные и коксовые шламы, мелочь, отсевы и пыль. Например, в горном производстве России общая масса всех неутилизированных отходов дости- гает 45 млрд. т, а суммарная площадь, занятая под их складирование, более 250 тыс. га земли [1]. Подсчитано, что масштабы образования твердых горючих отходов в различных отраслях промышленности могут составлять от 30 до 70 % от основного объема добычи. Рассматривая предприятия добычи угля можно выделить следую- щие виды угольных отходов: – угольная пыль, образующаяся на предприятиях угольной про- мышленности, вне зависимости от их специфики, и наряду с другими пы- леобразными веществами попадающая в атмосферу [2; 3]; – угольные отсевы, образующиеся на предприятиях ТЭК при клас- сификации углей и выделении фракций, пригодных для сжигания в котлах; – угольные шламы – высокозольные и мелкодисперные частицы, являющиеся отходами технологических процессов добычи угля и его обо- гащения. Многотоннажные угольные технологические отходы образуются 164 при деятельности угледобывающих предприятий – шахт, разрезов, а также обогатительных фабрик. Стремление к увеличению валовой добычи угля приводит к тому, что в отдельных угольных районах потери при добыче составляют более 50 %. Техническое состояние многих углеобогатитель- ных фабрик и их технологии таковы, что в отходах углеобогащения со- держание угля достигает 25-26 %. Одним из негативных воздействий угольных разрезов является загрязнение атмосферы промышленными вы- бросами (от взрывов, двигателей внутреннего сгорания и др.), а также час- тицами пыли с поверхности бортов разрезов и породных отвалов [4, 5]. Наличие такого количества отходов является важным энергетиче- ским ресурсом, который может быть положен в основу организации про- изводства новых видов топлива, в частности формованного [6]. Совмест- ная утилизация коксовых и угольных отходов является перспективным решением и позволяет увеличить теплотворную способность гранул. Получаемое из угольных отходов формованное топливо должно быть экологичным, соответствовать критериям качества и требованиям, предъявляемым в конкретной области его использования [7]. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возмож- ность трансформирования такого рода отходов в высокоэффективное топ- ливо, пригодное для различных нужд. Необходимым является применение методов формования для получения продукта, годного к транспортирова- нию и использованию. Необходимо отметить, что для получения качественных топливных гранул с высокими потребительскими свойствами, удовлетворяющими требованиям по прочности, истираемости, крупности и т. д., необходимо правильно выбрать связующее вещество, от которого во многом зависят конечные свойства продукта. Выбор связующего вещества является важным этапом, определяю- щим многие свойства получаемых гранул. Параметрами, определяющими свойства связующих, являются химическая природа, состав, а также их физические свойства. Спектр используемых связующих достаточно широк. Их можно разделить на два больших класса [8-12]: – органические – концентраты сульфитно-спиртовой барды, нефтеби- тумы, пеки и смолы нефтяного и каменноугольного происхождения и т. д.; – неорганические – жидкое стекло, цемент, глина, гипсовые свя- зующие, бентонит и т. д. К связующим предъявляют особые требования для обеспечения ка- чества процесса формования [8, 13]: 1. Высокий выход (95-98 %) окускованного топлива необходимой прочности в соответствии с требуемыми нормами. 165 2. Экологическая безопасность: отсутствие вредных веществ в со- ставе связующего или отсутствие их эмиссии в процессе последующей эксплуатации получаемого продукта. 3. Надежная и устойчивая работа основного и вспомогательного оборудования при транспортировке по трубопроводу сырья и продуктов, смешении, процессах формования. 4. Получение окускованного топлива, соответствующего требовани- ям предприятий ТЭК. 5. Отсутствие побочных отрицательных эффектов (например, по- бочные химические реакции, выпадение осадка). Анализ применяющихся на сегодняшний день связующих веществ показывает, что они не все соответствуют вышеперечисленным требова- ниям. Особенно это касается органических связующих веществ, экологи- ческая безопасность применения которых не соответствует необходимым требованиям, например, по канцерогенной активности. Применение неор- ганических связующих отрицательно сказывается на зольности получае- мых продуктов (топливных брикетов и гранул), что в свою очередь напря- мую влияет на ход процесса сжигания топлива, повышая необходимый расход брикетов и соответственно уменьшая производительность котлов. Таким образом, возникает задача поиска оптимального связующего вещества, являющегося одновременно легко доступным для осуществле- ния процесса формования и что особенно важно – недорогим, поскольку экономическая составляющая в любой технологии во многом является определяющей. Поэтому целесообразно рассмотреть возможность использования различного рода органических отходов, которые можно вводить в состав формуемой смеси. В качестве такого вещества перспективным является использование продуктов переработки избыточного активного ила, неизбежно образую- щегося на станциях биологической очистки промышленных и хозяйствен- но-бытовых сточных вод. В Кузбасском государственном университете им. Т.Ф. Горбачева проведены исследования по получению твердого композиционного топли- ва на основе отходов угольных предприятий (табл. 1) и избыточного ак- тивного ила, прошедшего микробиологическую обработку (табл. 2). В ходе работы изучено два типа смесей для получения топливных гранул: 1. Угольные отходы/связующее. 2. Угольные отходы/связующее с модифицирующими добавками. Для изучения влияния модифицирующих добавок на свойства гра- нул и ход процесса окатывания в состав смеси вводили измельченную бу- 166 мажную массу (табл. 3). Таблица 1 – Характеристика наполнителей топливных гранул Определяемый па- раметр Угольный шлам Угольный отсев Коксовая мелочь Коксовая пыль Влажность (Wa), % 1,6 5,3 0,8 0,6 Зольность (Ad), % 37,7 15,9 13,9 24,5 Фракционный со- став, %: +1 мм 1-0,7 мм 0,7-0,5 мм – 0,5 мм 11,9 5,8 6,6 75,7 73,4 14,4 4,3 7,9 68,3 10,6 8,5 12,6 0,4 2,4 7,6 89,6 Высшая теплота сгорания (Qвd), МДж/кг 22,46 24,0 27,3 27,5 Таблица 2 – Характеристики активного ила после анаэробного сбраживания рН вод- ной вытяжки Влажность (W), % Относительная липкость (Lо) Зольность (Аd), % Qsd, МДж/кг Топл. экв-т (т у.т.) 8,71 88,24 6,92 34,01 16,33 0,56 Таблица 3 – Рецептуры топливных гранул с модифицирующими добавками Компоненты, входящие в состав топлива, % мас. Обозначение смеси 1 2 Угольный отсев 16,7 16,4 Угольный шлам 44,4 43,5 Сброженный активного ила 38,9 38,1 Измельченная бумажная масса – 2,0 Основные свойства полученных гранул приведены в табл. 4. По результатам лабораторных исследований разработана принципи- альная технологическая схема переработки угольных отходов с получени- ем топливных гранул (рисунок). По данной схеме исходное сырье – кек – загружают в бункер 5, от- куда героторным насосом перекачивают в метантенки 1, в которых под- вергают анаэробному сбраживанию с образованием биогаза. 167 Таблица 4 – Характеристики топливных гранул Параметр Смесь 1 Смесь 2 Зольность (Ad), % 21 26 Прочность на истираемость, % 46,3 72,2 Высшая теплота сгорания (Qsd), МДж/кг 21,9 22,0 В схеме предусмотрено 3 метантенка, работающих параллельно, общий период сбраживания составляет 16 дней. Работа метантенков орга- низована с интервалом в 8 дней. Для достижения оптимальной влажности смеси в аппараты добав- ляют воду, дозирование осуществляется автоматически (весовыми дозато- рами). Процесс сбраживания осуществляют при периодическом переме- шивании. Эффективность анаэробной переработки определяется темпера- турой сбраживания смеси, причем на этот параметр значительно влияет температура окружающей среды. Поэтому метантенки оборудованы него- рючим, пожаробезопасным теплоизоляционным материалом. Оптимальная температура смеси в аппарате составляет 37ºС. Выбор режима обусловлен экономическими затратами на подогрев метантенка и поддержание в нем постоянной и оптимальной температуры, измеряемой термопарами; давле- ние контролируют манометрами. Биогаз, образующийся в процессе сбражи- вания, поступает в газгольдер 6, где накапливается и затем используется на технологические нужды. Перед использованием биогаз подвергается очистке от кислых га- зов. С этой целью разработан узел очистки (на схеме не показан) с исполь- зованием аммиачной воды, в котором кислые газы (углекислый газ, серо- водород) связываются аммиаком с образованием аммонийных солей, при- меняемых в различных отраслях промышленности. После очистки биогаз, содержащий преимущественно метан (до 98-99 %), предлагается исполь- зовать для отопления помещений и т. п., в быту. Потребителями также могут быть котельные установки, снабжающие население горячей водой, дизельные электроустановки. По окончании периода переработки оставшуюся в аппарате сбро- женную массу насосом 2 перекачивают в емкость для приготовления фор- мовочной смеси, которую подают в гранулятор 7. После формования полу- ченные топливные гранулы поступают в сушильный аппарат. Высушенные гранулы направляют на упаковку и далее потребителю. Установлено, что себестоимость опытного производства 1 т топлив- ных гранул на опытно-промышленной установке производительностью 2 500 т/год гранул составит 2375 руб. Если провести масштабирование до мощности промышленной установки, то себестоимость продукции умень- шится на 75 %. 168 1 2 3 456 7 8 Топливные гранулы потребителю Биогаз на отопление Кек Добавки Вода Углеродсодержащий наполнитель    Рисунок – Принципиальная технологическая схема установки переработки техногенных угольных образований с по- лучением топливных гранул: 1 – метантенк; 2 – винтовой (героторный) насос; 3 – смеситель; 4 – бункер-дозатор угольного шлама; 5 – винтовой (героторный) насос с бункером; 6 – газгольдер; 7 – гранулятор; 8 – промышленный сушильный шкаф   168 169 Литература: 1. Климов С.А. Комплексное использование горючих сланцев / С.А. Климов, Г.Б. Фрайман, Г.П. Грузинов, Ю.В. Шувалов. – Липецк, Липецкое изд-во. – 2000. 2. Шапченкова О.А. Влияние техногенных выбросов Березовской ГРЭС-1 КАТЭ- КА на биологическую активность почв // Экологический риск: Материалы 2 все- российской конференции. – Иркутск, 2001. – С. 182-185. 3. Волкова А.В. Влияние теплоэнергетики на состояние окружающей среды // Со- временные проблемы технического, естественнонаучного и гуманитарного знания: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции. Ч. 1. – Губ- кин, 2007. – С. 88-91. 4. Глазкова А.В. Загрязнение атмосферы от тепловых электростанций / А.В. Глаз- кова, В.Н. Стройнова // Проблемы геологии и освоения недр: Труды 3-го Между- народного научного симпозиума студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М. А. Усова в рамках Российской научно- социальной программы для молодежи и школьников «Шаг в будущее» – Томск, 1999. – С. 354-355. 5. Клика З. Влияние различных режимов работы теплоэлектростанций Чехии на поведение серы и микроэлементов углей при сжигании / З. Клика, Л. Бартонова, Л.Н. Лебедева, Л.А. Кост, Е.Г. Горлов // Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке: Тезисы докладов Расширенного заседания Научного совета, 2003. – М., 2003. – С. 41. 6. Говсиевич Е.Р. Повышение эффективности топливообеспечения и топливоис- пользования на тепловых электростанциях (вопросы методологии и практики): Дисс. док. эк. наук. – М., 2002. – 270 с. 7. Головин Г.С. Современные направления получения окускованного бездымного топлива для малых энергетических установок и бытовых печей / Г.С. Головин, В.А. Рубан, А.П. Фомин // Уголь. – 1996. – №2. – С. 38-42. 8. Елишевич А.Т. Брикетирование угля со связующим. – М.: Недра. – 1972. – 216 с. 9. Гунн Р.Б. Нефтяные битумы. – М.: Химия, 1973. – 432 с. 10. Белик Т.М. Разработка технологии получения крекинговых пеков различного назначения и особенности их использования взамен каменноугольного связующего / Т.М. Белик, Е.В. Якименко, Н.Т. Ивлев и др. // Проблемы глубокой переработки остатков сернистых и высокосернистых нефтей: Тез. докл. 4-й Респ. научно-техн. конф. – Уфа, 1982. – С. 70-71. 11. Крохин В.Н. Брикетирование углей. – М.: Недра, 1984. – 224 с. 12. Васильев Ю.С. Промышленная проверка эффективности способа частичного брикетирования шихты со связующим / Ю.С. Васильев, А.Г. Дюканов, Ю.С. Каф- тан и др. // Кокс и химия. – 1985. – № 6. – С. 10-14. 13. Лобыч А.М. Брикетирование коксовой мелочи со связующими и коксование частично брикетированных шихт в производстве металлургического кокса: Дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. – Уфа, Алапаевск, 2000. – 180 с. 170 УДК 504.064 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ И УТИЛИЗАЦИИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПО БИОГЕННЫМ ЭЛЕМЕНТАМ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Куликова М.А. Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) им. М.И. Платова Изложена концепция ресурсосбережения при переработке и утилизации концен- трированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных предпри- ятий. Предложена высокоэффективная экологически безопасная технология ути- лизации высококонцентрированных по биогенным элементам жидких отходов предприятий агропромышленного комплекса. В продолжение работ по использованию концентрированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных предприятий необ- ходима разработка бездеструкционных ресурсосберегающих технологий их утилизации с использованием шлама карбида кальция. Применение нового кальцийсодержащего реагента, каким является шлам карбида каль- ция, требует детальной проработки вопросов ресуросбережения и экологи- ческой безопасности при утилизации концентрированных жидких отходов. В этом случае необходимы исследования влияния используемого реагента на экосистемы различных уровней, включая искусственные экосистемы (агроэкосистемы), в результате которого может быть достигнут дезодори- рующий эффект, снижение выбросов зловонных газов в атмосферу и, сле- довательно, уменьшение размеров санитарно-защитной зоны. Внедрение технологий, стимулирующих эффективное использование шлама карбида кальция при утилизации концентрированных жидких отходов, обладаю- щих высокой агромелиоративной ценностью, способствует уменьшению экологических ущербов при сокращении добычи минерального сырья для производства удобрений при эквивалентном поступлении питательных элементов (N, P, K). Следует научно обосновать экологические принципы технологиче- ских решений, обеспечивающих экологическую безопасность при перера- ботке и эффективной утилизации концентрированных жидких отходов промышленных предприятий. В последние годы отмечен значительный недостаток внесения в почву органических и минеральных удобрений, объяснимый их высокой стоимостью. При быстром росте техногенного воздействия на почвы это приводит к ускорению процессов дегумификации и уменьшения мощности гумусового слоя. В то же время практически не используется высокий аг- роминеральный ресурс таких отходов, как концентрированных жидких 171 отходов. Применение их для орошения способствует уменьшению дегра- дации почв и повышению плодородия. В большинстве случаев в почвах повышается содержание гумуса, общего и гидролизуемого азота, подвиж- ного фосфора, калия, улучшается реакция почвенной среды. Для подготовки концентрированных жидких отходов необходимо разработать бездеструкционный способ, позволяющий сохранить биоген- ные элементы. Одним из них является реагентное фракционирование кон- центрированных жидких отходов путем обработки их суспензией Ca(OH)2 с последующей нейтрализацией суспензией простого суперфосфата. Уста- новлены оптимальные параметры процесса, дозы реагентов, а также изме- нение солевого состава концентрированных жидких отходов при фракцио- нировании [1]. Анализируя результаты исследований, стоит отметить высокое со- держание основных биогенных элементов в обработанных жидкой фазе и осадке, что с точки зрения агромелиоративной ценности дает возможность их сельскохозяйственного использования. Повышение эффективности фракционирования предлагается дости- гать путем использования кварц – глауконитового песка при отстаивании. Авторы проводили исследования подготовки концентрированных жидких отходов для сельскохозяйственного использования, включающие последовательное введение щелочного коагулянта – известкового молока до pH=10-12 и подкисляющего реагента до рН=6,5-8,0 с выделением обра- зующегося осадка. В качестве щелочного коагулянта использовали отход производства ацетилена – суспензию шлама СаС2 или смесь известкового молока с суспензией шлама СаС2, а в качестве подкисляющего реагента – суспензию простого суперфосфата или двойного суперфосфата. После это- го вводили глауконит в количестве 50-20 % от объема обрабатываемых концентрированных жидких отходов при следующем соотношении ком- понентов (г/дм3): известковое молоко в пересчете на СаО 1,2-1,5 или сус- пензию шлама СаС2 в пересчете на СаО 2,0-3,0; смесь известкового молока и шлама СаС2, соответственно, в отношении 0,5-1:1-2,5 простой супер- фосфат в пересчете на P2O5 2,5-4,5 или двойной суперфосфат в пересчете на P2O5 1,0-2,5. Исследования данного этапа было направлено на создание техниче- ского решения (способа), способного снизить стоимость реагентной обра- ботки концентрированных жидких отходов, ускорить процесс отстаивания смеси при увеличении эффективности разделения ее на жидкую и твердую фракции, повысить агромелиоративную ценность фракций; уменьшить количество стадий подготовки щелочного реагента, снизить содержание в подкисляющем реагенте ионов тяжелых металлов, а следовательно, повы- сить степень использования действующего вещества. 172 Поставленная цель достигается тем, что в жидкие отходы для сель- скохозяйственного использования вводится щелочной коагулянт до pH=10-12, затем - подкисляющий реагент до pH 6,5-8,5, затем глауконит с последующим выделением образующегося осадка. В качестве щелочного коагулянта использовали отход производства ацетилена - суспензию шла- ма СаС2 в количестве по оксиду кальция 2,0-3,0 г/дм3, а в качестве подкис- ляющего реагента – суспензию простого суперфосфата в количестве по P2O5 – 2,5 –4,5 г/дм3, а затем вносится глауконит в количестве 5-20 % от общего объема обрабатываемой жидкости. Или в качестве щелочного коа- гулянта используют отход производства ацетилена - суспензию шлама СаС2 в количестве по оксиду кальция 2,0-3,0 г/дм3, а в качестве подкис- ляющего реагента – суспензию двойного суперфосфата дозой 1,0-2,5 г/дм3 с последующим внесением глауконита в количестве 5-20 % от общего объ- ема жидкости. Или в качестве щелочного коагулянта используют смесь Са(ОН)2 и шлама СаС2 в пропорции 0,5-1:1-2,5, а в качестве подкисляюще- го реагента используют суспензию простого суперфосфата дозой по P2O5 2,5 –4,5 г/дм3, а затем вносят указанное количество глауконита. Или в ка- честве щелочного коагулянта используют смесь Са(ОН)2 и шлама СаС2 в пропорции 0,5-1:1-2,5, а в качестве подкисляющего реагента используют суспензию двойного суперфосфата дозой 1,0-2,5 г/дм3 с последующим внесением глауконита в количестве 5-20 % от обрабатываемого объема жидкости. Использование шлама СаС2 обусловлено необходимостью сни- жения числа операций при приготовлении его суспензии, чем при работе с Са(ОН)2. Так как шлам СаС2 представляет собой пластичный однородный осадок влажностью 75-80 %, при приготовлении его суспензии можно ис- ключить операцию фильтрования, обязательную при работе с Са(ОH)2. Кроме того, время перемешивания шлама СаС2 с водой с целью гомогени-зации смеси сокращается на 15-20 минут по сравнению с приготовлением суспензии Са(ОН)2. При этом решается не только задача снижения себе- стоимости реагентной обработки, но и достигается дополнительный эф- фект, т. к. утилизируется отход производства ацетилена. Использование в качестве щелочного коагулянта смеси суспензий Са(ОН)2 и шлама СаС2 связано с необходимостью снижения стоимости реагентной обработки при сохранении высокой удобрительной ценности получаемых жидкой и твер- дой фракций. Известковое молоко Са(ОН)2, шлам СаС2 или их смесь взаи- мозаменяемы при использовании их в вышеуказанных дозах в качестве щелочного коагулянта. Присутствие в техническом решении двойного или простого супер- фосфата необходимо с целью нейтрализации обрабатываемой смеси до pH=6,5-8,5. Двойной суперфосфат по сравнению с простым суперфосфа- том отличается более высоким содержанием действующего вещества 173 (P2O5) и низким содержанием ионов тяжелых металлов и других примесей, являющихся источниками вторичного загрязнения обрабатываемой среды. При использовании в указанных дозах в качестве подкисляющего реагента простой суперфосфат и двойной суперфосфат являются взаимозаменяемы. Введение глауконита – природного цеолита, обладающего высокой сорбирующей способностью, содержащего значительные количества К, Na, Р, обусловлено необходимостью повышения степени разделения кон- центрированных жидких отходов на жидкую и твердую фракции, уплот- нения образующегося осадка с улучшением его физических показателей и удобрительной ценности. Эффект разделения на жидкую и твердую фракции при известном способе обработки составляет 70-75 %. Для достижения более полного разделения на фракции сразу же после нейтрализации суспензией двойно- го или простого суперфосфата вносим глауконит в размере 5-40 % от объ- ема обрабатываемой жидкости. Это позволяет повысить эффективность реа- гентного фракционирования концентрированных жидких отходов до 90 % при сокращении времени отстаивания с 2 до 1,2 часов. Кроме того, в отсто- явшейся твердой фазе концентрированных жидких отходов отмечается повышение содержания питательных элементов (N, Na, K) на 5-25 % по сравнению с осадком, обработанным без глауконита. По предложенному способу концентрированные жидкие отходы об- рабатываем 10 % известковым молоком с дозой по активному оксиду кальция, равной-1,3 г/дм3; шламом СаС2 – 2,5 г/дм3; смесью известкового молока-1 г/дм3 со шламом карбида кальция-1 г/дм3. Для снижения pH до 7,5 вводили в смесь 4 г/дм3 по P2O5 суспензии простого суперфосфата;2 г/ дм3 двойного суперфосфата. После этого вносили глауконит в количест- ве 30 % от объема обрабатываемой смеси. Время отстаивания составило 1,2 часа при эффективности разделения фракций, равной 90 %. Наиболее быстрое отстаивание (до 75 % осадка) происходит в период от 45 до 60 мин. Осадок имеет плотную гомогенизированную структуру, легко подле- жащую транспортировке. Сравнительная характеристика показателей реагентной подготовки концентрированных жидких отходов по известному и предлагаемому спо- собам представлены в табл. 1. Солевой состав обработанных отходов – в табл. 2. Таким образом, предложенный способ обработки концентрирован- ных жидких отходов позволяет значительно упростить процесс приготов- ления реагентов, снизить стоимость реагентной подготовки концентриро- ванных жидких отходов к сельскохозяйственному использованию, повы- сить эффективность разделения на жидкую и твердую фракции и их агро- мелиоративную ценность при сокращении времени отстаивания, улучшить 174 физические свойства получаемой твердой фракции и уменьшить в нем содержание тяжелых металлов. Техническая новизна исследований под- тверждена заявками на изобретения на патенты РФ [2, 3]. Таблица 1. Сравнительная характеристика показателей реагентной подго- товки концентрированных жидких отходов по известному и предлагаемо- му способам Наименование показателей Извест- ный спо- соб Предлагаемый способ Известь + подкис- ляющий реагент+ глауконит Шлам кар- бида каль- ция+подкис ляющий реагент +глауконит Смесь извес- ти и шлама карбида кальция + подкисляю- щий реагент + глауконит Эффективн. отстаивания, % 70-75 83-85 85-90 83-90 Время отстаива- ния, ч 1,5-2,0 1,0-1,2/ 1,0-1,2 1,0-1,2 Влажность осадка, % 85-90 90-92 85-92 87-92 Содержание питательных компонентов в осадке, %: N- K - P - 2,5-3,0 1,0-1,5 2.0-3.0 4,5-7,0 1,2-3,0 5.0-8.0 4,0-6,0 2,0-3,0 5.0-9.0 4,5-7,0 2,5-3,5 4.0-8.0 Общее содержа- ние ионов тяже- лых металлов в осадке, % <1 <1/<0.3 <0.9/<0.3 <1/<0.3 Затраты на суточную реагент. обра- ботку, тыс.руб. 3,0 1,8 1,2 1,511 Годовые затра- ты, млн руб. 1,1 0,675 0,438 0,548 Себестоимость обработки 1 м3 отходов, руб. 5,0 3,0 2,0 2,5 175 Таблица 2. Результаты исследования солевого состава жидких отходов, обработанных кварц-глауконитовым песком, ммоль/дм3 Наименов пробы Ca2+ Ca2++ Mg2+ K+ Na+ Mg2 + P2O5 NH4 + Cl- Исходные жидкие отходы 7,0 12,0 6,2 6,9 5,0 2,0 8,2 6,5 Жидкая фаза после до- бавления шлама СаС2 (pH= 10,5) 1,7 3,0 6,2 7,0 1,3 _ 7,4 3,1 То же при pH=11,5 2,0 3,5 5,1 7,1 1,5 _ 8,0 3,0 Жидкая фаза после до- бавления суперфос- фата 6,1 10,0 3,2 6,9 3,9 3,0 8,1 6,5 Особый интерес представляет солевой состав жидкой фракции кон- центрированных жидких отходов, полученной в результате реагентного фракционирования с использованием шлама СаС2 и кварц-глауконитового песка, так как ее предполагается использовать для орошения сельскохо- зяйственных угодий. Литература 1. Суржко О.А., Куликова М.А. Экологическая безопасность при переработке и утилизации концентрированных по биогенным элементам жидких отходов про- мышленных предприятий: монография/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Ново- черкасск: ЮРГТУ (НПИ) 2011. 140 с. 2. Федорченко М.А., Суржко О.А. Способ подготовки сточных вод животновод- ческих комплексов для сельскохозяйственного использования. Решение о выдаче патента на изобретение. Заявка № 2003125054/15(026692) от 12.08.2003 3. Федорченко М.А., Суржко О.А. Способ подготовки сточных вод свиноком- плексов и свиноферм для сельскохозяйственного использования. Решение о выдаче патента на изобретение. Заявка № 2003113374 от 06.05.2003. 176 УДК 622.012.2: 628.5.05 ИНТЕНСИВНОСТИ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ОТ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ И ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Рожков В.Ф., Соколова С.С. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Изложены результаты исследований интенсивности пылеобразования на поверх- ностных комплексах шахт Подмосковного, Кузнецкого и Донецкого бассейнов. Установлено, что наибольшее загрязнение атмосферы пылью происходит при погрузке угля в железнодорожные вагоны и от породных отвалов. Разработка угольных месторождений подземным способом связана с выдачей на поверхность не только угля, но и породы при проведении различных горных выработок, а также при обогащении угля. Попутный выход газов и пыли обусловливает повышенное загрязнение атмосферы в зоне действия угольных предприятий. В связи с интенсификацией производственных процессов и механи- зацией горных работ, значительно увеличилась запыленность атмосферно- го воздуха на промплощадках шахт. Запыленность воздуха зависит от ха- рактера технологических процессов на поверхности шахт, степени благо- устройства, озеленения поверхности и в различных районах неодинакова. Так, на некоторых рудниках Урала она составляет - 0,3-2,1 мг/м3; Кривого Рога - 0,3-1,2 мг/м3; Джезказгана - 2,5 - 8,1 мг/м3. Кроме того, на запылен- ность атмосферного воздуха немалое влияние оказывает и скорость ветра на поверхности. Наименьшая запыленность наблюдается при скорости до 4 м/с. При повышении скорости ветра, когда пыль поднимается с поверх- ности земли, и при тихой погоде, когда пыль, образующаяся на отвалах, ав- тодорогах и т.д., не уносится из района шахты, концентрация пыли в воздухе повышается [1]. Основными источниками выделения пыли в окружающую среду яв- ляются погрузочно-разгрузочные операции на поверхностных комплексах шахт и обогатительных фабрик, вентиляционные стволы, угольные скла- ды, а также породные отвалы. Поверхностные технологические комплексы шахт являются одним из источников загрязнения воздушного бассейна пылью. К неорганизован- ным вентиляционным выбросам на технологическом комплексе можно отнести выбросы через неплотности окон, проемов, выбросы аэрозоля из галереи погрузки, при погрузке угля в вагоны и на угольный склад, при вы- грузке угля из скипов в приемные бункеры и пылевыделения из скиповых стволов. Загрязнение атмосферы неорганизованными источниками практи- чески не регулируется, и поступления от них составляют обычно 100 %. 177 Угольный поток, двигаясь по конвейерам, желобам и т.п., эжектиру- ет слои воздуха. Поток эжектируемого воздуха при входе в желоба и ук- рытия образует струи первого рода, совпадающие с направлением потока угля, и струи второго рода, возникающие от встречи потока воздуха со стенками желобов и укрытий. В результате этого из-под укрытий и жело- бов выравнивающим потоком воздуха выносится пыль, которая распро- страняется по помещениям комплекса. Под действием гравитационных сил и ветрового напора в помещениях технологических комплексов движутся потоки воздуха, расходы которых определяются фильтрационными свой- ствами зданий и сооружений. Для установления зависимости пылевыделения от различных фак- торов собирались сведения по добыче и марке угля, типе оборудования, а также проводились измерения влажности и зольности угля. Определялся выход летучих и коэффициент механической прочности. Технологические комплексы шахт отличаются большим разнообра- зием местных условий по виду ископаемого, переработки и способам транспортировки. В настоящее время на поверхностных комплексах эко- номически целесообразно производить только лишь первичную обработку топлива, т.е. породовыборку. В этой связи, основными признаками клас- сификации поверхностных комплексов являлось наличие обработки топ- лива (обогащение, сушка, классификация и т.п.) или отсутствие ее. По- верхностные комплексы шахт Подмосковного, Кузнецкого и Донецкого бассейнов являются комплексами для рядового угля. Поэтому на комплек- сах шахт практически одинаковая технологическая цепочка: подъемные сосуды (скипы) – бункер – питатель – конвейерные галереи – грохот – рас- пределительные конвейеры – бункер – железнодорожные вагоны. Это об- легчает решение задачи определения интенсивности пылевыделения от технологических комплексов. На интенсивность пылеообразования ока- зывают влияние физико-химические свойства угля: механическая проч- ность, влажность, выход летучих и др. Проведенные исследования по определению физико-механических свойств угля показали, что его рабочая влажность изменяется в пределах: 26,1…37,2 %; 5,0…8,5 %; 4,8…7,3 %, а коэффициент механической проч- ности изменяется в пределах: 1,38…1,54; 0,592…2,1; 0,18… 2,1 для Под- московного, Кузнецкого и Донецкого бассейнов, соответственно. Большой разброс коэффициента механической прочности для шахт Кузнецкого и Донецкого бассейнов объясняется различной маркой добываемого угля. Для оценки интенсивности выделения пыли в помещениях конвей- ерных галерей, при выгрузке угля из скипов в приемные бункеры и в пунк- тах погрузки угля в железнодорожные вагоны проводились замеры фоновых концентраций, которые находятся в пределах 2,4…6,5 мг/м3. Исследования 178 изменения замеренных концентраций по отношению к фоновым показыва- ют, что нарастание концентраций происходит очень быстро, в течение не- скольких секунд. Воздух, поступающий в нижнюю часть комплекса, по- ступает также в галереи. Интенсивность выброса пыли в атмосферу от га- лерей определяется как средняя величина интенсивностей пылевыделения в начале и в конце галереи. При погрузке угля в железнодорожные вагоны также имеют место потоки пыли, возникающие от соударения зерен и кусков падающего угля о дно и стенки вагона. Взвешенные пылевидные частицы, поднимаясь вверх, уносятся проходящим над вагонами воздухом и поступают в атмосферу. По данными экспериментального анализа средняя интенсивность удельных пылевыделений от конвейерных галерей колебалась в пределах: 1,1…1,85 г/т; 1,57…3,64 г/т; 0,98…2,72 г/т, а при погрузке угля в железно- дорожные вагоны в пределах: 5,0…6,8 г/т; 7,7…48,1 г/т; 5,4…59,4 г/т для шахт Подмосковного, Кузнецкого и Донецкого бассейнов, соответственно. В результате анализа пылевых съемок были выявлены значимые факторы, влияющие на величину удельных пылевыделений от конвейерных галерей и погрузки угля в железнодорожные вагоны. В качестве основной характеристики, определяющей тесноту связей между показателями, использовался коэффициент корреляции. Корреля- ционный анализ показал, что в качестве факториальных признаков целесо- образно использовать следующие показатели: рабочую влажность Wp, %, и коэффициент механической прочности угля f. По результатам проведенных замеров, используя методы регресси- онного анализа, получены зависимости для определения удельных пыле- выделений (Е), которые имеют вид: - для конвейерных галерей шахт Подмосковного и Кузнецкого бас- сейна, соответственно: E = -0,031 Wp + 1,6356 f , г/т; R=0,99: E = 0,5791 Wp - 1,1274 f , г/т; R=0,9; - для конвейерных галерей шахт Донецкого бассейна E = 0,0047 Wp + 1,2828 f , г/т; R=0,96 (угли марки А); E = 0,502 Wp - 1,7717 f , г/т; R=0,98 (угли марки Г, ОС, Ж). При погрузке угля в железнодорожные вагоны для шахт Подмос- ковного и Кузнецкого бассейна, соответственно: E = 0,0783 Wp + 2,59 f , г/т; R=0,99; E = 42,0357 + 3,2902 Wp - 28,17 f , г/т; R=0,97: - для шахт Донецкого бассейна (угли марки А) E = -9,094 Wp + 51,281 f , г/т; R=0,84 (угли марки А); E = 1,5944 Wp - 3,118 f , г/т; R=0,98 (угли марки Г, ОС, Ж). В приведенные выше формулах R – коэффициент корреляции. 179 Значения коэффициента корреляции близки к 1, а сравнение расчет- ных величин с фактическими данными свидетельствует об удовлетвори- тельном уровне адекватности полученных зависимостей. Таким образом, поверхностные комплексы шахт являются источни- ками значительного пылевыделения. Наибольшее загрязнение атмосферы пылью происходит при погрузке угля в железнодорожные вагоны. Для снижения запыленности рабочих помещений поверхностных комплексов необходимо применять укрытия мест погрузки угля на конвейеры и пере- сыпов с конвейера на конвейер. Основными факторами, влияющими на величину удельных пыле- выделений от конвейерных галерей и при погрузке в железнодорожные вагоны являются влажность углей и коэффициент механической прочности. Значительный объем пыли выделяют в атмосферу породные отвалы. Под действием изменяющейся температуры воздуха, осадков, ветра, тепла, выделяющегося в результате окислительных процессов угля и углистых составляющих пород, происходит саморазрушение кусковой породы с об- разованием некоторой доли пыли. В сухую погоду эта пыль ветром выду- вается из отвала и уносится на значительные расстояния, загрязняя атмосферу. По данным пылевых лабораторий ВГСЧ, запыленность воздуха вблизи породных отвалов колеблется в пределах 0-90 мг/м3. Концентрация пыли в воздухе с подветренной стороны отвала на расстоянии 150 м, при скорости ветра 3-3,5 м/с и влажности воздуха 90 % составляет 10-15 мг/м3. Загрязнение воздуха на промплощадке еще более увеличивается, при горе- нии отвала и выгрузки породы на отвал [2]. Пыль от породных отвалов поступает в атмосферный воздух в ре- зультате ветровой эрозии, а также путем уноса мелких фракций породы при поступлении горной массы в отвал. Формирование породных отвалов осуществляется в результате поступления на них влажной горной массы, при этом происходит прилипание частиц породы друг к другу и к ранее образовавшейся массе. Следовательно, можно сделать вывод, что пород- ные отвалы не должны подвергаться сильной ветровой эрозии. Однако, практически наблюдается значительные выделения пыли в атмосферу. Это объясняется тем, что отдельные участки отвала разрыхляются механиче- ским воздействием на поверхность террикона сбрасываемой породной массой, а также уменьшением прочности поверхностной корки под дейст- вием изменяющейся температуры воздуха, атмосферных осадков и само- возгорания отвалов. Исследования по определению валовых выделений пыли в атмосферу производились на породных отвалах шахт п/о"Тулауголь". Результаты экспериментального анализа показывают, что средняя концентрация пыли при скорости ветра от 3,7 до 4,9 м/с, составляла от 19,4 180 до 32,4 мг/м3. При этом интенсивность пылевыделений колебалась в пре- делах от 2,6 до 4,9 кг/ч. На отдельных частях отвалов возникают тангенциальные напряже- ния в воздушных потоках, следствием чего являются вихри, взвешиваю- щие пыль с поверхности в атмосферу. Высота такого пылящего слоя коле- балась от 0,4 до 0,5 м. Средние значения интенсивности пылеуноса с единицы поверхности отвального участка, подвергающегося повышенному ветро- вому воздействию, составляют 140-280г/чм2 при скоростях ветра 3,7-4,9 м/с. При выгрузке породы на отвал возникает значительное механиче- ское воздействие на поверхность отвала. Оно будет сильнее для отвалов, формирующихся канатной откаткой с саморазгружающейся вагонеткой. Под действием скатывающейся массы породы на поверхности отвала воз- никает сильное пыление. Замер концентрации пыли в таких потоках пока- зал, что концентрация пыли в воздухе изменялась в пределах от 159,2 до 176,3 мг/м3 Скорость ветра равнялась 4,8 и 4,0 м/с соответственно. Расчет поступления пыли в атмосферу при выгрузке вагонетки на отвал показал, что в атмосферу выделяется от 3 до 11 кг/сут пыли. Таким образом, породные отвалы и угольные склады являются ис- точниками выделения пыли. Пылевыделения при эксплуатации угольных складов происходит с поверхности склада, так и при поступлении угля на склад. Количество пыли, поступающей в атмосферный воздух от пород- ных отвалов, значительно увеличивается при выгрузке породы на отвал. Основными факторами, влияющими на величину удельных пыле- выделений от породных отвалов, при различных технологических опера- циях, являются влажность углей и скорость ветра. Литература 1. Волохов М.И., Трусков Ю.В. О запыленности воздуха поступающего в шахты //Труды ин-та горного дела АН. Каз. ССР. – Вып. 23. – 1966.- С. 102 – 103. 2. Маковей Ф.И., Бачурин Э.Ф. Охрана окружающей природной среды в угольной промышленности. – М: ЦНИЭИуголь, 1980. – 16 с. УДК 631.879 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА В УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ Кудряшова А.Г., Выгузова М.А. НОУ ВПО «КИГИТ» В статье рассматривается применение биотехнологий к решению актуальных проблем экологического и ресурсного характера на территории Удмуртской Рес- публики. Предлагается использование комплексной технологии утилизации отхо- 181 дов вермикомпостированием и анаэробным сбраживанием. Описывается достиг- нутый эффект от предложенной технологии. Проблемы, связанные и нерациональным использованием природ- ных ресурсов и антропогенным воздействием на окружающую среду на сегодняшний день являются наиболее значимыми среди ряда мировых проблем. Неумеренное употребление химических удобрений способствует истощению и загрязнению почв и водных ресурсов. Нерациональная до- быча полезных ископаемых и топливных ресурсов приводит к быстрому снижению их запасов и загрязнению окружающей среды. С одной стороны, почвы страдают от недостаточного содержания всех необходимых питательных веществ используемых растениями, а с другой стороны, большое количество питательных веществ, содержащихся в бытовых отходах и побочных продуктах сельского хозяйства, тратятся впустую. Большие количества органических отходов также создают угрозу для безопасной утилизации. Большинство органических остатков сжига- ются или происходит их захоронение. [7] В зависимости от применяемых в сельском хозяйстве технологий можно получать различные виды органических удобрений с весьма широ- ким диапазоном агрохимических свойств и себестоимости. В процессе переработки отходов отрасли животноводства сельхозпроизводитель ре- шает две важные взаимосвязанные задачи: производства органических удобрений и утилизации навоза [6]. Утилизация навоза, переработка его на удобрение решает проблему загрязнения окружающей среды, так как накопление масс навоза, хранение его с нарушениями технологических норм и правил является причиной за- грязнения почвенных вод, засорения земли и атмосферы [4]. Вносить прямо в почву навоз нельзя. Свежий навоз богат раствори- мыми соединениями азота и оказывает такое же действие, как раствори- мые минеральные удобрения, то есть вызывает усиленный рост листьев и стеблей, но это не всегда означает увеличение урожая. Также, растения, удобренные свежим навозом, становятся более чувствительными к болез- ням и вредителям. Кроме того, свежий навоз быстро разлагается, поэтому он не способствует созданию устойчивого плодородия земель. Поэтому навоз подвергают компостированию, но этот процесс очень долог по времени. Одним из перспективных направлений переработки органических отходов является создание комплекса, включающего в себя переработку отходов в биогазовой установке и доработку в вермиреакторе. Это приве- дет к увеличению производительности комплекса в целом, уменьшению затрат на утилизацию отходов, получению биогаза, а как следствие, тепло- вой и электрической энергии, биогумуса как ценного удобрения и биомас- сы червей в качестве кормовой добавки. 182 В рамках реализации Республиканской Целевой Программы «Энер- гоэффективность в Удмуртской Республике на 2010-2014 г.г.» в Воткин- ском, Глазовском, Завьяловском, Можгинском, Сарапульском районах вблизи крупных предприятий животноводства и птицеводства предлагает- ся организовать производства биогаза из отходов данных предприятий. Получаемый биогаз планируется использовать для собственных нужд предприятий и поставки тепловой и электрической энергии потребителям в радиусе 10-15 км [5]. Основная доля потенциала биомассы, пригодной для получения биогаза, приходится на навоз (до 80%). Потенциал производства биогаза с использованием отходов скотоводства на территории Удмуртской Респуб- лики представлен в таблице 1. Таблица 1 – Потенциал производства биогаза с использованием отходов скотоводства № Источник биогаза Общее поголовье, тыс. голов Биомасса, кг/сутки на ед. Общая биомасса, т/сут Объем био- газа, полу- чаемого из 1 кг биомассы, м3 Общая выработка биогаза, тыс. м3/сут 1 КРС 384,6 55 21153 0,05 846,12 2 Свиньи 306,2 12 3674,4 0,06 220,46 3 Овцы, козы 69,3 6 415,8 0,06 24,95 4 Птица 161,5 0,17 27,5 0,07 1,92 Анализ таблицы 1 показывает, что основным сырьем для выработки биогаза в республике является свиной и коровий навоз. Причем, потенциал выработки биогаза из отходов КРС в 4 раза превышает потенциал выхода газа из отходов свиноводства. Несмотря на то, что на территории Удмур- тии развито птицеводство, выход газа из этой отрасли возможен, но суще- ственно ниже, чем из остальных отраслей. По данным исследования [1 - 3], были получены следующие дан- ные: предложенная технология способствует снижению материальных затрат на утилизацию отходов за счет комплексного использования разных способов переработки отходов и за счет получения дополнительного ис- точника энергии в виде биогаза и дополнительной прибыли за счет произ- водства высокоэффективного биогумаса. 183 В разработанном комплексе предлагается использование усовер- шенствованного технологического оборудования, которое позволит повы- сить эффективность работы комплекса в целом и привести к значительно- му экономическому эффекту. Так годовой экономический эффект от использования комплекса составит 573,32 тыс.руб, выход биогаза, 1720 тыс. м3/год, производитель- ность биогумуса, 37,778 т/год. Литература: 1. Выгузова М.А., Использование технологии вермикомпостирования в сельском хозяйстве / Выгузова М.А., Линкевич А.С., Касаткин В.В., Литвинюк Н.Ю. Хране- ние и переработка сельхозсырья. 2012. № 7. С. 11-13. 2. Касаткин, В.В. Метановое сбраживание с точки зрения ресурсосбережения / В.В. Касаткин, С.П. Игнатьев, А.Г. Ларионова // Хранение и переработка сельхозсырья. - № 1. – 2009. – С.53 – 55. 3. Игнатьев С.П., Ларионова А.Г. Органические отходы – источник дополнительного вида топлива // АвтоГазоЗаправочный Комплекс плюс Альтернативное топливо — 2009, - №5 — с.30-32. 4. Панов, Н.П. Актуальные проблемы повышения плодородия почв. / Н.П.Панов // В кн.: Плодородие почв и пути его повышения. - М., 1983, - С.3-9. 5. Сельское хозяйство Удмуртии; Информационно-аналитический отдел Минсельхозпрода УР – Ижевск, 2010г. – 32с. 6. Вермикомпостирование. – 2010. – Режим доступа: http://vermyk.narod.ru/articles/vermicomposting/vermicomposting.htm. 7. Vermicomposting: Recycling Wastes into valuable organic fertilizer. –2006. – Режим доступа: http://www.icrisat.org/journal/agroecosystem/v2i1/v2i1vermi.pdf. УДК 622.8 СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ С ПОВЕРХНОСТИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА Кузнецов В.С. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург В статье рассматриваются вопросы снижения пылевыделения с поверхности хвостохранилища, являющегося источником негативного аэротехногенного воздействия на окружающую среду. Приводится способ снижения выноса пыли с поверхности хвостохранилища с помощью особого размещения защитных экранов. При производстве открытых горных работ в воздушную среду по- ступает значительное количество поллютантов, причем основным загряз- няющим веществом выступает неорганическая пыль. Выделение данного 184 вещества приводит к постепенной деградации зеленых насаждений, сни- жению их продуктивности и утрате устойчивости. Несмотря на различные механизмы образования пыли (бурение, взрывные работы, пыление на дорогах, сдув пыли с поверхности отвалов и хвостохранилищ) пространственный перенос пыли определяется, в основ- ном, сочетанием метеорологических факторов (скорость ветра, направле- ние его действия, температура и влажность атмосферного воздуха), законы изменения которых имеют вероятностную природу. Темпы пылевого загрязнения земель оказывают наибольшее влия- ние в районах, где мощность почвенного слоя менее 15 см, поскольку та- кие районы характеризуются низкой экологической устойчивостью к за- пылению. В районах с мощностью почвенного слоя 100 см также отмеча- ется повышенный ущерб от запыления земель. Поскольку в этих случаях значительно снижается качество, а, следовательно, и ценность загрязнен- ных почв, то темпы пылевого загрязнения земель можно с достаточной достоверностью определить по темпам снижения качества почв, т.е. по величине их разубоживания привносимым пылевым материалов. В качестве источника изучения пылевого загрязнения территорий было выбрано хвостохранилище Оленегорского горно-обогатительного комбината [1]. Для оценки пылевого загрязнения территории окружающей хвостохранилище Оленегорского ГОКа был осуществлен химический и дисперсный анализ складируемых отходов. Химический анализ проб, выполненный рентгенофлуоресцентным методом, показал, что отходы хвостохранилища, в основном (67,5 6,7 %) представлены SiO2, что позволяет отнести пыль, выделяющуюся с поверхности, к третьему классу опасности. С целью получения информации о характере рассеивания пыли различного дисперсного состава, были выполнены натурные исследования в районе функционирования Оленегорского ГОКа [2]. Основным экспериментальным методом для определения пространственного распределения гранулометрического состава пыли была снеговая съемка. Территория для отбора проб снега выбрана с учетом преобладающих направлений ветров в зимний период по данным многолетних наблюдений. Всего было отобрано 48 проб. С целью уточнения характера рассеивания пылевых частиц от источника выделения пыли, места отбора проб фиксировались на карте местности. Отобранные пробы подвергались седиментационному анализу, с помощью которого устанавливался гранулометрический состав пыли. Анализ полученных данных показал, что по мере удаления от источника пылевыделения количество частиц содержащей крупной фракции (500 - 250 мкм, 250 - 100 мкм) убывает, а частиц, размеры которых находятся в диапазоне от 100 - 185 50 мкм, достигает максимума в «общем» значении концентрации уже на расстоянии 1500 м от источника, максимальное содержание частиц размером 50 -10 мкм достигается на расстоянии около 2000 м, а частицы, наносящие наибольший вред для человеческого организма (10–1 мкм), распространяются на расстояние более 3000 метров. Результаты оценки показывают, что пространственное распределе- ние концентрации пыли, выносимой с поверхности хвостохранилища, имеет монотонный характер с максимальным значением непосредственно у источника пылевыделения. Для уменьшения фактической мощности выделения пыли с поверх- ности хвостохранилища могут быть использованы технологические, ин- женерно-технические и организационные мероприятия, а также их рацио- нальное сочетание. В любом случае необходимым условием нормализации экологической обстановки по пылевому фактору является или снижение мощности выброса, либо уменьшения пылящей поверхности. Последнее реализуется на основе технологических мероприятий предусматривающих изменение способов складирования; изменение состава и состояния про- дуктов складирования; безотходную или малоотходную технологию обо- гащения; утилизацию отходов. Инженерно-технологические мероприятия должны быть направле- ны на снижение мощности выбросов и включают в себя: 1) орошение во- дой; 2) орошение водой с добавками химически активных веществ, обес- печивающих закрепление поверхности; 3) закрепление пылящей поверх- ности отвалов битумной эмульсией; 4) закрепление пылящей поверхности латексами; 5) озеленение нерабочих площадей, рекультивация отвалов [3]. В качестве природоохранного мероприятия, предлагается оконту- рить пылящий участок хвостохранилища с помощью защитных загражде- ний расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях: по- перек направления действия господствующих ветров и вдоль этого на- правления. Для этого, определяется значение скорости ветра Vlim (м/с), при которой на границе санитарной зоны вокруг хвостохранилища, обеспечи- вается предельно-допустимое значение концентрации пыли и максималь- ное значение скорости господствующих ветров Vmax (м/с), пылящую по-верхность хвостохранилища разбивают на квадратные участки, по пери- метрам которых устанавливают защитные заграждения, выполненные из гибкого материала. Предварительно определяется площадь пылящего участка. В ре- зультате инструментальных измерений или расчетов, определяют значение скорости ветра Vlim, при которой на границе санитарной зоны вокруг хво-стохранилища, обеспечивается предельно-допустимое значение концен- трации пыли Cпыли =CПДК. Кроме того, в результате анализа данных метео- 186 рологических исследований устанавливают максимальное значение скоро- сти господствующих ветров Vmax. Защитные заграждения устанавливают на пылящей поверхности хвостохранилища таким образом, чтобы во всех случаях при любых направлениях ветра обеспечить сокращение скорости ветра у пылящей поверхности с Vmax до Vlim. Уменьшение скорости ветра достигается за счет создания, т.н. ветровой тени, протяженность которой зависит от высоты заграждения Hзаг. Чем выше Hзаг, тем при фиксирован-ной величине Vlim/ Vmax больше протяженность ветровой тени Lтен, и, сле- довательно, на большем расстоянии друг от друга можно располагать ли- нии защитных заграждений. Аналитическая зависимость между отноше- нием протяженности защитного заграждения Lзаг к его высоте Hзаг и отно- шением протяженности ветровой тени Lтен к Hзаг имеет вид: Lзаг/ Hзаг = 0,022 (Vlim/ Vmax)-2,6 (Lтен/ Hзаг)2 (1) Гарантированное снижение скорости ветра у поверхности хвосто- хранилища в Vlim/ Vmax раз будет обеспечено лишь в случае, когда протя-женности ветровой тени Lтен в двух взаимно перпендикулярных направле- ниях (в направлении господствующего ветра и перпендикулярном к нему направлении) будут одинаковы. Таким образом, ряды защитных экранов, установленные перпендикулярно направлению господствующих ветров и параллельно этому направлению, должны находится друг от друга на рав- ных расстояниях Lуч (рис. 1). Это расстояние устанавливается из формулы (1) при Lзаг = Lуч и Lтен = Lуч. Lуч = 46,4 Hзаг (Vlim/Vmax)2,6 , м (2) где Hзаг – высота защитного заграждения (м) выбирается из диапазона 0,5– 3 м, при условии превышения Lуч величины 10 м., и заданного снижения скорости ветра. Например при снижении скорости ветра соответственно на 40; 50; 60; 70 % высота заграждения Hзаг может составлять 1; 1,5; 2; 2,5 м соответственно. Для создания такого заграждения всю пылящую поверхность хво- стохранилища (1) разбивают на квадратные участки со стороной Lуч (2), рассчитываемой по формуле (2). По периметрам участков устанавливают опоры (3), на которые закрепляют экраны (4), выполненные из гибкого материала. В качестве гибкого материала может быть использован, напри- мер, ячеистый полимер. Данный способ запатентован, патент №2285800. 187 5 Vветр = Vmax 4 1 2 3 1-контур пылящей поверхности; 2- i-пылящий участок; 3-опоры; 4-защитные экраны; 5- граница санитарно-защитной зоны. Рис.1. Расположение защитных экранов. Литература 1. Кузнецов В.С. Пространственное распределение экологического риска при рабо- те железорудных карьеров / / ГИАБ №1, 2006, с. 196-200с. 2. Кузнецов В.С. Воздействие внешних отвалов пустой породы на состояние атмо- сферного воздуха при открытой разработке железорудных месторождений север- ных регионов // 7-я Международная Конференция по проблемам горной промыш- ленности, строительства и энергетики. Материалы конференции: ТулГУ, Тула, 2011, Т2, 226-234 с. 3. Опыт рекультивации земель, нарушенных горными работами, на горнорудных предприятиях чёрной металлургии/ Дороненко Е. П., Пикалова Г. М., Почтенных Н. Г., Мотов Ю. М. и др. – Обзор по системе Информсталь / ин-т «Черметинфор- мация», М., 1985, вып. 22 (237) с. 11-16. 188 УДК 502.176; 504.5/.6 ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ В РЕШЕНИИ НЕКОТОРЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ УРАНОВЫХ РУД Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Аронбаев Д.М., Васина С.М. Самаркандский государственный университет им. А. Навои, г. Самарканд В работе рассматриваются экологические проблемы при добыче и переработке урановых руд. На основе лабораторного эксперимента и имеющегося опыта в реакриации промышленных зон предлагается ряд инновационных инженерно- технических решений, направленных на снижение экологических рисков предпри- ятий ядерного цикла. Предлагается использование дрожжевых отходов пивова- ренной промышленности в биосорбционных технологиях по извлечению урана и продуктов его деления из сточных вод и для длительной консервации отработан- ных урановых шахт. При этом показана возможность перевода плохоутилизируе- мых дрожжевых отходов пивоваренных производств в стратегическое сырье для получения биосорбентов тяжелых металлов, радионуклидов и прочих экотоксикан- тов. Уже становится очевидным, что наличие урановых руд составляет значительный экономический потенциал практически любого государства. Однако, при этом необходимо учитывать и дополнительные риски эколо- гического характера, связанные с добычей и переработкой этих руд. Так, добыча полезных ископаемых, как правило, сопровождается глобальными изменениями ландшафта территорий, загрязнением окружающей среды тяжелыми металлами, радионуклидами, мелкодисперсными выбросами [1]. Другой не менее важной и значительной проблемой для предприятий ядерного цикла, к которым относится уранодобывающая промышлен- ность, является скопление большого количества жидких отходов, содер- жащих растворенные уран и продукты его распада в низкой концентрации [5]. Для их утилизации и очистки от радионуклидов применяются сложные и трудоемкие технологии, которые зачастую экономически не оправданы. Проблемой также остается консервация выработанных урановых шахт. Зачастую эти шахты остаются заброшенными, а поддержание их в эколо- гически безопасном состоянии обходится весьма дорого. Происходит их затопление грунтовыми водами и атмосферными осадками, которые под- вержены естественному загрязнению ионами тяжелых металлов, урана и продуктов его распада. Загрязненная вода проникает в водоносные гори- зонты, обеспечивающие водоснабжение проживающего в округе населе- ния. Приведенные примеры свидетельствуют об актуальности поиска ин- новационных инженерно-технических решений существующих проблем в урановой промышленности . В качестве одного из решений проблемы нами предлагается засеи- вание территорий рудников и горных выработок неприхотливыми, с точки 189 зрения агрохимических и климатических условий, растениями, способны- ми, благодаря их морфофункциональным особенностям накапливать ра- дионуклиды, тяжелые металлы и прочие экотоксиканты в своей биомассе, а также укреплять подвижный и наиболее подверженный ветровой эрозии поверхностный слой отвалов. В качестве таких растений нами были рас- смотрены агроэкологические возможности дикой тыквы Cucurbita foetidissima. Возможной альтернативой Cucurbita foetidissima может быть топинамбур Heliánthus tuberósus, обладающий не менее эффективными агроэкологическими возможностями и культивирование которого налаже- но уже во многих странах. О практических результатах исследований эффективности примене- ния агроэкологических принципов ремедиации почв нами сообщалось на предыдущем 8-ой Международной Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики [7]. Поэтому в настоящей работе нами сделан акцент на поиск инже- нерно-технических решений связанных с экологией воды. К таковым мо- гут относиться биосорбционные технологии с использованием микроорга- низмов. О том, что радионуклиды, в частности, уран и продукты его рас- пада могут быть сконцентрированы и удалены из водных растворов бак- териями, водорослями, грибами, мхами, дрожжами и прочими микроорганиз- мами сообщается в ряде работ отечественных и зарубежных авторов [3, 8-11]. Нами изучены сорбционно-аналитические возможности клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae – крупнотоннажного и плохо- утилизируемого отхода пивоваренного производства. С этой целью биомасса отобранных из технологической схемы про- изводства осадочных дрожжей подвергалась обработке, включающей от- мывку дистиллированной водой, автоклавирование при температуре 120- 130 °С в течение 1,5 часов, центрифугирование при 5000 об/мин, вакуум- сушку при 65 °С и измельчение до частиц размером 0,3-0,5 мм. Как показали исследования, полученная биомасса состоит только из мертвых клеток, содержащих клеточные стенки, представляющих собой целлюлозосодержащий биополимер пептидо-глюканового комплекса со специфическими функциональными группами, которые могут взаимодей- ствовать с ионами тяжелых металлов [2]. Элементным анализом установ- лено, что биомасса клеточных стенок дрожжей содержит 47,8 – 48,6 % С; 5,7-6,1 % N и 6,86% Н. Поверхность сорбента составляла 118,6 м2/г. Биосорбционные возможности сорбента изучали на модельных рас- творах с различным содержанием U (VI), приготовленных растворением сульфата уранила UO2SO4•3H2O. в дистиллированной воде Начальные и равновесные концентрации U (VI) определяли фотоколориметрическим методом с Арсеназо III при λ= 670 нм. 190 Степень извлечения UO22+ находили по формуле: %100 0 .0  С CC R равн , где C0 и Сравн. – начальная и равновесная концентрации UO22+ в растворе, мг/л. Изучали влияние рН, начальной концентрации ионов U (VI), време- ни активации, температуры, дозы сорбента на полноту и кинетику сорбции ионов урана. Сорбционный процесс описывали моделями мономолекуляр- ной адсорбции Фрейндлиха и Ленгмюра. Было установлено, что максимальная адсорбционная способность клеточных стенок дрожжей по отношению к уранил-ионам наблюдается в диапазоне рН, близком к нейтральному 5,0 – 6,5 ед. рН, при их начальных концентрациях 20 – 100 мг/л. Биосорбция протекает относительно быстро при концентрации уранил-ионов < 20 мг/л и достигает R~ 80 % в течение 30 минут. Доза сорбента, при которой достигается максимальная сорбци- онная емкость, 1-2,5 г/л. Температура не значительно влияет на сорбцион- ную емкость. В то же время, как показали исследования, наибольшее влияние на биосорбцию уранил-ионов оказывают карбоксильные группы, а затем уже фосфорильные и аминогруппы [3]. В таблице приведены рассчитанные параметры сорбции U(VI) кле- точными стенками дрожжей и соответствующие критериальные уравнения процесса. Таблица - Биосорбции U(VI) клеточными оболочками дрожжей S.cerevisiae* Расчеты по уравнению Фрейндлиха Расчеты по уравнению Ленгмюра n K R2 Qmax, мг/г b R2 0,5844 6,31 0,9476 183,3 0,2766 0,9898 y = 0,638x + 0,803 y = 0,3611x + 0,0044 *- концентрация биосорбента – 1г/дм3 ; начальная концентрация U (VI) -100 мг/дм3; t - +180 C ; pH = 6,0; τ – 1,5 час; скорость встряхивания – 150 об/мин Установлено, что биосорбция лучше описывается уравнением Лен- гмюра, т.е. создание мономолекулярного слоя адсорбтива на поверхности сорбента без каких-либо значительных хемосорбционных явлений (-ΔН = 9,9 кДж/моль), а максимальная сорбционная емкость составляет 183,3 мг уранил-ионов на 1 грамм сухого биосорбента. Десорбцию урана с поверхности биосорбента под воздействием ми- неральных кислот можно сравнить с сольватационно-координационным 191 механизмом обмена уранил-ионов на поверхности целлюлозосодержащего биополимера с катионами Н+ [6]. В силу этого имеем: Sorb-[(COO–)2(UO2)2+ · Н2О)n] + 2H+ ↔ Sorb-[(COOH)2· Н2О)n] +(UO2)2+ Таким образом, биосорбент из клеточных стенок дрожжей [Sorb(- СОO–·nH2O)], поверхность которого несет на себе отрицательный заряд ( ζ- потенциал при нейтральных значениях рН составляет -15 ÷ - 18 мв [4]), проявляет свойства катионита. Проведенные исследования дают право считать клеточные стенки дрожжей Saccharomyces cerevisiae перспективным материалом для получе- ния биосорбентов ионов тяжелых металлов и радионуклидов. В то же время для получения «полноценного сорбента» необходимо создание целой биоиндустрии по переработке дрожжевых отходов, их очистке, активации функциональных групп биополимеров и их модифика- ции с целью улучшения сорбционных и эксплуатационных характеристик. Это является хлопотной, трудоемкой и дорогостоящей процедурой, тре- бующей определенных капиталовложений. Именно это и сдерживает ком- мерциализацию биосорбционных технологий. Однако, уже сейчас можно предложить решение, которое, по всей ви- димости, способно удовлетворить как пивоваренные и родственные им про- изводства, так и рудоуправления, для которых содержание выработанных и заброшенных урановых шахт на надлежащем уровне также является «голо- вой болью». Нами предлагается закачивать в отработанные урановые шахты сточные воды пивоваренных производств, содержащие осадочные дрожжи. При этом пивоваренные и подобные биотехнологические производ- ства снимают проблему утилизации крупнотоннажных отходов, затраты на дополнительную очистку сточных вод, уменьшение штрафных выплат за сброс вредных отходов в коллекторную сеть. Аналогичные преимущества будут и у рудоуправлений: улучшается радиологическая обстановка в регионе; происходит концентрирование (пусть и с эффективностью ниже, чем показано в лабораторном экспери- менте) урана и продуктов его распада, тяжелых металлов и других экоток- сикантов. При прохождении некоторого времени, дрожжевой биосорбент, насыщенный ураном и другими ионами тяжелых металлов, может быть от- качен и утилизирован, например, сожжением (не жалко, сырье даровое) и уран в виде солей поступит на дальнейшую переработку. Зольность дрож- жевой биомассы не превышает 18 -22 %. Таким образом, предлагаемая идея носит не только утилитарный характер, но и стратегический, с высокой экономической подоплекой пе- ревода «отходов – в доходы». 192 Литература 1. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. – М.: Недра, 1990. – 235с. 2. Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Парпиев Н.А., Аронбаев Д.М. Биосорбционное концентрирование тяжелых металлов клеточными оболочками пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Доклады академии наук Республики Узбеки- стан. - 2011.- №3. - С.58-60. 3. Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Аронбаев Д.М. Биосорбция урана (VI) из водных растворов клеточными оболочками дрожжей S.cerevisiae // Вода: химия и эколо- гия.- 2011.- №12.- С.51-55. 4. Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Аронбаев Д.М. Применение физико-химических методов в исследовании клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Вестник Московского Государственного областного Университета (МГОУ). - 2013.- №2.- С..84-89. 5. Кульменко М.И., Поликарпов Г.Г. Радиоэкология природных вод на стыке ты- сячелетий.// Гидробиол.журн.-2000.-Т.36, №2.- С.60-76. 6. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Модина Е.А. Сольватационно-координационный механизм сорбции ионов тяжелых металлов целлюлозосодержащим сорбентом из водных сред // Химия растительного сырья. - 2010. - № 4. -С. 23–30. 7. Аронбаев Д.М., Исмаилов З.Ф., Харитонов С.Е., Насимов А.М., Аронбаев С.Д. Исследование перспективности применения дикой тыквы Cucurbita foetidissima в решении экологических проблем горнорудной промышленности //8-я Междуна- родная Конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной про- мышленности, строительства и энергетики» Тула с 1 по 2 ноября 2012 года. - С.388-392. 8. Dhankhar R.,Hooda A.,Solanki R., Sainger P.A. Saccharomyces cerevisiae: a potential biosorbent for biosorption of uranium. // International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST). – 2011.- Vol. 3. - No. 6 . – P. 5397 – 5407. 9. Popa K., Cecal A., , Drochioiu G., Pui A., Humelnicu D. Saccharomyces cerevisiae as uranium bioaccumulating material: the influence of contact time, pH and anion nature // Nukleonika, 2003; 48(3). – P.121−125. 10. Volesky B., Holan Z.R. Biosorption of heavy metals: areview.//Biotehnol.Prog.- 1995.- №11.- Р.235-250. 11. Yi Z.,Yao J. Kinetic and equilibrium study of uranium(VI) adsorption by Bacillus licheniformis // J. Radioanal. Nucl. Chem. - 2012 .- Vol. 293. – P.907–914.  193 УДК 504 ББК 20.18 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ БУРОВЫХ ШЛАМОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ДОВЫРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПО ТЕХНОЛОГИИ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ Кацило В.В. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Работа посвящена вопросу снижения техногенной нагрузки на окружающую среду при утилизации и хранении буровых шламов, образующихся на различных этапах строительства боковых стволов скважин при добыче остаточных запасов сырья на месторождениях Западной Сибири, за счет усовершенствования гидроизоляции шламовых амбаров. Разработка высокоэффективных и экономичных технологий хране- ния, переработки, обезвреживания и утилизации отходов бурения является одной из наиболее актуальных задач для предприятий топливно- энергетического комплекса России. Образуясь на различных этапах буре- ния, они накапливаются на территории рабочей площадки, оказывая отри- цательное воздействие на все компоненты природной среды [1]. При этом технологические особенности разработки современных эксплуатируемых месторождений обуславливают новые сложности данного вопроса. Так перспективы увеличения масштабов минерально-сырьевой ба- зы в России тесно связаны с выработкой остаточных запасов ухудшенной структуры разведанных месторождений Западной и Восточной Сибири по технологии наклонно-направленного бурения уплотняющей сетки сква- жин. В частности, на предприятиях Западно-Сибирского ТЭК повышение коэффициентов извлечения сырья крупнейших месторождений завер- шающей стадии разработки осуществляется за счет бурения боковых на- правленных стволов из «старых» скважин (БСС). Данный способ бурения является одним из наиболее эффективных и экономичных; позволяет уве- личить дебиты в 3-5 раз, а коэффициент извлечения довести до 70-80 % [2]. Однако добыча остаточных запасов сырья по данной технологии, не- смотря на отсутствие начальных строительных этапов по обустройству территории буровой площадки и глобальных строительно-монтажных ра- бот, также является причиной образования нескольких десятков млн. м3 производственно-технических отходов, к которым относятся: буровая сточная вода (БСВ), отработанный буровой раствор (ОБР), выбуренная порода (ВП) и буровой шлам (БШ). Буровые сточные воды образуются из промывочной и технической воды и содержат сравнительно небольшое количество химических реаген- тов. Отработанный буровой раствор представляет собой раствор, исклю- 194 чаемый из технологических процессов бурения. Буровой шлам представ- ляет собой многокомпонентную смесь веществ техногенного и природно- го происхождения, и вместе с выбуренной породой включает все химиче- ские соединения, которые используются для приготовления буровых рас- творов. Диспергируясь в среде бурового раствора, частицы ВП адсорби- руют токсичные вещества, за счет чего содержание химических реагентов в шламе может достигать 15 %. Поэтому загрязняющие свойства БШ, зави- сят, в первую очередь, от химических реагентов, применяемых для приго- товления и обработки буровых растворов, а также от петрографического состава проходимых в процессе бурения пород [1]. Технология строительства боковых стволов скважин при добыче ос- таточных запасов сырья предполагает использование нескольких буровых растворов различных рецептур. В большинстве случаев при забуривании БСС в сложных горно-геологических условиях Сибири традиционные гли- нистые растворы практически непригодны и могут использоваться только на первом этапе строительства при создании искусственного забоя, уста- новке цементного моста и вырезании «окна» в средней части эксплуатаци- онной колонны. Технологические же особенности наклонно- направленного бурения обусловливают необходимость применения специ- альных промывочных жидкостей, предотвращающих набухания глини- стых пород и повышающих устойчивость ствола скважины. Для добычи трудноизвлекаемых запасов месторождений Западной Сибири в завер- шающей стадии разработки по технологии наклонно-направленного буре- ния используются системы буровых растворов, стабилизированные биопо- лимерами с добавлением минеральных солей. Кристаллы соли являются хорошими коркообразователями, поскольку они легко растворяются пла- стовыми флюидами, а биополимеры обеспечивают повышение вязкости благодаря образованию поперечных связей между молекулами при дейст- вии кросс-агентов. В результате такого макромолекулярного взаимодейст- вия достигается взвешивание твердой фазы и обеспечиваются энергетиче- ски выгодные условия разрушения породы долотом с последующим выно- сом шлама из-под его зубцов. Образующийся турбулентный режим вымы- вания частиц и высокая фильтрация способствуют эффективному разру- шению породы, благодаря чему сводится к минимуму вероятность прихва- та инструмента при проводке горизонтальных и боковых стволов скважин [2]. В ОАО «Сургутнефтегаз» бурение трудноизвлекаемых запасов в сложных горно-геологических условиях Западной Сибири и бурение в со- левых толщах Восточной Сибири по технологии наклонно-направленного бурения проводится с использованием солевых биополимерных и поли- мерглинистых растворов системы «ИКАРБ», технологическая эффектив- 195 ность которых доказана многочисленными научными исследованиями и промысловыми испытаниями [3]. Именно поэтому основной объем образующегося при строительстве боковых стволов скважин бурового шлама кардинально отличен по соста- ву от глинистого шлама, который образуется при традиционной разработ- ке месторождения, и с учетом опасности которого разработано большин- ство известных технологий обезвреживания отходов на предприятиях ТЭК Западной Сибири. Таким образом, многотоннажные объемы соленого бурового шлама с учетом его высокой загрязненности, предопределяют техногенез процес- сов наклонно-направленного бурения при довыработке остаточных запа- сов полезных ископаемых. Однако, несмотря на высокую экологическую опасность этих отходов, до сих пор не разработано технологических ре- шений, позволяющих с высокой эффективностью и минимальным техно- генным воздействием их обезвреживать и утилизировать. Хранение бурового шлама, содержащего токсичные вещества с по- вышенной миграционной способностью, в специальных земляных амбарах непосредственно на территории рабочей площадки является основной причиной прогрессирующего ухудшения качества окружающей среды в экологически уязвимых районах ведения буровых работ с крайне неблаго- приятными природно-климатическими и почвенно-ландшафтными усло- виями, характеризующимися ограниченной способностью самоочищения и слабыми защитными функциями. При этом загрязнение грунтовых вод и почв происходит за счет поступления минеральных и органических ток- сичных веществ при фильтрации жидких отходов. Причиной этого являет- ся некачественное строительство и несовершенство конструкций амбаров, приводящее к разрушению их обваловки паводковыми водами и атмо- сферными осадками; отсутствие надежной гидроизоляции дна и стенок шламовых амбаров, а также неучтённость почвенно-ландшафтных условий. В связи с этим все более актуальными становятся вопросы миними- зации техногенного воздействия буровых шламов на компоненты природ- ной среды за счёт рационального внедрения природосберегающих техно- логий, разработанных на основе комплексной оценки их негативного влияния. При этом основной задачей является усовершенствование из- вестных и разработка новых экономичных способов гидроизоляции шла- мовых амбаров в зависимости от типа грунта. Наиболее рациональным методом утилизации отходов бурения на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» является использование выбу- ренной породы (очищенных буровых шламов) в тело насыпи при строи- тельстве кустовой площадки скважин. Однако данный способ обезврежи- вания отходов бурения предполагает использование в качестве строитель- 196 ного материала глинистых шламов четвертого класса опасности, обра- зующихся при строительстве эксплуатационной колонны. Следовательно, для обеспечения экологической безопасности работ по добычи остаточных запасов УВ сырья необходимо разрабатывать новые методы складирования производственно-технологических отходов с учетом изменений в составе утилизируемого бурового шлама, обусловленных применением солевых биополимерных растворов для увеличения производительности малодебит- ных скважин на заключительной стадии разработки месторождений Запад- ной Сибири. Разработка средозащитных мероприятий, направленных на обез- вреживание и утилизацию буровых шламов, должна базироваться на ре- зультатах комплексной оценки современного состояния ландшафтно- экологической ситуации при добыче остаточных запасов нефти из «старо- го» фонда скважин; химико-аналитических исследований буровых шламов по определению токсичных компонентов в подвижных формах; на изуче- нии миграции загрязняющих веществ с территорий шламовых амбаров. Кроме того, для решения данной проблемы предлагается выявление экологически и экономически целесообразного способа гидроизоляции шламовых амбаров в зависимости от типа грунта в области расположения кустовых площадок скважин. С этой целью были проведены различные экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях. В первую очередь, было проведено химико-аналитическое сравне- ние и определение класса опасности буровых шламов, образующихся на различных этапах добычи остаточных запасов нефти месторождений ОАО «Сургутнефтегаз». Проведенные химико-биологические исследования вы- явили, что пробы малоглинистого соленого шлама, образующегося при строительстве «хвостовиков» и забуривании боковых стволов, в отличие от глинистых шламов, образующихся при бурении эксплуатационной ко- лонны, обладают токсичностью по отношению к дафниям, высшим расте- ниям и микроорганизмам ввиду повышенного содержания легкораствори- мых солей в рецептуре использующегося бурового раствора. Таким обра- зом, малоглинистые солевые шламы относятся к третьему классу опасно- сти (умеренно опасные), а глинистые шламы к четвертому. Опытно-промысловые испытания надежности различных способов гидроизоляции были проведены на кустовых площадках скважин двух различных месторождений ОАО «Сургутнефтегаз», характеризующихся песчаным и торфяным типом почв. Для экспериментального складирова- ния бурового шлама, образующегося при бурении на солевых биополи- мерных растворах, были организованы по три модельные траншеи с раз- личным типом гидроизоляции- глинистым буровым раствором, дорнитом с полиэтиленовой пленкой, а также без изоляции. В соответствии с разрабо- 197 танным планом по проведению локального химического мониторинга был реализован отбор и последующий комплексный химико-аналитический анализ проб грунтовых вод и почв, отбираемых на разном удалении еже- декадно вплоть до ликвидации траншеи. Результаты проведенных иссле- дований химического состава отобранных проб методами атомной абсорб- ции установили факт миграции загрязняющих веществ с территорий всех модельных шламохранилищ. Так, в пробах грунтовых вод наблюдается повышенное содержание солей, в частности натрия и калия, повышенная концентрация хлор-иона, железа, марганца и меди, а также высокое значе- ние минерализации. Таким образом, полученные данные подтверждают актуальность разработок новых экономичных способов гидроизоляции шламовых амбаров в зависимости от типа грунта. Для снижения техногенной нагрузки на почвы и грунтовые воды в зоне складирования соленых буровых шламов, образующихся при добыче остаточных запасов сырья по технологии наклонно-направленного буре- ния, авторами данной работы предлагается усиление гидроизоляции амба- ров за счет установки по их периметру фильтрационных экранов с исполь- зованием глинистого шлама в качестве водоудерживающего наполнителя. Предпосылкой разработки данного средозащитного мероприятия стало выявление схожести минерального состава глинистых буровых шламов, образующихся на первых этапах строительства боковых стволов скважин, и бентонитовых глин, которые повсеместно применяются в гидротехниче- ском строительстве в качестве эффективного гидроизоляционного мате- риала. В результате комплексного исследования фазового состава буро- вых шламов и бентонитовых глин методами совмещенного рентгеност- руктурного и термического анализа с дифференциально-сканирующей ка- лориметрией было установлено преобладающее соизмеримое содержание минералов монтмориллонитовой группы в их составе. Монтмориллонит - это слоистый водный алюмосиликат с раздвижной кристаллической ре- шеткой, который образует с водой очень устойчивые суспензии и вязкую тестообразную массу. Благодаря этим свойствам монтмориллонита бенто- нитовые глины характеризуются сильной набухаемостью (иногда до 10 – 20 кратного увеличения в объеме), а также высокой водопоглощаемостью, дисперсностью, связующей и сорбционной способностями. Следующим этапом явилась разработка комплексной программы и проведение аналитического определения водоудерживающих свойств бу- ровых шламов, где результаты рентгенофазовой дифрактометрии и термо- гравиаметрического анализа подтверждались классическими гидрогеоло- гическими исследованиями набухания проб на аппарате Васильева. Экспериментально было установлено, что образцы глинистого бу- рового шлама, подобно бентониту, при затворении водой набухают, обра- 198 зуя гелеобразный слой, и по величине свободного набухания (около 14,3 %) лежат на границе средне- и сильнонабухающих пород соответствующей классификации [4]. Таким образом, результаты данных исследований подтверждают возможность использования бурового шлама четвертого класса опасности, образующегося при бурении месторождений Западной Сибири с использо- ванием глинистых систем растворов, в качестве водоудерживающего на- полнителя различных гидроизоляционных конструкций. В этой связи, эко- номически целесообразный способ производственной утилизации буровых шламов, образующихся на различных этапах строительства боковых ство- лов скважин, и направленный на снижение негативного воздействия на почвы и грунтовые воды, должен включать усиление гидроизоляции шла- мовых амбаров за счет установки по их периметру фильтрационных экра- нов с глинистым шламом в качестве сорбционного наполнителя. Литература 1. Буланов, А.И. и др. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленно- сти. / А.И. Буланов, П.П Макаренко., В.Ю. Шеметов– М.: Недра, 1997. С. 97 – 145. 2. Гилязов, Р.М. Бурение нефтяных скважин с боковыми стволами.- М.: ООО «Не- дра-Бизнесцентр», 2002. С. 9-88 3. Лушпеева, О.А. Научные обобщения и технологические разработки по повыше- нию качества, эффективности и экологической безопасности буровых работ: Авто- реф. дисс. док. тех. наук: 25.00.15-05/ О.А. Лушпеева; [Место защиты: ТюмГНГУ].- г. Тюмень, 2008.-46 с. 4. Трофимов, В.Т. Грунтоведение./ В.А. Королев, Е.А. Вознесенский, Г.А. Голод- ковская-М.:Изд-во МГУ, 2005-1024 с. УДК 67.08 ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПЕРЕРАБОТКИ ПЫЛЕВИДНЫХ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА Лытаева Т.А., Пашкевич М.А Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Отходы предприятий горно-металлургического комплекса оказывают негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды. При этом они пред- ставляют собой крупный сырьевой источник для производства черных и цветных металлов, сопоставимый по содержанию полезных компонентов с природными месторождениями. К наименее утилизируемой группе отходов электрометаллур- гического производства относятся дисперсные отходы, уловленные в системах очистки аспирационных и технологических выбросов в виде пыли, которая являет- ся техногенным сырьем для производства цинка и ряда других металлов. Функционирование предприятий черной металлургии сопровожда- ется образованием значительного количества железосодержащих пылей и 199 шламов систем газоочистки, которые являются одним из основных источ- ников загрязнения и нарушения компонентов окружающей природной среды. Согласно «Стратегии развития металлургической промышленности России до 2020 г» при увеличении объемов производства стали, доля про- изводства электростали к концу 2015 года составит 33,9 %, в 2020 – 39 %. При этом, количество пылевидных отходов будет только возрастать, уве- личивая техногенную нагрузку на окружающую природную среду. [4] По данным российской компании ООО «Группы «Магнезит» еже- годно в России образуется более 200 тыс. тонн пылей электрометаллурги- ческого производства. Примером образования пыли электросталеплавильного производст- ва может служить предприятие ОАО «Северсталь», которое расположено в г.Череповце Вологодской области. Так, к 2013 году на площадке хранения пыли комбинатом накоплено более 70 тыс. тонн отхода. Накопитель представляет собой открытый участок площадью 2,2 га, который находится на расстоянии 4 км от селитебной зоны и 5-10 км от ближайшего водного объекта (р.Кошта, р.Шексна). Для определения количественного и качественного состава, а также крупности частиц пыли от систем аспирации и газоочистки электростале- плавильного цеха (ЭСПЦ), отделом аналитических исследований Центра коллективного пользования Национального минерально-сырьевого уни- верситета «Горный» были проведены рентгенофлуоресцентный и грану- лометрический анализы. По результатам которых можно судить о дис- персности и полиэлементном составе отхода с высоким содержанием же- леза и цветных металлов. Высокое содержание таких металлов, как цинк, кадмий, медь, обу- словлено тем, что в качестве шихты в электрометаллургическом производ- стве используют оцинкованный лом. При температуре плавки выше 1200 °С эти металлы практически полностью переходят в газовую фазу и нака- пливаются в фильтрах системы газоочистки цеха. [3] Последствия складирования пыли от систем аспирации и газоочист- ки ЭСПЦ заключаются в потерях ценных компонентов и загрязнении ок- ружающей природной среды, при этом происходит формирование атмо-, лито- и гидрогеохимических ореолов загрязнения. Миграция загрязняющих веществ с территории площадки хранения пыли ЭСПЦ связана с влиянием внешних и внутренних факторов. Для ат- мосферы и литосферы основными факторами являются температура и дав- ление, для гидросферы – параметры рН, Еh, химические связи. [2] Так, при значениях pH более 6 происходит накопление цинка в почве в больших количествах благодаря взаимодействию с породообразующими элемента- 200 ми. В водорастворимое соединение цинк начинает переходить при значе- ниях pH менее 6. Воздействие площадки хранения пыли ЭСПЦ на атмосферный воз- дух происходит почти постоянно, в течение длительного времени. Вслед- ствие того, что отход представлен тонкодисперсной фракцией пыли (dср= 7,9 мкм), при среднегодовой скорости ветра 5,1 м/с и таком гранулометри- ческом составе он в сухом виде полностью может переходить в аэрозоль- ное состояние. Интенсивность пылеобразования с поверхности накопителя опреде- ляется климатическими условиями местности складирования отхода, сте- пенью защищенности его от внешних воздействий, профилем поверхности складируемого материала. [2] Учитывая негативное влияние компонентов отхода на окружающую природную среду, ограниченные возможности по расширению объема на- копителя, а также истощение источников исходного минерального сырья, актуальными являются задачи разработки новых решений по переработке пыли ЭСПЦ. Использование пыли электрометаллургического производства в аг- ломерационном и доменном производствах комбината невозможно без предварительного удаления цинка. Существует два способа извлечения цинка – пирометаллургический и гидрометаллургический. Наиболее распространенной в мире технологией, используемой для переработки пылей электродуговых печей, является пирометаллургиче- ский процесс (вельцевание). Сущность вельцевания состоит в том, что цинксодержащий дис- персный материал смешивают с коксиком и при высокой температуре пе- ремешивают шихту для равномерной газификации коксика и отгонки цин- ка по всей массе шихты. Такой процесс углетермического восстановления протекает интенсивно благодаря сильно развитой межфазной поверхности взаимодействующих веществ и тесному контакту восстановителя с восста- навливаемыми фазами при участии активного оксида углерода в момент его образования, а также благодаря отводу продуктов реакции из зоны протекания процессов восстановления [1]. Пылегазовый поток по выходе из трубчатой печи попадает в пыле- вую камеру, где оседает грубая пыль (механический унос шихты), через кулера (батарея труб, через стенки которых газ охлаждается наружным воздухом), а затем через рукавные фильтры, где улавливаются возгоны (вельц-оксиды) [4]. Однако пирометаллургические схемы имеют следующие недостат- ки: необходимость специальной шихтоподготовки (сушка, грануляция), 201 доработки получаемых полупродуктов (пыль, газы, шлак), развитых схем обезвреживания и утилизации пылегазовых потоков; данные процессы чувствительны к колебаниям состава сырья, связаны с использованием дефицитного кокса, для них характерно интенсивное настылеобразование и трудности в аппаратурном оформлении. Главными факторами, определяющими возможность утилизации отхода, являются не только его химический состав, физическое состояние, технические возможности существующих технологий, но и экономическая целесообразность с учетом экологической перспективы. С экологической точки зрения гидрометаллургический процесс яв- ляется наиболее безопасным. При выщелачивании происходит избирательное извлечение цвет- ных металлов в раствор, прежде всего цинка, кадмия, меди., после осажде- ния которых получаемый полупродукт может быть использован на цинко- вых производствах. Автоклавное выщелачивание является наиболее интенсивным вари- антом вскрытия разнообразных видов минерального сырья и полупродук- тов производства. Это достигается за счет использования повышенных температур (400÷560 К), давлений реакционного газа (0,2÷1,5 МПа). По- скольку процесс осуществляется в герметичной аппаратуре, это и наиболее экологически выдержанный вариант извлечения цинка, обеспечивающий эффективное использование теплоносителя и высокие показатели извлече- ния на выходе [1]. Таким образом, экономическая экологическая и эффективность це- лесообразность утилизации пылевидных отходов электрометаллургиче- ского производства достигаются с использованием высокотемпературного автоклавного выщелачивания. Литература 1. Извлечение цинка из рудного сырья/С.Э. Кляйн, П.А. Козлов, С.С. Набойченко. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - 492 с. 2. Пашкевич М.А. Оценка воздействия техногенных массивов на природную среду в горно-промышленных регионах: Диссертация на соискание доктора технических наук; - СПб, 2000 г. 3. Лытаева Т.А. Утилизация пыли от систем аспирации и газоочистки сталепла- вильного производства / Т.А.Лытаева, М.А.Пашкевич//Научный вестник МГГУ. – 2013. - №7(40). – С.46-50. 4. Ярошенко Ю.Г. Использование вторичных ресурсов черной металлургии: про- блемы и решения//«Металлургическая теплотехника» Выпуск 3(18), 2011 г. 202 УДК 613.644 МЕТОДИКА РАСЧЁТА БЕЗОПАСНОГО СТАЖА РАБОТЫ ПРИ КОНТАКТЕ С ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ Кашинцева Л.О., Тимофеева В.Б., Хрупачев А.Г., Кашинцева Л.В. Тульский государственный университет, г. Тула Приведены методики расчета доз и максимального времени вредного воздействия виброаккустических факторов производственной среды. Разработаны компью- терные программы с унифицированным интерфейсом, определяющие безопасный стаж работы, время работы и количество смен при контакте с виброакустиче- скими факторами. В современном мире практически не существует человека, который в той или иной степени не был бы озабочен экологическими проблемами и во- просами собственной экологической безопасности [1, 4]. Появились и полу- чают широкое распространение такие понятия как «акустическая экология», «шумовое загрязнение окружающей среды» и др. Под шумовым загрязнением понимают раздражающие звуки антропогенного происхождения, которые нарушают жизнедеятельность живых организмов и человека. Негативное влияние сильных шумов на организм человека известно, но нет четкого пони- мания влияния акустических сигналов малой мощности на функциональные системы организма человека. В настоящее время шум воспринимается как «неизбежное зло», как неотъемлемая часть процесса жизнедеятельности человека. Повышенный уровень шума на производстве не вызывает кровотечений, не ведет к пере- ломам и повреждениям тканей, и, если рабочие перетерпят первые не- сколько дней или недель, у них очень часто возникает ощущение «привы- кания» к шуму. Но в большинстве случаев у человека начинается времен- ная потеря слуха, которая притупляет его способность слышать во время рабочего дня, хотя эти изменения частично восстанавливаются за ночь. Таким образом, человек теряет слух постепенно, зачастую – незаметно в течение месяцев и лет, пока ослабление слуха не достигнет критической отметки, когда звуковой анализатор перестает принимать адекватную ин- формацию об окружающем мире. Отечественные и зарубежные исследо- вания позволили установить взаимосвязь между интенсивностью и про- должительностью шумового воздействия. Так, риск потери слуха при де- сятилетней продолжительности воздействия шума составляет 10 % при уровне 90 дБ, 29 % при 100 дБ и 55 % при 110 дБ. По данным Роспотреб- надзора России, в структуре профзаболеваний кохлеарные невриты со- ставляют порядка 20 %. Кроме того, неспецифическое воздействие шума проявляется раньше, чем изменения в органе слуха: невротический и асте- нический синдромы в сочетании с вегетативной дисфункцией, нарушения 203 секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта. В резуль- тате воздействия шума высокой интенсивности одновременно возникают изменения в сердечно-сосудистой, нейроэндокринной и иммунной систе- ме. Возникающие дефекты иммунной системы касаются в основном трех основных биологических эффектов: снижения антиинфекционного имму- нитета; создания благоприятных условий для развития аутоиммунных и аллергических процессов, снижения противоопухолевого иммунитета. Все это нашло подтверждение в новейших исследованиях тезиограмм биоло- гических жидкостей (кровь, лимфа), в которых обнаружена существенная разница в структуре и самоорганизации их элементов у здоровых людей уже при 20 минутном воздействии низкочастотного широкополосного шу- ма (до 25 Гц) интенсивностью более 110 дБ [5]. Сегодня локальная вибрация (ЛВ) – один из самых распространенных вредных производственных факторов. Ее источники – различные виброин- струменты: рубильные, клепальные и отбойные молотки; перфораторы; шлифовальные машины; дрели; гайковерты; бензиномоторные пилы и др., широко использующиеся в машиностроении, строительстве, горнодобы- вающей и лесной промышленности. Как результат, вибрационная болезнь (ВБ) от ЛВ у нас в стране в 80-е годы прошлого столетия составляла 30–33 % структуре профзаболеваний, затем наблюдалось снижение и в настоящее время она находится на уровне 24 % [6]. В свою очередь, воздействию общей вибрации (ОВ) на рабочих мест подвергаются около 3 млн. человек в строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте. К ним относятся операторы и машинисты самоходных и прицепных машин (тракторов, комбайнов, бульдозеров, скреперов, кранов и др.), водители автомобилей и городского транспорта, экипажи речных и морских судов, авиационного и железнодорожного транспорта. ОВ переда- ется на рабочие места транспортно-технологических машин (буровых стан- ков, экскаваторов и др.) и стационарного оборудования (грохотов, центрифуг и т.п.). Вибрационная болезнь (ВБ) от ОВ составляет около 15 % от всей вибра- ционной патологии [7]. В Российской Федерации методика расчета дозы шума изложена в ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие положения безопасности». Согласно ему, показателем потенциальной опасности здоровью работающих в условиях повышенного шума, является относительная доза шума (1), характери- зующая величину в процентах, на которую фактическая доза шума Дф, полученная на рабочем месте, превышает допустимую дозу шума Ддоп: ф отн. доп. ДД 100,Д  (1) В тоже время, в действующих в России сегодня санитарных нормах [10] нормируемым параметром является эквивалентный (по энергии) уро- 204 вень шума LАэкв (2), а не аккумулирующий показатель отдаленных эффек-тов – доза шумового воздействия.   dt p tp T L T AэквА 2 0 0 1lg10      (2) Для устранения этого несоответствия в работе [11] предложены численные соотношения между эквивалентным уровнем звука на рабочем месте и относительной дозой шума в зависимости от времени действия шума в течение смены (табл. 1). В основу расчета допустимой стажевой дозы при работе во вредных условиях труда заложено правило «равной энергии», которое применимо к любому физическому фактору. Учеными НИИ медицины труда, предлага- ется рассчитывать допустимый уровень шума в течение трудового стажа LСТ, по зависимости [3]:    эквСТ А оL L 10lg t / 8 10lg T / T   (3) где LАэкв – эквивалентный уровень шума за рабочую смену; t – время воз-действия шума за 8-ми часовую смену; Т – стаж работы в условиях повы- шенного шума; То – 1 год. Таблица 1. Соотношения между эквивалентным уровнем звука и относительной дозой шума в зависимости от времени действия шума Относи- тельная доза шума, % Эквивалентный уровень звука LАэкв , дБ А за время действия шума 8 ч 4 ч 2 ч 1 ч 30 мин 15 мин 7 мин 3,2 6,3 12,5 25 50 100 200 400 800 1600 3200 65 68 71 74 77 80 83 86 89 92 95 68 71 74 77 80 83 86 89 92 95 98 71 74 77 80 83 86 89 92 95 98 101 74 77 80 83 86 89 92 95 98 101 104 77 80 83 86 89 92 95 98 101 104 107 80 83 86 89 92 95 98 101 104 107 110 83 86 89 92 95 98 101 104 107 110 113 Исходя из зависимости (3) нами предложено решение обратной за- дачи по определению допустимого стажа работы в условиях воздействия на рабочем месте шума с уровнем равным LАэкв (4).   ст Aэкв0,1 L L 10lg t / 8 оТ Т 10    (4) 205 В результате вычислений была получена таблица допустимого ста- жа и максимального времени вредного воздействия шума за 8-ми часовую смену при работе в различных классах условия труда (табл. 2). Таблица 2. Таблица допустимого стажа и максимального времени вредного воздействия шума за 8-ми часовую смену при работе в различных классах условия труда Класс условий труда LАэкв , дБА t, часов Т, лет 2 До 80 8 40 3.1 80 – 85 7,92 – 2,53 39,81–12,59 3.2 85 – 95 2,52 –0,26 12,6 – 1,259 3.3 95 – 105 0,25 – 0,03 1,6 – 0,1259 3.4 105 – 115 0,029 – 0,009 0,126 –0,01259 Для оперативного, экспертного определения допустимых условий труда в процессе проведения периодических медицинских осмотров (ПМО), разработана компьютерная программа, которая позволяет рассчи- тать для каждого работающего при конкретных значениях уровня (LАэкв) и времени действия шума (t) на рабочем месте: безопасный стаж и макси- мальное допустимое сменное время контакта с шумом в течение полных 40 лет работы [9]. Интерфейс программы представлен на рис. 1. Из приве- денного примера видно, что при уровне шума 87 дБА и времени воздейст- вия в течение смены 6 часов, допустимый стаж работы не может превы- шать 8 лет. А для того чтобы работник мог заниматься профессиональной деятельностью с уровнем шума 87 дБА все 40 лет трудового стажа, то вре- мя его действия в течение смены не должно превышать 1,61 часа. Рис. 1. Интерфейс программы расчета безопасного стажа и максимальное допустимое время работы в условиях повышенного шума. 206 Результаты многолетних исследований отечественных и зарубеж- ных профпатологов показывают, что одним из важнейших элементов со- хранения здоровья при воздействии повышенного производственного шу- ма являются своевременные и научно обоснованные регламенты проведе- ния профилактических мероприятий. При этом, наиболее эффективным способом является защита временем – принудительное ограничение воз- действия производственного шума на работника. Дозовый принцип ги- гиенического нормирования позволяет оценить реальную нагрузку и необ- ходимое число дней отдыха или работ со сниженным уровнем шума [8]. Для решения этой задачи в работе был разработан программный продукт, позволяющий рассчитывать количество дней отдыха (или работы с пони- женной дозой шума) в течении года, в зависимости от величины эквива- лентного уровня шума LАэкв и продолжительности его воздействия в тече-нии одной рабочей смены, а также количества таких смен в течении меся- ца. Интерфейс программы представлен на рис. 2. Рис. 2. Интерфейс программы расчета дней отдыха при работе условиях повышенного шума Учитывая высокую опасность вибрационного фактора для здоровья, разработан целый ряд моделей (дозо-эффективных зависимостей) для рас- чета вероятности развития ВБ в зависимости от уровня фактора и продол- жительности воздействия. Для локальной вибрации они основаны на раз- ных клинических критериях: в зарубежной литературе это синдром «белых пальцев», а в отечественной – ВБ разной степени (табл. 3) [6]. 207 Таблица 3 - Вероятности развития вибрационной болезни (ВБ) в зависимости от уровня фактора и продолжительности воздействия по трем различным моделям Класс усло- вий труда по Р 2.2.2006-05 ИСО 5349.2* ВБ I степени ВБ II степени 10 лет 20 лет 10 лет 20 лет 10 лет 20 лет Вероятность ВБ, % 2 10 35 <10 <10 1 2,5 3.1 18 >50 <10 12 1,5 4 3.2 35 >50 <10 19 1,8 5 3.3 >50 >50 14 28 2,5 6 3.4 >50 >50 24 38 3,2 9 4 >50 >50 32 >50 4 12 При оценке вероятности развития ВБ при действии общей вибрации учитывается степень выраженности вибрационных нарушений, а именно синдром вегетативно-сенсорной полиневропатии (I степень) и синдром вегетативно-сенсорной полиневропатии в сочетании с вторичным пояс- нично-крестцовым корешковым синдромом (II степень) зависят от уровня ОВ и стажа работы (табл. 4) [7]. Таблица 4 - Вероятность развития различных синдромов ВБ Класс условий труда по Р 2.2.2006- 05 Эквивалентное кор- ректированное уско- рение, м/с2 Вероятность синдромов (А/Б)** в % при стаже работы 5 лет 10 лет 20 лет 2* 0,28 – * * 3.1 0,56 0,4/0,4 0,8/0,5 1,6/0,7 3.2 1,12 1,6/1,5 3/2 6/3 3.3 2,2 6/5,5 13/8 25/11 3.4 4,5 25/22 50/32 >50/45 4 >4,5 >25/>22 >50/>32 >50/>45 Примечание: синдром А – жалобы на боли в нижней части спины, синдром Б – вегетативно- сенсорная полиневропатия Так как правило «равной энергии» применимо и к вибрационным факторам (ОВ и ЛВ), то с учетом имеющихся результатов исследований в работе была разработана компьютерная программа по оценке их вредного воздействия [9]. Эта программа, как и в случае с производственным шу- мом позволяет определять безопасный стаж работы, допустимое сменное время контакта с источником вибрации (интерфейс программы расчета ЛВ 208 представлен на рис.3, а так же количества дней (смен) ограничения кон- такта с вибрационным фактором. Рис. 3. Интерфейс программы расчета допустимого стажа и сменного времени работы при действии локальной вибрации с уровнем 118 дБ Следует отметить, что полезным свойством разработанных компью- терных программ для виброакустических факторов является унифициро- ванный интерфейс. Для работы пользователю достаточно в одном из окон интерфейса выбрать исследуемый вредный фактор (шум, вибрация общая или локальная), ввести исходные параметры производственной среды (ко- личественное значение уровня вредного фактора, время его воздействия в течение смены и количество таких смен), нажать кнопку пуск в окне поль- зователя и получить искомый результат (рис. 1–3). Разработанные таблицы допустимого стажа и максимального вре- мени вредного воздействия шума получили реализацию в компьютерных программах, рассчитывающих индивидуальное время воздействия шума на рабочем месте, допустимое среднее время за смену, предельный стаж работы при определенном уровне шума. Получены программные продукты, позволяющие рассчитывать ко- личество необходимых дней отдыха в течение года, а также определять безопасный стаж работы и сменное время при контакте с вибрационным фактором на производстве. Литература 1. Антонец В.А., Ковалева Э.П. Статистическое моделирование непроизвольных микроколебаний конечности // Биофизика. 1996. Т.41. С. 704–710. 2. Гавриленко Т.В., Поскина Т.Ю., Сидоренко Д.А., Васильева А.Ю., Ярмухамето- ва В.Н. Влияние раздражения слухового анализатора на параметры сердечно- сосудистой системы с позиций теории хаоса-самоорганизации // Вестник новых медицинских технологий (электронное издание). 2013. URL: http://medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2013-1/4338.pdf 209 3. Денисов Э.И. Дозовая оценка шумов и вибраций // Профессиональный риск для здоровья работников (руководство). Москва: НИИ медицины труда, 2003. С. 109–114. 4. Еськов В.М., Буров И.В., Филатова О.Е., Хадарцев А.А. Основы биоинформаци- онного анализа динамики микрохаотического поведения биосистем // Вестник но- вых медицинских технологий. 2012. Т.19. №1. С.15–18. 5. Кидалов В.Н., Хадарцев А.А., Куликова Л.Н., Молочко Л.Н., Игнатьев В.В., Якушина Г.Н., Каретников А.В. Гармония ритмов, динамика и фрактальность кро- ви, как проявления саногенеза: Монография / Под ред. А.А. Хадарцева. Тула: ООО РИФ «ИНФРА» – Санкт-Петербург, 2006. 172 с. 6. Суворов Г.А., Денисов Э.И., Прокопенко Л.В., Ермоленко А.Е., Кравченко О.К. Локальная вибрация и риск вибрационной болезни // Профессиональный риск для здоровья работников (руководство). Москва: НИИ медицины труда, 2003. С. 125–134. 7. Суворов Г.А., Сторожук И.А., Лагутина Г.Н. Общая вибрация и риск вибраци- онных нарушений // Профессиональный риск для здоровья работников (руково- дство). Москва: НИИ медицины труда, 2003. С. 134–142. 8. Тимофеева В.Б. Оценка физического воздействия за смену и вахту // Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Решение экологиче- ских проблем промышленного региона». Тула: Издательство «Инновационные технологии», 2012. С. 88–91. 9. Тимофеева В.Б. Стажевая доза и безопасный стаж // Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Решение экологических проблем промышленного региона». Тула: Издательство «Инновационные технологии», 2012. С. 111–113. 10. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на тер- ритории жилой застройки. Санитарные нормы. СН 2.2.4/2.1.8.562-96.– М.: Инфор- мационно-издательский центр Минздрава России, 1997. 11. Хадарцев А.А., Хрупачев А Г., Кашинцева Л.В. Несоответствие численных значений относительной дозы шума ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие положения безопасности», действующим гигиеническим нормативам // Стандарты и качество. 2010. № 12. С. 42–44. УДК 502/504 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Кофанов А.Е., Кофанова Е.В. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина Уголь − один из древнейших источников энергии. Как топливо он обладает рядом существенных преимуществ: достаточно большие запасы, простота хранения, транспортировки и т.д. В то же время во многих странах сегодня проводится кардинальная реструктуризация угольной промышленности. В данной статье обсуждаются причины и сложности, которые возникают на пути реструктури- зации предприятий угольной промышленности. Реструктуризация предприятий угольной промышленности является характерной особенностью современной экономики угледобывающих 210 стран. В некоторых из них (Китай, Индия, ЮАР, США, Австралия) ре- формы сопровождаются ростом объемов добычи угля, тогда как в других странах реструктуризация происходит со снижением угледобычи. Это, например, страны бывшего Советского Союза, Восточной Европы и неко- торые страны ЕС. На сегодня доля угля как одного из первичных энерго- носителей в мировом потреблении составляет около 25 % [1]. Реструктуризация угольной промышленности происходит чаще все- го путем ликвидации горнодобывающих объектов – прекращения их дея- тельности по добыче полезных ископаемых и решения всех вопросов и проблем, возникающих в результате этого. Решение о ликвидации (закры- тии) угледобывающего объекта (шахты, разреза) принимается в случае полной отработки запасов или неперспективности, особой убыточности предприятия. Закрытие (ликвидация) осуществляется по специальному проекту, обязательным требованием к которому является обеспечение гид- робезопасности соседних (смежных) шахт [2]. В частности, ликвидация шахты предусматривает физическую лик- видацию, социальную защиту увольняемых работников, защиту и восста- новление окружающей среды, обеспечение экологической безопасности. Физическая ликвидация горнодобывающего объекта – это выполнение работ, связанных с ликвидацией горных выработок, демонтажем оборудо- вания, разборкой сооружений на поверхности и т.д. Для ее осуществления, как правило, используют три основных способа: 1) «мокрая» ликвидация – полное их затопление; 2) «сухая» ликвидация с сохранением шахтного водоотлива; 3) комбинированный способ, когда уровень воды в шахте поддерживают на определенном уровне [2]. При использовании первого способа происходит естественное зато- пления выработанного пространства, что, в свою очередь, приводит к за- грязнению горного массива высокоминерализованными шахтными вода- ми, содержащими большое количество солей, нефтепродуктов, фенолов и других вредных и токсичных веществ. Происходит подтопление и забола- чивание территорий в пониженных участках рельефа, загрязнение водо- емов и водозаборов, обводнение почвы, ее просадка под зданиями и со- оружениями. Особая опасность при этом возникает в регионах, где поль- зуются питьевой водой из колодцев. Второй способ ликвидации шахты используют для временного со- хранения водоотлива на период работы соседних шахт, имеющих гидрав- лические связи с выработками ликвидируемой шахты, а также для предот- вращения возможного подтопления территорий. Этот способ достаточно эффективен, но требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. 211 Использование третьего, комбинированного, способа обусловлено тем, что поднятие уровня воды выше критического может привести к про- рыву воды в выработки соседних шахт [2]. Таким образом, при разработке проекта ликвидации горнодобы- вающего объекта обязательной является оценка воздействия на окружаю- щую среду (ОВОС), а также разработка плана управления окружающей средой (ПУНС). Целью ОВОС является определение путей и способов нормализации окружающей среды и обеспечения требований экологиче- ской безопасности при ликвидации предприятий. Объектами ПУНС явля- ются все возможные факторы воздействия на окружающую среду, которые остаются после закрытия шахты [2]. При проведении работ по ликвидации горнодобывающих объектов, породные отвалы подлежат тушению, озеленению или консервации для использования их в качестве техногенных месторождений полезных иско- паемых, источников строительных материалов и т.д. Пруды-отстойники используют для технического водоснабжения, оросительно-поливной сис- темы или др. Освобожденные земельные участки подлежат сельскохозяй- ственной, рыбохозяйственной, лесохозяйственной или строительной ре- культивации. Защита и восстановление окружающей среды, обеспечение эколо- гической безопасности осуществляется на основании комплексного мони- торинга и включает в себя: 1) контроль за выделением газа и меры по предотвращению его не- контролируемого выхода, скопления под застроенными территориями и в подземных сооружениях; 2) контроль за уровнем подземных шахтных вод, при необходимо- сти − их понижение до установленного уровня; 3) контроль за деформациями участков земной поверхности с вы- полнением технологических мероприятий по защите зданий и сооружений, ликвидации последствий провалов; 4) мониторинг загрязнения почв и качества атмосферного воздуха вблизи отвалов; 5) радиометрический контроль породных отвалов, прудов- отстойников, подземных вод, зданий в опасных зонах [2]. Вопрос о ликвидации горнодобывающих объектов в странах СНГ в последние годы стоит очень остро. Закрытие шахты может быть вызвано разными причинами, например сложностью горно-геологических условий, низкою эффективностью или неудовлетворительным техническим уров- нем шахты при нецелесообразности ее реконструкции, неблагоприятным воздействием на окружающую среду или подработкой важных и уникаль- ных сооружений, исчерпанием запасов полезных ископаемых и т.д. [3, 4]. 212 Закрытие шахт всегда связано с потерей некоторой части полезных ис- копаемых. Кроме того, в случае несоблюдения проектных норм при ликвида- ции шахт возможно нарушение экологического режима поверхностных и под- земных вод, оседание поверхности, формирование новых путей миграции взрывоопасных газов. Так, например, в Донбассе даже при незначительном подъеме уровня грунтовых вод треть территории может быть подтоплена или даже затоплена. В частности, в Германии и Англии после закрытия шахт спе- циалисты осуществляют управление уровнем подземных вод, то есть удержи- вают их на безопасных глубинах. Для этого создаются специальные дренаж- ные скважины для откачивания воды, остается часть шахт для водоотлива. В Украине все это также предусмотрено проектной документацией, однако не всегда выполняется на практике [5]. Таким образом, пренебрежение широ- ким кругом экологических вопросов, как при проектировании, так и в про- цессе ликвидации шахт, нарушение природоохранного законодательства приводят к существенному ухудшению состояния окружающей среды в угледобывающих регионах [3]. Стоит отметить, что экологическая безопасность ликвидации шахт находится в прямой зависимости, в первую очередь, от состояния финан- сирования и своевременности выполнения природоохранных мероприя- тий. Среди основных негативных последствий ликвидации горнодобы- вающих объектов отметим следующие: 1) возможный выход шахтных вод на поверхность; 2) загрязнение подземных вод; 3) подтопление, заболачи- вание сельскохозяйственных земель и территорий промышленно- гражданской застройки; 4) попадание неочищенных шахтных вод в реки и водоемы; 5) сдвиги массивов горных пород и проседание поверхности, образование провалов над пустотами в подземном пространстве; 6) прак- тически неконтролируемое распространение путей миграции взрывоопас- ных газов, их выход на поверхность; 7) выделение вредных газов в окру- жающую среду с непогашенных породных отвалов; 8) нарушение нор- мального функционирования шахтерских городов и поселков, которые многократно «подрыты» выработками; 9) активизация оползней пород в связи с их размоканием при затоплении шахт [3, 4]. Так, ликвидация шахт в Украине в Стахановском регионе создала уг- розу подтопления более 600 га застроенных территорий и сельскохозяйст- венных земель. В зону подтопления попали более 2000 жилых домов, дач- ных участков и промышленных объектов, а также водосборные сооружения питьевого водопровода, системы канализации и очистки бытовых стоков. Согласно расчетам, прогнозируемый срок их затопления колеблется от 2 до 23 лет, после чего следует ожидать выход воды на поверхность. При этом качество воды, которая будет выходить на поверхность, будет значительно хуже по показателям минерализации, чем сейчас (в частности, по сульфатам, 213 хлоридам, железу). И только после 5−10 лет после выхода воды на поверх- ность предполагается незначительное уменьшение содержания вредных ве- ществ и некоторая стабилизация качества воды [6]. К сожалению, проектами ликвидации шахт обычно предусматрива- ется только строительство кустовых очистных сооружений или использо- вание уже существующих, которые могут обеспечивать лишь частичную механическую очистку шахтных (дренажных) вод, в результате чего будет уменьшаться содержание только взвешенных веществ [3]. Поэтому спе- циалисты рекомендуют применять более совершенные методы и техноло- гические схемы очистки шахтных вод, которые позволят достигнуть нор- мативных значений концентраций вредных веществ. После очистки эту воду можно, например, использовать для наполнения прудов с последую- щим их зарыблением или для сельскохозяйственных целей. Иными словами, для сохранения окружающей среды в относительно благоприятном состоянии для жизнедеятельности человека и других жи- вых существ необходимо осуществление комплексных мероприятий по восстановлению окружающей среды [3]. Литература 1. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины: монография / под ред. Ю. Н. Гавриленко, В. Н. Ермакова. – Донецк, «Норд-Пресс», 2004. – 631 с. 2. Ліквідація гірничодобувних об’єктів [Интернет-ресурс]:[Сайт]. − Режим дос- тупа: http://uk.wikipedia.org/wiki. 3. Бардась А. В. Причини і еколого-економічні наслідки закриття шахт / А. В. Бардась, В. В. Ситник // Науковий вісник Національного гірничого університету. − 2010. − № 3. − С. 88−95. 4. Амоша А. И. Экономические проблемы реформирования промышленности / А. И Амоша. – Донецк: ИЭП НАН Украины, 1995. – 40 с. 5. Закриття шахт: як метан потрапляє до житлових будинків [Интернет- ресурс]:[Сайт]. − Режим доступа: http://news.finance.ua/ua/~/ 2/0/all/2008/08/31/135684. 6. Амоша А. И. Организационно-экономические аспекты реструктуризации угольной промышленности. Социально-экономические аспекты промышленной политики / Амоша А. И., Лойко В. В., Скубенко В. П. – Донецк: ИЭП НАН Украи- ны. – 1998. – С. 306−319. 214 УДК 502/504 ИНЖЕНЕРНО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ 1 Березовский М. Ю., 2 Кофанов А. Е., 2 Кофанова Е. В. 1Государственное учреждение «Киевский колледж связи», г. Киев, Украина 2Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина Шахтные воды, несмотря на то, что являются серьезной угрозой окружающей среде, могут быть использованы для удовлетворения потребностей человека по- сле соответствующей обработки. В статье рассмотрены основные виды загряз- нений и способы очистки шахтных вод, а также особенности моделирования объ- ектов при проведении рыбохозяйственной рекультивации. В процессе производственной деятельности предприятий по добы- че, обогащению и переработке разнообразного минерального сырья обра- зуются большие объемы шахтных вод. Они представляют собой совокупность различных генетических типов природных вод, попадающих в производст- венный процесс и проходящих через водоотливное хозяйство шахты [1, 2]. Попав в производственный процесс, природные воды активно взаи- модействуют с рудничной атмосферой, горными породами, оборудовани- ем шахт и т.д. На их химическое состояние влияют площадь производства, исходный состав подземных вод, глубина и длина горного производства, величина притока воды. Самые кислые и минерализованные шахтные во- ды образуются на высоких участках производства, в антрацитовых шахтах до глубины 250-300 м, при малых углах падения пород, значительной площади производственного процесса. На более глубоких горизонтах (300-400 м) генерируются сульфатно- хлоридные, натриевые или натриево-кальциевые воды. На глубине более 400 м образуются хлоридно-сульфатные воды. С глубиной в шахтных во- дах уменьшается содержание SO42-, Ca2+, Mg2+ и увеличивается содержа-ние ионов Na+, Cl-, HCO3-. На тех же глубинах шахтные воды, по сравне- нию с подземными, содержат больше сульфатов магния и кальция. В зави- симости от направления добычи шахтные воды могут содержать свинец, мышьяк, селен, меркурий, ванадий и некоторые другие элементы. Таким образом, шахтные воды могут быть чрезвычайно опасными как для окру- жающей среды, так и для жизнедеятельности человека [1-3]. При выборе технологии очистки шахтных вод, с точки зрения водо- охранных мероприятий, определяющее значение имеет количество воды, поступающей в горные выработки, т.е. обводненность шахты. Состав и свойства шахтных вод зависят от множества факторов: 1) состава и физико-химических свойств подземных вод; 2) состава и свойств вмещающих горных пород; 215 3) свойств угольных пластов; 4) горных и горнотехнических условий; 5) средств механизации выемки угля; 6) климата; 7) рельефа местности; 8) растительности [4]. Загрязнение шахтных вод делят на минеральные, органические и бактериальные. Органические загрязнения представлены частицами угля, минеральными маслами, продуктами жизнедеятельности живых организ- мов и другими, основной составляющей которых является органический углерод. Эти загрязнения находятся в шахтных водах как в растворенном, так и взвешенном состояниях. Более половины шахтных вод загрязнены нефтепродуктами. Степень загрязнения шахтных вод органическими ве- ществами оценивается по показателям БСК, ХПК и окисляемости. Каждый угольный бассейн можно охарактеризовать определенным интервалом величин минерализации шахтных вод. Так, например, в Донбассе встреча- ются шахтные воды от слабо солоноватых (1-3 г/л) до сильно солоноватых (25-50 и более г/л). Степень минерализации шахтных вод обычно возрас- тает с увеличением глубины разработки. Бактериальное загрязнение обу- словлено наличием большого количества микроорганизмов, что является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых орга- низмов. Это создает благоприятную среду для развития бактерий, среди которых могут быть патогенные и вредные для организма человека. Они вызывают различные желудочно-кишечные заболевания, такие как брюш- ной тиф, дизентерия и т. д. Существующие методы очистки разделяют на четыре основные группы: механические (усреднение, процеживание, отстаивание, фильтра- ция); химические (нейтрализация и окисление); биологические (аэробное окисление и анаэробное сбраживание); физико-химические (флотация, сорбция) [4]. Механические методы применяются для очистки воды от крупных загрязнений: кусков дерева, угля, песка, земли, взвешенных органических веществ, масел, нефтепродуктов и т.д. Химические методы применяют для нейтрализации кислых и щелочных стоков, очистки от растворенных в воде солей тяжелых металлов (хрома, кадмия, свинца), цианидов, фенола. Физико-химические методы применяют для очистки от любых видов за- грязняющих веществ в растворенном, взвешенном, коллоидном и других состояниях. Биологические методы чаще всего применяются для очистки воды от растворенных в ней органических загрязняющих веществ. В большинстве случаев очистка одним методом малоэффективна, поэтому в технологических схемах обработки воды комбинируют различ- 216 ные методы, например, механические в сочетании с физико-химическими и химическими. Только таким образом можно достичь высокого эффекта очи- стки [4]. После очистки шахтные воды часто используются в рыбохозяйст- венных целях. Для этого с помощью специальных компьютерных про- грамм, таких как Realtime Landscaping Architect, проектируется искусст- венное озеро, предусматривается очистка и благоустройство территории вокруг водоема, возможность временного размещения людей. В качестве исходных данных в программу вводятся значения объема воды, которая будет поступать в озеро, его площадь и глубина. Так же учитываются гео- логические, климатические, гидрогеологические условия, данные анализа ландшафта на предмет надобности проведения работ, по укреплению бере- говой линии. Искусственное озеро с замкнутой или открытой экосистемой – это сложное гидротехническое сооружение, водный объект больших размеров, созданный искусственным путем, но при этом по всем параметрам имеющий максимальное сходство с водоемами природных экосистем [5]. Подобные программы для ландшафтного дизайна дают возмож- ность с легкостью проводить как 2D, так и 3D моделирование разнообраз- ных объектов – домов, газонов, ограждений, растений, прудов, фонтанов и даже водопадов. В них можно сразу провести необходимые расчеты, озна- комится со свойствами материалов, получить основные планы и чертежи. Это значительно упрощает работу дизайнера, позволяет проявить творче- ский подход к созданию проекта. Литература 1. Топчій Н. М. Забруднення навколишнього середовища шахтними водами. Ме- тоди очистки. Тестування / Н. М. Топчій / Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. - 2009. − Вип. 134. − Ч. 1. − С. 178−181. 2. Яцик А. Екологічні проблеми та як їм дати раду / Водне господарство України. − 1998. − № 1−2. − С. 14−20. 3. Биоплато − эффективная малозатратная экотехнология очистки сточных вод / Стольберг В. Ф., Ладыженский В. Н., Спирин А. И. / Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. − 2003. − № 3. − С. 32−34. 4. Долина Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и методы их очистки: спр. пособ. / Долина Л. Ф. – Днепропетровск, 2000. – 61 с. 217 УДК 574 К ВОПРОСУ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Жалкенова С.Т., Сарсекеева Г.С, Сариева Д.З., Рамазанова М. Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана, Казахстан В статье раскрыты сущность и содержание понятия «экологическая безопас- ность». Исследована и определена взаимосвязь таких явлений, как национальная, экономическая и экологическая безопасность. Изучены и исследованы основные теоретические и практические пути укрепления экологической безопасности. Определены экономический и социальный механизмы укрепления экологической безопасности. Решение экологических проблем сегодня приобретают особую ак- туальность в устойчивом развитии экономики Казахстана и в свете Страте- гии перехода Казахстана к «зеленой экономике». Мировой опыт показывает, что экологизация всей социально- экономической системы любого государства является основой успешного решения экологических проблем и предотвращения экологических катастроф. Экологическая безопасность, как составная часть национальной безопасности, является обязательным условием устойчивого развития и выступает основой сохранения природных систем и поддержания соответ- ствующего качества окружающей среды. Концепция экологической безопасности разработана исходя из при- оритетов Стратегии «Казахстан-2030», в соответствии со Стратегическим планом социально-экономического развития Республики Казахстан до 2015 года. В ходе реализации задач, обозначенных в Стратегии «Казахстан – 2030» в стране значительно снижены темпы загрязнения окружающей сре- ды за счет усиления государственного контроля в области охраны окру- жающей среды и внедрения обязательной экологической экспертизы. Обеспечение оптимального уровня экологической безопасности с достижением нормативных показателей состояния окружающей среды предполагает поэтапное осуществление стабилизации качества окружаю- щей среды и улучшения ее состояния до 2030 года. Целью государственной политики в области экологической безо- пасности является обеспечение защищенности природных систем, жиз- ненно важных интересов общества и прав личности от угроз, возникаю- щих в результате антропогенных и природных воздействий на окружаю- щую среду. Процессы негативного влияния на экологию создаются непосредст- венно хозяйствующими субъектами, т.е. предприятиями, поэтому необхо- димо повышать экологическую безопасность предприятий. Таким образом, 218 в данной статье мы рассмотрели возможные пути повышения экологиче- ской безопасности предприятий. XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным раз- витием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Поэтому надо повышать каче- ство природопользования и экологическую ответственность предприятий. Степень экологической безопасности предприятия непосредственно связа- на с уровнем экологических издержек. Поскольку, размер экологических затрат показывает, насколько эффективно предприятие использует ресур- сы нанося минимальный ущерб окружающей среде. Поэтому, мы полагаем, что реальным инструментом повышения экологической безопасности и снижения размеров экологических издер- жек любого предприятия является – модернизация старого оборудования. Но здесь возникает такая проблема как эффективность данных мероприятий. Город Павлодар один из крупнейших промышленных центров Рес- публики Казахстан. Окрестности города Павлодара испытывают на себе дигрессивное воздействие целого ряда крупных заводов по переработки глинозема, ферросплавного завода, литейно-прокатного завода и других крупных комплексов современного производства жизненно важных для республики (Экологическая экспертиза 1999). В 12 км, от г. Павлодара построен электролизный завод мощностью 250 тысяч тонн, основная дея- тельность которого направлена на выпуск алюминия (Корчевский, Слаж- нева, Каим, Яковлева 2002). Для экономики Казахстана это огромное дос- тижение, так как Казахстан получит свой «крылатый металл». Нет необхо- димости сомневаться, что решение правительства не оспаривается, однако совершенно очевидна дополнительная нагрузка, которая повлияет в значи- тельной мере на экологическое состояние окружающей среды. Электролизный завод - самостоятельная хозяйственная единица с полным циклом производства. В состав электролизного цеха, кроме кор- пусов электролиза, входят приемные склады глинозема, подразделения по обслуживанию электротехнического и механического оборудования, объ- екты энергетики, газоочистки, различные инженерные сети и коммуника- ции и, как правило, литейные отделения. И хотя общая схема процессов переработки глиноземов до получения металла хорошо изучена и содер- жит характеристику последствия операций на природную среду, все же этапы механического, электротехнического, литейного и других сопря- женных с ними операций содержит в себе при конкретном производстве, в конкретных условиях свои не изученные детали. Применяемое в процессе производства сырьё и материалы, образующие при этом загрязняющие вещества фтор, магний, возгоны каменноугольного пека и т.д., в ряде слу- 219 чаев могут оказать негативное влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. Многие элементы загрязнены и последствия угнетающие среду жизни можно не только прогнозировать, но и избежать, если будет ясно определены мотивы последствия. В связи с этим, актуальной проблемой на современном этапе, является комплексное геоэкологическое изучение с последующим прогнозом влияния деятельности электролизного завода на природные ландшафты Павлодарской области. В Павлодарской области наблюдается резкое ухудшение экологиче- ской ситуации. Об этом на пресс-конференции заявили лидеры неправи- тельственных организаций. Экологи констатируют: в области показатели смертности превыша- ют общереспубликанский - 12 случаев на 1000 жителей. Люди страдают болезнями кровообращения и онкозаболеваниями. Эксперты считают, что, "когда принимаются решения о строитель- стве новых предприятий, они должны базироваться на адекватной оценке состояния окружающей среды". "Но мы их наверняка иметь не будем, по- тому что у нас нет средств измерения качества окружающей среды и в осо- бенности состояния атмосферы в нашем городе, области", - отмечают они. В Павлодарской области нет ни одной мониторинговой лаборато- рии, на данные которых могли бы опираться общественные организации. Они уверены: из-за перенасыщенности региона промышленными предпри- ятиями области грозит экологическое бедствие. "Ученые едины во мнении: воздух в Павлодарской области насыщен бензопиленом. Это вещество по- вышает рост смертей от злокачественных образований", - говорят они. В прошлом году выбросы загрязняющих веществ от промпредприя- тий региона составили 675 тысяч тонн. За последние десять лет объем вы- бросов вырос на 200 тысяч тонн. Практически на каждого жителя области приходится по одной тонне. Несмотря на проводимые на предприятиях природоохранные мероприятия, наша область занимает первое место по тем же онкозаболеваниям, сейчас в области разрабатываются специальные нормативы предельно допустимых выбросов как для промышленных ги- гантов, так и для производственных предприятий. Эти нормы дадут госу- дарственным органам и общественным организациям возможность макси- мально контролировать экологическую ситуацию в регионе. По этим же нормативам предприятия будут оплачивать эмиссии за вредные выбросы в окружающую среду. Многие предприятия полагают, что вложение средств в экологиче- ские программы очень затратное и неприбыльное мероприятие. Однако существуют в рыночной экономике предприятия, которые вместе с повы- шением своих экономических показателей решают задачи по улучшению 220 состояния окружающей среды. В таких случаях рассчитывается чистый эколого-экономический эффект проекта. Целевой функцией здесь является увеличение основных экономических показателей и снижение экологиче- ского ущерба. Мероприятия по модернизации оборудования могут прино- сить существенную прибыль. Внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий положитель- но сказывается на рентабельности производства, повышается продуктив- ность работы. С другой стороны, повышение эффективности природо- охранной деятельности способствует привлечению иностранных инвестиций. Литература 1. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. и др. Мониторинг и методы контроля окружаю- щей среды: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. – 208 с. 2. Белоусова Е. Экологический мониторинг природной среды // Экономист, 2002 № 7. С. 81 – 87. 3. Экологический мониторинг основных сред жизни: Методич. пособие по боль- шому практикуму. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. – 22 с. 4. Экологическая экспертиза: Учеб. пособие / Под ред. В.М. Питулько. – М.: Изда- тельский центр «Академия», 2004. – 480 с. 5. http://www.zakon.kz/153270-v-pavlodarskojj-oblasti-nabljudaetsja.html 6. http://www.group-global.org/publication/view/7223 УДК 628.163 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРМИКУЛИТА В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОАО «КОВДОРСКИЙ ГОК» Матвеева В.А. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Работа посвящена оценке состояния водных объектов в зоне воздействия Ковдор- ского горно-обогатительного комбината, анализу местных природных сорбентов с точки зрения их пригодности для очистки производственных сточных вод горно- го предприятия и их апробации. Разработка высокоэффективных и экономичных технологических и технических решений для очистки сточных вод является одной из акту- альных экологических задач для объектов минерально-сырьевого ком- плекса. Основными техническими проблемами для большинства горных предприятий являются использование устаревших технологий, морально и физически изношенного оборудования, чрезмерное водопотребление, от- сутствие мощностей для предварительной очистки или рециркуляции воды и ее прямой сброс во внешние системы водоочистки или непосредственно в водные объекты. 221 Изучение состояния подземных и поверхностных вод в зоне воздей- ствия Ковдорского горно-обогатительного комбината показало, что пред- приятие вносит основной вклад в ухудшение качества воды исследуемого района. Особенностью Ковдорского месторождения является то, что раньше это было русло реки, которую завели в искусственный канал. Раз- работка железорудного месторождения открытым способом нарушила ес- тественный режим подземных вод, разгрузка которых происходит на гори- зонтах карьера. Кроме того, областью питания подземных вод с востока является озеро Ковдор, с запада русло реки Верхняя Ковдора, с севера русло ручья Железорудного, а с юга вода второго поля хвостохранилища, используемая в качестве оборотной. Всё это оказывает существенное влияние на формирование обводнённости Ковдорского карьера, а, следо- вательно, организацию водоотведения и осушения его. Решается эта задача с помощью внешнего дренажного контура, внутрикарьерных дренажных устройств и системы карьерного водоотлива. Сброс карьерных вод осуще- ствляется по трем выпускам в озеро Ковдор и реку Ковдора, которые име- ют статус рыбохозяйственного назначения. Причем если к двум выпускам: № 1 - дренажные воды западного ряда водопонизительных скважин и № 2 - дренажные воды северного ряда водопонизительных скважин претензий к качеству сбрасываемых вод нет, то третий выпуск доставляет множество проблем. Из выпуска № 3 сбрасываются загрязненные (недостаточно- очищенные) сточные воды, прошедшие механическую очистку в отстой- нике перед сбросом в озеро Ковдор, и включают в себя: карьерные воды от системы водоотлива, производственные сточные воды ТЭЦ, сточные воды с производственной площадки комбината, с общим объемом сбросов до 18 млн. м3/год. Здесь из 18 контролируемых компонентов превышение нор- мативов предельно допустимых сбросов наблюдается по 13, а именно: БПКполн, нефтепродукты, взвешенные вещества, ионы аммония, нитрит- ион, сульфаты, фосфор, марганец, молибден, ванадий, стронций, фенолы. Другим проблемным участком является выпуск сточных вод хвостохранилища (выпуск №6). На обогатительном комплексе для технологических нужд используется система оборотного водоснабжения, включающая в себя пруд-отстойник II поля хвостохранилища, предназначенный для создания необходимого запаса оборотной воды, ее осветления до требуемых кондиций и подачи на обогатительный комплекс. Из пруда отстойника хвостохранилища оборотная вода дренирует через ограждающую дамбу № 4 во вторичный отстойник хвостохранилища, кроме того, туда же поступает избыток воды, аккумулируемый в хвостохранилище из-за превышения притока над расходом, и после 4 суток отстоя сбрасывается в реку Нижняя Ковдора. Общий объем сброса достигает 17 млн. м3/год. Здесь из 20 контролируемых загрязняющих 222 компонентов превышения нормативов предельно допустимых сбросов для вод рыбохозяйственного назначения по 10 показателям: БПКполн, нитрит- ион, сульфаты, фосфор, марганец, медь, молибден, ванадий, стронций, фенолы. Несмотря на то что, в настоящее время разработаны и используются на практике множество методов очистки загрязненных вод, проблему комбината невозможно разрешить до сих пор из-за необходимости очистки огромных объемов поликомпонентных карьерных вод (до 2500 м3 /час) и вод вторичного отстойника хвостохранилища (до 2000 м3/час). В первую очередь при создании эффективного технологического решения, связанного с очисткой сточных вод комбината, были рассмотрены и учтены достоинства и недостатки всех современных методов очистки вод. Результаты выполненного обзора свидетельствовали о том, что в настоящее время существенный интерес представляют сорбционные методы очистки, а точнее, применение природных сорбентов, как наиболее распространенных и дешевых. Однако, в естественном состоянии они не обладают достаточной сорбционной емкостью, что приводит к повышенному их расходу. Поэтому возникает необходимость получения сорбентов повышенной сорбционной емкости из природного минерального сырья и разработки новой технологии очистки и регенерации загрязненных вод, отличающейся достоинствами известных технологий: химреагентной и сорбционной, и лишенной их недостатков. Сорбционный метод с использованием природных сорбентов позволяет снизить содержание в воде загрязнений органического и неорганического происхождения до любой остаточной концентрации. При очистке воды от ионов тяжелых металлов, как наиболее опасного компонента сточных вод исследуемого горно-обогатительного комбината, практическая задача заключалась в подборе местных природных материалов, оптимально сочетающих экономическую рентабельность и эффективную очистку. Детальный анализ богатой минерально-сырьевой базы Ковдорского района позволил найти природное сырье для изготовления сорбента, удовлетворяющее требованиям поставленной задачи. Таким сырьем оказался вермикулит - материал из группы гидрослюд, образовавшийся из биотита или флогопита под влиянием гидротермальных процессов в коре выветривания. Ковдорское месторождение вермикулита является одним из круп- нейших в мире. Технология получения вермикулитового концентрата включает гравитационные методы обогащения, а также метод воздушной сепарации. Вермикулитовый концентрат представляет собой частички 223 слюды вермикулита, является сыпучим, зернистым, пористым, исключи- тельно мягким материалом. Химический состав вермикулита непостоянный в зависимости от со- держания молекулярной воды. Содержание основных компонентов MgO колеблется от 14 до 23 %; Fe2O3 - от 5 до 17 %; FeO - от 1 до 3 %; SiO2 - от 37 до 42 %; А12О3 - от 10 до 13 %; Н2О - от 8 до 18 %. Кроме того, присутству- ет К2О до 5, иногда 8 %; TiO2 до 1,6 %. Основным свойством вермикулита, определяющим его промыш- ленную ценность, является способность резко увеличиваться в объеме - вспучиваться при обжиге в интервале температур 400-1000 °С, увеличивая первоначальный объем зерен в 15-20 и более раз [2]. Вспученный вермику- лит представляет собой сыпучий пористый материал в виде чешуйчатых частиц серебристого и золотистого цветов, получаемых ускоренным обжи- гом до вспучивания вермикулита - гидрослюды, содержащей между элемен- тарными слоями связанную воду. Пар, образующийся из этой воды, действует перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды. Начальное увеличение размеров частиц вермикулита отмечается при температуре 270 °С. Количество раскрывающихся частиц составляет 1-2 %. При температуре 370 °С число раскрывающихся частиц достигает 5-10 %, а при 470 °С практически раскрыты все частицы. Максимальное увеличение размеров частиц происходит при 900 °С. Линейное увеличение пластин вермикулита составляет 11,5 (от 4,6 до 22,2). Объемное расшире- ние при обжиге в муфельной печи составляет 6-7, а при обжиге в открытом пламени 8-10. Вермикулиты характеризуются катионнообменными и сорбцион- ными свойствами. Основная роль среди обменных катионов принадлежит иону Mg. Главной причиной катионообменной способности вермикулита является гетеровалентный изоморфизм в структуре. Изоморфные замеще- ния в вермикулите создают 80 % всей емкости катионного обмена, 20 % емкости является результатом «нарушения связей» [1]. Вермикулит обла- дает одной из самых высоких катионообменных способностей среди при- родных сорбентов, которая составляет от 43 до 116 мг-экв. В лаборатории Экологического мониторинга было проведено моде- лирование очистки сточных вод хвостохранилища комбината в сорбцион- ной колонне, заполненной вермикулитовым сорбентом. Анализ модельных растворов после очистки производился на атомно-абсорбционном спек- трометре AA-7000. По результатам очистки воды промышленного стока №6 отмечено снижение концентрации загрязняющих компонентов сле- дующим образом: 224 - Взвешенные вещества сухие, мг/л – при содержании в исходной воде 3,0-270 до их содержания в очищенной воде менее 3,0. Снижение концентрации происходит от 1,0 до 57,0 раз; - Плотный сухой остаток, мг/л – при содержании в исходной воде 630-807 до их содержания в очищенной воде 51. Максимальное снижение концентрации происходит в 15 раз; - Аммоний-ион, мг/л – при содержании в исходной воде 0,05-0,64 до их содержания в очищенной воде менее 0,05. Максимальное снижение концентрации происходит в 4 раза; - Хлорид-ион, мг/л – при содержании в исходной воде 6,7-7,2 до их содержания в очищенной воде менее 5. Максимальное снижение концен- трации происходит в 1,5 раза; - Сульфат-ион, мг/л – при содержании в исходной воде 22,4-313,0 до их содержания в очищенной воде 6,1. Максимальное снижение концентра- ции происходит в 34 раза; - Марганец, мг/л – при содержании в исходной воде 0,031-0,121 до их содержания в очищенной воде 0,004. Максимальное снижение концен- трации происходит в 30 раз; - Фосфор, мг/л – при содержании в исходной воде 0,12-0,63 до их содержания в очищенной воде менее 0,02. Снижение концентрации проис- ходит от 3до 25 раз; - Стронций, мг/л – при содержании в исходной воде 0,05-3,01 до их содержания в очищенной воде 0,06. Снижение концентрации происходит от 6 до 33 раз. Вермикулит, как природный сорбент, имеет невысокую стоимость, и в сочетании с достаточной глубиной очистки по отношению к катионам металлов, может быть использован для решения вопроса очистки сточных вод Ковдорского горно-обогатительного комбината. Литература 1. Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. – М.:Недра, 1986. 247 с. 2. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. – Киев: «Наукова думка», 1975. 350 с. 225 УДК 622.332.3 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН С ОСОБЫМИ УСЛОВИЯМИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСАХ Мурашева А.А., Коновалов В.Е., Лепехин П.А. Государственный университет по землеустройству, г. Москва, Россия Разработка месторождений полезных ископаемых (МПИ) производится как от- крытым, так и подземным способом, возникающие деформации горных пород при добыче вызывают нарушения земной поверхности. Соответствующие негатив- ные изменения формируют зоны с особыми условиями использования территории (ЗОУИТ) в районе ведения горных работ сведения о которых необходимо устано- вить для устранения или сокращения влияния на соседние землепользования. Горнодобывающая промышленность – это комплекс отраслей произ- водства по разведке месторождений полезных ископаемых их добыче из недр земли и первичной обработке – обогащению. Особенностями природо- пользования в области добывающей промышленности является то, что, во- первых, соответствующие предприятия создаются непосредственно на са- мом месторождении; их производственная мощность и срок службы в ос- новном зависят от размеров (объема) запасов полезного ископаемого; во- вторых, добывающей отрасли присущи масштабность и высокая специали- зация производства, в силу чего всегда присутствует тенденция укрупнения добывающих компаний; в-третьих, добывающее производство является очень крупным потребителем материальных ресурсов, прежде всего при- родных, и сопровождается масштабным воздействием на природную среду. В зоне действия добывающих предприятий изымаются из сельско- хозяйственного оборота земли, нарушаются целостность земных недр и водный режим, загрязняются земная поверхность, водные источники и воздушный бассейн; в конце концов, формируются новые ландшафты, во многих случаях не отвечающие условиям нормальной жизнедеятельности человека. При добыче и переработке минерального сырья атмосфера загрязня- ется в процессе измельчения и обжига природных и искусственных мате- риалов, при котором в атмосферу может поступать до 2 % перерабатывае- мой массы материала. Основной выброс - пыль; при тепловой переработке и плавлении может происходить газообразный выброс. Вскрытие мecтоpoждeний, бурение и взрывные работы, погрузка и разгрузка породы и полезного ископаемого, их транспортировка, дробление и грохочение, переработка руды удаление складирование отходов приводят к интенсив- ному пылению. Образуются выбросы при обогащении полезных ископае- мых, которые состоят из частиц самого ископаемого и породы. 226 Открытая разработка месторождений полезных ископаемых обычно характеризуется более интенсивным загрязнением атмосферы вредными веществами: пылью и газообразными продуктами, образующимися при массовых взрывах и работе транспорта. При разработке месторождений полезных ископаемых вместе с ни- ми извлекается значительное количество пустых пород, и на поверхности земли образуются значительные их скопления. Как правило, добытое сы- рье подвергается дальнейшей переработке. Если, например, руда содержит 30 % железа, то остальные 70 % ее - пустая порода, которую отделяют в процессе обогащения. Далее концентрат, содержащий уже примерно 60 % железа, поступает в металлургический передел, в результате которого так- же создаются отходы. Скопления отходов формируют техногенные обра- зования на поверхности земли. Наибольший объем отходов приходится на угольную промышленность, черную и цветную металлургию. Объемы горнопромышленных отходов на территории России в настоящее время оценивается более чем в 80 млрд. т., а ежегодный прирост отходов - 3,7 млрд. т. При этом основная масса отходов в горнопромышленном произ- водстве образуется при добыче сырья (80 %), его обогащении (15 %) и ме- таллургическом переделе (5 %). Зачастую отходы становятся причиной формирования катастрофической экологической ситуации в регионе. Как известно, в горнодобывающей промышленности наиболее эко- номически привлекательным является открытый способ добычи полезных ископаемых, при котором производительность труда в 5-6 раз выше, а се- бестоимость продукции в 2- 3 раза ниже, чем при подземных разработках. Но именно открытые горные работы сопровождаются наиболее сущест- венными нарушениями ландшафта и гидрологических условий района разработок и нарушением или полной утратой почвенного покрова на зна- чительных территориях. В соответствии с законом РФ «О недрах» (1992 г.) для предотвра- щения экологического и экономического вреда недрам необходимо: 1) обеспечивать полное и комплексное геологическое изучение недр; 2) со- блюдать установленный порядок пользования недрами, не допускать са- мовольное пользование недрами; 3) наиболее полно извлекать из недр и рационально использовать запасы основных полезных ископаемых и по- путных компонентов; 4) не допускать вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, на сохранность запасов полезных ископаемых; 5) охранять месторождения полезных ископаемых от затопления, обводне- ния, пожаров и др.; 6) предупреждать самовольную и необоснованную застройку площадей залегания полезных ископаемых; 7) предотвращать загрязнение недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства [1]. 227 Кроме этого, устанавливаются зоны с особыми условиями использо- вания для объектов горнопромышленного комплекса (ГПК). Мероприятия территориального планирования по установлению зон с особыми условиями использования территории позволяют: - обеспечить устойчивое развитие территории; - сбалансировать учет экологических, экономических, социальных и иных факторов при осуществлении градостроительной деятельности; - обеспечить требования безопасности территорий, инженерно- технических требований, требований гражданской обороны, обеспечения пре- дупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, принятия мер по противодействию террористическим актам. Согласно Градостроительного кодекса РФ 2 к зонам с особыми ус- ловиями использования территорий относят охранные, санитарно- защитные зоны, зоны охраны объектов культурного наследия народов Рос- сийской Федерации, водоохранные зоны, зоны санитарной охраны источ- ников питьевого и хозяйственного бытового водоснабжения, зоны охра- няемых объектов, иные зоны. К иным зонам, в условиях ГПК, относятся зоны, образовавшиеся в результате разработки МПИ, как в цикле добычи полезного ископаемого, так и в процессе первичной переработки полезно- го ископаемого. Разработка месторождений полезных ископаемых (МПИ) вызывает негативные изменения земной поверхности, формируемые в зоны с осо- быми условиями использования территории (ЗОУИТ) в районе ведения горных работ (рис.1). В случае разработки МПИ подземным способом со- ответствующие зоны связаны с процессами сдвижения горных пород, сла- гающих вышележащую толщу над подземными горными выработками. Параметры зоны на земной поверхности зависят от структуры и свойств вышележащих горных пород, глубины залегания подземных горных выра- боток и их размеров. Нарушения земной поверхности выражаются в виде плавных де- формаций без нарушения сплошных участков земной поверхности, распо- лагающихся по краям зоны, а также трещин и провалов земной поверхно- сти в центре зоны. Участок земной поверхности, подвергаемый сдвиже- нию, называется мульдой сдвижения. 228 Рисунок 1 - Схема формирования зон с особыми условиями использования территории (ЗОУИТ) в районе ведения горных работ 228 229 Размеры мульды сдвижений и ее границы определяются маркшей- дерской службой горнопромышленного комплекса (ГПК), в районе воз- можного проявления нарушений земной поверхности выполняются инст- рументальные наблюдения с целью фиксирования величин деформаций земной поверхности и прогнозирования их дальнейшего развития. Дефор- мации земной поверхности могут плавно двигаться за горными работами, например, при отработке пластов каменного угля. Соответствующие зоны располагаются в границах горного отвода и ограничивают собственников земельных участков, расположенных в этих границах, в осуществлении хозяйственной деятельности. В условиях открытой разработки МПИ процессы деформаций горных пород проявляются в бортах карьеров и основании откосов отвалов. Дефор- мации в бортах карьеров происходят вследствие нарушения устойчивости бортов карьеров, выражающихся в разрушении горных пород, слагающих борта карьеров, и перемещении их по поверхности скольжения (призма обру- шения) вниз к нижней бровке откоса борта. Перемещение может быть постепенным - оползни бортов или прак- тически мгновенным - обрушения. Призма обрушения формируется на поверхности борта карьера и состоит из зоны плавных деформаций, тре- щины отрыва на поверхности борта и призмы обрушения, смещающейся вниз. Ширина призмы обрушения зависит от структуры прибортового мас- сива и прочности слагающих его пород. Размеры призмы обрушения и вид деформации борта карьера определяется маркшейдерской службой ГПК [3], также, в районе возможного проявления нарушений земной поверхно- сти организуются инструментальные наблюдения за устойчивостью бор- тов карьеров. Зоны деформаций бортов карьеров обычно входят в границы горно- го отвода, но при разработке месторождения могут проявляться не выяв- ленные особенности прибортового массива, влияющие на изменение пара- метров призмы обрушения, границы формирования, которой могут выйти за границы горного отвода на смежные земельные участки. Разработка МПИ осуществляется с перемещением вмещающих по- род в отвалы. При эксплуатации отвалов, размещающихся на слабом осно- вании, могут возникать деформации откосов отвалов и горных пород, сла- гающих основание отвалов. Такие деформации возникают при условии прочности грунтов, слагающих основание отвала, менее допустимой рас- четной. В этом случае возникают оползни и обрушения откосов отвалов, выпор и разрушение сплошности грунтов вблизи нижней бровки откосов отвалов. Размеры деформаций грунтов основания (ширина призмы выпи- рания) зависит от высоты откоса отвала и состава и прочности пород в основании. 230 Негативные явления деформаций основания отвалов могут быть уменьшены путем осушения территорий размещения отвалов, формирова- нием предотвала (высотой до 5 - 10 м), либо упрочнением горных пород в основании отвалов. Если в состав технологического цикла входит первичная переработка добытого полезного ископаемого, то обычно отходы обогащения полезных ископаемых помещаются либо в отвалы (сухие отходы, например, отходы обогащения асбестовых руд), либо в специальные сооружения – хвостохрани- лища или шламохранилища (жидкие отходы, т.е. пульпа – взвесь пустых по- род и воды), ограниченные дамбой по периметру. При неучете особенностей основания шламохранилища (хвосто- хранилища), пород, отсыпаемых в дамбы, или несоблюдение технологии их создания в основании дамбы и в ее теле могут возникнуть опасные де- формации, приводящие к ее разрушению и прорыву содержащихся в шламохранилище (хвостохранилище) вод. Соответствующая чрезвычайная ситуация приводит к формированию селевого потока вниз по рельефу от местоположения дамбы (зона разлива). Зоны возможного негативного воз- действия в чрезвычайной ситуации объектов технологического процесса первичной переработки руд (зоны разлива) при невозможности другого размещения шламохранилищ (хвостохранилищ) рассчитываются в соот- ветствии с действующими нормативными документами и зависят от объе- ма шламохранилища (хвостохранилища) и особенностей местности. Особенностью рассмотренных зон является то, что они, по большей части, располагаются на земельных участках смежных землепользователей и практически полностью выводят занятые ими территории из хозяйствен- ного использования. Так, например, незанятыми для целей городского ис- пользования являются участки с провалами земной поверхности в г. Крас- нотурьинске на территории горного отвода медной шахты, там же в 2011 году ушел под землю 1 км автомобильной дороги на территории горного отвода шахты Северопесчанской, в г.Бакале на Бакальском карьере перио- дически происходят оползни в застроенной части города и т.д. Согласно Градостроительного кодекса РФ 2 рассмотренные зоны входят в понятии ЗОУИТ в категорию «иные» зоны. Целесообразность выяв- ления и формирования таких зон заключается в том, что они возникают на земельных участках других собственников, которые расположены на подра- ботанных подземными горными работами территориях, либо на смежных земельных участках с земельными участками, включающими горный отвод или расположенных под отвалами (хвостохранилищами, шламохранилища- ми). Кроме этих зон, к зонам, возникающим вследствие функционирования ГПК, можно отнести: 231 - зоны безопасного ведения взрывных работ, которые характеризу- ются как разлетом осколков во время произведения взрывов, так и воздей- ствием взрывной волны, в том числе и в недрах (горных породах) – чем прочнее и менее трещиноваты породы, тем далее распространяется влия- ние взрывной волны; - контуры предохранительных целиков, которые формируются как при подземной разработке МПИ, так и при открытой. Целик представляет собой недеформируемую часть недр и земной поверхности, формируемую при ве- дении горных работ и предназначенную для безопасного размещения природ- ного объекта или зданий и сооружений, в том числе объекта культурного на- следия народов Российской Федерации; - запретные зоны вокруг складов взрывчатых веществ, необходимых для проведения взрывных работ в горных выработках; - зоны деградированных земель, к которым, в частности, относится зона формирования депрессионной воронки, характеризующаяся пониже- нием грунтовых вод, обеспечивающих питание растительности, и возни- кающая как при открытой, так и при подземной разработке МПИ, а также зона подтопления земель, возникающая при «мокром» консервировании горных выработок, либо ликвидации горного предприятия при естествен- ном затоплении горных выработок; - зоны загрязненных земель, т.е. земель, почвенный покров которых содержит химические или радиоактивные соединения в количествах, больших ПДК, отрицательно влияющие на плодородие почв и раститель- ный покров, которые зачастую формируются вниз по рельефу у отвалов, содержащих полиметаллы; - зоны изменения флоры и фауны рек и водоемов при разработке россыпных месторождений – выражается в формировании переотложен- ных песков и изменении русла рек. Земельные участки, которые включены в состав таких зон, у собст- венников и других землепользователей не изымаются, но в их границах может быть введен особый режим их использования, ограничивающий или запрещающий те виды деятельности, которые несовместимы с целями ус- тановления зон. Установление зон с особыми условиями использования территорий определяется: 1) правительством РФ в отношении земель, находящихся в федеральной собственности; 2) органами исполнительной власти субъек- тов Российской Федерации; 3) органами местного самоуправления. Размеры земельных участков, предоставляемых для зон с особыми условиями использования территории, определяются в соответствии с утвержденными в действующем порядке нормами и проектно- технической документацией. 232 Классификация зон с ОУИТ для ГПК (ГПТ) может быть связана: 1) с природными объектами; 2) технологическими объектами вспомогательно- го назначения (здания и сооружения инженерных и транспортных комму- никаций); 3) технологическими объектами, задействованными в перера- ботке ПИ (промышленные здания и сооружения); 4) с обеспечением взрывных работ; 5) с непосредственной добычей ПИ (карьеры, шахты, дражные полигоны, отвалы и т.п.). Для установления необходимого состава, содержания и объема све- дений о зонах с особыми условиями использования территорий необходи- мо предварительно определить ее вид, учитывая, что определенный вид ЗОУИТ зависит от способа разработки МПИ, способа переработки полез- ного ископаемого, способа хранения отходов производства. Необходимо также учитывать, что отдельные виды ЗОУИТ требуют проведения мони- торинга за изменениями их характеристик. Следующим этапом подготовки сведений о ЗОУИТ является уста- новление нормативно-правовой базы, определяющей размеры ЗОУИТ и режим их использования, нанесение их на планово-картографический ма- териал с большей детализацией объектов местности с целью наглядности установления взаимодействия с другими территориями, объектами мест- ности с использованием геоинформационной системы, позволяющей опе- ративно получать актуальную информацию о состоянии этих зон. Полу- ченные данные объединяют с кадастровыми данными с целью установле- ния ограничений (обременений) на смежные участки, попадающие в зону влияния этих зон. Это позволяет эффективно вести мониторинг использо- вания этих территорий, своевременно принимать управленческие решения [4]. Литература 1. ФЗ РФ «О недрах» от 21.02.92 N 2395-I (ред. от 07.05.2013 с изменениями, вступившими в силу с 01.07.2013) 2. Градостроительный кодекс РФ от 29.12.2004 N 190-ФЗ (в редакции от 01.09.2013). 3. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производствен- ных объектов» от 21.07.97 N 116-ФЗ. 4. Мурашева А.А. «Принципы формирования управления земельными ресурсами в горнопромышленном комплексе» /А.А. Мурашева, В.Е. Коновалов, П.П. Лепе- хин.// Известия вузов «Горный журнал».- 2013.- № 7.- С. 12-15. 233 УДК 502,4 (477) ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТНОЙ СХЕМЫ ЭКОСЕТИ НА ПРИМЕРЕ НОВОБУГСКОГО РАЙОНА НИКОЛАЕВСКОЙ ОБЛАСТИ УКРАИНЫ 1 Романенко М.М., 2 Куценко С.В., 3 Патрушева Л.И., 4 Романенко А.В. 1Управление экологи и природных ресурсов Николаевской областной государст- венной администрации, 2Региональный ландшафтный парк «Приингульский», 3Черноморский государственный университет им. П.Могилы, 4Региональный ландшафтный парк «Приингульский». Проведен обзор структурных элементов экосети, которые частично или полно- стью расположены на территории одного административного района и которые рекомендуются за основу при формировании местной схемы экологической сети Новобугского района Николаевской области Украины. Природно-заповедный фонд Украины составляет 5,4 % от общей площади государства. Это значительно меньше, чем в большинстве евро- пейских стран, где площади, занятые заповедными территориями, состав- ляют в среднем 15 % [3]. Согласно стратегии государственной экологической политики Ук- раины на период до 2020 года с целью приостановления процессов ухуд- шения состояния окружающей природной среды необходимо увеличивать площадь экологической сети (экосети) до 41 % от территории Украины [3]. Это является стратегическим заданием в достижении экологической сба- лансированности территории Украины. На общеевропейском уровне принципы формирования экосети за- креплены в Европейской стратегии сохранения биоразнообразия [11, 12], на национальном уровне – в законах Украины, научных и методически разработках [2-5, 8-10]. В Николаевской области проведены комплексные исследования на тему формирования экологической сети в 2003-2004 годах [8]. Концепту- альную схему экосети разработано С.В. Таращуком с использованием ре- зультатов исследований О.М. Деркача. Первый проект областной про- граммы развития экосети подготовлен коллективом авторов под руково- дством О.М. Деркача. Актуальным является разработка региональной и местных схем формирования экосети. Цель работы – определить структурные элементы и разработать эс- кизную схему формирования местной схемы экосети на примере Новобуг- ского района Николаевской области. Проблемными вопросами являются разные подходы к выделению экокоридоров, различные названия структурных элементов экосети, по- 234 скольку официальный перечень территорий и объектов экосети в Никола- евской области не утвержден. Новобугский район расположен на северо-востоке Николаевской области. Его площадь составляет 124,3 тыс. га. Он граничит с двумя адми- нистративными районами Кировоградской области и четырьмя районами Николаевской области. Преобладающая часть Новобугского района рас- положена в бассейне р. Южный Буг, часть – в бассейне р. Днепр. На основании исследований формирования экосети области, других изысканий выделено структурные элементы экосети, которые расположе- ны в Новобугском районе. В районе проходят такие экокоридоры: общегосударственного зна- чения - Южноукраинский (Степной), Бугский, Днепровский; регионально- го значения - Ингульский, Висунский; местного значения - Старогорожан- ский, Богомазский, Громоклейский, Татьяновский. Коридоры представле- ны реками, их прибрежными полосами, плавневыми комплексами, водо- защитными лесными насаждениями, овражно-балочной сетью. Ключевые территории (природные ядра): регионального значения – региональный ландшафтный парк (РЛП) «Приингульский» (3152,7 га); местного значения – заповедное урочище «Чабанка» (457,0 га), гидрологи- ческий заказник «Софиевское водохранилище» (417,0 га), ботанический заказник «Пелагеевский» (123,5 га), Ульяновский (предлагается к запове- данию площадью 8,3 га). Общая площадь ключевых территорий, которые имеют статус при- родно-заповедного фонда или предлагаются к заповеданию, составляет 3618,0 га, или 3 % от площади района. Другими ключевыми территориями являются пастбища и сенокосы (14,37 тыс. га), лесные насаждения и дру- гие лесопокрытые площади (6,02 тыс. га), открытые заболоченные земли (0,17 тыс. га) и другие природные комплексы. Эти угодья занимают при- близительно 20 % от территории района. Для более детального определе- ния их роли в структуре экосети Новобугского района необходимо провес- ти дополнительные исследования. Среди ключевых территорий экосети Новобугского района цен- тральное место занимает региональный ландшафтный парк (РЛП) «Приин- гульский». Он входит в состав Среднеингульской ключевой территории ре- гионального значения в бассейне р. Ингул [1]. Из всех заповедных террито- рий, что расположены в системе Ингульского регионального коридора (Киро- воградская и Николаевская области) РЛП «Приингульский» является един- ственным заповедным объектом, где создано специальную администрацию. РЛП «Приингульский» создан в 2002 г. Его площадь составляет 3152,7 га. Он расположен на участке долины р. Ингул в пределах Розанов- ского (1187,86 га, или 36,35 % от площади парка), Камянского (605,76 га, 235 18,54 %), Софиевского (842,72 га, 25,79 %) сельских советом и Новобуг- ского (631,38 га, 19,32 %) городского совета. На протяжении 2007-2010 годов для РЛП разработано землеустрои- тельную документацию по установлению границ. Проведено кадастровую съемку земель и установлено, что 48,8 % заповедной территории занимают сельскохозяйственные угодья, 19,2 % – вода, 14,3 % – леса и другие лесо- покрытые площади, 3,47 % – открытые земли без растительного покрова или с незначительным растительным покровом, 1,29 % – открытые забо- лоченные земли, остальные % – другие угодья. Среди сельскохозяйствен- ных угодий преобладают пастбища [6, 7]. Основу растительного покрова территории РЛП «Приингульский» составляет высшая водная, болотная, пойменно-лесная, кустарниковая, луговая, степная растительность [1]. На территории парка зафиксировано более 20 видов растений, которые занесены в Красную книгу Украины [6]. Здесь обитает приблизительно 2000 видов насекомых, 18 видов рыб, 3 ви- да земноводных, 5 видов пресмыкающихся, более 100 видов птиц, 19 ви- дов млекопитающих [6]. В состав РЛП «Приингульский» входит 2 другие ключевые терри- тории: заказники «Софиевское водохранилище», «Пелагеевский». Гидрологический заказник «Софиевское водохранилище» создан на площади 417,0 га в 1990 г. Это – русловое водохранилище, источник водо- снабжения и орошения. Водохранилище на р. Ингул заполнено в 1968 г. Площадь водного зеркала водоема составляет 470 га, средняя ширина - 260 м, максимальная – 700 м; средняя глубина – приблизительно 7 м. Постоянный пользователь земельного участка – Николаевское областное управление водных ресурсов. Ботанический заказник «Пелагеевский» создан на пло- щади 123,5 га в 1993 г. Он расположен на склонах балки Каламурзовая. В составе растительного покрова заказника выявлено боле 20 видов охра- няемых растений. Заповедное урочище «Чабанка» создано в 1972 г. Оно занимает 457,0 га. Здесь преобладают посадки дуба и ясеня возрастом 50-70 лет. Их средняя высота 16–18 м., диаметр 20 см. Постоянный землепользователь – государственное предприятие «Баштанское лесное хозяйство». Территория относится к Новобугскому лесничеству. На участке склона правого берега р. Ингул на юг от с. Ульяновка предлагается создать ландшафтный заказник «Ульяновский». Структурными элементами местной схемы экосети Новобугского района являются 3 коридора общегосударственного, 2 – регионального, 4 местного значения. При этом участки некоторых экокоридоров более вы- сокого ранга играют роль ключевых территорий в местной схеме экосети района. В Новобужье 4 ключевые территории имеют статус природно- 236 заповедного фонда, 1 – подлежит заповеданию. Региональный ландшафт- ный парк «Приингульский» занимает особо важное место в схеме экосети района. Для оптимизации структуры экосети Новобугского района Никола- евской области необходимым является увеличение площади ключевых территорий за счет сельскохозяйственных угодий и лесных насаждений. Литература 1. Винокуров Д.С. Ключові території Інгульського регіонального екокоридору: характеристика, зв’язки, оптимізація //Чорноморський ботанічний журнал. - т. 7, № 4 (2011). - с. 329-346. 2. Закон України «Про екологічну мережу України». - Відомості Верховної Ради України, 2004. - № 45. - с.502 3. Закон України «Про Основні засади (стратегію) державної екологічної політики України на період до 2020 року. - Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2011. - № 26. – с .218. 4. Мовчан Я.І. Екологічна мережа України. Обґрунтування її структури та необ- хідності створення // Конвенція про біологічне різноманіття. Громадська обізна- ність та участь. — К.: Стилос, 1997. — С. 98–110. 5. Мовчан Я.І. Національна екомережа України. Концепція та сценарії втілення // Наук. зап. Нац. Ун-ту К.-Могил. Акад., 2001. — Т. 19, ч. II, спец. вип. - с. 411–415. 6. Проект створення регіонального ландшафтного парку «Приінгульський» (звіт за договором № 2-ЗС/01 від 24.09.01) / ТОВ ВКФ «СКВІД». — Керівник теми: С.А. Молчанова. — Інв. № немає. — Миколаїв, 2002. — 93 с. 7. Технічна документація з організації та встановлення меж регіонального ланд- шафтного парку «Приінгульський». – ТОВ «Обласний земельно-кадастровий центр», 2007-2010. 8. Формування екологічної мережі Миколаївської області, розробка відповідної Програми» /Деркач О.М., Таращук С.В., Коломієць Г.В., Патрушева Л.І. /рукопис/. – 2004. 9. Шеляг-Сосонко Ю.Р. Головні риси екомережі України // Розбудова екомережі України. — К., 1999. — С. 13—22. 10. Шеляг-Сосонко Ю.Р., Гродзинський М.Д., Романенко В.Д. Концепция, методы и критерии создания екосети Украины. — К.: Укрфитосоциоцентр, 2004. — 143 с. 11. Bennett Graham — Conserving Europe's Natural Heritage. Towards a European Ecological Network . — London-Dordrecht-Boston. 1994.— 334 p. 12. Pan-European Biological Diversity Strategy.- Strasbourg: Council of Europe, UN- EP, ECNC. 1996. — 50 p. 237 УДК 519.6:504.3.054 АНАЛИЗ ПЫЛЕВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ОТ АВТОТРАНСПОРТА Русакова Т.И. Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара г. Днепропетровск, Украина Разработана эффективная численная модель, которая применена для анализа распространения загрязнения от пылевого загрязнения атмосферного воздуха на улицах городов. Модель основывается на совместном решении гидродинамической задачи на основе метода дискретных вихрей и задачи массопереноса. Отличи- тельной особенностью построенной модели является возможность оперативного расчета поля концентрации пыли на улице, что позволяет применять ее для про- ведения серийных расчетов. Анализ качества воздушной среды является одной из важных задач безопасного состояния территорий горнодобывающих регионов. Харак- терной особенностью многих отечественных автомагистралей, которые находятся на территории этих регионов, является то, что при движении автотранспорта в атмосферу поступает большое количество пыли. Поэто- му для практики очень важно оценить запыленность воздушной среды возле автомагистралей. Нужно отметить, что если рассматривать такой прогноз в условиях размещения возле магистрали зданий, то решение за- дачи становится крайне сложным. В связи с этим очень важным является разработка и применение эффективных методов расчета качества воздуш- ной среды на запыленных территориях, с помощью которых можно опера- тивно получать прогнозные данные относительно возможной запыленно- сти воздуха на улицах. Для решения экологических задач, связанных с оценкой уровня за- грязнения на улицах, очень часто используются эмпирические модели или различные верификации модели Гаусса. Эти модели используются потому, что для их практической реализации необходима минимальная входная информация: скорость ветра, интенсивность выброса загрязнителя, поло- жение источника выброса, скорость оседания и т.д. Вычисления на основе данных моделей не занимают много времени, что особенно важно при проведении серийных расчетов [1 - 3] . Использование мощных моделей, основанных на численном интегрировании уравнений Навье-Стокса [4 - 9] и на использовании различных моделей турбулентности, не применимо в настоящее время для серийных расчетов на практике. Это связано с необ- ходимостью использования мощных компьютеров, длительного времени расчета и обоснования моделей турбулентности. Целью работы является разработка прикладной численной модели для анализа запыленности воздушной среды на улицах территорий горно- 238 добывающих регионов с учетом цикличности эмиссии пыли при движении автотранспорта. Математическая модель и метод решения. Рассматривается сце- нарий выброса пыли на улице для расчетной схемы типа «уличный кань- он» (рис.1). 1 1 2 U  10м 15м x y 0 Рис.1. Схема расчетной области: 1 – здания; 2 – место эмиссии загрязнителя Как известно, для прогноза качества воздушной среды, необходимо предварительно решить гидродинамическую задачу по определению поля скорости ветрового потока на улице. Для моделирования процесса обтека- ния зданий ветровым потоком используется метод дискретных вихрей [10], который дает возможность быстро рассчитать поле скорости ветрово- го потока в условиях размещения зданий [11]. Для расчета поля скорости используются основные зависимости:                          ;)()()( );( )()()( p r k j jyy p r n i iyyiy p r k j jxx p r n i ixxix rrrrrr rrrrrr VVГVVГV U VVГVVГV 1 11 0 1 11 0 (1) где Г  циркуляция -ого присоединенного вихря, rГ – циркуляция сво- бодного вихря r-ой вихревой пелены; )(U – скорость набегающего по- тока; i xV , i yV – компоненты скорости в рассматриваемой точке плоскости (хi,уi), которые можно рассчитать как сумму соответствующих компонент 239 скорости от всей вихревой системы: присоединенных вихрей r (компо- ненты rx V  , ryV  ), которыми моделируются поверхности зданий, и свобод- ных вихрей r (компоненты rxV  , ryV  ), сошедших с острых кромок, на данный момент времени  основной и зеркально отображенной вихревой системы. После вычисления поля скорости ветрового потока на улице, реша- ется задача по моделированию пылевых выбросов на улице при движении автотранспорта. Для расчета концентрации пыли на улице используется осредненное уравнение переноса [12; 13]:             )()( ( ii yyxx ССС i yх Q ) y μ( y ) x μ( xy w)С-v x uС t (2) где С – концентрация загрязняющего вещества в атмосфере; u, v – компо- ненты вектора скорости ветра; w – скорость гравитационного оседания загрязняющего вещества, μ=(μх,μy,) – коэффициенты турбулентной диффу- зии; ii y,x – координаты источника выброса загрязняющего вещества; iQ – интенсивность эмиссии загрязнителя в точке ii yx , ; )( ixx  , )( iyy  – дельта-функция Дирака, с помощью которой моделируется выброс загряз- нителя. Постановка краевых условий для решения уравнения переноса рас- смотрена в работе [5; 12; 14]. Для численного интегрирования этого урав- нения используется неявная разностная схема расщепления [4; 5; 12; 13]. Расчет выполняется на прямоугольной разностной сетке. Практическая реализация модели. Разработанная численная мо- дель была применена для прогноза уровня запыленности воздуха на ули- цах при движении автотранспорта. Полагалось, что эмиссия пыли на авто- магистрали происходит циклически c известной интенсивность iQ . Это моделировало ситуацию прохождения одного автомобиля за другим с из- вестным интервалом времени At (рис.2). 240 0 1 3 74 6 t, c Q, г/c tА 2 5 Рис.2. Схема эмиссии пыли на автомагистрали Рассматривалось решение задачи для двух сценариев, которые ха- рактеризовались следующими исходными данными: длина расчетной об- ласти 100 м; ширина расчетной области 33,6 м. Первый сценарий: - скорость ветра 1,2 м/с; - коэффициенты диффузии х=у=0,1 м2/с; - интенсивность Q=100 г/с; - скорость гравитационного оседания w=0,002м/с. Второй сценарий: - скорость ветра 1,5 м/с; - коэффициенты диффузии х=у=0,2 м2/с; - интенсивность Q=100 г/с; - скорость гравитационного оседания w=0,005 м/с. На последующих рисунках представлена динамика формирования зоны загрязнения в различные моменты времени для обоих сценариев. y 0 x y 0 x a) б) Рис. 3. – Зона загрязненияв момент времени t=4 с.: а) первый сценарий: U=1,2 м/с, w=0,002 м/с, Сmax=20,19 мг/м3; б) второй сценарий: U=1,5 м/с, w=0,0005 м/с, Сmax=8,34 мг/м3 241 Отметим, что на этих рисунках значение концентрации представле- но в безразмерном виде: каждое число – это величина концентрации в процентах от величины максимальной концентрации на данный момент времени. Вывод на печать чисел осуществлен по формату «целое число», т.е. дробная часть числа не выдается на печать. Это значит, что если, на- пример, в какой-то точке расчетное значение концентрации составляет «5,6 %» от максимальной концентрации, то на печать будет выведено чис- ло «5». Этот вывод результатов на печать (рис.3, 4.) эффективен при про- ведении серийных расчетов, когда осуществляется «перебор» различных ва- риантов с целью выбора наиболее оптимального для конкретной ситуации. y 0 x y 0 x a) б) Рис. 4. – Зона загрязненияв момент времени t=5,2 с.: а) первый сценарий: U=1,2 м/с, w=0,002 м/с, Сmax=15,09мг/м3; б) второй сценарий: U=1,5 м/с, w=0,0005 м/с, Сmax=5,56 мг/м3 Указанное представление результатов расчета в виде «целых» чисел позволяет оперативно анализировать информацию относительно величины концентрации в любой части расчетной области. Отметим, что по требова- нию пользователя, разработанный код осуществляет вывод на печать ре- зультатов по формату «действительное число», т.е. с сохранением дробной части числа. Эти данные (рис. 3, 4.) позволяют оценить вид формирующейся зо- ны загрязнения, ее размеры и интенсивность. Как видно из представлен- ных рисунков, формирующаяся зона загрязнения представляет собой дос- таточно ограниченную область по высоте, которая вытягивается вверх и составляет приблизительно 7 м, а справа развитие этой зоны ограничива- ется зданием, поэтому внешне эта зона напоминает «сплющенную» подоб- ласть близкую к сферической. Форма и размеры области зависят от време- 242 ни, так как рассматривается действие циклического источника выброса рис. 2. На рис. 5 - 6 показано изменение во времени концентрации пыли для рассматриваемых сценариев в двух точках возле второго здания (на- ветренной его стороны). Первая точка выбрана на высоте 0,8 м, а вторая на высоте 4 м. Из этих рисунков хорошо видно, что на большей высоте кон- центрация пыли существенно меньше, чем возле поверхности земли, что обусловлено гравитационным оседанием пыли. h=4 м h=0,8 м 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 2 4 6 8 10 t[c] C[мг/м3] Рис. 5. Изменение концентрации пыли на различной высоте (первый сценарий: U=1,2 м/с, w=0,002 м/с, х=у=0,1 м2/с) h=4 м h=0,8 м 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 4 6 8 10 t[c] C[мг/м3] Рис. 6. Изменение концентрации пыли на различной высоте (второй сценарий: U=1,5 м/с, w=0,0005 м/с, х=у=0,2 м2/с) Для расчета задачи потребовалось 7 секунд компьютерного времени. 243 Выводы. Рассмотрена эффективная модель прогноза пылевого за- грязнения атмосферного воздуха на улицах территорий горнодобывающих регионов. Модель основывается на совместном решении гидродинамиче- ской задачи по определению поля ветрового потока, где использовался метод дискретных вихрей и задачи массопереноса. Отличительной осо- бенностью построенной модели является возможность оперативного рас- чета поля концентрации пыли на улице. Дальнейшее развитие данного направления необходимо проводить в рамках создания трехмерной чис- ленной модели. Литература 1. Бруяцкий Е. В. Теория атмосферной диффузии радиоактивных выбросов. К.: Институт гидромеханики НАН Украины, 2000. – 443 с. 2. Шаталов А. А. Методика расчета распространения аварийных выбросов, осно- ванная на модели рассеивания тяжелого газа / А. А. Шаталов, М. В. Лисанов // Безопасность труда в промышленности. – 2004. – № 9. – С. 46 – 52. 3. Hanna S. Air Quality Modeling Over Short Distances. // College on Atmospheric Boundary Layer and Air Pollution Modeling: 16 May-3 June 1994. №SMR/760-2 – P. 712 – 743. 4. Антошкина Л. И. Моделирование аварийных ситуаций на промышленных объ- ектах и безопасность жизнедеятельности / Л. И. Антошкина, Н. Н. Беляев, Л. Ф. Долина, Е. Д. Коренюк – Д.: Нова ідеологія, 2011. – 123 с. 5. Згуровский М. З. Численное моделирование распространения загрязнения в ок- ружающей среде / М. З. Згуровский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев – К.: Наук. думка, 1997. – 368 с. 6. Belyaev M. М. Air Pollution Modelling of Technogenic Catastrophes caused by Ter- rorist Attacks on Rail Transport of Chemical Substances // Simulation and Assessment of Chemical Processes in a Multiphase Environment. NATO Science for Peace and / Secu- rity Series. – C.: Environmental Security, Springer, 2007. P. 327 – 336. 7. Biliaiev M. M. Numerical simulation of indoor air pollution and atmosphere pollution for regions having complex topography / M. M. Biliaiev, M. M. Kharytonov // Confe- rence Abstracts of 31st NATO / SPS International Technical Meeting on Air Pollution Modelling and it’s Application, 27 September – 01 October, Torino, Italy, 2010. № P1.7. 8. Murakami S. Comparison of “k-ε” model, ASM and LES with wind tunnel test for flow field around cubic model / S. Murakami, A. Mochida, H. Yoshihiko // 8th Intern. Conf. on Wind Engineering, Western Ontario, July 8-11, 1991. – № 12 – 3. 9. Tedeschi G. Study of vertical transport of marine aerosol using an unsteady 2D model // Conference Abstracts of 31st NATO / SPS International Technical Meeting on Air Pollution Modeling and it’s Application, 27 September – 01 October, Torino, Italy, 2010. № 4.9. 10. Белоцерковский С. М. Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел / С. М. Белоцерковский, В. Н. Котовский, М. И. Ништ – М.: Наука, 1988. – 232 с. 244 11. Русакова Т. И. Исследование поля скоростей при обтекании зданий воздушным потоком / Т. И. Русакова, В. И. Карплюк // Вісник Дніпропетровського університету. Механіка. Т. 1, вип.12, 2008, С. 41 – 49. 12. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. – М.: Наука, 1982. – 316c 13. Пшинько А. Н. Моделирование загрязнения атмосферы при техногенных ава- риях / А. Н. Пшинько, Н. Н. Беляев, П. Б. Машихина. – Д.: Нова ідеологія, 2011. – 168 с. 14. Самарский А. А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1983. – 616 с. УДК 574 ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ В УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЙ КАЗАХСТАНА Хан В.А., Сариева Д.З., Жалкенова С.Т., Отарбаева Л.С. Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана, Казахстан В статье рассмотрены вопросы экологической безопасности производственной сферы деятельности в нефтегазодобывающей отрасли. Раскрыты основные ис- точники загрязнения окружающей среды на разных этапах производства. Вопросы разработки экологически чистых процессов (утилизации от- ходов, очистка газовых выбросов и нефтехимических производств, очист- ка сточных вод, мониторинг загрязнения нефтью и нефтепродуктами ок- ружающей среды и другие) в области охраны природы при добыче и пере- работки нефти и газа являются особенно актуальными. Загрязнение окружающей среды начинается с поискового бурения и строительства нефте- и газодобывающих скважин. Основными источника- ми загрязнения являются: выхлопы дизелей буровых установок, дегазато- ры бурового раствора, емкости для хранения сыпучих порошкообразных материалов, шламовые амбары с производственно-технологическими от- ходами, а также циркуляционные системы. Во многих случаях на буровых установках не проводят мероприятия по охране почв и водоемов от загряз- нения. Вследствие этого прилегающие земли загрязняются буровым рас- твором и нефтепродуктами. Затем происходит смыв этих вредных веществ талыми водами на прилегающие земли и водоемы. Процесс загрязнения почвы усугубляется содержанием в ней высокоминерализованных пласто- вых и сточных вод, закачиваемых для поддержания давления в продуктив- ные пласты и поглощающие горизонты. Отходы бурения в отвалах на бу- ровой площадке должны быть собраны и размещены на специально отве- денной территории. При этом особую важность приобретают вопросы оценки их загрязняющей способности. От этого зависят количество и ток- сичность загрязняющих веществ в подземных водах. 245 Основным и наиболее сильным загрязнителем при буровых работах является буровой раствор. Для его приготовления используется до двух десятков химических реагентов, многие из которых не имеют установлен- ных Минздравом РК величин предельно допустимых концентраций. При выполнении буровых работ и эксплуатации скважин качество и состав применяемого противовыбросового оборудования (ПО) определяется по ГОСТ 13862-90. Указанный ГОСТ пересматривался трижды, в 1975, 1980 и 1990 годах, с целью приближения его требований к уровню лучших ми- ровых стандартов, например стандарту АР1-16А Американского нефтяно- го института. При эксплуатации месторождений оказываются нарушенными ог- ромные земляные массивы. Например, при разработке Карачаганакского месторождения планируется занять более 3000 га пашни, выгонов, леса и т.п. Площадь месторождения Тенгиз составляет 20 км2. В результате непо- стоянства аэрологической ситуации распространение вредных примесей от источника и их флуктуации носят случайный характер. Экологически не- благоприятной зоной для постоянного проживания определена для Тен- гизского месторождения зона в 50 км2, а для Карачаганакского - в 10 км2. Но при этом, чем больше санитарно-защитная зона, тем выше объем пре- дельно допустимых выбросов, а следовательно, тем больше уровень за- грязнения атмосферы. Морально устаревшее физически изношенное оборудование и спо- собы добычи усиливают экологическую опасность. Переход на новые тех- нологические приемы приводит к новым проблемам. К примеру, загрязне- ние окружающей среды наблюдается при ремонте скважин. Проводятся сотни спуско-подъемов внутрискважинного оборудования. Предваритель- но скважина прокачивается технической водой до полной дегазации. Од- нако на практике это промывка не полностью очищает внутренние и на- ружные поверхности труб и оборудование от пленки нефтепродуктов. В результате при подъеме последнего на рабочую площадку стекающая с них скважинная жидкость загрязняет площадку, создает пожароопасную ситуацию в пространстве вокруг устья скважины. Это приводит к возрас- танию количества жидких агрессивных отходов, требующих захоронения. В действительности на всех старых месторождениях десятки лет выбрасы- вали добываемую пластовую и промывочную воду на поля испарения. На старых промыслах НГДУ "Кульсарынефть" и "Прорванефть" площадь зеркала соров составляет тысячи квадратных километров. Огром- ные поля испарения с минерализованной водой, загрязненные нефтепро- дуктами, безусловно, отрицательно влияют на биосферные процессы в этом регионе. Однако, если использовать технологию полной утилизации промышленных вод, то оголившееся дно полей испарения станет источни- 246 ком распространения солей сухого сульфата, которые будут подниматься ветром и разноситься на огромные расстояния, как это происходит на Арале. В условиях интенсификации процессов добычи и переработки нефти и газа снизить экологически вредные выбросы можно путем комплексного использования углеводородного сырья, то есть полного извлечения полез- ной части ресурсов и минимизации отходов. Технологическое переоснащение предприятий по добыче и перера- ботке нефти и газа с вводом в производство прогрессивного высоко произ- водительного оборудования, позволяющего резко снизить потери и улуч- шить экологическое состояние производств. Ввод в производство новых мощностей требует выполнения повышенных требований к метрологиче- скому обеспечению. В этой связи особое место занимают совершенствова- ние метрологического контроля производства в части выполнения требо- ваний экологической безопасности и проведение метрологического надзо- ра и контроля над средствами измерений, контроля и испытаний. В настоящее время предметом особого беспокойства стало откры- тие крупных нефтегазоконденсатных месторождений в зоне Прикаспия. Расположенные в совершенно новом для отрасли подсолевом комплексе, они имеют сходные параметры залегания и физико-химический состав углеводородного сырья. Эти же характеристики отличают их от всех типов нефти, конденсата, газа, извлекаемых на ранее введенных в разработку структурах. Повышенная агрессивность сырья, приуроченного к структу- рам подсолевого комплекса, предопределена большим содержанием серо- водорода, меркаптанов, углекислого газа. Разработка Жанажолского, Ка- рачаганакского и Тенгизского месторождений, наглядно показала на ре- зультатах деятельности высокую экологическую опасность добычи угле- водородов. Критическое положение может сложиться на нефтеперерабатываю- щих заводах республики, где основные фонды длительное время не обнов- лялись и вышли за пределы их физического и морального износа, что яв- ляется прямым нарушением требований инвестиционной политики. На- пример, на Атырауском заводе это может привести к значительным вы- бросам вредных веществ в окружающую среду. Следует при этом отме- тить, что при переработке 1 тонны нефти доля ущерба, наносимого народ- ному хозяйству выбросами углеводородов, составляет 82 %, а диоксида серы и сероводорода -10,5 %. Приведенные данные имеют отношение к переработке нефти, со- держащей высокотоксичных примесей в больших концентрациях. В нефти новых месторождений Западного Казахстана точно так же, как и в природ- ном газе, конденсате, добываемых в этой зоне, содержание таких соедине- ний в них исключительно велико. В связи с этим воздействие этого угле- 247 водородного сырья на каждой стадии (добыча, транспортировка, перера- ботка) будет намного выше. В сложившихся условиях отрасль характеризуется большими поте- рями. Об этом свидетельствует и то, что доля топочного мазута – одного из видов исходного сырья для получения топлив, масел и другой продук- ции, все еще находится на уровне 40-45 %. Высокие суммарные потери нефтегазовых ресурсов на месторожде- ниях Казахстана обязывают ускорить разработку ресурсосберегающих технологий и мер, направленных на максимальную утилизацию газообраз- ных и комплексное использование жидких углеводородов. Это объясняет- ся тем, что добываемые в республике нефть, природный газ, конденсат содержат в своем составе многие вещества и соединения, выделение кото- рых в отдельные продукты имеет громадное экономическое и экологиче- ское значение. К такой продукции относятся соединения ванадия и никеля в нефтяных месторождениях Каражанбас и Каламкас, серы и ее соединений в нефти, природном и попутном газе, конденсате месторождений Тенгиз, Ка- рачаганак, Жанажол. В соответствии с Программой по развитию нефтегазового сектора в Республике Казахстан на 2010 - 2014 годы (далее - Программа), разрабо- танной в рамках Государственной программы по форсированному индуст- риально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010 - 2014 годы и утвержденной Указом Президента Республики Казахстан от 19 марта 2010 года № 958, был принят курс по коренному улучшению состоя- ния производственного комплекса нефтегазодобывающих и перерабаты- вающих отраслей, эффективному его использованию и выполнению требо- ваний экологической безопасности всех технологических процессов, [1]. В рамках опытно-промышленных работ, проводится восстановление замазученных территорий цеолитно-микробиологическим методом, позво- ляющим с помощью бактерий-деструкторов углеводородов вернуть поте- рянные плодородные свойства почвы. Применяются высокопроизводи- тельное оборудование по переработке трудноразрушаемой нефти, уста- новки по переработке нефтешламов методом термодесорбции. Для прове- дения ликвидационных работ с минимальным негативным влиянием на окружающую среду, применяются высокотехнологичные мобильные ком- плексы по переработке замазученного грунта и нефтешлама производи- тельностью 30 тонн в час. Все эти нововведения требуют комплексной оценки в части разработки требований метрологического обеспечения тех- нологических процессов и их аттестации, организации метрологического контроля и надзора над производством и средствами измерения с целью обеспечения точности. Крупнейшие месторождения Казахстана Тенгиз, Кашаган, Карача- 248 ганак характеризуются высоким содержанием сероводорода в попутном газе, а также аномально высоким пластовым давлением. С учетом работы в условиях чувствительной экологической среды, данные особенности в до- полнение к "традиционным" условиям производства (пожароопасность, взрывоопасность, токсичность и т.п.) требуют повышенных мер безопас- ности. Разработка и выполнение системы контроля над состоянием эле- ментов противовыбросового оборудования с целью предупреждения ава- рий. В этой связи особенно эффективно наличие действенного контроля над разведывательным бурением и эксплуатацией скважин. К настоящему времени в КСКМ пробурено 43 скважины, построены 3 искусственных острова, ликвидированы 24 из 187 скважин, ранее пробуренных в условиях суши и ныне затопленных вследствие подъема уровня моря. В Атырауской и Мангистауской областях на суше разрабатываются несколько десятков месторождений нефти и газа, являющихся также потенциальными источ- никами загрязнения моря и береговой зоны из-за наличия загрязненных участков почвы, скопления различных по объему и составу отходов неф- тедобычи, промышленной и бытовой деятельности. В перспективе плани- руется интенсивное расширение нефтяных операций в акватории и при- брежной зоне Каспийского моря с бурением новых разведочных и экс- плуатационных скважин, строительством искусственных островов, нефте- проводов и газопроводов, дальнейшим увеличением мощности танкерного флота, что, в свою очередь, ведет к определенному росту нагрузки на со- стояние окружающей среды в регионе. Расширение нефтяных операций в акватории Каспийского моря с его высокой экологической чувствительно- стью, обусловленной замкнутостью и отсутствием связи с Мировым океа- ном, согласно требованиям законодательства Республики Казахстан и ус- ловиям международных правовых актов, потребует от операторов и участ- ников морских проектов обеспечения полной экологической безопасности региона, в том числе при аварийных разливах нефти и ликвидации их по- следствий. Несмотря на достигнутые результаты целевого производства и вво- димые мероприятия и современное оборудование, состояние экологиче- ской обстановки в добывающих регионах остается по-прежнему не удов- летворительной, а в ряде случаев катастрофической. При этом особенно актуальным становятся пересмотр нормативов выбросов загрязнений ок- ружающей среды и разработка методов их контроля на всех этапах техно- логической цепи основного производства. Как правило, перечень источни- ков выбросов и их характеристики определяются для проектируемых объ- ектов – на основе проектной информации, а для действующих объектов – на основе инвентаризации источников выбросов, которая должна сопро- вождаться проведением отбора проб и аналитическими исследованиями. 249 Исходя из необходимости разрабатывать и осуществлять политику и меры, направленные на сокращение выбросов ПГ, в Казахстане проводится инвентаризация выбросов ПГ на уровне предприятий. В этой связи прика- зом Министра охраны окружающей среды Республики Казахстан от 24 но- ября 2009 г. № 251 утверждена Методика расчета выбросов парниковых га- зов от деятельности по сжиганию топлива, утечек при добыче, хранении и транспортировке угля, нефти и газа, производстве чугуна, стали, ферроспла- вов, глинозема, алюминия и цемента. [1, 2]. В основу методики расчета выбросов парниковых газов для пред- приятий положены Руководящие принципы национальных инвентариза- ций парниковых газов МГЭИК 1996 и 2006 гг., являющиеся принятой для всех стран методологией, рекомендациям и принципам которой должны соответствовать отчеты о выбросах и стоках парниковых газов, предостав- ляемые странами Приложения 1 РКИК ООН в ее секретариат. Методику (разделы 3-5) рекомендуется использовать для расчета выбросов парнико- вых газов при проведении ежегодной инвентаризации, а также может быть использована при формировании заявки на выдачу квоты на выбросы пар- никовых газов в атмосферу в соответствии с «Правилами ограничения, приостановления и снижения выбросов парниковых газов в атмосферу», действующими на момент формирования заявки. Паспорта инвентариза- ции парниковых газов предприятий представляются в Уполномоченный орган в области охраны окружающей среды. Уполномоченный орган про- водит регистрацию паспорта и присваивает соответствующий регистраци- онный номер. На основе Регистрационного номера данные Паспорта ин- вентаризации парниковых газов предприятия вносятся в государственный кадастр парниковых газов, который ведётся подведомственной организа- цией, определяемой Уполномоченным органом. В соответствии с Киотским протоколом учет и регулирование осу- ществляется для следующих парниковых газов: диоксид углерода (СО2), метан (СН4), закись азота (N2O), ГФУ (гидрофторуглероды), ПФУ (перфто- руглероды) и гексафторид серы (SF6), которые обладают прямым парнико- вым эффектом. В данной методике рассматриваются первые три из шести перечисленных выше парниковых газов, а также ПФУ (CF4 и C2F6) при про- изводстве алюминия. Согласно методологии МГЭИК, основными источника- ми выбросов парниковых газов в атмосферу в Казахстане являются пять кате- горий источников эмиссий, или секторов: энергетическая деятельность; про- мышленные процессы; сельское хозяйство; землепользование, изменение землепользования и лесное хозяйство; отходы. Данная методика расчета вы- бросов ПГ включает только две из перечисленных выше категорий - энерге- тическая деятельность и промышленные процессы. По остальным категориям будут разработаны отдельные методики расчета. Данная методика, основана 250 на факторе выбросов. Указанная методика расчета технологических выбросов, совместно с другими нормативными документами и ГОСТами (например, МИ 2773- 2002 ГСОЕИ. Порядок метрологического обеспечения ввода в эксплуата- цию систем измерения количества нефти, МИ 2837-2003 ГСОЕИ. Приемо- сдаточные пункты нефти. Метрологическое и техническое обеспечение, СН РК 3.02-15-2003 Нормы технологического проектирования. Склады нефти и нефтепродуктов, система стандартов по разделу 75. Добыча и пе- реработка нефти, газа и смежные производства и т.п.) в сложившихся ус- ловиях технологически обновляемого производства требует дополнитель- ных исследований в разделе оценке качества метрологического обеспече- ния и совершенствования методологии анализа количественного состава промышленных выбросов с целью повышения точности измерений, а, сле- довательно, улучшения экологической обстановки. [3, 4]. Эти исследова- ния необходимо проводить в сотрудничестве с передовыми в данных об- ластях университетами и НИИ, например, Московский государственный институт метрологии и измерительных приборов (РФ), Белорусский на- циональный технический университет (Республика Беларусь), РГП «Ка- захстанский институт метрологии» (РК) и др. В этой связи создание и развитие ЕврАзЭС, как реально работаю- щего интеграционного объединения является безальтернативной, перво- очередной и стратегической необходимостью для казахстанских предпри- ятий в области не только основной производственной деятельности, но также в торговле и научно-техническом сотрудничестве. Литература 1. Об утверждении Программы по развитию нефтегазового сектора в Республике Казахстан на 2010 - 2014 годы: Постановление Правительства РК от 18 октября 2010 года № 1072 2. Об утверждении Единых правил разработки нефтяных и газовых месторождений Республики Казахстан: Постановление Правительства РК от 18 июня 1996 г. N 745 3. СН РК 3.02-15-2003. Нормы технологического проектирования. Cклады нефти и нефтепродуктов. Texnological design codes. Oil and oil products stores. 4. Об утверждении Методики определения нормативов эмиссий в окружающую среду: Приказ Министра охраны окружающей среды РК от 21 мая 2007 года N 158-п. 251 УДК 613. 63 (075) КОНТРОЛЬ РАДИАЦИИ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ 1Свамбаев Ж. А., 1Свамбаев Е. А., 1Тусупбекова С.Т., 1Султанбеков Г.А., 2Свамбаев А.С. 1ТОО FTB “Company”, 2Казахский Национальный Технический Университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы In work authors inform biological efficiency of a various quality monitoring of radiation with use of young growing animals and embryos. Authors consider at use in experiences of animals and embryos it is necessary to define specific sensitivity of used object an estimation of a situation. In opinion of authors calculation of a doze of an irradiation and physical gauging not completely provides safety of an organism from negative influ- ence of the radioactive beginnings. По сообщению в СМИ Республика Казахстан по добыче урана за- нимает первое место в мире. В различных странах мира применяются три основных способа до- бычи урана. Наибольшая доля при этом приходится на открытый способ добычи в карьерах, на втором месте подземная добыча с использованием шахт, на третьем месте подземное скважинное выщелачивания и на по- следнем месте производства урана при добычи меди, титана и других ме- таллов. Все способы добычи урана является радиационном токсикологическом плане особо опасными объектами производство. Ядерный топливный цикл включает в себя добычу урановой руды, химическое выделение из последнего урана, процессы обогащения, изго- товления твэлов, использования в реакторе, выдержку отработанного топ- лива, его переработку и захоронения радиоактивных отходов. В работе с радиоактивными материалами основу безопасности и обеспечение жизнедеятельности составляет вопросы контроля уровни ра- диации. Основной целью радиационного контроля является обеспечение основных дозовых пределов и производственных уровней радиационно- опасных факторов. Эти параметры устанавливаются нормативными доку- ментами по обеспечению радиационной безопасности, где предусмотрено получение информации, необходимой для оптимизации защиты и приня- тие решений о возможности вмешательства в случаях повышенного ра- диационного воздействия на людей и, особенно, на персонал, непосредст- венно выполняющий работу на опасном участке, загрязнения объектов окружающей среды. Поэтому во всех предприятиях с целью недопущения бесконтрольности по радиационному воздействию обеспечивается опера- тивный радиационный контроль над состоянием обстановки [1-4]. При установлении оперативного радиационного контроля на местах все работы должны согласоваться с территориальными органами, непо- 252 средственно осуществляющие постоянный контроль за деятельностью объекта, где сосредоточен непосредственный источник радиационно- опасных факторов. Во всех случаях радиационного контроля объектов значения кон- трольных уровней осуществляется исходя из принципа оптимизации с учетом нижеследующих критериев: –неравномерности радиационного воздействия во времени; –сохранения уже достигнутого уровня радиационно-опасных факторов в контрольной точке ниже допустимого и дальнейшего его снижения; –учет эффективности мероприятий по улучшению радиационной обста- новки согласованный с органами госсанэпидслужбы. В основу принципа организации радиационного контроля на пред- приятиях добычи и переработки урана входят следующие задачи: –Установление границ контролируемых зон на предприятиях добычи и переработки урана, определяется специалистами, кроме того, на данной территории ведется постоянный контроль уровней радиационно-опасных факторов физическими методами анализа и математическими расчетами. Однако, как показывают опыты, расчеты и физические замеры, т.е. данные не полностью обеспечивают безопасность. Во-первых, необходимо ис- пользовать персональные данные с учетом физиологического, клинико- биохимического состояния организма персонала в одном случае, а в дру- гом, то есть математический расчет биологического состояние не дает конкретного результата обеспечивающий безопасность. При определении критерия безопасности среды обитания необходимым использовать биоло- гически тест. При этом предварительно определив динамику опасного реа- гента в данном случае химического элемента урана для организма [3-7]. Для определения распределения в организме и биологической оцен- ки дозы урана мы использовали методику "Чесни и Мак Курда" (1934), принятой в медицинской практике для определения усвояемости биологи- ческих препаратов. В результате установлены некоторые отличия в расче- тах между физическими и биологическими оценками. Так, например, сум- марный предельный уровень в источнике радиационно-опасного фактора не превышающий 5 мЗв в год по нормам замеров физическая величина является допустимым уровнем. А контроль допустимых уровни радиаци- онно-опасных факторов альфа излучающих радионуклидов ряда урана 238, где эффективная доза соответствующий 20 мЗв в год, при расчете в произ- водственных условиях с учетом объема выдыхаемого воздуха 2,4*103 м3 в год количество поступающего урана равняющиеся на человека 500 мг в течение года является тоже допустимым. Эти показатели согласно физиче- ским замерам и показаниями приборов соответствует безопасным уров- 253 ням. Однако, введения подопытным цыплятам указанную дозу вызывает смерть и уран в организме распределяется неодинаково (рис. 1). Рис. 1. Содержание урана в организме после нагрузки ( % ) При этом максимальное количество урана в организме откладывает- ся в костях, на втором месте по количеству отложенного урана является печень, и в убывающем порядке идут другие органы и ткани. Поэтому, учитывая динамику распределения в организме радиоактивных элементов, в частности урана, необходимо использовать молодых растущих животных как модель по определению токсичности и радиоактивности. При исполь- зовании молодых организмов для определения тест дозы по безвредности нужно учитывать видовую чувствительность животных для этого проводит эксперименты на разных видах животных. Для проведения исследования мы использовали образцы раствора урана с различными содержаниями его и с уровнем радиации (рис. 2). Для горнодобывающих предприятий возможна оценка вклада в эф- фективную дозу долгоживущих альфа излучающих радионуклидов рас- четным путем по результатам исследования производственной пыли на содержание урана 238. И в данном случае, поскольку в равновесном се- мействе урана присутствуют 5 долгоживущих альфа активных радионук- лидов, то суммарная альфа активность может быть рассчитана по форму- ле: СДРН=5*10-6Сn*Cu, Где: СДРН – суммарная альфа активность воздуха рабочей зоны (Бк/м3); Сn – среднегодовая запыленность воздуха рабочей зоны (мг/м3); Cu – удельная активность урана 238 в производственной пыли или пыле- образующем материале (Бк/кг). 254 Рис.2. - Содержание урана в маточном растворе Приводимая методика расчета не полностью отвечает требованию. Потому что суммарная альфа активность воздуха рабочей зоны зависит от непосредственной запыленности воздуха рабочей зоны. При этом необхо- димо учитывать, что определенные пылевые частицы в некоторых случаях поглощают альфа лучи и часто получается занижение альфа активности при замерах. Однако этот же сухой остаток, введенный в организм под- опытным животным, дает результат по радиационной–токсическому эф- фекту с последующими отдаленными последствиями. Для обеспечения гарантированной радиационно-токсикологической безопасности считаем, необходимым проводит одновременный биологиче- ский контроль радиации объекта, с использованием эмбрионов подтвер- ждающих правильность и безопасность расчетов и замеров. Использования молодых растущих организмов и эмбрионов для оценки радиационно-токсикологической ситуации является гарантией по обеспечению защиты и профилактики жизнедеятельности в среде обита- ния не только персонала ну и всего населения и территории проживания. Литература 1. Свамбаев Ж. А. Обеспечение охраны труда при получении пероксида урана – Материалы VII Конгресс обогатителей стран СНГ, Московский государственный институт стали и сплавов, Москва, 02-04 марта 2009 год. 2. Тусупбекова С.Т., Свамбаев Е. А., Свамбаев Ж. А., Султанбеков Г. А., Акмурза- ев С.К., Свамбаев А. Влияние токсической дозы урана на содержание DL-α - токо- ферола и селена в организме. – Материалы VII Конгресс обогатителей стран СНГ, Московский государственный институт стали и сплавов, Москва, 02-04 марта 2009 год. 255 3.Свамбаев Ж. А., Свамбаев Е. А., Султанбеков Г.А. Свамбаев А.С., Тусупбекова С.Т., Акмурзаев С. К. Значение горнорудного производства в распространении токсических элементов. Доклады V Международной научно-практической конфе- ренции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» том 2 стр.366- 370. (5-18 октября 2008г.) Семей–2008 г. 4. Свамбаев Е. А., Свамбаев Ж. А., Султанбеков Г.А., Свамбаев А., Джуламанов Т. Д. Промышленно-токсикологическая опасность добычи урана методом подземно- го выщелачивания. – Материалы VI Конгресса обогатителей стран СНГ, Москов- ский государственный институте стали и сплавов, Москва, 2007г. 5. Свамбаев Е. А., Свамбаев Ж. А., Султанбеков Г. А., Свамбаев А., Джуламанов Т. Д. Токсикологические значения отходов при добыче и переработке урана. – Мате- риалы VI Конгресс обогатителей стран СНГ, Московский государственный инсти- тут стали и сплавов, Москва, 2007 год. 6. Свамбаев Е. А., Свамбаев Ж. А., Султанбеков Г. А., Свамбаев А., Джуламанов Т. Д. Особенность обеспечения радиационно-токсикологического контроля при транспортировке урана – Материалы VI Конгресс обогатителей стран СНГ, Мос- ковский государственный институт стали и сплавов, Москва, 2007 год. 7. Свамбаев А. «Основы токсикологии» Учебник для вузов. Алматы 2004 г. УДК 504.052 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ОТРАСЛИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ Смирнякова В.В., Нелюхина В.А. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Горное производство технологически взаимосвязано с процессами воздействия человека на окружающую среду с целью обеспечения сырьевыми и энергетически- ми ресурсами различных сфер хозяйственной деятельности. Стремительный рост потребления природных ресурсов сопровождается не только изменением количественных масштабов антропогенного воздействия, но и появлением новых факторов, влияние которых на природу, ранее незначительное, становится доми- нирующим. Наносимый природным компонентам ущерб ведёт к ощутимым по- следствиям и отражает обратную реакцию этого воздействия. В настоящее время угольная промышленность России является од- ной из экологически неблагоприятных отраслей народного хозяйства. Ос- новное негативное воздействие на природные ресурсы оказывают выбросы угледобывающих предприятий в атмосферу, загрязнение поверхностных и подземных вод, изъятие земель и образование отходов. Наиболее характерными направлениями негативного воздействия угледобывающих предприятий на природные комплексы являются: 1. Загрязнение воздушного бассейна выбросами промышленных и коммунально-бытовых котельных, аспирационных систем, горящих по- родных отвалов и др. 256 2. Загрязнение подземных и поверхностных водных объектов шахт- ными и хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятий, городов и поселков. 3. Частичное истощение водных ресурсов и нарушение гидрологи- ческого режима подземных и поверхностных вод под влиянием горных работ. 4. Изъятие из землепользования и нарушение десятков тысяч гекта- ров земель при загрязнении их отходами добычи и переработки угля [1, 2]. Доля угольной промышленности в общероссийских показателях за- грязнения окружающей природной среды (2012 г.) в среднем составляет: - по выбросам вредных веществ в атмосферу – 3 %; - сбросу загрязненных сточных вод – 7 %; - общей площади нарушенных земель – 9 %. Горное производство оказывает существенное влияние на загрязне- ние атмосферного воздуха в угледобывающих регионах. При подземном способе добычи полезных ископаемых источниками загрязнения являются поступающий в атмосферу рудничный воздух с ухудшенным (по сравнению с атмосферным) пылегазовым составом, вы- бросы газа и пыли вследствие ветровой и водной эрозии, окисления и са- мовозгорания угля и пород в отвалах. При открытом способе - газопыле- вые выбросы от производства буровзрывных и погрузочно-транспортных работ, пылевое загрязнение в результате ветровой и водной эрозии по- верхности отвалов, уступов карьеров, а также газовое загрязнение, связан- ное с работой автотранспорта, оснащенного двигателем внутреннего сго- рания и самовозгоранием полезного ископаемого и вмещающих пород. В оценке воздействия производственной деятельности на окружаю- щую среду одним из важнейших критериев являются действующие в на- стоящее время нормативы загрязнения. В 2012 г. количество веществ выброшенных в атмосферу сверх нормативов, составляло 260,9 тыс.т, что указывает на необходимость по- следовательной и целенаправленной работы по снижению выбросов за- грязняющих веществ до разрешенных пределов, совершенствованию ме- тодов и средств контроля за выбросами в атмосферу, внедрению автомати- зированной системы экологического мониторинга. Из общего количества отходящих вредных веществ, образующихся за технологический цикл добычи угля, почти половина выбрасывается без очистки, образуя зоны с повышенным уровнем загрязнения [1 - 3]. Эффективность очистки в среднем по отрасли составляет 46,6 %, по твердым веществам – 82,4 %. 257 Основными путями снижения загрязнения атмосферного воздуха предприятиями отрасли и отрицательного влияния на окружающую среду является: - совершенствование процессов сжигания топлива, обеспечивающие минимальные объемы пылегазообразования; - внедрение малоотходных технологий, улучшение качества сырья и топлива; - использование экологически безопасных технологий складирова- ния вмещающих пород и нейтрализация вредного влияния на ландшафт горящих террикоников и пылящих отвалов. Горнодобывающая отрасль относится к наиболее водо- потребляющим отраслям промышленности. В основном вода изымается на производственные нужды (в т.ч. попутно забираемые воды) и на хозяйст- венно питьевые нужды. Отличительной особенностью водного хозяйства горной промыш- ленности является то, что забор воды и сброс ее в процессе добычи пре- вышают потребление воды на производственные нужды отрасли более чем в 3 раза, причем для шахт в 7 раз, для разрезов в 4,5 раза. Основными элементами водопотребления и водопользования горно- го предприятия являются: - откачка подземных вод при разработке месторождения; - увеличение запасов поверхностных и подземных вод в результате сброса отработанных вод; - загрязнения природных вод; - удовлетворение потребностей горного предприятия в технической и пресной воде за счет водоснабжения извне или передача воды другим предприятиям других отраслей региона; В целом влияние горного производства на водные ресурсы значи- тельное. Оно проявляется в изменении водного режима, загрязнении и за- сорении водных объектов. Строительство и эксплуатация карьеров рудни- ков и угольных шахт, подземных транспортных коммуникаций, туннелей и других сооружений существенно осложняется наличием подземных и по- верхностных вод, в этой связи возникает деформация горных выработок, снижается производительность оборудования, усложняются буровзрывные работы и т.д. [1, 2]. Эффективное средство борьбы с водопротоком - осушение место- рождений полезных ископаемых, для этих целей осуществляют отвод ру- сел рек, ручьев и т.д., открытый дренаж и глубинный дренаж. При осушении месторождений, особенно при открытых горных ра- ботах, прежде всего истощаются запасы высококачественных пресных вод, 258 которые согласно основам водного законодательства должны использо- ваться преимущественно для хозяйственно-питьевого водоснабжения. В целом со сточными водами угольных предприятий в естественные водоемы ежегодно сбрасывается до 180 тыс. т взвешенных веществ и ми- неральных солей, что резко ухудшает санитарно-гигиеническую обстановку. Большое значение для сохранения водных ресурсов имеет очистка сточных вод горных предприятий. В технологических схемах наиболее широ- ко применяют механические, химические и биологические методы очистки. Водные бассейны загрязнены практически во всех угольных регио- нах России. Особенно неблагоприятное положение сложилось в Донецком и Кузнецком Бассейнах. В решении проблемы охраны и рационального использования вод- ных ресурсов при разработке месторождений полезных ископаемых, как и в решении проблемы рационального и эффективного водопользования можно выделить три направления. Первое заключается в обеспечении максимально возможного отде- ления антропогенного (промышленного, сельскохозяйственного, бытово- го) водооборота от природного. Второе направление предполагает всемерную очистку сбросовых и сточных вод. Третье перспективное направление в улучшении использования водных ресурсов - снижение водоемкости производства воды на единицу продукции. Экологическая стратегия горного предприятия по рациональному водопользованию должна базироваться на учете водного фактора на всех уровнях горного цикла, начиная со стадии геологической разведки место- рождения и заканчивая использованием полученного продукта потребите- лем. На стадии обоснования схем вскрытия и разработки месторождения необходимо предусматривать мероприятия, максимально снижающие во- допритоки и нарушения гидрологии района. Угледобывающая промышленность оказывает воздействие, связан- ное с нарушением земель при добыче полезных ископаемых, геологораз- ведочных, строительных и других работах, приводящих к нарушению по- крова и гидрогеологического режима местности, образованию техногенно- го рельефа и к другим качественным изменениям земель. На горном предприятии основная доля нарушенных земель, до 90 %, приходится на горные выработки и внешние породные отвалы. В настоя- щее время при добыче 1 млн. т. угля нарушается от 3 до 43 га. Нарушение земель отрицательно сказывается на их биологических, эрозивных и эстетических характеристиках. Они приводят к гибели или 259 деградации растительного покрова, ухудшению качества и изменению структуры или к потере плодородного слоя. Определяющее место в решении проблемы охраны и рационального использования земельных ресурсов занимают мероприятия, направленные на увеличение площади рекультивируемых земель для целенаправленного использования их в народном хозяйстве [1, 4]. Одним из путей снижения давления на окружающую среду и сбере- жения ресурсов может быть комплексное использование техногенного минерального сырья, содержащегося в отходах горного производства, по- скольку при этом одновременно решаются вопросы экономии природного минерального сырья за счет использования техногенного, высвобождения земельных угодий, изъятых под отвалы уменьшения загрязнения окру- жающей среды твердыми и пылевидными отходами производства [4]. Неудовлетворительное состояние мониторинга на предприятиях не позволяет создать объективную картину воздействия предприятий уголь- ной промышленности на загрязнение регионов и разработать комплекс мероприятий по управлению этими воздействия. Таким образом, угледобывающие предприятия оказывают неблагопри- ятное воздействие на все компоненты окружающей природной среды. Для снижения негативных воздействий функционирования угледобывающих предприятий и улучшения экологической ситуации в угледобывающих ре- гионах необходимо осуществлять природоохранные мероприятия, исполь- зуя при этом данные экологического мониторинга. Литература 1. Гирусов Э. В. Экология и экономика природопользования / Э.В. Гирусов и др.– М.: Закон и право, ЮНИТИ, 2008. – 455 с. 2. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии – М.: ИРПО, Издательский центр «Академия», 2008. – 240 с. 3. Диксон Д. Экономический анализ воздействий на окружающую среду / Д. Дик- сон, Л. Скура, Р. Карпентер, Л. Шерман: Пер. с англ. – М.: Вита-Пресс, 2009. – 259 с. 4. Кулагина Г.Д. Экономика природопользования: Учебно-практическое пособие – М.: МЭСИ, 2008. – 232 с. 260 УДК 504.064.47 СПОСОБ СНИЖЕНИЯ АЭРОЗОЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ Стриженок А.В. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург В представленной работе рассматривается способ решения проблемы аэрозоль- ного загрязнения атмосферного воздуха при эксплуатации хранилищ отходов обо- гащения. В качестве технологического решения, позволяющего снизить антропо- генную нагрузку, предложена разработанная авторами технология закрепления открытых пляжей хвостохранилищ битумной эмульсией, которая основана на использовании современного транспорта, обладающего высокой проходимостью по влагонасыщенным грунтам со слабой несущей способностью. Интенсивное развитие промышленности, увеличение населения в городах и промагломерациях, высокие темпы роста технологического про- гресса – всё это неизбежно приводит к образованию огромного количества отходов, значительная доля которых принадлежит горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслям промышленности [2]. Технологические процессы добычи и переработки полезных иско- паемых неразрывно связаны с потреблением природных ресурсов и фор- мированием отходов различных классов опасности. Накопление этих от- ходов на поверхности Земли и их воздействие на компоненты природной среды на сегодняшний день является одной из главных экологических проблем минерально-сырьевого комплекса России [1]. Ежегодно из недр Земли извлекается около 100 млрд. тонн полез- ных ископаемых, в результате добычи и переработки которых в окружаю- щей природной среде накапливается около 17,4 млрд. тонн твердых и жидких отходов. Несмотря на их высокую экологическую опасность, пре- обладающим способом их утилизации в настоящее время остается назем- ное размещение с использованием площадок складирования в виде техно- генных массивов [2]. Только в России в 2012 году площадь земель, нару- шенных в результате складирования этих отходов, составила более 5 мил- лионов гектаров, что привело к ухудшению санитарно-гигиенической об- становки на данных территориях, повышению заболеваемости и смертно- сти населения, уменьшению видового разнообразия животных и растений, нарушению и видоизменению естественных ландшафтов, а также утрате природных ресурсов. Основное негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды при формировании хранилищ отходов обогащения по- лезных ископаемых оказывает ветровое пыление пляжей и бортов дамбы 261 намывных техногенных массивов, в результате чего атмосферный воздух региона подвергается интенсивному аэрозольному загрязнению. При этом происходит формирование техногенных атмо-, гидро- и литохимических аномалий на территориях, общая площадь которых может достигать не- скольких сотен км2. Особую значимость решение этой проблемы приобре- тает для селитебных территорий, так как ухудшение санитарно- гигиенической обстановки на данных территориях приводит к повышен- ному уровню врождённой заболеваемости лёгких и бронхов у детей и вы- сокому уровню заболеваемости пневмокониозом у взрослых [3]. На сегодняшний день разработаны различные средозащитные меро- приятия, позволяющие снизить техногенную нагрузку хранилищ отходов на селитебную территорию, однако все они имеют свои недостатки. Так, например, основным и наиболее надёжным способом закреп- ления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов на сего- дняшний день является их реагентное закрепление. В качестве реагентов чаще всего используются отходы переработки нефтепродуктов: лигно- сульфонаты, битумные эмульсии и т.д. Нанесение реагентной смеси, как правило, осуществляется при помощи прицепных гудронаторов, а в каче- стве тяговой силы используются тракторы на гусеничном ходу. У такого способа существует ряд недостатков, основной из которых – это невоз- можность закрепления свеженамытых пляжей хвостохранилища, обла- дающих высокой влажностью и слабой несущей способностью. В период намыва хвостов пыление пляжной зоны не происходит, так как поверх- ность хвостохранилища сильно увлажнена. В первую неделю после окон- чания намыва хвостов на определённой территории поверхность техноген- ного массива остаётся сильно увлажнённой, что исключает возможность пылевыделения с данной площади. Однако в силу преобладания мелко- дисперсной фракции в хвостах (средневзвешенная крупность хвостов в среднем составляет 0,1 мм) поверхность хвостохранилища в летний пери- од года высыхает в среднем за одну неделю, в то время как период полной усадки пляжа после его намыва составляет 1-2 месяца. В этот промежуток времени пляжи хранилища отходов на глубине более 20-30 см остаются сильно увлажнёнными и обладают минимальной несущей способностью, а с поверхности пляжной зоны уже происходит интенсивное пылевыделение под действием ветровой нагрузки [1]. Общая масса прицепного гудронато- ра с трактором составляет более 12 т., что делает невозможным передви- жение данной техники по свеженамытым пляжам. Таким образом, исполь- зование данной технологии требует доработки для повышения эффектив- ности пылеподавления [3]. Проанализировав сложившуюся ситуацию и проведя обзор сущест- вующих в мировой практике методов пылеподавления, их анализ и облас- 262 ти применения, авторами была разработана новая технология реагентного закрепления пляжей намывных техногенных массивов, в основе которой лежит использование современного транспорта, обладающего универсаль- ной проходимостью по сильноувлажнённым, обладающим слабой несущей способностью грунтам. В качестве такого транспортного средства предла- гается использование судна на воздушной подушке (СВП). Судно на воздушной подушке в обычных условиях предназначено для круглогодичной эксплуатации в качестве разъездного, пассажирского, спасательного, туристского, медицинского и грузового транспорта в тех местах, где отсутствуют автомобильные и железнодорожные пути сообще- ния. Основными достоинствами СВП являются: быстроходность; способ- ность передвигаться по мелководью, болотам, глубокому снегу, битому льду, вязким и сильно увлажнённым грунтам и преодолевать пологие бере- говые склоны, промоины и отмели; повышенная маневренность и устойчи- вость [4]. Устройство для осуществления закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов, изображённое на рис. 1, представляет собой судно на воздушной подушке (1), движение которого осуществляет- ся за счёт мощного дизельного двигателя (2) и расположенного сзади вин- та (3). На палубе СВП смонтирована ёмкость для битумной эмульсии (4) и гудронатор (5), при помощи которого осуществляется закрепление пыля- щих поверхностей анионной битумной эмульсией. Нанесение битумной эмульсии на пылящую поверхность осуществляется при помощи распре- делительных форсунок (6). Технология закрепления пылящих поверхностей намывных техно- генных массивов заключается в том, что СВП постепенно перемещается с небольшой скоростью по намывным пляжам хранилищ отходов, основа- ниям и откосам дамб хвостохранилищ, а также по прилегающей террито- рии, осуществляя обработку пылящих поверхностей связующим реагентом. В качестве средства пылеподавления может быть использован не только гудронатор, как представлено на рисунке 1, но и любое другое средство пы- леподавления, например, гидромонитор с возможностью поворота в гори- зонтальной и вертикальной плоскостях. Быстроходность СВП и отсутствие на нём колёсной или гусеничной базы даёт возможность перемещаться по всей территории намывных тех- ногенных массивов, в том числе по свеженамытым пляжам, обладающим высокой влажностью и слабой несущей способностью, дамбе хвостохра- нилища и прилегающей территории, не нарушая при этом целостность защитной плёнки на уже обработанных территориях, а также осуществлять оперативное пылеподавление в зонах интенсивного пыления независимо 263 от метеорологических условий и состояния поверхности хвостохранилища в момент проведения работ. Рис. 1. - Устройство для закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов Закрепление связующим реагентом прилегающей территории в ра- диусе 10-15 метров позволяет повысить эффективность снижения пыления пляжей намывных техногенных массивов и исключить выдувание пыли из-под защитного слоя. Средство пылеподавления выбирается в зависимо- сти от климатических и физико-географических условий региона распо- ложения намывного техногенного массива и общей площади пылящих поверхностей [3]. Представленный способ закрепления пылящих поверхностей на- мывных техногенных массивов позволяет создать современное технологи- ческое решение для борьбы с пылением на действующих хранилищах от- ходов, обеспечивающее эффективное снижение антропогенной нагрузки на длительный период, а также даёт возможность своевременного реаги- рования на изменение метеорологических параметров и оперативного пы- леподавления зон интенсивного пылеуноса, в том числе в условиях край- него севера с отрицательными среднегодовыми температурами и высоки- ми скоростями ветра [4]. Литература 1. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. СПб.: СППГИ (ТУ), 2000. 230с. 2. Пашкевич М.А. Экологический мониторинг: учебное пособие. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2002. 90с. 264 3. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Снижение негативного воздействия техноген- ных массивов на качество атмосферного воздуха. Материалы 8-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики», Т.2. – Тула: ТулГУ, 2012. – С.299-306. 4. Стриженок А.В. Технология закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов. Студенты и молодые учёные – инновационной России: материалы работ молодёжной научной конференции. - СПб.: Издательство Поли- технического университета, 2013. – С.194-196. УДК 004.9 + 711.142 ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОФАКТОРНОГО АНАЛИЗА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧ- ВЕННОГО ПОКРОВА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЗЕМЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ Струков В.Б., Медведев А.В., Демидова Е.В. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Рассмотрено применение многофакторного анализа загрязнения почвенного по- крова города Тулы по 15 химическим элементам для расчета понижающих коэф- фициентов кадастровой стоимости земельных участков. Загрязнение городского почвенного покрова является существен- ным фактором, влияющим на здоровье населения. Промышленные пред- приятия города Тулы, в особенности металлургического направления, а также транспорт являются основными источниками загрязнения такими металлами как B, Ba, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sr, V, W, Zn. При этом на концентрацию данных элементов в почве влияет как район распо- ложения источника, так и роза ветров. Несомненно, что загрязнение определенных городских территорий, и их близость к источникам загрязнения влияет негативно на оценку не- движимости в этих районах. Однако, в настоящее время уровень загрязне- ния вредными веществами, в том числе почвенного покрова не учитывает- ся в кадастровой стоимости земельных участков, что по нашему мнению не позволяет объективно оценить их существенные качественные различия. Нами была поставлена задача выявить зоны максимального загрязне- ния города Тулы по 15 крайне опасным для здоровья человека химическим элементам: B, Ba, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sr, V, W, Zn В отличие от ранее проведенных исследований [1] нами ставились задачи обобщения загрязнения почвенного покрова по их суммарному воздействию с целью использования данного критерия для кадастровой оценки земельных участков. Для решения поставленных задач применя- лись методы пространственного анализа, основанные на оверлейных опе- 265 рациях: операциях наложения различных слоев с целью получения резуль- тирующих значений в зависимости от взаимного расположения объектов. Для проведения объективного анализа пространственных данных в качестве основы были приняты космические снимки высокого разреше- ния. Географический анализ проводился в ГИС MapInfo [2], обладающей развитым инструментарием для пространственного анализа и возможно- стью его расширения, благодаря встроенному языку программирования MapBasic. Для получения космических снимков высокого разрешения была использована утилита SAS.Планета [3], позволяющая не только получать высококачественные снимки картографических веб-сервисов с разрешени- ем до 0,7 м. на пиксель, но и осуществлять их привязку в наиболее распро- страненных ГИС-форматах. Поверх подложки были созданы 15 слоев, содержащих зоны макси- мального загрязнения по каждому химическому элементу. Удалив подложку, и сделав слои полупрозрачными, мы получили качественную схему многокомпонентного загрязнения г. Тулы, где более темные участки соответствуют большему количеству загрязняющих ком- понентов, приходящихся на данную территорию, рис. 1. Рис. 1. Карта многофакторного загрязнения Полученная схема позволяет качественно оценить уровень много- компонентного загрязнения. Для работы с полученными пространствен- ными данными был создан результирующий обобщающий слой, обла- дающий структурой, позволяющей не только определять количество за- грязняющих компонентов, но и их перечень. 266 На рис. 2 представлена структура результирующего слоя. Рис. 2. Структура результирующего слоя При создании результирующего слоя создаются дискретные облас- ти, характеризующиеся определенным набором загрязняющих компонен- тов. В зависимости от количества компонентов, участвующих в загрязне- нии почвенного покрова на данном участке, формируется легенда карты: от светло-зеленого (один компонент) – до темно-бордового (девять одно- временно действующих компонентов), рис 3, 4. 267 Рис. 3. Исходные слои карты Рис. 4 - Результирующий слой Полученная карта многофакторного загрязнения позволяет при на- ложении на нее контура земельного участка автоматически вычислить по- нижающий коэффициент, который может быть учтен при определении кадастровой стоимости земельного участка. Литература 1. Комиссаров М.С. Разработка системы мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного угольного бассейна: дис. … канд. техн. наук: 25.00.36: защищена 30.05.07, Тула, 2007, 194 с. 2. MapInfo Location Intelligence and GIS. URL: http://www. mapinfo.com/ (дата обра- щения: 10.10.2013) 3. SASGIS - Веб-картография и навигация. URL: http://www.sasgis.ru/ (дата обра- щения: 10.10.2013) 268 УДК 514.18 ДИСКРЕТНО-ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЙ ПОДХОД ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ Холковский Ю.Р. Национальный авиационный университет, Киев, Украина В работе рассматривается дискретно-интерполяционный подход при моделиро- вании многопараметрических экологических процессов и систем в связи с сущест- венным повышением современных требований в плане качества и достоверности конечных результатов задач прогнозирования экологической безопасности. При помощи данного подхода создается дискретно-интерполяционная экологическая матрица, которая является геометрической моделью экологических процессов или систем, и позволяет решать задачи моделирования таких систем. В условиях современной глобальной кризисной ситуации, деструк- тивного влияния человека на окружающую среду исследования, связанные с развитием методов моделирования сложных многопараметрических эко- логических процессов и систем, прогнозированием и решением задач эколо- гической безопасности, приобретают особое значение. Природные экосистемы тесно взаимосвязаны между собой, что по- зволяет отнести их моделирование, прогнозирование, контроль состояния различных компонентов к многопараметрическим и стохастическим про- цессам. Очевидно, что при моделировании таких систем, которые не под- даются аналитическому описанию, использовать континуальные модели не представляется возможным. В подтверждение сказанного следует от- метить, что параметры таких систем являются существенно неоднород- ными. Более того, они часто зависят от внешних факторов, которые ино- гда просто невозможно предвидеть. Очень важным фактором является и то, что определенные параметры или компоненты экологических систем измеряются в определенное время и в определенных местах. Понятно, что данная информация, изменяющаяся во времени, носит ярко выраженный дискретный характер. В связи с этим, на наш взгляд, одним из вариантов решения данных проблем является использование дискретных геометрических моделей экологических процессов и систем, представленных в виде некоторых дискретных числовых массивов определенной структуры, т.е., предлага- ется использовать методы геометрического моделирования. Нельзя не отметить, что дискретный способ представления геометрической инфор- мации об объекте или процессе, который моделируется, является одним из наиболее рациональных. Дискретный подход также можно считать 269 более универсальным, потому что от непрерывно-аналитической модели всегда можно перейти к дискретной. Необходимость построения одно или n-параметрических множеств различных объектов или процессов возникает во многих задачах геомет- рического моделирования. Например, таким объектом может быть неко- торая поверхность, а чаще гиперповерхность, как модель определенной многокомпонентной среды, заданная в подавляющем большинстве случа- ев дискретным функционалом. Моделирование экологических процессов и систем, представлен- ных в виде некоторой дискретной базы данных компонентов этих систем хорошо укладывается в интерполяционные схемы на основе полиномов Лагранжа, которые позволяют получить одно или n-параметрическое, в зависимости от мерности процесса интерполяции, множество определен- ных объектов или процессов. В предыдущих работах автора рассматрива- лись различные схемы создания однопараметрических множеств дискрет- ных числовых массивов при помощи полиномов Лагранжа. Интерполяци- онные полиномы Лагранжа допускают необязательную равномерность расположения узлов интерполяции, а также возможность представления по каждой переменной своего количества таких узлов. Оригинальность предлагаемого подхода состоит в том, что под уз- лом интерполяции в классическом представлении понимается не точка, а более сложный математический объект, например, дискретный числовой массив, включающий определенные параметры некоторой экологической системы, или даже целый процесс, представленный в виде определенного функционала, как совокупности ее параметров и свойств. В дальнейшем схему расположения описанных выше узлов интер- поляции будем понимать, как схему интерполяции. Полученные таким образом однопараметрические множества яв- ляются дискретными математическими моделями экологических объектов и процессов. Элементом этих множеств является некоторая дискретная функция, которая в общем случае может быть представлена, как дискрет- ный числовой массив, размерность которого может определенным обра- зом варьироваться. Тогда интерполирование таких функций сводится к размещению в узлах интерполяции, если возможно, уравнений, или дис- кретных массивов, и получение некоторого функционала с вектором па- раметров, что включает в себя интерполяционный параметр, координат- ные переменные, параметры, что характеризуют форму или положение объектов, определенные характеристики процессов. Именно такой подход позволяет включить в однопараметрическое множество объекты и параметры, что имеют различную структуру и 270 свойства, а такая картина как раз присуща большинству экологических систем. Использование в нашем подходе интерполяционных полиномов Лагранжа будет иметь следующий вид:        1 0 1 0 21 ),...,,()( n i n ij j ji j min uu uu pppFu , где u – параметр интерполяции, F(p1, p2, … pk) – узловая функция, p1, p2, pk – параметры узловой функции, n – количество узлов интерполяции. Для более сложных экологических систем можно использовать, на- пример, двухмерную интерполяцию, найдя при этом вид степенного мно- гочлена Фm,n(u,v) степени m по u и n по v, и определить значение функ-ционала F в произвольной точке с параметрами (u,v). Геометрически это значит, что, що при двухмерной интерполяции через узловые точки про- ходит некоторая поверхность z=Фm,n(u, v). Если построить регулярную сетку и задать в ее узлах значение функции z, то тогда вся область распа- дается на mn прямоугольников, в один из которых и попадет точка (u,v). Таким образом, мы можем получить двухмерную интерполяцию  Φm,n(u,v) степени m по u і степени n по v  z(u, v) в произвольной точке T(x, y). Геометрически через узловые точки будет проходить неко- торая поверхность z = Φm,n(u,v): Φm,n(u,v)=              1 0 1 0 1 0 1 0 21, )()( )()( ),,,( m i n j m ip p n jq q jqip ji tji vvuu vvuu pppF  Важным фактором использования дискретно-интерполяционного подхода есть введение определенного критерия интерполяции, который связан с тем, что интерполяционный полином является, по сути, усечен- ным (аналогом) рядом Тейлора. Потому для обеспечения сходимости соот- ветствующего аналога ряда необходимо спадание абсолютной величины коэффициента при u с ростом степени u. В случае n-мерной интерполяции формула, что будет представлять собой многочлен n-переменных, фактически выражает некоторую гипер- поверхность, проходящую через узловые точки. Пусть F(p1, p2, p3, … , pk, … , pm) – многопараметрическая неявно за-данная функция. Сформируем ее в виде некоторого функционала Ф(pi,j), который задан матрицей М[i, j]. F(p1, p2, p3, … , pk, … , pm) = M[i, j] , 271 где p1, p2, p3, … , pk, … , pm – экологические разноструктурные и разнока-чественные параметры (показатели загрязнения, уровень концентрации определенных веществ, учет природных особенностей и т.д.), а            nmmm n n ppp ppp ppp jiM ,2,1, ,22,21,2 ,12,11,1 ...... ............... ............... ...... ...... ],[ Значит, М[i, j] и есть узловая дискретно-интерполяционная экологическая матрица. Рассматривая М[i, j] в качестве определенного узла интерполяции, используем интерполяционный полином Лагранжа и в случае одномерной интерполяции получим Ф(pi,j) как        1 0 1 0 , ),()( n i n ij j ji j iji uu uu jiMФ p , где u – параметр интерполяции, например, определенный вектор направ- ленности; n – количество узлов интерполяции. Выражение Ф(pi,j), которое являет собой обобщенную дискретно-интерполяционную экоматрицу, и есть дискретно-интерполяционная гео- метрическая модель определенной экологической системы или экологи- ческой среды. Таким образом, предложенный поход может быть наиболее эффек- тивным при моделировании экологических процессов и систем, которые характеризуются большим количеством разноструктурных и разнокачест- венных параметров. Например, рассматривается качественная и количест- венная оценка влияния загрязнения окружающей среды на примере вред- ного производства, аэропорта, мусорохранилища и т.п. Отсюда можно сформулировать некоторые актуальные и перспек- тивные задачи, которые возможно будет решить на основе предложенного дискретно-интерполяционного похода: 1. Определение уровня вредности в экосистемах. 2. Динамическое и долговременное прогнозирование загрязнения окружающей территории. 3. Оптимизация расположения структурных компонентов экологи- ческих систем. 272 4. Определение некоторого интегрированного показателя экологи- ческой ситуации. Выводы: Предложенный дискретно-интерполяционный подход при моделировании многопараметрических экологических процессов и систем позволяет получить дискретные математические модели сложных объек- тов, процессов и систем, которые характеризуются большим количеством параметров и свойств, имеющих, в свою очередь, разнообразную структу- ру, а также определенную анизотропность некоторых характеристик во времени и пространстве. УДК 613.646 МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА ДОЗОВОЙ НАГРУЗКИ И ДОПУСТИМОГО СТАЖА РАБОТЫ ПРИ КОНТАКТЕ С ВРЕДНЫМИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ФАКТОРАМИ Хрупачев А.Г.,Кашинцева Л.В., Кашинцева Л.О., Климова Д.О. Тульский государственный университет, г. Тула В работе предложена методология расчета дозовой нагрузки и допустимого стажа работы при контакте с микроклиматическими факторами производст- венной среды. Разработан универсальный вычислительный комплекс и комплект компьютерных программ расчета доз воздействия и допустимого стажа. Проде- монстрирован интерфейс этой программы. Особое место в структурной схеме формирования здоровья нации принадлежит влиянию факторов производственной среды. Это обусловлено тем, что, как отмечалось во вступительном докладе Международной органи- зации труда (МОТ) на ХVIII Всемирного конгресса по охране труда, ежегод- ная смертность в мире от «связанных с работой заболеваний» составляет 2,2 миллиона человек. В 15 странах Евросоюза на их долю приходится 120 тысяч смертей, что в 20 раз превышает количество смертельных несчастных случаев на производстве. По данным ВОЗ, около 25 % болезней работающего насе- ления могут быть связаны с условиями труда. По экспертной оценке МОТ в России условия труда являются причи- ной 64000 дополнительных смертей в год. Реалистичность такой жесткой оценки подтверждают результаты исследований ученых НИИ медицины труда РАМН, согласно которым, в настоящее время до 70 % трудоспособ- ного населения России за 10 лет до наступления пенсионного возраста имеют серьезную патологию, а смертность работающих превышает анало- гичный показатель по Евросоюзу в 4,5 раза и в 2,5 раза – среди населения России. В тоже время частота ежегодно выявляемых профзаболеваний в 273 России в 40 раз ниже по сравнению с Данией, в 25 раз – с США, в 13 раз – с Финляндией [2]. В своей глобальной стратегии «Медицина труда для всех» ВОЗ по- стулирует, в том числе следующую стратегическую задачу: профилактику среди работающих смертей и отклонений в состоянии здоровья, вызван- ными условиями труда. Поэтому, в современных теоретических и практи- ческих направлениях исследований касающихся охраны здоровья работ- ников получила распространение концепция доказательной медицины (evidence-based medicine), которая использует математико-статистические подходы и эпидемиологические данные к оценке вредного воздействия факторов производственной среды. Решить эту, крайне актуальную на современном этапе развития рос- сийской промышленности, задачу возможно посредством внедрения пер- сонифицированной электронной карты профессионального здоровья ра- ботника. Эта карта должна сопровождать его на протяжении всего трудо- вого стажа, и содержать в себе информацию о накопленной дозе вредного воздействия, как каждого отдельного фактора производственной среды и трудового процесса, так и их сочетанного действия с учетом эффектов суммации и потенцирования. Такой подход делает открытой и объектив- ной процедуру назначение социально-экономических компенсаций за ра- боту во вредных и тяжелых условиях труда (досрочный выход на пенсию, сокращенный рабочий день, дополнительный отпуск, доплата за работу во вредных условиях труда). Предлагаемая в работе методология априорного анализа и количе- ственной оценки профессионального риска позволяет перейти к социально ориентированной, научно-обоснованной концепции «предвидеть и преду- преждать», что позволит сохранить здоровье граждан России [3, 4]. В настоящее время параметры микроклимата производственной среды представляют собой сочетанное действие температуры воздуха, скорости его движения, влажности и теплового облучения и оцениваются с помощью интегрального показателя – тепловой нагрузки среды (ТНС)- индекса. Превышению верхней границы оптимального уровня ТНС- индекса соответствуют показатели теплового состояния организма, харак- теризующиеся накоплением избыточного тепла в теле, ведущим к перегре- ванию работника. При этом формируется неблагоприятное тепловое со- стояние организма, что может быть фактором риска развития патологии. Под тепловым состоянием человека понимают функциональное состояние, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких («ядро») и поверхностных («оболочка») тканях организма, а также степе- нью напряжения механизмов терморегуляции. Послднее есть активация реакций различных систем организма, направленных на сохранение тем- 274 пературного гомеостаза, оцениваемых по степени их выраженности. Сле- довательно, тепловое состояние есть интегральный показатель ряда ответ- ных реакций организма на термическое воздействие. Имеются данные, указывающие на тесную связь теплового состояния человека с показате- лями его здоровья. При работах в нагревающей среде возникает напряже- ние в деятельности функциональных систем организма человека, обеспе- чивающих температурный гомеостаз, что сопровождается ухудшением самочувствия, снижением работоспособности, производительности труда и может привести к нарушению здоровья. Задача гигиенического нормирова- ния термических параметров микроклимата заключается в минимизации напряжения организма, оцениваемого по критериям теплового состояния человека. В работе [1] представлены результаты оценки влияние тепловой нагрузки рабочей среды на функциональное состояние организма (табл. 1). Таблица 1. Влияние тепловой нагрузки рабочей среды на функциональное состояние организма Класс условий труда по Р 2.2.2006 -05 Превыше- ние верхней границы оптималь- ного уровня ТНС- индекса Показатели теплового состояния Сниже- ние физиче- ской работо- способ- ности, % Снижение произ- водительности труда, % Накопле- ние тепла в теле, кДж/кг Напряже- ние реак- ций тер- морегуля- ции Физи- ческая работа Умствен- ная работа 1 – ±0,87 Очень слабое (мини- мальное) Влияние микроклиматиче- ских условий отсутствует 2 3,0 2,6 Слабое До 15 До 20 До 10 3.1 3,3 2,75 Умерен-ное До 19 До 22 До 12 3.2 4,2 3,3 Выра-женное До 25 До 27,9 До 22 3.3 5,5 4,0 Сильное До 29 До 36,5 До 42 3.4 8,0 5,5 Очень сильное До 40 До 53 До 85 4 >8,0 ≥7,0 Чрезмер-ное До 55 и выше >53 >85 Установлено, что показатели, характеризующие верхнюю границу теплового состояния (0,87 кДж/кг за 8-часовую рабочую смену), соответ- ствуют начальному значению 2-го, допустимого класса условий труда, и 275 гарантируют сохранение здоровья в течение всего полного 40 летнего тру- дового стажа. Большие значения накопления тепла в организме приводят к перенапряжению реакций терморегуляции. Согласно результатам медико- биологических исследований при накоплении тепла в количествах более 2,6 кДж/кг условия труда следует классифицировать как вредные. Цель работы – разработать универсальный вычислительный ком- плекс и комплект компьютерных программ, позволяющих рассчитать дозы вредного воздействия и допустимый стаж работы при контакте с произ- водственными факторами физической природы: условиями микроклимата, превышающими гигиенические нормативы. Результаты исследований и их обсуждение. На основании дан- ных, устанавливающих количественные соотношения между значениями индекса ТНС и величиной избыточного накопления тепла (см. табл. 1) на- ми предложена методология расчета дозовой нагрузки и допустимого ста- жа работы в условиях нагревающего микроклимата. Алгоритм решения задачи построен на понятии «Безопасная доза» – ДБ за 40 летний трудовой стаж, которая рассчитывается по зависимости; Б оД С n T m    (1) где Со = 0,87 кДж/кг – max значение безопасного накопления тепла за 8-часовую рабочую смену; n = 250 – среднее количество рабочих смен в го- ду; Т = 40 лет – полный трудовой стаж; m = 75 кг – среднестатистическая масса тела работника. Для среднестатистического работника величина допустимой стаже- вой дозы тепловой нагрузки составляет 652500 кДж. В том случае если работник находится в условиях труда с уровнем накопления тепла С3i – соответствующий определенному классу вредно-сти, и с конкретными значениями: nф; Тф; mф, то фактическую – Дф , полу-ченную им дозу можно рассчитать по зависимости: ф 3i ф фД С n T К    (2) где К = mф /m – отношение фактической массы тела реального работника к среднестатистической массе. На основании зависимостей (1) и (2), была разработана компьютер- ная программа, позволяющая определять годовую и стажевую (использо- ванная доля теплового ресурса организма в %) дозу теплового воздействия на организм работника, в зависимости от продолжительности смены, фак- тической массы тела и количества отработанных смен в году. При этом в расчетах впервые учитывается потенцирование вредных эффектов с уве- 276 личением трудового стажа, что позволяет реально классифицировать усло- вия труда. Рис.1. Интерфейс программы, для расчета годовых и стажевых доз теплового воздействия на организм, и определения фактического класса условий труда Заключение. Разработаны методические подходы к математиче- скому анализу оценки вредных производственных факторов и значимости эпидемиологический исследований. Определен индекс тепловой нагрузки среды, коррелирующий с показателями здоровья человека. Для расчета доз воздействия вредных производственных факторов и определения опти- мального стажа работы в этих условиях предложен разработанный вычис- лительный комплекс, продемонстрирован соответствующий интерфейс программы. Литература 1. Афанасьева, Р.Ф. Тепловая нагрузка среды и ее влияние на организм / Р.Ф. Афа- насьева // Профессиональный риск для здоровья работников (руководство).– Моск- ва: НИИ медицины труда, 2003.– С. 149–157. 2. Головкова, Н.П. Анализ действующего порядка предоставления компенсаций за работу во вредных и (или) опасных условиях труда и разработка предложений по 277 их устранению / Н.П. Головкова, Е.П. Королева, А.Г. Чеботарев, Л.М. Лескина // Сборник трудов НИИ медицины труда «Актуальные проблемы медицины труда» / Под редакцией академика РАМН Н.Ф. Измерова.– М: ООО Фирма «Реинфор», 2010.– 416 с. 3. Хрупачев, А.Г. Профессиональный риск. Теория и практика расчета / А.Г. Хру- пачев, А.А. Хадарцев, В.А. Дунаев, Л.И. Каменев, Л.В. Кашинцева, В.И. Щербаков / Под ред. А.Г. Хрупачева, А.А. Хадарцева.– Тула: Изд-во ТулГУ, 2011.– 330 с. 4. Хрупачев, А.Г. Инфраструктура универсального вычислительного комплекса для количественной оценки скрытого профессионального риска / А.Г. Хрупачев, А.А. Хадарцев, Л.В. Кашинцева, И.В. Панова // Вестник новых медицинских тех- нологий.– 2012.– № 1.– С. 47–49. 504:332.14 АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА В СИСТЕМЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского госу- дарственного технического университета, г.Шахты, Россия В статье изложены результаты экспериментальных и теоретических исследова- ний по проблеме оценки экологического риска при осуществлении хозяйственной деятельности. Деятельность хозяйствующих субъектов (промышленных предпри- ятий, транспортных структур и т.д.) связана с потенциальной опасностью негативного воздействия на население и окружающую природную среду. Ежегодно в Российской Федерации на учёте состоят свыше 220 тысяч че- ловек, получающих пенсию по профессиональным заболеваниям [1]. Мно- гие люди страдают различными болезнями, приобретёнными в результате проживания в экологически неблагополучных регионах России. В этой связи актуальной является проблема анализа потенциального риска реали- зации программ развития промышленности. Под экологическим риском понимается прогноз и оценка экономи- ческого ущерба окружающей природной среде от планируемой деятельно- сти, вытекающего из анализа предстоящего использования природных ресурсов. В практике понятие риска (R) используется при оценивании по- тенциального ущерба. В терминах теории вероятности (опасности (Н), уязвимости (V)) [2]: R = HxV. Опасность подразумевает некую угрозу, существующую независи- мо от человека. Под опасностью понимается вероятность события на за- данной площади в течение заданного интервала времени. Опасность может характеризоваться финансовым или экономическим ущербом, в который включается суммарная стоимость всех затрат, связанных с происшедшим 278 событием, и стоимость человеческих жертв. Уязвимостью называется от- ношение ущерба к общей стоимости объекта. Как экологическая категория риск представляет собой событие, ко- торое может произойти или не произойти. Принимать на себя риск субъек- та хозяйственной деятельности (заказчика или инвестора) вынуждает не- определенность инвестиционной ситуации. Чем больше неопределённость при принятии хозяйственного решения, тем больше и степень экологиче- ского риска. В системе принятия решений на основе анализа рисков могут встре- чаться три основных типа неопределённостей: неопределённость парамет- ров, когда невозможно точно предсказать численные значения основных параметров воздействий, неопределённость экологических моделей, когда неясны все переменные, влияющие на процесс, их функциональную взаи- мосвязь, и неопределённость принятия решения. Принятие хозяйственного решения на основе анализа экологического риска включает четыре после- довательных стадии: - идентификация видов опасностей для человека и окружающей природной среды хозяйственной и иной планируемой деятельности; - количественная оценка планируемого воздействия, ранжирование рисков по степени опасности и их учет при подготовке принятия решений; - принятие решения о допустимости планируемой деятельности для объектов охраны окружающей природной среды; - осуществление контроля за управлением состояния окружающей среды и мониторинга за планируемой деятельностью. Оценку экологического риска следует считать составной частью прогнозирования состояния техносферной безопасности в целях управле- ния природопользованием по совокупности критериев. Управление эколо- гическими рисками промышленных предприятий региона должно осуще- ствляться в рамках системы экологического менеджмента на стадиях пла- нирования, организации и реализации экологических действий и меро- приятий, способствуя оптимизации принимаемых управленческих решений. Объективной основой для построения системы управления экологи- ческими рисками, по мнению авторов, является концепция приемлемого риска. В основу содержания данной концепции входят три разновремен- ных уровня экологического риска: - начальный уровень экологического риска, т. е. уровень риска за- мысла по развитию хозяйственной деятельности без учета мер по его ана- лизу; это риск неоцененный и, следовательно, достаточно высокого уровня вследствие неготовности менеджера к возникающим экологическим собы- тиям; 279 - оцененный уровень экологического риска с учетом мер по его ана- лизу, в результате которых получена реальная оценка уровня риска; это риск проанализированный и, следовательно, более низкого уровня вслед- ствие готовности менеджера к экологическим последствиям; - конечный (приемлемый) уровень экологического риска с учетом разработанных и проведенных мероприятий по снижению начального уровня. Основные положения предлагаемой концепции приемлемого риска состоят в следующем: - экологический риск – управляемый параметр, на уровень которого можно и нужно оказывать воздействие; - высокий уровень начального экологического риска не должен служить основанием для отказа от принятия какого-либо хозяйственного решения; - детальный анализ экологического риска и разработка мероприя- тий, уменьшающих его отрицательные последствия, как правило, позво- ляют принимать хозяйственные решения, фактически реализуемые при приемлемом или допустимом уровне экологического риска; - задача так называемого риск-менеджмента заключается в том, что- бы уравновесить получаемую от реализации хозяйственного решения вы- году и возможные при этом потери. Таким образом, управление экологическим риском предприятий ре- гиона есть балансирование между уровнем возможных потерь и потенци- альной выгодой от реализации экологически рискового хозяйственного решения с помощью применения разнообразных способов воздействия на уровень экологического риска. При управлении экологическими рисками промышленного пред- приятия следует учитывать их природу. В этом контексте предприятие выступает в качестве экологического объекта, а возникающие при его функционировании экологические риски характеризуются как вероятности изменения его устойчивости и/или гибели (банкротства) вследствие изме- нений в окружающей среде. При этом, с точки зрения упрощения задач по анализу и управлению экологическими рисками, вероятные изменения устойчивости хозяйствующего субъекта следует рассматривать в качестве первичных по отношению к изменениям в окружающей среде. В качестве способов воздействия на уровень технико-экологических рисков промышленного предприятия предлагается использовать такие, как: уклонение от рисков; снижение рисков; сохранение (принятие) рис- ков; передача (перенос) рисков. Уклонение от экологических рисков озна- чает отказ от технико-технологических действий и мероприятий, влеку- щих за собой реализацию неприемлемого уровня рисков. Сохранение эко- 280 логических рисков на существующем уровне может означать: отказ от лю- бых действий, направленных на компенсацию возникающего при реализа- ции рисков ущерба; создание на предприятии специальных резервных фондов, из которых будет производиться компенсация убытков при насту- плении неблагоприятного экологического события; 3) получение государ- ственных дотаций, для компенсации убытков и восстановления производ- ства. Передача экологических рисков подразумевает сохранение их су- ществующего уровня с переносом полностью или частично на третьих лиц. Сюда относится страхование, которое подразумевает передачу техни- ко-экологических рисков за определенную плату страховой компании, а также различные финансовые гарантии и поручительства. Передача эколо- гических рисков может быть осуществлена и путем внесения в текст доку- ментов специальных пунктов о снижении собственной ответственности предприятия при наступлении непредвиденных негативных событий или передачи рисков контрагенту после реализации экологических рисков. Из всех выше перечисленных способов воздействия на уровень эко- логических рисков, как показывает практика, определяющую роль играет их снижение, которое подразумевает уменьшение размеров возможного экологического ущерба или вероятности наступления неблагоприятного экологического события и основывается на теории экологизации промыш- ленного производства, предписывающей организацию экологически чистого производства, которое представляет собой логичное завершение многоэтап- ного процесса преобразований в системе экологических мер: технологии «конца трубы» – малоотходные, ресурсосберегающие технологии – произ- водство, ориентированное на предотвращение образования отходов в мес- тах их возникновения. Приемлемый риск должен соответствовать минимуму суммарных потерь и затрат в окружающей природной среде, связанных с достижением поставленной обществом цели. Определение этих минимумов обычно происходит методом проб и ошибок, что связано с большими материаль- ными и социальными издержками, которые негативным образом сказыва- ются на качестве жизни большинства людей и проявляются в экологиче- ском риске, определяемом как вероятность наступления негативных по- следствий воздействия. Для оценки эколого-экономической ситуации в регионе осуществ- ляется мониторинг возможных опасностей и угроз. При этом оценивается экологический ущерб, который уточняется после произошедшего опасного события. Полученные результаты используются для уточнения техноген- ного и экологического риска. В данном контексте логично упомянуть об устойчивости экосистемы, которая определяется на основе сопоставления 281 изменений её состояния и вызвавшей эти изменения антропогенной на- грузки, т. е. по величине, так называемого, «экологического резерва». При этом устойчивой считается экосистема, которая может достаточно дли- тельное время существовать и развиваться при разрушающих внешних воздействиях без ущерба для основных ее элементов (например, вымира- ния и деградации биологических видов) в определенных границах, опре- деляющих зону нормальных ее состояний. Приемлемый риск сочетает в себе технические, экологические, со- циальные аспекты и представляет компромисс между приемлемым уров- нем безопасности и экономическими возможностями его достижения, т. е. можно вести речь о снижении индивидуального, технического или экологи- ческого риска, но нельзя забывать о том, сколько за это придется заплатить. На процесс возникновения и развития риска оказывает своё влияние комплекс факторов и условий, характерных для природно-технической системы. Анализ системы позволяет выделить целый ряд первопричин риска: отказы в работе узлов и оборудования вследствие конструктивных недостатков, отклонения от нормальных условий эксплуатации; ошибки персонала; внешние воздействия и пр. Вследствие возможности возникно- вения указанных причин опасные промышленные объекты (например, шах- ты и химические предприятия) перманентно находятся в неустойчивом со- стоянии, которое по отношению к безопасности производственной системы становится критичным при возникновении аварийных ситуаций на объектах. Риск возникает при следующих необходимых и достаточных усло- виях: существовании фактора риска (источника опасности); присутствии данного фактора риска в определенной, опасной (или вредной) для объек- тов воздействия дозе; подверженности объектов воздействия к факторам опасностей. Риск, несомненно, является объективным элементом производствен- но-хозяйственной деятельности, для него характерна внезапность наступле- ния, что обуславливает прогноз риска, его анализ, оценку и управление. При разработке проблем риска и обеспечении безопасности природно- технических систем самое пристальное внимание уделяется системному подходу к учёту и изучению разнообразных факторов, влияющих на показа- тели риска. Анализ риска можно определить как процесс идентификации опасностей и оценки риска для населения, объектов и окружающей природ- ной среды. Анализ риска является процессом, в ходе которого учитываются не только количественные показатели, но и показатели, не поддающиеся формализации, такие как позиции и мнения различных общественных групп, возможность компромиссных решений, экспертные оценки и т. д. Многообразие производственной деятельности отражает многоаспектность проблемы анализа риска. 282 Особенность анализа риска заключается в том, что в ходе его рас- сматриваются потенциально негативные последствия, которые могут воз- никнуть в результате отказа в работе технических систем, сбоев в техноло- гических процессах или ошибок со стороны обслуживающего персонала. Также необходимо рассматривать отрицательные воздействия на населе- ние региона и окружающую природную среду при безаварийном функ- ционировании производства (за счет выбросов или утечки вредных или опасных веществ, неочищенных стоков и т. д.). Результаты анализа риска имеют существенное значение для приня- тия обоснованных и рациональных решений при проектировании произ- водственных объектов, при транспортировании и хранении опасных ве- ществ и материалов. В процессе анализа риска необходимо применять формализованные процедуры и учёт разнообразных ситуаций, с которыми может столкнуться управляющий персонал в процессе своей деятельности. Методы, используемые в процессе анализа, должны быть ориентированы прежде всего на выявление и оценку возможных потерь в случае аварии, стоимости обеспечения безопасности и преимуществ, получаемых при реализации того или иного проекта. По нашему мнению наиболее подхо- дящей методикой является методика интегрированного системного анали- за. В адаптированном виде основные положения методики вошли в ком- плекс прогнозирования региональной эколого-экономической ситуации [3]. Анализ риска имеет ряд общих положений независимо от специфи- ки решаемых задач. Во-первых, общей является задача определения до- пустимого уровня риска, стандартов безопасности обслуживающего пер- сонала, населения и защиты окружающей природной среды. Во-вторых, определение допустимого уровня риска происходит в условиях недоста- точной информации, особенно когда это касается новых технологических процессов или новой техники. В-третьих, в ходе анализа в значительной мере приходится решать вероятностные задачи, что может привести к су- щественным расхождениям в получаемых результатах. В-четвертых, ана- лиз риска нужно рассматривать как процесс решения многокритериальных задач, которые могут возникнуть как компромисс между сторонами, заин- тересованными в определенных результатах анализа. Анализ риска может быть определен как процесс решения сложной прогностической задачи вероятностного характера, требующий рассмотрения широкого круга вопросов и проведения комплексного исследования и оценки технических, экономических, управленческих и социальных факторов. Анализ риска должен дать ответы на три основных вопроса: 1. Что плохого может произойти (идентификация опасностей)? 2. Как часто это может случаться (анализ частоты)? 3. Какие могут быть последствия (оценка последствий)? 283 Основным элементом анализа риска является идентификация опас- ностей, которые могут привести к негативным последствиям. Выраженный в наиболее общем виде процесс анализа риска может быть представлен как ряд последовательных событий: - планирование и организация работ; - идентификация опасностей; - выявление опасностей; - оценка риска; - ана- лиз частоты; - анализ последствий; - анализ неопределенностей; - разработка рекомендаций по управлению риском. Анализ риска проводится в соответствии с требованиями норматив- но-правовых актов для того, чтобы обеспечить вход в процесс управления риском. Анализ опасности должен соответствовать сложности рассматри- ваемых процессов, наличию необходимых данных и квалификации спе- циалистов, проводящих анализ. Последний этап анализа риска природно- технической системы – разработка рекомендаций по уменьшению уровня риска (управлению риском) в случае, если степень риска выше приемлемой. С анализом риска тесно связан другой процесс – оценка риска. Оценка риска представляет процесс, используемый для определения вели- чины (меры) риска анализируемой опасности для здоровья человека, мате- риальных ценностей, окружающей природной среды и других ситуаций, связанных с реализацией опасности. Оценка риска включает анализ часто- ты, анализ последствий и их сочетаний. При этом и критерии приемлемого риска и результаты оценки риска могут быть выражены как качественно, так и количественно. Предлагаемые научно-методические подходы к анализу и оценке техногенного риска прошли представительную апробацию при научно- техническом сопровождении ликвидации нерентабельных угольных шахт в Российском Донбассе и показали высокую эффективность. Литература 1. Состояние и меры по улучшению условий и охраны труда в Российской Федера- ции //Безопасность труда в промышленности. – 1996. – № 8. С.2-13. 2. Молев М.Д. Оценка риска загрязнения окружающей природной среды в практи- ческой деятельности предприятий жилищно-коммунального хозяйства. Инноваци- онные аспекты энерго-ресур-сосбережения, экологичности и безопасности систем муниципального и жилищно-коммунального хозяйства, междунар. науч.-практ. конф. (28 нояб. 2012; Шахты):материалы. Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2013. С. 47-51. 3. Молев, М.Д. Методологические принципы и аспекты реализации мониторинга экологической безопасности угледобывающих регионов [Текст] /М.В. Россинская [и др.]; под ред. д.э.н., проф. М.В. Россинской; Федер. гос. бюдж. образоват. учре- ждение высш. проф. образования «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса» (ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»). – Шахты: ФГБОУ ВПО 284 УДК 574(07) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЕГИОНА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского госу- дарственного технического университета, г. Шахты, Россия В статье изложены результаты теоретических и практических исследований экологической безопасности регионов. Предложена комплексная система оценки состояния и прогнозирования региональной экологической ситуации Экологическая безопасность регионов – сложная система взаимоот- ношений между природно-ресурсными, экономическими и социальными ресурсами жизнедеятельности человека. Ростовская область является одним из сложных промышленно- развитых и урбанизированных регионов России. Вместе с тем, по своим природным ресурсам, уникальности растительного и животного мира, ис- торических мест и другим компонентам обладает огромным потенциалом в области экотуризма, санаторно-курортного дела. Однако эти преимущества и возможности не могут быть реализованы в полном объеме, если кардинально не улучшить экологическую обстановку в регионе. Решение данной проблемы возможно только на основе научно- обоснованной стратегии перехода Ростовской области к устойчивому раз- витию. При этом необходимо определить не только качественные, но и по отдельным показателям, количественные соотношения между экономиче- ски целесообразными и экологически допустимыми нагрузками на при- родные комплексы. Необходимо дать пусть не вполне точные, но доста- точные для сравнительного анализа априорные оценки экономических затрат на возмещение экологического ущерба и восстановление воспроизво- димых природных ресурсов. Кризисная экологическая обстановка, связан- ная с загрязнением атмосферы и водного бассейна промышленными выбро- сами и стоками, значительно усугубилась при массовой ликвидации шахт. В связи с этим актуальна попытка комплексно оценить состояние биосферы нашего региона. Учитывая имеющийся опыт Кемеровского на- учного центра СО РАН, на экологической карте Ростовской области выде- лить эколого-географические районы по принципу однородности природ- ных условий и факторов техногенного воздействия. В связи с этим кон- цептуально представляется, что основное направление перехода к сбалан- сированному, рациональному использованию земель, рекультивация и восстановление продуктивности возвращаемых в оборот земель – совер- шенствование экономического механизма землепользования и оборота промышленных отходов горнодобывающей отрасли. Необходимо при этом совершенствование не только экономических санкций, но и систем льгот и 285 стимулов рационального землепользования, полностью отсутствующих в государственной законодательной базе, касающейся использования при- родных ресурсов и охраны окружающей среды. Основной путь сохранения биоразнообразия как главного залога стабильности биосферы крупного угледобывающего бассейна заключается, на наш взгляд, в следующем: на основе полученных результатов эколого-географического районирования области разработать и реализовать правовую базу комплексной организа- ции территории Ростовской области, включающей в себя построение ее функциональной и пространственной структуры, обеспечивающей эффек- тивное и сбалансированное выполнение территорией основных производст- венных, социально-экономических, экологических и культурных функций. В рамках комплексной организации территории должны решаться задачи рационального, с учетом возможностей окружающей среды, раз- мещения промышленных предприятий, транспортных сетей, гражданского строительства; выделение зон рекреации особо охраняемых территорий; реализация программ восстановления нарушенных ландшафтов, рекульти- вация земель и т.д. Очевидно, что для решения перечисленных задач необ- ходима информационная база. Она должна представлять собой автомати- зированный комплексный территориальный кадастр природных ресурсов (КТКПР). КТКПР является частью территориальной информационной систе- мы и представляет собой государственный свод системно организованных данных о природных ресурсах и природных объектах, предназначенных для принятия управленческих решений по обеспечению устойчивого раз- вития региона. С другой стороны, сокращение антропогенной нагрузки на окру- жающую среду (ОС) является серьезным побудительным мотивом в реали- зации государственной политики энергоресурсосбережения. Правительственными и федеральными целевыми программами пре- дусмотрен комплекс мер по энергоресурсосбережению, в том числе техни- ческих, организационных и экономических. Реализация намеченных меро- приятий только в сфере ЖКХ позволяет уменьшить расход тепловой энер- гии примерно на 10%, а сокращение загрязнения окружающей среды по углекислому газу и оксидам азота – до 5% [1]. Перманентная диагностика коммуникаций и оборудования станет зна- чимым фактором энергоресурсосбережения и снижения антропогенной нагруз- ки на окружающую природную среду в масштабах всей России. Предлагается в качестве диагностической системы внедрить терри- ториальный дискретно-непрерывный мониторинг. В состав единой системы территориального энергоресурсного мониторинга (СТЭРМ), на наш взгляд должны быть включены следующие подсистемы: 286 – справочно-аналитическая; – аналитическая; – прогнозная; – контрольно-распорядительная; – исполнительная [2]. В справочно-аналитической подсистеме должны содержаться доку- менты: – сведения о распределительных сетях и объёмах потребления; – стандарты потребления энергоресурсов; – технико-технологические требования к процессам и оборудованию; – технические инструкции по эксплуатации; – экологические стандарты. Аналитическая подсистема должна включать методические материалы: – методики оценки параметров систем и технологических процессов и состояния оборудования; – методические руководства по работе с измерительной аппаратурой; – методики анализа экологической обстановки на контролируемой территории. Функциями прогнозной подсистемы, по определению, являются: – прогнозирование состояния технических систем (распределитель- ных сетей, оборудования); – оценка динамики развития экологической ситуации в зоне ответ- ственности данного подразделения ЖКХ; – подготовка информации для принятия управленческих решений руководством соответствующей административной или хозяйственной структуры. Контрольно-распорядительная подсистема в общей схеме работы всей СТЭРМ должна обеспечивать подготовку необходимых распоряже- ний и регламентов, а также осуществлять контроль выполнения управлен- ческих решений. Важным элементом работы данной подсистемы является корректировка решений при изменении текущей обстановки на террито- рии ответственности конкретной организации жилищно-коммунального хозяйства. Функциями исполнительной подсистемы СТЭРМ являются: – реализация принятых руководством подразделения ЖКХ управ- ленческих решений; – выполнение комплекса необходимых «полевых» ( т.е. на террито- рии города или района) измерений и передача фактических сведений со- трудникам аналитической подсистемы. Неотъемлемой частью системы мониторинга должен стать банк фи- зико-математических моделей: 287 – структурная модель распределительной сети; – модель процесса подачи энергоносителя потребителям; – частные модели распределительных комплексов узлов; – уровневая модель системы с указанием критических точек; – математические модели (уравнения балансов). Назначение перечисленных моделей состоит в том, что при сравне- нии модельных и фактических данных состояния оборудования или пара- метров процесса в аналитической и прогнозных подсистемах оцениваются технологические риски, а также риски технического состояния (возмож- ность поломки оборудования). На основании полученных аналитических данных руководителем соответствующе структуры ЖКХ принимается управленческое решение о производстве детальной диагностики системы и профилактических работ. Высшим уровнем построения системы с исполь- зованием физико-математи-ческих моделей является создание постоянно действующей комплексной модели, функционирующей в режиме реально- го времени. Капитальные вложения на создание территориальной монито- ринговой системы, как показывает опыт внедрения подобных систем в практику работы других отраслей народного хозяйства, окупается в тече- ние нескольких лет [3]. В то же время эффективность работы системы мо- ниторинга характеризуется не только с экономической, но социальной и экологической точек зрения. В данном контексте эффект выражается : – в формировании положительной социальной обстановки на терри- тории поселения (города, района); – в достижении комфортной с экологической точки зрения среды жизнедеятельности местного населения. Литература 1. Экологическая безопасность городов Юга России и рациональное природополь- зование Ростов- на-Дону, 18 окт. 2006 г.): материалы конф. – М.: РАЕН, 2006. – 284 с. 2. Молев М.Д., Молев А.М. Теория и практика управления региональной экологи- ческой безопасностью: монография. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. – 84с. 3. Молев М.Д. Научно-практические основы прогнозирования социально- экологической ситуации в регионе / Научно-методические основы мониторинга, прогнозирования и оценки устойчивого развития территориальных социоприрод- ных систем: монография /Под общ. ред. проф. М.В.Россинской. – Воронеж: ВГПУ, 2012. – С. 65-79. 288 ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ УДК 365.48 ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ Чергинец О.А., Колокольникова А.И. Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева Изучены понятие, особенности, задачи интеллектуального управления зданием, выявлены состав, преимущества и недостатки электронных систем управления зданиями, рассмотрены технологии создания качественного, комфортного, эколо- гичного жилья, примеры цифровых и сетевых решений для умных домов в области энергосбережения и защиты окружающей среды. Наделение жилья интеллектом считается одним из самых передовых достижений в области строительства. Умный дом (англ. Smart House, Intelligent Home) — здание современного типа, организованное для ком- форта и безопасности людей при помощи автоматизированных систем и современных высокотехнологичных устройств. Понятие "интеллектуального здания (ИЗ) как здания, обеспечиваю- щего продуктивное и эффективное использование рабочего пространст- ва..." было впервые сформулировано в США в начале 80-х годов прошлого века. В XI веке под этим термином принято понимать роботизированную инженерную систему автоматического управления, которая с помощью всевозможных датчиков способна распознавать различные процессы и ситуации, происходящие как внутри помещения, так и за его пределами, реагировать на них, обеспечивая комфорт и удобство для людей. Стадии развития «Умного Дома»: • электронный дом (Electronic House) — автономный саморегулируемый и управляемый объект, включающий в себя всевозможную автоматику; • подключенный дом (Connected House) — это электронный дом, под- ключенный к сети, которая связывает в единое целое отдельные объекты для эффективной доставки по сети услуг; мониторинга систем энергоауди- та, жизнеобеспечения, безопасности и т. д., • цифровой дом (Digital House) — интеллектуальное жилище, в котором с помощью стандартных цифровых протоколов осуществляется обмен ин- формацией внутри и вне дома. Самыми простыми задачами, которые ставит перед собой техноло- гия "умный дом", являются управление электрообеспечением, освещени- ем, системой охраны и инженерными коммуникациями, такими как систе- ма отопления, вентиляции и кондиционирования для обеспечения необхо- димых параметров микроклимата. В качестве обязательного компонента 289 рассматривается также система мультирум по управлению распределением аудиосигнала. Как правило, такие системы предполагают не только обыч- ное управление, но и управление через он-лайн интерфейс. Например, уже широко известны коммунальные счетчики с GPS, что позволяет получать данные и управлять своими платежами дистанционно [1]. Функционал "интеллектуальных зданий" постоянно меняется и ус- ложняется, поэтому не существует единых решений, и заказчик сам вправе выбрать функции, которые необходимы именно ему. Подсистемы различ- ных производителей в ИЗ объединены в единый управляемый комплекс, что- бы отслеживать работу и состояние всей "начинки" здания, самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах. Трансформация в секторе энергетики потребует от всех его участ- ников полного переосмысления сложившихся принципов работы. По мне- нию Франка Поршманна, вице-президента Deutsche Messe по CeBIT, циф- ровые и сетевые решения для умных домов обещают сделать значитель- ный вклад в рост индустрии ИКТ, особенно это касается решений в облас- ти управления потреблением электроэнергии. С точки зрения Поршманна необходимо разработать требуемые стандарты и создать сети межотрасле- вой кооперации, которые позволят создать новые бизнес-модели, помо- гающие реализовать потенциал этого нового рыночного сегмента. В качестве примера можно привести крупный российский марке- тинговый проект «Мультидом» альянса четырех комплиментарных по ро- ду деятельности компаний. Подобные объединения являются общемиро- вой практикой, они позволяют сочетать широкий профиль и узкую спе- циализацию. ICS предложила управление зданием — BMS (Building Management System) и автоматизированную систему безопасности BAS (Building Automation Security). От компании Premium в проект вошли сис- тема распределения, состоящая из универсальной кабельной сети, схем распределения механических сервисов и аудио/видеосервисов (multiroom), блок инженерных систем и системы распределения инженерных сервисов (кондиционирование, вентиляция, водоснабжение и т.д.), от Golden Tele- com — ресурсы «подключенного дома», от En-Trade — home entertainment. Таким образом, «Мультидом» выступает разработчиком новых электрон- ных технологий в строительстве [2]. Электронные системы управления зданиями (АСУЗ) условно делят на две категории: системы управления "умным домом для предприятий" и системы управления классическим "умным домом". Системы управления "умным домом для предприятий" имеют цен- трализованное управление и используются в крупных промышленных уч- реждениях, зданиях, складах и офисах. Основной задачей данных систем служит мониторинг и управление системами жизнеобеспечения (отопле- 290 ние, кондиционирование, безопасность и др.). В общих чертах технология "умного дома" на производстве занимается сбором различной информа- ции, начиная от температуры воздуха за окном и заканчивая средней ско- ростью передвижения людей по предприятию. Затем система анализирует полученные сведения, и в зависимости от изначально заданных установок, принимает то или иное решение. Таким образом, использование АСУЗ на предприятиях не только экономит ресурсы, но и позволяет провести со- кращение рабочего персонала. Системы управления классическим "умным домом" находят себе применение в загородных домах, квартирах и там, где на первое место вы- веден комфорт. Особенно система "умного дома" незаменима в много- этажных особняках, где в ручном режиме просто нереально поддерживать комфортные условия во всех комнатах и при этом экономить энергоресурсы. Концепция "Системы интеллектуального управления зданием" за- ключается в: • создании интегральной системы управления зданиями, способной обеспечить комплексную работу всех инженерных систем помещения - отопления, освещения, водоснабжения, вентиляции; • передаче функций контроля, обслуживания, принятия решений подсис- темам АСУЗ, • значительном возрастании эффективности функционирования и на- дежности управления всех систем эксплуатации за счет комплекса про- граммно-аппаратных средств; • способности "умного дома" с наименьшими затратами соответствовать стилю жизни, характеру, настроению его обладателя; • легком подключении новых устройств и модулей систем к коммуника- ционной среде, проложенной в здании [4]. Система управления уникальным зданием способна выполнять сколь угодно сложные команды, что позволяет хозяину полностью настро- ить дом под себя, человеку достаточно всего лишь выбрать одну програм- му на пульте, чтобы дом полностью ответил его ожиданиям. Например, после нажатия кнопки с программой "Дома" автоматически включится освещение, установится комфортный микроклимат, подогреется ужин, наполнится ванна и т. д. При этом все системы работают совместно и со- гласованно, что обеспечивает реализацию ресурсосберегающих процедур, удаленный контроль и управление зданием, мгновенное комплексное реа- гирование на критическое изменение параметров систем. Рассмотрим некоторые основные функции более подробно. Управление светом в "умном доме" допускает создание различных световых сценариев из огромного числа источников света с различной ин- тенсивностью и яркостью. Для офисных помещений предназначена специ- 291 альная функция постоянного контроля освещенности, которая поддержи- вает заданную освещенность рабочей поверхности независимо от времени суток и освещения вне помещения. Автоматическое включение уличного освещения в зависимости от времени суток и присутствия людей обеспе- чит дополнительный комфорт и даже отпугнет незваных гостей. Система управления микроклиматом постоянно измеряет и поддер- живает температуру на заданном уровне индивидуально в каждой комнате, а при необходимости автоматически включает или выключает вентиля- цию. Контроль работы жалюзи препятствуют нагреванию помещения и помогают экономить электроэнергию, расходуемую кондиционером. Сме- на режимов управления микроклиматом происходит автоматически по заранее заданному расписанию или по команде. Все это существенно сбе- регает энергию, а значит и экономит денежные средства потребителей. Система безопасности и охраны "интеллектуального здания" вклю- чает в себя запись всех событий, произошедших в доме и за его пределами за время отсутствия хозяев. Лица и действия подозрительных незнакомых людей будут зафиксированы, при проникновении в дом нарушителей ожи- дают ослепляющий свет и звуковая сирена, сопровождающиеся отправкой хозяину сообщения о проникновении и вызовом охраны. Охранная систе- ма обследует состояние всех систем в доме, а в случае какой-нибудь опас- ности, будь то пожар, задымление или утечка газа, своевременно отправ- ляет сигналы не только в спецслужбы, но и на телефон хозяина дома. От- личительной особенностью системы безопасности интеллектуального зда- ния является возможность выбора вариантов реагирования на ту или иную аварийную ситуацию. Например, при утечке воды система не только про- информирует соответствующие службы, но и перекроет нужные трубо- проводы или отключит аварийные участки электрической сети при угрозе возгорания. Еще одной особенностью системы безопасности является на- личие функции "эффект присутствия", которая включает музыку и свет, имитирует собачий лай, тем самым уменьшая вероятность вторжения в дом злоумышленников. Помимо основных функций интеллектуальная "начинка" может также во время отсутствия хозяев обеспечить правиль- ный и своевременный полив комнатных растений. Рассмотрим особенности оборудования, применяемого в "умных" зданиях. Использование сенсорного включения-выключения света сокра- щает энергопотребление. Интеллектуальные выключатели в отличие от диммеров — устройств плавной регулировки яркости света, могут управ- ляться с любого места, где рядом находится розетка с подключенным мно- гоканальным выключателем контроллером. Удаленное управление прибо- рами может обеспечить телефонный контроллер, который позволяет управлять 10 приборами по телефону и 8 приборами с кнопок. Чтобы ре- 292 гулировать поток теплоносителя целесообразно использовать электромаг- нитный клапан, контроллер своевременно даст команду клапану при усло- вии установки необходимого количества датчиков, с помощью которых контроллер собирает информацию. В момент строительства нужно преду- сматривать наравне с другими инженерными сетями специальный кабель, именуемый также шиной, чтобы выполнять перепроектирование и после- дующие ремонтные работы. На потолке можно разместить динамики и микрофоны голосовой системы управления. Управление всеми системами может осуществляться с дистанцион- ных пультов, сенсорных панелей (touchscreen), компьютера или телевизо- ра. Для управления любыми мобильными и стационарными исполнитель- ными устройствами, находящимися в пределах покрытия мобильной сети действующего стандарта, предназначен GSM Модуль, который предостав- ляет пользователю возможность персонального круглосуточного контроля и адекватного физического дистанционного реагирования при экстремаль- но-кризисных ситуациях. Использование концепции «интеллектуального здания» на россий- ском рынке позволяет за счет комплексной интеграции достигнуть эконо- мии 10-15% по сравнению с отдельными системами. Так, приблизительно на треть сокращается потребление энергии, воды, газа, тепла, а, следова- тельно, уменьшаются выбросы в окружающую среду и расходы на утили- зацию отходов, на коммуникации и ресурсы. Подсчеты показывают быст- рую окупаемость затрат на оборудование, а установка в офисных и жи- лищных комплексах системы вентиляции и кондиционирования с рекупе- рацией тепла позволяет значительно экономить на электроэнергии. Преимущества АСУЗ:  все подсистемы интеллектуального дома работают согласованно, на- пример, кондиционер не будет работать при открытом окне;  управление всеми устройствами осуществляется с одного пульта, имеющего все необходимые инструкции;  инженерное оборудование интеллектуального дома работает самостоя- тельно, обеспечивается эффективное использование всех коммуникаций здания;  выбор сценариев позволяет нажатием одной кнопки реализовать любой набор функций в доме;  обеспечивается экономия электроэнергии и других энергоресурсов;  продлевается срок службы дорогостоящих приборов и аппаратуры;.  предотвращаются аварийные ситуации, а значит, обеспечивается эко- номия на техническом обслуживании инженерных систем;  появляется возможность постоянного удаленного контроля и управле- ния разными системами в доме;  функции «Умного дома» могут быть изменены под требования заказчика; 293  повышение безопасности здания;  обеспечивается наибольший комфорт независимо от внешних условий. Кроме этого, уменьшаются затраты на построение такой системы: она становится более мощной, а стоит меньше, чем десяток отдельных систем управления, возрастает эффективность деятельности в результате соединения, интеграции, слияния отдельных частей в единый комплекс. К недостаткам системы можно отнести высокую стоимость обору- дования, его монтажа и обслуживания; создание электромагнитного поля за счет большого количества проводов, находящихся в стенах зданий; не- обходимость полной замены электропроводки, водопровода, системы ото- пления и т. д., отведение места в доме под оборудование, бесперебойный ис- точник питания и стабилизатор, чтобы обеспечить работу оборудования. Надежность жилища повышают технологии замкнутых циклов, максимизация автономности от коммуникаций: сегодняшнее электропита- ние от сетей должно в перспективе заменяться собственными энергоисточ- никами — солнечными коллекторами, ветряками. Важные параметры дома — его теплоизоляция, близкая к 100%, энергопассивность — дом-термос. В последние десятилетия в американском, европейском и россий- ском строительстве господствует идея создания экодомов, для возведения и эксплуатации которых не требуются невозобновляемые энергоресурсы. Современные технологии тепло-, гидро-, паро, и звуко-изоляции на основе натуральных природных материалов, экономичных источников энергии, систем утилизации продуктов жизнедеятельности позволяют создать жи- лище, отвечающее самым высоким стандартам здоровой жизни [3]. Эко- дом — это принцип, который определяет, что жизнедеятельность человека создает положительный экологический след в экосистеме Земли. Отличи- тельными особенностями экодома является низкое энергопотребление на отопление и электропотребление, которое достигается за счет пассивного солнечного обогрева, высокой теплоизоляции, энергоэффективных быто- вых приборов, системы управления [5]. Качественное, комфортное, эколо- гичное жилье позволяют построить технологии «Геодом» и «Элевит». Так, помещение, построенное по технологии «Элевит», начинает нагре- ваться, когда в нем загорается обычная лампа накаливания. В дальнейшем Умные дома станут частью Умных городов, "умные технологии" которых включают передовые сенсорные, коммуникационные и управляющие техники для повышения эффективности распределения и измерения газа и электричества. "Интеллектуальная сеть" — это основан- ная на "умных технологиях", автоматически балансирующая, самоконтро- лирующаяся энергетическая сеть, способная при минимальном участии людей принимать энергию из любого источника (уголь, солнце, ветер) и 294 преобразовывать ее в конечный продукт для потребителей (тепло, свет, теплую воду). В тройку городов мира, где реализуется проект "умный город", вхо- дят Амстердам, Масдар (Masdar City, по-арабски означает "источник, ключ") и российский Белгород. В ближайшее время будут предприняты усилия по интеллектуализации электроснабжения в городах Тюмень, Ка- лининград и Сочи. В "Белгородэнерго" уже используются оборудование и программные комплексы, которые являются элементами интеллектуаль- ных сетей "умного города": автоматизированная система управления уличным освещением "Гелиос", вольтодобавочные трансформаторы (бус- теры), автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии с интеллектуальными счетчиками "Нейрон", телемеханизированные под- станции 35–110 кВ, управление которыми происходит дистанционно. Для повышения надежности электроснабжения потребителей, снижения затрат и времени на отыскание мест повреждения установлены реклоузеры, кото- рые объединяют в себе вакуумный выключатель и микропроцессорную релейную защиту с противоаварийной автоматикой. Конечно, почти все, что умеет делать система "умный дом", можно делать по-старинке, как бы это ни было энергозатратно и неудобно. Одна- ко, автоматизация систем жизнеобеспечения, функции энергоэкономии, защиты от аварийных ситуаций, удаленного контроля и управления всеми инженерными системами дома являются гарантом того, что "умные дома" — это технология, обреченная на успех. Литература 1. Колокольникова А. И., Карнаухов Д. В. Применение автоматизированных информационных систем в бытовом секторе / Философские проблемы информаци- онных технологий и киберпространства. — 2013. — № 1. — С. 121-131. — ISSN 2305-3763. URL: http://www.pglu.ru/innovation/cyberspace/issues.php (дата об- ращения: 26.09.2013). 2. Королев Ю. В. Умный дом: приятная неизбежность URL: http://www.artelectronics.ru/authors_articles?article_id=575 (дата обращения: 26.09.2013). 3. Пешков И. В. Победитель стихий/ Сибирь. Освоение жизни URL: http://ty- zhiv.ru/ (дата обращения: 26.09.2013). 4. Решения Умного дома/ Комплексная автоматизация инженерных систем URL: http://smartoptima.ru (дата обращения: 26.09.2013). 5. Экодом в Сибири / Природа Южной Сибири и ее защитники URL: http://ecoclub.nsu.ru/books/ (дата обращения: 26.09.2013). 295 УДК 622.232 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТСЕВА ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА МИНИ-ТЭЦ ТОРФОБРИКЕТНОГО ЗАВОДА 1 Басалай И.А., 1Зеленухо Е.В., 2Кацило В.В. 1Белорусский национальный технический университет, г. Минск, 2Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург В работе проведены комплексное исследование свойств отсева фрезерного торфа и анализ эффективности его использования в качестве топлива мини-ТЭЦ ТБЗ. Одной из стратегических задач развития энергетики Беларуси явля- ется сокращение импорта энергоносителей и вовлечение в топливно- энергетический баланс доли местных видов топлива. В недрах республики находятся значительные запасы твердых горючих ископаемых: торфа, бу- рых углей, горючих сланцев, сапропелей, освоение которых может оказать значительное влияние на топливно-энергетический потенциал страны. Од- нако, наиболее широкое применение из всех твердых горючих ископаемых, используемых в качестве топлива, получил торф. Цель работы – комплексное исследование свойств отсева фрезерно- го торфа различных фракций для оценки эффективности его использова- ния в качестве топлива мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж». Для достижения постав- ленной цели проведен анализ работы мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж» Минской области Республики Беларусь, которая обеспечивает получение тепловой и электрической энергии с эффективным использованием сырьевого отхода, в виде отсева фрезерного торфа. Мини-ТЭЦ позволяет получать тепловую энергию, которая направ- ляется на технологический процесс производства топливных брикетов, а также для горячего водоснабжения и отопления производственных поме- щений, жилых домов, школы и объектов социально-культурного назначе- ния, расположенных в поселке. Производительность мини-ТЭЦ брикетно- го цеха – 25 Гкалл. Мини-ТЭЦ оснащена тремя котлами, два из которых работают на газообразном топливе (котел №1 – ДКВР 10/13, котел №2 – ДЕ 16/14) и один – на твердом топливе (котел №3 – ДКВР 10/13). Используемое твер- дое топливо в своем составе содержит около 15 % отсева торфа крупной фракции - сырьевого отхода производства торфяных топливных брикетов. Схема технологического процесса производства торфяных топлив- ных брикетов представлена на рис. 1. 296 Рис. 1. Схема технологического процесса производства торфяных топливных брикетов Фрезерный торф влажностью 40−45 %, заготовленный в летнее вре- мя, в вагонах доставляется в бункерную сырья брикетного цеха, откуда подается в подготовительное отделение и направляется в дробилки. Из- мельченный в дробилках фрезерный торф подается в грохота. Здесь про- исходит разделение торфа на фракции. Мелкая фракция подается сборным скребковым конвейером в сушильное отделение. Отсев торфа − крупная фракция − ленточными конвейерами отсева, подается в бункер крупной фракции и отсева для дальнейшего сжигания. Качество любого твердого топлива в значительной степени опреде- ляется его химическим составом, а точнее соотношением горючей и него- рючей части. К горючей части относят углерод, водород и серу; негорючая определяется содержанием кислорода, азота, а также зольностью и влаж- ностью топлива. Химический состав, в свою очередь, обуславливает теп- лотворную способность топлива, т.е. количество теплоты, которое будет выделяться при его сжигании. В этой связи, анализ эксплуатационных свойств отсева фрезерного торфа в качестве горючего твердого топлива должен быть основан на комплексном определении данных характеристик. 297 В настоящей работе представлены результаты исследования тепло- творных свойств фрезерного торфа мелкой, средней и крупной фракций, используемого для сжигания в котлах мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж». Все иссле- дования были проведены в научной лаборатории «Моделирования эколо- гической обстановки» на базе Национального минерально-сырьевого уни- верситета «Горный» с использованием современного высокотехнологич- ного аналитического оборудования. Определение общей теплотворности при сжигании топлива (Но, Дж/г) проводилось в бомбовом калориметре IKA WERKE C2000 (Германия) (рис. 2). Рис. 2. Бомбовой калориметр IKA WERKE C2000 Общая теплотворность вычисляется как частное от деления освобо- жденного в течение полного сгорания твердого топлива количества тепло- ты на вес образца. Калориметрический эксперимент по сгоранию топлива происходит в измерительной камере, состоящей из внутреннего сосуда; мешалки, обеспечивающей равномерное распределение тепла во внутрен- нем сосуде; водяного цикла с нагревающим элементом для выравнивания температуры и автозаполнения внутреннего сосуда; температурного дат- чика для регистрации значений эксперимента; прибора подачи кислорода в сосуд разложения. При проведении эксперимента сосуд разложения с об- разцом погружается во внутренний сосуд. Для оптимизации процесса го- 298 рения в сосуд разложения поступает чистый кислород до заданного давле- ния (30 бар). Далее внутренний сосуд заполняется водой рабочей темпера- туры 25-30 °С, которая поддерживается в постоянном движении магнит- ной мешалкой. Образец топлива зажигается посредством электричества от хлопковой нити, зафиксированной на зажигательной проволоке. Измеряет- ся возрастание температуры в калориметрической системе (т.е. воды во внутреннем сосуде измерительной камеры). Фазы измерительного прибора отслеживаются с помощью измерительной программы. Далее вычисляется общая теплотворность образца исходя из значе- ний веса образца, теплоемкости калориметрической системы и возраста- ния температуры воды в сосуде измерительной камеры. При этом вводится поправка на тепловую энергию, образованную не от измеряемого образца (внешняя энергия электрического зажигания и теплота сгорания хлопко- вой нити). Результаты исследований приведены в табл. 1. Таблица 1 - Определение общей теплотворности проб отсева торфа различных фракций Проба Масса навески, г Но, Дж/г ФРЕЗЕРНЫЙ ТОРФ мелкая фракция <7мм 0,999 15 666 ФРЕЗЕРНЫЙ ТОРФ средняя фракция 7-10 мм 1,035 15 888 ФРЕЗЕРНЫЙ ТОРФ крупная фракция >10 мм 0,492 15 959 Измерения общей влажности и зольности различных фракций фре- зерного торфа проводились на термогравиметрическом анализаторе TGA701 фирмы LECO (США). Съемка проводилась по установленной программе с чередованием окислительной (кислородной) и инертной (азотной) сред. Полученные средние результаты нескольких параллельных измерений каждой пробы приведены в табл. 2. Исходя из вышеприведенных данных, расчетное значение зольности фрезерного торфа на сухое состояние (т.е. с учетом потери влаги при сжи- гании) составляет соответственно около 16,8, 15,5 и 10% для мелкой, средней и крупной фракции. Кроме того, результаты термогравиаметрического анализа, совме- щенного с дифференциально-сканирующей калориметрией, проведенные дополнительно на термоанализаторе фирмы METTLER TOLEDO (США), свидетельствуют, что при съемке проб фрезерного торфа в воздушной 299 окислительной среде со скоростью 10 °С/минуту после 750 °С не наблюда- ется никаких термоэффектов, что свидетельствует о полном сгорании топ- лива до этой температуры. Таблица 2 – Результаты определения общей влажности и зольности различных фракций фрезерного торфа Фрезер- ный торф Общая влаж- ность, % Золь- ность, % График эксперимента Мелкая фракция <7мм 10,50 15,05 Средняя фракция 7-10 мм 34,15 10,25 Крупная фракция >10 мм 40,30 6,00 Далее проводилось исследование химического состава проб отсева торфа различных фракций. Определения содержания углерода, водорода, азота и серы были выполнены на «CHN628» анализаторе фирмы LECO(США). Средние значения нескольких параллельных измерений, пере- считанные с учетом общей влажности проб, представлены в табл. 3. Сопоставляя результаты комплексного исследования эксплуатаци- онно-топливных характеристик проб отсева фрезерного торфа различных фракций, можно заключить, что наиболее эффективным является приме- нение на производстве в качестве твердого горючего топлива отсева торфа крупной фракции. 300 Таблица 3 - Результаты определения содержания углерода С, водорода Н, азота N и серы S различных фракций фрезерного торфа Фрезер- ный торф Содержание % Графики экспериментов Мелкая фракция <7мм С 45,5 Н 5,17 N 3,12 S 0,12 Средняя фракция 7-10 мм С 55,30 Н 6,16 N 3,45 S 0,27 Крупная фракция >10 мм С 58,59 Н 5,57 N 3,81 S 0,24 Это обусловлено его высокой теплотворной способностью, наи- большим суммарным содержанием горючих элементов (углерода, водоро- да и серы) и наименьшей зольностью на сухое состояние в сравнении с отсевом торфа более мелких фракций. Таким образом, проведенные иссле- дования подтверждают целесообразность промышленного опыта работы мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж». 301 УДК 622.641, 033.002.5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ В ТОПКАХ КОТЕЛЬНОЙ ТБЗ 1 Горфин О.С., 1 Калябина М.В., 2 Михайлов А.В. 1 Тверской государственный технический университет, г. Тверь 2Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» г. Санкт-Петербург В статье рассмотрены способы использования фрезерного топливного торфа повышенной влажности в топках ТБЗ. На основании расчётов определена стои- мость различных способов решения проблемы сжигания в топках котельных влажного торфа: путем «подсветки» торфа мазутом; использования теплоты первого корпуса сушилки Пеко, переведённого на обогрев паром для подсушки топ- ливного торфа; сжигания влажного торфа совместно с брикетами. Энергоресурсосбережение – один из важнейших стратегических ориентиров долгосрочной государственной политики Российской Федера- ции. В энергетической стратегии России предусмотрено, что до 2020 г. реально реализовать снижение удельной энергоемкости за счет использо- вания технологического энергосбережения до 35 %. На ТБЗ фрезерный торф является основным технологическим сырь- ем и энергетическим топливом. Для повышения эффективности воспламе- нения и стабилизации процесса горения торфа в котельных обычно ис- пользуют мазут (в объеме 10–20 % от расхода торфа). Совместное сжига- ние торфа и, обладающего более высокой реакционной способностью ма- зута, ухудшает эколого-экономичeские показатели котлов: на 10–15 % по- вышается механический недожог топлива и на 2–5% снижается КПД- брутто, возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных по- верхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудова- ния, на 30–40 % увеличивается выход оксидов азота и серы (за счет более высокого содержания серы в мазуте), появляются выбросы канцерогенной пятиокиси ванадия. Поэтому актуальна замена мазута кондиционным торфом, цена ко- торого значительно ниже жидкого топлива – мазута. Известные методы снижения расхода мазута при сжигании низко- сортных топлив: реконструкция горелочных устройств, раздельное и сме- шанное сжигание топлива и подсветочного мазута, высокий подогрев воз- духа и пылевоздушной смеси и др. – не решают проблему сокращения расхода жидкого топлива, особенно на стадии растопки котлоагрегата. В сезоны с неблагоприятными погодными условиями нет возмож- ности заготовить топливный торф кондиционной влажности для котельной завода. Задача – обеспечить номинальную производительность котла при сжигании фрезерного торфа без подсветки факела 302 Известны несколько способов использования на ТБЗ топливного торфа повышенной влажности. Поступление в котельную торфяного топлива ухудшенного качества с резкими колебаниями характеристик создает значительные трудности в работе котлов. При этом снижается экономичность котельной установки и устойчивость процессов сжигания. Указанные технологические проблемы, а также высокие цены на мазут приводят к необходимости сокращения его потребления, и обеспе- чение максимально возможного использование торфяного топлива. Эта задача решается путем модернизации технологии. Для решения этой проблемы на ТБЗ «Тоотси» (Эстония) один канал двухштемпельного брикетного пресса развёрнут в бункерную сырья и брикеты вместе с топливным торфом направляются в котельную завода [1]. Известны способы использования для подсушки топливного торфа теплоты корпуса II-В либо установкой дополнительно шахтной мельницы [2] или непосредственно в корпусе II-В, направляя технологический торф минуя корпус II-В в корпус II-А. Рассмотрим возможности использования топливного торфа повы- шенной влажности с экономической точки зрения. 1. Использование мазута для «подсветки» топливного торфа повы- шенной влажности. Определим нормативный расход мазута при сжигании торфа повы- шенной влажности. Котел ДКВр-10-13-250КШ. Номинальная паропроиз- водительность котла Dном = 10 т/ч. Котел работает в течение суток 24 ч с нагрузкой Dк = 10 т/ч пара. Расчетное топливо: фрезерный торф рнфактQ =8,5 МДж/кг; wp = 50 %; Ap = 5,5 %. Расчетный расход торфа при Dном красчB = 3555 кг/ч. Фактическое топливо: фрезерный торф рнфактQ =6,75 МДж/кг, wp = 56 %, Ap = 6,3 %. Расчет расхода мазута и торфа за 1 ч при нагрузке котла Dном = 10 т/ч и рнфактQ = 6,75 МДж/кг. Коэффициент перерасчета топлива [3] при Dк/Dном=10/10=1 (котел работает при полной нагрузке) и / =6,75/8,5=0,8 в фактический составляет K=1,28. Тогда расход условного топлива за 1 ч составит Расход топливного мазута [3] при Dк/Dном=10/10=1 и влажности 303 фактического торфа wp = 56 % при Xм = 14 % . Расход условного торфа составит . Расход условного мазута за 1 сутки В натуральном исчислении Расход условного торфа за 1 сутки или в натуральном исчислении при рнфактQ = 6,75 Мдж/кг. Суммарный расход условного топлива за 1 сутки При цене топочного мазута М-100,2.0-S-2,5 производства Кириши- нефтеоргсинтез на станции отгрузки равной – 13 400 руб./т по состоянию на 30.09.2013 [4] без учета транспортных затрат на его доставку до котель- ной затраты на сжигание мазута в сутки составят При цене топливного фрезерного торфа производства ООО «ЕРТ» равной на станции отгрузки – 910 руб./т по состоянию на 30.09 2013 [5] без учета транспортных затрат на его доставку до котельной затраты на сжи- гание некондиционного торфа в сутки составят =94,07·0,91=85,6 тыс. руб. В итоге суточные затраты на топливо при сжигании некондицион- ного торфа и подсвечивании торфяного факела мазутом составят С= 34,706+85,6=120,31 тыс. руб. 304 Стоимость кондиционного торфяного топлива влажностью w=50 % при стоимости 910 руб./т и расходе 3,555 кг/ч составит за сутки Сконд = 3,555 х 24 х1,0 = 77,64 тыс. руб. Таким образом, сжигание в котельной торфяного топлива влажно- стью 56 % с «подсветкой» торфяного факела мазутом обходится в 120,31/77,64=1,55 раза дороже, по сравнению с использованием кондици- онного торфа влажностью 50 %. При этом следует отметить, что в расчёте не учтены затраты на доставку и хранение мазута на ТБЗ, особенно в зим- нее время года. На завод поступает топливный торф влажностью 56 %. По вариан- там 2 и 3 появляются дополнительные затраты. Определим, в каком случае они ниже. 2. Корпус II-В исключается из технологии производства брикетов. Технологический торф для брикетирования подаётся минуя корпус II-В непосредственно в корпус II-А. Теплота корпуса II-В используется для подсушки топливного торфа. Для торфа влажностью 50 % низшая теплота сгорания топлива со- ставляет 8,5 МДж/кг. Для торфа влажностью 56 % низшая теплота сгорания - 6,75 МДж/кг. Теплота сгорания брикетов (влажность 16 %) – 9,365 МДж/кг. Производительность ТБЗ при работе по проектной технологии w1=50 %; (Завод «Тоотси» – выпуск продукции 120 000 т/год.), G2 (50%) =120000/ 7200 = 16,67 т/ч, где – 7200 нормативное число рабочих часов в год. Производительность завода по исходному сырью Потери торфа в отделениях завода условно не учитываются. Производи- тельность сушильной установки по испаренной влаге W (50%) = G1(50%) –G2(50%) = 28,0 – 16,67 = 11,33 т/ч. Сырье – торф влажностью w2=56 %. В сезоны с неблагоприятными погодными условиями для обеспечения плановой производительности завода равной 16,67 т/ч подача торфа в сушилку должна быть увеличена G1(56%) = 16,67(100-16) / (100-56) = 31,8 т/ч. Тогда производительность сушилки по испаренной влаге W(56%)= G1(56%) - G2(56%)= 31,8 – 16,67 = 15,13 т/ч. В связи с тем, что корпус II-В исключён из технологического цикла 305 производства брикетов, производительность сушильной установки по ис- паренной влаге соответственно уменьшится = 15,13 – 0,89 = 14,24 т/ч, где – 0,89 т/ч – производительность корпуса II-В по испаренной влаге при работе корпуса по «разомкнутой» схеме [6]. Выпуск брикетов при работе сушильной установки без корпуса II-В будет равен G2(56%) = (100 –w1 )/(w1 –w2)=14,24(100–56)/(56–16)=15,66 т/ч. Снижение производительности завода по выпуску брикетов по сравнению с планом составит 16,67 – 15,66 = 1,01 т/ч. Упущенная выгода за сутки равна Супущ = 1,01 · 2,4 · 24 = 58,176 тыс. руб, где 2,4 тыс. руб – стоимость брикетов [7]. 3. По способу завода «Тоотси». При влажности торфа 56 % на завод должно поступать 31,8 т/ч сырья. Расход топливного торфа Gтопл.т состав-ляет 25 % от производительности одной очереди с учётом того, что пар используется, кроме сушилки для выработки электрической энергии, ото- пления завода и посёлка и других нужд. Расход топливного торфа Gтопл. т = (31,8/2 ) · 0,25 = 3,72 т/ч. Учитывая теплоту сгорания торфа влажностью 56 % вместо 50 % дефицит теплоты составит Qдеф=(Q(50%) – Q(56 %) ) · Gтопл.т=(8,5 – 6,75 ) · 3720 = 6510 МДж/ч. Для восполнения дефицита теплоты требуется сжигать брикетов Gбрик=Q(деф) /Q(16%) = 6510 / 9,365 = 695 кг/ч. На такую производительность требуется отрегулировать канал пресса, с которого брикеты поступают в бункерную сырья. Таким образом, для получения в необходимом количестве пара в топках котельной требуется сжигать 3720 кг торфа влажностью 56 % и 695 кг брикета влажностью 16 %. Стоимость топлива Стопл=3720 · 0,91 + 695 · 2,4 = 3385,2 +1668=5 053,2 руб./ч. В сутки Стопл.сут.=5 053,2·24= 121,28 тыс. руб. При использовании для подсушки топливного торфа повышенной 306 влажности корпуса II-В по сравнению со способом завода «Тоотси» суточ- ная выгода составит 121,28-58,176=63,1 тыс. руб. Для окончательного вывода о наиболее рациональном варианте спо- соба подсушки топливного торфа повышенной влажности следует произвести подробную калькуляцию затрат по рассмотренным способам. Литература 1. Горфин О.С., Михайлов А.В. Машины и оборудование по переработке торфа. Учебное пособие. Ч.1. Производство торфяных брикетов. Тверь: Тверской государ- ственный технический университет, 2013. 250 с. 2. Горфин О.С., Михайлов А.В. Способы подсушки топливного торфа повышен- ной влажности на торфобрикетных заводах // Вестник Тверского государственного технического ун-тета, Вып. 1(23), Тверь, 2013. С. 32 - 35. 3. РД 34.10.502. Нормы расхода мазута или газа при сжигании торфа и сланцев на тепловых электростанциях Минэнерго СССР. (НР 34-00-83-85). Министерство энергетики и электрификации СССР. 1985. 7 с. 4. Мазут. Прайс-лист. URL: http://www.riccom.ru/sale_market_r_np_16.htm (дата обращения: 30.09.2013). 5. ООО «ЕРТ». Торф фрезерный топливный. URL:http: //ert. rosfirm. ru/torf- frezernyj-toplivnyj-pc348343874.htm (дата обращения: 30.09.2013). 6. Наумович В.М. Искусственная сушка торфа. - М.: Недра, 1984. 222 с. 7. ОАО «Ронгинское торфобрикетное предприятие». Торфобрикет навалом по безналичному расчету. URL:http://torfobriket.biz/price.html (дата обращения: 30.09.2013). УДК 696.697:58.012.011.56 К ВОПРОСУ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА Маркова Т.А., Демин В.К., Чибисова П. Тульский государственный университет Разработанная система позволяет изучить все процессы, протекающие в котель- ном агрегате, проследить взаимосвязи между отдельными контурами регулиро- вания, выявить влияние малейшего изменения в одном контуре на всю систему в целом при неизменных остальных параметрах. Тепловая энергетика и отопление сегодня по праву занимают одно из первых мест по уровню автоматизированности. Все современные ко- тельные установки и тепловые пункты в обязательном порядке оснащают- ся самым широким спектром устройств автоматического управления, ко- торые позволяют создать гибкую, надежную и абсолютно безопасную сис- тему горячего водоснабжения и отопления. И действительно, сегодня очень трудно представить себе котельную без установленного в ней целого комплекса автоматики, ведь теплоэнергетические установки характеризу- ются тем, что все происходящие в них процессы протекают непрерывно. При этом выработка тепловой энергии, всегда должна строго соответство- 307 вать потреблению (нагрузке). По этой причине практически все операции, осуществляемые теплоэнергетическими установками- автоматизированы, и участие человека в этих процессах сведено к минимуму. Этим и объясня- ется широкое распространение систем автоматизации в тепловой энергетике. Система автоматизации котельного агрегата должно обеспечивать: - аварийное отключение при превышении объемной доли СО продуктов сгорания более 1 %. - при зажигании основной горелки система автоматики котла обеспечивает время безопасности не более 3 с, в конце которого начинается восприятие основного факела. Если основной факел не обнаружен за этот период, происходит энергонезависимое отключение. - поддержание давления топлива с точностью не менее 10 % заданного. - опережение подачи воздуха при увеличении тепловой мощности, опереже- ние подачи топлива при уменьшении тепловой мощности, достаточный и из- быточный воздух для предотвращения газообогащенного сжигания. - расход воды через котел не менее 0,9 номинального значения. - поддержание температуры воды на входе в котел не менее 70 градусов. - время безопасности при погасании пламени(интервал между сигналом погасания пламени и сигналом на отключение газа) — не более 1 с. - суммарное время отключения — не более 2 с. Система может обеспечивать работу с двухтопливными горелками, при этом возможна раздельная система контроля пламени. Степень при- способляемости системы к изменению процессов и методов управления, к отклонениям параметров объекта управления — протекание переходных процессов, вызываемых скачкообразным изменением заданного значения нагрузки котла не должно вызывать максимальные отклонения по основ- ным технологическим параметрам хуже, чем 5 %. Паровой котел как объект математического моделирования. Упро- щенная функциональная схема котельного агрегата (рис.1). Рис.1 Функциональная схема котельного агрегата 308 Исполнительные механизмы: ИМ1 – исполнительное устройства впрыскивания в трубопровод конден- сата (Dвпр – расход воды на впрыск); ИМ2 – исполнительный механизм подачи питательной воды (Dпв – расход питательной воды); ИМ3 – исполнительный механизм подачи воздуха (Qв – расход воздуха); ИМ4 – исполнительное устройство в трубопроводе дымовых газов (Qдг - расход дымовых газов, Sт – разряжение в топке); ИМ5 – исполнительный механизм подачи топлива (Вт – расход топлива); ИМ6 – исполнительное устройство подачи продувочной воды (Dпр – рас- ход продувочной воды). Задачей комплексной автоматизации котельного агрегата является выявление регулируемых величин и обнаружение связей между ними, а также определение дестабилизирующих величин, влияющих на регули- руемые параметры. Система автоматизации котельного агрегата включает в себя сле- дующие регулируемые параметры:  температура пара;  уровень воды в барабане;  избыток воздуха в топке;  расход топлива;  разрежение в верхней части топки. Рис. 2. Задачи комплексной системы регулирования котла. Комплексная система автоматического регулирования барабанно- го парового котла в целом состоит из отдельных систем регулирования: 1) температуры пара; 2) уровня воды в барабане; 3) избытка воздуха в топке, определяющего экономичность процесса горения топлива; 4) расхода топлива; 309 5) разрежения в верхней части топки. 1. Контур управления температурой пара. На выходе из котлоагре- гата пар должен иметь определенную температуру. При повышении темпе- ратуры пара срабатывают, так называемые, впрыски, которые впрыскивают в трубопровод конденсат, тем самым понижая температуру пара. 2. Контур управления уровнем воды в барабане. Поддержание уров- ня воды в барабане котла в заданных пределах означает соответствие рас- хода питательной воды, поступающей в барабан, расходу пара (нагрузке). К регулированию предъявляются особо высокие требования, так как упуск уровня или перепитка котла могут привести к серьёзным авариям: пережогу экранных труб или забросу воды в магистральный паропровод. На колебание уровня в барабане котла оказывает влияние не только изменение нагрузки, но и явление "набухания" воды - изменение объема, занимаемого паром в пароводяной смеси, проходящей через циркуляцион- ный контур котла. "Набухание" происходит при резких изменениях давле- ния в барабане (сброс или нарастание нагрузки) либо при колебаниях теп- ловыделений в топке, связанных с изменениями подачи топлива или воз- духа. Например, при увеличении расхода пара уровень сначала за счет "набухания" начнет повышаться и только через некоторое время понизится. Значение уровня в барабане котла с датчика уровня поступает на контроллер, где оно сравнивается с заданным значением и где формирует- ся закон управления. Управляющий сигнал от контроллера поступает на исполнительное устройство, расположенное на трубопроводе. Если в статическом режиме положение уровня воды в барабане кот- ла определяется состоянием материального баланса, то в динамике на по- ложение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются изменения: • подачи воды в котел; • паросъема котла при изменении нагрузки потребителя; • паропроизводительности при изменении нагрузки топки; • температуры воды, подаваемой в котел. 3. Контур управления подачей воздуха. Процесс сжигания топлива должен осуществляться с максимальной экономичностью. Топливо, по- ступающее в топку должно сгорать по возможности полностью, а потери выделившегося тепла при его передаче поверхностям нагрева должны быть минимальными. Для экономичного сжигания топлива необходимо, чтобы количество воздуха подаваемого в топку котла, строго соответство- вало количеству тепла, поступающего с топливом, причем коэффициент избытка воздуха - α, определяемый содержанием О2 в продуктах сгорания, должен поддерживаться в соответствии с режимной картой котлоагрегата. Достаточно точное поддержание коэффициента избытка воздуха α затруд- 310 нительно, т.к. газоанализаторы, используемые в настоящее время для ана- лиза уходящих газов, являются инерционными и, следовательно, не по- зволяют получить желаемое качество регулирования. Поэтому подача воз- духа в топку должна регулироваться по косвенным показателям, более или менее точно учитывающим количество тепла, вносимое в топку котла. Ес- ли воздуха будет подаваться больше, чем его необходимо для полного сгорания топлива, то на нагрев этого воздуха в топке расходуется допол- нительное топливо, что снижает КПД котла. При нехватке воздуха в топке будет происходить неполное сгорание топлива, что также снизит КПД. 4. Контур управления подачей топлива. При работе котлоагрегата основным возмущением является изменение потребления пара. При сбросе нагрузки, например, давление в барабане растет. Давление пара поддержи- вается в пределах допустимых отклонений, что обуславливается требова- ниями заданного режима работы. Давление пара отклоняется от расчетно- го значения во всех случаях небаланса между количествами потребляемо- го пара и вырабатываемого и регулируется посредством изменения тепло- выделения в топке, т.е. главным образом изменением подачи топлива. 5. Контур управления разрежением. Для нормального протекания топочного режима в верхней части топки котла поддерживается разреже- ние. Создание устойчивого разрежения в топке должно осуществляться автоматически в пределах от -20 до -30 Па (от -2 до -3 кгс/см²). В противном случае наблюдается выбивание пламени из топки при уменьшении разрежения или присосы холодного воздуха через кладку топки при увеличении разрежения. При отклонении разрежения от нормы подается сигнал на контрол- лер, который воздействует на направляющие аппараты дымососов. Значение разрежения в верхней части топки с датчика разрежения поступает на контроллер, где оно сравнивается с заданным значением и где формируется закон управления. Управляющий сигнал от контроллера поступает на исполнительное устройство, расположенное на трубопроводе дымовых газов. Для обеспечения сбора значений параметров технологических про- цессов котельный агрегат и его технологическое оборудование должны быть оснащены датчиками, а для управления параметрами – исполнитель- ными устройствами. Для осуществления анализа значений контролируе- мых параметров, формирования управляющих воздействий необходимо вычислительное устройство – автоматический регулятор, обеспечивающий сравнение полученных значений параметров со значениями параметров нормального течения процесса – уставок. На основе результатов сравнения регулятор обеспечивает формиро- вание управляющих воздействий на исполнительные устройства с целью 311 компенсации отклонений и восстановления значений параметров, соответ- ствующих нормальному течению процесса. В системе используются датчики:  уровня в барабане;  расхода топлива;  расхода воздуха;  расхода конденсата;  расхода пара;  температуры пара;  температуры питательной воды;  разрежения в топке. Исполнительными механизмами в контурах регулирования являют- ся регулирующие клапаны, приводимые в действие механизмами электри- ческими однооборотными (МЭО). Для того чтобы объединить отдельные контуры регулируемых величин в комплексную модель необходимо проследить взаимосвязи между ними. Заметим, что питательная вода проходит последовательно барабан и пароперегреватель, т.е. выходной сигнал барабана будет являться входным для пароперегревателя. Контуры стабилизации разрежения и расходов топлива и воздуха связаны единым местом протекания процесса – топкой, в которой проис- ходит процесс горения природного газа под определенным разрежением с необходимым для этого количеством воздуха. Исходя из этого, схема комплексной системы автоматизации ко- тельной установки выглядит следующим образом (рис. 3), где К1 ( парас ) – удельная теплоемкость пара (1,97 кДж/(кг·°С)); К2 ( r ) – удельная теплота парообразования (2256 кДж/кг); К3 (1/ нpQ ) – величина, обратная удельной теплоте сгорания топлива (для газа 1/33500 м3/кДж); К4 ( водыс ) – удельная теплоемкость воды (4,2 кДж/(кг·°С)); К5 ( . .пит воды вхT ) – температура питательной воды на входе в водяной эко- номайзер (2500С); ИМ – исполнительный механизм. Вышеперечисленные принципы организации и работы системы ав- томатизации котельного агрегата позволяет гарантированно обеспечить повышение КПД на 2-2,5 % , что позволит, например, после автоматиза- ции газового котла экономить на каждый 1МВт мощности — от 65 куб.м. газа в сутки. При цене газа 70$ за 1000 куб. м. — экономия составит более 120 $ в месяц на каждый 1МВт мощности. 312 313 Литература 1. Ковалев Р.А.; Демин В.К.; Маркова Т.А. Автоматизация процесса производства тепловой энергии: Монография. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. – 111 с. 2. Демин В.К., Маркова Т.А. Математическая модель регулирования уровня воды в барабане парового котла // Материалы конференции «Социально – экономиче- ские и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энерге- тики» - 6-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики.- ТулГУ, Тула, 2011 – Т.1.- с. 519-524. 3. Демин В.К., Маркова Т.А. Законы управления системой регулирования уровня в барабане парового котла // Материалы конференции «Социально – экономиче- ские и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энерге- тики» - 6-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики.- ТулГУ, Тула, 2011- Т.1.- с. 504-508. 4. Демин В.К. Управление паровыми котлами при работе на общую магистраль // Материалы конференции «Социально – экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» - 6-я Международная кон- ференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики.- ТулГУ, Тула, 2011- Т.1.- с. 501-504. 5. Маркова Т.А., Демин В.К., Гречишкин В.Н. Регулируемый асинхронный элек- тропривод котельного оборудования // Материалы конференции «Социально – экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» - 8-я Международная конференция по проблемам горной промыш- ленности, строительства и энергетики.- ТулГУ, Тула, 2012- Т.2.- с. 552-558. УДК 621.3.052. СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ МНОГУРОВНЕВОЙ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ НА СОВРЕМЕННОМ УРОВНЕ Касобов Л.С., Таштабанов Д.Ф., Иноятов М.Б., Давлатшоев Д.Д., Ахьёев Дж.С. Таджикский технический университет имени акад. М.С. Осими Предложен алгоритм управления для предотвращения нарушений устойчивости путем применения многоуровневой противоаварийной автоматики в энергосис- теме Таджикистана в режиме реального времени. Основное направление совершенствования управления энергосис- темой - переход к автоматизированной системе, т.е. управление нормаль- ными и аварийными режимами. Управление энергосистемой в аварийном режиме наиболее эффек- тивно при наличии централизованной энергосистемы противоаварийной автоматики, позволяющей локализовать и не дать развиться аварии или вовсе предотвратить её. При отсутствии же такой системы управления может привести к возникновению и развитию сложных системных аварий. Задача построения современной системы противоаварийной авто- матики особенно актуальна в нашей стране в связи с внедрением проекта CASA-1000 и включением Рогунской ГЭС. С введением этих проектов 314 энергосистема будет трансформирована и транзит электроэнергии, в больших объёмах будет поставлять в страны: Афганистан, Иран, Паки- стан, Китай, Киргизия, Казахстан и юг России. Рост генерирующей мощ- ности и протяжённости сетей приведёт к сложности и многомерности сис- темы. Что потребует от противоаварийного управления сохранять устой- чивость энергосистемы при авариях в сетях 220 ÷ 500 кВ. На рис. 1 пред- ставлена схема энергосистемы Таджикистана сетей 220÷500 кВ (штрих- пунктирными линиями показаны сооружаемые линии по проекту CASA- 1000). Рис.1. Схема энергосистемы Таджикистана и контролируемые сечения Особенностью электроснабжения энергосистемы Таджикистана за- ключается в слабых связях с энергосистемами соседних стран (с 09.11.2009 г.), дефиците генерации в осенне–зимний период, большая часть генерации производиться одной станцией (Нурекской ГЭС установ- ленная мощностью 3000 МВт). В таких условиях, существующие системы противоаварийной авто- матики, построенные из отдельных (разрозненных) устройств могут ока- заться не эффективными. Повышение эффективности противоаварийного управления может быть достигнут путём построения многоуровневой ие- рархической системы противоаварийной автоматики. Устройства управле- ния нижнего уровня в такой системе подчиняются устройству следующего более высокого уровня, которое вместе с другими устройствами того же уровня, подчиняются еще более высокому уровню и т.д. При всем многообразии различных устройств системы противоава- рийной автоматики все их можно разделить на пять основных типов: 1. Противоаварийная автоматика для предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ); 315 2. Противоаварийная автоматика для ликвидации асинхронного режима (АЛАР) или автоматика предотвращения асинхронного хода (АПАХ); 3. Противоаварийная автоматика для ограничения повышения час- тоты (АОПЧ) и ограничение снижения частоты (АОСЧ); 4. Противоаварийная автоматика для ограничения повышения на- пряжения (АОПН) и ограничение снижения напряжения (АОСН); 5. Противоаварийная автоматика для разгрузки (предотвращение недопустимой перегрузки) оборудования (АРО). Противоаварийное управление строится по принципу эшелониро- ванной системы обороны, на каждом рубеже которой используются опре- деленные средства управления для прекращения или ослабления неблаго- приятного развития аварийного процесса и обеспечения перехода к уста- новившемуся (квазиустановившемуся) режиму. 1. На первом рубеже используется наиболее быстродействующие средства (релейная защита, регулирование возбуждения и др.) для макси- мального ослабления аварийного возмущения путем сокращения длитель- ности к.з., форсировки возбуждения генераторов и т.п. 2. На втором рубеже используется комплекс средств, направлен- ных, прежде всего, на сохранение устойчивости параллельной работы (предотвращение асинхронного хода). 3. На третьем рубеже решается задача прекращения асинхронного хода разделением энергосистемы, либо осуществлением ресинхронизации. Тем самым обеспечивается локализация развития аварийного процесса в случае нарушения устойчивости. 4. На четвертом рубеже решается задача предотвращения лавины частоты в отделившихся дефицитных частях энергосистемы, главным об- разом за счет АЧР, с привлечением некоторых других средств (АВР, ФМТ). Наконец, на последнем рубеже в случае дальнейшего развития ава- рийного процесса применяется частотное деление энергосистемы для со- хранения в работе, хотя бы отдельных энергоблоков с выделенной нагруз- кой. Катастрофические аварии, которые, происходили в США, России, а также в республики Таджикистан и в ряде других стран показала, что ос- новными причинами возникновения этих аварий можно считать: – неправильная работа локальных устройств системы противоаварийного управления или отсутствие таковых, предотвращающих развитие аварии и отключение не поврежденных элементов энергосистемы. – отсутствие или неэффективная работа автоматики, обеспечивающей ус- тойчивость станций и их «живучесть». – неправильные действия диспетчерских служб. 316 Из вышесказанного можно сделать вывод, что для предотвращения крупных аварий в энергосистеме необходима многоуровневая современная и эффективная система противоаварийной автоматики. На рис. 2 приведена предлагаемая структурная схема четырехуров- невой иерархической системы противоаварийного управления для энерго- системы Таджикистана со следующими обозначениями:  КСПУ – координирующая система противоаварийного управления всей энергосистемы страны;  ЦСПА – централизованная система противоаварийной автоматики; МСС – межсистемная связь;  ЦУ – централизованное устройство с ограниченным районом управле- ния, Л – локальное устройство. Стрелками указаны направления информационных потоков мощно- сти и управляющих команд. Рис.2 Структурная схема четырехуровневой иерархической системы противоаварийного управления для энергосистемы Таджикистана На высшем (первом) уровне иерархии осуществляется координация устройств ПА второго уровня, а также могут непосредственно формиро- ваться сигналы управления некоторыми объектами общесистемного зна- чения с целью обеспечения устойчивости межсистемных связей между энергосистемами. На втором уровне находятся ЦСПА, осуществляющие управление с целью обеспечения устойчивости основных связей в своем районе управле- ния. Например, в ЭС, а иногда и межсистемных связей с соседними ЭС и ис- пользующие как собственные средства управления, так и те, которыми распо- лагают два низших уровня. Система противоаварийной автоматики, предна- значенная для обеспечения устойчивой работы энергосистем и предотвраще- 317 ния переходных режимов, режимов перегрузки и колебания напряжения. Также это система предназначена для управления устойчивостью работы энергосистем. Включает возможность отключения генераторов, отключение нагрузки, деление энергосистемы и регулирование энергосистемы. На рис.1 показаны сечения, по которым происходит деление энерго- системы на три части. В случае выделения энергосистемы на изолирован- ную работу или со значительным дефицитом мощности, диспетчер полу- чает недостоверную информацию. Для предотвращения нарушения устой- чивости послеаварийного режима на: Кайраккумской ГЭС, ПС Сугд –500, ПС Душанбе–500, ПС Регар, ПС Новая, Нурекской ГЭС, Сангтудинской ГЭС–1, ПС Джангал, Байпазинской ГЭС, Головной ГЭС, Яванской ТЭЦ и в ряде узловых подстанциях. Устанавливается управляющий программно – технический комплекс (ПТК) противоаварийной автоматики и цифровые регистрограммы. Автоматическая дозировка управляющих воздействий выполняется для всех заданных аварийных возмущений на основе измеренных пара- метров режима, ввода информации о состоянии элементов сети, устройств телемеханики и другой информации до аварийного режима. Результаты расчетов выполненных в виде алгоритма, управляющих воздействий (УВ) которые запоминаются в ПТК в виде многомерных таб- лиц (табл. 1). В таблицах задается соответствие величины и характера УВ по конкретному аварийному возмущению (приход пускового органа (ПО) - N) и расчетные перетоки мощности по выделенным сечениям (Pi). Расчетные перетоки мощности по каждому аварийному сечению определяются по выражению: Весь диапазон измерений Pi разбивается на число ступеней ( L ) по которым определяют величину уставок расчетных перетоков мощности (контроль предшествующего режима – КПР) из табл. 1. В общем виде таблица решений для выбора УВ выглядит: Таблица 1 - Решение выбора управляющие воздействие № Нормальный режим Одиночный ремонт 1 … Одиночный ремонт М Двойной ремонт 1 Двойной ремонт К 1 .. L 1 … L … 1 … L 1 … L 1 … L 1 УВ1 …УВ9 0 … 0 … УВ1 … УВ5УВ6 … УВ7 0 … УВ8 N УВ9 .. 0 УВ4 .. УВ5 .. 0 .. УВ1УВ2 .. УВ9 0 .. УВ6 1,2,… ,N - номера одиночных и двойных ПО для данного направления; 1,2,.. ,,L- номера ступеней КПР направления; М - число одиночных ремонтов; К - число двойных ремонтов. 318 Реализация УВ выполняться на отключение нагрузки (ОН), отклю- чение генерации (ОГ), изменение схемы сети (ДС). На рис. 3 приведены примеры, расчетные осциллограммы переход- ных процессов при возмущении на ЛЭП 500 кВ «Юг-Север», которые про- водились по программе «Mustang». При действии на ОН эффективность УВ может составлять всего 40 – 80 %. Это обусловлено тем, что величина фактической нагрузки в узлах реализации ОН (Рфак) отличается от расчетной мощности (Ррас). Для корректировки величины УВ вводится коэффициент, учитываю- щий фактический объем нагрузки потребителей, заведенных под ОН. а) б) Рис. 3. Расчетные осциллограммы переходных процессов (в отсутствии регулирования турбин) (а); с ОГ для предотвращения нарушения динамической устойчивости (б): 1-относительный угол роторов РГЭС и ЭЭС Киргизии; 2, 3-генерация РГЭС; 4, 5- перетоки по ЛЭП 500 кВ. Данный способ корректировки величины УВ весьма грубый. По- этому может быть использован метод, позволяющий учитывать реальную нагрузку, заведенную под УВ (ОН) в каждом узле потребления в до ава- рийном режиме: С учетом этого формируется новая таблица УВ. Формирование всех указанных таблиц решений выполняется по результатам предварительных расчетов устойчивости на моделях энергорайонов на этапе подготовки данных настройки комплекса. На следующем (третьем) уровне находятся централизованные уст- ройства, каждое из которых охватывает сравнительно небольшой район управления. При выделении энергорайонов важной задачей является со- хранение работоспособности станции, путем выделения мощности элек- тростанций на сбалансированную нагрузку, прилегающего района или на собственные нужды. На рис.1 и 2 показано деление энергосистемы Таджи- 319 кистана на три части, конфигурация внутренней сети каждой из выделен- ных ЭС позволяет осуществить оптимальное выделение станций с точки зрения текущего баланса мощности в выделяемом районе. Задача реализу- ется на базе ПТК, устанавливаемых на каждой ГЭС. Основными функциями комплекса являются: – контроль над внутренней схемой сети ГЭС, числом работающих генера- торов, сетью прилегающего района; – контроль величины мощности генерирующих источников, собственных нужд, тупиковых и транзитных линий и расчет перетоков и баланса мощ- ностей по аварийным сечениям – сечения 1, 2 (рис. 1). - расчет и выдача УВ на оптимальное выделение ГЭС при снижении частоты. - расчет и вы- дача УВ (ОН, ОГ) на балансировку в аварийном сечении, образовавшимся при выделении ГЭС на изолированную работу; групповое регулирование активной мощности. Рис.4. Структурная схема противоаварийного управления. Для эффективной ликвидации аварий, связанных со снижением час- тоты (напряжения) при выделении энергосистемы на изолированную рабо- ту. Реконструируются системы АЧР (АСН), которая позволит эффективно предотвращать аварийный процесс с учетом тяжести режимов (величины возникшего дефицита мощности, скорости снижения частоты). Реконст- рукция выполняется на всех подстанциях 35-500 кВ и станциях. В качестве устройств АЧР применяются микропроцессорные устройства с широкими функциональными возможностями. На нижнем четвертом уровне иерар- хии многоуровневой системы противоаварийной автоматики находятся локальные устройства управления, действие которых направлено на обес- печение устойчивости отдельных энергоблоков (электростанций, электро- передач, узлов нагрузки). Предотвращающие термическую перегрузку ли- 320 ний и оборудования, асинхронный режим по воздушным линиям, позво- ляющие ликвидировать основные причины начала и развития системных аварий – выделение крупных энергорайонов на изолированную работу. Задача – предотвратить аварийные режимы, предотвращая недопустимые отклонения частоты, вызываемые аварийными возмущениями путем ступен- чатого воздействия на отключение нагрузки на объектах или изменение схемы сети энергорайона. Для этого необходима установка автоматики на современных микропроцессорных устройствах, установленных на линиях 110 – 500 кВ, входящие в так называемые аварийные сечения. Эффективность противоаварийного управления во многом зависит от уровня развития и надёжности систем сбора и передачи до аварийной и аварийной информации. Реконструкция системы сбора и передачи в сети 110 – 500 кВ ведется путём замены старых устройств (ВЧТО, АВПА – АНКА) на новую современную аппаратуру, применение волоконно – оп- тических линий (ВОЛС), использование беспроводной связи. Предложен- ная системы ПА основана на базе современной микропроцессорной аппа- ратуры, позволяет интегрировать её в любые информационные системы, (АСУ, СКАДА и т.п.). Обеспечив быстрый доступ к текущей и аварийной информации устройств со всех уровней диспетчерского управления и ин- формационный обмен между отдельными уровнями и устройствами ПА. Для обеспечения устойчивости режимов ЭЭС и управления энерго- системой в аварийном режиме необходимо наличие централизованной системы противоаварийной автоматики. Управляющие воздействия долж- ны быть достаточны для сохранения устойчивости ЭС при любых аварий- ных возмущениях. Современная многоуровневая противоаварийная систе- ма управления не возможна без современной системы сбора и передачи информации. Литература 1. Аюев Б. И. Система мониторинга переходных режимов ЕЭС / ОЭС / Б. И. Аюев, П. М. Ерохин, Ю. А. Куликов // Сб. докладов Всероссийской научно-практической конференции “Технологии управления режимами энергосистем XXI века” под ред. А. Г. Фишова.– Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – С. 83-92. 2. В.М. Лопухов Система противоаварийной автоматики крупного промышлен- ного энергорайона на базе современных цифровых технологий / В.М. Лопухов, В.В. Кандалинцев, И.Ш. Фардиев, Ю.В. Щелоков. Cigre, Чебоксария, сентябрь - 2007. 321 УДК 621.311.243. К ВОПРОСУ О ФОРМИРОВАНИИ СТОКА РЕК РАЙОНОВ ПАМИРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МАЛЫХ ГЭС Киргизов А.К., Давлатшоев Д.Д., Иноятов М.Б. Таджикский технический университет имени акад. М.С. Осими В статье рассмотрены, вопросы проектирования малых ГЭС в высокогорных ус- ловиях Таджикистан и методики учета формирования стока горных рек в зависи- мости от их места протекания. На сегодняшний день все страны предлагают свои методики техни- ко-экономического сравнения и проектирования МГЭС. Во всех странах бывшего СССР разрабатываются разные методики, но единого варианта пока не предложено. В основном широко малую гидроэнергетику исполь- зовали до 60-тых годов 20 того столетия, но после ввода больших ГЭС исследование полностью прекратились. Производство гидрооборудования тоже пришло к спаду и требует огромной доработки и разработки новых моделей турбин с более улучшенными характеристиками. На сегодняшний день технико-экономическое обоснование строи- тельство малых ГЭС требует новых обоснований в зависимости от местно- сти, и от состояния экономики региона. В связи со специфическими особенностями Таджикистана технико- экономическое обоснование строительство МГЭС в этих условиях требует принятие дополнительных технических и экономических решений. За го- ды независимости было построено около 300 МГЭС, из которых, больше половина не работают или работают с минимальной мощностью. Причи- нами, которых могут быть использование некачественных материалов; ГЭС порой возводились по недостаточно разработанными проектами с низким качеством строительно-монтажных работ, оснащались неком- плектным оборудованием, нередко переоценивались энергетические воз- можности водотоков. Среди факторов, тормозящих гидроэнергетическое освоение малых рек, можно отметить, прежде всего, слабую изученность режима малых рек и влияния МГЭС на природную среду, а не разработанность методики затрудняет прогнозирования многих сторон их воздействия. Отсутствие материалов по режиму малых рек затрудняет, разработку конкретных про- ектов и оценку степени обеспеченности водными ресурсами отдельных регионов по 90 % ной обеспеченности. В условия Памира, где нет другой альтернативы, кроме использование МГЭС. Расчет водности реки необхо- димо выбирать по 95 % или даже по 100% обеспеченности. Положение дел в Республике осложняется отсутствием современ- ных методов оценки стока малых рек, т.к. использование действующих СНиП – рекомендации нередко приводит к грубым просчетам. В Таджики- 322 стане используют СНиПы России и старые Советские СНиПы, которые не приемлемы в условиях Таджикистана, как с экономической, так и с гео- графической точки зрения. Поэтому необходимо ускорить разработку для конкретных территорий региональных расчетных методов. Ценный мате- риал для изучения режима малых рек дают многолетние наблюдения на водно балансовых станциях и парных бассейнах Госкомгидромета, но сеть этих станций недостаточен для определения энергетического потенциала рек. В наблюдения Госкомгидромета нет достаточных данных по всем ма- лым рекам, что бы определить энергетический потенциал реки, поэтому необходимо хотя бы иметь 10-летние данные наблюдений за стоком воды, чтобы определить гарантированную мощность реки. Ниже мы рассмотрим некоторые вопросы, которые нужно рассмотреть для определения стока реки для условия Памира. Эти факторы являются основополагающими, при формирования стока рек Памира и, исходя из этого, нужно рассчитать ресурс этих рек. Водосборы рек Горно-Бадахшанской Области расположены в пре- делах высочайших горных вершин Памира, имеющих среднюю высоту 5,0–5,5 км и отдельны вершинами более 6–7 км. Такое высокогорное по- ложение определяет особенности формирование стока и условий поступ- ления воды в русло. Влияние рельефа выражается в косвенном воздейст- вии на такие метеоэлементы, как осадки, температура воздуха, интенсив- ность испарения, являющиеся ведущими факторами стока. Основным источником питания рек являются многочисленные ма- лые ледники и вечные снега, расположенные на гребнях хребтов. Район Западного Памира, где находится больше количество рек, характеризуется резко расчлененными рельефом. Фирновая линия располагаются здесь на высотах 4–4.8 км, и поэтому высотные гребни хребтов несут на склонах большое количество ледников и вечных снегов [3]. Достаточно велики и количества осадков – от 600-800 мм в нижней зоне, до 2000 мм в верхней зоне гор. По типу питания, согласно классифи- кации В.Л. Шульца [1] практически все они являются ледниково- снеговыми. Норму годового стока неизученных горных рек, можно принимать по [2]. Изменчивость среднегодового стока на Памире относительно невелика и коэффициент вариации изменяется в пределах 0,12-0,25. Это напрямую свя- зано с преобладающим ледниково-снеговым типом питания, т.к. ледники являются мощным фактором, регулирующим сток [4]. В [4] представлены данные о внутригодовом распределении стока (50, 85 %) рек, протекающих в основном по территории Западного Памира. Следует подчеркнуть, что в силу достаточной зарегулированности стока ледниками и вечными снегами для Памирских рек, внутригодовое 323 распределение стока не зависит от водности года, что значительно облег- чает расчеты. Также очевидна общая закономерность сдвижки максимума стока, с июля на август при продвижении с запада на восток, связанная с увеличением средневзвешенной высоты местности и соответственно воз- растающей ролью ледникового стока. В целом, межень на реках Памира отличается устойчивостью. В этот период происходит постоянный спад уровней воды, минимальные значения их наблюдаются в марте–апреле. Но периодически ход уровней может подвергаться резким колебаниям из-за перекрытий русел рек лави- нами или зажоров, связанных с шугоходами. При этом сток может отсут- ствовать в течении нескольких часов, а то и суток, в случае перекрытие русла лавиной. Кроме этого существуют большие лавинные явления, кото- рых нужно учитывать при технической обосновании проекта. Снежные лавины являются одним из наиболее серьезных препятствий на пути ос- воения горных районов. Существенные влияние лавины оказывают на гидрологический режим рек. Поэтому их учет необходим при осуществле- нии гидроэнергетических мероприятий. По степени лавинной опасности территория Памира можно подразделить на районы со значительной, средней и слабой лавинной опасностью. Памир обычно подразделяют на два района – Восточный и Западный. Граница между ними проводится по условной «линии врезания», западнее которой начинаются активная глу- бинно эрозионная деятельность рек. На Восточном Памире преобладает средне гористый рельеф, а За- падный Памир отличается высокогорьем. Устойчивый снежный покров в долинах Западного Памира наблюдался с ноября по март-май, в долинах Восточного Памира установление снежного покрова охватывают период с августа по октябрь. На малых реках уровни, после просачивания воды через снежник, как правило, постепенно повышается и сток восстанавливается. Поэтому при проектировании МГЭС нужно учитывать средства для борьбы с шугой и уменьшение стока из-за зажора. В случае возникновения зажора могут произойти резкие подъемы от 0,5 до 1,5 м, как правило, это бывает в начале межени, при переходе темпе- ратуры воздуха через 0 °С, когда происходит интенсивное ледообразование. Кроме определения стока нужно еще определить ряд показателей, которые очень сильно зависят от места строительство и геологических характеристик местности. В горных районах Таджикистана нужно учиты- вать селевые потоки, которые возникают во время таяния снегов и во вре- мя сильных осадков. Сели, или бурные горные потоки, насыщенные твер- дым материалом, наблюдаются практически по всей территории Бадахша- на, за исключением районов Восточного Памира. Практически для всех 324 районов Западного Памира наиболее широкое распространение имеют сели дождевого генезиса. Здесь выделяются два периода селеопасности: весенний (апрель- май), когда возможно зарождение мелких грязекаменных потоков ливне- вого генезиса и летний – наиболее опасный (июль-август), когда зарожда- ются редкие, но мощные гляциальные сели высокой плотности. Кроме вышеперечисленного в Таджикистане и, особенно на Памире, колебание температуры очень большое и разняться они от +25 до -60 °С, которое усложняет режим работы МГЭС. Гидротехнические сооружения нужно возводить с учётом устойчивости к таким температурам. В восточной час- ти Памира почти везде наблюдается вечная мерзлота грунта, поэтому при проектирование гидротехнических сооружений (платин, фундамент зда- ний) нужно учитывать эти факторы, чтобы сооружения были надёжными. Такие допущения были и в советское время при строительстве МГЭС «Ак- Су» в Мургабском районе. В условия Памира, когда все малые реки питаются от таяния снегов, но как показывает данные наблюдения Госкомгидромета, в некоторых го- дах в таких районах вообще не выпал снег, что привело к резкому умеще- нию стока воды в эти годы и даже просыханию некоторых малых рек. Ис- ходя из этого, нужно более тщательно исследовать режим реки по более большему циклу, что требует много времени и средств. Таким образом, можно сделать вывод, что до настоящего времени нет общепринятой методики определения основных энергетических харак- теристик МГЭС, и не привязаны к различным районам. Литература 1. Шульц В.Л. Реки Центральной Азии. Научно-исследовательский Институт по гидрометеорологии Центральной Азии. Ленинград, СССР, 1965 2. Абдуллаева Ф.С., Баканин Г.Б., Гордон С.М. и т.д.) Гидроэнергетические ре- сурсы Таджикской ССР. Недра, Ленинград, СССР, 1965 3. Годовые гидрологические отчеты (1960-1985). Том 5. Бассейны рек Централь- ной Азии. Выпуск 0-2, Бассейны рек Амударья и Зеравшан. Управление гидроме- теорологической службы Таджикской ССР. Ташкент 4. Комплексная Программа научно-технического развития Таджикской ССР в 1985-2005. Институт Экономики Таджикской ССР. Душанбе 1983. 325 УДК 620.92:504.06 ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СОЛНЕЧНОЙ И ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЮГА УКРАИНЫ Клименко Л.П., Воскобойникова Н.А. Черноморский государственній университет им. Петра Могилы В статье рассматривается актуальный вопрос возможности энергообеспечения зданий за счет комплексного использования солнечной и ветровой энергии. На ос- нове разработанной математической модели проводится моделирование энерго- и ресурсосберегающего эффекта от внедрения альтернативных источников энер- гии в условиях юга Украины Проблема, которой посвящена статья. Использование возобнов- ляемых источников энергии – ветровой, солнечной, геотермальной, энер- гии биомассы – позволяет, с одной стороны, отказаться от импорта доро- гих ископаемых топлив и обеспечить потребителей гибкими локальными энергетическими установками, а с другой, что наиболее важно – значи- тельно уменьшить загрязнение окружающей среды. Эффективное использование различных возобновляемых источни- ков энергии в энергообеспечении зданий невозможно без сбалансирован- ного использования этих альтернативных источников наряду с сущест- вующими традиционными. Моделирование энергопотребления зданий является нелегкой задачей, которая учитывает не только модель здания и материалов, из которых они сделаны (в том числе изоляции, окон, фунда- мента и т.д.), но и модель положения здания в пространстве, с учетом хода солнца на протяжении года и метеорологических данных, которые должны быть точными и детальными, включая влажность, ветер, дневные и ночные температуры, а также много другой информации. Анализ последних исследований и публикаций показывает, что все больше ученых приходят к выводу, что сегодня следует развивать аль- тернативную энергетику на локальном уровне, т.е. внедрять автономные системы электро-и теплохладоснабжения малой мощности [1-5], но очень мало внимания уделяется вопросу комплексного применения ветровой и солнечной энергии, которые являются наиболее распространенными в ис- следуемом регионе (юг Украины) [6] и могут взаимозаменять и взаимодо- полнять друг друга. В своих работах [1, 7-10] авторы рассматривают прин- ципы моделирования энергосистем с использованием солнечной энергии. В работах [5, 11, 12] представлены основы математического моделирова- ния производства электроэнергии ветроустановками. В научных работах [8, 13] обосновывается необходимость использования дублирующих тра- диционных энергоисточников. 326 Анализ предыдущих исследований позволяет констатировать сле- дующее: при достаточной изученности особенностей внедрения ветро- энергетических и солнечных установок в системы энергоснабжения, раз- витой конструкторской и технологической базе, вопросы эффективного энергоресурсосбережения за счет комплексного применения ветровой и солнечной энергии в системах теплохладоснабжения в климатических ус- ловиях юга Украины исследованы недостаточно. Основной целью данной работы является определение энерго-и ре- сурсосберегающего эффекта от комплексного внедрения солнечных и вет- ровых установок в системы теплохладоснабжения в условиях юга Украины. Применение ветрогелиосистем целесообразно для обогрева, горяче- го водоснабжения и охлаждения зданий. Но ветрогелиосистема, сама по себе, не всегда способна обеспечить все потребности в энергии на тепло- хдадоснабжение здания, поэтому необходимым считается использование традиционных энергоисточников, как компенсирующих. Среди традици- онных источников энергии следует выбрать газ (который сжигается в газо- вом котле), поскольку он является достаточно распространенным видом топлива и при его сжигании в воздух попадает меньше токсичных ве- ществ, а также - электроэнергию из общей электросети, поскольку она доступна с технической точки зрения и может быть подключена к тому же электрическому водонагревателю, что и ветроустановка. Для моделирования энерго- и ресурсосберегающего эффекта от комплексного внедрения ветрогелиоустановок в системы отопления, горя- чего водоснабжения и охлаждения зданий разработана энергоэффективная система теплохладоснабжения (рис.1). Рис. 1. Общая функциональная схема энергоэффективной системы теплохладоснабжения 327 Данная система создана на основе существующих технических ре- шений и не требует дополнительных конструкторских разработок. На основе разработанной функциональной схемы создана матема- тическая модель энергопотоков в системе теплохладоснабжения, позво- ляющая моделировать ресурсосберегающий эффект от внедрения ветроге- лиоустановок. С целью апробации разработанная математическая модель была использована для моделирования процесса теплохладоснабжения отдельного жилого дома в климатических условиях г. Николаева. Для рас- четов были использованы данные о фактической погоде в Николаеве на протяжении года (частота проведения измерений - каждые 3 часа). По ре- зультатам моделирования были построены графические зависимости (рис. 2). лютий 2005 0 20000000 40000000 60000000 80000000 100000000 120000000 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217номер і-того проміжку часу Дж QЕ-і QА-і- вик квітень 2005 0 10000000 20000000 30000000 40000000 50000000 60000000 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153 161 169 177 185 193 201 209 217 225 233 номер і-того проміжку часу Дж QЕ-і QА- і- липень 2005 0 5000000 10000000 15000000 20000000 25000000 1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232 243 номер і-того проміжку часу Дж QЕ-і QА-і- вик жовтень 2005 0 10000000 20000000 30000000 40000000 50000000 60000000 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153 161 169 177 185 193 201 209 217 225 233 241номер і-того проміжку часу Дж QЕ-і QА-і- вик Рис. 2. Уровень энергозатрат QЕ-і здания и их обеспечение за счет альтернативных источников энергии QА-і-вик. 328 Математическое моделирование энергоэффективной системы теп- лохладоснабжения отдельного жилого дома показало, что при заданных начальных условиях, энергосберегающий эффект от внедрения ветроге- лиосистемы составляет 44 ГДж, тогда как общие энергозатраты на тепло- хладоснабжение составляют 67 ГДж, то есть за счет альтернативных ис- точников течение года можно обеспечить 66 % тепловой энергии, необхо- димой жилому дому. Ресурсосберегающий эффект при этом составил 716 м3 газа, если вместо альтернативных источников энергии использовать газовый котел, или 1,96 т угля, если вместо альтернативных источников энергии исполь- зовать теплоснабжения с централизованной котельной, работающей на угле, или 4,33 т угля, если вместо альтернативных источников использо- вать электрический водонагреватель, электроэнергия для которого произ- ведена на ТЭС, работающей на угле. Учитывая положительные результаты моделирования энергосбере- гающего эффекта от внедрения ветрогелиосистемы на примере отдельного дома, было выполнено математическое моделирование ресурсосберегаю- щего эффекта от внедрения предложенных систем на территории Никола- евской области, который составил:  при сравнении систем энергоснабжения, в которых используется ком- бинирование альтернативных и традиционных источников с системами энергоснабжения зданий, в которых используются водонагревательные котлы, работающие на природном газе -110 тыс. м3 природного газа;  при сравнении систем энергоснабжения, в которых используется ком- бинирование альтернативных и традиционных источников с системами энергоснабжения зданий, в которых используется тепловая энергия, выра- ботанная на централизованной котельной станции – 122 тыс. м3 природно- го газа (если котельная работает на газе), или 301 тыс. т угля (если котель- ная работает на угле);  при сравнении систем энергоснабжения, в которых используется комби- нирование альтернативных и традиционных источников с системами энер- госнабжения зданий, в которых используются электрические водонагревате- ли, работающие от общей электросети – 270 тыс. м3 природного газа (если ТЭС работает на газе), или 666 тыс. т угля (если ТЭС работает на угле). В результате моделирования для условий Николаевской области рас- считанный энергосберегающий эффект в течение года составил 5,1·106 ГДж. Выводы. Разработанная математическая модель позволяет моделиро- вать энерго- и ресурсосберегающий эффект от внедрения ветрогелиоустано- вок в системы теплохладоснабжения зданий. Существует возможность, изме- няя технические характеристики системы, достичь необходимого уровня вне- дрения альтернативной энергии в процесс теплохладоснабжения зданий. 329 Комплексное применение ветровой и солнечной энергии в системах теплохладоснабжения с компенсированием энергодефицита от традицион- ных источников реализует возможность энерго- и ресурсосбережения в условиях юга Украины. Математическое моделирование показало, что, внедрив ветрогелиоси- стемы теплохладоснабжения на территории исследуемого региона, возможно будет сэкономить около 50 % традиционных энергетических ресурсов. Литература 1. ВаловМ.М. Казанджан Б.И. Системы солнечного теплоснабжения. – М.: Изда- тельство МЭИ, 1991. – 140с. 2. Енергетична безпека України: Чинники впливу, тенденції розвитку / за ред. М.П. Ковалка, А.К. Шидловського, В.П. Кудрі. – К.: НАН України, АТ «Укренер- гозбереження», 1998. – 160с. 3. Саплин Л.А. Экономическое обоснование использования нетрадиционных во- зобновляемых источников энергии в Челябинской области// Вестник ЧГАУ. Т. 16 – Челябинск, 1996. – С.48-55. 4. Забарний Г.М., Шурчков А.В. Енергетичний потенціал нетрадиційних джерел енергії України./ Національна академія наук України. Інститут технічної теплофізики. – К., 2002. – 211с. 5. Волков Н., Ковалев И. Ортогональные ветродвигатели малой мощности для регионов с невысоким ветровым потенциалом и расчет их аэродинамических ха- рактеристик. The Fifth International Scientific Forum Aims For Future Of Engineering Science. (May 2-8, 2004 - Paris, France). Proceedings. – Paris, Franse 2004. – с.125-128. 6. Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних джерел енергії України./ Інститут електродинаміки НАН України. Державний комітет України з енергозбе- реження. – К., 2000. – 26с. 7. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 208 с. 8. Меладзе Н.В. Солнечно-теплонасосная система теплохладоснабжения курорт- ного объекта // Гелиотехника – 1991 - №5 – С.52-55 9. Денисова А.Е. Аккумулирование энергии в гелиосистемах теплоснабжения// Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2002. - №2. – с.9-12. 10. Ионин А.А., Хлыбов Б.М., Братенков В.Н., Терлецкая Е.Н. Теплоснабжение: Учебник для вузов. / Под ред. А.А. Ионина. – М.; Стройиздат, 1982. – 336с. 11. Неисчерпаемая энергия. Книга 1. Ветроэлектрогенераторы / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. – Учебник. – Харьков: Национальный аэрокосми- ческий университет «Харьковский авиационный институт», Севастополь: Севасто- польский национальный технический университет, 2003. – 400с. 12. Преобразование и использование ветровой энергии/ О.Г. Денисенко, Г.А.Козловский, - К.: Тэхника, 1992. – 174с. 13. Денисова А.Е., Мазуренко А.С. Комбинированные системы теплоснабжения на базе солнечных установок //Экотехнологии и ресурсосбережение – 2002 - №6 – С.14-19. 330 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ УДК 691.33 ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ В КЕРАМЗИТОБЕТОНЕ Жихарев А.А. Кузбасский государственный технический университет В статье рассматривается коррозия металлической арматуры и зависимость её степени от вида мелкого заполнителя, расхода цемента, наличия добавки и тол- щины защитного слоя. Опытным путем установлено, что в керамзитобетоне происходит ак- тивная коррозия металлической арматуры внутри изделий, что уменьшает со временем прочность конструкций и их долговечность. Визуально хоро- шо видно на разрушенных лабораторных образцах (рис.1). Снижается эко- номическая целесообразность использования керамзитобетона. Встает во- прос о защите металлической арматуры, либо о её замене на альтернатив- ные материалы и способы армирования. Рис.1. Арматурные стержни из лабораторных образцов Рассмотрим вопрос о защите арматуры при использовании антикор- розиционных добавок. Такими добавками, согласно ГОСТ 24211- 2008 , могут быть нитрит натрия, тетроборат-натрия или более современные ма- териалы на их основе, например, продукция компании BASF. Для наглядного исследования были изготовлены образцы – балочки 10х10х10 см из керамзитобетона с разным составом, с добавлением доба- 331 вок и без. Использовался различный мелкий заполнитель (песок, зола унос, пылевидная зола. Все испытания проводились для 2 вариантов: с повы- шенным и пониженным расходами цемента (1 - 260 и 2 - 200 кг на м3). По- сле определенного числа циклов (25 циклов) попеременного увлажнения и высушивания образцы подвергли испытанию на прочность при сжатии раз- рушающим методом. Степень коррозии определялась таким образом. На арматуре обра- зовывались либо пятна коррозии, либо точки, либо коррозия была сплош- ная, либо не было вообще. В зависимости от этого для наглядности ре- зультат вынесен на графики. Зависимость степени коррозии от вида заполнителя представлена на рис.2. Однозначно можно отметить, что коррозия гораздо сильнее при ис- пользовании пылеватой золы, по сравнению с другими видами мелких за- полнителей.   Рис.2. Зависимость степени коррозии от вида мелкого заполнителя  Зависимость степени коррозии от наличия добавки представлена на рис. 3. Можно увидеть, что расход цемента в данном случае особого эф- фекта не дает, а вот присутствие добавок значительно её снижают. Осо- бенно эффективно действует нитрит натрия с тетробаратом натрия. Зависимость степени коррозии от толщины защитного слоя пред- ставлена на рис.4. Наибольшая эффективность достигается при слое в 25 мм. По итогам исследования можно сказать, что полной защиты от кор- розии металлической арматуры добиться не получается, хотя можно до- биться уменьшение её степени за счет добавок и увеличения толщины за- щитного слоя бетона. 332   Рис.3. Зависимость степени коррозии от наличия добавки.   Рис.4. Зависимость степени коррозии от толщины защитного слоя Литература 1.http://www.basf-cc.ru 2.www.unibo.ru 3.Степанова В.Ф. Диссертация на соискание степени «Доктор технических наук» «Теоретические основы и практическое обеспечение сохранности арматуры в бе- тонах на пористых заполнителях»- М. 2003.-268 с. 333 УДК 666:539.4 МЕХАНИЗМЫ НАПРАВЛЕННОГО НАВЕДЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ Елькин А.В., Выровой В.Н. Одесская государственная академия строительства и архитектуры. Проведен анализ влияния геометрической формы бетонных конструкций на ха- рактер распределения остаточных (технологических, наследственных, начальных) деформаций. Выявлено, что изменяя геометрические характеристики, можно управлять распределением интегральных деформаций изделий, изменяя тем самым характер структурообразования и свойства конструкций. Введение. Технологический период получения строительных мате- риалов самой широкой номенклатуры (материалы на основе неорганиче- ских и органических вяжущих, керамические материалы и т.п.) и перера- ботки их в изделия сопровождается возникновением и развитием в них начальных (первичных, технологических, предварительных, остаточных) напряжений и деформаций. Эти напряжения присутствуют в изделиях и конструкциях до приложения к ним внешних нагрузок и несут ответствен- ность за обеспечение их эксплуатационной долговечности [1, 2]. По мнению специалистов [3,4,5] одной из причин возникновения технологических деформаций являются объемные изменения твердеющего материала. При этом отмечается, что на распределение интегральных на- чальных деформаций оказывает влияние геометрия изделия или конструк- ции. Поэтому существует реальная возможность управления распределе- нием остаточных деформаций за счет изменения геометрических характе- ристик изделий и конструкций. В связи с этим была определена задача анализа – исследовать влияние особенностей геометрии конструкций на развитие интегральных технологических деформаций и проанализировать это влияние на формирование свойств бетона. Методика проведения исследований. Для анализа распределения технологических деформаций в строительных изделиях и конструкциях в зависимости от их геометрических особенностей использовали графо- аналитический метод. [4] Анализ распределения интегральных технологических деформаций проводили в бетонных изделиях размером 100х150х1200мм с различными коэффициентами формы [6, 7]. Коэффициент формы Кф определяли отно-шением длины нижней грани образца l0 к измененной длине нижней грани l: Кф = l0/l. При анализе приняты следующие значения коэффици-ентов формы: Кф1 = 1,0; Кф2 = 0,997. 334 Контролировали прочность ультразвуковым и неразрушающим ме- тодами. Изделия изготавливали из бетона класса В25, подвижностью П4. Плотность бетона составила 2400 кг/м³, водопоглощение – 5,9%. Тверде- ние бетонных и железобетонных изделий проходило в нормальных усло- виях в течении 7 суток. После распалубки изделия хранились в естествен- ных условиях (t= 20±2 °С и относительная влажность φ=80±15 %) в тече- нии 360 суток. Анализ механизмов формирования интегральных остаточных деформаций. В качестве базового изделия принят изгибаемый элемент, геометри- ческие характеристики которого приведены на рис.1. Применение графо-аналитического метода позволяет проследить кинетику формирования полей деформаций по мере развития собственных объемных изменений, сопровождающих твердение цементов. При анализе кинетики развития деформаций во времени исходим из предположения, что на начальных стадиях схватывания и твердения бетонная смесь в изде- лиях обладает связностью и пластичностью. Это дает основания считать, что на начальных этапах твердения под действием собственных деформа- ций может происходить формоизменение граней изделия без нарушения целостности материала. Последующие деформации должны проявляться на гранях с измененной формой, что должно отразиться на характере фор- мирования интегральных полей остаточных деформаций. На рис. 1 показан поэтапный процесс формирования технологиче- ских деформаций в изгибаемых элементах с Кф=1. На рис. 2 показан поэтапный процесс формирования технологиче- ских деформаций в изгибаемых элементах с Кф=1. Изменение формы не привело к снижению градиентов деформаций, что должно уменьшить тем самым, способность материала конструкции к нарушению собственной целостности. Для экспериментального подтвер- ждения проведенного анализа были определены прочностные свойства бетонных балок. Испытания проводились неразрушающими методами по определению скорости прохождения ультразвука и при помощи прибора ИПС-МГ 4.03. Скорость ультразвука в каждой точке вычисляли как сред- нее из трех определений. По методике определения прочности при сжатии, при помощи прибора ИПС-МГ 4.03, среднее значение вычисляли из шести показаний. Определена скорость ультразвука в бетонных балках с Кф=1 и Кф=0,997. 335 III IV VIII VI VII III IV VIII VI VII б в 2 3 Х У Х У 0 0 a) б) Рис. 1 Характер формирования интегральных полей интегральных остаточных деформаций в базовой балке: а – начальный этап формирования технологических деформаций; б – последующий этап развития технологических деформаций 2 – результирующая перемещений выделенных точек; 3 – конфигурация полей остаточных деформаций; I…VII – выделенные точки на поверхности центрального сечения. III IV VIII VI VII VIII Х XIIХ III IV VIII VI VII VIII Х XIIХ б 3 Х У 0 I Х У 0 4 a) б) Рис. 2. Характер формирования интегральных полей интегральных остаточных деформаций в балке с измененной гранью а – начальный этап формирования технологических деформаций; б – последующий этап развития технологических деформаций 3 – результирующая перемещений характерных точек; 4 – вид полей остаточных деформаций; I…XI – выделенные характерные \точки для анализа относительной величины и направления деформаций. 336 На рис. 3 приведена схема расположения характерных точек на бе- тонных балках в которых определяли скорость прохождения ультразвука и прочность при сжатии. Рис.3. Точки измерения скорости в бетонных балках с Кф=0,997 и Кф=1 В табл. 1 приведены результаты по изменению скорости ультразву- ка в бетонных балках с различными коэффициентами формы нижней про- дольной грани. Анализ результатов показывает, что скорость ультразвука в различ- ных точках в бетонной балке с Кф=1,0 практически одинаковы. Это свиде-тельствует о достаточно равномерными значениями скорости ультразвука, как вдоль балки, так и по ее различным сечениям. Скорость ультразвука в балке с измененной формой нижней грани вдоль грани с Кф=1,0 (точки 1, 2, 3, 4, 5) практически не изменяются по сравнению с балкой Кф=1,0. По мере перехода к нижней гране балки ско-рость ультразвука увеличивается до 11 %. Максимальных значений ско- рость ультразвука достигает в точках12, 13, 14. Проведенные исследования позволяют заключить, что при измене- нии коэффициента формы одной из продольных граней балки происходит такое распределение остаточных деформаций, при котором происходит самоуплотнение твердеющего бетона, о чем свидетельствует увеличение скорости ультразвука. Результаты определения прочности бетона в выделенных точках с разными коэффициентами формы при помощи прибора ИПС-МГ4.03 при- ведены в табл.2. Анализ полученных результатов показывает, что изменение проч- ности при сжатии бетона в балке с Кф=1,0 не превышает 11 %. Прочность бетона в центральном сечении балки с Кф=1,03 (точки 12, 13, 14) изменяет- 337 ся на 12,5 МПа. При этом увеличение прочности до 32 % (точка 13) соот- ветствует участку бетонной балки с повышенной скоростью прохождения ультразвука. Проведенные исследования подтвердили влияние геометри- ческих особенностей изгибаемого элемента на перераспределение в нем остаточных деформаций, что самопроизвольно приводит к изменению плотности и прочности бетона по сечению изделия. Выводы. Проведенные исследования позволяют заключить, что изменение характера формирования технологических деформаций за счет изменения геометрических характеристик изгибаемых элементов вызывает изменение прочности бетона по сечению изделия. Экспериментальные исследования показали, что скорость ультразвука на трансформируемой грани балки вше по сравнению со скоростью ультразвука на ровной грани. При этом прочность бетона увеличилась до 32 %. Распределение объемных изменений, вызванных физико- химическими превращениями твердеющих вяжущих, определяется формой образца, изделия или конструкции, формируя поле остаточных (наследст- венных, технологических, начальных) деформаций. При этом происходит взаимовлияние различных по виду и природе явлений и процессов, обуслав- ливающих создание интегральной структуры образцов. Литература 1. Дорофеев В.С., Выровой В.Н. Технологическая поврежденность строительных материалов и конструкций. – Одесса: Город мастеров, 1998. – 168 с.. 2. В.М. Виноградов. Остаточные напряжения в деталях из пластических масс / Ж. Пластические массы, 1975, №4. – С.20-31 3. Выровой В.Н., Дорофеев В.С., Фиц С.Б. Бетон в условиях ударных воздейст- вий. Одесса: Внешрекламсервис, 2004.–270 с. 4. Остаточные деформации и их роль в формировании свойств композиционных материалов и конструкций. Выровой В.Н., Макарова С.С., Мартынов В.И., Дорофеев А.В., Острая Т.В., Резникова Л.И. / Сб. науч. тр. Современные строительные конст- рукции из металла и древесины. Часть 2. – Одесса – 2006. – С. 6-13. 5. Выровой В.Н., Дорофеев В.С., Суханов В.Г. Моделирование конструкций как сложных систем // Весник ОГАСА, выпуск № 28, 2007. – С. 64 – 70. 6. Поздеев А.А., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения: теория и приложения. – М.: Наука, 1982. -112 с. 7. Острая Т.В., Выровой В.Н. Характер распределения технологических деформа- ций в строительных изделиях // Вестник ОГАСА, выпуск № 27, 2007. – С. 252 – 260. 8. И.А. Биргер. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. - М.: Машгиз, 1963.-232 с. 9. Роуланс Р. Остаточные напряжения / Роуланс Р. // Экспериментальная механи- ка. - М.: Мир, 1990. - С. 283-335. 10. Давиденков H.H. Об остаточных напряжениях / Давиденков H.H. // Заводская лаборатория. - 1935. - IV. - №6. - С. 688-693. 338 Таблица 1. Изменение скорости ультразвука в сечениях бетонных призм с различными значениями коэффициентов форм. Балки с разл. Кф. Скорость ультразвука, м/с, в точках № т. Кф. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Кф=1 23,4 24 23,1 22,6 22,9 23,5 23 22,9 24,3 23,4 22.7 22.7 21.8 22.5 21.6 Кф=0,997 24,1 23,3 23,8 25 25,8 24,5 24 24 23,5 24,1 - 25,2 24,5 24,5 - Таблица 2. Влияние коэффициентов формы балок на изменение прочности бетона Балки с разл. Кф. Предел прочности бетона при сжатии , МПа, в точках № т. Кф. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Кф=1 35,6 35,8 34,9 35,6 34,8 39,2 36,1 36,2 37,1 36,2 35,9 36,1 37,0 36,8 35,9 Кф=0,997 35,8 36,1 38,0 35,9 34,0 40,0 38,8 38,9 45,0 41,0 - 43,0 48,5 47,0 - 338 339 УДК 539.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ С РАСТЯЖЕНИЕМ БЕТОНА В-30 Зиборов Л.А., Теличко В.Г. Тульский государственный университет, г. Тула, Рассматриваются результаты экспериментального исследования прочности бе- тона В-30 при сжатии с растяжением для простого нагружения и предложенно- го условия прочности. В задачу проектирования железобетонных конструкций входит обеспечение прочности по предельным состояниям и снижение материа- лоемкости. Решение этих вопросов возможно на основе теоретического и экспериментального исследования прочности бетона в условиях сложного напряженного состояния. Проведение экспериментов по исследованию прочности бетона в условии сложного напряженного состояния имеет определенные техниче- ские трудности [3 - 5] по изготовлению образцов и по проведению опытов. Выбор критерия прочности бетона, обладающего различным сопротивле- нием растяжению и сжатию, не имеет необходимого проектного решения [1, 8, 9]. Условие прочности должно удовлетворять экспериментам и иметь простой аналитический вид, позволяющий использовать его для решения инженерных задач [6, 7]. Среди существующего большого числа [1, 8, 9] теорий прочности с различным сопротивлением одноосному растяжению и сжатию, применяе- мых к бетону, можно отметить условие Г.А. Гениева [1], в котором исполь- зуются два базисных параметра, определяемых для простого растяжения и сжатия, и пятипараметрическое условие прочности [2]. Предложено [2] условие прочности в виде поверхности второго по- рядка.    2 2 2 1 2 3 12 1 2 23 2 3 13 1 3 1 2 3b bt b bt A A A R R R R                        , (1) где 1 2 3    – главные напряжения; bR – предел прочности при сжа- тии ( 1 2 30, )bR      ; btR – предел прочности при растяжении 1 2 3( , 0)bR     ; 12 23 31, , A A A – экспериментально определяемые пара- метры [2]. Проверка и определение 12 23 , A A для бетона В-30 рассмотрено ранее [3, 4]. Для сжатия с растяжением 1 2 30     условие (1) имеет вид:   2 21 3 13 1 3 1 3b bt b btA R R R R           , (2) 340 где 13 22 b btR RA T   , (3) T – предел прочности при сдвиге ( 1 3 2, 0)T      . Из условия (1), когда 12 23 31 1A A A    , для двупараметрического условия [1] величину T получим 3 b btR RT  . (4) Для определения величин 13 , , b btA R R и экспериментальной проверки (1) в виде (2) бетона В-30 при растяжении со сжатием проведены испыта- ния бетонных тонких трубчатых образцов. Сжатие с растяжением достигалось сжимающей осевой силой прес- са и внутреннего давления воздуха, поступавшего в резиновый цилиндр, расположенный внутри трубчатого образца. Осевые усилия от гидростати- ческого давления погашалось специальной конструкцией. Эксперимен- тальные данные обрабатывались как для тонких труб. Размеры трубчатых образцов: общая длина 800 мм; рабочая часть 450 мм; внутренний диаметр 187 мм; толщина стенки рабочей части 11 мм, опорной части 21,5 мм. Об- разцы бетонировались в вертикальном положении в разборной металличе- ской опалубке штыкованием с вибрацией из цемента М-400, состав бетона (цемент, песок) 1:3, водоцементное отношение 0,33. Образцы распалубливались в возрасте двух дней, затем хранились влажной среде, из одного замеса готовились три трубчатых образца и кон- трольных кубика. Размеры и форма трубчатого образца даны на рис. 1. Испытание на сжатие с растяжением трубчатых образцов проводи- лось при простом нагружении при различных соотношениях главных на- пряжений 1 3/  . В таблице 1 приведены результаты испытания и даны средние значения ( )1 m , ( )3m обработка данных по одной серии из трех образцов. На основании экспериментов параметр 13A определяем из условия (3). Для сжатия с растяжением 1 2 30     с учетом эксперименталь- ных данных и параметров 13A , bR , btR для бетона В-30 получим условие (3) в таком виде:  2 21 3 1 3 1 310, 20 24,50 64,56          . (5) 341 Рис. 1. Размеры трубчатого образца Таблица 1. Результаты испытания № серии Радиальное растяжение ( ) 1 m , МПа Осевое сжатие ( )1 m , МПа 1 2,40btR  0 2 2,38 -0,35 3 2,36 -0,79 4 2,33 -1,41 5 2,30T  2,30T   6 2,12 -3,53 7 1,73 -5,21 8 1,42 -9,89 9 1,21 -21,81 10 0 26,9bR   342   Рис. 2. Результаты испытания на сжатие бетона В-30; а – условие (2), 5; б – двупараметрическое условие прочности (4) [1]. Итак, прочность бетона для сжатия с растяжением по условию (2) в виде (5) уменьшается в сравнении с простым растяжением или сжатием; прочность бетона при чистом сдвиге можно принять 1 3 0,9 0,95 btT R      ; увеличение расчетных параметров до пяти в условии (1) в виде (2) позволяет получить хорошее совпадение экспери- ментальных данных и предельного условия (1); условие (1) в виде (2) име- ет простой аналитический вид и не вызывает затруднения в расчетах проч- ности при известных главных напряжениях. Литература 1. Гениев Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона / Г.А. Гениев, В.Н. Киссюк, Г.А. Тюпин. – М.: Стройиздат, 1974. – 316 с. 2. Зиборов Л.А. Проблемы освоения подземного пространства / Л.А. Зиборов // Труды межд. Конференции. – Тула: ТулГУ, 2000. – С. 54-58. 3.Теличко В.Г., Зиборов Л.А. Условие прочности при двухосном сжатии бетона класса B-30 // 8-ая Международная конференция по проблемам горной промыш- ленности, строительства и энергетики: «Социально-экономические и экологиче- ские проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». 1-2 ноября. – Тула-Донецк-Минск: Изд-во ТулГУ, Т.2, 2012 – С. 204-207. 4.Теличко В.Г., Зиборов Л.А. О прочности бетона В30 при двухосном растяжении // Сборник материалов XIII Международной научно-технической конференции: «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. – С. 21-22. 5. Кублань И.Я. Разрушение сложно нагруженного бетона / И.Я. Кублань // Иссле- дования по бетону и железобетону. – Рига, 1960. – сб. V. – С. 223-229. 6. Теличко В.Г. Моделирование напряженно-деформированного состояния оболо- чечных конструкций из железобетона / В.Г. Теличко, А.А. Трещев // Известия Тул- Гу. Сер. Строительные материалы, конструкции и сооружения. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. – Вып. 8. – С. 147-161. 343 7. Теличко В.Г. Определение напряженно-деформированного состояния трубчатых железобетонных оболочек при чистом кручении методом конечных элементов / В.Г. Теличко, А.А. Трещев // Вестник Чувашского государственного педагогиче- ского университета им. И.Я. Яковлева. Сер. механика предельного состояния. – Чебоксары: ЧГПУ, 2007. – №1. – С. 138-156. 8. Толоконников Л.А. О форме предельной поверхности изотропного тела / Л.А. Толоконников // Прикладная механика. – 1969. – Вып. 10. – Т.5. – С. 123-130. 9. Филоненко-Бородич М.М. Механические теории прочности. / М.М. Филоненко- Бородич. – М.: МГУ, 1961. – 89 с. УДК 539.384.6 РАСЧЕТ ШАРНИРНО ОПЁРТОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЮЩЕГОСЯ МАТЕРИАЛА НА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ В СВЯЗАННОЙ ПОСТАНОВКЕ ПРИ КОНЕЧНЫХ ПРОГИБАХ Делягин М.Ю., Трещёв А.А. Тульский государственный университет Рассмотрена задача расчета пологих сферических оболочек из материалов, свой- ства которых зависят от вида напряженного состоянии, на сочетание механиче- ской и температурной нагрузок при конечных прогибах. Оценено влияние разносо- противляемости, связанности и геометрической нелинейности на напряженно- деформированное состояние шарнирно опертой сферической оболочки из конст- рукционного графита АРВ. У большинства новых материалов проявляется зависимость меха- нических и температурных свойств от вида реализуемого в точке напря- женного состояния. Для описания эффекта разносопротивляемости вос- пользуемся методикой нормированных пространств напряжений [1, 2]. Дополнительно учтем температурные эффекты деформирования, возни- кающие вследствие связанности полей напряжений и температур, что осо- бенно важно для конструкций энергетической отрасли, а также геометри- ческую нелинейность, которая свойственна тонкостенным оболочкам. Уравнения состояния изотропного разносопротивляющегося мате- риала, находящегося в температурном поле, получим в пространстве глав- ных напряжений, применив операции дифференцирования к термодина- мическому потенциалу Гиббса [1], в форме /k ke    и /L T   . Переходя к цилиндрической системе координат и используя статическую гипотезу Кирхгофа-Лява, принимаем 0z  , тогда, с учетом осесиммет- ричного загружения получим: 344                 2 2 2 2 0 0,5 1 ; 0,5 1 ; / , r r t r r r r r r t r r t r r r r t t t r r t t e A C A B D B D B e A C A B D B D B L A B A B C T                                                                                            1 где ,re e – радиальные и окружные деформации, ,r   – радиальные и окружные напряжения, , , , , ,t tA B C D A B – константы потенциала [1, 2], 1 10,5 ,A E E       1 10,5 ,B E E       0,5 ,C E E            0,5 ,D E E             1 10,5 ,t t tA      1 10,5 ,t t tB     E , E ,   ,   , 1t , 1t – модули упругости, коэффициенты Пуассона и коэффи- циенты линейного теплового расширения материала при одноосном рас- тяжении (+) и одноосном сжатии (-) соответственно; /r r S  , / S   – нормированные напряжения, 2 2rS    – норма про- странства напряжений или модуль вектора полного напряжения, L – плот- ность энтропии, 0T T   – величина изменения температуры, T – теку- щая температура в точке оболочки, 0T – начальная температура оболочки. При конечных прогибах и зависимости свойств материала от вида напряженного состояния задача о деформировании пологой сферической оболочки постоянной кривизны становится и геометрически, и физически нелинейной, поэтому решение будем искать в приращениях функций. Ли- неаризацию проводим на начальном этапе построения разрешающей систе- мы уравнений согласно методу последовательных нагружений В.В. Петрова. Приращения деформаций ,re e  выразим через приращения на- пряжений ,r   и изменений температур   с учетом уравнений (1): 11 12 13 21 22 23 ; ; r r r e e                           2 345 где  3 2 3 211 2r r r r r e A B D D                  3 2 5 5 3 2 2 30,5 2 4 2 / ;r r r r r tB D B S                          2 3 312 21 2r r r r r ee C B D                          2 4 3 20,5 3 3 / .r r r t rB D B S                     3 2 313 22; 2r t t r r ree A B A B D                      2 3 2 5 5 2 3 3 20,5 2 4 2r r r r rD B D                          23/ ; .t r t t e B S A B           Выразим из уравнений (2) приращения главных напряжений: 11 12 13 21 22 23 ; , r r r B e B e B B e B e B                     3 где 11 22 / ;B    12 21 / ;B    21 12 / ;B    22 11 / ;B     13 13 21 23 11 / ;B         23 23 12 13 22 / ;B        11 22 12 21.      Компоненты тензора деформаций представим в рамках формализма Т. Кармана [4]: 2 , , , ,0.5 ; ,r r r rr r u ze u kw w zw e kw w r r         4 где ,u w – радиальные перемещения и прогибы срединной поверхности, k – кривизна оболочки, r – радиальная координата, z – вертикальная координата, отсчитываемая от срединной поверхности оболочки. Пренебрегая малыми высшего порядка, получим выражения для приращений деформаций:         ,, , , , ; . r rr r rr r e u k w w w z w u ze k w w r r                 5 Определим приращения усилий: 346 / 2 / 2 /2 / 2 / 2 /2 / 2 / 2 ; ; ; . h h r r h h h h r r h h N d z N d z M zd z M zd z                          6 Уравнения равновесия для сферической оболочки под воздействием равномерно распределенной нагрузки с учетом геометрической нелиней- ности имеют вид:       , , , , , , / 2 / ; / / 0. r rr r r r r r rr r r r r r r M M r M r k N N N w q N N N r k M M M r                     7 Пренебрегая малыми высшего порядка, получим линеаризованные уравнения:                     , ,, , , , , / 2 / ; / / 0. r rrr rr r r rr r rr r r r rr r M M r M r k N N N w N w q N N N r k M M M r                                     8 Уравнение притока тепла определим, подставляя выражение для плотности энтропии разносопротивляющегося материала в уравнение теп- лопроводности Фурье:     , , 0,, 0,zz t t r t ttC A B S T U             9 где  – коэффициент теплопроводности, C – теплоемкость материала при постоянном напряжении, U – удельная мощность источников тепла. Уравнение теплопроводности в приращениях примет вид:            , , 0,, , 0. zz t t r t r r tt t C A B T U                             10 Два уравнения равновесия и уравнение теплопроводности должны решаться совместно для учета связанности полей напряжений и темпера- тур. Подставляя в уравнения (8) и (10) зависимости (3), (5), (6) получим систему линеаризованных дифференциальных уравнений в частных про- изводных относительно приращений прогибов, радиальных перемещений и изменений температур: 347                                           11 11 12 13, , , , 14 14 15, , 16 17 1, 21 22 23 24, , , 25 26 27 2, , 31 32 33 34, , ,, , 35 ; ; rrrr rrr rr r rrr rr qr rrr rr r qrr r rt t rtzz t J w K w K w K w K w J u K u K u K u q K K w K w K w K w K u K u K u K K K u K w K w K                                                                          36 37, , , 38 39 310, 311 312, 0, rrt t r rr r w K u U K u K u K w K w K w K                            где ,ij ijJ K - функции накопленного к рассматриваемому моменту нагру- жения напряженного состояния. Разрешающую систему линейных дифференциальных уравнений необ- ходимо дополнить граничными и начальными условиями в приращениях. Гра- ничные условия для шарнирного опирания по контуру запишутся следующим образом: 0; 0; 0.rw M u     Для центра оболочки:  , 0; 0.rw u   Температурные начальные условия в приращениях примут вид:    / 2 0; / 2 0.z h z h       С помощью метода конечных разностей перейдем к системе линей- ных алгебраических уравнений. Решать систему будем дважды на каждом этапе нагружения согласно двухшаговому методу последовательного воз- мущения параметров В.В. Петрова [4]. Это позволит многократно сокра- тить погрешность линеаризации методом последовательных нагружений и уменьшить требуемое количество шагов по нагрузке и затраты машинного времени. Для полного учета эффекта разносопротивляемости на первом этапе необходимо дополнительно решить задачу о малых прогибах обо- лочки итерационным методом упругих решений А.А. Ильюшина. Алго- ритм программы был реализован в среде MATLAB. С помощью разработанной программы была рассчитана шарнирно опертая пологая сферическая оболочка радиусом в плане 1b м со стре- лой подъема 0.08 м и толщиной 0.04 м из конструкционного графита АРВ 348 с характеристиками: 0.375 ,E ГПА  0.613 ,E ГПА  0.2,   0.35,   6 11 4 10 ,t K    6 11 6 10t K    . Максимальная поперечная нагрузка была ограничена величиной 195 кПа. Начальная температура оболочки 300 К. На верхней поверхности температура понижалась до 285 К, а на нижней повышалась до 325 К. Чтобы количественно оценить различные эффекты, учитываемые в расчете, задача рассматривалась в четырех различных постановках. Пер- вый вариант постановки задачи – геометрически нелинейный расчет с уче- том разносопротивляемости и связанности. Этот вариант принимался за базисный и на всех рисунках условно обозначался «СРС». Для оценки энергетических эффектов деформирования рассматривалась несвязанная задача термоупругости разносопротивляющегося материала, а результаты решения несвязанной задачи на графиках обозначаются «НРС». Результа- ты решения связанной задачи без учета разносопротивляемости с осред- ненными термомеханическими характеристиками из опытов на одноосное растяжение и одноосное сжатие на рисунках обозначены «ОСР». Такая модель позволит вычислить влияние разносопротивляемости на напря- женно-деформированное состояние оболочки. Для выявление поправок в распределениях усилий вследствие конечных деформаций рассматривает- ся геометрически линейная связанная задача термоупругости оболочки с учетом зависимости свойств материала от вида реализуемого в точке на- пряженного состояния. На графиках такая постановка задачи обозначается «ЛИН». На рис. 1 показаны прогибы оболочки. Наибольшее влияние на ве- личину прогиба оказывает учет разносопротивляемости. Отличие от реше- ния с осредненными характеристиками составило 54 %. Наименее значи- тельно в рассматриваемой задаче проявляется эффект связанности. Расхо- ждение между связанным и несвязанным решением не превышает 5 %. Поправка для величины максимального прогиба за счет геометрической нелинейности составила 25 %. На рис. 2 представлено распределение радиальных напряжений на верхней и нижней поверхностях оболочки вдоль радиуса. Поправки в ра- диальные напряжения за счет учета зависимости свойств материала от ви- да напряженного состояния достигают на верхней поверхности 22 %, на нижней – 12 %. Расхождения между геометрически линейным расчетом и расчетом по нелинейной теории типа Т. Кармана для величины напряже- ний не превосходят 20 %. Влияние связанности проявляется незначитель- но. Расхождение между несвязанной и связанной постановками задачи в величине радиальных напряжений составляет 5 %. 349 Рис. 1. Прогибы оболочки Рис. 2. Радиальные напряжения На рис. 3 показано распределение окружных напряжений на верх- ней и нижней поверхностях оболочки вдоль радиуса. Поправки для ок- ружных напряжений за счет разносопротивляемости достигают 23 %. Рас- хождение между геометрически линейным и нелинейным расчетами для величин окружных напряжений достигает 25 %. Учет связанности полей напряжений и температур вносит поправки до 5 % в распределение ок- ружных напряжений. 350 Рис. 3. Окружные напряжения Были выявлены значительные эффекты, вызванные разносопротив- ляемостью материала исследуемой конструкции. Фактором, в наибольшей степени определяющим несущую способность сферической оболочки, яв- ляются радиальные напряжения. Поправки в радиальные напряжения при шарнирном опирании составили 22 %, а при жестком защемлении они дос- тигали 56 % [5]. На основании этих фактов можно сделать вывод, что количе- ственные проявления рассматриваемого эффекта усиливаются при более слож- ных видах напряженного состояния. Литература 1. Матченко Н.М., Трещев А.А. Теория деформирования разносопротивляющихся материалов. Прикладные задачи теории упругости. М.: Тула: РААСН; ТулГУ, 2004. 211 с. 2. Трещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения. М.: Тула; РААСН; ТулГУ, 2008. 264 с. 3. Karman Th. Festigkeitsprobleme in Machinenbau. Enzyklopadie der Mathematischen Wissenschaften. Bd IV. Mechanik, Teilband 4, Hft 3, Art 27, Punkt 8. Ebene Platten. Leipzig: B. G. Teubner, 1910. S. 311-385. 4. Петров В.В., Кривошеин И.В. Методы расчета конструкций из нелинейно де- формируемого материала // Учеб. пособие. М.: Издательство Ассоциации строи- тельных вузов, 2009. 208 с. 5. Трещёв, А.А. Решение связанной задачи термоупругости для сферической обо- лочки из разносопротивляющегося материала с учетом геометрической нелинейно- сти / А.А. Трещёв, М.Ю. Делягин // Вестник Чувашского государственного педаго- гического университета им. И.Я.Яковлева. Серия Механика предельного состоя- ния. Чебоксары: ЧувГПУ. 2012. №3(13). С. 18-26. 351 УДК 539.384.6 ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СООТНОШЕНИЯ ТЕРМОУПРУГИХ ИЗОТРОПНЫХ СУЩЕСТВЕННО НЕЛИНЕЙНЫХ РАЗНОСПРОТИВЛЯЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ Делягин М.Ю., Теличко В.Г., Астахов Д.С. Тульский государственный университет Получены определяющие соотношения для существенно нелинейных изотропных разносопротивляющихся материалов. Рассмотрена методика построения конеч- ного элемента для решения связанных задач термоупругости материалов, свойст- ва которых зависят от вида напряженного состояния. Во многих новых конструкционных материалах проявляется зави- симость механических и температурных свойств от вида реализуемого в точке напряженного состояния [1, 2]. Характер деформирования этих ма- териалов обладает явно выраженным нелинейным характером. В связи с этим классические модели механики деформируемого твердого тела могут приводить к большим неточностям в расчетах. Для построения опреде- ляющих соотношений, адекватно описывающих поведение таких материа- лов при термомеханическом нагружении, предлагается использовать по- тенциал Гиббса в форме [3]:              2 2 0 0 2 2 0 0 2 1 2 0 1 0 0 cos 3 cos 3 . e e e e e n e e e e e t t t A B C D E A B C D E C b b b T                                                        (1) Здесь ,eA ,eB ,eC ,eD eE – константы линейной части потенциала, ,pA ,pB ,pC ,pD pE – константы нелинейной части потенциала, 1,tb 2tb – константы части потенциала, связывающий поля напряжений и тем- ператур, C – теплоемкость материала при постоянном давлении, 0cos S    , 0sin S    – гармонические функции, которые трактуются как нормированные нормальные и касательные напряжения на октаэдрической площадке; cos3 – фазовый инвариант, 0 3ij ij   – средние нормальные напряжения; ij – компоненты тензора напряжений; ij – символ Кронекера; 2 20 0 0S    ; 0 3ij ijS S  – октаэдрические касательные напряжения; 0ij ij ijS     – компоненты девиатора напря- жений, 0Т Т   – изменение температуры от начального ненапряжённо- 352 го состояния; Т – конечная температура в точке тела; 0T – начальная тем- пература в точке тела в ненапряжённом состоянии. На основе предложенного потенциала (1) строятся определяющие соотношения для изотропных разносопротивляющихся материалов, нахо- дящихся в поле действия температур. Для решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела предлагается построить новый конечный элемент в виде тетраэдра с четырьмя узлами. Система разре- шающих уравнений МКЭ для связанной термоупругости при статических нагрузках записывается в виде:                     0 0 , 0 ut tu t t K Ku u F T QC C T K                                                      (2) где  u – вектор перемещений;  T – вектор температур;  u – вектор скоростей изменения перемещений;  T – вектор скоростей изменения температур, в расчетах для аппроксимации производных по времени будем применять неявную разностную схему;  F – вектор узловых механиче- ских нагрузок;  Q – вектор узловых температурных нагрузок;       T vol K B D B dx dy dz   – матрица жесткости КЭ в виде тетраэдра при механическом нагружении;  B – матрица деформаций,  D – матри- ца упругости;       T Tut vol K B C dx dy dz        – термоупругая со- ставляющая матрицы жесткости;     D  ,    11 22 33 0 0 0 T    , 1 213 , 1, 2,33tij tij ij i b b      – коэффи- циенты линейного теплового расширения материала по направлениям ко- ординатных осей, зависящие от вида напряженного состояния,  C – мат- рица интерполяционных функций;     Tt T T T vol K B D B dx dy dz       – элемент матрицы теплопроводности;        TTB L C C T ; 353   T L x y z          – вектор оператор;   11 22 33 0 0 0 0 , 0 0 TD           11 22 33, ,   – коэффициенты теплопроводности материала по направлениям координатных осей; 0 Ttu utC T K        – элемент матрицы термоупругого затухания;   Tt vol C С C C dx dy dz       – элемент матрицы темпера- турного затухания. Для определения матрицы  D получим зависимости между деформациями и напряжениями с помощью дифференцирования потенциала Гиббса без температурной составляющей: ij ijkm kme A  ;  , , , 1, 2,3 ,i j k m  где   1111 1122 1133 1112 1123 1113 2211 2222 2233 2212 2223 2213 1 3311 3322 3333 3312 3323 3313 1211 1222 1233 1212 1223 1213 2311 2322 2333 2312 2323 2313 1311 1322 1333 1312 1323 1313 ijkm A A A A A A A A A A A A A A A A A A A D A A A A A A A A A A A A A A A A A A         ;                    3 2 3 33 22 0 0 0 0 11 3 2 1 3 33 22 0 1 1 1 1 11 4 1 1 3 3 3 1 2 6 cos 3 3 3 1 2 3 2 2 4 1 1 3 3 3 2 6 cos 3 3 3 1 2 3 e e e e e e e e e p p p n u p p p B C D E E A B D E S B C D Y n E E A A                                                                                      0 0 0 ; 2 2p p pB D E S                       354 22 31122 2211 3 1 22 33 1 2 2 6 26 3 3 3 3 2 2 6 26 ; 3 3 3 3 e e e e n u p p p p A D E E C Y n D E C A E                                   22 31133 3 1 2 331 2 3 1 3 1 2 2 6 26 3 3 3 3 2 2 6 26 ; 3 3 3 3 e e e e n u p p p p D E E C Y n D E E A C A                                   1 1211 1212 1211 6 6 ; 9 9 n e u pA E Y n EA           1 231123 2311 23 10 6 10 6 ; 9 9 n e u pA E Y EA n          1 131113 1311 13 6 6 ; 9 9 n e u pA E YA n E               2 3 3 11 22 33 0 0 0 0 22 2 3 1 11 2 222 2 3 2 3 4 1 3 3 1 2 66 6 cos 3 3 3 1 2 3 2 4 1 3 3 2 66 6 cos 3 3 3 e e e e e e e e p p p n u p C D B E A B D S E C A D B Y n E                                                                                        3 0 0 0 0 22 ; 1 2 3 2p p p pA B D E S                                  11 1 2233 3322 11 1 2 2 6 2 3 3 3 3 2 2 6 2 ; 3 3 3 3 e e e n u p p p D E C Y n A A D E C                           355 1 122212 1222 21 5 6 5 6 ; 9 9 n e u pA E YA n E        1 232223 2322 32 5 6 5 6 ; 9 9 n e u pA E YA n E        1 132213 1322 13 4 6 4 6 ; 9 9 n e u pA E YA n E             2 3 3 11 22 33 0 0 0 0 33 2 3 1 3 11 22 11 3333 4 1 3 3 1 6 2 6 6 cos 3 3 3 3 1 2 3 2 4 1 3 3 6 2 6 6 cos 3 3 3 e e e e e e e e p p p n u p C D B E A B D E S C D B n E A Y                                                                                       0 0 0 0 33 3 ; 1 2 3 2p p p pA B D E S                                  1 123312 1233 12 4 6 4 6 ; 9 9 n e u pA A E Y n E          1 233323 2333 23 5 6 5 6 ; 9 9 n e u pE YA n EA          1 133313 1333 13 5 6 5 6 ; 9 9 n e u pE YA n EA          356           2 3 3 11 2 1 2 33 2 3 1 3 11 22 33 212 2 1 2 4 1 63 7 8 6 cos 3 3 2 1 2 4 ;63 7 8 6 cos 3 3 e e e e p p pn u p D B C E D B C Y n A E                                                              1 13122 32312 13 6 6 ; n e u pA E Y n EA           1 23121 31312 23 6 6 ; n e u pA E Y n EA                     3 2 3 11 22 33 3 2 1 3 11 2 2 3 3 3 22 3 22 4 1 1 3 3 6 2 6 cos 3 3 22 4 1 3 ; 3 6 2 6 cos 3 3 e e e e p p pn u p B C D E B C D Y n A E                                                                   1 12231 21323 13 6 6 ; n e u pA E Y n EA                     2 3 3 11 22 33 2 3 1 3 11 22 33 1313 2 1 2 4 1 63 7 8 6 cos 3 3 2 1 2 4 ;63 7 8 6 cos 3 3 e e e e p p pn u p D B C E D C Y n A B E                                                                  2 2 3 20 0 0 0 0 0 cos 3 ;u p p p p pY A B C D E                        03 / .ij ij S   С помощью полученного конечного элемента можно исследовать НДС конструкций сложной формы, в том числе с криволинейным конту- ром и отверстиями. Математическая модель программно реализуется в среде Visual C++. Для апробации математической модели предполагается сравнить полученные решения с результатами работ [4, 5], в которых ис- 357 следовались конструкции из квазилинейных изотропных разносопротив- ляющихся материалов с помощью метода конечных разностей. Литература 1. Hart, P.E. The affect of pre-stressing on the thermal expansion and Young’s modulus of graphite / P.E. Hart // Carbon. 1972. Vol. 10. P. 233-236. 2. Трещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения / А.А. Трещев. М.: Тула; РААСН; ТулГУ, 2008. 264 с. 3. Трещёв, А. А. Термоупругий потенциал деформации для нелинейных материа- лов, находящихся в условиях термомеханического нагружения / Трещев А.А., Те- личко В.Г., Чигинский Д.С., Астахов Д.С. // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. Чебоксары: Чувашский государственный педагогический универси- тет им. И.Я. Яковлева, 2012. № 4. с. 66–73. 4. Трещёв, А.А. Решение связанной задачи термоупругости для сферической обо- лочки из разносопротивляющегося материала с учетом геометрической нелинейно- сти / А.А. Трещёв, М.Ю. Делягин // Вестник Чувашского государственного педаго- гического университета им. И.Я.Яковлева. Серия Механика предельного состоя- ния. Чебоксары: ЧувГПУ. 2012. №3(13). С. 18-26. 5. Чигинский, Д.С. Связанная задача термомеханического изгиба тонких прямо- угольных пластин из изотропных разносопротивляющихся материалов / Д.С. Чи- гинский, А.А. Трещёв, В.Г. Теличко // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 494- 502. УДК 539.3: 624.073 ДЕФОРМИРОВАНИЕ АРМИРОВАННЫХ БАЛОК-СТЕНОК ИЗ НЕЛИНЕЙНОГО МАТЕРИАЛА С УЧЕТОМ ТРЕЩИН Трещев А.А., Неделин А.В., Злобин С.Ф. Тульский государственный университет Рассматривается задача о деформировании железобетонных балок-стенок. При этом бетон рассматривался как упруго-пластический разносопротивляющийся дилатирующий материал. Предложена математическая модель описания плоско- го напряженного состояния, базирующаяся на треугольных симплекс конечных элементах. Общая техническая теория деформирования железобетонных балок- стенок с трещинами достаточно полно разработана Н.И.Карпенко [1]. В представленном работе предлагается исследовать напряженно- деформированное состояние (НДС) железобетонной балки-стенки с уче- том основных предпосылок нелинейной механики разносопротивляющих- ся армированных материалов при минимальном привлечении технических гипотез [1]. При этом принималось во внимание низкая трещиностойкость 358 бетона, возможность образования трещин в нем и развитие пластических деформаций в арматурных стержнях. При деформировании бетон ведет себя как нелинейный начально изотропный материал, чувствительный к виду напряженного состояния. Поэтому для определения НДС бетона примем определяющие соотноше- ния разносопротивляющихся материалов в виде [2 – 5]:  22 )3()(  CosEDCBAW eeeee nppppp CosEDCBA ])3()[( 22   , (1) где 3/ijij  ; 3/ijijSS ;  ijijijS  ; 0/ SСоs   ; 0/ SSin   ; ;/23 3 IIISСos  ijkjikIII SSSS  ; 220  S ; pppppeeeee EDCBAEDCBA ,,,,,,,,, константы материала, определяе- мые по результатам обработки диаграмм деформирования материалов при одноосном растяжении, сжатии и простом нагружении [2 – 5]; n показа- тель степени нелинейности материала. Для вычисления констант потен- циала использовался метод наименьших квадратов. При исследовании НДС балок-стенок влияние ползучести бетона не рассматривалось. В общем случае, зависимости между деформациями и напряжения- ми для бетона можно получить, применив к соотношениям (1) формулы Кастильяно: ijij We , , )3,2,1,( ji ; }]{[}{ Ce  , (2) где [C] – матрица податливостей, зависящих от вида напряженного со- стояния, который устанавливается в зависимости от значений функций  ,  , 3Сos . Используя уравнения связи (2), рассмотрим деформирование тонких балок-стенок при плоском напряженном состоянии, выполненных из бето- на с пределом прочности на осевое сжатие R=28,4 МПа [6], армированных по середине толщины сеткой из стальных стержней при их взаимно орто- гональном расположении. Применительно к рассматриваемому бетону константы потенциала (1) имеют значения [5]. Оставаясь в рамках теории малых упругопластических деформаций, примем уравнения связи между компонентами тензора деформаций и пе- ремещениями в условиях плоской задачи примем в виде: 359 111 ,uе  ; 222 ,е ; 1212 ,,   u , (3) где ,u перемещения точек срединной плоскости балки-стенки. Обращая уравнения (2) с учетом соотношений (3) получим зависи- мости между напряжениями и деформациями при плоском напряженном состоянии: })]{([}{ еD   , (4) где [D()] – матрица жесткостей материала размером 3×3, зависящая от вида напряженного состояния, степени нагружения, характера армирова- ния, появления трещин в бетоне и пластических деформаций армату- ры; Т}{}{ 122211   ; Теее }{}{ 122211  . В соответствии с условиями задачи и при условном отсутствии объ- емных сил, уравнения равновесия элемента балки-стенки представляются следующим образом: 0,, 212111  ; 0,, 222112  . (5) Для решения поставленной задачи принята конечно-элементная мо- дель кусочно-неоднородных балок-стенок с двумя степенями свободы в узле. Основу этой модели составляют треугольные симплекс конечные элементы. Область, ограниченная контуром балки-стенки разбивалась на треугольные конечные элементы. При этом перемещения в произвольной точке элемента ),( 21 xxu и ),( 21 xx представлялась через перемещения узлов элемента }{U следующим образом: }U]{N[}vu{ T  , (6) где }{U = }{ kkjjii uuu  ; kji ,, номера узлов конечного элемента. Для треугольного элемента интерполяционная симплексная функ- ция перемещений принималась в линейной форме: 23121 xxu   ; 26154 xx   . Функции формы [N] принимаются в традиционном виде [7]:     kji kji NNN NNN N 000 000 ][ , (7) где )2/()( 21  xcxbaN iiii , )( kji  ,  площадь треугольного элемента; jkkji xxxxa 2121  ; kii xxb 21  ; jki xxc 21  . 360 Воспользовавшись уравнениями (3) и продифференцировав соот- ветствующим образом матрицу [N] получим зависимости между деформа- циями элемента и перемещениями его узлов: }]{[}{ UВe  , (8) где          kkjjii kji kji bcbcbc ccc bbb B 000 000 2 1][ ; kk jj ii xx xx xx 21 21 21 1 1 1 det2  . Общая формулировка МКЭ принята на основе вариационного принципа Лагранжа. При этом потенциальная энергия тела П определяет- ся разностью внутренней энергии деформации W и работы внешних сил А : АWП  . Энергия деформации элемента объема dV определяется известным способом: 2/}{}{ TedW  . Очевидно, что без учета массовых сил для выражения работы внешних сосредоточенных и поверхностных сил получим [7]:  S TTT dSpNUPUА }{][}{}{}{ , (9) где }{p вектор внешней поверхностной нагрузки в проекциях на декар- товые оси координат; S контур внешней границы конечного элемента. С учетом вышеизложенного потенциальная энергия конечного эле- мента, с учетом условий (8) и (4), сводится к следующему виду–:  }{}{}]{)][([}{}{21 PUdVUBDBUП TTTV  dSpNU TTS }{][}{ (10) Минимизируя функционал (10) по вектору }{U и приводя поверх- ностную распределенную нагрузку к сосредоточенным узловым силам, для плоского напряженного состояния конечного элемента толщиной h получим: }{}]{[ PUK  , (11) где  hBDBK T ])][([][][  матрица жесткости конечного элемента. Решение разрешающей системы алгебраических уравнений с учетом получения глобальной матрицы жесткости и соответствующих граничных условий для узловых перемещений и сил производилось методом Гаусса. Общая нелинейная задача решалась методом пошаговых нагруже- ний с учетом итерационного процесса в форме переменных параметров 361 упругости. Модель деформирования балок непосредственно привязана к железобетонным элементам. Сложность задачи приводит к необходимости введения технических гипотез: а) нагружение балок-стенок считалось простым при активной де- формации, поэтому для описания свойств основного материала принимал- ся потенциал деформаций (1); б) при уменьшении нагрузки или при сни- жении напряжений в стадии после образования трещин принималось во внимание линейное условие разгрузки; в) армирование балок-стенок при- нималось под любым углом к ортогональной системе координат; г) при расчете пренебрегали контактными напряжениями между бетоном и арма- турой, а следовательно, арматура моделировалась сплошным размазанным слоем, обладающим структурной анизотропией, с учетом принятого коэф- фициента армирования; д) считалось, что арматурные стержни восприни- мают только нормальные напряжения, а их коэффициенты Пуассона при- нимались равными нулю; е) напряжения в армированных элементах опре- делялись суммой напряжений в основном материале (бетоне) и в арматуре, а за условие совместности принималось равенство деформаций этих двух материалов, проскальзывание арматуры в конечном элементе без трещин не допускалась, что распространялось и на армированные элементы с тре- щинами; ж) за условие трещинообразования в конечном элементе прини- мался критерий П.П.Баландина [8] применительно к напряжениям в бето- не; и) влияние растянутого основного материала на участках между тре- щинами учитывалось при помощи параметра поврежденности и коэффи- циента В.И.Мурашева [9]; л) при наличии трещин основной материал мо- делировался ортотропным телом, неработающим на сдвиг в направлении перпендикулярном трещине; м) арматура моделировалась идеально упру- го-пластическим телом. Анализ работы балок-стенок позволяет выделить из совокупности конечных элементов три характерные группы: 1) элементы, работающие без трещин; 2) элементы, работающие с трещинами в бетоне при упругом сопротивлении арматуры; 3) элементы, работающие с трещинами в бетоне при пластическом сопротивлении арматуры. Рассмотрим каждый из этих типов элементов. Для железобетонных элементов без трещин в силу принятых гипотез (см. гипотезу «е») матрицу упругости можно определить следующим образом: ][][][ 1 SDCD   , где 12121122 ][][][ SSS DDD  – матрица упругости арматуры в глобальной системе координат; TqSS TDTD ][]][[][ 12121212 ; 362          000 00 00 ][ 22 11 1122   S S S E E D ;          000 00 00 ][ 21 12 1212   S S q S E Е D ;               2cos2/2sin2/2sin 2sincossin 2sinsincos ][ 22 22 T ; SE модуль упругости арматуры;  )/( hSA ijsijij коэффициент арми- рования в соответствующем направлении; sijA площадь сечения арма- турного стержня в соответствующем направлении; ijS шаг стержней; 1212][ qSD матрица упругости для арматуры в собственной системе ко- ординат, в которой ось qх1 , направленная вдоль арматурных стержней, наклоненных к оси 1х глобальной системы под углом  . После срабатывания критерия (см. гипотезу «ж»)  33222211231223212233222211 ()(3 bbbbbbb   )1133 bb  0))(( 332211  bbtbbbbbt RRRR  (12) происходит образование трещин перпендикулярных направлению главных растягивающих напряжений (здесь bij напряжения в бетоне; 0233133  b ). Если оба главных напряжения являются растяги- вающие, то трещины образуются перпендикулярно направлению наи- больших из них. Здесь bbt RR , предел прочности бетона при осевом растяжении и сжатии, соответственно. При этом в условии (12) вводятся напряжения в бетоне железобетонного элемента. Считается, что трещины распространяются в пределах конечного элемента параллельно друг другу. Для треснувших элементов сохраняется справедливыми потенциальные соотношения, но только для направлений вдоль трещин, в котором не нарушена сплошность бетона. В этом направ- лении физически нелинейные свойства бетона учитывались с помощью секущего модуля упругости bЕ и секущего коэффициента Пуассона b , определяемых из уравнения bbbbbb ECCe /)( * 11 * 22 * 22 * 22 * 11 * 12 * 22   , (13) 363 или *22/1 СЕb  ; *22*12 /ССb  , где *ijС компоненты повернутой матрицы податливостей в ортогональной системе координат, в которой ось 2x совпадает с направлением трещины; *bij напряжения в бетоне, вы- численные в повернутой системе координат. Компоненты *ijС рассчитываются так же, как и коэффициенты ijС (2), но при замене ij на *bij . При этом напряжения *bij определялись с учетом поворота системы координат:  212222211*11 SinSinCos bbb  ;  212222211*22 SinCosSin bbb  , (14) где ]/)[( 12111  bbarctg  ;  22111 [ bbb   2/]4)( 21222211  bb главные напряжения в бетоне. В направлении, перпендикулярном трещине, модуль деформаций бетона представим значением bЕ , где  параметр степени разруше- ния бетона ( 10  ). С учетом вышеизложенного, в исходной системе координат имеем матрицу ][ oC , компоненты которой определяются по правилам преобразования системы координат через коэффициенты *ijС          o oo ooo o CSim CC CCC C 33 2322 131211 ][ ; ./)1(2;/1 ;/);/(1 * 33 * 22 * 12 * 11 bbb bbb ECEC ECЕС     (15) Здесь следует иметь в виду, что в области треснувших конечных элементов могут возникать эффекты локальной разгрузки. Это происходит в тех случаях, когда после вычисления напряжений в бетоне треснувшего железобетонного конечного элемента они оказываются ниже, чем соответ- ствующие величины до образования трещин. Тогда компоненты матрицы податливостей бетона [C] должны итерационным способом уточняться с учетом условия разгрузки [2 – 5]. В матрице упругости арматуры при стро- го взаимно ортогональном расположении стержней для треснувшего желе- зобетонного элемента отличными от нуля являются только два коэффици- 364 ента: 111111 SoS ED  ; 222222 SoS ED  , где 2211, SS EE секущие мо- дули деформаций арматуры в соответствующих направлениях ( SSkk EE  при tkk ее  ; )/1(/ kkttkktSkk eeЕeE   при tkk ее  , где t пре- дел текучести арматуры, tE модуль упрочнения, te деформации, со- ответствующие пределу текучести, 2,1k ). Окончательно матрицу упругости треснувшего железобетонного элемента получим в виде ][][][ 1 oS o DCD   . (16) Параметр поврежденности  определяется через коэффициент Мурашева: )/(   SbSs EEE  , (17) где SЕ модуль упругости арматуры в направлении, перпендикулярном трещине;  4222241111 SinECosEЕ SSS  . Разрешая уравнение (18) относительно параметра  , получим )(1/1(  s bSS ESinECosE /)4222241111   . (18) Для определения величины s использовалась эмпирическая зави- симость [9]: *11/7,01  bts R , (19) в которой подразумевается, что btb R7,0*11  , где *11*11, b нормальные напряжения в железобетоне и чистом бетоне соответственно в направлении, перпендикулярном трещине. Так как рас- пределение напряжений заранее неизвестно, то параметр поврежденности  с учетом s (17) – (19) рассчитывался на каждой ступени нагружения методом последовательных приближений. Следует заметить, что для железобетонных конечных элементов с трещинами при увеличении нагрузки происходит более интенсивный рост главных растягивающих напряжений в направлениях вдоль трещин, где нет повреждений бетона. Поэтому при возможном повторном срабатыва- нии критерия (12) могут возникнуть вторичные трещины, пересекающие первичные (в балках-стенках такая ситуация практически не встречается). В этих элементах будем считать, что работает только арматура, т. е. мат- рицу упругости примем в виде ][][ oSDD  . 365 Для расчета железобетонных балок-стенок их плоскость покрыва- лась конечно-элементной треугольной сеткой из 200 элементов. Алгоритм решения реализован в интерактивной среде для инженерных расчетов MATLAB 5.2. Результаты расчета анализировались на примере деформирования прямоугольной балки-стенки S103 [1] со свободным опиранием по двум угловым точкам. Соотношение размеров балки были приняты следующи- ми: L=2 м; Н=1 м; h=0,08 м; lоп=0,1 м. Армирование балки-стенки принято сеткой из стержней диаметром 6 мм с шагом в обоих направлениях 100 мм; временное сопротивление бетона на растяжение – 2,2btR МПа; на сжатие – 32bR МПа; коэффициент армирования - 00353,02211   ; предел текучести арматуры 510t МПа; модуль упругости арматуры – 5101,2 SE МПа; модуль упрочнения – 41024,1 tE МПа; 04113,0te . Загружение принималось в виде сосредоточенной силы в центре с начальной нагрузкой 50Р кН и шагом 5Р кН. Достовер- ность полученных решений проверена экспериментально. Кроме того, проведено сравнение расчетов с теорией Н.И. Карпенко [1]. Рассмотрены зависимости прогибов балки-стенки в середине пролета от величины на- грузки Р и распределение трещин. Анализ полученных результатов приводит к существенному выводу о том, что предложенная математическая модель достаточно адекватно отображает деформирование железобетонных балок-стенок без привлече- ния дополнительных эмпирических гипотез. Литература 1. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами / Н.И.Карпенко. – М.: Стройиздат, 1976. – 208 с. 2. Трещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения / А.А.Трещев – М.; Тула: РААСН; ТулГУ, 2008. – 264 с. 3. Матченко Н.М., Толоконников Л.А., Трещев А.А. Определяющие соотношения изотропных разносопротивляющихся сред. Нелинейные соотношения / Н.М.Матченко, Л.А.Толоконников, А.А.Трещев // Изв. РАН. МТТ. - 1999. - № 4. - С. 87 – 95. 4. Трещев А.А. Анализ определяющих соотношений для нелинейных изотропных разносопротивляющихся материалов в задачах термоупругости / А.А.Трещев, В.Г.Теличко, Д.С.Чигинский // Известия Тульского государственного университе- та. Технические науки. – 2011. – Вып. 2. – С. 547 – 555. 5. Матченко Н.М., Трещев А.А. Деформирование полухрупких дилатирующих материалов / Н.М.Матченко, А.А.Трещев // Огнеупоры и техническая керамика. – 2000. - № 5. – С. 19 – 22. 366 6. Касимов Р.Г. Прочность и деформативность бетона при трехосном сжатии: Дис. … канд. техн. наук. – М.: НИИЖБ, 1976. – 180 с. 7. Неделин А.В. Напряженное состояние пластинки из дилатирующего материала, ослабленного отверстием / А.В.Неделин, А.А.Трещев // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2001. – №8. – С.16-20. 8. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности / П.П.Баландин // Вестник ин- женеров и техников. – 1937. - № 1. – С. 19 – 24. 9. Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона / В.И.Мурашев – М.: Машстройиздат, 1950. – 218 с. УДК622.7: 622 К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕСТНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОРИСТЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Березовский Н.И., Воронова Н.П., Костюкевич Е.К., Грибкова С.М., Лесун Б.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Рассмотрены возможные варианты использования местных видов топлива (фре- зерного торфа и топливных брикетов) при производстве пористых строительных материалов на основе аглопорита. Приведены основные технические данные этих компонентов, которые входят в состав сырьевой смеси. Показаны основные воз- можные направления использования местных видов топлива и топливных брике- тов на тепловых электростанциях. В настоящее время в мировом масштабе вклад торфа в производство и использование энергии незначителен, и составляет примерно одну ты- сячную от энергии, потребляемой в мире, но в отдельных странах на его долю приходится от 10 до 20 % (Финляндия, Швеция, Ирландия). В каче- стве местного коммунально-бытового топлива используется фрезерный торф, кусковой торф и топливные брикеты. Потребителями топливного торфа являются тепловые электростанции, котельные, коммунально- бытовые потребители печного топлива, торфобрикетные заводы, поселковые котельные поселков торфопредприятий. Анализ потребления торфяного топлива в Республике Беларусь по- казывает, что наибольшим спросом пользуется торфяной брикет. Так, по статистическим данным, в балансе использования торфа в энергетических целях в стране доля топлива, отпущенного населению, составляет 55,3 %, из них 65,9 % – брикеты. Полностью обеспечивая потребности внутренне- го рынка, предприятия торфяной отрасли осуществляют поставку торфо- брикетов на экспорт (Литва, Латвия, Эстония, Польша, Словакия, Швеция, Финляндия и другие). Местные виды топлива являются одним из основных составляющих для производства топливных брикетов. Имеющиеся топливные ресурсы не могут поддерживать существующие объемы добычи сырья. Поэтому из-за 367 сложных ситуаций в потреблении топливно-энергетических ресурсов в последние годы все более остро возникает необходимость совершенство- вания технологических процессов обогащения сырья, внедрения новых, менее энергоемких технологий, оптимального и экономного использования энергоресурсов и оборудования. В последние годы торфяное топливо (брикеты, кусковой торф) ис- пользовались в основном для целей отопления населением и коммунально- бытовыми организациями. Мировой опыт использования торфа, широкая распространенность его в Беларуси доказывают необходимость повышения эффективности и объемов использования этого природного сырья в энергетике. В соответствии с Директивой Президента Республики Беларусь от 14 июня 2007 №3, “Экономя и бережливость – главные факты экономиче- ской безопасности государства” была разработана и утверждена Поста- новлением Совета Министров Республики Беларусь №94 от 23.01.2008. Концепцией энергетической безопасности предусматривается увеличение добычи торфа до 4.4 млн. т. Следует отметить, что Министерство энергетики РБ с целью исполь- зования топливных брикетов в “большой энергетике” провела реконструк- цию Жодинской ТЭЦ с установкой парового котла производительностью 60 тонн пара в час, использующего в качестве топлива, измельченные топлив- ные брикеты. Годовая потребность в брикетах составит более 120 тыс. т, или 10 % от годового объема производства. Фрезерный торф должен соответствовать СТБ 017–2006, топливные брикеты ТУ РБ 02999284.311–2000. Основные контролируемые параметры фрезерного торфа: влажность (не более 50 %); зольность (не более 23 %); насыпная плотность при условной массовой доле влаги 40 % (не менее 250 кг/м³). Основные контролируемые параметры топливных брикетов марки БТ-7: влажность (не более 20 %); зольность (не более 23 %); механическая прочность (не менее 94 %). Согласно Государственной программе «Торф» на период до 2020 г. в Беларуси предусмотрен рост объемов потребления торфа на энергетиче- ские цели, намечено повысить производительность и снизить энергоем- кость производства топливных брикетов. Необходимо отметить, что в Беларуси геологическими изысканиями выявлены угленосные отложения различного возраста. Однако, из-за их маломощности промышленная добыча угля пока не организована. Торф, по сравнению, с бурым углем - наиболее молодой вид ископаемого мине- рального топлива, залежи его формируются в современную эпоху. Почти 12,5 % территории Беларуси покрыто торфяниками. 368 Анализ теплотехнических характеристик торфа позволяет допустить использование торфа как технологического топлива при производстве аг- лопорита и керамического кирпича (табл. 1). Таблица 1. Средний состав торфа, теплота сгорания при его различной влажности Состав рабочей массы, % Теплота сгорания Орн, ккал/кг Wp Cp Hp Sp Op Np Ap 10 46,3 4,8 0,2 26,8 2,0 9,9 4130 20 41,1 4,3 0,2 23,8 1,8 8,8 3610 30 36,0 3,8 0,2 20,8 1,5 7,7 3080 40 30,9 3,2 0,2 17,8 1,3 6,6 2560 50 25,7 2,7 0,1 14,9 1,1 5,5 2030 60 20,5 2,1 0,1 11,9 1,0 4,4 1500 Например, теплота сгорания горючей массы торфа колеблется от 3500 до 3700 ккал/кг, т.е. в сравнительно незначительных приделах. Теп- лота сгорания рабочей массы торфа колеблется в широких пределах в за- висимости от влажности массы и её зольности. При производстве аглопорита на Минском заводе строительных ма- териалов используется сырье месторождения «Фанипольское» желтовато- серого цвета, местами светлосерого, рыхлое, комковатое. Оно характери- зуется равномерной микроструктурой. Глинистое вещество его имеет по- лиминеральный состав и представляет собой неоднородную смесь гидро- слюды и каолита. Сырье месторождения «Фанипольское» относится к группе сырья со средним содержанием включений, по размеру включений к группе с крупными, мелкими и средними включениями: по виду включе- ний – к группе с включениями железистых и кварцевых минералов, по содержанию тонкодисперсных фракций – к группе грубодисперсного гли- нистого сырья, по пластичности – к группе непластичного глинистого сы- рья, по огнеупорности – к группе тугоплавкого сырья. Химический состав глинистого сырья месторождения «Фаниполь- ское» представлен в табл. 2. Число пластичности сырья от 0 до 12. Огнеупорность 1400-1460 °С. Карьерная влажность 18-23 %. Зерновой состав глинистого сырья месторождения «Фанипольское» представлен в табл.3. 369 Таблица 2. Химический состав глинистого сырья месторождения «Фанипольское» Содержание оксидов, % SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO ППП Na2O K2O Сумма 78,03 8,57 0,48 2,16 2,80 1,0 3,70 1,11 2,25 99,87 80,05 8,92 0,34 2,44 1,40 0,7 2,44 1,04 2,41 99,94 Таблица 3. Зерновой состав глинистого сырья месторождения «Фанипольское» Содержание фракций, % Размер частиц, мм более 0,25 0,23-0,01 менее 0,01 0,01- 0,005 0,005- 0,001 менее 0,001 1,23 73,22 25,55 8,00 8,45 9,10 1,20 63,85 32,95 9,63 11,50 11,80 Лабораторно-технологические и полупромышленные исследования проводились с использованием низинного и верхового торфа. Выбор ни- зинного торфа объясняется в основном опытом производства брикетов торфяных для коммунально-бытовых нужд. Измельченные до 8 мм брике- ты представляют также интерес для производства алопорита вместо антра- цита, бурого и каменного угля, т.к. обладают достаточной теплотворной способностью. Фрезерный торф как сырье для брикетирования характери- зуется нормируемые показателями: степенью разложения залежи, фракци- онным составом и теплотой сгорания. На современном технологическом оборудовании брикетных заводов представляется возможным брикетиро- вать фрезерный торф всех типов. Наиболее же эффективно перерабатывать торф средней и повышенной степени разложения. Предел зольности фре- зерного торфа для брикетирования установлен с учетом того, что зола яв- ляется балластным компонентом, снижающим теплоту сгорания топлива. Для торфобрикетных предприятий норма предельной зольности фрезерно- го торфа устанавливается в зависимости от естественной зольности залежи по данным паспортизации, но не более 23%. Наиболее успешно перераба- тывается в брикеты фрезерный торф равномерного фракционного состава, состоящий из части размером до 8 мм. Из такого торфа получается сушен- ка с минимальной влагоразмерностью по фракциям, что обеспечивает по- 370 лучение наиболее прочных брикетов. Измельчение способствует повыше- нию плотности и влагоустойчивости. Одним из основных требований к фрезерному торфу как сырью для брикетирования является постоянство показателей его качества. В табл. 4 приведены средние значения показателей степени разложения R, зольно- сти А, влажности W, кислотности солевой вытяжки рН и теплоты сгорания Qг горючей массы для низинного торфа по группам. Таблица 4. Технические свойства низинных торфов используемых для производства аглопорита Показатели Средние значения показателей древесная травяная моховая R, % 45 29 21 А, % 9,6 6,7 6,5 W, % 87 91 92 рН 5,3 3,0 4,9 Qг, кДж/кг 23,20 23,36 22,69 В табл. 5 приведены средние значения полной влагоемкости торфов. Таблица 5 - Полная влагоемкость низинных торфов, кг/кг Показатели По группам древесная травяная моховая Средняя полная влагоемкость, кг/кг 8,5 12,5 11,4 Показатели элементного и группового химического составов орга- нической массы низинного торфа представлены в табл. 6. Групповые ком- поненты и элементный состав представлены в табл.7. Основные технологические параметры производства аглопорита разрабатывались применительно к агломерационной машине СМ-961. Так, высота спекаемого слоя составляла 300 мм, разрежение при зажигании – 60 мм вод. ст., при спекании – 200 мм вод. ст., выгрузка спека осуществ- лялась в основном через 45 мин. При частичной замене угля «АШ» торфом оптимальный ввод его в шихту составляет 50 % всего топлива, при этом по дробленому, в основ- ном с учетом теплотворной способности, плотности и грансостава, увели- чение расхода составляет в 1,5, по фрезерному – в 2 раза по сравнению с углем «АШ». 371 Таблица 6 - Показатели элементного и группового химического составов органической массы низинного торфа, % Показатели Средние значения по группам древесная травяная моховая Элементный состав С 58,4 57,8 36,7 Н 5,7 5,9 3,7 N 2,7 2,7 2,2 S 0,7 0,4 0,6 O 32,5 33,2 34,8 Групповой состав Б 3,7 4,4 3,9 ЛГ 20,9 26,4 29,3 РВ 9,1 14,8 17,1 ГК 41,6 38,9 36,1 ФК 17,4 14,3 16,5 Ц 1,5 2,4 4,0 Л 13,9 12,7 9,2 Условные обозначения: С – углерод, Н – водород, N – азот, S – сера, О – ки- слород, Б – битумы, ВР и ЛГ – водорастворимые и легкогидролизные вещества, РВ – редуцирующие вещества, ГК – гуминовые кислоты, ФК – фульвокислоты, Ц – целлюлоза, Л – лигнин. Таблица 7. Групповые компоненты и элементный состав, % на органическое вещество Би тум ы Ле гко ги др оли - зуе мы е в ещ ест - ва Гу ми но вы е вещ ест ва Тр уд но гид ро- ли зуе мы е в е- ще ств а Не гид рол изу е- мы й о ста ток С Н N S+O 3,9 37,7 25,2 8,9 28,5 52,1 6,3 4,3 36,8 Оптимальная влажность шихты зависит от влагоемкости торфа при применении дробленой массы брикетов влажность увеличивается по срав- нению с шихтой общепринятой (суглинок – возврат - уголь «АШ») практиче- ски незначительно, при применении же фрезерного торфа увеличивается до 20 %. Верхний предел крупности гранул торфа 3-10 мм, наличие мелочи менее 1 мм нежелательно (увеличивается выход возврата, уменьшается 372 вертикальная скорость спекания шихты). Для стабилизации процесса спекания шихты с частичной заменой угля «АШ» торфом необходимо обеспечить дополнительный нагрев по- верхности зажигаемого слоя шихты в сравнении с шихтой общепринятой (суглинок-возврат-уголь «АШ»). На основные качественные характеристики аглопорита при частич- ной замене угля «АШ» торфом решающее влияние оказывает режим зажи- гания шихты. Результаты заводских испытаний с использованием сырьевой смеси фрезерного торфа и дробленных топливных брикетов показали, что проч- ность и плотность аглопорита и керамического кирпича соответствуют республиканским стандартам. УДК622.7: 622 ВОЗМОЖНОСТЬ РАСШИРЕНИЯ ИНТЕРВАЛА ПРИГОДНОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Березовский Н.И., Воронова Н.П., Костюкевич Е.К., Грибкова С.М., Лесун Б.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Представлены комплексные малоотходная технология добычи и переработки нерудных строительных материалов, где вскрышная порода при добыче силикат- ного песка может использоваться в технологии получения некоторых пористых строительных материалов на основе аглопорита и керамического кирпича, метод определения теплофизических характеристик различных материалов. Большое количество отходов и потерь на горно-перерабатывающих предприятиях обусловливает необходимость решения проблемы: рацио- нального использования минеральных ресурсов. Аглопоритовый щебень и песок – искусственные пористые мате- риалы, полученные дроблением спеков, образующихся в результате тер- мической обработки гранулированных шихт из алюмосиликатных и сили- катных материалов природного происхождения или отходов промышлен- ности методом агломерации. Применяют их в качестве заполнителя при изготовлении конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов, а также в качестве утепляющих засыпок. Структурно-механические свойства сырьевых материалов предо- пределяют соответствующие методы их подготовки к термической обра- ботке. Основная технологическая операция при производстве аглопорита это спекание шихты на решетке агломерационной машины непрерывного действия, где теплота сгорания топлива должна быть выше 4000 ккал/кг. Спеканию подвергаются малопластичные глинистые породы, которые при обжиге не вспучиваются. Некоторые вскрышные породы горных предпри- 373 ятий Республики Беларусь, где добывают гравийно-песчаные смеси, отве- чают этим требованиям. За счет горения угля, который вводится в шихту, развивается температура до 1300 К. Это приводит к спеканию шихты в виде пористой остеклованной массы. Следует отметить, что протекающие процессы тепломассопереноса не заканчиваются в зонах сушки и нагрева, а накладываются друг на друга и в большей части по всей длине ленты развиваются параллельно. При производстве аглопорита преимущественно применяют при- родные глинистые породы, хотя с экономической точки зрения для этой цели целесообразно использовать отходы промышленности. Добавки вы- бирают с учетом наличия местных сырьевых ресурсов и характеристик основных компонентов шихты. При избыточном количестве топлива в топливосодержащем сырье в шихту вводят возврат, а также горелую или глинистую породу, а при недостатке топлива  уголь или углесодержащую добавку. Введение в шихту древесных опилок (до 10 %) и лигнина (до 25 % по объему) увеличивает пористость и ускоряет процессы горения топлива и спекания. Добавка сухой золы тепловых электростанций (ТЭС) снижает влажность обводненных глин и расход топлива за счет содержащихся в ней прокаленных минералов и несгоревшего углерода. Добавки вводят для улучшения гранулирования и повышения прочности гранул при их транс- портировании и обжиге. Содержание топлива в шихте при использовании глинистых пород обычно 6-8 %, золы ТЭС  10-12 % по массе. Предель- ный размер гранул (зерен) шихты не должен превышать 10-12 мм, а размер составных ее частей: исходного сырья  5, угля  3, твердых добавок от 5 (плотных) до 10 (пористых) мм. В настоящее время в Беларуси активно развиваются исследования, направленные на экономию технологического привозного топлива, при одновременной замене дефицитных видов на местные, например, торф, сапропель, промышленные отходы, содержащие значительное количество органических веществ (лигнин, древесные опилки и др.) При агломерации силикатного сырья замена антрацитового штыба на местные виды топлива является актуальной проблемой, однако, исполь- зование топлива с малой теплотворной способностью требует разработки способов более эффективного их сжигания в агломерируемом слое шихты. Систематизация накопленного экспериментального материала по- зволила выявить ряд общих закономерностей, характерных для агломера- ции шихт как на основе глинистого, так и железорудного сырья. Так, по мере уменьшения крупности топливных частиц заметно повышается вос- становительный потенциал продуктов горения и снижается высота окис- лительной зоны, снижение крупности топлива с 7,2-9 мм до 4,8-6,0 мм приводит к уменьшению степени использования углерода с 7 до 14 %. 374 Аналогичные результаты приводятся по данным при сжигании топлива различной крупности с одновременным замером температур в слое и со- става отходящего газа. С повышением крупности топлива абсолютные температуры в зоне горения возрастают, а газовая фаза обогащается дву- окисью углерода. Теоретические расчеты подтверждают снижение темпе- ратурного уровня процесса при использовании мелкого топлива в сравне- нии с более крупным. Известно, что по степени углефикации можно прогнозировать воз- можную скорость спекания шихты, а, следовательно, и скорость горения топлива на основе тех или иных отходов углеобогащения. Так, низкомета- морфизованные отходы с содержанием углерода в горючей массе менее 75 % позволяют (при прочих оптимальных условиях) достичь вертикальной скорости спекания шихты 13-23 мм/мин; среднеметаморфизованные отхо- ды с содержанием углерода в горючей массе 75-90 % – 8-15 мм/мин; высо- кометаморфизованные отходы с содержанием углерода в горючей массе более 90 % – 4-10 мм/мин. При спекании суглинков с использованием углей с содержанием ле- тучих до 28-30 % процесс агломерации интенсифицируется. При увеличе- нии же содержания летучих в углях свыше 28-30 %, например до 37 %, процесс агломерации замедляется. И в первом случае, и во втором наблю- дается значительный унос летучих в газоходы. Изучение химической ак- тивности и процессов газообразования при сжигании топлива различного вида в агломерируемом слое шихты показало, что с ростом химической активности топлива и с уменьшением его крупности восстановительная способность продуктов горения усиливается, что находит свое выражение в увеличении отношения СО/СО2. Выше произведенные закономерности указывают на целесообразность использования, как торфа, так и сапропе- лей в качестве технологического топлива при рациональных способах их окускования и сжигания летучих. На аглопоритовых предприятий в качестве технологического топли- ва с малой теплотворной способностью применяется каменный и бурый уголь. Например, бурый уголь имеет следующие характеристики: марка угля – Б2, содержание серы на рабочую массу – 1-2 %; содержание углеро- да на рабочую массу – 41,1 %; содержание водорода на рабочую массу – 2,4 %; содержание азота на рабочую массу – 9,1 %; влажность на рабочую массу – 36 %; зольность на рабочую массу – 10 %; выход летучих на рабо- чую массу – 33 %; низшая теплота сгорания – 3380 ккал/кг. При замене антрацита топливом с содержанием 28-30 % летучих процесс агломерации суглинков интенсифицируется, но зона горения рас- тягивается. При увеличении содержания летучих в углях более 28-30 % процесс агломерации замедляется. Качественная характеристика аглопо- 375 рита, спекаемого с различными видами технологического топлива, прак- тически не изменяется. Однако при замене антрацита топливом с большим содержанием летучих часть их не успевает сгореть. Поэтому использовать топливо с большим содержанием летучих по общепринятой технологии производст- ва аглопорита с учетом экологических соображений не целесообразно. Исследование показывают, что применение смеси топлива, состоящей из одной части антрацита и двух частей угля с большим содержанием лету- чих, за счет повышения температуры горения топлива в слое позволяет добиться большей полноты сгорания летучих. Анализ теплотехнических характеристик торфа позволяет допустить использование торфа как технологического топлива при производстве аг- лопорита. Например, теплота сгорания горючей массы торфа колеблется от 3500 до 3700 ккал/кг, т.е. в сравнительно незначительных пределах. Те- плота сгорания рабочей массы торфа колеблется в широких пределах в зависимости от влажности массы и ее зольности. В процессе исследования получения аглопоритового щебня и песка с использованием фрезерного торфаопределен оптимальный состав шихты по результатам предварительных исследований. Необходимо отметить, что оптимальная влажность сырьевой смеси зависит от вида применяемого торфа. Высота укладываемого слоя для шихты с применением торфа не превышает 310 мм, что сказывается на скорости ее спекания. Разрежение при агломерации составляет 0,02 МПа. Температура зажигания шихты 1000-1100 °С. Расход газа при этом не увеличивается. Вертикальная скорость спекания шихты составляет 4- 6 мм/мин. Съем продукции по составам шихты составил 180-210 кг/м2 с учетом выхода недожога. Полученные аглопоритовый щебень и песок с применением фрезер- ного торфа и древесных опилок по показателям прочности и плотности соответствовал требованиям стандарта, согласно которому по показателям насыпной плотности аглопоритовый щебень и песок относятк марке 600(фракция 20-40 мм и 10-20 мм); к марке 700(фракция 5-10 мм); к мар- кам 1000-1100 (фракция менее 5 мм).По показателям прочности аглопори- товый щебень относится:к марке 75(фракция 20-40 мм и 10-20 мм); к мар- ке 200-250 (фракция 5-10 мм). Представляет также практический интерес использование в техноло- гии увеличение крупности частиц (фракционного состава) торфа до 10 мм с целью повышения его массы, что вызовет повышение температуры в спе- каемом слое, изменение режимов полукоксования торфа и параметров агло- мерационного процесса, в частности выхода недожога. Большое значение имеет также изучение качественных показателей аглопорита, спекаемого с 376 различными видами технологического топлива, в которых различное содер- жание летучих веществ, что может увеличить выход недожога и повлиять на экологическую обстановку территории. Работа действующих аглопоритовых предприятий, которые использу- ют в качестве технологического топлива низкосортные угли позволяет реко- мендовать проведение исследований по разработке технологических парамет- ров производства аглопорита при замене угля и древесных опилок на местные виды топлива (фрезерный торф – топливный, для компостирования, топлив- ные дробленные брикеты, сапропель и др.). Опыт показывает, что неудачное конструктивное решение или не- правильный режим охлаждения шихты приводит к низкому качеству по- лученного спекшегося прочного пористого конгломерата. Особое значение приобретает теплофизическое обоснование рациональных режимов охла- ждения. В связи с этим актуальной задачей является исследование распре- деления поля температур внутри шихты в зависимости от различных ско- ростей движения ленты агломерационной машины, а, следовательно, от времени охлаждения. Математическая модель процессов охлаждения с движущейся лен- той в общем случае должна содержать сопряженные системы уравнений, описывающие различные физические процессы: затвердевание шихты; оплавление поверхности; перераспределение примесей, газов и др. Недос- таточная изученность ряда физических явлений, сложность системы диф- ференциальных уравнений вынуждают упростить математическую форму- лировку задачи, описывающую охлаждение шихты. В последнее время наблюдается тенденция изучения динамики за- твердевания с помощью численных методов решения краевых задач для уравнения теплопроводности. Этот подход связан со значительными за- тратами времени на составление и отладку программ. Однако во многих случаях реальных теплотехнологических процессов не требуется та высо- кая степень точности, которую дают аналитические либо численные мето- ды моделирования. В таких случаях можно воспользоваться упрощенны- ми, так называемыми, инженерными способами расчетов, позволяющими проектировщику или технологу с достаточной для практических целей степенью точности определить технологически важные параметры процесса. При исследовании процесса охлаждения шихты после расплава и сгорания вкраплений, необходимо знать, как перемещается в расплаве фронт затвердевания, как распределяются температуры в сечении твердой корки и каково время окончания затвердевания. Процесс спекания шихты в производстве аглопорита с применением агломерационной машины делится на 4 этапа: 1. Испарение гигроскопической влаги при температурах до 100 °С. 377 2. Подогрев слоя шихты при температуре от 100 до 800 °С (в этот период происходит дегидратация глинистых минералов и гидроокислов железа). 3. Воспламенение топлива, находящегося в шихте (в этот период при температуре 800-1600 °С железные окислы восстанавливаются до закисно- го состояния и способствуют образованию жидкой фазы, происходит спе- кание зерен внутри отдельных частиц и контактное спекание их между собой, в результате сыпучий слой превращается в спекшийся пористый конгломерат). 4. Охлаждение конгломерата (в этот период завершаются процессы кри- сталлизации магнетита и αкристобалита, α кварц переходит в β кварц, при этом кристаллическими фазами являются: кварц, полевой шпат, кристоба- лит и муллит). Сейчас в республике особую актуальность приобретают вопросы расширения исследований по экономии технологического топлива и заме- не дефицитных и дорогостоящих импортных на местные виды, такие как различные виды торфа, сапропель, отходы торфобрикетного производства, которые имеют высокую теплоту сгорания и содержащие значительное количество органических веществ. При использовании силикатного сырья или утилизации вскрышных пород в агломерации замена импортных видов топлива на местные являются актуальной проблемой, а использование то- плива с низкой теплотворной способностью требует разработки новых способов по обогащению, усреднению и определению оптимальных сырь- евых составов с целью более эффективного их сжигания в агломерируе- мом слое шихты. В цехе теплоизоляционных материалов ОАО «Минский завод строительных материалов» были проведены промышленные испытания щебня и песка аглопоритовых с использованием фрезерного торфа ОАО «Торфобрикетный завод Усяж» и выпущена опытная партия аглопорита в количестве 230 м3. В процессе проведения испытаний контролировались следующие технологические параметры:  дозировка компонентов шихты;  влажность компонентов шихты;  гранулированный состав шихты;  влажность шихты;  скорость движения машины;  высота слоя спекаемой шихты;  разрежение в вакуум-камерах агломерационной машины. Определялись:  визуально характеристика коржа со стороны разгрузки машины;  качественные показатели полученного аглопорита. 378 Использовались вскрышные породы (суглинки) месторождения гра- вийно-песчаных смесей «Фаниполь», которые по физико-химическому составу могут использоваться для производства аглопорита. В качестве добавок использовался низинный фрезерованный торф степенью разложе- ния 20 %, влажностью 50 %, зольность 10 %. В состав брикетов входил фрезерованный торф (90%) и древесные опилки (10 %). В смеси состав бурого угля был уменьшен на 3 % и добавлены дроблёные брикеты фрак- ционным составом 0-5 мм. Известно, что при исследовании веществ неоднородной структуры, пористых тел, к которым относится торф, существенную роль играет ко- эффициент теплопроводности. Существует ряд методов для определения коэффициента теплопроводности, которые исследуют зависимость коэф- фициента от температуры, влажности, структуры торфа по отдельности. Эквивалентный коэффициент теплопроводности  э складывается из компонентов молекулярной ( ) , конвективной  к и лучистой  л теплопроводности: .лкэ   В капиллярно-пористом теле при малых перепадах температуры пе- редача тепла конвекцией и излучением в порах тела мала по сравнению с передачей молекулярной теплопроводностью. Нами предложен комплексный метод определения теплофизических характеристик различных материалов, с помощью которого был исследован торф кусковой, измельченный, фрезерный и брикетированный. Известно, что изменение коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры и влагосодержания описывается соотношением: ,o -buAtue  где o – коэффициент теплопроводности абсолютно сухого тела при 0 оС, ккал/м·ч·оС; А и b – постоянные, t – температура, оС; u – влагосодержание торфа, %. В расчетах использовались измерения при температурах 10 и 15 оС, со- ответственно со средним влагосодержанием 58 и 69 %, o = 0,06 ккал/м·ч·оС. Получены аналитические зависимости коэффициента теплопроводности для рассмотренных разновидностей торфа. Так, для торфа брикетированного получилась аналитическая зави- симость коэффициента теплопроводности от температуры и влагосодер- жания в виде: 379 .59,10 81,1o u-tue  Использование таких функциональных зависимостей для теплофи- зических коэффициентов торфа позволяет оптимизировать процессы суш- ки и брикетирования торфа. Предлагаемая комплексная малоотходная технология добычи и пере- работки нерудных строительных материалов, где вскрышная порода (суглин- ки) при добыче силикатного песка на карьере «Фаниполь» Минского района могут использоваться в технологии получения некоторых пористых строи- тельных материалов на основе аглопорита и керамического кирпича на ОАО «Минский завод строительных материалов». Также в качестве импортозаме- щающих материалов нами предлагается использовать местные виды топлива на основе фрезерного торфа, топливных брикетов и древесные опилки. Это позволит не только уменьшить себестоимость аглопорита и керамического кирпича, но и получить значительный экономический эффект при выпуске единицы продукции. Литература 1. Березовский, Н.И. Природные ресурсы и их использование / Н.И. Березовский, Е.К.Костюкевич. // Минск : БНТУ.  2005.  188 с. 2. Сырьевая смесь для получения аглопорита. – Решение о выдаче патента на изобретение № а20111621 от 31.05.2013 г. Авторы Н.И. Березовский, НП. Вороно- ва, Е.С. Драгун, Е.К. Костюкевич и др. 3. Березовский Н.И., Воронова Н.П., Грибкова С.М., Лесун Б.В., Драгун.Е.С. // Неко- торые вопросы утилизации сырья при обогащении на горно-перерабатывающих пред- приятиях Беларуси /Горная механика №3, 2013. –с. 25–35. УДК 622.258 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ Борщевский С.В., Михеева А.А. Донецкий национальный техничский университет, г. Донецк, Украина В статье представлены результаты исследований воздействия омагниченной воды на прочностные характеристики бетонной крепи стволов в условиях агрессивной среды. Важнейшим элементом большинства горнодобывающих предприятий являются вертикальные стволы, которые по своему конструктивному исполнению и безопасности эксплуатации должны отвечать самым высоким требованиям. В связи с этим все больше актуализируется вопрос разработки и применения наиболее инновационных и высокопрочных материалов для сооружения бетонного крепления вертикальных стволов. Особую роль в 380 этих исследованиях и разработках играет изучение влияния агрессивных сред на прочность бетона, нахождение путей повышения прочности бетонного крепления за счет использования нестандартных путей и методов. На многих шахтах Украины глубина осуществляемой разработки достигает 700 м, а на 38 горнодобывающих предприятиях горные работы организованы на глубинах от 1000 до 1300 метров. Максимальная глубина разработки достигает 1400 метров, что создает повышенные требования к прочности и надежности бетонной крепи вертикальных стволов [1; 2]. Бетонная крепь представляет собой искусственно созданную грузонесущею конструкцию, которая необходима для предотвращения обрушения пород, сохранения проектного размера и функционала вертикального ствола. Именно бетонное крепление, его качество и прочность определяет долговечность и надежность использования ствола, стоимость и трудозатраты при его сооружении, эксплуатации. При этом стоимость бетонного крепления может достигать 60 %, а трудоемкость – 40% стоимости проходки [3]. Стоит отметить, что имеющиеся статистические данные демонстрируют, что при строительстве 90 % вертикальных стволов осуществление бетонного крепления выполнялось бетоном марки В15…20 и толщиной до 500 мм и даже более. При этом используется совмещенная технологическая схема. В табл. 1 приведены применяемые составы бетона для крепи вертикальных стволов [4]. Таблица 1. Характеристика типовых составов бетона для крепи вертикальных стволов Марка бетона Марка цемента Осадка конуса, см Расход материалов на 1 м3 бетона, кг Цемент Песок Щебень Вода Донецкшахтострой 200 400 15...17 400 500 1200 200 200 400 15...17 380 520 1215 235 200 400 15...17 370 525 1220 240 200 400 15...17 450 500 1210 208 200 400 10...12 380 510 1245 195 300 400 15...17 480 490 1140 245 300 400 10...12 450 495 1200 215 381 Стоит отметить, что в настоящее время около 8 % протяженности стволов, отнесены к 4 категории устойчивости [5]. Такие участки закреплены специальными многослойными конструкциями бетонного крепления на основе тюбингов. Большая часть таких креплений расположена в зонах наносных пород. При переходе выполнения горных работ на глубину более 1000 метров, возникает необходимость повышения параметров прочности и несущей способности бетонной крепи вертикальных стволов в 2 раза. В связи с этим значительно увеличивается расход арматуры и бетона (прибли- зительно в 2 раза), растут трудозатраты (в 2 раза), уменьшается производительность работающего на глубине персонала (от 1,3 до 1,8 раз). В этой ситуации возникает серьезная проблема усложнения конструкции и технологии возведения бетонной крепи, а ее эксплуатационную надежность целесообразно охарактеризовать как низкую и не отвечающую современным эксплуатационным требованиям и безопасности. Таким образом, в последнее время все большую актуальность приобретают исследования и научные разработки, направленные на созда- ние и разработку конструкций, в частности бетонной крепи вертикальных стволов, с высокими эксплуатационными характеристиками, особенно в условиях возможного протекания коррозийных процессов, формирующихся под действием агрессивных сред. При этом под технологией возведения высокопрочной бетонной крепи следует понимать использование, как передовых строительных материалов, так и инновационно-технических, технологических решений. При этом при разработке подобных конструкций важно проводить детальный анализ условий ее эксплуатации и применения, что позволит сформулировать те требования, на основании которых, разрабатывается и производится бетон с высокими показателями прочности. Именно показатели химического состава дают предположение сделать научное заключение о достоверном обосновании технических условий, с которыми приходится сталкиваться бетонной крепи в период непосредственной эксплуатации. Многие данные свидетельствуют о том, что бетонная крепь подвержена сильнейшему воздействию различных видов агрессивных сред, которые и формируют стартовый механизм возникновения коррозийных процессов, приводят к непосредственному разрушению бетонной крепи вертикального ствола, что может привести к возникновению различного рода аварийных ситуаций и аварий, нарушить работу и привести к полной остановке рудника. На основании данных имеющихся в инженерно-геологическом паспорте проводится обобщенная оценка условий эксплуатации по 382 каждому участку вертикального ствола. Исходя из этого, можно представить категории устойчивости пород на различных участках ствола (табл. 2). Таблица 2. Категории устойчивости пород Категория устойчивости пород Оценка состояния устойчивости пород Величина критерия устойчивости С I Устойчивое до 3 II Среднеустойчивое от 3 до 6 III Неустойчивое от 6 до 10 IV Очень неустойчивое более 10 Анализируя данные табл. 1 (значения критерия устойчивости пород Донбасса) можно сделать вывод, что глубины от 300 до 500 метров со- ответствуют 1 категории устойчивости, от 800 до 1000 метров – 2, до 1800 метров -3. Таким образом, основная часть вертикального ствола не расположена в очень неустойчивом состоянии [5] и вполне может быть закреплена обычным бетонным креплением. При этом существование непреодолимого фактора воздействия агрессивной среды на бетонную крепь вертикального ствола создают повышенные требования к прочности бетона и его эксплуатационным характеристикам. Бетонная крепь в этом случае должна обладать не только высокими показателями восприимчивости к большим нагрузкам, в том числе асимметрическим, но и показателями устойчивости к химическому воздействию. Безусловно, кроме воздействия агрессивных сред, на бетонную крепь оказывают воздействие и водные притоки в забой (на глубинах от 300 до 600 метров), что также необходимо учитывать при производстве бетона для будущей крепи [6]. Анализ имеющихся статистических данных показывает, что на глубинах вертикальных стволов до 1100 метров величины водопритоков – выравниваются. Из этого следует сделать вывод о том, что применяемые конструкции бетонной крепи, а также основной материал – бетон, не отвечают требованиям водонепроницаемости, что в свою очередь интенсифицирует внутри-коррозийные процессы в рассматриваемом материале. Значительный остаточный водоприток приводит к коррозии бетона, внутренней арматуры и армировки, возникает необходимость дополнительных, не запланированных финансовых и материальных затрат, связанных с организацией водоотлива при эксплуатации. Анализ научной литературы по рассматриваемой проблематике наводит на мысль о том, что 383 воздействие шахтных вод (с учетом их химического состава) является прямой причиной многих нарушений бетонной крепи. Таким образом, можно выделить основные требования, которые предьявляются к бетонной крепи вертикальных стволов, эксплуатация которых связана с воздействием агрессивной среды: - высокая несущая способность; - высокие показатели водонепроницаемости, которые должны быть сохранены на протяжении длительного периода эксплуатации; - высокие параметры коррозийной устойчивости и прочности бетона. Для выполнения данных требований, было предложено использование высокопрочного бетона, который обладает высокими показателями прочности, устойчивости к коррозийным процессам, а также позволяет создавать более тонкостенные конструкции. При этом данный бетон может быть получен путем использования омагниченной воды (рис. 1). Конструкции из подобного рода бетона должны быть устойчивыми к различного рода нагрузкам, воздействию широкого спектра агрессивных сред, а также замораживанию и оттаиванию. Рис. 1. Омагничиватель. 1 – обычная вода, 2 – магнит, 3 – омагниченная вода Важно отметить, что наиболее опасно воздействие агрессивных соединений, которые в больших количествах могут содержаться в шахтных водах. При этом установлено, что их проникновение в бетон тем глубже, чем больше показатели пористости бетона. Размеры бетонных пор могут варьироваться: от молекулярных (несколько ангстрем), так и таких, которые можно измерить миллиметрами. Стоит отметить, что при производстве бетона можно изменять величину и расположение пор цементного камня, что значительно повышает прочность бетона и соответственно бетонной крепи, а также повышает его не восприимчивость к воздействию агрессивных сред. От характеристики пористости цементного камня зависит его коррозийная 384 стойкость и устойчивость к различного рода химическому воздействию, морозостойкость, водонепроницаемость и газопроницаемость. В современной практике шахтного строительства высокопрочные бетоны играют важную роль, обладая повышенной плотностью и устойчивостью к воздействию агрессивной среды. Однако, при значительной агрессивности, бетонная крепь может начать разрушаться, что вынуждает находить и разрабатывать эффективные меры от коррозии, или повышать характеристики бетона. Установлено, что омагниченная вода, используемая при производстве бетона для подземных сооружений, способствует растворению и гидратации цементных материалов с образованием пересыщенных растворов, образованию коагуляционных структур, способствуя упрочнению кристаллизационных структур. Экспериментально установлено, что омагничивание воды оказывает непосредственное влияние на все вышеперечисленные процессы. Таким образом, изменяются параметры прочности, твердения и свойства цементного камня (рис 2). Рис. 2. Повышение прочности цементного камня при различных параметрах магнитной обработки воды В результате исследования получена зависимость прочности цементного камня при воздействии различных параметров магнитного поля на воду, которая может быть использована при производстве бетона для возведения бетонной крепи вертикальных стволов в условиях агрессивных сред. Литература 1. Борщевский C.B. Физико-технические и организационные основы интенсивных технологий сооружения стволов в условиях повышенной водоносности породного 385 массива: Автореф. дис. докт. техн. наук: Национальный горный университет. - Днепропетровск, 2008. - 31 с. 2. Левит В.В. Геомеханическое основы разработки и выбора комбинированных способов крепления вертикальных стволов в структурно неоднородных породах: Автореф. докт. техн. наук. Днепропетровск. 1999. - 36 с. 3. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А., НечаенкоВ.И. Технология строительства вертикальных стволов. — М.: Недра, 1997. - 456 с. 4. Меренкова Н.В. Обоснование технологии возведения бетонной крепи вертикальных стволов с отставанием от забоя большими заходками: Автореф. дис. на соис. уч. степ. канд. техн. наук: Новочеркасск 2011. - 16 с. 5. СНиП П-94-80. Подземные горные выработки / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1982. - 31 с. 6. Вяльцев М.М. Прогноз и регулирование термонапряженного состояния горных выработок. - М., Недра, 1988. - 200 с. УДК 666.972 КОМПЛЕКСНАЯ АКТИВАЦИЯ ВЯЖУЩЕГО И РАСТВОРНОЙ СМЕСИ В ТЕХНОЛОГИИ Елькин В.В., Мартынов В.И. Одесская государственная академия строительства и архитектуры Проведен анализ влияния комплексной активации вяжущего и растворной смеси на свойства неавтоклавного пенобетона. Выявлено, что изменяя рецептурно- технологические параметры, виды активации, можно управлять водопотребно- стью растворной смеси, тем самым изменяя свойства пенобетона. Введение. В последнее время в строительстве начали широко при- менять конструкции и изделия из ячеистых бетонов, в том числе и из пе- нобетона. К преимуществам пенобетонных конструкций по сравнению с обычными железобетонными конструкциями можно отнести их неболь- шой вес и хорошие теплофизические характеристики. Однако в технологии пенобетона остается достаточно много неизу- ченных вопросов. В работах [1, 2] показано. что на начальной стадии структурообразования материалы плотной и пористой структуры ведут себя по- разному, что отражается на изменении характера влияния различ- ных факторов на их свойства. Например, при плотности пенобетона 500 - 600 кг/м3 повышение водотвердого отношения (водоцементного), в отли- чие от материалов плотной строения, не приводит к снижению прочности. Причиной подобного поведения является различие в условиях формирова- ния структуры, и как следствие в характере распределения твердой состав- ляющей. На изменение водопотребности растворной смеси также оказы- вают влияние применение пластифицирующих добавок, механохимиче- 386 ской активации сырьевых материалов и растворной смеси [3 - 5] и, как следствие, на физико-механические свойства материала. В связи с этим была проведена серия экспериментов, в которых изу- чалось влияние ”внутренней” и ”внешней” [6] активации на изменение во- допотребности растворной смеси и основных свойств пенобетона. Материалы и методики проведения исследований. В качестве вяжущего, при проведении экспериментов, был использован бездобавоч- ный цемент ДО марки М500. В виде наполнителя использовался карбонат- ный и кварцевый песок. Соотношение между цементом и наполнителем было постоянным и составляло 70 и 30 % соответственно. Пластифици- рующей добавкой служил Sika® ViscoCrete®225. В качестве активной ми- неральной добавки использовали высокодисперсный микрокремнезем. Экспериментальные работы проводили в два этапа. На первом – подбира- ли состав вяжущего для пенобетона. Для этого вначале приготавливали сухие компоненты, в соответствии с требуемым составом. Активацию су- хих компонентов смеси производили в быстроходном активаторе непре- рывного действия. Затем полученную смесь затворяли водой и активиро- вали в скоростном смесителе. Полученную растворную смесь использова- ли для формования балочок размерами 40х40х160 мм. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в ка- меру нормального твердения. Параметры среды – температура 20±2 оС и влажность – 98 %. После 28 суток твердения образцы испытывали. На втором этапе изучалось влияние рецептурно-технологических факторов на изменение физико-механических свойств пенобетона. При приготовлении пенобетона необходимое количество воды, перемешивали с компонентами сухой смеси. Водопотребность смеси контролировали по показателю диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда. Полу- ченную смесь активировали в трибоактиваторе и вновь определяли изме- нение диаметра расплыва раствора. После этого в лабораторном пеногене- раторе механического действия – диспергационным способом получали техническую пену, плотностью 65±5 кг/м3. Затем пену добавляли в рас- творную смесь, до получения пенобетонной смеси плотностью 780±10 кг/м3, что обеспечивает получение пенобетона марки D600. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в ка- меру нормального твердения и испытывали на 28-е сутки твердения. При обработке результатов экспериментов на ЭВМ использовали расчетно- графическую систему COMPEX, а для построения однофакторных зависи- мостей расчетно-графическую программу EXEL. Контролируемые параметры растворной смеси: водопотребность растворной смеси по В/Т (водотвердое отношение), прочность на растяже- ние при изгибе и сжатии на 28-е сутки твердения. 387 На первом этапе исследований изучалось влияние пластифицирую- щей добавки, способов активации сухих компонентов и растворной смеси на ее водопотребность, а также на прочность в затвердевшем состоянии. Было проведено два эксперимента: на карбонатном и кварцевом наполни- телях. Составы, условия и результаты экспериментов приведены в табл. 1. Графическая интерпретация результатов изображена на рис. 1 и 2. График, приведенный на рис. 1, свидетельствует, что механоактива- ция, как в скоростном смесителе, мокрым способом, так и активация в ак- тиваторе для сухих смесей, а так же применение пластифицирующей до- бавки влияет на изменение водопотребности растворной смеси. Таблица 1. № Пластифи- цирующая добавка % от вяжу- щего Активация в быстроход- ном актива- торе непре- рывного действия Активация в скорост- ном смесителе Водо-твердое отношение Прочность МПа На изгиб На сжа- тие 1 0,1 0,35 0,41 1,15 1,1 29,1 25,8 2 0,1 0,22 0,28 1,2 1,15 38 31,6 3 + 0,40 0,41 1,22 1,18 42,2 38,1 4 0,1 + 0,3 0,37 1,3 1,2 47,2 44,3 5 + 0,37 0,43 1,27 1,2 48,1 45,3 6 0,1 + 0,24 0,3 1,36 1,24 52,5 49,6 7 + + 0,42 0,48 1,3 1,25 57,8 51,1 8 0,1 + + 0,34 0,4 1,42 1,3 69,1 60,7 388 . Рис. 1. Водотвердое отношение растворной смеси. Кварцевый наполнитель – сплошная линия. Карбонатный наполнитель – пунктирная линия   Рис. 2. Прочность при сжатии затвердевшей растворной смеси. Кварцевый наполнитель – сплошная линия. Карбонатный наполнитель – пунктирная линия. Также следует отметить, что при использовании кварцевого напол- нителя водопотребность меньше, в сравнении с карбонатным наполните- лем. Однако, прочность растворной смеси на кварцевом наполнителе не- сколько больше, чем на карбонатном (рис. 2.) На следующем этапе исследований определялись свойства пенобе- тона. Для этого был реализован трехфакторный эксперимент с применени- ем математико-статистических методов планирования эксперимента. При выборе независимых факторов и уровней их варьирования были учтены результаты первых экспериментов. В качестве таких факторов были выб- раны: Х1 – диаметр расплыва раствора по вискозиметру Суттарда; Х2 – со-держание пластифицирующей добавки; Х3 – содержание активной минера- 389 льной добавки. Для первого фактора Х1 – интервал варьирования 280 ± 40, для второго фактора Х2 – интервал варьирвоания 0,1 ± 0,1. Для третьего фактора Х3 – интервал варьирования 5 ± 5. После реализации и обработки результатов эксперимента были рассчитаны математические модели водо- твердого отношения и прочности при сжатии пенобетона на 28 сутки твер- дения. Математическая модель водотвердого отношения пенобетона на кварцевом и на карбонатном наполнителе соответственно: В/т = 0,61+0,028х1-0,085х2+0,058х3-0,03х 233 -0,25х23 В/т=0,65+0,043х1-0,099х2+0,103х3+0,019х 211 +0,009х 222 -0,035х23 - -0,023х12 +0,015х13 Математическая модель прочности пенобетона на кварцевом и на карбонатном наполнителе соответственно: Rсж = 2,964 - 0,196х1+0,195х2+0,418х3+0,2088х23+0,0787х13-0,326х 233 - - 0,0713х 212 Rсж = 2,71 - 0,072х1+ 0,126х2+ 0,371х3+0,1 х23-0,076х 222 . На основании математических моделей построены графические за- висимости. Х1 Х2 Х3 Рис. 3. Однофакторные зависимости водотвердого отношения. Кварцевый наполнитель – сплошная линия. Карбонатный наполнитель - пунктирная линия 390 На приведенном рис. 3 видно, что при увеличении диаметра рас- плыва раствора на кварцевом наполнителе, водотвердое отношение ли- нейно возрастает. При использовании карбонатного наполнителя водо- твердое отношение, при минимальных и максимальных значениях, ото- бражается в виде параболы. На графике также видно, что карбонатный наполнитель обладает большей водопотребностью по сравнению с кварце- вым наполнителям. Пластифицирующая добавка на поликарбоксилатной основе уменьшает водотвердое отношение растворной смеси, как на квар- цевом, так и на карбонатном наполнителях. Это видно на однофакторных зависимостях, где при минимальных и максимальных значениях водотвердое отношение уменьшается, при ис- пользовании обеих наполнителей. Высокоактивная добавка, микрокремне- зем, увеличивает водопотребность раствора, как на кварцевом, так и на карбонатном наполнителе. Общая картина влияния переменных рецептурно-технологических факторов на прочность пенобетона наглядно проиллюстрирована на полях изоповерхностей прочности пенобетона на 28-е сутки (рис. 4, 5).   Рис. 4. Изоповерхности прочности пенобетона на кварцевом наполнителе на 28-е сутки 391 Рис. 5. Изоповерхности прочности при сжатии наполнителе пенобетона на карбонатном наполинтеле на 28-е сутки Здесь же приведены условия получения пенобетона с максималь- ными и минимальными показателями прочности. Выводы. 1. Результаты эксперимента свидетельствуют, что применение внутренней и внешней активации исходных сырьевых материалов, а также растворной смеси позволяют в значительной мере повысить прочность неавтоклавного пенобетона. 2. В результате реализации эксперимента получен комплекс моде- лей основных свойств пенобетона на основании которых определены ха- рактер и степень влияния переменных факторов на его свойства. Литература 1. Мартынов В.И., Выровой В.Н., Орлов Д.А. Анализ структурообразования и свойств неавтоклавного пенобетона. М.: Строительные материалы. №1, 2005, с.48-49. 2. Мартынов В.И., Выровой В.Н., Орлов Д.А. Особенности структурообразования и пути улучшения свойств неавтоклавного пенобетона. Киев, Строительные мате- риалы и изделия. №2, 2005, с. 17-21. 3. Выровой В.Н. Бетон в условиях ударных воздействий / В.Н. Выровой, В.С. До- рофеев ,С.Фиц.-Одесса: Внешрекламсервис, 2004.-271с. 4. Дорофеев В.С. Технологическая поврежденность строительных материалов и конструкций / В.С. Дорофеев ,В.Н. Выровой. – Одесса: Мiсто майстрiв, 1998.-168с. 5. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высшая школа, 1978.-454с. 6. Барабаш І.В. Механохімічна активація мінеральних в’яжучих речовин. – Одеса: „Астропринт”. – 2002. – 99 с. 392 УДК [691.32:623 073]+[691.217:620.3] РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ С НАНОДОБАВКАМИ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ Прудков Е.Н., Гордеева А.Н. Тульский государственный университет, Тула В работе предложены принципы и методы оптимизации составов многокомпо- нентного мелкозернистого бетона с учетом использования нанодобавок. В каче- стве нанодобавок использовались золи аморфного нанокремнезема, белая сажа, микрокремнезем. Произведена оценка эффективности влияния нанодобавок на свойства мелкозернистого бетона.  В последние годы активно внедряются в строительство многоком- понентные мелкозернистые бетоны. Новые технико-технологические воз- можности, особенно переход от обычных бетонов к многокомпонентным составам с широким использованием суперпластификаторов, тонкодис- персных наполнителей, добавок-модификаторов, в том числе нанодобавок, позволяет свести к минимуму недостатки обычных мелкозернистых бето- нов (повышенное содержание цемента и воды, как следствие повышенная пористость, водопроницаемость, снижение прочности, морозостойкости). Основная задача наномодифицирования – это управление формиро- ванием структуры бетона от наноуровня к макроструктуре и кинетикой химического взаимодействия компонентов, сопровождающей процесс твердения бетона. Для получения высокопрочных и высококачественных мелкозернистых бетонов необходимо применять качественные материалы и добавки-модификаторы, при этом наиболее целесообразно использовать тройные системы «суперпластификатор – тонкодисперный наполнитель - нанодобавки». Известно, что для исследования многокомпонентных смесей наибо- лее широкие возможности и преимущества имеет математический метод пла- нирования эксперимента, используемый при установлении оптимальных со- ставов бетонов для прогнозирования заданных свойств 1. В работе ставилась задача подобрать оптимальный состав наномо- дифицированного мелкозернистого бетона, твердеющего как в условиях тепловлажностной обработки, так и в условиях естественного нормального твердения с высоким показателем прочности на сжатие и изгиб, с пони- женным водопоглощением и пористостью при введении в составы моди- фицирующих нанодобавок. Проектируемый состав включал: портландцемент, песок, суперпла- стификатор «Реламикс», воду и в качестве наномодифицирующих доба- вок: золь нанокремнезема, белую сажу и микрокремнезем. 393 Исходными материалами для мелкозернистого бетона служили портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2003. В качестве мелкозернистого заполнителя применяли речной песок по ГОСТ 8736-93. Добавка «Реламикс» относится к классу суперпластификаторов по ТУ 5870-002-14153664-04 представляет собой смесь неорганических (ро- данидов и тиосульфатов) и органических (полиметиленнафталинсульфо- натов) солей натрия. Добавка «Реламикс» применяется для гомогенного распределения частиц SiO2 в бетонной смеси. Введение суперпластифика-тора «Реламикс» также позволяет увеличить подвижность бетонной смеси, снизить водоцементное отношение. Нанодобавку - золь нанокремнезема получают в виде стабильных концентрированных водных золей из гидротермальных растворов с помо- щью ультрафильтрационных мембран 3. Содержание аморфного кремне- зема SiO2 – 225 г/дм3. Плотность раствора золя - 1143 г/дм3. Минимальный размер золей составляет 45 нм и средний размер 60 нм. На частицы с диа- метром 45-100 нм приходится 65 % всей массы нанокремнезема. Белая сажа марки БС-50 по ГОСТ 18307-78 с массовой долью окси- да кремния SiO2 не менее 76 %. Белая сажа состоит в основном из кремне-зема в некристаллической форме. Материал обладает чрезвычайно высо- кой площадью поверхности, что является основой его высокой пуццолано- вой активности. Частицы белой сажи в большинстве являются сфериче- скими, диаметром в среднем 100нм. Площадь поверхности частиц белой сажи составляет 20-23 м2/г. Микрокремнезем (МК) – аморфный кремнезем – образуется как побоч- ный продукт при производстве ферросилиция и осаждается в электрофильт- рах. Большую часть образуют частички аморфного оксида кремния круглой формы средним размером 0,1 мкм и удельной поверхностью 16-22 м2/г. Планирование эксперимента и выбор состава мелкозернистого бе- тона с применением математико-статистических методов заключается в установлении математической зависимости между заданным свойством бетона и расходом и свойствами составляющих компонентов. Получаемая математическая зависимость используется для назначения и поиска опти- мальных составов. Поскольку ставилась задача определения прочностных характери- стик в сравнительно узком диапазоне изменения переменных, принимали для реализации линейный план для k = 3. В качестве переменных выбирали следующие компоненты, % от массы цемента: Х1 – расход золя нанокремнезема, Х2 – расход микрокрем-незема, Х3 – расход белой сажи. 394 Значения интервалов варьирования факторов (переменных) приве- дены в табл. 1. Постоянные параметры: расход портландцемента, песка, воды, су- перпластификатора «Реламикс». Расчет основного состава мелкозернистого бетона (расход цемента, песка, добавок и т.д.) производили в соответствии с рекомендациями ру- ководства 2. Исходя из условий, что количество переменных факторов равно 3 и варьирование их происходит на двух уровнях был реализован линейный план первого порядка. Твердения образцов приняты в соответствии с поставленной зада- чей в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) и в условиях естест- венного твердения (28 суток твердения в нормальных условиях). Результаты опытов обрабатывались с использованием методов ма- тематической статистики, получая при этом алгебраические уравнения, отражающие связь между исследуемыми свойствами бетона и исходными факторами. После получения уравнений производили проверку отличия коэф- фициентов от нуля и пригодности уравнения для описания исследуемых зависимостей (проверка адекватности). Полученные уравнения регрессии по прочности на сжатие после ТВО и в возрасте 28 суток нормального твердения имеют вид, показанный в формулах (1) и (2). Rтво = 38,2 - 1,15·Х1 + 0,35·Х2 + 1,025·Х3 – 0,75 Х1·Х2 - 1,025 Х1·Х3 + + 0,175 Х2·Х3 (1) R28 =48,775+1,825 Х1 + 2,125 Х2 + 2,175 Х3–0,225 Х1 Х2 + 0,125Х1 ·Х3 – –1,575 Х2·Х3 (2) 395 Анализируя уравнения регрессии по прочности на сжатие после ТВО и в возрасте 28 суток нормального твердения позволило провести некоторый интерполяционный анализ относительно влияния каждого из компонентов (факторов) или их взаимодействия на свойства бетона и сде- лать следующие выводы по механизму их действия на структуру бетона и на свойства прочности в целом. За счет большой удельной поверхности (от 50 до 500 м2/г) наноча- стицы аморфного кремнезема SiO2 активизируют реакции гидратации си-ликатов кальция и образование гидратов типа C-S-H. Введение относи- тельно небольшого количества наночастиц от массы цемента приводит к появлению в системе цемент-песок-вода дополнительный значительный по площади реакционно-активной поверхности. Пуццоланический эффект действия аморфного нанокремнезема в бетонах проявляется химическим взаимодействием активного кремнезема с гидрооксидом кальция Ca(OH)2, выделяющимся при гидратации портландцемента. В результате такой пуц- цоланической активности наночастицы участвуют в реакциях, приводящих к расходованию Ca(OH)2 и образованию дополнительно количества гидро-силикатов кальция типа C-S-H. Наночастицы могут влиять на объемные пропорции трех разновидностей C-S-H: с высокой, ультравысокой и низкой плотностью, повышая объемную долю разновидностей C-S-H с высокой плотностью, что способствует увеличению плотности и прочности бетона. В результате химической реакции между кремнеземом белой сажи и известью Ca(OH)2 создается эффект заполнения больших пор. Пуццолано-вая реакция приводит к преобразованию более плотной фазы извести CH и ее крупных пор в менее плотной фазе C-S-H. Таким образом, происходит превращение фаз с большими порами в системе портландцементного кам- ня в продукты с небольшими порами, что является наиболее логичным объяснением увеличения плотности и прочности бетона. Микрокремнезем является пуццолановой добавкой с высокой гид- равлической активностью, которая ускоряет химически реакции гидрата- ции цемента в начальный период твердения и приводит к возникновению структурно-топологического эффекта (уменьшение порообразования в цементном камне и достижение более высокой плотности цементного камня и контактной зоны). Применение нанодобавок совместно с суперпластификатором обес- печивает получение суммарного эффекта, который проявляется в повыше- нии уплотнения и упрочнения структуры мелкозернистого бетона, резуль- татом чего является получение высокопрочных и высококачественных мелкозернистых бетонов. Совокупность существенных признаков влияния нанодобавок про- является в свойства, которые обеспечивают повышение гидратационной 396 активности компонентов бетонной смеси и образование структуры мелко- зернистого бетона с плотной, прочной упаковкой. Таким образом, образование плотной структуры мелкозернистого бетона за счет пуццоланического эффекта аморфного кремнезема, содер- жащегося в нанодобавках и, как следствие, повышение гидратационной активности компонентов бетонной смеси позволяет получить наномоди- фицированный мелкозернитый бетон, отличающийся повышенной проч- ностью при сжатии и долговечностью. Литература 1. Технология бетона. Учебник. Ю.М. Баженов - М.: Изд-во АСВ, 2007 - 528с. 2. Руководство по подбору составов тяжелого бетона / НИИЖБ.-М.: Стройиздат, 1979.- 103с., ил. 3. Шабанов Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема.- М.: ИКЦ "Академкнига", 2004.- 208с. УДК 621.863 ВЛИЯНИЯ КРАЕВЫХ ШПАНГОУТОВ НА ПРОГИБ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ Фидровская Н.Н. Украинская инженерно-педагогическая академия, г. Харьков, Украина Прогиб цилиндрической оболочки определен с учетом влияния жесткости заделки краев. При этом дается решение оболочки, нагруженной неравномерным внешним давлением. Задача определения изгиба цилиндрической оболочки является дос- таточно сложной, над решением которой работали многие известные уче- ные, такие как В.З. Власов [1], С.Н. Кан [2], и др. Теория расчета тонкостенных пространственных систем, разрабо- танная В.З. Власовым, получила большое распространение и позволила определить напряженное состояние различных конструкций при неболь- ших показателях изменяемости нагрузки. Для более сложных нагрузочных схем вводились дополнительные условия и допущения, например, такие как отсутствие сдвигов в середин- ной тонкостенной конструкции и нерастяжимости оболочки в окружном направлении. Имеющиеся решения получены для бесконечных оболочек, хотя влияние концов может быть значительным, особенно это касается корот- ких оболочек. В реальных конструкциях краевые шпангоуты могут иметь конеч- ную жесткость и в этом случае расчет на прочность оболочки должен это учитывать. 397 Рассмотрим цилиндрическую оболочку, шарнирно опертую по кра- ям и имеющую в крайних сечениях упругие шпангоуты, а также нагру- женную внешним давлением, которое действует по винтовой линии и из- меняется по следующему закону 2 0 l xk hp p e   (1) где h-шаг винтовой линии; l - длинна, на которой действует нагрузка; ,k  -коэффициенты; 0p - максимальная нагрузка, действующая на рассматриваемую цилиндрическую оболочку. Предположим, что закон изменения радиальных перемещений име- ет вид:  cosw x n  (2) где  x - статически неопределимая функция, переменная вдоль оси  - угол, отсчитываемый от вертикальной оси n =2,3,4…- числа натурального ряда. Неизвестная функция  x может быть определена из решения уравнения Эйлера вариационной задачи. Для этого составляем выражение потенциальной энергии [3] Г= 0 1 1 2 2 2 2xdop x x dop x xdop x m m m m Rd                         (3) где m -поперечный изгибающий момент  xm D    D- цилиндрическая жесткость   3 212 1 ED     - изменение кривизны в окружном направлении 2 2 2 1 w w R         x -изменение кривизны срединной поверхности в направлении об- разующих 398 2 2x w x     xdopm -дополнительные продольные изгибающие моменты  xdop xm D     - коэффициент Пуассона x dopm  -дополнительные крутящие моменты  1x dop xm D    x -величина относительного угла закручивания 21 x V w R x x            v- касательные перемещения xdop -дополнительные нормальные напряжения xdop uE x    u- перемещения по оси х  -кольцевые нормальные напряжения xdopQ QR pR x R              x -относительная деформация вдоль образующих x u x     - относительная деформация в окружном направлении xdop E E      ,xdopQ Q -поперечные силы xdop x dop xdop m m Q x R       R-радиус оболочки  - толщина стенки оболочки x dopmmQ R x       399 0m pw   -потенциал внешних сил Так как в выражении для Г все усилия и деформации зависят от од- ной неизвестной функции  x и ее производных, то уравнение Эйлера для вариационной задачи       2 1 2 11 ... 0 d d x dx x dx x                       (4) Это уравнение приводит к разрешающему линейному дифференци- альному уравнению четвертой степени.      4 2 21 2 34 2 l xk h d x d x a a x a e dx dx        (5) где:  2 1 2 1 92 2 n a R          2222 4 224 11 1a nR          3 pa D  Решение этого дифференциального уравнения будет иметь вид          cos cos1 2 3 4cos sin sin sin cos sin sin sinb x b xx e C b x C b x e C b x C b x              + 2l xk hAe   (6) где 3 4 2 1 2 2 2 aA k ka a h h                При наличии упругих краевых шпангоутов составляем граничные условия, которые учитывают равенство радиальных перемещений оболоч- ки и шпангоута. 400 Постоянные интегрирования определяем из следующих граничных условий Отсутствие нормальных напряжений  2 2 0 d x dx   , при 0,x L Равенство радиальных перемещений оболочки и шпангоута (есте- ственное граничное условие смешанной вариационной задачи) 1 11 0 kd dx             при 0,x L Где k -энергия краевого шпангоута 2 02 k k M Rd EI       20 0 2 1 k k EI x D n M EI D R    0EI -жесткость на изгиб краевого шпангоута k kD Ei где ki -погонный момент инерции сечения краевого шпангоута вместе с обшивкой. Совместное решение четырех уравнений позволяет определить ко- эффициенты 1 2 3 4, , ,C C C C в зависимости от размеров шпангоутов, уста- новленных на краях оболочки и их жесткостных параметров. Параметр жесткости краевого шпангоута может меняться от 0 до . С увеличением жесткости краевых шпангоутов абсолютные величины до- полнительных силовых факторов растут. Следует иметь в виду, что повышение жесткости краевых шпанго- утов вызывает рост дополнительных касательных и нормальных усилий, хотя и уменьшает значение кольцевых изгибающих моментов m . Поэтому в каждом конкретном случае следует оценить, насколько уменьшаются изгибные кольцевые моменты и насколько увеличиваются нормальные и касательные усилия. Может оказаться, что целесообразней ставить краевые шпангоуты менее жесткими. 401 Как показывают расчеты, переход от шарнирного опирания доста- точно длинной оболочки к жесткой заделке ее концов вызывает увеличе- ние потоков дополнительных касательных усилий у краевых шпангоутов в два раза. Литература 1. Власов В.З., Тонкостенные пространственные конструкции. Гостройиздат,1958. 2. Кан С.Н. Строительная механика оболочек. М. Машиностроение, 1966. 3.Фідровська Н.М. Циліндрична оболонка під дією вісі несиметричного тиску. Науковий вісник будівництва, ХДТУБА, -2008-№47.- с.151-155. УДК 691.316 ОТХОДЫ ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, КАК КРЕМНЕЗЁМИСТЫЙ КОМПОНЕНТ В ПРОИЗВОДСТВЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА Кузнецова Г.В., Голосов А.К., Морозова Н.Н. Казанский государственный архитектурно-строительный университет Рассматривается вопрос применения отсевов дробления горных пород, с содер- жанием оксида кремнезёма более 40% в качестве кремнезёмистого компонента при изготовлении силикатного кирпича. Фракционный состав искусственных пес- ков имеет непрерывную гранулометрию, повышенное содержание пылевидных частиц и позволяет применить «прямую» технологию производства силикатных материалов. Строительный песок является непременной составляющей практи- чески всех строительных материалов. Рост темпов жилищного, гражданско- го, промышленного и дорожного строительства, производства железобетон- ных конструкций и других материалов обуславливает рост потребности в строительном песке. Однако, добыча природных песков часто приводит к нарушению экологии регионов, экосистемы берегов рек, размыву пляжей, образованию оползней, выходу грунтовых вод на поверхность и другим неблагоприятным факторам. При разработке карьера организации платят налог на добычу и проводят мероприятия по охране окружающей среды, но вред, нанесенный природе, не поддается денежному исчислению [1]. В настоящее время в связи с ростом объемов дорожного и высотно- го строительства, интенсивно разрабатываются большие запасы прочных и высокопрочных скальных горных пород (габброгранитов, кварцитов и др.) и развивается производство щебня. Объем его производства по отдельным регионам в 2012 г. достигал 11 млн. м3 [2]. В тоже время огромное количество образуемых при переработке горных пород - отсевов дробления, которые используются не в полной мере и зачастую складируются в отвалах и загрязняют окружающую среду [3]. 402 Для производства силикатного кирпича используют намывные и ов- ражные пески, состоящие в основном из одной или двух размеров фрак- ций. Модуль крупности таких песков составляет 0,7-1,5. При этом расход песка достигает 2,4-2,2 м3/тыс. шт. кирпича. Использование мелких песков требует применения укрупняющих добавок или наличие известково- кремнезёмистого производства. Пески, используемые для силикатного производства, считаются пригодными при содержании Si02 более 30 % [4]. Поэтому отходы дробле-ния горных пород могут быть пригодны в качестве активного заполнителя силикатного кирпича. В связи с этим нами проведено исследование применения «прямой» технологии производства силикатного кирпича на песке, полученном при дроблении горных пород, таких как диабаз, габбро и т.п. Использовали две пробы отсевов дробления, возникающего при производстве щебня из горных пород. Фракционный состав проб пред- ставлен в табл.1. Как видно из табл.1, отсевы дробления представляют песчаную фракцию с непрерывный гранулометрический составом и соответствуют требованиям ГОСТ 8736 и ОСТ 21-1-80. Для установления оптимального состава вяжущего при изготовле- нии силикатного кирпича на песке из отсевов дробления горных пород были изготовлены прессованные образцы цилиндры 60×60 мм. Таблица 1. Характеристика фракционного состава проб № про- бы Показатель Размер ячейки сит, мм Модуль крупно- сти 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее 0,16 1 Частный оста- ток, % 0,4 5,4 11 26 26,75 21,75 9,1 2,24 Полные остатки в % - 5,4 16,4 42,4 69,15 90,9 100 2 Частные остат- ки в % 1,4 16,0 13,1 16,1 18,9 23,7 12,2 2,42 Полные остатки в % - 16,0 29,1 45,2 64,1 87,8 100 Требования ОСТ 21-1-80 0- 10 0- 18 10- 47 30- 80 60- 90 70- 95 Образцы изготавливали по двум технологиям. Первая технология «прямая» с использованием в качестве вяжущего молотую известь и вто- рая- на известково-кремнезёмистом вяжущем. Для прямой технологии ис- пользовали тонкомолотую известь с активностью 83 % и временем гаше- 403 ния 3 мин. Для второй технологии на извести с 83 % активности получили известково-кремнезёмистое вяжущее с активностью 28 %. Результаты приведены в табл.2. Таблица 2. Результаты испытаний образцов цилиндров на вяжущем разного состава Наименование пока- зателей Значение показателей для вяжущего на извести извесково- кремнеземистом Состав вяжущего 1:0 1:1 Активность вяжуще- го, % 83 28 Активность формо- вочной смеси, % 7 8 9 10 5,6 7 8 Влажность, % 4 6 Плотность сырца, кг/м3 2060 2030 1997 1965 2099 2099 2099 Сырцовая прочность, МПа 0,76 0,88 1,0 1,12 0,66 0,93 1,1 Автоклавная проч- ность, МПа 16,2 16,8 17,4 18,1 27,8 29,7 31,0 Полученные данные показывают, что сырцовая прочность образцов на известково-кремнезёмистом вяжущем больше на 29 % образцов на из- вестковом вяжущем при активности формовочной смеси 7 %. Если сравни- вать при этом автоклавную их прочность, то аналогично прочность выше на 54 % у образцов на известково-кремнезёмистом вяжущем. Как показали ис- пытания, все составы имеют достаточную прочность (не менее 0,5 МПа) для изготовления прессованных полнотелых и пустотелых силикатных изделий. Далее проведено исследование по возможности замены кварцевого песка в составе вяжущего на песок из отходов дробления горных пород. Поскольку вяжущее получают при помоле, то исследована размолоспо- собность кремнеземистых материалов (табл. 3). Таблица 3. Размолоспособность кремнеземистого материала Наименование материала Удельная поверхность порошков, см2/г, после помола в пружинной мельнице в течении, с: 5 10 20 30 40 Отсевы дробления 2870 3150 3704 4479 5170 Песок строительный 230 470 870 1400 1690 Анализ данных табл. 3 показал, что отсевы дробления размалываются быстрее, чем прочные кварцевые зёрна, что может обеспечить в производстве вяжущего экономичный расход мелющих тел и энергии. 404 На песке из отсева дробления с известью изготовили разные составы вяжущих, из которых спрессовали образцы-цилиндры и оценили их физико- механические свойства. Результаты исследования приведены в табл. 4. Таблица 4. Влияние состава кремнезёмистого компонента на прочностные показатели пресованных образцов Вид вя- жущего Активность вяжущего, % Плотность образцов, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа сырцовая автоклавная ИШВ 2:1 38,2 2042 7,7 84,2 ИШВ 1:1 33,0 2037 10,7 117 И 70 1996 12,0 120 И 70 1985 12,6 127 Как видно из полученных результатов прочность образцов на вя- жущем, изготовленном с использованием отходов дробления вместо квар- цевого песка образцы имеют удовлетворительную сырцовую прочность, но автоклавная прочность ниже на 51 %. С целью снижения влияния дисперсной составляющей на прочность проведено исследование извести с разной активностью 70, 75 и 83 %. Для этого были изготовлены образцы-цилиндры с разным количеством СаО и подвергнуты автоклавной обработке по режиму 2+6+2. Результаты пред- ставлены на рис. 1. 60 70 75 83 8% 8,4 12 13,8 16,8 9% 8,55 12,45 14,4 17,45 10% 8,7 12,9 15 18,1 8 10 12 14 16 18 20 Пр очн ост ь н а с жа тие , МП а Рис. 1. Влияние активности извести на автоклавную прочность прессованных образцов при разной активности смеси (8, 9 и 10%) 405 На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы: - применение отсевов дробления в качестве компонента вяжущего, заменяющего кварцевый песок не позволяет получить равнопрочные зна- чения; содержание кремнезёма в горной породе недостаточное для равно- значной замены кварцевого песка на отсевы дробления; - использование известкового вяжущего позволяет получить на пес- ках дробления прессованные изделия достаточной сырцовой прочности для производства пустотелых и полнотелых изделий; - увеличение активности смеси и активности вяжущего увеличивает прочностные показатели прессованных образцов; - автоклавная прочность образцов на известковом вяжущем обеспе- чивает получение образцов прочностью соответствующей маркам 150-175. Литература 1. Воробьев, В.В. Методы получения искусственных песков / В.В. Воробьев, О.П. Шиманович, М.С Гаркави, А.Ю. Козин // Информационный центр поддержки предпринимательства на рынке минерального сырья и материалов. – http://www.74rif.ru/pesok-sintet.html/. – С. 1-3. 2. Загер, И.Ю. Сравнительная оценка продуктов дробления горных пород месторо- ждений нерудных строительных материалов/ Яшинькина А.А., Андронова Л.Н. // Строительные материалы. -2011.-№5. − С. 84-87. 3. Дворкин, Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности : учеб.- справ. пособие / Л. И. Дворкин, О.Л. Дворкин. - Ростов н/Д : Феникс, 2007. - 368с. 4. Шелер Р. Проект завода по производству силикатного кирпича фирмы ЛАСКО// Строительные материалы.- 2008.-№11. - С. 33-35. УДК [691.32:623 073]+[691.217:620.3] МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН Прудков Е.Н., Закуражнов М.С. Тульский государственный университет, г. Тула В работе предложены методы проектирования составов многокомпонентного мелкозернистого бетона с учетом использования нанодобавок. В настоящее время в строительстве активно внедряются многоком- понентные мелкозернистые бетоны. Эти бетоны характеризуются повы- шенной морозостойкостью и водонепроницаемостью, позволяют сокра- щать расход клинкерного цемента или увеличивать прочностные показатели. Переход от обычных бетонов к многокомпонентным составом с ис- пользованием добавок: суперпластификаторов, микронаполнителей, на- полнителей на наноуровне, позволяет свести к минимуму недостатки 406 обычных мелкозернистых бетонов, имеющих повышенное содержание цемента и воды, и как следствие повышенную пористость, водопроницае- мость, снижение прочности и морозостойкости. В работе ставилась задача разработать оптимальный состав наномо- дифицированного мелкозернистого бетона, твердеющего как в условиях тепловлажностной обработки, так и в условиях естественного нормального твердения с высоким показателем прочности на сжатие и изгиб, с пони- женным водопоглощением и пористостью при введении в составы моди- фицирующих добавок: суперпластификатора, тонкодисперсного микрона- полнителя и добавок на наноуровне Проектируемый состав включал: портландцемент, песок, суперпла- стификатор «Реламикс», воду и в качестве наномодифицирующих доба- вок: золь нанокремнезема, белую сажу и микронаполнитель - высокоак- тивный метакаолин (ВМК). Исходными материалами для мелкозернистого бетона служили портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2003. В качестве мелкозернистого заполнителя применяли речной песок по ГОСТ 8736-93. Добавка «Реламикс» относится к классу суперпластификаторов по ТУ 5870-002-14153664-04 представляет собой смесь неорганических (ро- данидов и тиосульфатов) и органических (полиметиленнафталинсульфо- натов) солей натрия. Добавка «Реламикс» применяется для гомогенного распределения частиц SiO2 в бетонной смеси. Введение суперпластифика-тора «Реламикс» также позволяет увеличить подвижность бетонной смеси, снизить водоцементное отношение. Нанодобавку - золь нанокремнезема получают в виде стабильных концентрированных водных золей из гидротермальных растворов с помо- щью ультрафильтрационных мембран 3. Содержание аморфного кремне- зема SiO2 – 225 г/дм3. Плотность раствора золя - 1143 г/дм3. Минимальный размер золей составляет 45 нм и средний размер 60 нм. На частицы с диа- метром 45-100 нм приходится 65% всей массы нанокремнезема. Белая сажа марки БС-50 по ГОСТ 18307-78 с массовой долью окси- да кремния SiO2 не менее 76 %. Белая сажа состоит в основном из кремне-зема в некристаллической форме. Материал обладает чрезвычайно высо- кой площадью поверхности, что является основой его высокой пуццолано- вой активности. Частицы белой сажи в большинстве являются сфериче- скими, диаметром в среднем 50-100 нм. Площадь поверхности частиц бе- лой сажи составляет 20-23 м2/г. Высокоактивный метакаолин (ВМК) – продукт дегидратации као- линовой глины (природного гидроалюмосиликата). Дегидратированный аморфный алюмосиликат является смесью активного кремнезема и глино- 407 зема, почти в равных пропорциях, т.е. является не силикатным, а алюмо- силикатным пуццоланом. По своей форме метакаолин представляет пла- стинчатые частицы средним размером 1-2 мкм и удельной поверхностью 12-13 м2/г. Известно, что для исследования многокомпонентных смесей наибо- лее широкие возможности и преимущества имеет математический метод планирования эксперимента, используемый при установлении оптималь- ных составов бетонов для прогнозирования заданных свойств 1. Планирование эксперимента и выбор состава мелкозернистого бе- тона с применением математико-статистических методов заключается в установлении математической зависимости между заданным свойством бетона и расходом и свойствами составляющих компонентов. Получаемая математическая зависимость используется для назначения и поиска опти- мальных составов. Поскольку ставилась задача определения прочностных характери- стик в сравнительно узком диапазоне изменения переменных, принимали для реализации линейный план для k = 3. В качестве переменных выбирали следующие компоненты, % от массы цемента: Х1 – расход золя нанокремнезема, Х2 – расход метакаоли-на, Х3 – расход белой сажи. Значения интервалов варьирования факторов (переменных) приве- дены в табл. 1. Постоянные параметры: расход портландцемента, песка, воды, су- перпластификатора «Реламикс». Таблица 1 - Значения интервалов варьирования факторов Код Значение кода Значение факторов Х1 Х2 Х3 Основной уровень 0 0,155 3 0,3 Интервал варьирования ∆ Хi 0,145 2 0,2 Верхний уровень + 0,3 5 0,5 Нижний уровень  0,01 1 0,1 Расчет основного состава мелкозернистого бетона (расход цемента, песка, добавок и т.д.) производили в соответствии с рекомендациями ру- ководства 2. Исходя из условий, что количество переменных факторов равно 3 и варьирование их происходит на двух уровнях был реализован линейный план первого порядка. Для изготовления образцов использовались формы для изготовле- ния образцов – балочек размером 160х40х40 мм. Приготовление бетонной 408 смеси производилось по ГОСТ 31356-2007. Полученной смесью форму заполняли в соответствии с требованием ГОСТ 310.4-81 и уплотняли на лабораторной виброплощадке. Для испытаний в каждом опыте изготовля- ли по три образца по ГОСТ 310.4-81. Твердения образцов приняты в соответствии с поставленной зада- чей в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) и в условиях естест- венного твердения (28 суток твердения в нормальных условиях). Тепловлажностное твердение образцов осуществлялось в камере КПУ-1М по режиму: 3 часа подъем температуры, 6 часов – изотермиче- ский прогрев при температуре 80 °С и 2 часа – остывание. Испытание по определению прочности образцов на сжатие и растяжение при изгибе про- изводилось на испытательном прессе с предельной нагрузкой 1000 кН. В каждом опыте образцов произведены испытания 3-х образцов на изгиб и полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек испытывались на сжатие. В соответствии с ГОСТ 310.4-81 значения прочно- сти на растяжение при изгибе вычислены как среднее арифметическое зна- чений двух наибольших результатов испытания трех образцов. Значения прочности на сжатие вычислены как среднее арифметическое значение че- тырех наибольших результатов испытания 6 образцов. Результаты испыта- ний по плану эксперимента приведены в табл. 2. Таблица 2. Результаты испытаний по прочности на сжатие № опыта План экспери- мента Прочность на сжа- тие после ТВО, МПа Прочность на сжатие в возрасте 28 суток, МПа Х1 Х2 Х3 1 + + + 36,5 51,0 2 - + + 43,0 52,0 3 + - + 37,6 54,8 4 - - + 39,8 46,0 5 + + - 36,8 54,3 6 - + - 37,9 46,6 7 + - - 37,3 42,6 8 - - - 36,7 43,2 9 0 0 0 41,6 46,6 10 0 0 0 40,0 48,0 11 0 0 0 40,1 48,8 Результаты опытов обрабатывались с использованием методов ма- тематической статистики, получая при этом алгебраические уравнения, отражающие связь между исследуемыми свойствами бетона и исходными факторами. 409 После получения уравнений производили проверку отличия коэф- фициентов от нуля и пригодности уравнения для описания исследуемых зависимостей (проверка адекватности). Полученные уравнения регрессии по прочности на сжатие после ТВО и в возрасте 28 суток нормального твердения имеют вид: Rтво = 39,0 - 1,1·Х1 + 0,4·Х2 + 1,1·Х3 – 0,8 Х1·Х2 - 1,1 Х1·Х3 + 0,2 Х2·Х3 (1) R28 =49+1,9 Х1 + 2,1 Х2 + 2,2 Х3–0,2 Х1 Х2 +0,13Х1 ·Х3 – 1,6 Х2·Х3 (2) Анализируя уравнения регрессии по прочности на сжатие после ТВО и в возрасте 28 суток нормального твердения позволило провести некоторый интерполяционный анализ относительно влияния каждого из компонентов (факторов) или их взаимодействия на свойства бетона и сде- лать следующие выводы по механизму их действия на структуру бетона и на свойства прочности в целом. За счет большой удельной поверхности (от 50 до 500 м2/г) наноча- стицы аморфного кремнезема SiO2 активизируют реакции гидратации си-ликатов кальция и образование гидратов типа C-S-H. Введение относи- тельно небольшого количества наночастиц от массы цемента приводит к появлению в системе цемент-песок-вода дополнительный значительный по площади реакционно-активной поверхности. Пуццоланический эффект действия аморфного нанокремнезема в бетонах проявляется химическим взаимодействием активного кремнезема с гидрооксидом кальция Ca(OH)2, выделяющимся при гидратации портландцемента. В результате такой пуц- цоланической активности наночастицы участвуют в реакциях, приводящих к расходованию Ca(OH)2 и образованию дополнительно количества гидро-силикатов кальция типа C-S-H. Наночастицы могут влиять на объемные пропорции трех разновидностей C-S-H: с высокой, ультравысокой и низ- кой плотностью, повышая объемную долю разновидностей C-S-H с высокой плотностью, что способствует увеличению плотности и прочности бетона. В результате химической реакции между кремнеземом белой сажи и известью Ca(OH)2 создается эффект заполнения больших пор. Пуццолано-вая реакция приводит к преобразованию более плотной фазы извести CH и ее крупных пор в менее плотной фазе C-S-H. Таким образом, происходит превращение фаз с большими порами в системе портландцементного кам- ня в продукты с небольшими порами, что является наиболее логичным объяснением увеличения плотности и прочности бетона. Высокоактивный метакаолин является пуццолановой добавкой с высокой гидравлической активностью, вступающей в химическое взаимо- действие с продуктами гидратации клинкерных минералов цемента, а так- же с щелочными оксидами цемента, что ведет к образованию плотных не- 410 растворимых водой новообразований, причем установлено, что при этом также образуется соединение – гидрогеленит (гидроалюмосиликат каль- ция). Следствием такого взаимодействия является существенное уплотне- ние структуры цементного камня, что ведет к повышению плотности бето- на, его водонепроницаемости, коррозионной стойкости и долговечности. По уравнениям (1), (2) построены графические зависимости в виде диаграмм. При оптимизации составов наибольший интерес представляют диаграммы, изображенные на рис. 1, 2. Рис. 1. Зависимость прочности на сжатие после ТВО от расхода метакаолина и белой сажи (при расходе золя нанокремнезема, принятом в нижнем уровне) Рис. 2. Зависимость прочности на сжатие в возрасте 28 суток от расхода метакаолина и белой сажи (при расходе золя нанокремнезема, принятом в нижнем уровне) 411 Выводы. Применение нанодобавок совместно с суперпластификато- ром обеспечивает получение суммарного эффекта, который проявляется в повышении уплотнения и упрочнения структуры мелкозернистого бетона, результатом чего является получение высокопрочных и высококачествен- ных мелкозернистых бетонов. Совокупность существенных признаков влияния нанодобавок и микронаполнителя проявляется в свойства, которые обеспечивают повы- шение гидратационной активности компонентов бетонной смеси и образо- вание структуры мелкозернистого бетона с плотной, прочной упаковкой. Таким образом, образование плотной структуры мелкозернистого бетона за счет пуццоланического эффекта аморфного кремнезема, содер- жащегося в нанодобавках и микронаполнителе и, как следствие, повыше- ние гидратационной активности компонентов бетонной смеси позволяет получить наномодифицированный мелкозернитый бетон, отличающийся повышенной прочностью при сжатии и долговечностью. На основании полученных данных оптимальный состав мелкозер- нистого бетона с высокими показателями прочности имеет следующее содержание компонентов, кг в расчете на 1 м3 смеси: портландцемент – 460; песок – 1410; нанокремнезем – 0,53; метакаолин – 20,0; белая сажа – 3,1; суперпластификатор «Реламикс» - 3,6; вода – 176. Такой состав обес- печивает класс бетона по прочности на сжатие В45 (марка М600). Литература 1. Технология бетона. Учебник. Ю.М. Баженов - М.: Изд-во АСВ, 2007-528с. с иллюстрациями. 2. Руководство по подбору составов тяжелого бетона / НИИЖБ.-М.: Стройиздат, 1979.- 103с., ил. 3. Шабанов Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема.- М.: ИКЦ "Академкнига", 2004.- 208с. УДК 547.5 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТАМИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ФИРМ БЮДЖЕТНЫМ МЕТОДОМ Шульженко Н.А. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Изучены понятия и виды разделов доходной и расходной частей бюджета строи- тельных фирм, рассмотрены вопросы управления отдельными статьями бюджета. В самом общем виде бюджет представляет собой таблицу (план), в которую сведены предполагаемые доходы и расходы на определенный период. Бюджетный метод руководства представляет собой метод, имею- щий определенные цели, отмечающий фактическое положение дел на пред- приятии и вносящий необходимые коррективы. Бюджетирование представ- 412 ляет собой метод распределения ресурсов, охарактеризованных в стандарт- ной форме, для достижения целей, также представленных количественно. Расчет бюджета определяется как процесс принятия решений, через который предприятие оценивает целесообразность притока и оттока активов. На современном строительном производстве или промышленном предприятии задача бюджетирования состоит в повышении эффективно- сти работы предприятия посредством: 1) целевой ориентации и координации всех событий на предприятии; 2) выявления рисков и снижения их уровня; 3) повышения гибкости, приспособляемости к изменениям. Бюджетный метод имеет ряд достоинств и в настоящее время в ус- ловиях нестабильности является важным методом управления предпри- ятием. Его применение эффективно в области: 1) финансового менеджмента строительной организации (предпри- ятия); 2) управления коммерческой деятельностью; 3) организации общего управления; 4) управления затратами; 5) общей стратегии развития предприятия. Трудности и недостатки бюджетного метода управления в основном связаны со сложностью и длительностью процесса его внедрения, пере- стройки организационной структуры управления, значительными затратами. Для успешного формирования, внедрения и функционирования сис- темы бюджетирования на предприятии необходимо соблюдение следую- щих условий: 1. совершенствование организационной структуры предприятия; 2. интеграция бюджетирования с организационной и информацион- ной структурами предприятия и схемами исполнения бизнес-процессов; 3. стандартизация данных и их совместное использование всеми бизнес-единицами предприятия. Одним словом, перед руководителями предприятия стоит сложная задача – грамотно начать внедрение системы бюджетирования, одновре- менно решал две основные проблемы – организационную и техническую. Система бюджетирования содействует повышению эффективности производства, обеспечивая: -регулярное получение достоверной информации о результатах хо- зяйственной деятельности предприятия; -выявление и контроль всех финансовых потоков предприятия; -управление затратами на производство, оборотными средствами, запасами, дебиторской и кредиторской задолженностью; -оптимизацию налогообложения; 413 -управление документооборотом внутри предприятия; -контроль эффективной работы подразделений и их руководителей. Формирование бюджета осуществляется по схеме, предусматри- вающей взаимодействие «верхов» и «низов». Данная схема наиболее со- вершенна, поскольку планирование «снизу» и составление бюджета «свер- ху» – единый процесс, в котором предусматривается постоянная взаимо- увязка и координация наиболее важных для предприятия показателей. Технология бюджетирования заключается в разработке бюджета и представляет собой не что иное, кате совокупность взаимосвязанных про- цессов, реализация которых происходит в следующем порядке: моделиро- вание и выбор оптимального варианта действий для предприятия, а затем контроль отклонений и регулирование. После завершения периода анали- зируются отклонения и выявляются причины для корректировки будущих планов. Основными этапами формирования бюджета являются фазы: – постановки проблемы и сбора исходной информации для разра- ботки проекта бюджета; – анализа собранной информации, обобщения и формирования про- екта бюджета; – оценки проекта бюджета; – утверждения бюджета; – регулирования; – контроля реализации бюджета. Основа технологии бюджетирования – непрерывность планирова- ния, т.е. взаимосвязь стратегического, долго- и краткосрочного планиро- вания, анализа и контроля выполнения. При формировании бюджета предприятия (краткосрочное планиро- вание) опираются на последние данные об ожидаемом исполнении бюдже- та текущего периода. Анализ ожидаемого выполнения бюджета и причин отклонений позволяет сформулировать цели и задачи бюджета планируе- мого года. Кроме того, расчеты проводятся как в сопоставимых условиях текущего года, так и с учетом метода дисконтирования денежных потоков и теории рисков, т.е. в различных оценках. Многовариантность позволяет повысить возможности предприятия, быстро и с наименьшими потерями адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям. Бюджет предприятия, как правило, имеет достаточно жесткую фор- му. Он состоит из двух основных разделов: «Доходы» и «Расходы» и пред- ставляет собой сводную форму 2КС. Статьи разделов сводной формы бюджета формируются в зависимости от направлений деятельности пред- приятия и его масштабов. Объем реализации продукции (работ, услуг) – главный элемент в разделе «Доходы». От него зависит объем используемых ресурсов и в ко- 414 нечном счете прибыль. Поэтому особую роль играют оценки конъюнктуры и состояние портфеля заказов. Для большинства промышленных предприятий именно доход от реализации продукции на внешнем и внутреннем рынках имеет (работ, услуг) по видам платежей включаются полученные предприятием авансы, внереализационные доходы, средства из местного и федерального бюдже- тов, а также из внебюджетных фондов. Вторым разделом бюджета являются «Расходы». К статьям расхо- дов предприятия относятся затраты на производство, налоги, выплачивае- мые предприятием из прибыли, дивиденды, капитальные вложения и рас- ходы на НИОКР и освоение новой продукции, а также другие расходы (расходы на содержание жилищного фонда и объектов социально- культурной сферы, расходы из фонда потребления и т.д.). Одной из основных статей расходов являются «Затраты на произ- водство». Определение объемов финансирования по данной статье осуще- ствляется в соответствии с разработанной экономической моделью, вклю- чающей в себя расчеты затрат основных и вспомогательных производств по площадочной (цеховой) себестоимости, общехозяйственных и коммер- ческих расходов, распределения накладных расходов по бизнес-единицам. Себестоимость товарной продукции определяется исходя из установленно- го экономической службой плана производства, цен на материалы, полу- фабрикаты и комплектующие экспликацию машин и механизмов, топлив- но-энергетических расходов, расходов на заработную плату, расходов на обслуживание производственного процесса, обеспечение нормальных ус- ловий труда и техники безопасности, содержание и эксплуатацию средств природы. Затраты на производство товарной продукции рассчитываются ис- ходя из себестоимости товарного выпуска по предприятию и изменения (прирост или снижение) незавершенного производства по изделиям в раз- резе бизнес-единиц согласно разработанным в компании методическим материалам. Сумма оборотных средств по незавершенному производству может быть фактическая, т.е. по состоянию на определенную дату и расчетная (нормативная). Кроме этого для повышения достоверности расчетов необ- ходимо учитывать особенности формирования оборотных средств на кон- кретном предприятии, а также влияние внешних факторов. Примером оп- ределения такого влияния может служить расчет инфляционных ожида- ний. К возмущениям со стороны внешних источников для предприятия можно отнести и требования поставщиков о закупках материалов опреде- ленными партиями, часто превышающими нормативные потребности предприятия. В связи с влиянием указанных факторов необходимо коррек- 415 тировать нормативы на коэффициенты инфляции и партионности, приме- нение которых снижает риск ошибки при формировании расходов бюджета. Общехозяйственные (управленческие) расходы – это расходы на со- держание работников аппарата управления и прочего общезаводского пер- сонала предприятия, транспортное обслуживание их деятельности; экс- плуатационные расходы по содержанию зданий, сооружений, оборудова- ния, инвентаря общезаводского назначения; командировочные расходы; расходы на содержание охраны, па подготовку кадров, на охрану труда; расходы по оплате консультационных, информационных, аудиторских, банковских услуг, услуг других сторонних организаций; отчисления во внебюджетные фонды; установленные законодательством налоги, сборы и другие обязательные платежи. Коммерческие (внепроизводственные) расходы – это расходы по сбыту продукции (упаковка, хранение, транспортировка до станции или порта отправления и погрузка, если это включено в условия поставки), представительские и рекламные расходы. Общая потребность в средствах на выпуск установленного объема товарной продукции рассчитывается с учетом оборотных средств, имею- щихся на начало периода и запланированных на его конец Следующим шагом является расчет результатов производственно- хозяйственной деятельности предприятия без учета налогообложения, что позволяет сократить сроки прогнозирования платежей в бюджеты всех уровней и, соответственно, уменьшить до минимума издержки, связанные с возможными в этой части ошибками. По статье налоги в бюджете предприятия отражаются налоги, не включаемые в соответствии с действующим законодательством в затраты на производство. К таким налогам относят налог на имущество, налог на содержание жилищного фонда и объектов социально-культурной сферы с учетом расчета льгот на содержание объектов социальной сферы по ут- вержденным нормам на планируемый период, налог на прибыль. К обязательным платежам, отражаемым в бюджете предприятия, относятся проценты по кредитам, штрафные санкции, пени, дивиденды и проценты по облигациям, выплачиваемые в планируемом периоде, пога- шение кредиторской задолженности. При составлении бюджета предприятия предусмотрено согласова- ние источников получения доходов и статей расходов. Прибыль, получен- ная от реализации продукции, и амортизационный фонд, сформированный от начисления износа зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств, являются целевыми источниками финансирования. При разработке бюджета проводятся расчеты по прибыли предпри- ятия, т.е. определяется налогооблагаемая прибыль, размер налога на при- 416 быль, прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия, и производится плановое распределение прибыли по фондам. По итогам сформированного бюджета для увеличения наглядности сопоставления планируемых доходов и расходов в процессе формирования бюджета заполняется матрица, позволяющая выявить остаток или дефицит денежных средств, проанализировать расходы по статьям затрат, их оче- редности, а также наметить мероприятия по снижению затрат с учетом их важности для поставленной предприятием цели и рассчитать эффектив- ность этих мероприятий. Сводный бюджет проходит согласование со службами предприятия, участвующими в его формировании, после чего он предоставляется на рассмотрение правления и на утверждение Совету директоров. Следующей стадией планирования финансово-хозяйственной дея- тельности предприятия является процесс регулирования, т.е. разработка детального плана реализации бюджета, подготовка приказов и распоряже- ний по его выполнению, а также внесение дополнений и изменений в ра- нее принятые приказы и распоряжения. На основании утвержденного ру- ководством предприятия бюджета строятся ежемесячные планы доходов и расходов, которые утверждаются директором предприятия и являются обязательными для исполнения всеми службами. Через эти планы осуще- ствляется управление затратами на предприятии, а значит обеспечивается достижение необходимого уровня экономических показателей (объем про- даж, чистая прибыль, рентабельность активов, норма Прибыли на обнов- ление), без чего невозможно гибкое развитие предприятия. Ввод объектов в эксплуатацию и закрытие выполненных этапов строительно-монтажных работ сопровождается расчетом затрат на произ- водство в составе расходной части бюджета. Выпуск продукции или оказание услуг предполагает соответствую- щее ресурсное обеспечение, величина которого оказывает существенное влияние на уровень развития экономики предприятия. Поэтому каждое предприятие или производственное звено должно знать, во что обходится производство продукции (работ, услуг). Данный фактор особенно важен в условиях рыночных отношений. В связи с этим увеличивается важность построения правильной системы учета и представления информации о затратах. При группировании затрат на российских предприятиях ключевое понятие – «себестоимость». Это важный планово-экономический показа- тель предприятия, обобщающий его издержки на производство и реализа- цию продукции, выполнение работ и услуг. Она представляет собой сум- марную стоимостную оценку использования в процессе изготовления и 417 сбыта товаров природных, трудовых, производственных, финансовых и других ресурсов. Связь между категориями себестоимости товарной продукции, реа- лизованной продукции, затрат на производство и прибылью от реализации за период раскрывается следующими зависимостями: рпр SРПП  , (1) где Пр – прибыль от реализации за период; РП – выручка от реализации за период (объем реализованной продукции); Spп – себестоимость реализо-ванной продукции. ОГПSS тпрп  , (2) где Sтп – себестоимость товарной продукции; ОГП – изменение остатков готовой продукции. нк ОГПОГПОГП  , (3) где ОГПк, ОГПн – соответственно остатки готовой продукции на конец и начало периода. ОСSS пртп  , (4) где Snр – затраты на производство за период; ОС – изменение запасов (оборотных средств) незавершенного производства, сырья, материалов и полуфабрикатов. ЗАПНЗПОС  , (5) где НЗП – изменение остатков незавершенного производства; ЗАП – изменение остатков запасов сырья, материалов, полуфабрикатов. нк НЗПНЗПНЗП  , (6) где НЗПк, НЗПн – соответственно остатки незавершенного производства на конец и начало периода. нк ЗАПЗАПЗАП  , (7) где ЗАПк – ЗАПн – соответственно остатки запасов сырья, материалов и комплектующих на конец и начало периода. ОСЗОГПОСЗS прпрпр  , (8) где ОС – изменение запасов (оборотных средств). ЗАПОГПНЗПОС  . (9) В итоге используя формулы (1) – (9), получим производственный результат за период: 418   прпрр SРПОСЗРПП  . (10) Таким образом, себестоимость реализованной продукции зависит от затрат на производство и изменения оборотных средств (8), а себестои- мость товарной продукции отличается от себестоимости реализованной продукции на величину изменения остатков готовой продукции (2). Схематично связь между рассмотренными показателями представ- лена на рис.1. Рис. 1. Взаимосвязь между основными показателями затрат на производство и результатом производственной деятельности Планирование затрат на производство при формировании бюджета – один из приоритетных и трудоемких процессов, соединяющих совокуп- ность различных методов и форм экономических расчетов, большие объе- мы обрабатываемых данных и многовариантность конечного решения с формирования отдельных статей бюджета, например в разделе затрат по амортизации и объемам незавершенного строительства. Вместе с тем пози- тивные сдвиги в подходах к бюджетированию позволяют рекомендовать рас- пространение этого опыта в сферу контроллинга строительного производства. 419 Основные выводы: 1. Бюджетирование в условиях рынка строительной продукции яв- ляется одним из подходов к снижению себестоимости и оценки эффектив- ности работы, как представителей стройиндустрии, так и строительно- монтажных организаций. 2. При внедрении методов бюджетирования в условия производства строительных и специальных работ необходима корректировка коврактор- ным статьям формирования расходной и доходной частей бюджета под- рядных фирм. Литература 1. РД–11–03–2006. Порядок и ведение дел при осуществлении государственного строительного надзора. 2. РД–11–05–2007. Порядок ведения общего и специального журнала учета выпол- нения работ при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте капитально- го строительства. 3. Ширшиков Б.Ф. Организация, планирование и управление строительством: учебник для ВУЗов – М.: Издательство АСВ.2012-528с. УДК 539.384.6 КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБОЛОЧЕК СРЕДНЕЙ ТОЛЩИНЫ Шерешевский М.Б., Теличко В.Г. Тульский государственный университет В работе представлено получение основных выражений метода конечных элемен- тов для гибридного треугольного конечного элемента с пятью степенями свободы в точке. 1. Матрица жесткости конечного элемента Внутри конечного элемента вектор обобщенных сил представим следующим образом [2]:     PM  , (1) где  P – матрица некоторых функций от координат точки элемента;   – вектор коэффициентов, подлежащих определению. Вектор обобщенных деформаций представим в виде         1D M E M   . (2) Учитывая, что матрица  E представляет собой интеграл по толщи- не плиты, определим энергию деформации для объема конечного элемента как интеграл по его площади 420     1 2 T S U M E M d S  . (3) П. Тонгом и Т. Пианом показано в работах [5,6], что конечные эле- менты данного класса основаны на функционале вида         , n TT n n V S П U t d S t d S            (4) где nV – граница объема элемента; S – часть nV , подвергнутая действию внешнего вектора сил  ; n – количество элементов; t – граничные пе- ремещения, связанные с узловыми перемещениями  q выражением     t L q . (5) Вектор сил на границе элемента   определится из уравнения (1)     R   (6) где  R – матрица  P для контура nV элемента. Подставляя выражения (1), (3), (5), (6) в уравнение (4), получим              01 ,2 TT TnП H T q q          (7) где        ;T S H P E P d S  (8)       ; n T V T R L d S  (9)     0 .T S L d S   (10) Определяя вариации функционала (7) по параметрам  ,  q и приравнивая эти вариации нулю, можно получить выражение вида [3]:         1 0 ,T n n T H T q    (11) откуда выделяется матрица жесткости элемента        1 .TK T H T (12) 421 Кроме того, при определении вариации функционала (7) по неиз- вестным коэффициентам   можно установить связь этих коэффициентов с узловыми перемещениями       1 .H T q  (13) Подставляя коэффициенты   (13) в соотношения (1) приходим к зависимостям вида        1 .M P H T q (14) Таким образом, вектор обобщенных сил  M определяется непо- средственно после вычисления узловых перемещений. 2. Определение матрицы  H Представим вектор обобщенных сил  M через неизвестные коэф- фициенты   в виде 11 1 4 1 9 2 22 2 5 2 10 1 12 3 12 1 11 2 1 4 11 2 5 12 11 6 22 7 12 8 ; ; ; ; ; ; ; . M x x M x x M x x Q Q N N N                         (15) Тогда на основании уравнения (1) имеем:   1 2 2 1 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 ; 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 x x x x x x P                (16)      1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T              (17) 422 Подставляя (16) в соотношение (8) и учитывая, что 0 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 0, 1 1 1 , 2 1 S S i i j j S k k S x dx dx x dx dx x x S dx dx x x площадь треугольника x x                2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 , , 12 12 , 12 i j k i j k S S i i j j k k S S SS x dx dx x x x S x dx dx x x x SS x x dx dx x x x x x x                (18) получим выражения для элементов квадратной матрицы двенадцатого по- рядка  H . Рис. 1. Схема усилий и перемещений на стороне конечного элемента 3. Определение матрицы  T Определение элементов матрицы  T непосредственно по формуле (9) достаточно трудоемко, так как квадратная матрица  L для треугольно- го конечного элемента с пятью степенями свободы в узле имеет порядок 423 15. Матрицу  T можно получить другим способом. Для этого запишем выражение работы вектора обобщенных сил  M вдоль контура конечно- го элемента, а затем выделим из этого выражения векторы  T и  q , а то, что останется (см. уравнение (7)) окажется матрицей  T . Из условия равновесия элементарного треугольника ABC , приведенного на рис. 1, вытекают следующие равенства: 11 11 12 22 22 12 11 11 12 22 22 12 1 2 ; ; ; ; , cos ; sin . ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij M M C M S M M S M C N N C N S N N S N C Q Q C Q S C S                (19)   Рис. 2. Схема треугольного конечного элемента в плоскости 1 20x x Учитывая зависимости (19), определим работу распределенных вдоль стороны i j сил и моментов следующим образом (см. рис. 2): 424           1 1 2 12 22 1 12 11 2 0 11 12 1 22 12 2 [ ] , ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij A L Q C Q S w M C M S M S M C N C N S u N S N C u d                (20) где / ijl L  – безразмерная координата, измеряемая вдоль стороны ко- нечного элемента i j . Очевидно, что работа усилий и моментов, совершаемая на соответ- ствующих перемещениях вдоль всего контура треугольного конечного элемента, такова: 12 23 31A A A A   (21) Зададим вектор перемещений в i -ом узле конечного элемента      1 2 1 2 1 2 3 4 5 .T Ti i i i i i i i i i iq w u u q q q q q    (22) Тогда вектор узловых перемещений всего конечного элемента мож- но представить так:    1 2 3 15... .Tq q q q q (23) Аппроксимацию граничных перемещений примем с учетом узловых перемещений в следующей форме [5]:                        1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 / 2; 1 ; 1 ; 1 ; 1 ; i j ij i j i j i j i j i j w w w L u u u u u u                                           (24) где 1 2 1 2; ;i i ij i ij j j ij j ij ijc S c S L        – длина стороны i j . Представим текущие координаты 1x , 2x на стороне i j через коор- динаты узлов в виде 1 1 2 2; ;i ij ij i ij ijx x L s x x L c      (25) Подставляя зависимости (15), (20), (24), (25) в уравнение (21), учи- тывая при этом (23) и выделяя векторы   ,T q , получим выражения для элементов матрицы  T порядка 12 15 . 4. Вычисление матрицы упругости [B] Для конкретизации структурной анизотропии материала исследуе- мых оболочечных конструкций примем ортотропное тело. Уравнения состояния выберем согласно гипотезам [4, 5], в форме близкой к обобщенному закону Гука для анизотропных материалов при малых деформациях. 425 В произвольной ортогональной системе координат закон упругости для анизотропного разносопротивляющегося материала при линейной ап- проксимации диаграмм деформирования запишем в виде: ( )ij ijkm ij kme C   ; (i,j,k,m =1,2,3); (26) где kkkk kkkk kkkk kkC A B   ; ( )iijj iijj iijj ii jjC A B     ; ij; (здесь и далее по индексам не суммировать); ( 2 )iiij iiij iiij ii ijC A B     ; ij; 2ijij ijij ijij ijC A B   ; ij; ( 2 )iijk iijk iijk ii jkC A B     ; jk; 2( )ijkm ijkm ijkm ij kmC A B    ; ij; km; ijkm kmijC C ; ijkmA , ijkmB - компоненты тензоров четвертого ранга, определяющие физи- ко-механические характеристики материалов из простейших эксперимен- тов (в общем случае число независимых констант равно 42); Для ортотропного тела на основании (26) получим [4]               11 1111 1111 11 11 1122 1122 11 22 22 22 1122 1122 11 22 11 2222 2222 22 22 12 1212 1212 12 12 13 1313 1313 13 13 23 2323 2323 23 23 ; ; 2 ; 2 ; 2 . e A B A B a e A B a A B e A B e A B e A B                                  (27) В этом случае число независимых характеристик материала равно восемнадцати. При этом константы для ортотропного тела вычисляются следующим образом:                1 / 1 / / 2; 1 / 1 / / 2; / / / 2; / / / 2; 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 0,25 ; 2 / / 1 / 2 1 / 1 / 0,125 2 kkkk k k kkkk k k iijj ij j ij j iijj ij j ij j i j i j ijij ij ij ji i ji i ijij ij ij A E E B E E A E E B E E E E E E A E E E E E B E E                                                           1 / 1 / 1 / , 4 / / i j i j ji i ji i E E E E E                    (28) 426 где / / ; / / .ij j ji i ij j ji iE E E E             iE  , ij  - модули деформаций и коэффициенты поперечной деформации при одноосном растяжении и сжатии в направлениях соответствующих главных осей анизотропии. Таким образом, подставляя в уравнение (12) выражения для матриц [T], [H] и   1ijkmB C     получаем выражение для матрицы жесткости КЭ. 5. Алгоритм определения НДС конструкций из материалов с услож- ненными свойствами на основе предложенной модификации КЭ В рамках указанных гипотез алгоритм решения задачи об определе- нии НДС конструкции из материалов с усложненными свойствами услов- но расчленим на следующие шаги: 1. Формирование задания на расчет конструкции. 2. Формирование матрицы связи узлов конечных элементов. 3. Формирование граничных условий. 4. Задание нагружения конструкции. 5. Формирование матриц жесткости конечных элементов. 6. Формирование глобальной матрицы жесткости всей конструкции. 7. Расчет вектора узловых перемещений. 8. Расчет деформаций, напряжений. 9. Пересчет матрицы упругих свойств материалов, сохранение результатов, при необходимости возврат к пункту 5 (если не достигнута сходимость по методу И.А. Биргера "переменных параметров упругости"). 10. Оценка полученных результатов. Такое расчленение алгоритма решения задачи позволяет повысить помехозащищенность вычислительного процесса и дает возможность ис- кусственно прервать ход решения, оценить динамику сходимости, коррек- тировать дальнейшие вычислительные процессы, начиная их с прерванной операции. В целом решение задачи осуществлялось методом «переменных па- раметров упругости» – вариантом метода последовательных приближений И.А. Биргера. Литература 1. Постнов В. А., Хархурим И. Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. – Л.: Судостроение. – 1974. – 344 с. 2. Секулович М. Метод конечных элементов. – М.: Стройиздат, 1993. – 664 с. 3. Cook R.D. Two hybrid elements for analysis of thick thin and sandwich plates // Int. J. num. Meth. Engng. – 1972. – Vol. 5. – P. 277-288. 427 4. Трещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения. М.; Тула: РААСН – ТулГУ. 2008. 264 с. 5. Теличко В.Г., Трещев А.А. Расчет напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек из разносопротивляющегося материала. // Вестник Цен- трального регионального отделения РААСН // – Воронеж-Тверь: РААСН-ТГТУ. - 2007. – Вып. 6. – С. 217-225 УДК 658.21 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ В ЛИНЕЙНЫХ СТРУКТУРАХ СТРОИТЕЛЬСТВА ПУСКОВЫХ ОБЪЕКТОВ Шипулин Н.А. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия В статье рассмотрены модели и методы управления в структурах строительст- ва. Проанализированы достоинства и недостатки линейной структуры управле- ния. Предложены рекомендации по более эффективному использованию линейной структуры. Успешное решение задач по преодолению проблем в экономике России непосредственно связано с эффективным функционированием ее инвестиционно-строительной сферы. Создание качественно нового произ- водственного аппарата отраслей материального производства и обслужи- вания требует проведения большого объема работ по строительству новых пусковых объектов, реконструкции, расширению и техническому перевоо- ружению действующих предприятий, организаций, их основных средств. Одним из важнейших условий эффективного функционирования строи- тельства является действенность системы управления им. Ключевыми понятиями структуры управления являются элементы, связи (отношения), уровни и полномочия. Структура системы управления состоит из отдельных работников, образующих аппарат управления, и тех- нических средств управления. Работник управления выполняет какую-то часть функций управления и занимает должность, которая связана с кон- кретными правами и обязанностями. Техника управления охватывает всю совокупность орудий труда и технических средств, используемых в про- цессах управления. В настоящее время техника управления все в большей мере влияет на структуру управления. Различают следующие типы структур управления: линейную, функ- циональную, линейно-функциональную, или линейно-штабную, и комби- нированную. При линейной (иерархической) структуре (рис. 1) отдел имеет одну вышестоящую и несколько нижестоящих инстанций. Все вопросы реша- 428 ются по одной линии связи. Каждый руководитель получает информацию только от непосредственных подчиненных и управляет их деятельностью, т.е. все функции управления и подчинения сосредотачиваются у руководи- теля, создается вертикальная линия управления и прямой путь воздействия на подчиненных. Линейная структура образует четкую последовательную иерархию: вышестоящий руководитель не имеет права отдавать распоряже- ния каким-либо исполнителям, минуя их непосредственного руководителя.  Рис. 1. Пример линейной структуры управления Функциональная структура предусматривает разделение работ по функциям. В органе имеются звенья, которые специализируются на пла- нировании, учете и т. д. Решения, подготовленные этими звеньями, обяза- тельны для выполнения нижней ступенью управления. В линейно-функциональной (рис. 2) или линейно-штабной структу- ре за основу берется линейная структура, но при каждом звене руково- дства создается штаб, состоящий из отделов, специализированных по от- дельным функциям. Линейный руководитель рассматривает и утверждает подготовленные штабом решения, которые передаются подчиненным ли- нейным руководителям, а на их основе принимаются решения в масштабе своего уровня также с участием штаба. В матричных структурах управления, основанных на принципах программно-целевого управления, предусмотрены связи, обеспечивающие увязку функциональных и линейных подразделений в рамках выполняе- мой задачи. 429 Простейшей структурой управления является линейная. Она пред- ставляет собой скелет организации как таковой и четко ориентирована на построение вертикальных связей. Рис. 2. Пример линейно-функциональной структуры управления Организация в чистом виде как противоположность рыночному ме- ханизму взаимодействия между элементами системы - это линейная орга- низация. Линейные структуры были построены в соответствии с принци- пами управления, сформулированными еще в начале ХХ века немецким социологом Максом Вебером, который ввел концепцию рациональной бюрократии – свод законов, принципов и критериев иерархической или бюрократической структуры управления. При увеличении объемов эксплуатационных мероприятий, напри- мер, при принятии на обслуживание новых объектов, соответственно уве- личиваются численность эксплуатационного персонала и их территори- альная разобщенность. В такой ситуации непосредственный оперативный контакт руководителя с каждым работником становится почти невозмож- ным. Поэтому применяется многоуровневая иерархическая система управ- ления, в которой вышестоящий руководитель осуществляет единоличное руководство подчиненными ему нижестоящими руководителями, а ниже- стоящие руководители подчиняются только одному лицу - своему непо- средственному вышестоящему руководителю. Многоуровневая линейная структура управления имеет только вертикальные связи между элемента- ми и строится по принципу иерархии. Эта структура характеризуется чет- 430 ким единоначалием. Каждый работник или руководитель подчиняется не- посредственно только одному вышестоящему лицу и через него связан с более высокими уровнями управления. Таким образом, в аппарате управле- ния создается иерархическая лестница по подчиненности и ответственности. В процессе управления производством применяются организа- ционные (административные), экономические и социально-пси- хологические методы, которые неразрывно связаны между собой и взаим- но дополняют друг друга. К достоинствам линейной структуры можно отнести: единство рас- порядительства, четкость подчинения, оперативность в принятии реше- ний. К недостаткам относятся: высокая информационная нагрузка руково- дителя, большой поток документов, разобщенность горизонтальных свя- зей в производственных системах, при большом числе уровней управле- ния удлиняется процесс принятия и реализации управленческих решений; Таким образом, экономическая эффективность линейных организа- ционных структур управления тем существеннее, чем меньше число уров- ней иерархии (время проведения решений), чем уже профиль работ (за- грузка руководителя), - внутренние факторы, и чем стабильнее рыночные условия (частота проведения решений) – внешние факторы. Примером снижения числа уровней иерархии и повышением эффективности деятель- ности служит решение Джека Уэлча, руководившего компанией General Electric с 1981 г. по 2001 г.. За это время он сократил число уровней иерар- хии с 29 до 6, сократил численность с 440000 до 313000 человек и повысил прибыль с 1,65 млрд долларов 7,3 млрд долларов. Для приспособленности линейной структуры управления строи- тельством к её развитию необходимо: 1. сократить число уровней иерархии; 2. эффективно использовать организационные, экономические и социально-психологические методы; 3. переходить от линейной организационной структуры управле- ния, имеющей только линейные структурные подразделения и только вер- тикальные связи управления, на другие структуры управления. Литература 1. В. М. Серов. Организация и управление в строительстве. Учебное пособие. 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 432 с. 2. Н.А. Шульженко, Н.В. Гненков. Теория и практика организационно- технологических и экономических решений в строительстве. Учебное пособие. АОС Тула, Тульский полиграфист, 2010. – 356 с. 3. Шамарина, Л. В. Создание эффективной организационной структуры управле- ния. / Экономика. Государство. Право. - 2010, №2. - 31 с. 431 УДК 699.814.3:692.231.3 ФУНДАМЕНТ УТЕПЛЕННАЯ ШВЕДСКАЯ ПЛИТА Пушилина Ю.Н., Исаев А.О. Тульский государственный университет, Россия В статье описана сущность фундамента утепленная шведская плита (УШП), при- веден ряд основных преимуществ данной плиты и краткая технология. В настоящее время, устройство фундаментной плиты целесообразно при сооружении небольших и компактных в плане домов или других по- строек, когда не требуется устройство высокого цоколя, и сама плита ис- пользуется в качестве пола. Фундаментные плиты среди других типов фундаментов для коттеджного строительства выгодно отличаются наличи- ем жесткой пространственной решетки армирования по всей плоскости, что обеспечивает возможность восприятия вертикальных нагрузок сезон- ных перемещений грунтов без внутренних деформаций, за что и получили название «плавающие». Это делает монолитные плиты одними из самых надежных фундаментов. Последним словом в устройстве плитных фундаментов стали утеп- ленные фундаментные шведские плиты, иначе называемые энергосбере- гающими плитами. Собственно, технология эта не нова – этот способ с успехом применяют в Европе. В Швеции, откуда родом эта технология, климатические условия и свойства грунтов схожи с Российскими, поэтому резонно будет предположить, что шведскую плиту в нашей стране ждет большое будущее! Шведская плита — это утепленный монолитный фундамент низкого заглубления, в которую сразу закладывают теплые полы, водопровод и канализацию. Благодаря огромной несущей способности фундаментной плиты, ее можно применять на слабых, насыпных и пучинистых грунтах, в холодных регионах с сезонным промерзанием грунта и потенциальными возможностями морозного пучения, с любыми показателями химической агрессивности почвы, так как фундаментная плита защищена со всех сторон инертным к химическим воздействиям материалом — экструдированным пенополистиролом. Он идеально подходит для коттеджного и малоэтажного строительства (рис.1). Суть технологии в производстве этой плиты в том, что очень широ- ко используются современные теплоизоляционные материалы, плюс к этому прямо в плиту встраивают все коммуникации, включая систему водя- ного подогрева пола. Стоимость такой конструкции в нашей стране пока еще относительно высока, но это достаточно легко обосновать, просто пере- числив все положительные свойства шведских плит. 432 Рис. 1. Утепленная шведская плита Процесс закладки такого фундамента занимает очень мало времени. Технология закладки проста и не требует ни сложного оборудова- ния, ни тяжелого физического труда, ни дополнительных расходов на ма- териалы. Обычно в цену уже включено все, в том числе трубы, коммуни- кации и прочее. После заливки плиты и ее отвердения получается готовый пол – ровный, теплый и красивый. Можно сразу включать подогрев и сте- лить напольное покрытие, любое: паркет, линолеум, ламинат. Благодаря применению современных тепло- и гидроизоляционных материалов вкупе со встроенной системой «теплых полов» в таком доме никогда не будет холодно, почва под домом не промерзнет, и экономия на отоплении будет очень существенной. Для сравнения: коэффициент теплопроводности обычной плиты – от 0,52, до 0,32, теплопроводность шведской плиты со- ставляет всего 0,17-0,10. К преимуществам УШП относятся: -УШП с утеплением снаружи является аккумулятором тепла, что обеспечивает стабильность поддержания температуры в доме; -отсутствие необходимости в стяжке для теплых полов; -отсутствие мостиков холода в углах, в стыках пола и стен; -сокращение срока строительства; -большая толщина утеплителя сокращает потери тепла — экономия денег на отопление; 433 -улучшенная гидроизоляция плиты за счет экструзионного пенопо- листирола; -упрощенное расположение труб теплого пола (по всей поверхно- сти пола, а не только через дверные проемы, если монтировать их в стяжку; -удобнее работать на одной большой площадке, чем делать несколь- ко стяжек внутри, соответственно экономия времени и рабочей силы — следовательно также снижение затрат; -наличие бокового утепления от промерзания; -уменьшение толщины плиты, т.к. жесткий утеплитель является также распределителем нагрузки на грунт и создает подушку, которая движется независимо от грунта, не передавая деформации на саму плиту; -плита находится всегда в одном температурном режиме, то есть практически не разрушается; -перед заливкой под плиту закладывают канализацию, дренаж, а в тело плиты водопровод и электрокабеля – все коммуникации скрыты. Монтаж УШП относительно несложен и может быть выполнен свои- ми силами. Шведская плита требует ровного основания, поэтому вначале расчищают площадку и роют котлован. Затем делают двуслойную подушку. Чтобы предотвратить капиллярный подсос влаги в песок, нижний слой (15 см) выполняют из гравийного щебня фракцией 20-40, который выполняет функцию дренажа. Затем сыплют слой песка такой же толщины, который создает ровное основание для укладки пенополистерола. Особенностью УШП является то, что трубы под все коммуникации (канализацию, газ, электричество, воду) закладываются на стадии устрой- ства песчаной подушки, когда еще отсутствует видимый контур дома в виде опалубки. Чтобы сделать правильную разметку стен, выносят дом «в натуру»: натягивают веревочки, которые показывают, где находятся внут- ренние стены. Когда будет очерчен виртуальный дом из веревочек, можно будет правильно разместить коммуникации. После устройства песчаной подушки и прокладки коммуникаций по периметру будущего дома выпол- няют монтаж опалубки. Вместо досок предпочтительно использовать ла- минированную фанеру. После установки опалубки выполняют теплоизоляцию из экструди- рованного пенополистерола. Утеплитель стелют в два слоя, общая толщи- на составляет 20 см. После укладки пенополистерола производят монтаж арматуры и заземления. Арматуру диаметром 12 мм крепят на специаль- ные подставки. Заземление представляет собой три уголка, которые вбивают в землю и обваривают стальной полосой. Эту полосу уже подводят к щитку. На последнем этапе монтируют трубы для водяных теплых полов, которые подсоединяют к коллектору. Обязательным условием УШП явля- ется наличие низкотемпературного напольного отопления. 434 Теперь можно заливать бетон. Лучше использовать бетононасос. Заливка бетона в ребра и в саму плиту выполняется одновременно. Гото- вой утепленной шведской плите дают отстояться 3-5 часов, затем выравни- вают специальным инструментом. После этого можно снимать опалубку. Литература 1.Стандарт организации. Проектирование и монтаж фундаментов мелкого заложе- ния. Железобетонная плита по экструдированному пенополистиролу STYROF- OAM GEO на грунте.- Москва,2008. 2.www.rushome.ru УДК 697.133 СПОСОБЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УТЕПЛЕНИЯ СТЕН ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ К ВОПРОСУ ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ Пушилина Ю.Н., Котенева О.В. Тульский государственный университет, Тула, Россия Рассматриваются основные способы утепления стен жилых зданий. Проведена оценка применимости каждого способа. Для жителей России с ее климатическими особенностями всегда остро стояла проблема тепла в жилом доме. В прошлые века эту проблему в частности решали возведением толстых (в полтора метра шириной) стен из кирпича. В настоящее время проблема тепла в жилом доме может быть решена с помощью различных систем утепления с использованием совре- менных теплоизоляционных материалов. В зависимости от региона про- живания для поддержания нормальной температуры в жилом доме подби- рается оптимальная толщина и вид утеплителя, при этом должны также учитываться материал, из которого построен жилой дом, а также толщина несущих стен. В Российской Федерации теплоизоляция стен осуществляется с по- мощью трех различных систем утепления в соответствии с расположением теплоизоляционного материала [1]. Рассмотрим первый способ: изоляционный материал располагается на внешней поверхности стены путем присоединения дюбелями к покры- той клеем стене, затем изоляционный материал проклеивается, на него накладывается декоративная штукатурка, которая впоследствии покрыва- ется краской (рис. 1). В результате наружная система утепления формиру- ет компактный изоляционный слой, благодаря которому достигается зна- чительное снижение теплопотерь. 435 Рис.1. Утепление стен снаружи Рассматривая данный способ можно сделать вывод, что этот вари- ант имеет много преимуществ: долговечность здания - фасад защищается от негативного влияния атмосферных воздействий; повышение изоляционных свойств - в связи с введением дополнительных слоев увеличивается шумо-, гидро-, паро- и теплоизоляция; полезная площадь помещения не изменяется. Но главным достоинством данного метода является вынесение точки росы на внешний слой наружного утепления. К сожалению, данный способ уте- пления имеет недостаток, а именно – невозможно проводить работы при плохих погодных условиях. Второй способ - способ дополнительного утепления внутренних поверхностей стен (рис. 2). Однако такие системы имеют ряд проблем. Одной из причин явля- ется наличие мостика холода, который не может быть полностью устра- нен. Другая проблема заключается в разности температур в конструкции стены. Свойства ограждающих конструкций, наружная поверхность кото- рых подвергается внешнему воздействию окружающей среды, ухудшаются. Но наиболее серьезной проблемой такого утепления является риск появления конденсата в теплоизоляционном слое. Теплоизоляция внутри помещения применяется для существующих зданий, когда невозможен способ дополнительного утепления снаружи. В этом случае должны быть приняты меры для устранения мостиков холода, которые встречаются примыканиях полов, колонн и балок [2]. Также к негативным сторонам утепления внутренних поверхностей стен можно отнести заметное умень- шение полезной площади помещений. Но, в отличие от первого способа, работы могут производиться при любых погодных условиях. 436 Рис.2. Варианты утепление стен изнутри Третий способ изоляции - многослойная стеновая конструкция. Те- пловая изоляция находится между двумя конструктивными слоями (чаще всего бетона). Однако такой способ изоляции также имеет недостатки: возможность образования конденсата, который может образовываться на внутренней поверхности, покрытой непроницаемой или непроветриваемой оболочкой, что может привести к ухудшению свойств конструкции [3, 4]. Рис.3. Многослойная стеновая конструкция 437 Следовательно, долговечность и эксплуатационная надежность сис- тем теплоизоляции зависит от количества «мостиков холода» теплоизоля- ционной оболочки, которые являются очагами интенсивного старения слоя утеплителя и преждевременного разрушения системы. Таким образом, с точки зрения теплофизических процессов наибо- лее эффективным является наружное утепление как панельных, так и кир- пичных стен жилых домов. Литература: 1. Умнякова, Н.ГГ. Теремок. «Эффективная теплоизоляция Rockwool. Рекомендации специалистов и строителей» / Н.П. Умнякова. М. : Rockwool, 2000.-48 с. 2. Некрасов, М. Теплоизоляционные материалы: сравнительные характеристики / М. Некрасов // Технологии стр-ва. 2003. - № 2(24). - С.20 - 25. 3.http://www.builderclub.com/statyi/tehnologii-troitelstva/utepleniye-doma-chto-nuzhno- znat-ob-uteplenii-doma/#content_item_3706. 4. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-126-teploizolyacia УДК 336:658 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОМПАНИИ Криворучко А.В. Харьковский национальный университет строительства и архитектуры, г. Харьков, Украина В статье рассматривается возможность определения и усовершенствования сущности каждого из инструментов управления бизнесом как единого организма управления различными процессами строительной организацией. Обеспечение устойчивого развития строительной компании в современной экономической системе становится особенно актуальной проблемой. В среде неопределенности и кризисных ситуациях формируется неустойчивость предприятия, что требует изучения его состояния и разработки мероприятий по обеспечению устойчивого развития. Уже существуют практические исследования, которые направлены на решение данного вопроса. Но до сих пор не существует четких рекомендаций по комплексной динамичной оценке уровня устойчивого развития строительной организации. Поэтому определение возможности и сущности каждого из инструментов управления предприятием как единого организма управления строительной организацией вляется достаточно актуальными для данного исследования. Анализ последних исследований и публикаций указывает на то, что практически работ по этой проблематике не существует. Из всех работ выделяется работа [4], но в данной работе указаны только основные общие 438 теоретические положения и разработаны рекомендации по комплексной оценке уровня устойчивого развития промышленных предприятий. Цель данного исследования заключается в исследовании структуры механизма обеспечения финансовой устойчивости и выявлении особенностей его функционирования строительных предприятиях, а также направлений его совершенствования в условиях современной экономики. Проведенное исследование позволяет выделить основные мероприятия, а также методы и инструменты которые позволяют сформировать механизм устойчивого развития строительной организацией. К инструментам управления улучшения финансового состояния на предприятии, используются во время внутренней координации всех процессов на предприятии, можно отнести бухгалтерский учет, структуру предприятия и мотивацию сотрудников (рис. 1). Первым из инструментов управления финансовыми потоками (а именно расходами) является бухгалтерский учет, так как он является центром аккумулирования финансовых ресурсов на предприятии. Некоторые ученые считают, что низкий уровень развития управленческого учета, когда компании не в состоянии оценить результаты своей деятельности, способствует возникновению банкротства. Отмечается также, что правительство не может регулировать методы управленческого учета, поскольку они являются уникальными (этого мнения придерживается, например Rūta Kalčinskaitė [19]). Рис. 1. Перечень логистико-ориентированных процессов и инструментов управления строительной компанией 439 Нужно отметить, что существует мнение об обязательности тесной взаимосвязи между бухгалтерским учетом и логистикой. Это мнение поддерживают иностранные исследователи. Например, Cullen John, Bernon Mike, Gorst Jonathan в своем исследовании [16] утверждают, что в управленческом учете имеет четко определенную роль управления улучшением логистических процессов и наоборот. Kevin Yates и Mitchell Phoenix [18] утверждают, что управление бухгалтеров теперь ближе к бизнесу, чем когда-либо прежде, так как они могут улучшить способность принимать оперативные эффективные решения. Авторы выделяют в статье четыре элемента процесса принятия решений: ясное понимание цели, а именно конечную цель; владение информацией, поступившей на данный момент; идеи о том, как именно цель может быть достигнута; выполнение заданий без отклонения от принятого решения. Более подробно особенности этого инструмента управления были рассмотрены в работах [11, 13]. Традиционно, полученная информация бухгалтерского учета помогает проведению финансово - экономического анализа. Нужно отметить, что всегда актуальным является вопрос получения своевременной информации о финансовой устойчивости предприятия. Но надо отметить тот факт, что традиционные методы анализа более применимы для расчетов в текущем времени, то есть для текущего управления (проведение подобного анализа целесообразно проводить несколько раз в месяц), а при оперативном управлении (подобный анализа целесообразно проводить ежедневно, а по некоторым показателям возможен даже несколько раз в сутки) не дают возможности рассчитать динамические показатели и оценить финансовое состояние предприятия. Анализ последних исследований показал, что работы, в которых рассматривалась данная проблема практически не существует. Но уже некоторые исследователи работать над этой проблемой, например [2]. Суть методики анализа, предложенной в работе [2], была разработана с применением российской нормативной базы, поэтому для украинских предприятий без дополнительных исследований она не может быть применена. Нужно отметить, что проведение динамического оперативного анализа возможно с помощью применения алгоритма проведения экспресс-анализа финансовой устойчивости предприятия, который состоит из 9 этапов (более подробно сущность каждого из этапов анализа были рассмотрены в работах [5, 6, 8, 9]). Традиционно для проведения оперативного анализа следует применять внутренние формы отчетности, анализа и аудита. Основной задачей внутренней формы отчетности, анализа и аудита является получение объективной информации о финансово-экономическом 440 состоянии предприятия за расчетный период в понятном, доступном для пользователей виде. Но существует несколько проблем, которые не позволяют в полном объеме эффективно использовать данные внутренней формы отчетности, анализа и аудита для получения оперативной информации. Перечень проблем, их сущность и предложен комплекс мероприятий по решению этих проблем был более подробно рассмотрен в работе [7, с. 4-5]. Ведение оперативного учета финансовой устойчивости предприятия требует создания такой бухгалтерской системы, с помощью которой можно получить оперативную общую информацию. Для решения этой проблемы нужно создать обобщающий документ, который с одной стороны позволит получить оперативную информацию, а с другой – объединить и воспроизвести целостной информационную картину финансового состояния предприятия. Кроме того, для понимания финансово - экономической ситуации на предприятии внутреннюю документацию необходимо связать с бюджетами продаж, закупок и доходов. Самое ценное, что дает предприятию бюджетирование – это координация всех сторон деятельности, усилий всех подразделений на достижение конкретного результата и, как следствие, повышение эффективности и финансовой устойчивости, т.е. назначение бюджетирования – предоставить более - менее подробную финансовую часть бизнес-плана, которая предназначена обеспечить такой поток ресурсов, благодаря которому возникнет приемлемый уровень затрат для получения достаточной прибыли. Возможную структуру и последовательность формирования бюджета предприятия приведены на рис. 2. Другими словами, бюджетирование должно быть плотно «привязанным» к управленческому бухгалтерского учета. Подобного мнения придерживаются [0, с. 37], которые утверждают, что бюджетирование и управленческий учет тесно связаны и взаимозависимы, причем бюджетирование является базисом управленческого учета. Нормативная часть последнего, к сожалению, имеет преимущественно статический характер. В профессиональной литературе содержатся примеры попыток ввести алгоритмы, реализация которых позволяла бы строить динамический по своему характеру учет [2]. О необходимости использования в современных условиях динамичного подхода отмечают и западные ученые, например [17]. Что касается процесса бюджетирования на предприятиях, то этому вопросу уже уделено много исследований, например исследования [15] посвящено изучению особенностей капитала бюджетного процесса. 441 Рис. 2. Структура и последовательность формирования бюджета предприятия (на основе материалов работы [3] с корректировкой на специфику строительного предприятия) Рис. 3. Пример бюджетной матрицы Чтобы обеспечить динамическое управление бюджетами предпри- ятия целесообразно использовать матричный подход и строить бюджетные матрицы примеру, который приведен на рис. 3. В такой матрице можно фиксировать значения ожидаемых и фактических отклонений всех бюдже- тов предприятия и строить (внутри поля, обведено толстой линией) план их корректировки по алгоритмам, которые известны из линейного про- 442 граммирования. Для практической реализации такого подхода потребуют- ся соответствующие ІТ-технологии (см., например, работу [10, с.271]). Более подробно этот вопрос исследовался в работе [12]. Следующим инструментом управления предприятия является управление структурой, так как четко определенная структура помогает слаженной работе всех отделов предприятия. Под слаженной работой отделов предприятия следует понимать не только своевременно подготовленную документацию, но и доступность к ней. Однако на практике оказывается, что не каждый отдел предоставляет документацию по первому требованию другого отдела. В результате этого могут возникнуть дополнительные расходы, связанные с необходимостью проведения повторных расчетов (исследований), что мешает оперативному управлению. Для решения этой проблемы необходимо объединить в единую документарную сеть все отделы, чтобы с каждого рабочего места была возможность выхода в общую систему. Однако с целью предотвращения возможных злоупотреблений служебным положением следует ограничить доступ сотрудников различных отделов в общую систему. Каждый сотрудник должен иметь доступ к общей документации только в пределах той документации, которая ему необходима для выполнения производственного задания. Нужно определить круг общей документации предприятия, которая необходима различным отделам строительной организации при решении производственных вопросов. Это делается для того, чтобы с одной стороны выявить и ликвидировать повторения действий по заполнению документации через закрепление операции по одному из отделов строительной организации, а с другой стороны – определить четкий круг внутренних пользователей документации. Для успешного формирования каждого из структурных блоков предприятия необходимо определить их функции, перечень подразделений входящих в состав каждого блока. Затем необходимо разработать и утвердить документы, которые будут регламентировать деятельность каждого отдела и его подразделений, а также должностные инструкции каждого из сотрудников: в процессе подготовки, согласования и утверждения этих документов будет подниматься различные вопросы, например: численность работников, их квалификация, фонд оплаты труда, обязанности и ответственность сотрудников и прочее. Необходимо отметить, что не существует единого образца для формирования структуры управления строительной организацией. В каждой конкретной ситуации структура предприятия, количество служб, их функции будут зависеть от различных факторов: законодательства, внутренней и внешней политики предприятия. Чтобы структура 443 предприятия и каждого структурного подразделения была оптимальной необходимо четко определить задачи каждого отдела и структурного подразделения отдела, вытекающие из стратегических целей, возможность делегирования полномочий, необходимых для реализации этих задач, круг обязанностей сотрудников, а также систему оценки деятельности каждого из отделов. В работе [13] предложила возможную схему организационно - управленческой структуры строительной организации, в которой предложила сформировать несколько отделов строительной организации, которые должны возглавлять: главный архитектор, директор технического надзора, коммерческий директор, исполнительный директор, финансовый директор, директор по управлению персоналом, юрист, руководитель логистического отдела. Нужно отметить, что некоторые исследователи считают, что в любых компаниях должен быть отдел логистики, основной целью которого являются поставки продукции в нужное время с минимальными затратами. В статье Adebambo Olayinka Somuyiwa [14] предложил для реализации этой цели построить модель, с помощью которой возможно смоделировать различные экономические ситуации, то есть сотрудники могут сравнить возможности транспортировки конкретного продукта (ов), чтобы получить самую низкую общую стоимость. Компания может, например, использовать эту модель при принятии решения о распределении продукции. Кроме того, должна быть поддержка группы распределения поставщиков логистических услуг, с целью обеспечения экономии за счет масштаба и сферы, в конечном счете, приводит к снижению затрат и повышению клиентам «удовлетворения». Кроме того в статье подчеркивается, что многомерность логистической деятельности, затрудняет управление. На основании поведенного исследования возможно утверждать, что для эффективной работы предприятия сотрудники должны иметь доступ к документации для того, чтобы принимать оперативные решения. Решение этого вопроса возможно только через создание единой системы документооборота, что позволит определенным группам управленцев не проводить повторные исследования/расчеты, а воспользоваться уже существующими результатами. Круг вопросов, которые должны решаться в рабочем процессе, может быть закреплен за каждым отделом с помощью должностных инструкций. Надо отметить, что доходность предприятия характеризуется не только расчетными экономическими показателями, например, рентабельностью, но и способностью сотрудников предприятия быстро и качественно удовлетворить требование покупателей на приобретение товара, ведь не всегда в процессе оформления контракта участвует один 444 отдел. Для стимулирования эффективной работы сотрудников для уменьшения затрат и используется еще один инструмент - мотивация. То есть, если отражать расходы по каждому из отделов /сотрудников, возможно, проследить за качественным выполнением всех бизнес - процессов. В качестве премии предоставлять денежные бонусы - премии. Если в процессе деятельности будут возникать какие-то штрафные санкции, то денежное вознаграждение сотрудника будет уменьшаться, поэтому он вынужден для получения высокого бонуса наградные оптимизировать свою деятельность самостоятельно. Представленный механизм управления устойчивым развитием предприятия позволил выделить и обосновать рекомендации по комплексной динамичной оценке уровня устойчивого развития строительной организации, при этом сам механизм рассматривается как единый организм управления различными процессами строительной организации. Литература 1. Васильева В.В., Гаврилова О.А. Методические подходы к интеграции систем управленческого учета, бюджетирования и сбалансированных показателей как эффективных инструментов управления на предприятии // Вестник АГТУ. Сер.: Экономика. – 2010.– № 1.– С.36-46. 2. Грачев А.В. Финансовая устойчивость предприятия: критерии и методы оценки в рыночной экономике. – Изд. 2-е. – М.: Издательство «Дело и Сервис», 2008. 3. Ковтун С. Бюджетування на сучасному підприємстві, або як ефективно управляти фінансами. – Х.: Фактор, 2005. 4. Кондаурова Д.С. Совершенствование механизма устойчивого развития промышленного предприятия //Экономика, управление, финансы: материалы междун. заочн. научн. конф. (г. Перьм, декабрь 2012 г.). – Пермь: Меркурий, 2012. – С. 130-132. 5. Криворучко А.В. Концептуальный подход к формированию динамических бухгалтерских показателей// Бизнес Информ. – 2009. – № 3. – С.52 - 58. 6. Криворучко Г.В. Формування динамічних показників на базі бухгалтерської документації // Проблеми розвитку ринку фінансових послуг в Україні. Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції 17-18 листопада. – Харків: АвдА СПДФО Михайлов Г.Г., 2009. – С.606-612. 7. Криворучко Г.В., Миланич Т.А. Про необхідність створення єдиної системи документообігу на підприємстві // Materialy VII Miedzynarodowej naukowi- praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania sa nauka i technikami - 2011». Ekonomiczne nauki.: Przemysl. Nauka i studia. –2011.– Volume 13.– C.3-11. 8. Криворучко Г.В., Миланич Т.А. Розрахунок та управління динамічними фінансовими потоками підприємства // Економіка: проблеми теорії та практики. Збірник наукових праць. – Випуск 262: В 12 т. – Том 7. – Дніпропетровськ: ДНУ, 2010. – С.1859 – 1873. 9. Миланич Т.А., Криворучко Г.В. Логістико-орієнтований підхід до формування динамічних показників на базі бухгалтерської документації./ Фінанси підприємств: 445 проблеми теорії та практики: Монографія. – Харків: «АдвА» Михайлов Г.Г., 2011. – С.50-67. 10. Савчук В.П. Управление прибылью и бюджетирование. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 11. Сєріков А.В., Криворучко Г.В. Інструментарій управління фінансовими потоками сучасної будівельної фірми // Проблеми розвитку ринку фінансових послуг. Матеріали Регіональної науково-практичної конференції 15-16 листопада 2012р. – Харків: ТО Екслюзив,2012/ХНУБА,2012. – С.265-272. 12. Сєріков А.В., Криворучко Г.В. Концептуальні засади динамічного управління фінансами малого підприємства// Актуальні проблеми економіки. – 2010. – № 1. – С. 254 - 263. 13. Сєріков А.В., Криворучко Г.В. Сучасні інструменти управління фінансовими потоками будівельної фірми. / Фінанси підприємств: проблеми теорії та практики. Монографія. – Харків: ТО Екслюзив,2012/ХНУБА,2013. – С.87-106. 14. Adebambo Olayinka Somuyiwa. Problems and Prospects of Logistics in Nigeria: Explorative Analysis // Journal of Management and Society. Vol. 1. – 2010.– № 2.– Р. 17-26. 15. Agnė Keršytė. Capital budgeting process: theoretical aspects // Kaunas University of Technology, Faculty of Economics & Management. – Kaunas: leidykla „Technologija“.– 2011. – Р.1130-1134. 16. Cullen John, Bernon Mike, Gorst Jonathan. Tools to manage reverse logistics. // Research executive summaries series. Volume 6. – 2010. – №3. – Р.1-7. 17. He Juan1, Jiang Xianglin, Zhu Daoli, Wang Jian, Chen Lei. Finance,production, manufacturing and logistics: VaR models for dynamic Impawn rate of steel in inventory financing // Business Management and Economics. Volume 3. – 2012.– № 3. – Р. 127-137. 18. Kevin Yates Managing director, Mitchell Phoenix. Decisive leadership: making for management effective decision accountants.// Financial Management. – 2011. – September. – Р.52-53. 19. Rūta Kalčinskaitė. VALDYMO APSKAITOS ELEMENTŲ TAIKYMAS MAŽOSE IR VIDUTINĖSE ĮMONĖSE // Kaunas University of Technology, Faculty of Economics & Management. – Kaunas: leidykla „Technologija“.– 2009. – Р. 64-70. УДК 539.3 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О ДАВЛЕНИИ НА ПОЛУПРОСТРАНСТВО Теличко В.Г., Ходорович П.Ю. Тульский государственный университет Рассматривается модификация объемного конечного элемента в форме тетраэд- ра для расчета пространственных конструкций из анизотропных разносопротив- ляющихся материалов. Построена модель решения задачи определения НДС полу- пространства, находящегося под местным давлением. Для повышения эффективности строительства существенно важным является совершенствование методов проектирования оснований и фунда- ментов, стоимость устройства которых может доходить до 20—30 % стоимости зданий и сооружений. Сложность инженерно-геологической обстановки площадок строительства, уникальность и масштабность совре- 446 менных сооружений (АЭС, ТЭС, установки на шельфе и др.), повышение технологических нагрузок и этажности зданий требуют возможно полного учета реальных свойств грунтов оснований, что можно обеспечить только при использовании новейших достижений в области механики грунтов, горных пород и численных методов расчета. Согласно [2] анизотропные грунты и породы широко распростране- ны в коре и в верхней мантий Земного шара. Кроме того они обладают разносопротивляемостью [3]. Для решения поставленной задачи авторы предлагают использовать модифицированную конечно-элементную мо- дель построенную на базе стандартного обьемного изопараметрического элемента в форме тетраэдра с 3-мы степенями свободы в узле, использую- щего положения общей трехмерной теории упругости [9]. Рассмотрим объемный конечный элемент в виде тетраэдра (рис. 1) с 4-мя узлами в вершинах [4]. Вопросы, связанные с получением матрицы жесткости, решены в работе [6]. Для иллюстрации предлагаемого подхода рассмотрим задачу о дав- лении на полупространство (рис. 2). Исходные данные для расчета прини- мались следующие: размеры в плане 20000x5000 мм, по высоте 7 слоев по 2000 мм, размер зоны давления 2000x500. Интенсивность равномерно рас- пределенной нагрузки q принималась равной 700 кПа. Рис. 1. Конечный элемент в виде тетраэдра 447 Рис. 2. Расчетная схема Некоторые результаты расчета представлены на рис. 3-4. Рис. 3. Изменение вертикальных перемещений по толщине в точке А 448 Рис. 4. Изменение напряжений по толщине в точке А В частности, показаны изменения вертикального перемещения Uz и напряжения σz = σ33 по толщине модели полупространства. Проведено срав- нение результатов полученных для нескольких различных теорий: А.А. Тре- щева [5], классической теории анизотропии, а также результатами основан- ными на определяющих соотношениях С.А. Амбарцумяна [1] и Р.М. Джонса - Д.А.Р. Нельсона (в квазилинейной постановке) [7]. Проведенные авторами исследования напряженно- деформированного состояния модели полупространства из нескольких слоев разносопротивляющихся анизотропных (ортотропных) материалов показали, что предлагаемый подход, основанный на положениях трехмер- ной теории упругости и определяющих соотношениях А.А. Трещева [5] вполне адекватен и обладает рядом преимуществ над существующими теориями благодаря повышенной точности и удобству использования ме- тода конечных элементов. Также показано, что при проведении расчетов пренебрегать учетом явления разносопротивляемости никак нельзя, так как это может привести к значительным погрешностям в определении па- раметров напряженно-деформированного состояния (до 30 % по напряже- ниям и перемещениям). Материалы статьи могут быть полезны для специалистов в области прогнозирования поведения конструкций, а также для выполнения проек- 449 тировочных и проверочных расчетов в различных областях механики строительства и других отраслях народного хозяйства. Литература 1. Амбарцумян С.А. Основные уравнения и соотношения разномодульной теории упругости анизотропного тела / С.А. Амбарцумян // Изв. АН СССР. МТТ. − 1969. − № 3. − С. 51-61. 2. Бугров А.К. Анизотропные грунты и основания сооружений. / А.К. Бугров, Го- лубев А.И. // СПб.: Недра, 1993. — 245 с.: ил. 3. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие для строи- тельных вузов. / С.С. Вялов // М.: Высш. школа, 1978.— 447 с, ил. 4. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики. / С.Ф. Клованич // Библиотека журнала "Свiт геотехнiки", 9-ый выпуск. – Запорожье: Издательство журнала "Свiт геотехнiки", 2009. – 400 с. : ил. — Биб- лиогр. в конце кн. — ISBN 978-966-7732-72-2 5. Трещев, А. А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения : монография / А. А. Трещев // РААСН, ТулГУ .— М. : Изд-во ТулГУ, 2008 .— 264 с. : ил. — Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-7679-1283-4. 6. Трещев А.А., Теличко В.Г., Царев А.Н., Ходорович П.Ю. Конечно-элементная модель расчета пространственных конструкций из материалов с усложненными свойствами // Известия ТулГУ. Технические науки. – Тула: Изд-во ТулГУ. – 2012. Вып. 10. – С. 106-115. 7. Jones R.M. Modeling Nonlinear Deformation of Carbon-Carbon Composite Materials / R.M. Jones // AIAA Journal. – 1980. – Vol. 18. – № 8. – P. 995-1001. УДК 539.3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ Трещев А.А., Теличко В.Г., Ходорович П.Ю., Царев А.Н. Тульский государственный университет Рассматривается модификация объемного конечного элемента в форме тетраэд- ра для расчета пространственных конструкций из анизотропных разносопротив- ляющихся материалов. Построена модель решения задачи определения НДС полу- пространства, находящегося под местным давлением. Для повышения эффективности строительства существенно важным является совершенствование методов проектирования оснований и фунда- ментов, стоимость устройства которых может доходить до 20—30 % стоимости зданий и сооружений. Сложность инженерно-геологической обстановки площадок строительства, уникальность и масштабность совре- менных сооружений (АЭС, ТЭС, установки на шельфе и др.), повышение технологических нагрузок и этажности зданий требуют возможно полного учета реальных свойств грунтов оснований, что можно обеспечить только 450 при использовании новейших достижений в области механики грунтов, горных пород и численных методов расчета. Согласно [5] анизотропные грунты и породы широко распростране- ны в коре и в верхней мантий Земного шара. Кроме того они обладают разносопротивляемостью [6]. Многие исследователи не без оснований вы- сказывают мнение, что все грунты (нескальные породы), обладают в той или иной степени анизотропией свойств с учетом того, что при формиро- вании в прошлые геологические эпохи они в большей или меньшей мере испытывали сложное нагружение, сформировавшее неоднородное и ани- зотропное напряженное состояние. Анизотропия в грунтах — скорее пра- вило, чем исключение. К грунтам, у которых она ярко выражена, относятся ленточные глинистые отложения, лёссы и лёссовидные грунты, торфяни- стые, мерзлые, солонцеватые и некоторые другие разновидности. Анизотро- пия присуща многим полускальным и скальным породам в силу преимуще- ственной ориентации минералов и свойств текстуры породы (слойчатость, полосчатость и т. п.), трещиноватости, наличия дефектов структуры и др. Для решения поставленной задачи авторы предлагают использовать модифицированную конечно-элементную модель построенную на базе стандартного обьемного изопараметрического элемента в форме тетраэдра с 3-мя степенями свободы в узле, использующего положения общей трех- мерной теории упругости [9]. Математическая модель конечного элемента Рассмотрим объемный конечный элемент в виде тетраэдра (рис. 1) с 4- мя узлами в вершинах [7]. Рис. 1. Конечный элемент в виде тетраэдра 451 Вектор-столбец узловых перемещений i-го элемента имеет вид { } { } { } { } { }{ })4()3()2()1(= iiiii qqqqq , (1) где каждый из векторов представляется тремя проекциями { } { } { } kkk kkkk i wvuqqqq == )( 3 )( 2 )( 1 )( . Аналогичную структуру имеет вектор узловых сил { } { } { } { } { }{ })4()3()2()1(= iiiii RRRRR , (2) где { } { })(3)(2)(1)( = kkkki RRRR . Связь между векторами (1) и (2) { } [ ] { } iii qKR = осуществляется с помощью матрицы жесткости [ ]iK . Во- просы связанные с получением матрицы жесткости решены в работе [9]. Для иллюстрации предлагаемого подхода рассмотрим задачу о дав- лении на полупространство (рис. 2). Исходные данные для расчета прини- мались следующие: размеры в плане 20000x5000 мм, по высоте 7 слоев по 2000 мм, размер зоны давления 2000x500. Механические характеристики материалов приведены в таблице 1. Интенсивность равномерно распреде- ленной нагрузки q принималась равной 700 кПа. Рис. 2. Расчетная схема 452 Некоторые результаты расчета представлены на рис. 3-4. Рис. 3. Изменение вертикальных перемещений по толщине в точке А Рис. 4. Изменение напряжений по толщине в точке А 453 В частности, показаны изменения вертикального перемещения Uz и напряжения σz = σ33 по толщине модели полупространства. Проведено сравнение результатов полученных для нескольких различных теорий: А.А. Трещева [8], классической теории анизотропии, а также результатами основанными на определяющих соотношениях С.А. Амбарцумяна [1] – [4] и Р.М. Джонса - Д.А.Р. Нельсона (в квазилинейной постановке) [10] – [15]. Проведенные авторами исследования напряженно- деформированного состояния модели полупространства из нескольких слоев разносопротивляющихся анизотропных (ортотропных) материалов показали, что предлагаемый подход, основанный на положениях трехмер- ной теории упругости и определяющих соотношениях А.А. Трещева [8] вполне адекватен и обладает рядом преимуществ над существующими теориями благодаря повышенной точности и удобству использования ме- тода конечных элементов [9]. Также показано, что при проведении расчетов пренебрегать учетом явления разносопротивляемости никак нельзя, так как это может привести к значительным погрешностям в определении параметров напряженно- деформированного состояния (до 30% по напряжениям и перемещениям). Материалы статьи могут быть полезны для специалистов в области прогнозирования поведения конструкций, а также для выполнения проек- тировочных и проверочных расчетов в различных областях механики строительства и других отраслях народного хозяйства. Литература 1. Амбарцумян С.А. Основные уравнения и соотношения разномодульной теории упругости анизотропного тела / С.А. Амбарцумян // Изв. АН СССР. МТТ. − 1969. − № 3. − С. 51-61. 2. Амбарцумян С.А. Об одной модели наследственно-упругого тела, разносопро- тивляющегося растяжению и сжатию / С.А. Амбарцумян // ПММ. − 1971. – Т. 35. – Вып. 1. − С. 49-60. 3. Амбарцумян С.А. Разномодульная теория упругости / С.А. Амбарцумян // М.: Наука, 1982. − 320 с. 4. Амбарцумян С.А. Основные уравнения теории упругости для материалов, разно- сопротивляющихся растяжению и сжатию / С.А. Амбарцумян, А.А. Хачатрян // Инж. журнал МТТ. − 1966. − № 2. − С. 44-53. 5. Бугров А.К. Анизотропные грунты и основания сооружений. / А.К. Бугров, Го- лубев А.И. // СПб.: Недра, 1993. — 245 с.: ил. 6. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие для строи- тельных вузов. / С.С. Вялов // М.: Высш. школа, 1978.— 447 с, ил. 7. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики. / С.Ф. Клованич // Библиотека журнала "Свiт геотехнiки", 9-ый выпуск. – Запорожье: Издательство журнала "Свiт геотехнiки", 2009. – 400 с. : ил. — Биб- лиогр. в конце кн. — ISBN 978-966-7732-72-2 454 8. Трещев, А. А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения : монография / А. А. Трещев // РААСН, ТулГУ .— М. : Изд-во ТулГУ, 2008 .— 264 с. : ил. — Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-7679-1283-4. 9. Трещев А.А., Теличко В.Г., Царев А.Н., Ходорович П.Ю. Конечно-элементная модель расчета пространственных конструкций из материалов с усложненными свойствами // Известия ТулГУ. Технические науки. – Тула: Изд-во ТулГУ. – 2012. Вып. 10. – С. 106-115. 10. Jones R.M. A Nonsystemmetric Compliance Matrix Approach to Notlinear Multimo- dulus Ortotropic Materials / R.M. Jones // AIAA Journal, 1977. – Vol. 15. - № 10. –P. 1436-1443. 11. Jones R.M. Modeling Nonlinear Deformation of Carbon-Carbon Composite Mate- rials / R.M. Jones // AIAA Journal. – 1980. – Vol. 18. – № 8. – P. 995-1001. 12. Jones R.M. Stress-Strain Relations for Materials with Different Moduli in Tension and Compression / R.M. Jones // AIAA Journal, 1977. – Vol. 15. – № 1. – P. 16-25. 13. Jones R.M. Theoretical-experimental correlation of material models for non-linear deformation of graphite / R.M. Jones, D.A.R. Nelson // AIAA Journal. – 1976. – Vol. 14. – № 10. – P. 1427-1435. 14. Jones R.M. Material for nonlinear Deformation / R.M. Jones, D.A.R. Nelson // AIAA Journal. – 1976. – Vol. 14. – № 6. – P. 709–716. 15. Jones R.M. Further characteristics of a nonlinear material model for ATJ-S Graphite / R.M. Jones, D.A.R. Nelson // Journal Composit Materials – 1975. – Vol. 9. – № 7. – P. 251–265. УДК 539.3 ПОТЕНЦИАЛ ДЕФОРМАЦИЙ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНО ОРТОТРОПНЫХ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ Трещев А.А., Лисицкий В.С. Тульский государственный университет Построен новый потенциал деформаций для нелинейно ортотропных материалов, описывающий их деформирование с учетом чувствительности механических характеристик к виду напряженного состояния. Предложенный потенциал апробирован на примере углерода AVCO Mod 3a и может быть использован для расчета конструкций с учетом физической нелинейности. В строительстве и других отраслях промышленности в настоящее время получили широкое применение конструкционные материалы, механические свойства которых не соответствуют клас-сическим представлениям об упругопластическом деформировании твердых тел. Построение математической модели состояния конструкции-онных материалов, универсально работающей при различных усло-виях нагружения, представляет собой одно из важнейших направлений механики деформированного твердого тела. Требуется установить 455 взаимнооднозначные соотношения между компонентами напряжен-ного и деформированного состояния с указанием системы экспе-риментов, достаточной для определения констант, входящих в уравнения состояния и характеризующие механические свойства рассматриваемого материала. Определяющие соотношения для нелинейно ортотропных материалов можно представить через потенциал деформаций: ...321  WWWW , (1) где ),,,,,,( 312312133132232112332211 WW  , nW однородный многочлен степени 1n по напряжениям. Коэффициенты, входящие в разложение (1) являются параметрами материала, которые зависят от вида напряженного состояния и подлежат экспериментальному определению. Так для физически квазилинейных материалов имеем:  222221111  AAW  33225221142333  АAA 2112711336  АА  1331932238  АА  . (2) Число слагаемых в разложении (1) с ростом n быстро увеличивается. Так, для 2n имеем:  322231112  ВВW  2221152221143333  ВВВ 2 3322733 2 226  ВВ   211339112338  ВВ 33221110 В 2 121111 В 2231112 В 2311113 В 2122214 В  2232215 В 2 312216 В 2123317 В  2233318 В 2313319 В 23131220 В . (3) При 3n число слагаемых достигает уже 42. В разложениях (2) и (3) для разносопротивляющихся материалов параметры kА и kB не являются константами, а представляют собой функции от комбинаций нормированных напряжений [2, 3]: Sijij /  ; ( 3,2,1, ji ), (4) где 213223212233222211 222   ijijS . (5) Очевидно, что нормированные напряжения связаны условием нормировки [2, 3]: 1222 213 2 23 2 12 2 33 2 22 2 11   ijij . (6) 456 Параметры kА и kB представим следующими функциями: nnkmkkk AAА  – для 3,2,1k ; )( ppnnkmkkk AAА   – для 6,5,4k ; npkmkkk AAA 2 – для 9,8,7k ; nnkmkkk BBB  – для 3,2,1k ; (7) )( ppnnkmkkk BBB   – для 94k ; )( qqppnnkmkkk BBB   – для 10k ; )2( qpnnkmkkk BBB   – для 1911k ; )(2 stqrnpkmkkk BBB   – для 20k . Уравнения связи компонентов тензоров деформаций и напряжений для нелинейно ортотропных материалов могут быть определены в главных осях анизотропии на основе потенциала деформаций (1) – (3) в соответствии с формулами Кастильяно: ij ij Wе   ; ( 3,2,1, ji ). (8) Константы потенциала деформаций определяются по результатам обработки данных испытания образцов ортотропного материала на одно- осное растяжение и одноосное сжатие поочередно вдоль главных осей анизотропии и под углом 45 к ним с использованием метода наименьших квадратов. Последние опыты можно заменить экспериментами по сдвигу в главных плоскостях анизотропии. Рассмотрим композитный материал – углерод AVCO Mod 3a [6, 7]. Графическая зависимость напряжений от деформаций при нелинейной аппроксимации для осевых растяжения или сжатия вдоль главной оси анизотропии х1 представлена на рис.1. Графическая зависимость напряжений от деформаций при нелинейной аппроксимации для осевых растяжения или сжатия вдоль главной оси анизотропии х2 представлена на рис.2. Графическая зависимость напряжений от деформаций для сдвига в плоскости: а) х1х2; б) х2х3 в) х1х3 на рис. 3. 457 Рис.1. Кривые напряжение-деформация в направлении оси х1: а) растяжение; б) сжатие; 1 – продольная деформация е11; 2, 3 – поперечная деформация е22 и е33; –––– - экспериментальные данные, ––□–– - нелинейные аппроксимации. Рис. 2. Кривые напряжение-деформация в направлении оси х2: а) растяжение; б) сжатие; 2 – продольная деформация е22; 1, 3 – поперечная деформация е11 и е33; –––– - экспериментальные данные, ––□–– - нелинейные аппроксимации. Рис. 3. Кривые напряжение-деформация в плоскости: а) х1х2; б) ) х2х;3 в) х1х3; –––– - экспериментальные данные, ––□–– - нелинейные аппроксимации. 458 Таким образом, предложенные зависимости деформаций от напря- жений достаточно точно описываю диаграммы деформирования нелиней- но ортотропного композита углерод AVCO Mod 3a [6, 7]. Из анализов проведенных исследований можно утверждать, что нелинейная аппроксимация кривых деформирования дает результаты, максимально приближенные к экспериментам. Поэтому очевидно, что предложенная модель структурно ортотропных упруго-пластических разносопротивляющихся материалов, может быть использована для расчета ответственных конструкций, работающих при сложных напряженных состояниях. При построении материальных функций, проводилась проверка энергетической непротиворечивости по Дуккеру. 0 2   ijkm ijkm ijij Wе  . (9) Предложенные уравнения связи деформаций с напряжениями с учетом полученных из экспериментов констант для композита AVCO Mod 3a [6, 7] удовлетворяют ограничениям (9). Литература 1. Амбарцумян С.А. Теория анизотропных пластин: прочность, устойчивость, колебания / С.А. Амбарцумян // М.: Наука, 1967. 266 с. 2. Трещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения / А.А. Трещев // Москва – Тула: РААСН – ТулГУ. 2008. – 264с. 3. Трещев А.А. Анизотропные пластины и оболочки из разносопротивляющихся материалов / А.А. Трещев // Москва – Тула: РААСН – ТулГУ. 2007. – 160с. 4. Schmueser D.W. Nonlinear Stress-Strain and Strength Response of Axisymmetric Bimodulus Composite Material Shells / D.W.Schmueser // AIAA Journal. – 1983. – Vol. 21. – №12. – P. 1742 – 1747. 5. Reddy L.N., Bert C.W. On the Behavior of Plates Laminated of Bimodulus Composite Materials / L.N.Reddy, C.W.Bert // ZAMM. – 1982. – Vol. 62. – № 6. – P. 213 – 219. 6. Jones R.M. A Nonsymmetric Compliance Matrix Approach to Nonlinear Multimodulus Ortotropic Materials / R.M.Jones // AIAA Journal. – 1977. – Vol. 15. - № 10. – P. 1436 – 1443. 7. Jones R.M. Modeling Nonlinear Deformation of Carbon-Carbon Composite Material / R.M.Jones // AIAA Journal. – 1980. – Vol. 18. - № 8. – Р. 995 – 1001. 8. Jones R.M. Bucling of Stiffened Multilayered Circular Shells with Different Ortotropic Moduli in Tension and Compression / R.M.Jones // AIAA Journal. – 1971. – Vol. 9. - № 5. – P. 917 – 923. 9. Амбарцумян С.А. Основные уравнения и соотношения разномодульной теории упругости анизотропного тела / С.А.Амбарцумян // Изв. АН СССР. МТТ. - № 3. – С. 51 – 61. 459 УДК 622.02:531 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЗАКЛАДОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ 1.Ермолович О.В., 2 Ермолович Е.А. 1ООО Торговый дом «Карина», 2 Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород, Россия Приводятся результаты экспериментальных исследований прочности и трещино- стойкости закладочных композиционных материалов на основе техногенных от- ходов. Исследованию физико-механических свойств закладочных компо- зитов в научной литературе уделяется достаточно внимания. Однако, как правило, в работах отсутствуют данные определения трещиностойкости искусственного массива, характеризующей сопротивление закладки раз- рушению при совместном воздействии знакопеременных растягивающих и сжимающих усилий. Косвенно о трещиностойкости материалов можно судить по коэффициенту трещиностойкости Ктр из соотношения (чем выше отно-шение, тем выше трещиностойкость) [1]: cжизгтр /RRK  ; (1) где Rизг – предел прочности при изгибе, МПа; Rсж – предел прочности при сжатии, МПа. Для определения прочности при изгибе и сжатии были изготовлены образцы в виде призм квадратного сечения с геометрическими размерами 40х40х160 мм в количестве 6 штук каждого состава в соответствии с ГОСТ 5802-86. Формование производилось без вибрирования, смесь уплотнялась легким постукиванием о стол. Формы маркировались и помещались в климатическую камеру, в которой выдерживались в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура (20±2) 0С и относительная влажность 90-95 %. После расфор- мовки образцы маркировались и помещались в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 90 суток, по истечении которых опреде- ляли пределы прочности при сжатии и изгибе с использованием испыта- тельной машины Инстрон 5882 и вычисляли коэффициент трещиностой- кости согласно формуле (1). В качестве компонентов закладочных композитов использовалось следующее сырье: 1. Гранулированный доменный шлак ОАО «Новолипецкий метал- лургический комбинат» (НЛМК) ГОСТ 3476-74 460 2. Щебень шлаковый для производства цемента НЛМК фракция 0-5 мм ТУ 14-106-651-2003 3. Шлак конверторный А для производства строительных материа- лов НЛМК ТУ 14-106-593-99 4. Доломитовая мука АО «Доломит» 5. Цемент ПЦ400-Д20 ЗАО «Белгородский цемент» 6. Отходы обогащения ОАО «Комбинат КМАруда», отобранные из буферной емкости. 7. Отходы обогащения ОАО «Комбинат КМАруда», отобранные из хвостохранилища «Грачев лог». В табл. 1, 2 приведены валовой состав композитов и результаты ис- пытаний образцов. Таблица 1 Составы закладочных композитов Номер состава Состав закладочных композитов и количество компонентов на м3 1 Шлак гранулированный молотый−386 кг; отходы Грачев лог−200 кг; вода −484 л. 2 Шлак гранулированный молотый −396 кг; отходы Грачев лог−1186 кг; доломитовая мука−44 кг; вода−461 л. 3 Шлак гранулированный молотый−368 кг; отходы Грачев лог−1106 кг; цемент−100 кг; суперпластификатор СП-1−1 кг; вода−461 л. 4 Шлак гранулированный молотый −394 кг; отходы буферная емкость−1183 кг; цемент−105 кг; вода−460 л. 5 Шлак гранулированный молотый−397 кг; отходы Грачев лог−1190 кг; цемент−106 кг; вода−476 л. 6 Шлак гранулированный молотый−406 кг; отходы Грачев лог−1220 кг; доломитовая мука−45 кг; вода−436 л 8 Шлак конверторный А −435 кг; отходы Грачев лог−1305 кг; цемент−116 кг; вода−382 л. 11 Щебень шлаковый −327 кг; отходы Грачев лог−1166 кг; цемент−233 кг; вода−452 л. 12 Отходы буферная емкость−1330 кг; цемент−405 кг; вода− 424 л. 13 Отходы буферная емкость−1403 кг; цемент−280 кг; вода−424 л. 461 Таблица 2. Результаты определения прочности и трещиностойкости закла- дочных композитов Номер состава Предел прочно- сти при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Коэффициент трещиностойкости 1 1,71 4,53 0,377 2 1,79 7,11 0,252 3 3,10 8,11 0,382 4 3,10 10,93 0,284 5 2,90 11,89 0,243 6 2,55 7,60 0,336 8 1,32 1,67 0,790 11 2,80 7,94 0,352 12 2,93 11,0 0,266 13 2,93 9,48 0,309 Анализ данных показывает, что бесцементные закладочные компо- зиционные материалы характеризуются хорошим соотношением прочно- сти и трещиностойкости (составы 1, 6). Суперпластификатор СП-1 и круп- ный заполнитель улучшают все исследованные характеристики (составы 3, 8). Большое же количество цемента, повышая прочность закладочных композитов на основе техногенных отходов, одновременно увеличивает их хрупкость (составы 12, 13). Для улучшения трещиностойкости искусст- венного закладочного массива на основе отходов обогащения железистых кварцитов с содержанием цемента более 250 кг целесообразно вводить в закладочные композиты армирующие элементы. Исследование физико-механических свойств закладочных компози- ционных материалов проводились с использованием оборудования Центра коллективного пользования НИУ «БелГУ» «Диагностика структуры и свойств наноматериалов». Литература 1. Комохов П.Г. Бетон: классика и современность // Популярное бетоноведение, 2008. URL: http://www.allbeton.ru/article/47/13.html. (Дата обращения 20.09.2013). 462 ОБРАЗОВАНИЕ УДК 504:614 ОБРАЗОВАНИЕ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИИ И РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА КАФЕДРЕ «ЭКОЛОГИЯ» БНТУ С ЦЕЛЬЮ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ Морзак Г.И., Ролевич И.В., Зеленухо Е.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь Обобщена роль кафедры «Экология» БНТУ в развитии системы образования в области экологии и радиационной безопасности, повышении статуса образования и просвещения в этой области, формировании эффективно функционирующей системы образования, реально содействующей устойчивому развитию страны. Проведенная работа обеспечивает превращение образования и просвещения в об- ласти экологии и радиационной безопасности в один из ключевых элементов дол- говременной стратегии устойчивого развития страны. Экологическое образование является непрерывным процессом обу- чения, самообразования, накопления опыта и развития личности, направ- ленным на формирование ценностных ориентаций, норм поведения и по- лучение специальных знаний по охране окружающей природной среды и природопользованию, реализуемых в экологически грамотной деятельно- сти [1]. Радиационная безопасность, как раздел экологического образова- ния, призвана научить студентов обеспечению радиационной безопасности окружающей среды, защитите ее и неживых объектов от вредных эффек- тов ядерной радиации. Такое внимание к радиационной безопасности объ- ясняется увеличивающейся областью применения ионизирующей радиа- ции в медицине, исследованиях и промышленности и расширяет защиту окружающей среды и человека от естественной радиации. Поэтому именно кафедра «Экология» БНТУ уделяет большое вни- мание развитию новой системы образования в области радиационной безопасности, повышению статуса образования и просвещения в этой об- ласти, формированию эффективно функционирующей системы экологиче- ского образования, реально содействующей устойчивому развитию стра- ны. Последнее обеспечивается превращением образования и просвещения в области экологии и радиационной безопасности в один из ключевых элементов долговременной стратегии устойчивого развития (УР) страны. Кафедра «Экология» БНТУ ведет подготовку инженерных кадров по специальности 1-57 01 02 «Экологический менеджмент и аудит в про- мышленности». За время учебы студенты осваивают социально- гуманитарные дисциплины – 15,5 %, естественно-научные дисциплины – 18,2 %, цикл общепрофессиональных и специальных дисциплин – 39,3 % учебного времени, включая 24 дисциплины, такие как «Физико- 463 химические процессы в окружающей среде», «Экономика природопользо- вания», «Технические основы охраны окружающей среды», «Комплексное управление отходами», «Экологическая сертификация и управление каче- ством», «Экологический аудит предприятия», «Мониторинг и методы кон- троля окружающей среды», «Химия аналитическая и физико-химические методы анализа», «Ресурсоведение и основы устойчивого развития», «Экологическое право», «Перспективные и экологически чистые техноло- гии в машиностроении», «Оценка жизненного цикла продукции», «Эколо- гический менеджмент», «Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность» и др. В результате, у студентов формируются компоненты экологической культуры (рис. 1). Рис. 1. Компоненты экологической культуры Экологическое образование на кафедре является частью общей сис- темы высшего образования в БНТУ. Обеспечивает устойчивое развитие экономики и общества в связи с интенсивным развитием хозяйственной деятельности людей, деградацией природных экосистем, авариями и ката- строфами на промышленных объектах, оказывающими разрушительное воздействие на окружающую среду и приводящими природу к состоянию кризиса, грозящего экологической катастрофой. В процессе образования в области экологии и радиационной безо- пасности на кафедре «Экология» учитывают, что УР – процесс изменений, в котором эксплуатация природных ресурсов, направление инвестиций, ориентация научно-технического развития, развитие личности и институ- циональные изменения согласованы друг с другом и укрепляют нынешний и будущий потенциал для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений. Идеи УР определяют развитие общества в XXI веке. Они направлены на УР каждого человека и человечества в целом. Триединая концепция УР включает в себя экономическую, социальную и экологиче- скую составляющие. Национальная стратегия устойчивого социально- 464 экономического развития на период до 2020 г. (НСУР-2020), принятая в Республике Беларусь, разработана в соответствии с Законом Республики Беларусь «О государственном прогнозировании и программах социально- экономического развития Республики Беларусь». Концептуальная модель системы непрерывного образования в об- ласти радиационной безопасности в Республике Беларусь включает все виды образования и воспитания, которые человек получает от рождения до смерти: дошкольное, среднее, начальное и среднее специальное, высшее, академическое, дополнительное и прочее; предусматривает преемствен- ность и интеграцию дошкольных и школьных образовательных учрежде- ний, повышение качества получаемых знаний по экологии и радиационной безопасности, развивает систему дистанционного обучения [2, 3]. Переход к непрерывному профессиональному образованию в облас- ти экологии и радиационной безопасности предполагает развитие системы повышения квалификации, в первую очередь, для преподавателей школ и вузов, расширение возможности получить дополнительное (платное) про- фессиональное образование, в том числе в организациях, не являющихся учебными и в нетрадиционных учебных заведениях, «университетах без стен», «школах гибкого обучения» и т.п. Особое значение для успешной реализации образования в области экологии и радиационной безопасности имеет высшая школа. Она должна знакомить студентов с влиянием ионизирующих излучений на биологиче- ские системы и процессы. Важны при этом и межпредметные связи кафед- ры «Экология» с кафедрами физики, химии и др. Образование в области экологии и радиационной безопасности в на- шей стране включает профессиональное образование и обучение, профес- сионально-техническое образование и обучение, а также социальное образо- вание и коммуникации. Оно обеспечивается превращением образования и просвещения в один из ключевых элементов долговременной стратегии развития страны. Профессиональное образование и обучение требует обеспечения базового и непрерывного обучения, прежде всего для тех, кто несет ответственность за управление оборудованием, организацию курсов повышения квалификации для педагогов и персонала, обеспечения непре- рывного образования для лиц, ответственных за работу ядерных объектов. Современное развитие общества требует новой системы образова- ния в области экологии и радиационной безопасности – «инновационного обучения». Оно сформировало бы у обучаемых способность к проектив- ной детерминации будущего, ответственность за него, веру в себя и свои профессиональные способности влиять на это будущее. «Теория практи- ки», включающая современную педагогику, социальное проектирование, менеджмент системы образования и др., дает возможность представить в 465 совокупности новую систему образования: определить цели, структуры системы, принципы ее организации и управления. Она является инстру- ментом реформирования и адаптации системы образования к изменяю- щимся условиям жизни. Реформа высшего образования, в том числе и в области экологии и радиационной безопасности, обрела статус государственной политики, ибо государство осознало, что уровень высшего образования в стране опреде- ляет ее будущее развитие. Радиационная безопасность в своем развитии уже прошла три основных этапа: 1) первые двадцать лет XX века – радиа- ционная безопасность обеспечивала безопасность ограниченного числа людей, в основном, медиков-рентгенологов и пациентов; 2) середина про- шлого столетия характеризовалась развитием атомной промышленности и ядерной энергетики, обусловившими необходимость радиационной безо- пасности большого контингента профессиональных работников, а испыта- ния ядерного оружия в 60–70-х годах XX века – охрану здоровья населения всего земного шара; 3) стремительный рост ядерной энергетики привел к необходимости обеспечить радиационную безопасность окружающей сре- ды. Важным является внедрение индикативного управления в образова- ние в области экологии и радиационной безопасности. Оно ориентирует на такой подход к планированию научно-образовательной деятельности, при котором целевые ориентиры и текущие задачи связывают с ожидаемыми от них социально- и научно значимыми результатами. Индикативное управление рассматривается как метод регулирования образования. В ос- нове его находится совокупность выработанных в результате прогнозиро- вания взаимоувязанных и сбалансированных целей управления, критериев оценки эффективности управления, механизмов взаимодействия с другими методами регулирования: мониторингом, концепцией образования и др. Индикативное управление образованием в области радиационной безопас- ности должно быть основано на согласованном действии органов государ- ственной власти и институтов, организующих систему образования, на- правленных на формирование устойчивого развития образования и повы- шение его качества [4]. Выделяют аналитическую стадию индикативного управления – пла- нирование. Индикативное планирование рассматривается как аналитиче- ская стадия индикативного управления и носит рекомендательный харак- тер. Концептуальные характеристики индикативного планирования явля- ются универсальными для образования в области радиационной безопас- ности. Индикативное планирование в управлении образованием, декомпо- зируемое во всех блоках, позволяет скоординировать управляющие про- цессы для достижения эффективного развития образования в области эко- 466 логии и радиационной безопасности как институализированного сектора образования в целом. Индикативное управление обучением в области экологии и радиа- ционной безопасности подразумевает разработку целевых программ по обучению квалифицированных экспертов, ответственных лиц за радиаци- онную безопасность, персонала и квалифицированных операторов атом- ных электростанций, топливных установок цикла и промышленности, ме- дицинских работников, персонала, управляющего радиоактивными отхо- дами, демонтирующих и ремонтирующих установки, служащих регули- рующего органа, персонала аварийного реагирования и населения, прожи- вающего в экологически неблагополучных регионах, на загрязненных ра- дионуклидами территориях или в регионах функционирования радиацион- ноопасных объектов. Исследования показали, что образованием в области экологии и ра- диационной безопасности должны быть охвачено практически все гражда- не республики, что предполагает его внедрение не только на традицион- ных уровнях образования (школа, средние, средне-специальные, высшие учебные заведения и система повышения квалификации и переподготовки кадров), но и среди населения, путем широкого информирования и про- свещения. Образование в области экологии и радиационной безопасности под- чиняется единым нормам и правилам, соответствует определенным требо- ваниям и распространяется на все уровни образования: среднее, средне- специальное, высшее и повышение квалификации и переподготовку кадров. Для того, чтобы образование в области экологии и радиационной безопасности обеспечило трансформацию социальных (государственных) целей в педагогические необходимо совершенствовать учебные планы и программы по экологии и радиационной безопасности. Они в специфиче- ской, педагогической форме должны отражать содержание и характер тру- да в сфере деятельности, прямо или косвенно связанной с экологией, радио- экологией, радиационной безопасностью, использованием ионизирующего излучения и его источников и т.д. Структура образования в области экологии и радиационной безо- пасности обусловлена их спецификой. Образование в области экологии и радиационной безопасности необходимо включать на каждом уровне вы- борочно на основе заранее сформированного комплекса естественнонауч- ных базовых знаний и умений: 1) В программы общего и среднего специального образования курс экологии и радиационной безопасности вводят в качестве обязательного самостоятельного предмета в старших классах (курсах) по единой утвер- 467 жденной программе с соответствующим комплексом методического обес- печения. 2) В высших учебных заведениях курс экологии и радиационной безопасности является обязательным и вводится в соответствии с едиными требованиями к содержанию этого курса с учетом специальностей кон- кретных ВУЗов. 3) В систему повышения квалификации и переподготовки кадров курс экологии и радиационной безопасности вводится дифференцирован- но в соответствии с программами соответствующих министерств и ве- домств, в ведении которых находятся организации и учреждения, направ- ляющие своих специалистов с установленной периодичностью для повы- шения квалификации или переподготовки. 4) В профильных учебных заведениях или подразделениях курс экологии и радиационной безопасности является составным элементом специализированных программ обучения в соответствии с профессиональ- но квалификационными характеристиками или моделями выпускаемых специалистов [5]. Предлагается в областных центрах и крупных городах республики организовать учебно-консультационные и информационные кабинеты по экологии и радиационной безопасности, защите от ионизирующего излу- чения в качестве постоянно действующих пунктов распространения опыта и информации, по работе с населением. В оздоровительных центрах и школах следует ввести специализированные курсы радиационной безопас- ности, рассчитанные на детей различного возраста и обеспеченные специ- ально разработанными учебными пособиями, памятками и рекомендациями. Необходимо выделить дополнительные уровни образования в виде различных групп населения, для которых следует разработать специфиче- ские средства информирования и просвещения: 1) проживающих на ра- диационно-загрязненных территориях; 2) эвакуированных и переселенных граждан; 3) участников ликвидации аварии на ЧАЭС; 4) проживающих в 30-км зонах от действующих АЭС. Данную работу следует поручить спе- циализированным (профильным) ВУЗам или подразделениям ВУЗов, уч- реждениям, министерствам и ведомствам через сеть создаваемых инфор- мационных центров и кабинетов, а также через средства массовой инфор- мации и путем издания научно-популярной литературы. Потребность нашей республики в подготовке широкого круга спе- циалистов в области экологии и радиационной безопасности, обращения с ионизирующим излучением и его источниками и т.д. требует создания профильных учебных заведений и кафедр. Требует дальнейшего развития внутригосударственная и межгосударственная интеграция в области обу- чения радиационной безопасности в профильных учебных заведениях всех 468 уровней профессионального образования, развитие системы подготовки и переподготовки преподавательских и научных кадров, повышение качест- ва образования и развитие учебно-методического обеспечения учебных заведений, расширение и активизация международного сотрудничества в образовательной, научно-исследовательской и практической сферах. В процессе образования в области экологии и радиационной безо- пасности на кафедре «Экология» используются: электронное интерактив- ное обучение, методы изучения конкретных ситуаций, проблемное обуче- ние, методы проектов, программированное обучение, контекстное обуче- ние, исследовательские методы обучения, методы «учения с посредни- ком», модульное обучение. Система оценки качества образования в области экологии на кафед- ре включает самооценку обучающихся и обучающих, внутренний монито- ринг качества, внутренние оценки образовательных программ, оценку ин- дивидуальных достижений обучающихся, оценку качества деятельности обучающих, оценку удовлетворенности качеством образованности выпускни- ков кафедры «Экология» на предприятиях. Следовательно, кафедра «Экология» БНТУ принимает активное участие в развитии системы образования в области экологии и радиацион- ной безопасности, повышении статуса образования и просвещения в этой области, формировании эффективно функционирующей системы экологи- ческого образования, реально содействующей устойчивому развитию страны. Проведенная работа обеспечивает превращение образования и просвещения в области экологии и радиационной безопасности в один из ключевых элементов долговременной стратегии устойчивого развития страны. Литература 1. Зайцева, О.В., Непрерывное образование: основные понятия и определения // Вестник ТГПУ. – 2009. – №7. 2. Егоров, В.В., Скибицкий, Э.Г., Храпченков, В.Г., Педагогика высшей школы: учебное пособие. – Новосибирск, 2008. 3. Филатова, Л.О., Преемственность общего и среднего и вузовского образования // Педагогика. – 2004. – №8. 4. Пионова, Р.С., Педагогика высшей школы. – Мн., 2005. 5. Смирнов, С.Д., Педагогика и психология высшего образования // 2005, 2-е изд. 469 УДК 378.2 ТЕХНИЧЕСКОЕ И ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В РОССИИ Вчера, сегодня. Завтра? Цифры и факты. Копылов А.Б. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия «Масштабы и развитие горной промышленности определяют богатство страны, ее могущество и процветание». Акад. Н.В. Мельников «Я могу ответственно заявить, что более работоспособных, квалифицированных, порядочных инженеров не найти ни в одной стране мира» проф., лауреат Нобелевской премии В.В. Леонтьев о горных инженерах России. В статье затронуты вопросы технического и горного образования в царской Рос- сии, Советском Союзе и современной России. Рассмотрен вопрос подготовки гор- ных инженеров по ФГОСу третьего поколения. Подготовка кадров для нужд общества всегда остается одной из главных задач развития цивилизации. В последние годы образование во все большей мере определяет положение любой страны в цивилизации. По мнению ученых, главным источником развития общества является челове- ческий фактор, особенно главная его составляющая - профессионально подготовленная личность. Исследования проблем экономического роста многих стран привели к выводу, что качество рабочей силы влияет на раз- витие производства примерно на одну треть, из чего следует, что Совет- ский лозунг 30-х годов «Кадры решают все!» не потерял актуальность и сегодня. В 2013 году ровно 100 лет, как Российская Империя была на пике социально-экономических показателей. Она лидировала в мире как по темпам промышленного роста (9 %), так и по темпам прироста населения (1,65 % - 3 млн.чел./год). Также Россия по уровню развития инженерно- технического образования входила в пятерку ведущих стран мира. Про- фессия инженера была престижной, высокооплачиваемой и имела высокий социальный статус, что привлекало к освоению инженерной специально- сти не только дворянскую молодежь, но и молодежь из низших слоев об- щества, для которых техническое образование играло роль социального лифта. В 1913 г. в России было 15 инженерно-промышленных вузов, в ко- торых обучалось до 24 тыс. студентов, доля студентов государственных вузов, обучавшихся по инженерно-техническим специальностям, состав- ляла около 33% от всех обучающихся. Существовали в России и 54 него- 470 сударственных вуза, но в них обучалось в общей сложности около 2 тысяч студентов по инженерно-техническому профилю, что составляло около 4 % от всех обучающихся. Конкурс в инженерно-промышленные вузы, особенно столичные, составлял 4-5 человек на одно место. Обучение было платным, но стоило в среднем 100 рублей в год (50 долларов США), аналогичное образование в США стоило в среднем тысячу долларов в год. Неимущие студенты в России освобождались от платы за обучение и им выдавалась стипендия (отдельные виды стипендий достигали 300 рублей в год). Царское правительство уделяло особое внимание расширению и по- вышению качества инженерно-технического образования. Преподаватели вузов считались госслужащими высокого ранга и получали достойную оплату (профессор - несколько тысяч рублей), что было сопоставимо с зарплатой заместителя министра. Доцент имел чин надворного советника, что было равнозначно званию подполковника в армии, а профессор мог стать тайным советником, что соответствовало званию генерал-майора. После крушения царской империи в Советской России инженерно- техническое образование было реорганизовано и адаптировано к потреб- ностям советской плановой экономики. В 1927 году в стране было 26 тех- нических вузов и около 47 тысяч студентов. В стране строились сотни заводов, электростанций, прокладывались железные дороги, линии метро. Одновременно увеличивалось и число специалистов с высшим образованием, занятых в народном хозяйстве, и к 1940 году составило 909 тыс. чел. Но качество выпускаемых технических специалистов не в полной мере соответствовало потребностям промыш- ленного производства. Поэтому Совет народных комиссаров в 1932 году принял специальное постановление, согласно которому на долю практиче- ских занятий и производственной практики должно отводиться не менее 30-40 % учебного времени высших и средних специальных учебных заве- дений технического профиля. Для восполнения дефицита профессорско-преподавательского со- става при вузах стали открываться отделы аспирантур, а на преподаватель- скую работу в институты технического профиля стали направлять специа- листов-производственников. Повысилась оплата труда преподавателей высшей школы, и были восстановлены доплаты за учёные степени и зва- ния. Более 90 % студентов технических вузов получали стипендию (300- 400 рублей в год при средней зарплате по стране 396 рублей), а обучав- шиеся в вузах, организованных при заводах, имели повышенную (на 15 %) стипендию. За период с 1930 по 1940-е годы количество технических вузов в СССР увеличилось в 4 раза и превысило полторы сотни. В годы Великой отечественной войны и в послевоенный период 471 подготовка инженерно-технических кадров сократилась в 2-3 раза, и в 1945 году было выпущено менее 20 тысяч специалистов инженерно- технического профиля. Но уже к 1950 году подготовка кадров почти дос- тигла довоенного уровня: выпуск специалистов с высшим техническим образованием составил 37 тысяч, а в 1960 году выпуск инженеров превысил 120 тысяч человек. К концу 1950-х годов СССР по числу инженеров смог достичь уровня США, а в 1960-х годах даже их превзойти, в дальнейшем же к концу 80-х это преимущество было постепенно утрачено не только в коли- чественном, но и в качественном отношении. К началу 1980-х годов базовый размер стипендии в вузе составлял 40 рублей, а для осваивавших остродефицитные технические и иные спе- циальности он был равен 50 рублям (на выпускном курсе стипендия по- вышалась до 55 рублей). Кроме того, сдававшие сессию без троек получа- ли 25% надбавки, а отличники - надбавку в 50 %. Доля студентов, полу- чавших стипендию, составляла около 80 %. Заметно улучшилось материальное положение преподавателей, в 1950- е годы зарплата преподавателя вуза без степени была в 1,5 раза выше средней заработной платы по стране. Профессора стали пользоваться преимуществами и в получении квартир (обладателям докторских и кандидатских степеней полагались дополнительные квадратные метры). Доля студентов, обучавшихся по инженерно-техническим профес- сиям, весь послевоенный период стабильно превышала 40%, а вместе со студентами вузов сельского и лесного хозяйства составляла более 50%. Больше всего инженерно-технических специалистов училось в 1980/1981 учебном году, после чего началась постепенная тенденция снижения доли студентов инженерно-технического профиля в отечественной высшей школе. Сформировавшаяся за 70 лет система Советского инженерного об- разования была достаточно эффективной, о чём свидетельствуют обще- признанные достижения СССР в науке и технике, по многим позициям Советский Союз занимал лидирующие в мире позиции. Престижность инженерных профессий снизилась в последнее деся- тилетие существования СССР. Причина - «уравниловка», уменьшение до- ходов высококвалифицированных специалистов. Если в 1940 году инже- нерно-технический работник (ИТР) получал вдвое больше рабочего в про- мышленности, то в 1985 году разница в средних окладах инженеров и ра- бочих в промышленности составляла всего 10 %. В 1913 году среднестати- стический оклад инженера на заводе в 10 раз превышал средний заработок малоквалифицированного рабочего и в 2-3 раза - квалифицированного. Очень мало стали получать молодые специалисты, только что окончившие учебные заведения. Инженерная должность стала рассматриваться в обще- ственном мнении как не престижная, а характеристика человека: «он про- 472 стой инженер» являлась синонимом неудачника. В отличие от инженеров в царской России, характеризовавшихся ши- рокой эрудицией и хорошим знанием европейских языков, советские инже- неры, как правило, являлись узкими специалистами, почти не владеющими иностранными языками. Но, не смотря на это качество профессиональной подготовки в высшей школе было по-прежнему высоким, а за рубежом ди- плом инженера советского вуза считался престижным. В советских вузах в 1990 году обучалось до 126,5 тыс. иностранных студентов, в вузах США в этот же период обучалось 419,6 тыс., а во Франции - 136,9 тыс. Развал СССР и переход к рыночной экономике привёл к катастро- фическим последствиям не только отечественную экономику, но и сказал- ся на инженерно-техническом образовании. Выпуск технических специа- листов с высшим образованием сократился почти вдвое: с 42 % в 1988 го- ду до 22 % в 2008 году. Но в то же время выпуск дипломированных эко- номистов, управленцев и других специалистов гуманитарно-социальной направленности увеличился с 26 % до 48 % (до 540 тыс. чел.) и это только в государственной системе образования. Причем к массовому обучению экономистов, менеджеров, юристов активно подключились почти 500 не- государственных высших учебных заведений, вновь появившихся в России в 1990-х годах, в них специалистов этих направлений в 2008 году было выпущено еще 155 тыс. чел. Всего же в негосударственных вузах, обучается около 1,3 млн. студентов и из них по инженерно-техническим профессиям - чуть более 1 %. Несмотря на сокращение с 1989 по 2012 годы числа молодых россиян в возрасте до 24-х лет и уменьшение численности выпускников 11-х классов российских школ и гимназий - потенциальных абитуриентов отечественных вузов почти в 2 раза, общая численность российских студентов за два последних десятилетия возросла в 2,6 раза. Но этот рост не был обусловлен реальными потребностями национальной экономики. В результате на 10 тысяч населения приходится 630 учащихся в высших учебных заведениях, и Россия по этому показателю опережает все развитые страны мира. Массовость высшего образования привела к снижению уровня его подушевого финансирования (в расчёте на одного студента - в несколько раз меньше, чем в большинстве ведущих западных и азиатских стран). В России за последние 20 лет ежегодный выпуск дипломированных инженерно-технических специалистов увеличился до 255,3 тыс. - в 2008 г., достигнув, таким образом, уровня 1970 года, когда дипломы советских инженеров получили 257,4 тыс. чел. Технологическое отставание России и сырьевая «однобокость» её экономики закономерно привели к ухудшению качества инженерно- технического образования и снижению степени его современному научно- 473 техническому прогрессу. Существовавшая в советский период весьма эффективная система профессиональной ориентации молодежи, в современной России оказалась лишней и была полностью разрушена. Этому способствовала деградация производства, что резко снизило спрос на инженерно-технические кадры и радикальное изменение ценностных ориентаций российских юношей и девушек: технические профессии и систематический труд на производстве утратили всякую привлекательность. Популярность набрали профессии банковских работников, менеджеров, предпринимателей, а также работа в качестве чиновника в различных органах управления и контроля. Это подтверждает кампания приёма в вузы в 2011/2012 году максимальное число заявок на одно бюджетное место было на специальностях экономико–гуманитарного направления и колебалось от 12 до 28, а среднее число заявок на одно бюджетное место по специальностям инженерно-технического профиля не превышало 5. Контрольные цифры приёма в вузы на 2013/2014 учебный год на бюджетные места составили 490,8 тысяч человек. При этом на инженерно- технические специальности приходится 42,8 % от бюджетных мест, что соответствует доле учебных мест инженерно-технического профиля в советских вузах. На долю специальностей направления 130400 «Геология, разведка и разработка полезных ископаемых» приходится 5,25 % от по- ступивших на все бюджетные технические специальности. Горное образование На всем протяжении развития цивилизации обеспечение общества природными ресурсами является первостепенной задачей. Этой проблемой занимается Горное дело - область деятельности человека по освоению недр Земли, включая все виды техногенного воздействия на земную кору, но главным образом извлечения полезных ископаемых, их первичную пе- реработку и научные исследования, связанные с геотехнологиями. Любые сценарии развития общества невозможны и не будут реализо- ваны без дальнейшей эксплуатации недр. Трудоемкое освоение недр тре- бует привлечения значительных трудовых ресурсов: труд горняков тяжел физически, опасен и в отдельных случаях не может быть механизирован или автоматизирован. Поэтому перед обществом, наукой, производством стоит задача кардинального повышения наукоемкости производства, форми- рования предпосылок для гуманизации труда горняков, повышения общест- венного статуса и престижа их деятельности по освоению недр, т.е. фор- мирования мировоззрения соответствующего требованиям современности. Всего в мире насчитывается 166 горнодобывающих стран. Из них 107 стран добывают от 1 до 10 минералов, причем 18 из них добывают по одному минералу. 35 стран добывают от 10 до 20 минералов, 14 стран от 474 20 до 30, и всего 10 стран, каждая из которых добывает свыше 30 видов минералов, в число которых входит и Россия. Минерально-сырьевой комплекс страны обеспечивает 22,4 % от объема промышленного производства, при этом добыча твердых полезных ископаемых составляет 4,4 % от объема промышленного производства в стране. На предприятиях горнопромышленного комплекса, как и в других отраслях, трудовые ресурсы являются важнейшим элементом производст- венных сил, так как в значительной степени определяют темпы роста про- изводства и производительности труда, качество продукции и другие пока- затели, отражающие успешность предприятия и его конкурентоспособ- ность. В настоящее время в минерально-сырьевом секторе России занято более 1 миллиона человек, доля же специалистов с высшим образованием колеблется от 15 до 19 %. Горная промышленность одна из старейших отраслей промышлен- ности, имеющая свою историю. Развитие горнозаводского дела и разделение труда в XVI веке при- вело к потребности в горнорабочих, обладающих определёнными знания- ми и навыками, необходимыми при производстве горных работ. Что и привело к возникновению начальных форм обучения горнозаводскому делу в Европе. Первое горное училище в Западной Европе было создано в 1716 году в Яхимове Чехия (предшественница Горной академии, открытой в 1849 г., и Горного университета города Прибрам переведенного в 1945 году в Остраву, ныне - Технический университет). В 1735 г. была открыта горная школа в Банской Штявнице (Словакия), которую в 1770 г. императ- рица Мария Терезия преобразовала в Академию. Здесь работали лучшие преподаватели Европы, в том числе один из создателей современной хи- мии Антуан Лоран Лавуазье. По образу Академии была создана Политех- ническая школа в Париже. В 1765 в году во Фрайберге (Саксония) создает- ся горная академия (Технический университет Фрайбергская горная ака- демия), предшественниками академии был стипендиальный фонд, создан- ный в 1702 г. для подготовки горных специалистов, и химическая лабора- тория И.Ф. Генкеля, основанная в 1733 для исследовательских и учебных целей; в которой обучался и великий русский ученый М. В. Ломоносов (1739-40). С развитием горного дела в России в начале XVIII века требовалось всё большее количество специалистов, и по указанию Петра I Никитой Демидовым была построена в г. Невьянске горная школа для обучения «добрых и смышленых работников». В 1715 г. открывается горнозаводская школа в г. Петрозаводске при Олонецком заводе. В 1721 г. В.Н. Татищев на Урале создает горнозаводские и словесные школы. В школах изучали 475 специальные предметы - как искать и распознавать руды, частично - веде- ние горного дела, а в основном - общеобразовательные предметы. Во второй половине XVIII века в Российской империи началось бурное развитие промышленности, особенно горного дела. Нужны были специалисты высокой квалификации. Приглашение в Россию инженеров- иностранцев дорого обходилось государственной казне. Поэтому группа башкирских рудопромышленников во главе с Исмаилом Тасимовым обра- тилась в Берг-Коллегию с предложением о создании училища по подго- товке горных специалистов. Сенат одобрил это предложение и представил императрице Екатерине II доклад «Об учреждении Горного училища при Берг-Коллегии», который она утвердила, со сроком обучения 4 года, и числом учащихся 24 человека на казенном содержании и не более 30 уча- щихся за свой счет. Торжественное открытие состоялось 28 июня 1774 года и было приурочено ко дню восшествия на престол императрицы. С этой даты и идет отсчет времени создания первого технического вуза в России. Согласно уставу Горного училища в вуз разрешалось принимать де- тей дворян и разночинцев, владевших латинским, французским и немец- ким языками, а также основами арифметики, геометрии и химии. В первый набор училища вошли 23 чел., в т.ч. 19 студентов Московского универси- тета, все студенты являлись российскими подданными в возрасте от 16 до 23 лет. Устав горного училища предусматривал весьма серьезную теорети- ческую подготовку (математика, механика, физика, химия, металлургия, минералогия, рисование, иностранные языки). Специальная подготовка «горного офицера» предусматривала полный комплекс знаний и умений, в равной степени необходимых и для руководителя разведочной экспеди- ции, и для устроителя рудника, и для маркшейдера, и для мастера горной добычи, и для металлурга. Учебный процесс в Горном училище сочетал в себе теоретические и практические занятия. Для лучшей практической подготовки студентов в самом училище проводили примерную промывку и плавку руд. Расходные материалы для практических занятий, ежегодно по 100 пудов, доставля- лись с казенных и частных заводов. Устав горного училища требовал от преподавателей формировать у студентов профессиональные инженерные качества. Для этого по инициа- тиве первого директора училища М.Ф. Соймонова во дворе вуза был по- строен “примерный рудник”, в забоях выработки которого находились вмазанные естественные штуфы различных горных пород ископаемых рудных элементов. Финансирование училища осуществлялось за счет го- сударственной казны, а также регулярными отчислениями от доходов 476 уральских горнопромышленников. На нужды училища шли также деньги от продажи части Гороблагодатского железа. Помощь инженерному вузу оказывали меценаты со всей России. Каждые полгода студенты сдавали экзамены, которые проводились в присутствии президента Берг-Коллегии и ее членов. На сессии также приглашались крупные ученые и специалисты горного дела. Дальнейшее развитие горного дела в России требовало все больше- го число инженеров, поэтому с годами вуз претерпевал изменения. Если при создании училища насчитывалось всего 23 студента, то через 10 лет их было уже 60. В 1804 был принят новый устав и Горное училище стало именовать- ся «Горный кадетский корпус». В 1833 г. Горный Кадетский корпус пере- именован в Горный институт, в 1896 г. - «Горный институт императрицы Екатерины II». В 1918-1924 г. название было «Петроградский горный ин- ститут», с 1924 г. – «Ленинградский горный институт», и в 1956 г. ему бы- ло присвоено имя Г.В. Плеханова, учившегося в институте с 1874 по 1876 гг. Сегодня это национальный минерально-сырьевой университет «Гор- ный» - одно из лучших в мире учебных заведений по техническому осна- щению и уровню подготовки специалистов Царское правительство осознавало важность горной отрасли для России. Поэтому в 1899 г. открывается Екатеринославское высшее горное училище, в 1900 г. - горный факультет в Томском техническом институте, а в 1907 г. - в Донском политехническом институте. Советское правительство одним из первых своих декретов в 1918 году объявило о создании в Москве Горной академии. Уже к 1930 году ре- организует академию, и на базе этого учебного заведения создают в столице шесть уникальных втузов: горный, чёрной металлургии, цветной металлур- гии и золота, торфяной, нефтяной, геологоразведочный. Для обеспечения горной промышленности квалифицированными кадрами в довоенный и послевоенный период были организованы новые горные институты и факультеты в Свердловске, Донецке, Харькове, Тби- лиси, Магнитогорске, Кривом Роге, Кемерово, Караганде, Перми, Туле и других городах Советского Союза. Подготовка горных инженеров осуществлялась по семи основным специальностям: 0201. Маркшейдерское дело; 0202. Разработка месторож- дений полезных ископаемых; 0203. Разработка торфяных месторождений; 0204. Обогащение полезных ископаемых; 0205. Разработка нефтяных и газовых месторождений; 0206. Строительство горных предприятий; 0506 Горные машины и оборудование. Обучение проводилось по единым учебным планам, разработанным еще в 50-х годах прошлого столетия и постепенно корректируемым под 477 нужды производства и в свете развития научно-технического прогресса. Так в учебных планах 1953 года общее количество аудиторных часов до- ходило до 4500 по разным специальностям горного профиля. На дисцип- лины гуманитарно-экономического цикла отводилось 750 часов, на естест- венно научные еще 1800 часов, на дисциплины специализации выделялось до 400 часов все остальное время занимали дисциплины профессиональ- ного цикла. В конце 80-х годов прошлого века аудиторная нагрузка сни- зилась до 4300 часов, но появилась самостоятельная подготовка студентов, на которую выделялось до 2600 часов. Но на дисциплины гуманитарно- экономического цикла уже отводилось около 900 часов, а на естественно- научные только 1300 часов, на дисциплины специализации выделялось всего 200 часов, а все остальное время занимали дисциплины профессио- нального цикла. В учебных планах также появились дисциплины по выбо- ру вуза, на которые отводилось около 40 часов. Раз в несколько лет мини- стерство образования рассылало по вузам директивные материалы с при- мерным учебным планом и аннотациями учебных дисциплин, практик и дипломного проектирования. Т.е. государство создавало единое образова- тельное пространство для всей территории Советского Союза. Что позво- ляло предъявлять единые требования к качеству выпускаемых специали- стов. В конце 80-х гг. в CCCP инженеров по горным специальностям гото- вили свыше 50 вузов. После распада Советского Союза основу системы подготовки гор- ных инженеров в России составляют исторически сложившиеся универси- тетские центры, реализующие программы подготовки специалистов по направлению «Горное дело». Выпуском горных инженеров в России зани- маются 25 высших учебных заведений. До 2010 года подготовка горных инженеров велась по семи основным специальностям: 130401 - Физиче- ские процессы горного или нефтегазового производства; 130402 - Марк- шейдерское дело; 130403 - Открытые горные работы; 130404 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых; 130405 - Обогащение полезных ископаемых; 130406 - Шахтное и подземное строительство; 130408 - Взрывное дело, а также по специальности 150402 - Горные ма- шины и оборудование (направление «Технологические машины и обору- дование»). В ряде вузов Российской Федерации в том числе и готовивших гор- ных инженеров, с 1992 года была введена многоступенчатая система обу- чения, а после подписания Россией Болонской Декларации в 2003 году на эту систему перешли все вузы страны. И в зависимости от срока обучения студенты заканчивали вуз с квалификацией бакалавра, инженера или ма- гистра. Однако фактически бакалавры по горным специальностям не вы- пускались, подавляющее их большинство продолжали обучение и закан- 478 чивали вуз с квалификацией «горный инженер». Количество выпускаемых магистров было относительно невелико. Это происходило потому, что ба- калавры горного дела не получали необходимого глубокого образования в области горных технологий и не имели достаточной практической подго- товки, что предопределяло их невостребованность. С другой стороны ма- гистратура доказала свою эффективность, особенно в части подготовки молодых ученых и молодых научно-педагогических кадров. Так как за подписанием Декларации и переходом на многоуровне- вую подготовку не последовало действий, направленных на регламентиро- вание деятельности бакалавров и магистров, выпускаемых из технических вузов, производственники, ранее хорошо знавшие, как использовать выпу- скника вуза, имеющего квалификацию «инженер» оказались не готовыми использовать выпускников вузов, имеющих степень бакалавра или маги- стра. Более того, бакалавров с самых высоких трибун в вузах и в произ- водственной среде начали называть «недоученными инженерами», что привело к ещё большему снижению престижа инженерной профессии в обществе. До 2010 года система высшего профессионального образования ди- рективно ориентировалась на усиление роли системы подготовки специа- листов по двум уровням: первый уровень - бакалавриат, второй уровень - магистратура. В последние два десятилетия неоднократно возникала дискуссия о необходимости перехода к образовательной модели горного инженера ши- рокого профиля. Устоявшегося понятия «широкий профиль» инженера вообще и горного инженера, в частности, нет. Есть субъективные мнения, основан- ные на различных подходах к целевой направленности и необходимости подготовки такого специалиста. Что же представляет собой инженер ши- рокого профиля и нужен ли он вообще? В романе Жюля Верна «Таинственный остров» выведен своего рода эталон такого инженера. Одним из выдающихся среди них был инженер по имени Сайрес Смит. Что же знал и умел этот человек? Он знал математи- ку, физику, химию, механику, географию, астрономию, геологию, гончар- ное дело и ничуть не хуже разбирался в растениеводстве. Ему было знако- мо горнометаллургическое дело и электротехника. Под его руководством были возведены различные деревянные строения, построен корабль, и сконструирован проволочный телеграф. Вот, пример пользы широкого образования. Инженер Смит, безус- ловно, одаренный человек, обладал хорошими способностями к обучению и, очевидно, хотел учиться. Сочетание природного ума с приобретенными в процессе обучения знаниями и, что особенно важно, умением учиться 479 дало прекрасный результат. Фундаментальные знания, научное мышление и практический опыт и сегодня являются надежным фундаментом высоко- го качества подготовки специалистов. Именно результаты фундаментальных исследований обеспечивают высокий темп развития производства, возникновение совершенно новых отраслей техники. Все больше фундаментальных знаний начинают ис- пользоваться для практических целей, трансформируясь в инженерные проекты. В современных условиях высшее образование должно базироваться на фундаментальных знаниях, обладать определенной гибкостью и уни- версальностью, ориентироваться на формирование общей и профессио- нальной культуры. Противоречие между широкопрофильным и профес- сиональным образованием существовало всегда. Ориентация на узких профессионалов отражала уровень понимания социальной защищенности в предыдущие десятилетия, в настоящее время социально защищенным может быть лишь широко образованный человек, способный перестраи- вать направление и содержание своей деятельности. В этих условиях ста- новится очевидной необходимость перехода от узкопрофессионального обучения к фундаментальной подготовке специалистов, основанной на изучении и практическом овладении базовыми закономерностями разви- тия природных, технических и социальных систем. Кроме того, фундамен- тализация образования эффективно способствует формированию творче- ского инженерного мышления, ясного представления о месте своей про- фессии в системе общечеловеческих знаний и практики. Со времени введения многоуровнего образования звучат различные предложения по образовательной модели горного инженера широкого профиля, но суть их сводится к одному - ликвидировать отраслевые осо- бенности базовой подготовки, сохранив только профилизации или, в край- нем случае, специализации базирующиеся на концепции освоения и со- хранения недр, реализованной в новой классификации горных наук: недра - это совкупность георесурсов. Освоение георесурсов - область деятельно- сти горного инженера. Следовательно, широта и глубина подготовки гор- ного инженера должна обеспечить ему возможность деятельности по ос- воению любого вида георесурсов. Горный инженер – это специалист с высшим образованием, у кото- рого предполагается наличие знаний из области геологии, знание различ- ных методов и технологий разработки, методов обогащения полезных ис- копаемых, состава и свойств горной породы, проблем, связанных с безо- пасностью и окружающей средой, и который способен проектировать гор- ные работы и руководить ими. Работники инженерной области должны, прежде всего, иметь основательные общие знания основ математики и ес- 480 тественных наук. Следует иметь профессиональные экономические зна- ния, знать касающееся профессии законодательство, управление проектом, безопасность труда, охрану окружающей среды. Необходимо умение рабо- тать на компьютере и знание иностранных языков. Горный инженер дол- жен понимать принципы функционирования всех объектов управления и знать, как принимать решения в зависимости от конкретных условий. В конце 2009 года вышло Постановление Правительства Россий- ской Федерации № 1136, которое предало всей системе подготовки горных инженеров России особый статус. Согласно этому документу с 2010 года подготовка горных инженеров в стране осуществляется непрерывно на протяжении срока обучения 5,5 лет и без выделения промежуточного уровня бакалавр, по федеральному образовательному стандарту третьего поколения. Все объекты профессиональной деятельности горных инженеров требуют наличия у них глубоких и многогранных знаний специфики усло- вий освоения георесурсов земной коры, способностей обеспечения тре- буемых уровней промышленной безопасности и экологичности горного производства, а также условий охраны недр. В этой связи уникальность квалификации специалистов предопределяет необходимость подготовки их исключительно по одноуровневой системе, что и является базовым ус- ловием федерального государственного образовательного стандарта выс- шего профессионального образования специалиста (ФГОС). После принятия ФГОСа обучение в рамках направления горное де- ло базируется на двух специальностях: «Горное дело» и «Физические про- цессы горного или нефтегазового производства», которые в свою очередь включают в себя 12 и 4 специализации соответственно. В специальность «Горное дело» включены следующие специализации: «Подземная разра- ботка пластовых месторождений»; «Подземная разработка рудных место- рождений»; «Открытые горные работы»; «Шахтное и подземное строи- тельство»; «Обогащение полезных ископаемых»; «Маркшейдерское дело»; «Взрывное дело»; «Горнопромышленная экология»; «Горные машины и оборудование»; «Электрификации и автоматизации горного производст- ва»; «Транспортные системы горных предприятий». Особенность стандартов третьего поколения - это компетентност- ный подход. Компетентностный подход не является принципиально новым для российской высшей школы. Он представляет развитие системы дея- тельностного подхода к проектированию квалификационных требований к выпускникам вузов, который освоен высшей школой и ее учебно- методическими объединениями и получил реализацию в квалификацион- ных характеристиках выпускников вузов и ГОС ВПО первого и второго поколений. В основу заложен компетентностный подход, при котором 481 особое внимание уделяется прогнозированию и оценке результатов обра- зовательной деятельности. Тем самым результаты обучения, а не дидакти- ческие единицы содержания образования, становятся нормой качества, которая позволяет сопоставлять квалификации, присвоенные в разных ву- зах, и может служить надежным ориентиром для работодателей. Таким образом, в данной модели акцентируются не столько параметры, задавае- мые «на входе» (содержание, объем часов, процесс преподавания), сколько ожидаемые результаты, которые необходимо получить на «выходе» (зна- ния и умения студентов). Компетенцию можно определить как стремление и готовность при- менять знания, умения и личные качества для успешной деятельности в определенной области. В модели компетенции можно классифицировать на две основные группы: общие (универсальные, ключевые, «надпрофессиональные») и профессиональные (предметно-специализированные). Среди общих ком- петенций предлагается выделять: - социально-личностные, гуманитарные и коммуникативные, подра- зумевающие общую культуру, приверженность к этическим ценностям, терпимость, способность к конструктивной критике и самокритике, уме- ние работать в коллективе и т.д.; - общенаучные, в том числе гуманитарно-социальные и экономиче- ские (включающие базовые знания в области математики и естественных наук, гуманитарных и социально-экономических наук); базовые компью- терные и лингвистические навыки; способность понимать и использовать новые знания и т.д.; - профессиональные компетенции в свою очередь делятся на базо- вые общепрофессиональные, специализированные (профессионально- профильные) и организационно-управленческие, подразумевающие спо- собность организовать и спланировать работу, извлекать и анализировать информацию из разных источников, применять полученные знания на практике, адаптироваться к новым ситуациям и т.д. Каждая компетенция выпускника должна обеспечиваться определен- ным набором дисциплин и практик, объединенных в соответствующие моду- ли, а содержание модулей – полностью соответствовать уровню приобре- таемых компетенций. К выявлению общих и специальных компетенций наряду с академическим сообществом будут привлекаться работодатели и выпускники последних лет. В результате система образования сможет более оперативно реагировать на запросы рынка труда и будет придавать гораздо большее значение перспективам трудоустройства своих выпускников, их ре- альным карьерным устремлениям. 482 Компетентностный подход предполагает обязательное использование кредитов (зачетных единиц) как меры академических успехов студентов. В кредитах выражается трудоемкость учебной работы, они определяют время, необходимое для освоения определенного учебного материала. Введение кредитов и модулей позволяет студентам учиться по ин- дивидуальным планам, самостоятельно выстраивая свою образовательную траекторию. Многогранность подготовки специалистов обусловлена содержани- ем основных образовательных программ высшего профессионального об- разования (ООП ВПО), предусматривающей изучение следующих учеб- ных циклов: гуманитарный, социальный и экономический; математиче- ский и естественнонаучный; профессиональный. Кроме того, программой предусмотрено изучение разделов: физическая культура; практика и науч- но-исследовательская работа. Каждый учебный цикл имеет базовую (обязательную) часть и ва- риативную (профильную). Вариативная часть, устанавливаемая вузом, дает возможность расширения и углубления знаний, умений и навыков, определяемых содержанием базовых дисциплин, необходимых выпускни- ку для успешной профессиональной деятельности. Исходя из понятия «горный инженер широкого профиля» в Туль- ском государственном университете на основе ФГОСа подготовлены но- вые ООП по всем двенадцати специализациям специальности 130400 «Горное дело», что дало возможность выделить два условных направления обучения специалистов: горный инженер механик и горный инженер тех- нолог. Это базируется на разных требованиях при изучении учебных дис- циплин по механике и электронике. Так, в первое условное направление вошли такие специализации как: Обогащение полезных ископаемых»; «Горные машины и оборудование»; «Электрификации и автоматизации горного производства»; «Транспортные системы горных предприятий», остальные специализации соответственно вошли во второе направление. Выделение двух условных направлений дало возможность создать такие учебные планы по каждой из двенадцати специализаций, в которых обуче- ние происходит совместно большую часть учебной нагрузки и достигает примерно 4 лет обучения. Разделение на специализации произойдет только после седьмого семестра и на конкурсной основе. Обучение по «единому» учебному плану почти четыре года позволяет вузу корректировать выпуск специалистов по конкретной специализации с учетом предложений, которые появятся на основе экономического развития региона и страны в целом. Структурой ООП специальности 130400 «Горное дело», определена общая трудоемкость гуманитарного, социального и экономического цикла 27-37 зачетными единицами (при общей трудоемкости ООП 330 зачетных 483 единиц, а одна зачетная единица - 36 часов). При этом трудоемкость освоения базовой части цикла составляет 22-27 зачетных единиц. На вариативную часть цикла отводится 5-10 зачетных единиц. Трудоемкость освоения математического и естественно-научного цикла дисциплин определено 75-85 зачетными единицами (базовая часть - 70-80 единиц, вариативная часть - 5-10 единиц). Наиболее емким, естественно, является профессиональный цикл - 165-175 зачетных единиц (базовая часть - 140-155 единиц, вариативная часть - 25-35 единиц). На учебную, производственную практику и исследовательскую ра- боту отводится 35-45 единиц. По каждой базовой части циклов устанавливаются комплексы зна- ний, умений и навыков. Знания, умения и навыки, приобретаемые при ос- воении дисциплин вариативных частей и определяются ООП вуза. Для более полного и успешного освоения ООП при Тульского го- сударственном университете и на базе нескольких горнодобывающих предприятий региона был создан инновационный комплекс «вуз - базовая кафедра - базовое предприятие» и обучение студентов проводят ведущие специалисты, осуществляющие разработку и внедрение на этих предпри- ятиях новых технологий. Союз «вуз - базовая кафедра - базовое предпри- ятие» положительно сказывается не только на преподавании специальных предметов, но и на преподавании дисциплин естественнонаучного цикла. Так же на основе этого комплекса можно проводить необходимые курсы по- вышения квалификации для преподавателей вузов, ведущих занятия по всем циклам образовательных программ. Для того чтобы будущий специалист был востребован, ему надо дать широкую мировоззренческую и фундаментальную подготовку, кото- рая научит его работать в потоке непрерывной информации, для чего не- обходимо на протяжении всей жизни постоянно учиться, а при необходи- мости переключаться на работу в смежных областях своей профессии. В связи с переходом страны от традиционной к новой системе обра- зования необходимо понять, что сегодня: 1. Университетское образование это фундамент, на котором специа- лист получает возможность в дальнейшем постоянно дополнять и совер- шенствовать свою квалификацию. 2. Задача вуза научить студента принимать правильное профессио- нальное решение, развивать навыки для конкурентоспособности в будущем. 3. Воспитать хорошего специалиста можно только соединением учёбного процесса с производственной практикой, что позволит будущим специалистам видеть возможные проблемы и находить пути их решения. 4. Каждый вуз должен знать, какие специалисты потребуются через 484 2-5-10 лет, и в соответствии с этим готовить планы их подготовки. 5. Университетский преподаватель не должен быть «транслятором прошлых знаний» он должен быть консультантом, руководителем проек- тов, исследователем нового в своей специальности. Поэтому эту работу должны выполнять не только штатные преподаватели, но и совместители с производства. 6. Студент, а затем и специалист должен в зависимости от своих ин- тересов, работы сам искать и получать новые знания, т.е. учиться нужно всю жизнь. 7. Для улучшения инженерно-технического образования в стране и повышения его престижности нужно изменить систему технологической подготовки школьников и их профессиональной ориентации, укреплять связи общеобразовательных учебных заведений с техническими вузами и расширять целевой набор студентов и закрепление молодых специалистов на предприятиях с помощью существенного повышения их зарплаты и предоставления льготного жилья. За время существования демократической России было подготовле- но более 65 000 горных инженеров, но ежегодный прием на первый курс и соответственно выпуск специалистов сокращается, а исходя из средней продолжительности работы горного инженера с момента занятия инже- нерной должности до выхода на пенсию 20-25 лет, годовая потребность в горных инженерах в России при современном уровне развития горного дела в стране составляет 4500-5000 человек в год, а выпускается около 4000, что составляет уровень обеспеченности горной промышленности инженерными кадрами - 80...88 % при условии, что весь выпуск инжене- ров начал работать по специальности. И если наша страна хочет быть ми- ровым лидером в добыче и переработке минерального сырья, то набор на инженерные специальности горного профиля надо не снижать, а повы- шать, чтобы обеспеченность кадрами горного производства достигла 95- 100 % и нам не пришлось, как на заре XVIII века, приглашать на Россий- ские предприятия иностранных специалистов. Литература 1. Трубецкой К.Н. Развитие горных наук и проблемы подготовки инженерных кад- ров в области освоения недр Журнал "Маркшейдерия и недропользование" № 6 - 2009г. 2. Шатиров С.В. Горный инженер должен знать и уметь всё. Парламентская газета №6(2422) от 19.02.2010. 3. Квагинидзе B.C. Педагогическая квалификация преподавателей при практиче- ском обучении как фактор повышения качества подготовки горных инженеров Горный информационно-аналитический бюллетень. № 12/2008 65-72 4. Аренс В.Ж. Чему и как учить современных горных инженеров Горный информа- ционно-аналитический бюллетень. Номер: 1 Год: 2009 90-94 485 5. Гитис Л.Х. Образование в корпусе горных инженеров корпус горных инженеров Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2010. № 7. С. 71-84. 6. Петров В.Л. Структура и содержание новых стандартов подготовки горных ин- женеров. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2008. № 10. С. 5-22. 7. Петров В.Л., Гончаренко С.Н., Ярощук И.В. Концепция прогнозирования по- требности в кадрах для горно-промышленного комплекса. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2011. Т. 3. № 12. С. 24-32. 8. Петров В.Л., Скачков М.С. Количественные оценки системы подготовки горных инженеров в России. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно- технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2010. № 6. С. 7-26. 9. Петров В.Л., Скачков М.С. Высшее горное образование России в 2008 году: циф- ры и факты. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2009. № 8. С. 129-146. 10. Арефьев, А. Л. Инженерно-техническое образование в России в цифрах / А. Л. Арефьев, М. А. Арефьев // Высшее образование в России / . – 2012. – № 03. – С. 122-131. 11. . Арефьев А.Л. Об инженерно-техническом образовании в России [Электрон- ный ресурс] / А.Л. Арефьев, М.А. Арефьев. – [М., 2010]. – 23 с. – URL: http://www.socioprognoz.ru/files/File/publ/Inkzenerno_technicheckoe.pdf, свободный. 12. Пучков Л.А., Петров В.Л.Система подготовки горных инженеров России. Стратегический подход в определении прогнозов развития Известия высших учеб- ных заведений. Горный журнал Уральский государственный горный универси- тет2008 № 1 128-145 Кузнецов Ю.Н., Мельник В.В. 13. Горный инженер - технолог - уникальный специалист по рациональному и безопасному освоению георесурсов недр. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический 2009 №9 10-15 14. Пучков Л. А., Петров В. Л.Тенденции развития высшего горного образования в России Известия высших учебных заведений. Горный журнал Издательство Ураль- ский государственный горный университет 2006 № 4 145-158 УДК 622.331(09) РОЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ «ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ» В ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ТОРФЯНОГО ПРОФИЛЯ Копенкина Л.В. Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия Из опыта применения достижений академической и вузовской науки в области истории науки и техники при подготовке квалифицированных кадров торфяной отрасли в Тверском государственном техническом университете 486 На современном этапе развития российского общества вопрос взаи- мосвязи науки и образования имеет большое значение. Это обусловлено как развитием самой науки, необходимостью притока в нее высокообразо- ванных специалистов, так и развитием образования, которое совершенст- вуется во взаимодействии с наукой, с использованием ее достижений. Особую актуальность эта тема приобретает в настоящее время в связи с проводимыми реформами высшего образования. Необходимость осмысления новых фактов и закономерностей исто- рического процесса развития науки и техники конкретной области, подве- дения итогов предыдущего и определения перспектив последующего раз- вития вызывает потребность не только в увеличении конкретных историко- технических и историко-научных исследований, но и в новом качестве их. История науки и техники – это сравнительно молодая наука, офор- мившаяся в одну из важнейших отраслей исторического знания приблизи- тельно в конце 1960-х годов, бурно развивающаяся в 1980–1990-е годы и приобретающая все большее значение в наше время. История науки и техники носит характер междисциплинарности. Это комплексная наука, одновременно гуманитарная, естественная и тех- ническая; интегративная наука, которая объединяет на новом уровне дос- тижения отдельных научных направлений и не является простой суммой знаний; динамично изменяющаяся наука, постоянно пополняющаяся но- выми знаниями, концепциями и фактами. Предметом истории науки и техники является не просто реконст- рукция прошлого научного знания, но исследование процесса получения и обоснования научного и технического знания в различных культурно- исторических условиях, развития науки и техники с целью выявления тех глубинных тенденций и закономерных связей, которые определяют со- держание и направление этого процесса. Сегодня в нашей стране основная группа исследователей по исто- рии науки и техники сосредоточена в Институте истории естествознания и техники имени С.И. Вавилова РАН. ИИЕТ – это уникальный междисцип- линарный коллектив: здесь работают представители более 17 различных научных специальностей, что охватывает почти весь спектр фундамен- тальных отраслей естествознания, технических и гуманитарных наук. В ИИЕТ проводят исследования, освещающие основные события в развитии мирового естествознания, технологии и техники, воссоздающие историю фундаментальных открытий и изобретений, биографии выдаю- щихся деятелей науки и техники, закономерности развития естествозна- ния, технологий, технических наук, инженерной деятельности в контексте истории мировой цивилизации. ИИЕТ координирует работу в области ис- тории науки и техники в России и других странах СНГ, сотрудничает с на- 487 учно-техническими музеями, консультирует работу по созданию новых экс- позиций, помогает проведению юбилейных торжеств, связанных с памят- ными датами в истории науки и техники. ИИЕТ является ведущим центром международного сотрудничества в сфере историко-научных и историко- технических исследований. В 1918 г. курс истории техники был включен в учебные планы средних и специальных учебных заведений многих профилей. По инициа- тиве академика В.И. Вернадского была создана Постоянная комиссия по изучению истории знаний, выпустившая несколько томов «Очерков по истории знания» и «Трудов комиссии по истории знаний». В 1928 г. по инициативе В.В. Данилевского были основаны первые кафедры по исто- рии техники на Украине. Начиная с 1930–1931 учебного года, курс истории техники стал чи- таться во многих втузах страны, в том числе в Московском горном инсти- туте, Московском институте стали, Московском энергетическом институ- те, Московском институте железнодорожного транспорта, Ленинградском политехническом институте, Ленинградском горном институте и др., в педагогических вузах. Курс истории техники читался в некоторых вузах и во время Великой Отечественной войны. С 1948–1949 учебного года во многих высших учебных заведениях возобновилось преподавание курса истории техники, что потребовало под- готовки учебных пособий и учебников. Преподавателями Московского энергетического института Л.Д. Белькиндом, И.Я. Конфедератовым и Я.А. Шнейбергом был создан учебник для энергетических и электротехниче- ских институтов «История техники» [1]. Впоследствии было издано новое учебное пособие [2]. В Тверском государственном техническом университете на выпус- кающей кафедре торфяных машин и оборудования курс истории науки и техники читается с 1993 года. Для этого были выпущены учебные пособия и монографии [3–6]. Автор данных работ также принимает участие в науч- но-практических конференциях «История техники и музейное дело», про- водимых ИИЕТ в Политехническом музее (г. Москва). В основной образовательной программе подготовки квалифициро- ванных кадров торфяного профиля «Технологические машины и оборудо- вание для разработки торфяных месторождений» дисциплина «История науки и техники» относится к дисциплинам по выбору вариативной части цикла гуманитарных и социально-экономических дисциплин. Материалы курса используются в следующих, позднее изучаемых, дисциплинах: «Технологические комплексы торфяного производства», «Торфяные ма- шины и оборудование», «Основы проектирования машин для добычи тор- фа» и др. 488 Задачи учебного курса по истории науки и техники: научить студен- та грамотно оценивать события истории науки и техники; пользоваться основными источниками по истории науки и техники; использовать сис- темный подход в оценке развития любой научной дисциплины. История науки и техники раскрывает развитие идей в торфяной отрасли, роль ве- дущих ученых, устанавливает приоритет в открытиях, изобретениях, тео- риях на основе изучения первоисточников; выявляет неизвестные ранее факты, технические нововведения, представляющие научную и историче- скую ценность; воссоздает целостную картину развития отдельной отрасли науки и техники, обосновывает периодизацию ее истории; раскрывает пу- ти эволюции естественных и технических наук, выявляет экономический и социальный эффект научных достижений, условий, форм и способов взаи- модействия естественных, технических и общественных наук; основные связи между запросами практики и развитием науки и техники, взаимо- влияние науки и техники. В процессе изучения дисциплины «История науки и техники» на кафедре ТМО ТвГТУ студенты получают комплекс знаний по методоло- гическим основам истории науки и техники; по основным источникам по истории науки и техники, их критическому анализу; математическим ме- тодам в историко-техническом исследовании; по развитию системы зна- ний о полезных ископаемых, их добыче и переработке, технике и техноло- гии торфяного производства. Студентам прививаются навыки работы с научно-технической лите- ратурой, выполнения историко-технического исследования в области тор- фяного дела, периодизации данного направления, классификации торфя- ной техники. При выполнении практических работ делаются выводы о взаимодействии развития торфяной науки и техники, влиянии социальных условий на развитие торфяной отрасли, выявляются закономерности изме- нений технических параметров развития, вклад разных стран в это разви- тие, этапы и тенденции развития торфяной техники, наиболее перспектив- ные направления совершенствования торфяных машин и оборудования, экологические последствия внедрения новой техники. В соответствии с заданием преподавателя составляется научный реферат, биографический очерк выдающегося деятеля торфяной отрасли. Занятия по истории науки и техники, раскрывая конкретно-исторические условия и механизм науч- ных и технических открытий, наполняют мировоззренческим содержанием специальные курсы в учебном процессе. Материалы по истории техники, в том числе ее новейшей части – массивов патентной информации, дают возможность создания новых и планомерное совершенствование старых имеющихся технических систем путем использования объективных зако- нов развития техники, приемов разрешения технических противоречий. 489 Это способствует творческому освоению учебного материала, решению задачи основательной подготовки студентов торфяного профиля. Включе- ние истории науки и техники в число дисциплин базового высшего техни- ческого образования повышает качество подготовки квалифицированных кадров, приближает сложившуюся систему высшего образования к систе- ме, соответствующей международным стандартам. Литература 1. Белькинд Л.Д., Конфедератов И.Я., Шнейберг Я.А. История техники: учебник для энергетических и электротехнических втузов и факультетов М.–Л., Госэнерго- издат, 1956. 484 с. 2. История энергетической техники: учебное пособие для энергетических вузов и факультетов /Л.Д. Белькинд, О.Н. Веселовский, И.Я. Конфедератов, Я.А. Шней- берг. М.-Л., Госэнергоиздат, 1960. 664с. 3. Копенкин В.Д., Копенкина Л.В. История науки и техники. Торфяное дело: учеб- ное пособие. Тверь: ТГТУ, 2000. 112 с. 4. Копенкина Л.В. История торфяного дела. Часть 1: монография. Тверь: ТГТУ, 2011. 160 с. 5. Копенкина Л.В. История торфяного дела. Часть 2: монография. Тверь: ТГТУ, 2012. 160 с. 6. Копенкина Л.В. История науки и техники: учебное пособие. Тверь: ТвГТУ, 2013. 160 с. УДК 811.111:378.147.091.313 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ФОРМИРОВАНИИ РЕЧЕВЫХ ГРАММАТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ Хоменко С.А., Зубакина О.А. Белорусский национальный технический университет В статье рассматриваются возможности употребления современных инноваци- онных технологий для формирования навыков использования грамматических средств в речи у студентов технических университетов. Показаны их преимуще- ства в обучении иноязычному общению. Обучение иноязычному общению входит в обязательную програм- му для всех высших учебных заведений Республики Беларусь. В настоя- щее время согласно учебной программе основной целью обучения ино- странному языку является развитие иноязычной коммуникативной компе- тенции. Овладение же грамматическими средствами есть одна из целей обучения в рамках развития языковой компетенции, которая является со- ставной частью коммуникативной компетенции. Обучение грамматике происходит с использованием различных ме- тодических приемов и технологий, однако наиболее эффективными явля- 490 ются те, которые позволяют отработать все компоненты грамматической стороны речи, а также обеспечивают взаимодействие студентов техниче- ских специальностей в процессе обучения. К современным инновацион- ным технологиям следует отнести case-study, обучение в сотрудничестве, проектную технологию и различного рода симуляции. Сущность метода «кейс-стади» заключается в самостоятельной ино- язычной деятельности обучаемых в искусственно созданной профессио- нальной среде, которая даёт возможность соединить воедино теоретиче- скую подготовку и практические умения, необходимые для творческой деятельности в профессиональной сфере. Студентам предлагается осмыс- лить ситуации профессиональной деятельности, которые предусматривают необходимость решения проблемы. В процессе разрешения возникшей проблемы, обучаемые вынужденно актуализируют необходимый для этого комплекс усвоенных знаний. Формирование речевых грамматических на- выков происходит за счет работы над кейсами, содержащими не только грамматический материал, но и научно-техническую информацию, что позволяет обучаемым совершенствовать навыки восприятия текста про- фессиональной тематики. Однако следует отметить, что работа с использованием кейс- технологии требует определённого запаса знаний по специальности и дос- таточного уровня владения английским языком, наличия у студентов на- выков самостоятельной работы. Неподготовленность обучаемых, неразви- тость их мотивации может привести к поверхностному обсуждению кейса, поэтому кейс-метод на занятиях английского языка рекомендуется приме- нять в группах студентов тех специальностей, где предусмотрено большее количество учебных часов на дисциплину «Иностранный язык». «Проектная технология» в обучении иностранному языку студентов представляет собой самостоятельную групповую работу по теме- проблеме, выбранной студентами и включающую поиск, отбор и презен- тацию информации, благодаря чему обеспечиваются межпредметные свя- зи, происходит развитие творческих возможностей студентов. Кроме того, обучаемые учатся анализировать полученную информацию, поскольку в разные моменты познавательной, экспериментальной, прикладной или творческой деятельности они используют совокупность всех интеллекту- альных навыков и умений. Умение анализировать полученную информа- цию – один главных факторов успешной профессиональной деятельности. Проектная технология включает в себя несколько видов: 1) проекты-сообщения или исследовательские проекты (Information and Research Projects), 2) проекты-интервью (Survey Projects), 3) проект-производство (Production Projects), 491 4) проекты-ролевые игры и драматические представления (Performance and Organisational Projects). Метод проектов ориентирован на самостоятельную деятельность студентов, которая предполагает владение умениями анализа, синтеза, мысленного экспериментирования, прогнозирования. Использование дан- ного метода развивает интеллект студента, его творческие способности и самостоятельность, позволяет обучить умению получать знания через свою деятельность. Эти навыки и умения позволят будущим специалистам успешно выполнять поставленные перед ними профессиональные задачи [4]. К одному из видов работы, имеющим огромное практическое зна- чение для будущей профессиональной деятельности студентов, относится «симуляция». Симуляция представляет собой проблемную речевую дея- тельность, которая происходит в четко описанном реалистичном окруже- нии. Она осуществляется в ситуациях максимально приближенным к ре- альному общению и стимулируется проблемной коммуникативной зада- чей, которая требует личностного отношения обучаемых к фактам и собы- тиям. Особенно актуально использование элементов рассматриваемой тех- нологии для экономических, таможенных и логистических специально- стей, где знание иностранного языка и умение вести диалог является од- ним из ключевых аспектов профессиональной деятельности. В процессе симуляции студенты получают возможность ассоциировать себя с носите- лем языка, акцентировать внимание на передаче смысла высказывания, работать в команде для достижения взаимопонимания, приобретать опыт контроля над ситуацией и ее управления, сформировать сознание того, что иностранный язык является движущей силой коммуникации. Эти навыки могут оказать положительное влияние на будущую профессиональную деятельность выпускников технического университета [2]. «Обучение в сотрудничестве» – это такая технология, которая пред- полагает совместную деятельность всех членов команды по освоению ма- териала и предусматривает достижение определенной цели. Упражнения, применяемые в данной технологии, направлены на формирование страте- гии общения в сотрудничестве, благодаря чему происходит вовлечение неактивных обучаемых в обсуждение задачи-проблемы, а гиперактивным студентам дается возможность избежать конфликтов в команде, а также отклонений от заданной темы. Работа в группах позволяет научить эффек- тивному сотрудничеству на основе инструкций, выданных преподавателем перед выполнением задания. Кроме того, студенты учатся быть ответст- венными не только за свой результат, но и за результат всей группы, так как основными принципами обучения в сотрудничестве являются: одно задание для группы, одно поощрение на группу, распределение ролей. Ис- пользование технологии «обучение в сотрудничестве» возможно практи- 492 чески на всех этапах обучения: от начального до завершающего. В рас- сматриваемой технологии можно выделить следующие виды учебной ра- боты применительно к грамматике, которые представлены ниже. 1. Обучение в команде (students’ team learning). Главная идея данно- го вида – самостоятельная работа каждого члена группы и постоянное взаимодействие с другими участниками группы. Например, группа делит- ся на 2 команды по 4 человека и получает следующее задание: первая группа занимается исследованием использования времени «Past Perfect», а вторая – использованием «Past Continuous». Инструкция к обоим заданиям состоит в следующем: а) выяснить, как образуется данное время; б) узнать, когда оно употребляется и какие показатели на это влияют; в) обратить внимание на образование вопросительных предложений в дан- ном времени; г) составить упражнение на использование этого времени. Студенты работают над заданной проблемой, после чего начинается ее обсуждение. 2. «Мозаика» (jigsaw). При этом виде работы материал разбивается на фрагменты, каждый член группы получает свой фрагмент и работает над ним, затем все участники команды обмениваются информацией друг с другом. Например, группа делится на 2 команды. Задание для них общее: благодаря исследовательской деятельности повторить использование ар- тикля. Существует 4 карточки-инструкции с заданиями: а) установить случаи использования неопределенного артикля; б) выяснить, когда употребляется определенный артикль; в) изучить использование артикля с именами собственными (с географиче- скими названиями, названиями общественных заведений, с титулами); г) изучить употребление артикля в других случаях (с историческими собы- тиями, транспортом, с названием болезней, с такими словами, как morning, evening, afternoon, night). После окончания работы с использованием данного приема, препода- ватель может задавать вопросы по всей теме каждому из участников группы. Более того, возможно проведение теста-среза, либо контрольной работы. 3. «Учимся вместе» (learning together). Данный вид работы подразу- мевает, что каждая из групп получает задание, являющие,ся частью какой- либо большой темы. В результате работы каждой из групп над своей ча- стью материала, достигается усвоение всей темы студентами. Например: группа 12 человек разбивается на 3 группы (слабые, средние и сильные ученики). Каждой группе даем задание: изучить тему употребление про- шедшего продолженного времени (Future Simple). Обучаемым раздаются карточки, при заполнении которых в конце работы составляется полная таб- 493 лица с правилом. Слабой группе даем задание на выяснение случаев употреб- ления Future Simple; группа середнячков выполняет работу по выявлению указателей времени, влияющих на его образование; сильные ученики анали- зируют схемы предложений; 4. Исследовательская работа обучаемых, являющаяся одной из раз- новидностей технологии «обучение в сотрудничестве». Исследовательская работа подразумевает самостоятельную работу студентов либо индивиду- альную, либо в группах до 6 человек. Одна большая тема разбивается на подтемы, которые, в свою очередь, подразделяются на более мелкие под- темы, для того чтобы каждый участник исследования имел возможность внести свой вклад в разработку темы. Например, для проведения занятия, направленного на систематизацию знаний по теме «Tenses», группа делит- ся на 3 команды. Каждая команда получает отдельное задание: 1) проанализировать употребление Present Tenses: а) Present Simple, б) Present Continuous, в) Present Perfect; 2) выяснить случаи употребления Past Tenses: а)Past simple, б) Past Continuous, в) Past Perfect; 3) выяснить случаи употребления Future Tenses: а) Future Simple, б) Future Continuous. После проведенного исследования, каждая группа делает доклад- презентацию по своей теме [1]. Преимущества всех перечисленных выше технологий очевидны: происходит социализация студентов; вырабатываются навыки взаимовы- ручки и взаимопомощи, ответственности за личный результат и общий результат команды; развиваются навыки мыследеятельности; включается работа памяти; идет мобилизация и актуализация предшествующего опыта и знаний; складывается позитивный микроклимат; увеличивается число ассоциативных связей за счет смены партнеров по общению [3]. Тем не менее нельзя не отметить некоторые трудности, с которыми может столк- нуться преподаватель в процессе использования данной технологии: а) слабая подготовка студентов, неготовность вести диалог с парт- нером по общению; б) отсутствие у студентов навыков самостоятельной и автономной деятельности, неспособность выбрать нужную информацию из предложен- ной; 494 в) недостаточное количество аудиторных часов, предусмотренных учебным планом по специальности для дисциплины «Иностранный язык»; г) невозможность в полной мере реализовать себя каждому члену команды в процессе работы над докладом-презентацией; д) психологическая несовместимость участников команд; е) невозможность оценить работу отдельного студента, так как вы- ставляется общая отметка за работу всей группе и, соответственно, ниве- лируется индивидуальный вклад обучаемого. Уровень владения иностранным языком студентами технических университетов зависит от степени сформированности коммуникативной компетенции с учетом всех ее составляющих. В связи с этим, использова- ние современных инновационных технологий в обучении иноязычному общению, и в частности грамматике, которые позволяют не только соз- дать систему знаний, умений и навыков, но и сформировать набор основ- ных компетенций во всех сферах профессиональной деятельности, пред- ставляется оправданным. Литература: 1. Аниськович, Н.Р. Обучение устному общению в сотрудничестве (на материале английского языка) / Н.Р. Аниськович // Замежныя мовы ў РБ. – 2002. – №1. – С. 32 – 38. 2. Леонтьева, Т.П. Коммуникативная игра как один из способов реализации ком- муникативного подхода к обучению грамматике / Т.П. Леонтьева // Учебные грам- матики национальных языков: материалы научно-методической конф., Минск, 12- 13 апреля 1995 г. / Минский гос. лингвистич. ун-т. – Минск, 1996. – С.103 – 107. 3. Пассов, Е.И. Формирование грамматических навыков: учеб. пособие / Е. И. Пассов; под ред. Е.И. Пассова. – Воронеж: НОУ «Интерлингва», 2002. – 40 с. 4. Harmer, Jeremy. The Practice of English Language Teaching / Jeremy Harmer. – Longman, 1997. – 296 с. УДК 378.14:54 РАЗВИТИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЦИИ ЗНАНИЙ Митрясова Е.П. Черноморский государственный университет имени Петра Могилы, г. Николаев, Украина In article key categories which have to be shown in the content of ecological education are proved and to become a philosophical conceptual basis of giving of a training ma- terial in modern conditions. Relevance of an integrated approach to the content of train- ing is presented. Современное развитие научного знания, социальные изменения обусловливают изменения целей и задач образования. Сейчас среди педа- 495 гогов ведутся дискуссии о создании новой образовательной парадигмы. В данном контексте важным становится главная цель современного высшего образования, прогностическая, которая заключающаяся в подготовке спе- циалистов, способных к проектировочной детерминации будущего. Не утрачивает актуальности также цель по формированию творческой лично- сти, которая способна целостно воспринимает окружающий мир, а также активно влиять на процессы, происходящие в социальной и профессио- нальной сферах. Ныне в системе высшего образования сложилась ситуа- ция, когда философская основа содержания учебного материала отсутст- вует во многих предложенных учебниках по естественнонаучным дисцип- линам. В большинстве случаев современные учебники являются зеркаль- ным отражением последних советских времен (с некоторыми терминоло- гическими поправками), когда марксистско-ленинская философия была идеологическим фундаментом развития всех отраслей научного знания. Цель статьи заключается в определении основ, которые должны стать философским фундаментом формирования содержания естественно- научного, в том числе экологического образования в высшей школе. Дру- гими словами, нашей задачей является обоснование подхода и тех ключе- вых позиций, или категорий, которые должны войти в содержание естест- веннонаучных дисциплин и стать надстройкой фундаментальных знаний. Как отмечается в публикации В. Г. Кременя, «…содержание образо- вания − одна из сложных научных проблем, которая постоянно предстает перед человечеством в процессе его культурного развития, при этом осо- бую остроту приобретает ориентация образования, которая исторически сложилась не на перспективу развития науки, а на ее ретроспективу. Со- держание учебных дисциплин отличаются некоторой консервативностью, связанной с инерцией мышления ее авторов, часто не учитывают динами- ческих соотношений между наукой и состоянием развития технологиче- ских разработок, которые определяют характеристики научно-технического прогресса. Отставание в создании оптимального содержания образования вызывается и тенденцией решать эту проблему на основе устоявшейся сис- темы понятий и методов, которые не полностью соответствуют требованиям времени» [2, с. 30]. Для решения проблемы модернизации содержания экологического образования предлагаем внедрение интегрированного подхода к его фор- мированию. Интегрированный подход призван преодолеть существующую практику преподавания дисциплин, дифференциацию содержания обуче- ния, зачастую отрыв его от практической, профессиональной составляю- щей будущей деятельности специалиста, когда окружающий мир пред- ставляется разорванным на множество несвязанных частей. 496 Сегодня в практике высшей школы имеют место следующие проти- воречия: - между современным состоянием подготовки специалистов к про- фессиональной деятельности на фоне перехода общества на путь устойчи- вого развития и требованиями практики к подготовке специалистов, кото- рые должны иметь широкое профессиональное мышление, ориентирован- ное на общечеловеческие ценности, развитое отношение профессиональ- ной и моральной ответственности; - между нынешним традиционным содержанием и методикой изу- чения дисциплин и новыми требованиями к содержанию образования, ко- торое должно ориентироваться на интегрированные курсы с усилением их практической составляющей, необходимостью поиска нового подхода к структурированию знаний как способа целостного восприятия окружаю- щего мира. На основании этого в содержании естественных курсов важно рас- крывать понятие о путях устойчивого развития человека и природы. По- скольку интегрированный подход − это методологическая основа научных исследований и разработки новых технических решений, он предусматри- вает широкое привлечение междисциплинарных связей как по горизонта- ли, так и по вертикали. Интегрированный подход к содержанию образования также осно- вывается на некоторых особенностях развития современного научного знания, которые заключаются в следующем: • дифференциация наук сочетается с интегративными процессами, синтезом научных знаний, комплексностью, переносом методов исследо- вания из одной области в другую; • всестороннее рассмотрение научной проблемы возможно только на основе интеграции выводов отдельных наук и результатов исследова- ний специалистов различных отраслей знаний; • исследование объектов и явлений осуществляется системно, ком- плексно; • целостное исследование объектов способствует формированию синтезного мышления и др. Интегрированный подход позволяет формировать целостное пред- ставление о мире, систему естественнонаучной картины мира. Интеграция знаний на основе междисциплинарных связей охватывает линейные связи по горизонтали и точечные по вертикали, улавливает последовательность этих связей и создает на новом, более высоком уровне целостное видение любых проблем, ситуаций, явлений во всей полноте многогранности и многоаспектности . 497 Кроме того, содержание обучения должно строиться на таких веду- щих принципах, как фундаментализация (поскольку именно фундамента- лизация обеспечивает целостность учебного материала); гуманитаризация (формирует целостную картину мира, планетарное мышление) и профес- сиональная направленность обучения (совершенствует компетенции бу- дущего специалиста). Для реализации интегрированного подхода и указанных принципов, прежде всего, мы опираемся на идеи коэволюции человека и природы, принципы гармонизации их сосуществования, благодаря чему происходит некоторый отход от предметной дифференциации научного знания и поиск оптимальных путей интеграции знаний. Принципиально важным для конструирования содержания образо- вания есть понимание необходимости формирования у студентов убежде- ний о том, что современная цивилизация − это взаимосвязанный организм между всеми элементами этой системы; локальные процессы влияют на глобальную ситуацию и на локальные процессы в других регионах. Пока у студентов не будет сформировано это убеждение, современный специалист останется «локальным» специалистом, не осознающим всех взаимосвязей происходящих в окружающем мире. Содержание естественнонаучного образования, в том числе эколо- гического, также должно основываться на некоторых основных позициях ноосферной концепции В. И. Вернадского [1]. Учитывая это, содержание обучения должна формироваться таким образом, что позволит подвести студентов к пониманию общенаучных тенденций развития биосферы, а именно: • общая и главная тенденция развития Земли − это появление все более сложной организации вещества. За счет усложнения вещества ус- ложняется вся система; • сложное вещество составляет наименьшую часть массы всего вещества, но именно эта сложнейшее вещество определяет состояние сис- темы в целом. Биомасса Земли мала по сравнению с массой Земли, как космического тела − но именно функционирование жизни определяет ход геологических процессов, состав горных пород и атмосферы; • главное направление развития самой жизни − усложнение орга- низмов, способность к более индивидуальному проявлению; • появление на Земле человека, способного к сложным информацион- ным операциям, способным отражать в своем сознании окружающий мир и преобразовывать его, подготовлено всей эволюцией живого; • живое вещество и человек концентрируются в ландшафтной обо- лочке Земли. Именно в ландшафтах осуществляется преобразование кос- мической энергии Солнца в другие виды энергии, трансформация вещест- 498 ва и перенос вещества и энергии, происходят основные энергетические и геологические процессы. С появлением человека его деятельность опреде- ляет направление преобразований в биосфере; • преобразование биосферы в ноосферу, а биогеосферы на антропо- геосферу − это естественный процесс. Человек меняет химические, меха- нические, физические свойства вещества, изменяет направленность и интен- сивность потоков энергии − это выполняет и животный и растительный мир, но способ изменения у человека совсем другой; • человек строит целую систему антропогенных ландшафтов, в кото- рых солнечная энергия аккумулируется удобным для нее способом; • если происходит деградация природы, человеку некого винить, кроме себя; необходимо понимание того, что происходит. Создать новую постиндустриальную традицию землепользования очень сложно. Необхо- димо направлять усилия в направлении создания культуры, определяет дейст- вия человека, живущего в мире, который постоянно меняется. Обозначенные тенденции не существуют абстрактно, они являются общими выводами, к которым подводятся студенты при изучении эколо- гических дисциплин, и определяют заключительный уровень (уровень ме- тодологического синтеза) интеграции содержания обучения. Настаивая на необходимости становления профессиональной куль- туры специалиста, адекватной нынешней экологической ситуации, когда человек должен осознавать себя частью биосферы и понимать свою связь с окружающей средой, считаем, что синергетические представления о ко- эволюции человека, природы, техносферы должны быть как можно более полно раскрываться в содержании экологических дисциплин. Поэтому обозначим те основные ключевые категории, которые должны стать над- стройкой естественнонаучного знания, то есть стать их философской осно- вой. Такими ключевыми категориями являются: 1. Качество жизни. Это понятие - социологическая категория. Оно означает совокупность условий, обеспечивающих комплекс здоровья че- ловека − личного и общественного (М. Ф. Реймерс [4, с. 227]). В кон- тексте экологического образования это понятие касается качества окру- жающей среды. 2. Экологическая безопасность. Это понятие означает совокупность любых действий, состояний и процессов, которые прямо или косвенно осуществляются человеком и отвлекают вредные воздействия на окру- жающую среду (И. И .Дедю [6 , с. 29]). Кроме того − это понятие означает комплекс состояний, явлений и действий, обеспечивающих экологический баланс на Земле и в любых ее регионах [4, с. 41]. Понимание экологиче- ской безопасности является неотделимым атрибутом социального разви- 499 тия, коренного изменения принципов современной цивилизации, видения их в экологическом ракурсе [5]. 3. Взаимосвязи в окружающей среде. Это понятие является также ведущим при изучении естественнонаучных, в том числе экологических дисциплин. При изучении сложных явлений и объектов окружающей сре- ды исследователь всегда может выделить некоторые уровни организации последних. Начиная с изучения атомов и молекул (атомно-молекулярный уровень), исследователь переходит к изучению клеток или кристаллов (надмолекулярной уровень), а далее − тканей, агрегатов и т.д., т.е. подни- мается до все более сложных уровней организации материи. 4. Разнообразие соединений. Это понятие особенно характерно для курсов органической химии и биологической химии. Так, причины разно- образия органических соединений заключаются в таких факторах, как ха- рактер карбоновой цепи и карбоновых связей, наличие функциональной группы (гидроксильная, карбонильная, карбоксильная, естерная, амино- группа и др.), наличие изомерии (структурная: карбоновой цепи, положе- ния кратной связи, положения функциональной группы, межклассовая изомерия, цис- и транс- изомерия, таутомерия, оптическая изомерия т.д.), гомология; полимерия. Однако, несмотря на огромное разнообразие ве- ществ, генетические взаимосвязи свидетельствуют о существовании род- ства между ними, основой которой является единство элементного состава. 5. Прогнозирование будущего развития человека и природы. Учи- тывая актуальную потребность в рассмотрении всех аспектов человече- ской деятельности с позиции экологических проблем, перед студентами ставятся задачи по прогнозированию развития современных проблем че- ловека и природы через применение экологических знаний, химических и биотехнологий, биохимии и т.д. 6. Идея коэволюции и устойчивого развития природы и человека. Понятие «коэволюция» означает параллельную, совместную эволюцию для системы «общество – природа», элементы которой сочетаются тесны- ми связями. Предполагается, что природа и общество развиваются парал- лельно, взаимодействуя друг с другом. Расхождение скоростей природного эволюционного процесса, который длится очень медленно, и социально- экономического развития человеческого общества, который осуществляет- ся гораздо быстрее, приводит к неконтролируемому их взаимодействию, к деградации природы, поскольку антропогенный фактор оказывается очень прочным в направлении эволюции [4, с. 247]. Выход состоит в регули- рующем, сознательно ограниченном действии техносферы на природу, в построении ноосферы. При этом общество, развиваясь по собственным законам, имеет лимитировать свой экстенсивный рост с учетом обеспече- ния условно-естественного хода эволюции природы. 500 В этом плане мы считаем важным через содержание экологических дисциплин показать направления решения проблемы сохранения равнове- сия в окружающей среде. Это не создание новых, а поддержка и стимуля- ция существующих природных процессов, направленных на стабилизацию экосистем. 7. Исчерпание природных ресурсов. Это понятие означает процесс, который «возникает в результате несоответствия между доступными запа- сами природных ресурсов или нормами их изъятия из природных систем и потребностями общества, подрыв производительности и восстановитель- ной способности природы в процессе повышения темпов и объемов добы- чи или эксплуатации природных ресурсов над темпами и объемами их ес- тественного восстановления. Исчерпание природных ресурсов − одна из основных негативных характеристик современного природопользования в условиях научно-технической революции» [6, с. 131]. Другими словами, «исчерпание природных ресурсов − это несоответствие между доступными их запасами и безопасными нормами изъятия и потребностями человече- ства" (П. И. Мороз, И. С. Косенко [3, с. 307]). Обсуждая проблему исчер- пания природных ресурсов считаем целесообразным обсуждение такого вопроса, как истощение и загрязнение вод и почв. Например, как известно, широкое использование пестицидов, минеральных и органических удоб- рений − один из характерных факторов интенсификации аграрного произ- водства в мировой практике. Чрезмерное использование пестицидов и удобрений приводит к тому, что они входят в круговорот веществ в при- роде, становятся составной частью окружающей, вызывают существенные изменения в природных и искусственных экосистемах. Действующие ве- щества, накапливаясь в избытке в почве, постепенно изменяют его, ухуд- шая структуру, физико-химические свойства, уничтожая микроорганизмы. Увеличение в почве концентрации удобрений и пестицидов не только при- водит к его деградации, а ощутимо сказывается на качестве выращиваемой продукции. Согласно официальной статистике 40 % почв в Украине счи- таются уже выведенными из строя, вследствие процессов деградации [3] . Обозначенные проблемы целесообразно освещать также при изуче- нии некоторых разделов неорганической и органической химии, а именно: «Химия элементов», «Хлор-, фенолоорганические соединения», «Вода : физико-химические характеристики» и др. 8. Проблема здоровья человека. Относительно содержания экологи- ческого образования освещения этой категории непосредственно связано с понятием качества жизни. В этом смысле считаем возможным в содержа- нии обучения очерчивать проблемы токсичности веществ, понятия про синтетические пищевые добавки и т.д. 501 Таким образом, интегрированный подход к построению содержания экологического образования предполагает, что сквозной смысловой лини- ей естественнонаучных дисциплин является демонстрация в содержании всех вышеперечисленных ключевых категорий. Указанные категории яв- ляются центрами интеграции знаний на междисциплинарном уровне и уровне методологического синтеза. Вместе с тем, специфика и перспекти- вы развития интегрированного подхода к содержательной характеристике знаний и умений студентов заключается в демонстрации и формировании последних на примерах объектов окружающей среды (вода, воздух, почва, растение, животное, человек) и процессов, происходящих, прежде всего, в живых организмах с точки зрения профессиональной значимости и на- правленности на раскрытие современных экологических проблем. Литература 1. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера / В. И. Вернадский. − М.: Наука, 1989. − 258 с. 2. Кремень В. Г. Філософія освіти XXI століття / В. Г. Кремень // Шлях освіти. − 2003. − №2. − С. 2−5. 3. Мороз П. І. Екологічні основи природокористування / П. І. Мороз, І. С. Косенко / За ред. акад. П. І. Мороза: навч. посібник. − Умань: УДАА, 2001. − 456 с. 4. Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник / Н. Ф. Реймерс. − М.: Мысль, 1990. − 637 с. 5. Сівак В. К. Основи екологічної безпеки : Навч. посібник / В. К. Сівак, В. Д. Со- лодкий, Ю. Г. Масікевич, М. В. Білоконь, О. М. Данілова. – Вид. 2-е, переробл. та доповн. – Чернівці : Книги – ХХІ, 2012. – 220 с. 6. Экологический энциклопедический словарь / Под ред. И. И. Дедю. − К.: Гл. ред. МСЭ., 1989 − 408 с. УДК 159.923.2 ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КОМПЕТЕНЦИИ У СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ Мартынюк С.С., Сидорская Н.В., Скуратович И.В. Белорусский национальный технический университет, Минск Формирование экологического сознания является актуальной задачей в рамках подготовки студентов инженерных специальностей. Современные подходы к улучшению природоохранной деятельности предприятий основываются на пре- дотвращении загрязнения, что должно стать обязанностью работников, непо- средственно вовлеченных в технологический процесс. Экологические вопросы должны быть включены в программу прохождения производственных и учебных практик, курсовые и дипломные работы. Сохранение биосферы является необходимым условием выживания человечества. Современная экология постепенно становится мировоззрен- ческой наукой, интегрирующей результаты разных научных течений и 502 определяющей поведение человека по отношению к окружающему миру и к самому себе. Проблема формирования экологического сознания особенно остро возникла в XX столетии, когда человечество стало осознавать пагубные последствия своей деятельности, которые привели к экологическому кри- зису. Проявления этого кризиса мы можем наблюдать в самых различных сферах жизнедеятельности: загрязнение окружающей среды, исчезновение целого ряда животных и растений, нерациональное использование при- родных ресурсов и т.д. Это привело к постановке проблемы (с разными вариантами ее раз- решения) формирования экологического сознания. Основное негативное воздействие на окружающую среду оказывает деятельность промышленных предприятий. Минимизация выбросов, сбро- сов и промышленных отходов, улучшение природоохранной деятельности должны стать не только обязанностью инженера-эколога, но и работников, непосредственно вовлеченных в технологический процесс. На экологическом мышлении основаны современные подходы ох- раны окружающей среды, такие как система управления окружающей сре- дой на базе международных стандартов ISO серии 14000, наилучшие дос- тупные технические методы - это технологические процессы, методы, по- рядок организации производства продукции и энергии, выполнения работ или оказания услуг, проектирования, строительства и эксплуатации со- оружений и оборудования, обеспечивающие уменьшение и (или) предот- вращение поступления загрязняющих веществ в окружающую среду, обра- зования и (или) размещения отходов производства, по сравнению с приме- няемыми и являющиеся наиболее эффективными для обеспечения норма- тивов качества окружающей среды при условии экономической целесооб- разности и технической возможности их применения, расширенная ответ- ственность производителя – стратегия, которая направлена на снижение негативного воздействия, оказываемого продуктом на протяжении всего жизненного цикла путём возложения ответственности за ущерб, наноси- мый продуктом и особенности по сбору, переработке и окончательной утилизации продукта на его производителя, и ряд других. В середине ХХ века основным вариантом улучшения качества ок- ружающей среды являлась установка очистного оборудования. Контроль загрязнения среды осуществлялся после проектирования и разработки продукции или услуги, загрязняющие вещества и отходы не рассматрива- лись как сырьё, а только контролировались. А применение в промышлен- ности технических средств снижения отрицательного воздействия на ок- ружающую среду ограничивалось достижением установленных нормати- вов. Такой подход имел множество недостатков, основным из которых 503 являлся переход загрязнения из одной среды в другую, зачастую менее контролируемую. Современные подходы к решению экологических проблем основы- ваются на предотвращении загрязнения в источнике интегрированными методами. Применение такой стратегии включает в себя не только техни- ческие, но и организационные мероприятия, является процессом постоян- ного улучшения и направлено на достижение более высоких требований, чем требования установленных нормативов. В современном мире производственный процесс и качество продук- ции определяется не только потребительским спросом, но и степенью воз- действия на окружающую среду и здоровье человека. А улучшение приро- доохранной деятельности является задачей каждого сотрудника, а не толь- ко эколога и внешних экспертов. Для подготовки студентов специальности «Экологический менедж- мент и аудит в промышленности» программа обучения предусматривает изучение, как базисных инженерных дисциплин, так и современных ин- формационных технологий, методов решения экологических и управлен- ческих задач, экономики и организации управления производством, при- родопользованием, методов моделирования экологических процессов, экономических, правовых и организационных вопросов охраны окружаю- щей среды. Изучение экологических дисциплин в рамках специальности «Эко- логический менеджмент и аудит в промышленности» является углублен- ным и достаточным. Однако для специалистов технического профиля, ко- торые в своей профессиональной деятельности будут управлять производ- ственными процессами, способными оказывать негативное воздействие на окружающую среду, актуальной задачей является улучшение экологического образования. Основополагающей базой при решении профессиональных за- дач в процессе производственной деятельности будущих инженеров должно стать экологическое мышление. Базисным курсом для изучения экологических дисциплин для студен- тов инженерных специальностей является курс «Основы экологии». Изучение дисциплины «Основы экологии» в технических универси- тетах способствует формированию экологической грамотности инженер- ных кадров, позволяющей реализовывать основные принципы устойчивого развития Республики Беларусь. Кроме того, полученные знания форми- руют у будущих специалистов общие универсальные принципы современ- ного природопользования, которые в дальнейшем помогут решать приро- доохранные и ресурсосберегающие задачи, совершенствовать природо- охранную деятельность промышленных предприятий. Дисциплина являет- 504 ся обязательной для изучения студентами всех технических специально- стей первой ступени высшего образования. Программой по дисциплине «Основы экологии» предусматривается изучение вопросов функционирования природных экосистем и биосферы в целом, ресурсных материальных циклов и распределения энергии, экс- плуатации и ограниченности природных ресурсов, антропогенного воздей- ствия на окружающую среду, методов мониторинга и экологического кон- троля, основных направлений по снижению антропогенного воздействия на биосферу. В программе представлены вопросы формирования экологи- ческого императива, а также применения административно-правовых и хозяйственных методов управления качеством окружающей среды.  Главная цель курса «Основы экологии» является профессиональная подготовка специалистов, способных организовывать конкурентоспособ- ное, ресурсо- и энергосберегающее, социально-ориентированное промыш- ленное производство в рамках устойчивого развития и формирование эко- логической компетентности.   Экологическая компетентность представляет собой осознанное, ос- мысленное овладение теоретическими знаниями, умениями, способами принятия решений, нравственными нормами, ценностями, традициями, необходимыми для практической реализации экологически целесообраз- ной деятельности. Формирование экологической компетентности студентов опирается на основные принципы экологического образования и воспитания: - непрерывность, последовательность, связь с практикой; - единство общего, профессионального и экологического образования; - учет национальных интересов, региональных особенностей, использование традиционной культуры природопользования и охраны природы; - гуманизация, развитие социально-активной личности, экологического сознания, мышления, культуры. Реализация этих принципов в учебном процессе способствует подго- товке специалистов с высоким уровнем экологического сознания и культуры. Применение современных образовательных технологий: метода проектов, деловых игр, технологии развития критического мышления, ин- формационных технологий, межпредметной интеграции учебных дисцип- лин способствует формированию экологической компетентности, повы- шению мотивации к изучаемому материалу. Междисциплинарные связи помогают в решении основных задач под- готовки специалистов, повышают мотивацию к обучению дисциплины. При изучении учебной дисциплины «Основы экологии» студентами инженерных специальностей учреждений высшего образования традици- онная передача необходимого объема экологических знаний недостаточна. 505 Экологические знания лишь тогда становятся основой экологического соз- нания, когда они приводят к экологически правильным действиям. Применение в учебном процессе современных образовательных технологии вырабатывает умения и навыки системного экологического мышления, пробуждает у студентов стремление к поиску новых идей, по- буждает к творчеству и коллективному взаимодействию, способствует формированию готовности к собственному оптимальному взаимодействию с природой, посредством усвоения студентами экологических знаний, эмоционально-ценностных отношений, способов деятельности, соответст- вующих убеждений, потребностей. Для формирования экологического мышления и экологических компетенций у студентов инженерных специальностей необходимо со- блюдать связь образование-наука-производство, включая экологические вопросы в программу прохождения производственных и учебных практик, выполнения курсовых и дипломных работ. Литература 1. Курилов В.В. Система экологического менеджмента. Международные стандар- ты ISO серии 14000.Практическое руководство к внедрению /В.В. Курилов, М.В. Чумакова. – Минск: Бизнесофсет, 2008. -24 с. 2. Ермаков, Д.С. Формирование экологической компетентности учащихся: теория и практика / Д.С.Ермаков. М.: МИОО, 2009. – 180 с. 3. Акимова, Т.А., Хаскинь, В.В. Основы экоразвития / Т.А. Акимова, В.В. Хас- кинь. — М., 2004. — 432 с. 4. Николаева, С.Н. Теория и методика экологического образования детей: Учеб.пособие для студ. высш. учеб. Заведений / С.Н. Николаева. — М.: Издатель- ский центр «Академия», 2002. — 336с. 5. Хотунцев, Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Ю.Л. Хотунцев. — М.: Издательский центр «Акаде- мия», 2004. — 480 с. УДК 378. 01 ОРГАНИЗАЦИЯ НОРМОКОНТРОЛЯ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ НА ВЫПУСКАЮЩИХ КАФЕДРАХ Ковалев Р.А., Соколова С.С., Рожков В.Ф. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Рассматривается процедура проведения нормоконтроля как функция выпускаю- щих кафедр по управлению процессом подготовки ВКР во всей совокупности ее элементов, особенности подготовки графической и текстовой документации. Нормоконтроль предлагается считать важной составляющей в процессе подго- товки бакалавров по новым государственным образовательным стандартам Выпускная квалификационная работа (ВКР) является самостоятель- 506 ной комплексной работой студента, выполненной на основе теоретических знаний и практических навыков, полученных им при изучении различных дисциплин, предусмотренных учебным планом, в процессе курсового про- ектирования и производственных практик, позволяющей оценить степень его подготовленности к работе по специальности. Отличительным признаком ВКР бакалавра технического профиля является наличие развернутой расчетно-проектной части, при выполнении которой студент демонстрирует не только возможности и умения практи- ческого использования методик технических и экономических расчетов, но и знание стандартов, пакетов программного обеспечения и т.д. Проектная часть ВКР представляет собой инженерно-техническую проработку и обоснование предложений и рекомендаций будущего бака- лавра, направленных на создание или модернизацию новых технических объектов, а также решение отдельных задач исследовательского характера. ВКР считается выполненной, если она содержит все структурные элементы, включает разработку всех разделов основной части и оформлена в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструктор- ской документации (ЕСКД), Системы проектной документации для строи- тельства (СПДС) и действующих стандартов высших учебных заведений. Нормоконтроль является заключительным этапом проектирования и прово- дится с целью проверки правильности исполнения документации в соответ- ствии с требованиями указанных стандартов. В состав документации ВКР бакалавра технического профиля вхо- дит комплект чертежей и пояснительная записка, содержащая описание, таблицы, расчеты, рисунки, схемы, спецификации, приложения. Комплектность и состав чертежей должен соответствовать заданию на проектирование и соответствующим учебным пособиям или методическим указаниям, учитывающим специфику выпускающих кафедр. При выполнении графической и текстовой документации следует ру- ководствоваться положениями соответствующих стандартов. Документа- цию, как правило, выполняют автоматизированным способом на бумажном носителе и/или в виде электронного документа. При выполнении докумен- тации в виде электронных документов и передаче документации в архив на электронных носителях должны соблюдаться требования ГОСТ 2.051-2006. Взаимное соответствие между документами в электронной и бумажной фор- мах обеспечивается исполнителем проекта. Задание на ВКР выдается каждому студенту индивидуально руко- водителем проекта на бланке, тип и форма которого должны соответство- вать стандарту высшего учебного заведения. В задании указывается: - тема работы; 507 - исходные данные для проектирования; - разделы или вопросы, которые необходимо разработать; - перечень графического материала; - срок сдачи студентом законченной ВКР. Задание подписывается руководителем, студентом и утверждается заведующим кафедрой. Нормоконтроль – это функция выпускающей кафедры по управле- нию процессом подготовки ВКР во всей совокупности ее элементов. Ана- лиз работы на соответствие требованиям нормоконтроля длится не более трех календарных дней. К ВКР, предоставляемой на нормоконтроль, предъявляются следующие требования: - работа должна быть полностью скомпонована (пояснительная записка и приложения) и заключена в переплет с помощью папки-скоросшивателя; - ВКР должна содержать подписи исполнителя, руководителя и консуль- тантов; - тема ВКР должна полностью соответствовать приказу по вузу; - текст ВКР должен быть оформлен в соответствии с требованиями нор- мативно-технической документации; - пояснительная записка должна содержать все обязательные структур- ные элементы (титульный лист, задание на проектирование, содержание, введение, основную часть, библиографический список). Нормоконтролю подлежат следующие документы выпускных работ: - пояснительная записка; - все чертежи графической части работы; - спецификации. Цели и задачи нормоконтроля, обязанности, права и ответствен- ность нормоконтролера должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 21.1002-2008. Нормоконтролер имеет право возвратить на доработку документы, если в них обнаружены отступления от установленных требований стан- дартов, отсутствуют обязательные подписи, в случае небрежного выпол- нения, он не несет ответственности за выбор и содержание конструктив- ных, технологических и других технических решений, принятых в прове- ряемых работах. Подпись нормоконтролера на документах ВКР является обяза- тельной. Нормоконтролер имеет право возвращать ВКР без рассмотрения в случаях: - нарушения установленной комплектации; - отсутствия обязательных подписей; - небрежного выполнения работы. 508 Нормоконтролер в проверяемом документе наносит карандашом ус- ловные пометки к элементам, которые должны быть исправлены или заме- нены. Сделанные пометки сохраняют до подписания подлинников и сни- мает их нормоконтролер. В перечне (или журнале) замечаний нормокон- тролера против номера каждой пометки кратко и ясно излагается содержа- ние замечаний и предложений нормоконтролера. Работы, успешно про- шедшие нормоконтроль регистрируются на выпускающей кафедре и пере- даются заведующему кафедрой для допуска к защите и рецензирования. При несоблюдении требований нормоконтроля студент не допускается к защите до момента исправления отмеченных недостатков. Сроки представления ВКР студентами для проведения нормокон- троля устанавливаются: - для предварительного контроля – согласно графику работы нормо- контролера; - для окончательного контроля – не позднее 3-5 дней до защиты. Нормоконтроль документации ВКР проводится в два этапа: 1-й этап – предварительная проверка документации. Замечания по проверяемой документации нормоконтролер помеща- ет в виде соответствующих пометок на поле чертежа и на листе «Пере- чень замечаний нормоконтролера по ВКР». При этом нормоконтролер обя- зан обосновать сделанные замечания. Вносить замечания в проверяемые документы нормоконтролер должен четко и ясно. Студент не имеет права удалять пометки нормоконтролера до под- писания документа. 2-й этап – окончательная проверка документации. В случае наличия в предъявляемой документации отступлений от стандартов, которые невозможно исправить, нормоконтролер делает соот- ветствующие замечания на листе «Перечень замечаний нормоконтролера по ВКР». После внесения исправлений или замечаний нормоконтролер под- писывает документы в графе основной надписи ''Н. Контр.'' и выставляет оценку («удовлетворительно»/ «неудовлетворительно») в листе «Перечень замечаний нормоконтролера по ВКР». На втором этапе проверки чертежи графической части работы и по- яснительная записка должны быть представлены на нормоконтроль с под- писями в графах: ''Разраб.'', ''Проверил''. Ошибки рекомендуется записывать по кодам «Классификатора за- мечаний нормоконтролера», представляющего собой таблицу, в которой кодами обозначены требования стандартов, подлежащие проверке и, при необходимости, исправлению. Классификатор должен содержать основные позиции проверки, предварительно установленные выпускающей кафед- 509 рой, такие, как комплектность документации, соблюдение требований, предъявляемых к оформлению отдельных разделов графического материа- ла и пояснительной записки и т. д. Указанные в таблице коды нарушений должны быть сгруппированы в блоки или разделы, имеющие нумерацию с первой цифрой, соответствующей разделу, а далее, в пределах раздела – сквозную. Это позволит, с одной стороны, студенту по номеру нарушения быстро найти ошибку, а, с другой стороны, облегчит нормоконтролеру процесс проверки и последующего оформления документации. В учебно-методической документации вузов должны быть также установлены общие правила оформления документации ВКР: пояснитель- ной записки и графической части. При этом ссылки должны осуществ- ляться только на действующие в настоящее время стандарты, что поможет студентам легко и быстро разобраться в многообразии нормативно- технической документации и сосредоточиться на выборе и содержании конструктивных, технологических и других технических решений, прини- маемых в проектах. В приложениях соответствующих учебно-методических пособий должны быть приведены формы бланков для отдельных разделов доку- ментации, а также рекомендуемые образцы оформления элементов тексто- вой и графической частей, составленные в соответствии со стандартами ЕСКД, СПДС и стандартов вуза. Особое внимание должно быть уделено оформлению основных над- писей на листах графической части и пояснительной записки. Формы ос- новных надписей действующих нормативно-технических документов не- обходимо адаптировать под специфику выпускающей кафедры и учебного заведения. В угловых штампах графических листов, а также на каждом листе пояснительной записки необходимо в обязательном порядке указы- вать номер зачетной книжки или студенческого билета исполнителя про- екта, что позволит в дальнейшем организовать электронный архив ВКР на выпускающей кафедре. Литература 1. ГОСТ Р 6.30-2003 Унифицированные системы документации. Унифицированная система организационно-распорядительной документации. Требования к оформле- нию документов 2. СТ ТулГУ 8.2.4-01-2010 Итоговая государственная аттестация выпускника. 510 УДК 553.3:9(476) ТВЕРДЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Цыбуленко П.В., Кукса А.Н. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь Приведено описание запасов твердых полезных ископаемых Республики Беларусь, перспектив их использования и рассмотрено направление кадрового обеспечения инженерами-горняками для их освоения. Одной из важнейших составляющих развития экономики Республи- ки Беларусь является эффективное использование минерально-сырьевых ресурсов, имеющихся в недрах Республики. На территории Республики Беларусь разведаны запасы каменных солей, составляющие свыше 22 млрд. т. Они распространены в пределах Припятской рифовой структуры: Мозырское, Давыдовское, Старобинское месторождения. На Мозырском месторождении ведется добыча поваренной соли методом подземного растворения через рассолодобывающие скважины в объемах 180 тысяч тонн в год. Наиболее богата Республика Беларусь запасами калийных солей. Промышленные запасы калийных солей, сосредоточенные на Старобин- ском и Петриковском месторождениях, составляют 6938 миллионов тонн, а с учетом еще более десяти перспективных участков по Припятскому прогибу объемам промышленных запасов солей оценивают примерно в 80 млрд.т. В настоящее время все объемы калийных солей в Беларуси добыва- ются шахтным способом на пяти шахтных полях РУП «ПО Беларуська- лий» на глубине от 250 до 900 м в сложных гидрогеологических условиях с использованием камерных (с короткими очистными забоями), столбовых с длинными очистными забоями и комбинированных систем разработки с применением современного добычного, транспортирующего и перераба- тывающего оборудования. Объем добычи руды для производства калий- ных удобрений составляет до 26,7 млн.т. в год. Планируется строительство горно-обогатительного комбината мощно- стью до 3 млн. тонн продукции в год на базе Петриковского месторожде- ния хлоркалия. Стоимость этого проекта премьер Беларуси Мясникович оце- нил в $4-5 млрд. Интересуются инвесторы и Октябрьским месторождением. В октябре 2011 г. Минприроды завершило первый этап конкурса по выбору инвестора по освоению Петриковского месторождения хлоркалия. Тендер выиграл ОАО «Беларуськалий». Горно-обогатительный комбинат будет построен в Петриковском районе недалеко от деревни Муляровка в 2019 г. 511 Петриковское месторождение калийных солей расположено на севе- ро-востоке Гомельской области, его запасы оцениваются в 1 млрд. т. руды. Территориально оно примыкает к массивом калийных солей Старобинского и других месторождений хлоркалия, входящих в ресурсную базу ОАО «Беларуськалий». Рядом с Петриковским месторождением расположено и Октябрьское месторождение хлоркалия с запасами около 280 млн. т., для освоения которого уже определился инвестор и ведутся проектные разра- ботки. В республике Беларусь разведаны месторождения бурых углей, из которых можно получать горючий газ и использовать в качестве топлива. Одна тонна бурого угля в результате подземного термического разложения дает до 2000 м3 газа. Прогнозные ресурсы превышают 1350 млн.т. В настоя- щее время установлены три этажа угленосности. Неогеновые угли залегают на глубине 20-80 м, юрские – на глубине 100-300 м, карбоновые на глубине более 300 м. Наиболее изучены неогеновые угли Житковичского, Бриневского и Тонежского месторождений с общими запасами 152,8 млн.т. Промышленные запасы уже в ближайшие годы могут быть доведены до 150-200 млн.т, что позволит организовать их устойчивую добычу в объеме до 4-5 млн. т в год. Угли высокозольные (средняя 23,8 %), выход горючих веществ на горючую массу от 51,4 до 78,4 %, теплота сгорания от 16,91 до 26,33 МДж/кг. Республика располагает значительными запасами торфа и по дан- ным академиков НАН Беларуси Лиштвана И.И. и Логинова В.Ф. возмож- ные к разработке запасы составляют 465млн. т, а с учетом уже разработан- ных и отведенных к разработке месторождений более 600 млн.т. Следует отметить, что уже в настоящее время ежегодный расход торфа значитель- но превышает его прирост и по данным ИПИПРЭ объем добычи торфа должен стабилизироваться на уровне 12-18 млн.т., по топливному торфу на уровне 4-5 млн.т. Заслуживает внимание, кроме широко разработанной химической переработки, производство горючих газов из торфа. Выход газа из кускового торфа без разложения смолы составляет порядка 1300 м3 на тонну сухого торфа, а с разложением смолы около 2000 м3 при кало- рийности 1300-1500 ккал/м3. Заторфованность территории республики со- ставляет около 12 %. Торфяные месторождения имеются во всех областях Республики. Разведаны месторождения горючих сланцев. Площадь сланценосно- го бассейна более 10 тыс.км2 с суммарными прогнозными ресурсами 8780 млн.т. Глубина залегания сланцев 50-600 м, мощность отдельных пластов достигает 0,5-3,0 м. Горючие сланцы Припятского прогиба (Туровское, Любанское месторождения) из-за высокой зольности, низкой теплоты сго- рания (средняя – 5,8 МДж/кг) являются малоэффективным твердым топли- 512 вом, но они представляют интерес как исходное сырье для получения ряда ценных компонентов. Открыты залежи железной руды. Запасы руды на Околовском ме- сторождении оценивается более чем в 500 млн.т. Содержание железа в рудах 26-30%, но они хорошо обогащаются с получением магнетитового концентрата со средним содержанием железа 70%, пригодного для полу- чения металлизованных окатышей, которые так необходимы белорусской металлургической промышленности. Решение задач освоения месторождений полезных ископаемых Бела- руси требует подготовки национальных инженерных кадров по целому ряду горных специальностей, среди которых подземные и открытые горные рабо- ты, горные машины и оборудование, современные геотехнологии, добыча и переработка горных пород, экология и ряд других. Для подготовки своих инженерных кадров и концентрации усилий в области освоения полезных ископаемых Республики Беларусь в 2002 году в Белорусском национальном техническом университете создан факультет Горного дела и инженерной экологии. По горным специальностям факультет ведет подготовку специали- стов по открытым горным работам, подземным горным работам, обогаще- нию полезных ископаемых, буровым работам. Для кадрового обеспечения Государственной программы «Торф» на 2008-2010 годы и на период до 2020 года на факультете в 2009 году открыта новая специальность 1.36 – 13.01 «Технология и оборудования торфяного производства», выпускники которой уже в 2014 году пополняют ряды торфяных предприятий. По зака- зу концерна «Белнефтехим», Министерства архитектуры и строительства и других предприятий в 2012 году открыто направление подготовки специа- листов 1-510201 – 05 «Маркшейдерское дело». С времени открытия фа- культета за 11 лет подготовлено для горной отрасли свыше 800 специали- стов по дневной форме и свыше 350 по заочной формам обучения. В на- стоящее время на факультете обучается 112 иностранных студентов. Подготовка специалистов – горняков среднего звена в республике ведется в Солигорском государственном горнохимическом колледже, в Солигорском государственном профессиональном училище №104 и ГПУ геологии №84 (г. Мозырь). Дальнейшее развитие в подготовке специалистов – горняков направ- лено на повышение качества обучения, на открытие новых направлений специальностей, связанных с современными геотехнологиями, компьютери- зацией и управлением производственных процессов. 513 УДК 378.1:622 ФАКТОР ИНТЕГРАЦИИ ОТРАСЛЕВОЙ И ВУЗОВСКОЙ НАУКИ В РАЗВИТИИ ГОРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Цыбуленко П.В., Федотова С.А. Белорусский национальный технический университет, г. Минск В работе представлен опыт факультета горного дела и инженерной экологии Белорусского национального технического университета по инновационной под- готовке горных инженеров, основой которого является тесная взаимосвязь учеб- ного процесса с научными отраслевыми учреждениями. Инженерное образование относится к области национальных стра- тегических интересов Республики Беларусь и в условиях перехода страны к устойчивому развитию инженеры становятся ключевыми фигурами в социально-экономической сфере общества. Инновационное инженерное образование - это процесс и результат целенаправленного формирования определенных знаний, умений и методологической культуры, а также комплексная подготовка специалистов в области техники и технологии к инновационной инженерной деятельности за счет соответствующих со- держания и методов обучения. Благодаря глубокому пониманию потребностей промышленных предприятий страны и особенностей современного рынка труда, Белорус- ский национальный технический университет (БНТУ) стал одним из лиде- ров образования в Республике Беларусь. В 2002 году в БНТУ создан фа- культет, осуществляющий подготовку инженеров по горным специально- стям для удовлетворения потребности в кадрах горно-добывающей отрас- ли, являющейся одной из основ экономики страны. Кафедры факультета «Горные работы» и «Горные машины» ведут подготовку инженеров по 3 специальностям и 7 специализациям с присвоение квалификации «горный инженер» и «горный инженер-механик» соответственно. Количество сту- дентов, обучающихся только на дневном отделении факультета, превыси- ло семьсот человек. Широкий спектр подготовки и инновационность в образовательных технологиях обеспечивают выпускникам факультета вос- требованность ведущими промышленными предприятиями и проектными организациями горной отрасли (ОАО «Беларуськалий», ОАО «Неруд- пром», ОАО «БелАЗ», ОАО «Белгорхимпром», РУПП «Гранит», ОАО «Доло- мит» и др.). Факультет определил создание филиалов кафедр на предприятиях и организациях отрасли, как одно из приоритетных направлений развития инновационной деятельности в образовательном процессе. Проблема организации филиалов кафедр на производстве является весьма актуальной в свете проводимой модернизации системы высшего образования и перевода высшей школы на инновационный путь развития. 514 Проект государственной программы развития высшего образования на 2008-2010 годы и на перспективу до 2015 года предусматривает создание всеми высшими учебными заведениями Республики Беларусь "филиалов кафедр, обеспечивающих образовательный процесс и прохождение производ- ственной практик студентов с 1 по 5 курсы в реальном секторе экономики". Наиболее эффективной формой взаимодействия выпускающей ка- федры вуза и реального сектора экономики оказалась система филиалов в научных отраслевых учреждениях, обеспечившая интеграцию образова- тельного процесса и научных исследований, проводимых для решения конкретных производственных задач, и использующаяся для проведения студенческих практик, для выполнения дипломных работ, подготовки ас- пирантов и соискателей. Они получили возможность работать в сильных научных коллективах, проникнуться атмосферой научного поиска, при- нять участие в научных исследованиях. Филиал кафедры «Горные работы» был создан в ОАО «Белгорхим- пром» в 1999 году. За более чем 40-летний опыт работы институтом «Бел- горхимпром» накоплен большой опыт совершенствования и реорганиза- ции горного производства, а его проектные и научно-исследовательские подразделения обладают значительным научно-техническим потенциалом в области горного производства, технологии переработки минерального сырья, в строительной индустрии. Все проводимые в ОАО «Белгорхим- пром» научно-исследовательские работы и разрабатываемая проектно- сметная документация базируются на обобщенном опыте передовых спе- циализируемых организаций, ведущих в своих областях. Для выполнения научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ институт располагает необходимой научно-технической и материальной базой, включающей в себя современные приборы, оборудование и вычислитель- ную технику. Так для комплексного решения широкого круга геологиче- ских, маркшейдерских и технологических задач применяется система ав- томатизированного планирования, проектирования и сопровождения гор- ных работ Mineframe. Система содержит обширный набор инструментов, позволяющих работать с трёхмерными моделями объектов горной техно- логии. Среди них геологические пробы, рудные тела и пласты, маркшей- дерские точки, горные выработки, выемочные единицы, конструктивные элементы и узлы системы разработки, естественные и технологические поверхности (включая карьеры и отвалы), склады (штабели) и развалы горной породы. Для решения задач по оценке устойчивости массива по- лезного ископаемого в связи с нарушением равновесия при проведении строительства горных выработок и осуществления добычных работ ис- пользуется универсальная программная система конечно-элементного анализа Ansys. Знакомство с возможностями таких студенты получают при 515 прохождении практики в филиале кафедры в ОАО «Белгорхимпром». В составе института трудятся квалифицированные специалисты самого раз- личного профиля: в их числе высококвалифицированные специалисты горного, химического, конструкторского, электротехнического и строи- тельного профилей, из них 24 кандидата наук и 6 докторов технических наук. Форма взаимодействия кафедры «Горные работы» БНТУ и ОАО «Белгорхимпром» в виде создания филиала позволила ликвидировать обычно имеющийся разрыв в 5 - 7 лет между содержанием учебников и текущим состоянием науки. Поэтому укрепление и расширение системы филиалов кафедр является одним из важных направлений эффективного использования научных результатов в учебном процессе. Силами филиала организуются постоянные учебные занятия на шахтах и обогатительных фабриках РУП «ПО «Беларуськалий». Неоценима роль филиала в органи- зации и проведении практик: все студенты, направляемые на практику в филиал, востребованы, т.е. они участвуют в проведении научных и про- ектных работ института, приобретая тем самым опыт работы. Тематика работ, выполняемых студентами в ходе практики, как правило, становить- ся основой будущих дипломных проектов, а затем и магистерских диссер- таций. В свою очередь, кафедра при приеме выпускников в магистратуру и аспирантуру уделяет большое внимание результатам работы студентов в ходе производственных практик и результаты работы студентов в филиале определяют темы будущих научных исследований. Сегодня некоторые выпускники, прошедшие подготовку в том числе и в филиале кафедры, являются ее преподавателями. УДК 504.61:622.272 К ВОПРОСУ ПОСТРОЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Туляков С.П., Коряков А.Е., Нечаева О.А. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Рассмотрены вопросы построения обучающих информационных систем, а также специфика их применения для самостоятельной подготовки студентов по курсу «Информационные технологии в экологии». Исходя из опыта преподавания различных дисциплин в высшей школе, а также учитывая возрастающее значение самостоятельной подго- товки студентов, авторы считают, что структура обучающей информаци- онной системы (ОИС) не должна зависеть от конкретного курса, а являться универсальной, т.е. преподаватель должен иметь возможность подключать учебные курсы, редактировать их и при необходимости заменять или уда- лять, а также иметь доступ к результатам обучения обучаемых. 516 Обучаемые должны иметь возможность изучать теорию по данному курсу, проходить тестирование по нему и учиться решать задачи. Индиви- дуальные особенности реализации построения конкретных курсов, в част- ности, курса «Информационные технологии в экологии» реализуются пу- тем соответствующего построения файла-сценария, наполнения теорети- ческих составляющих модулей курса и реализацией тестирования. Общие принципы построения ОИС. В процессе работы с обучающей программой обучаемый должен получить:  знания по выбранной предметной области  умения применять различные методы и алгоритмы  навыки решения задач  оценку приобретенных знаний, умений, навыков. Весь материал учебного курса с учетом кредитно-модульной систе- мы формируется как система содержательных модулей, состоящих из не- скольких тем; тема разбивается на самостоятельные разделы. Таким обра- зом, ОИС состоит из курсов, каждый из которых разбивается на модули, а каждый модуль - на темы, каждая тема - на разделы. Количество модулей, разделов и тем в общем случае не ограничено. Тема может входить в ка- кой-либо раздел курса, а может являться самостоятельной, т.е. без раздела (такими темами могут быть, например, введение ко всему курсу и итого- вый экзамен по материалам всего курса). Система включает комбиниро- ванное изучение теоретического материала с прохождением тестового контроля и (или) решением задач. Для каждой темы указывается список связанных с ней тем, которые обучаемый должен изучить перед изучением данной темы. Если в списке связанных тем присутствует тестирование или решение задач, то они должны быть пройдены с коэффициентом К>0,7. (Данное значение коэф- фициента является ориентировочным и может быть изменено преподава- телем в ту или иную сторону). Пока обучаемый не изучит все связанные темы и не выполнит все связанные контрольные работы, к изучению дан- ной темы он не будет допущен, либо тема не будет засчитана как пройденная. Структура представления и освоения учебного материала. Исходя из анализа возможностей, существующих на рынке элек- тронных учебников и обучающих информационных систем, сформулиру- ем основные требования, предъявляемые к структуре предлагаемой ОИС и методике изучения учебного материала:  обеспечение гибкого структурирования учебного (теоретического и тестового) материала;  обеспечение возможности последовательного изучения теоретического материала; 517  проведение рубежного тестирования после изучения соответствующего раздела, темы, модуля с обеспечением, при необходимости повторного тестирования или повторного изучения материала;  сбор и представление в удобной форме статистического материала, характеризующего процесс изучения и усвоения учебного материала в следующих разрезах: по отдельному студенту; по студенческой группе; по времени изучения теоретического материала; по степени трудности тесто- вых материалов;  использование, по возможности, стандартных программных средств для подготовки теоретического и тестового материала для ОИС;  разграничение доступа пользователей к различным ресурсам ОИС. Реализация первого и второго требований в предлагаемой структуре ОИС обеспечивается созданием текстового файла-сценария в закодирован- ном виде во избежание несанкционированных изменений. Структура записей файла-сценария предусматривает указание для текущего модуля номеров предшествующих модулей (т.е. модулей, без успешного изучения которых невозможно изучение текущего модуля) и последующих модулей (т.е. модулей, изучение которых невозможно без успешного изучения текущего модуля). Например, возможна реализация логики построения курса, указанной на рис.1. Так как каждый модуль состоит из тем, а те, в свою очередь, состоят из разделов, то выполнение требования рубежного тестирования обеспе- чить можно соответствующим построением изучения алгоритма. На рис. 2 приведен алгоритм изучения материалов раздела. Поскольку контроль качества обучения студентов осуществляется в соответствии с положениями Болонской декларации [4], то шкала оценок составляет: 900 -1000 баллов - отлично (А); 830 - 899 - хорошо (В); 750 - 829 - хорошо (С); 680 - 749 - удовлетворительно (D); 600 - 679 - удовлетворительно (E); 350 - 599 - неудовлетворительно с возможностью повторного мо- дульного тестирования (FX); 100 - 349 - неудовлетворительно с обязательным повторным курсом (F). В соответствии с этой шкалой, материал раздела считается усвоен- ным, если студент наберет в ходе тестирования 600 и более баллов (из 1000 возможных). В противном случае предусматривается либо повторное тестирование, либо (при достижении низких результатов) – повторное изучение материалов раздела. 518 Рис.1. Пример структуры учебного курса 519 Рис.2. Алгоритм изучения материалов раздела Успешное изучение всех разделов темы дает возможность перейти к изучению разделов следующих темы (рис. 3). Следует отметить, что тестирование после изучения всех разделов темы выполняется аналогично предыдущему, однако количество попыток тестирования ограничено (если в файле-сценарии не указано иное число, то максимальное количество попыток равно трем). Алгоритм изучения материалов модуля построен аналогично. 520 Рис.3. Алгоритм изучения материалов темы Обеспечение выполнения четвертого требования должно быть осу- ществлено, во-первых, протоколированием и хронометражем всех дейст- вий обучаемого, фиксацией всех обращений обучаемого к ОИС, накопле- ния и сохранения этой информации в закрытой от прямого редактирования форме. Для выполнения этих требований, в частности, и требований вто- 521 рого и третьего пунктов, необходимо применять методы аутентификации, идентификации и криптографии [1]. Обеспечение выполнения требований пятого пункта по использова- нию стандартных программных средств при подготовке теоретического и, в особенности, тестового материала для ОИС имеет важное значение и даст разработанной с учетом этих требований системе преимущество пе- ред другими аналогичными системами. Опыт эксплуатации этих систем [2, 3], показывает, что значительная часть сил, средств и времени уходит на подготовку теоретического и тестового материала, в особенности, если он содержит не только текстовый контент. Применение для подготовки материала текстового процессора WORD, обладающего широкими возможностями по использованию не только текстового, но и практически любого мультимедийного контента (за счет интеграции с операционной системой WINDOWS), позволяет на порядок снизить трудозатраты по сравнению с использованием для этой цели, например, программ-мастеров, конструкторов тестов и т.п. Литература 1. Климов В.Г. Информационные и коммуникационные технологии обучения: проблемы, методика внедрения, перспективы. Пермь: Изд-во «ОАО Книжное изда- тельство», 2005, 123 с. 2. Матрос Д.Ш. Электронная модель школьного учебника // Информатика и обра- зование. 2000. № 8, 76 с. 3. Христочевский С.А. Электронные мультимедийные учебники и энциклопедии // Информатика и образование. 2000. № 2, 98 с. 4. Сайт Министерства образования и науки Российской Федерации http://www.russia.edu.ru/information/legal/law/inter/bologna/ УДК 378:73.1 СОВРЕМЕННАЯ АУДИТОРНАЯ ЛЕКЦИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ВУЗОВСКОЙ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ Филатова О.И. Тульский государственный университет, г. Тула This article is devoted to the modernization aspects of the lecture’s processes on the High School’s level in the sphere of Russian and World pedagogical concepts. Мировой вектор гуманизации и экологизации окружающего про- странства и образа жизни, восстановление самоуважения народов, собира- ние и продолжение национальных традиций, становление современного гражданского общества, поддержание и развитие креативного потенциала человеческого капитала государства, мобильное следование социально значимым приоритетам, однако, на ниве нашего отечества в значительной 522 степени нивелируется размытостью (до сих пор неопределенной) магист- рального целеполагания. В педагогической (да и в студенческой) аудито- рии означенный вектор, как тренд Болонских инноваций, поощряет фун- даментальный подход к изучению культурно-исторического наследия, воз- растая на глубинных – ментальных основаниях бытия и приводя к осознан- ному выбору личностью самоидентификации на путях самореализации. Исторически сложившаяся и профессионально состоявшаяся отечест- венная образовательная система, в активе которой и признанные достиже- ния высшей школы, в современной Российской Федерации претерпевает существенные изменения. Декларируемая модернизация, под воздействием изменений мирового порядка (парадигмально-политические, культураль- но-экологические и социально-экономические потрясения, вступление нашей страны в ВТО, Болонский процесс), непосредственно отражается на всех гранях педагогического процесса, обостряя его имманентные проблемы. Важным модернизационным этапом развития современной образо- вательной системы выступил переход высших учебных заведений на ФГОС ВПО III-го поколения, формируя на путях внедрения и реализации экспертизу конкретных решений и обозначая в форватере специфические черты, прежде всего, традиционных – устоявшихся и апробированных форм работы вузовского преподавателя. Устремление к подготовке квали- фицированных и конкурентноспособных молодых граждан привело к со- вершенствованию нормативно-правовой базы деятельности высшей шко- лы, законодательно регламентируя гуманистические основы и поисково- творческий вектор оперативной работы преподавателя. Право на образование – одно из основных и неотъемлемых консти- туционных прав граждан нашей страны, регулируясь законодательством Российской Федерации и нормами международного права. Вступивший в силу 01.09.2013 Федеральный Закон «Об образовании в Российской Феде- рации» (ФЗ № 273 от 21.12.2012) в Статье 3 – Основные принципы госу- дарственной политики и правового регулирования отношений в сфере об- разования – провозглашает «признание приоритетности образования (п. 1); гуманистический характер образования, приоритет жизни и здоровья че- ловека, прав и свобод личности, свободного развития личности человека, воспитание взаимоуважения, трудолюбия, гражданственности, патриотиз- ма, ответственности (п. 3)». Статья 2 раскрывает основные рабочие поня- тия, где образование (п. 1) – «единый целенаправленный процесс воспита- ния и обучения, являющийся общественно значимым благом и осуществ- ляемый в интересах человека, семьи, общества и государства, а также со- вокупность приобретаемых знаний, умений, навыков, ценностных устано- вок, опыта деятельности и компетенции определенного объема и сложно- сти в целях интеллектуального, духовно-нравственного, творческого, фи- 523 зического и (или) профессионального развития человека, удовлетворения его образовательных потребностей и интересов». Статья 3 (ФЗ-273) так определяет взаимные права и свободы субъектов образовательной дея- тельности: «свобода выбора получения образования согласно склонностям и потребностям человека, создание условий для самореализации каждого человека, свободное развитие его способностей…», также определяя «пре- доставление педагогическим работникам свободы в выборе форм обуче- ния, методов обучения и воспитания (п. 7)». Обязанности и ответственность педагогических работников форму- лирует Статья 48 (ФЗ-273), согласно которой педагогические работники обязаны: «осуществлять свою деятельность на высоком профессиональном уровне, обеспечивать в полном объеме реализацию преподаваемых учеб- ных предмета, курса, дисциплины (модуля) в соответствии с утвержденной рабочей программой (1.1.); развивать у обучающихся познавательную ак- тивность, самостоятельность, инициативу, творческие способности, фор- мировать гражданскую позицию, способность к труду и жизни в условиях современного мира, формировать у обучающихся культуру здорового и безопасного образа жизни (1.4.); применять педагогически обоснованные и обеспечивающие высокое качество образования формы, методы обучения и воспитания (1.5.)». Научно-педагогические работники образовательной организации, наряду с обязанностями, предусмотренными законодательством о науке и государственной научно-технической политике (Статья 50), должны: «формировать у обучающихся профессиональные качества по избранным профессии, специальности или направлению подготовки (3.1.); развивать у обучающихся самостоятельность, инициативу, творческие способности (3.2.)». Так обусловлен гуманистический вектор комплексного педагогиче- ского подхода к профессиональному становлению и студента, сопрягаю- щего в будущем своею деятельностью личностную социализацию и само- реализацию. Устав ФГБОУ ВПО ТулГУ, принятый конференцией научно- педагогических работников, представителей других категорий работников и обучающихся (от 20 января 2011 года, Протокол № 1) за подписью рек- тора М.В. Грязева и утвержденный Приказом Министерства образования и науки Российской Федерации (от 17 мая 2011 года № 1626), основными задачами ВУЗа выделяет (1.8.): п. 1) удовлетворение потребностей лично- сти в интеллектуальном, культурном и нравственном развитии посредст- вом получения образования; п. 3) развитие наук и искусств посредством научных исследований и творческой деятельности научно-педагогических работников и обучающихся, использование полученных результатов в об- разовательном процессе; п. 5) сохранение и приумножение нравственных, 524 культурных и научных ценностей общества; п. 6) воспитание у обучаю- щихся чувства патриотизма, любви и уважения к народу, национальным традициям и духовному наследию России, бережного отношения к репу- тации ВУЗа; п. 7) формирование у обучающихся гражданской позиции, способности к труду и жизни в условиях современной цивилизации и де- мократии. Политика в области качества [2] Тульского государственного уни- верситета (Приложение 1 к Приказу ректора ТулГУ от 18 февраля 2010 года № 160) определяет, что Тульский государственный университет явля- ется динамичным, стабильно развивающимся образовательным, методиче- ским, научным и культурным центром, основной своею целью полагаю- щим «всемерное содействие устойчивому сбалансированному развитию Тульского региона по всем направлениям его жизнедеятельности», реали- зуя в том такие задачи, как разработка прозрачной и открытой системы гарантий качества образования; внедрение современных методик объек- тивной самооценки университета с целью непрерывного улучшения; по- стоянная адаптация образовательных программ к изменяющимся услови- ям; внедрение новых образовательных технологий, направленных на фор- мирование навыков самообразования и обеспечивающих самореализацию личности; непрерывное улучшение качества образовательной деятельно- сти на основе использования результатов научных исследований в учеб- ном процессе. Следование российской системы образования по Болонскому пути сопровождается переналадкой всей системы преподавания, вызывая появ- ление инновационных функций у ее составляющих. В своей статье «Пер- спективы понятийно-категориального аппарата дидактики при переходе к новым ФГОС ВПО» В.М. Монахов констатирует: «Любая модернизация образования предполагает эволюционное перерастание отдельных компо- нентов традиционной методической системы в инновационную либо их одномоментную замену» [1, с. 28]. Бесконечное перманентное совершен- ствование и развитие компонентов традиционной системы обновляет це- леполагание, содержательную структуру, учебную организацию, приме- няемые методики обучения и формы диагностики достигаемых результа- тов. Но сие – исторически действующий, социально и профессионально обусловленный процесс, напрямую включающий и лекционную деятель- ность. Словари иностранных слов выводят дефиницию «лекция» из латин- ского «lectio» – чтение, которое происходит в учреждении или в помеще- нии для организации публичных выступлений – лектории. Лекцию как учебное занятие в высшей школе, посвященное устному изложению пред- 525 мета, как публичное выступление проводит «lector» – лектор, читатель, чтец (в Древнем Риме – невольник-чтец) или чтица – «lectrix». Понятие специфики (от средневекового латинского «specificum» – особенность) дефинирует исключительное свойство предмета или явления. Лекционная специфика выражает особенные – специфические (от средне- векового латинского «specificus» – особенные) черты аудиторного вузов- ского преподавания, востребуя и создавая профессионально ориентиро- ванную спецификацию (от лат. «species» – род, вид и лат. «facere» – де- лать), определяющую создание курса лекций и чтение лекции в образова- тельном учреждении как перечень подробностей, деталей, частностей, раз- работка и реализация которых обращает на себя особое внимание. Современная образовательная парадигма, принятая в мировом про- фессиональном сообществе, выводит процесс публичного чтения – лекции далеко за первоначальные прикладные рамки. В соответствии с Междуна- родной стандартной классификацией занятости (МСКЗ), разработанной под эгидой Международной организацией труда, основными задачами преподавателя высшей школы являются: 01) разработка и модификация учебных программ; 02) подготовка учебных курсов в соответствии с существующими требованиями; 03) проведение лекционных занятий, тьютериалов, семинаров, ла- бораторных занятий; 04) стимулирование дискуссий и развитие независимого мышления в студенческой среде; 05) контроль за выполнением студентами экспериментальных и практических работ; 06) организация, проведение и оценка экзаменационных работ и тестов; 07) руководство исследовательскими работами студентов последип- ломного обучения или других сотрудников учебного отделения; 08) исследование и разработка концепций, теорий и операциональ- ных методов для использования их в промышленности и других отраслях; 09) подготовка учебников, учебных материалов или статей; 10) участие в работе конференций и семинаров; 11) участие в принятии решений, касающихся деятельности учеб- ных отделений колледжа или университета, бюджета и других вопросов; 12) оказание помощи в сверхпрограммной активности, такой, на- пример, как дискуссионные общества; 13) выполнение родственных задач; 14) руководство другими работниками. Обозрев разработанный полифункционал, следует солидаризиро- ваться с мнением И.В. Сопетченковой [4, с. 97], полагающей приведенный 526 перечень компетенций не присущим никакой другой профессии, «овладе- ние которой требует не только определенных природных способностей, но и таланта, огромных умственных, физических, эмоциональных и времен- ных затрат». Перемещение такой работы, как «проведение лекционных занятий», обычно представляющейся основным видом педагогической деятельности, только на третью позицию перечня «основных задач преподавателя высшей школы», видимо, подчеркивает преемственность их последовательности, вписывающей лекторский труд в непрерывный и методически продуманный вузовский процесс, сопрягающий творческое развитие и саморазвитие лич- ности (обучающего и обучаемого), обеспечиваемое целенаправленным еди- нением усилий всех структурных уровней («колледжей и университетов») и системных возможностей образовательной реальности в целом. Рассматривая методы, способы и формы организации продуктивных учебно-воспитательных взаимодействий, в том числе в высшей школе, В.А. Романов и Т.В. Романова [3, с. 39-41], подчеркивая характерный «для всей истории отечественной педагогики и высшей школы» поиск активи- зирующих обучение методов, по линии конкретизации принципов про- блемно-поискового обучения выделили нижеследующие: 01) лекция-беседа или диалог с аудиторией; 02) лекция-дискуссия; 03) лекция-консультация; 04) лекция – групповая консультация («пресс-конференция», как форма разъяснения наиболее сложных или практически значимых вопросов); 05) программированная лекция-консультация (сочетание в группо- вой консультации проблемного обучения и программированного контро- ля); 06) лекция с применением техники обратной связи (в специально оборудованных средствами программированного обучения аудиториях); 07) лекция с применением «мозговой атаки» (помогает совместно решать конкретную задачу, вывести правило, обозначить закономерность явлений, комплекс требований, последовательность предстоящих действий); 08) лекции с разбором микроситуаций (по форме близка № 2); 09) лекция – анализ и обсуждение конкретных ситуаций (по форме близка № 2, представлена на слайде, карте, схеме или устно); 10) лекция – решение ситуационных задач; 11) лекция – разбор инцидентов, конфликтов и событий; 12) лекция – разыгрывание должностных обязанностей на основе выполнения студентами конкретных профессиональных действий и функ- ций в реальных условиях. 527 Констатация В.А. и Т.В. Романовыми наличествующей реальности, когда «традиционные методы обучения очень далеки от того, чтобы их можно было охарактеризовать эпитетами “активные” и тем более “но- вые”», привело, как видим, к рекомендациям модернизации лекционного занятия на путях скрещивания его с занятием практическим (№№ 6-12), и даже с контролирующим (№ 5). Нарастающая актуализация лекционной деятельности вузовского преподавателя обусловливается целым спектром объективных причин, которые чаще всего носят экономический, а не академический характер [5]. Аналитико-статистические наблюдения убедительно свидетельствуют о неуклонном росте загруженности современного российского вузовского преподавателя, вследствие чего доля аудиторных лекционных занятий имеет тенденцию к снижению. Итак, перевод российской системы высшего образования на ФГОС ВПО III-го поколения демонстрирует многосложный поиск различных направлений реформирования педагогического процесса. Автору данной статьи наилучшим вектором видится опыт модернизации в сопряжении с продолжением сохранения и развития специфики отечественной педагоги- ческой традиции. Литература 1. Монахов В.М. Перспективы понятийно-категориального аппарата дидактики при переходе к новым ФГОС ВПО // Педагогика. – 2012. – № 5. – С. 27-35. 2. Политика в области качества Тульского государственного университета (При- ложение 1 к Приказу от 18 февраля 2010 года № 160) [Электронный ресурс] // In- ternet-сайт. http: // tsu.tula.ru/information/documents/strategic#mission 3. Романов В.А., Романова Т.В. Методы, способы и формы организации продук- тивных взаимодействий и целостных учебно-воспитательных ситуаций в средней и высшей школе // Романов В.А., Романова Т.В. Технологии преподавания психоло- го-педагогических дисциплин – по циклу общепрофессиональных дисциплин (Фе- деральный компонент): учебно-методическое пособие. – Тула: ИНОТ РГГУ, 2002. – 125 с. – С. 31-42. 4. Сопетченкова И.В. Глава IV. Педагогика и психология высшей школы // Пре- подаватель высшей школы как профессия: учебно-методические пособие / под общ. ред. В.М. Петровичева. – Тула: ТулГУ, 2012. – 308 с. – С. 91-120. 5. Филатова О.И. Лекционное занятие по «Истории искусств» в системе иннова- ций высшей школы // Молодые ученые в решении актуальных проблем педагогики высшей школы: Материалы II Международной научно-практической очно-заочной конференции (22-30 апреля 2013 года). – Тула: ТулГУ, 2013. – 243 с. – С. 93-100. 528 УДК 811.111.028.4 ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННОЙ ЛИЧНОСТИ СТУДЕНТА БНТУ ПОСРЕДСТВОМ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННОГО ЧТЕНИЯ НА ИНОСТРАННОМ ЯЗЫКЕ Сурунтович Н.В. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь Статья посвящена исследованию методики преподавания профессионально- ориентированного иноязычного чтения в техническом вузе, его роли как неотъем- лемого элемента изучения при подготовке высококвалифицированных кадров, способных к диалогу культур. Рассматривается специфика работы с аутентич- ным текстовым материалом как инвариантом в процессе обучения. Отмеченные в статье преимущества подчеркивают актуальность применения данного вида учебной деятельности на практике. Для формирования у студентов БНТУ профессиональной иноязыч- ной компетенции необходимо учитывать специфику факультета, на кото- ром ведется обучение профессионально ориентированному иностранному языку. Машиностроительные, энергетические, инженерно-экономические специальности, программирование и ряд других определяют направление и особенности обучения иностранному языку на данных факультетах. В условиях глобализации ядром процесса обучения иностранному языку является когнитивный подход, при реализации которого познава- тельная деятельность студента является ведущей, в то время как препода- ватель выступает не только как источник знаний, но и как организатор учебно-познавательной деятельности студента. Вследствие новизны информации изучающе-поисковое чтение на иностранном языке является одним из способов активизации когнитивного подхода, при котором студенты прорабатывают как смысловую, так и язы- ковую стороны аутентичного и незначительно адаптированного текстового материала, который, может ему встретиться в профессиональной деятель- ности, в дальнейшем занятии языком или в самообразовательных целях. Аутентичные тексты и статьи, которые заимствуются из естественных си- туаций повседневного общения носителей языка и интернациональных на- учно-популярных журналов, расширяют объем фактических знаний студен- тов, способствуют формированию лингвострановедческой и социокультур- ной компетенции и тем самым готовят их к коммуникативной практике. Развитие умений профессионально ориентированного иноязычного чтения в неязыковом вузе обусловлено необходимостью изучения возрас- тающего объема информации, поступающей через СМИ и Интернет. Спе- циалисты в области инженерного дела сканируют большое количество иноязычной технической документации с целью получения нужной ин- формации и ведут активную деловую переписку с иностранными партнерами. 529 Профессионально направленное чтение как особый вид учебной ра- боты на занятиях иностранного языка в техническом вузе представляет собой чтение с целью извлечения профессионально значимой информации и одновременно профессионального видения текста. Для восприятия сту- дентами данный вид чтения сложнее, чем информативное, поскольку предполагает как анализ лингвистики текста, так и правильную интерпре- тацию, и оценку фактуальной информации. Значительную трудность при изучении аутентичной статьи представляет работа с подбором адекватного перевода многозначных лексических единиц, неологизмов, «ложных дру- зей переводчика», несовпадения объема семантики терминов в разных языках (engineering – техника, технология, инженерное дело, проектирова- ние, строительство, машиностроение; mechanical – механико- технологический, машиностроительный). Студентам нужно демонстриро- вать конкретные примеры для выявления скрытых трудностей перевода, в частности, когда возникает противоречие между равнозначностью пред- ставленной информации и языковой действительностью. Например, равно- значность в области лексики информационных технологий не означает равнозначности лингвистической (assembly – трансляция с ассемблера: collector – анод; conductor – насадка для аппарата bigmaxus). Данные при- меры демонстрируют неоднозначность языковых средств их оформления. Указанный анализ специфических терминов следует проводить на основе общих требований: устранение буквализмов, тщательный анализ кажущихся эквивалентов, устранение возможного влияния культурологиче- ских и национально-правовых систем на терминологию, закрепленную в меж- дународных стандартах, а также учет других возможных значений термина. Необходимо обучать внимательному и одновременно беглому чтиву, работе с двуязычным и толковым словарем, а также умению видеть коге- рентность текста, для того чтобы студент мог извлечь релевантную инфор- мацию, организовать ее в определенной последовательности, записать тези- сы, подготовить резюме и составить аннотацию по прочитанному тексту. При обучении студентов неязыкового технического вуза профес- сионально ориентированному чтению учитываются следующие критерии при отборе текстов: информативность, профессиональная направленность, актуальность, значимость, целостность, смысловая завершенность, логич- ность, преемственность и определенная прагматическая установка. Так, содержание профессионально-направленных текстов должно раскрывать сущность последних достижений по инженерно-техническим специально- стям, чтобы предоставлять студентам возможность для профессионально- го роста. Тексты должны быть интересными, познавательными, а также затрагивать важные проблемы современности. Актуальный текстовой ма- териал способствует созданию ситуаций проблемного характера, на основе 530 которых развиваются умения монологической и диалогической речи, рас- крывается креативный потенциал студентов. Как, например, создание компьютерных презентаций Power Point по определенной теме-проблеме является одним из показателей профессиограммы и инвариантом квали- фицированности любого грамотного специалиста. Учет вышеуказанных принципов при селекции корпуса текстов позволяет повысить заинтересо- ванность и мотивационно-побудительную сторону осуществления данного вида деятельности для студента, поскольку отобранный материал содер- жит коммуникативную задачу, создающую установку на чтение статьи. Данный аспект также ориентирует студента на извлечение отдельного уча- стка информации и, следовательно, определяет стратегию чтения. Специфику работы с аутентичной профессионально- ориентированной литературой на иностранном языке, на основе которой строится аудиторная и самостоятельная работа студента, определяют его доступность, новизна и коммуникативность. Необходимо стремиться к достижению «золотой середины» между максимально облегченным мате- риалом для чтения с минимальным объемом информации, заложенным в нем, и слишком трудным – с избыточной языковой нагрузкой: поскольку слишком простой текст не вызывает интереса к повествуемому, а чрезмер- но сложный – с лексико-грамматической точки зрения заставит студента часто обращаться к справочнику, что снизит значимость содержания тек- ста. Умеренно скоррелированные же в лингвистическом и смысловом пла- не тексты эффективны для обогащения словарного запаса и расширения кругозора студента. Такие тексты являются средством познания нового и мотивируют к дальнейшему изучению иностранного языка. Так, автоматизация навыков чтения, выполнение комплекса упраж- нений при анализе лексико-грамматических структур и явлений, умение реорганизовать мысль автора и выразить свое мнение при помощи языко- вых средств в ходе обсуждения содержания текста способствуют форми- рованию языковой, лингвистической и компенсаторной компетенции сту- дентов. Следовательно, профессионально-ориентированное чтение подразумевает аналитико-синтетическую деятельность студента, которая основывается на зри- тельном восприятии графических знаков, известного и частично-неизвестного языкового материала, его синтез и анализ, а также интерпретацию на пути к ос- мыслению и пониманию прочитанного. Таким образом, профессионально-направленное чтение на ино- странном языке имеет ряд преимуществ. Во-первых, это не только рецеп- тивная, репродуктивная, но и продуктивная деятельность студента, ре- зультатом которой является умозаключение. Во-вторых, чтение стимули- рует познавательную деятельность студента. В-третьих, обучить студента профессионально-ориентированному чтению значит обучить его речевой 531 деятельности, т.е. дать ему возможность вступать и вести коммуникацию в сфере делового общения на иностранном языке. В сущности, данный вид учебной деятельности развивает как языковой, так и коммуникативный потенциал студента. Актуальность обучения профессионально ориентиро- ванному чтению продиктована экономическими, социально-культурными, интеграционными изменениями, а также мировым статусом английского языка как «lingua franca». Учитывая специфику профессионально ориентированного обучения иностранным языкам, мы можем рассматривать содержание обучения как совокупность строго отобранного профессионально ориентированного учебного материала (языкового и речевого), а также навыки и умения пользоваться полученными знаниями. В результате достигается владение иностранным языком на уровне, достаточном для осуществления комму- никации в сфере профессиональной деятельности по избранной специаль- ности. Благодаря сформированной кросскультурной компетенции молодые специалисты готовы к диалогу культур: способны строить высказывание и адекватно интерпретировать информацию на иностранном языке в работе. Литература 1. Фоломкина, С.К. Обучение чтению на иностранном языке в неязыковом вузе /С.К.Фоломкина. – 2-е изд., испр. – Москва: Высшая школа, 2005. – 255 с. УДК 811.111:62 К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ КОММУНИКАТИВНОЙ КОМПЕТЕНЦИИ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ УНИВЕРСИТЕТОВ Зубакина О.А., Матусевич О.А. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь В статье идет речь о важности формирования коммуникативной компетенции у студентов технических университетов в призме современного социального заказа общества, а также освещение необходимости предмета «иностранный язык» для реализации поставленной цели. Научить и приучить работать специалиста в новых сложившихся условиях глобализации, как новой экономической формы взаимодействия государств, является очень непростой задачей. Именно на это нацелены коренные изменения, происходящие в последнее время в сфере образова- ния. Обеспечение стабильного функционирования, развития и совершен- ствования системы образования как необходимого условия развития обще- ства и государства во многих странах уже давно рассматривается в качест- ве приоритетного вопроса государственной политики. Реформы образова- ния проводятся сейчас в большинстве развитых стран мира. Общепри- знанным является тот факт, что в XXI веке определяющим в конкуренции 532 государств будут уровень образования нации в целом, а также способность развивать и реализовывать прогрессивные технологии. Основным результатом деятельности образовательного учреждения должна стать не система знаний, умений и навыков сама по себе, а набор ключевых компетенций в интеллектуальной, гражданско-правовой, ком- муникационной, информационной и профессиональной сферах. При этом в содержание образования включены как обязательные дисциплины, так и ино- странные языки, и информационные технологии. Согласно государственной политике Республики Беларусь в области обучения иноязычному общению, предмет «Иностранный язык» входит в обязательную программу для всех высших учебных заведений, в том числе и технических университетов. Генеральной целью обучения иностранному языку является форми- рование поликультурной многоязычной личности, способной вести диа- лог. Для достижения данной цели, важным является овладение обучаемы- ми коммуникативной компетенцией в единстве ее составляющих: 1) речевая компетенция представляет собой совокупность знаний норм речевого поведения в стране изучаемого языка, а также применение этих знаний в процессе коммуникации; 2) языковая компетенция предусматривает владение правилами функционирования языка в речи и свободное использование языковых умений в коммуникативных целях; 3) социокультурная компетенция – это способность, которая позво- ляет выйти за пределы собственной культуры и осуществлять медиатив- ную деятельность, не утрачивая собственной культурной идентичности, то есть её формирование также связано с различными дисциплинами и зави- сит от владения специфическими знаниями; 4) компенсаторная; 5) учебно-познавательная компетенции представляют собой спо- собности, овладение которыми является важной задачей не только в обу- чении иноязычному общению, но и для учебного процесса в целом. Данные компетенции предусматривают использование дополни- тельных вербальных и невербальных средств, а также общих и специаль- ных учебных знаний для решения коммуникативных задач. Для того чтобы сформировать личность, готовую к коммуникации, обучение иностранным языкам должно носить непрерывный характер и осуществляться на всех этапах образовательного процесса. Принцип непрерывного языкового образования в области иностран- ных языков соответствует современным потребностям личности и общест- ва. Тот факт, что все большее количество часов отводится на изучение иностранных языков в учреждениях образования, является признаком объ- 533 ективно существующего социального интереса к изучению иностранных языков и подтверждением важности данного предмета для реализации перспективных задач развития личности, таких, например, как рост уровня образованности, повышение требований к общей культуре, формирование готовности к межнациональному и межкультурному сотрудничеству. Обучение иностранному языку в техническом университете дает большой практический эффект в плане повышения качества владения ино- странным языком, создает базу для продолжения его изучения в системе дополнительного образования, а также открывает возможности для обуче- ния второму, третьему иностранным языкам, необходимость владения ко- торыми становится все более очевидной. Следует отметить воспитательную и информативную ценность обу- чения иностранному языку, которая проявляется в приобщении студентов технических вузов к мировой культуре через общение на новом для них языке. При этом знакомство с историей, культурой, образом жизни, техни- ческими достижениями в странах изучаемого языка позволяет обучаемым лучше осознавать явления собственной национальной культуры. Обновление содержания обучения иностранным языкам проявляет- ся в том, что отбор тематики и проблематики иноязычного общения ори- ентирован на реальные интересы и потребности современного специалиста с учетом различных видов их будущей профессиональной деятельности. Особое внимание при отборе содержания обучения иностранным языкам в техническом университете наряду с социокультурными знаниями и умениями уделяется специфике направленности языкового материала в соответствии с требованиями профессионального иноязычного общения. Для формирования личности, способной вести диалог культур, пре- подавателю иностранного языка не обойтись без современных инноваци- онных технологий в обучении, наиболее распространенными из которых являются «кейс-технология», «проектная технология», «обучение в со- трудничестве», «коммуникативная игра». Сущность метода «кейс-стади» заключается в самостоятельной ино- язычной деятельности обучаемых в искусственно созданной профессио- нальной среде, которая даёт возможность соединить воедино теоретиче- скую подготовку и практические умения, необходимые для творческой деятельности в профессиональной сфере. «Проектная технология» в обучении иностранному языку студентов представляет собой самостоятельную групповую работу по теме- проблеме, выбранной студентами и включающую в себя поиск, отбор и презентацию информации, благодаря чему обеспечиваются межпредмет- ные связи, происходит развитие творческих возможностей студентов. 534 Главной идеей технологии «обучение в сотрудничестве» является учиться вместе, а не просто выполнять какую-то работу совместно для достижения «эффекта социализации», что в конечном итоге ведет к фор- мированию коммуникативных умений в процессе обучения. «Коммуникативная игра» представляет собой учебное задание, включающее языковую, коммуникативную и деятельностную задачи, об- ладающие высокой степенью наглядности и позволяющие активизировать изучаемый языковой материал в речевых ситуациях, моделирующих и имитирующих реальный процесс общения, решение которой способствует формированию или совершенствованию речевых навыков в процессе це- ленаправленного использования заданного языкового материала в речевой деятельности. Таким образом, специфика направленности языкового материала в условиях новых требований к профессиональной языковой подготовке обязывает: - стимулировать стремление к совершенствованию своего образова- тельного уровня в условиях постоянно меняющегося мира; - развивать настроенность и склонность к самообразованию, а также к самопознанию и автономизации образования; - расширять культурологическую подготовленность специалистов; - способствовать более раннему приобщению к новому языковому пространству; - формировать у студентов готовность к общению на иностранном языке и положительный настрой к дальнейшему его изучению; - сформировать элементарные коммуникативные умения в основ- ных видах речевой деятельности (говорении, восприятии речи на слух, чтении, письме) с учетом индивидуальных речевых возможностей и по- требностей; - ознакомить с достижениями науки в области их профессиональной деятельности на изучаемом языке; - приобщить к новому социальному опыту; - овладеть наиболее употребительной терминологией в рамках про- фессиональной деятельности, освоить продуктивный терминологический минимум в объеме не менее 1000 лексических единиц; - получить представление об основных грамматических категориях изучаемого языка, распознавать изученную лексику и грамматику при чтении и восприятии речи на слух и использовать их в устном общении; - освоить элементарные сведения о стране изучаемого языка; - использовать современные инновационные технологии и техниче- ские средства обучения для формирования и развития коммуникативной компетенции студентов технических университетов. 535 В заключение ещё раз следует отметить, что для осуществления продуктивного межкультурного общения с учетом его лингвистических и психологических особенностей обучающиеся должны обладать коммуни- кативной компетенцией, которая может быть присуща только личности, познавшей как особенности функционирования различных языковых средств, но и разных культур. Литература 1. Бим, И. Л. Некоторые актуальные проблемы современного обучения иностран- ным языкам / И. Л. Бим // ИЯШ. 2001. – № 4. 2. Инновационные технологии в обучении иностранным языкам [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://schoolinfo.spb.ru/deyatelnost-imts/struktura-i- napravldeyat/struktura-tsentra/metodicheskie-ob-edineniya/inostrannykh-yazykov. – Дата доступа: 28.09.2013. 3. Колыханова, О. А. Билингвизм и гуманитарное образование / О. А. Колыханова // Педагогика. 2000. – № 2. 4. Копылова, В. В. Основные направления организации обучения иностранным языкам при проведении эксперимента по совершенствованию структуры и содер- жания общего образования / В. В. Копылова // ИЯШ. 2003. – № 4. 5. Леонтьева, Т.П. Коммуникативная игра как один из способов реализации ком- муникативного подхода к обучению грамматике/ Т.П. Леонтьева//Учебные грамма- тики национальных языков: материалы доклада. Научно-методическая конферен- ция. Минск, 12-13 апреля 1995 года. Сборник научных трудов 1996 г., Минск: МГЛУ, 1996.—С.103-107. 6. Синагатуллин, И. М. Роль и место иностранного языка в поликультурном со- циуме / И. М. Синагатуллин // ИЯШ. 2002. – № 1. УДК 547.5 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОДГОТОВКИ АРХИТЕКТОРОВ И СТРОИТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ МНОГОУРОВНЕВОГО ОБУЧЕНИЯ Шульженко Н.А. Тульский государственный университет, г. Тула, Россия Освещены проблемы и перспективы перехода от традиционной модели организа- ции учебного процесса в вузе к инновационной модели многоуровнего обучения. В настоящее время начат переход Российского образования к пла- нированию учебного процесса в нелинейной системе, так как к этому обя- зывает ратифицированное страной Болонское соглашение, при этом в большинстве вузов сложилось весьма упрощенное мнение, что такое пере- ход – это всего лишь пересчет существующих академических часов в сис- тему зачетных единиц (когда часы делятся на 36). Одновременно с этим ГОС ВПО II поколения должен смениться третьим. Такие изменения носят фундаментальный характер, и должны привести к перестройке всей вузов- 536 ской деятельности, центральной из которых является организация учебно- го процесса. Организация учебного процесса в такой модели осуществляется по нелинейной схеме, основными отличительными чертами которой являют- ся: большая свобода выбора учащимися дисциплин, перечисленных в учебном плане; личное участие каждого студента в формировании своего индивидуального плана; вовлечение в учебный процесс академических консультантов, содействующих студентам в выборе образовательной тра- ектории; в частности, в выборе изучаемых дисциплин; введение системы зачетных единиц (з.е.) для оценки трудозатрат студентов и преподавателей по каждой дисциплине; обеспеченность учебного процесса всеми необхо- димыми методическими материалами в печатной и электронной формах; использование балльно-рейтинговых систем для оценки усвоения студен- тами учебных дисциплин. При этом студент освобождается от необходи- мости иметь общий учебный план и расписание с другими студентами, объединенными в одну учебную группу (поток), тогда расписание занятий становится не итоговым документом планирования, а исходным. Возмож- ность выбора студентом дисциплины способствует формированию конку- рентоспособности между преподавателями, заставляет их непрерывно со- вершенствовать свои дисциплины, с целью привлечения дополнительного числа студентов, так как это формирует их учебную нагрузку. К сожале- нию, Болонская концепция, при всей ее привлекательности не дает цело- стного методологического представления о том, как же осуществить пере- ход от традиционной модели организации учебного процесса к инноваци- онной, а существующие проблемы носят системный, и в некоторых случа- ях критический характер. Существующие линейные модели, ориентированные на плановую экономику в современных условиях демонстрируют ряд существенных недостатков: пассивность рядовых преподавателей из-за отсутствия систе- мы мотивации их усилий (обучение группы студентов 7 и 25 человек оце- нивается стандартными 2 академическими часами); недостоверное форми- рование учебных планов специальностей, приводящее к тому, что число преподавательских ставок в вузе завышено, а соотношение «студен- ты/преподаватели» наоборот, занижено ввиду явного противоречия между целевыми функциями УМУ и заведующих кафедрами (стремящимися по- лучить максимальное количество часов), что особенно характерно для за- очного обучения. С учетом вышеперечисленного, проблемные вопросы возникают при переходе на двухуровневую систему подготовки архитекторов и строи- телей на кафедре «Городское строительство и архитектура» ТулГУ. 537 В настоящее время кафедра ведет обучение по 60 дисциплинам, реализуя подготовку бакалавров по направлениям 550100 «Строительство» и 521700 «Архитектура», а также по трем специальностям: - 290500 «Городское строительство и хозяйство» - 290100 «Архитектура» - 291200 «Реставрация и реконструкция архитектурного наследия». Ведется работа по подготовке обучения по программе магистерской подготовки 550102 «Теория и практика организационно-технологических и экономических решений в строительстве». На одну штатную единицу преподавательского состава кафедры приходится около 18 единиц приведенного контингента студентов. Направления 521700 и 550100, специальности 290100 и 290500 ли- цензированы в 1998 г. На специальность 291200 получена лицензия, в 2004 г. состоялся первый выпуск специалистов по специальности 290500 «Городское строительство и хозяйство». Кафедра сотрудничает в организации учебных практик студентов с ведущими архитектурно-строительными предприятиями г. Тулы: Управ- ление главного архитектора города Тулы, ОАО «Тульскгражданпроект», ОАО «Центргаз», ЗАО «Туластрой» и др. К проведению учебного процесса кафедрой ежегодно привлекается 5–6 ведущих специалистов архитектурно-строительных предприятий. Ежегодно около 80% студентов кафедры выполняют дипломные проекты по тематике, определенной управлением главного архитектора города Тулы. Ежегодно потребность в специалистах, выпускаемых кафед- рой, составляет 100 %. Для проведения текущей и итоговой аттестации студентов, провер- ки остаточных знаний с целью оценки качества обучения на кафедре раз- работаны электронная оболочка и банк тестовых контрольных заданий по многим дисциплинам в соответствии с рекомендациями и требованиями УМУ университета. Преподаватели кафедры освоили в учебном процессе различные методы тестового контроля знаний студентов. По всем дисциплинам, преподаваемым кафедрой, в процессе обуче- ния используются компьютеры для выполнения лабораторных работ, кон- трольно-курсовых, курсовых работ и проектов, индивидуальных заданий. На кафедре имеются два учебных дисплейных класса, для обновле- ния и модернизации вычислительной техники ежегодно кафедрой приобре- тается компьютерного оборудования на 160–180 тыс. рублей. Информационная и методическая поддержка курсового и диплом- ного проектирования осуществляется с помощью программного обеспече- ния, разработанного студентами и сотрудниками кафедры. 538 Кафедра ежегодно увеличивает набор студентов с полной компен- сацией стоимости обучения; в 2013 г. общее количество таких студентов составляет 165 человек. Таким образом, опыт создания системы подготовки кадров архитек- турного и строительного профиля с учетом перехода на двухуровневую сис- тему обучения в ТулГУ имеется, но необходимы существенные изменения. Во-первых, потребуются существенные затраты на разработку учебно-методического материала, а вариантность учебных планов преду- сматривают разносторонней подготовки преподавателей как с научной базой и задел по исследованиям в соответствии с лицензированными маги- стерскими программами, так и с педагогическим опытом, желательно не ниже доктора наук. Во-вторых, политика Министерства образования, направленная на приоритетные направления подготовки кадров иностранных учащихся ближнего и дальнего зарубежья, приводит к выделению дополнительных учебных групп и, как следствие, к увеличению штатного состава препода- вателей, что не всегда приемлемо для региональных университетов, в т.ч. для ТулГУ. В этой связи, по нашему мнению целесообразно было бы прорабо- тать межуниверситетские договорные отношения по целевой подготовке магистров со стажировкой на определенном этапе (семестре) обучения. Это значительно упростило бы формирование учебных программ проведе- ние учебных, производственных и научных практик, дало бы возможность расширить потенциал кафедры по использованию их наработок как в на- учном, так и в методическом объемах. Приглашаем к сотрудничеству и обмену открытыми лекционными мастер-классами и другими видами занятий, включая дистанционные формы проведения совместных мероприятий. Литература 1. Тульский государственный университет. Ежегодник. Выпуск 17, год 2012. Тула Издательство ТулГУ, 268 с. 2. Учебный план по направлению «Строительство». ТулГУ, 2013 г., 2 с. 539 УДК 519.7 СУБЪЕКТИВНЫЕ ОЦЕНКИ УБЕЖДЕННОСТИ АГЕНТА В АДЕКВАТНОСТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ В ЗАДАЧАХ САПР Бурдо Г.Б., Виноградов Г.П. Тверской государственный технический университет, г. Тверь Рассматривается проблема построения моделей убежденности лица, принимающего решения, в своих представлениях о процессах, явлениях предметной области. Предло- жена нечеткая мера для сравнения и упорядочивания вариантов представлений, отличающихся степенью учета дополнительной информации. При решении задач выбора решений лицо, принимающее решения (агент), использует модель предметной области, отражающую его представ- ления о ней. Представления-модели наиболее доступны сознанию и их следу- ет рассматривать как внутренний интерфейс между внешней средой и прини- маемым решением организуемый мышлением [3]. В психологии установле- но, что основные механизмы мышления включают инстинкты, концепции, эмоции и поведение. Из перечисленных механизмов мышления наиболее доступны сознанию – это концепции. В работе [1] предлагается использо- вать для механизма концепций термин модель, которую следует рассмат- ривать как внутреннюю модель мышления. Выводы, которые делаются на основе гипотетической концепции, определяют у агента состояние убеж- денности, которое является мерой истинности предпосылок, гипотез, пра- вил построения вывода. Если результат, полученный от реализации реше- ния, сформированного на основе субъективных представлений агента, не соответствует его ожиданиям, то он реализует немонотонный процесс пе- ресмотра убеждений, который предполагает изъятие ошибочной предпо- сылки и/или введения новой. Убеждения, таким образом, являются следст- вием информации, полученной как от системы вывода, так и от системы мониторинга решений. Такое поведение связано с фундаментальной ролью эмоций в мышле- нии, которые связаны с инстинктом к познанию, выражающемуся в максими- зации степени близости между гипотетическими концепциями и реальным миром [3]. Соответствие концепций-моделей предметной области, контроли- руемое эмоциями человеком оценивается убежденностью в высокой степени вероятности наступления желательного исхода от реализации способа дейст- вия, выбранного на основе представлений. Пусть имеется шкала X, которая может быть конечной или беско- нечной. Предполагается, что на множестве X задано бинарное отношение  , обладающее свойствами асимметричности, транзитивности и слабой связности. Такое отношение называется отношением строгого предпочте- 540 ния. Известно, что слабая связность отношения ≿ означает, что для любых двух элементов x1 и x2 X, x1  x2 выполняется либо соотношение x1  x2, либо соотношение x2  x1. Пусть А – произвольное непустое множество на множестве X и А  X. Нечетким множеством А на множестве Х называется совокупность пар ]),([ xxAA  , где ]1,0[: XA – функция принадлежности нечеткого множества А [4]. Определение 1. Нечеткой функцией выбора называется отображение C, заданное на множестве всех непустых подмножеств {\2 X }, которое ставит в соответствие каждому A  X определенное нечеткое множество (А) с функцией принадлежности )(xA , обладающей свойствами AXxxAXAxxA \0)(,]1,0[)(   . Будем считать, что возможна ситуация, когда для некоторых XxxAXAx  0)(,  . Это означает, что (А) = . Другими сло- вами, при предъявлении некоторых А имеет мест отказ от выбора. С математической точки зрения задача принятия решений (ПР) яв- ляется «незамкнутой». Необходима дополнительная информация в форме гипотез о модели ситуации выбора: целей, критериев оценки их достиже- ния, структуры и параметров модели ограничений. Только субъект – уча- стник процесса принятия решений может быть источником такой инфор- мации, которая формируется им на основе содержательного анализа, от- ражающим его субъективное восприятие состояния целеустремленного выбора. В итерационном процессе формирования представлений человек переживает особое эмоциональное состояние, которое в психологии назы- вают состоянием убежденности, а мерой его является степень убежденно- сти. Эта мера может быть выявлена при сравнении и упорядочивании ва- риантов представлений, отличающихся степенью учета дополнительной информации. Значения таких оценок образуют лингвистические термы нечеткой переменной «степень убежденности». Каждому терму, в свою очередь, ставится нечеткое число. Формирование нечеткого предпочтения на базе использования операций отношения между нечеткими действительными числами состоит в выявлении следующих ситуаций предпочтения: 1) строгое предпочтение; 2) безразличие; 3) большая предпочтительность; 4) не сравнимость. Из теории нечетких множеств известно, что подмножество элемен- тов множества Х, для которых (x) > 0, называется носителем (суппортом) 541 нечеткого множества }));(,{( XxxAxA   и обозначается supp A. Со- ответствующая формальная запись имеет вид  0)(;sup  xAXxAp  . Тогда для случая 1) supp A  supp B = , то есть носители обоих нечетких множеств не имеют общих элементов. Для случая 2) нечеткое множество B содержится в нечетком множе- стве A (A  B) или )()( xAxB   , или supp B  supp A. Случай 2) предполагает две ситуации: а) нечеткое множество A рав- но нечеткому множеству B; б) нечеткое множество A почти равно нечет- кому множеству B. В первом варианте )()( xAxB   , а во втором – можно ввести понятие степени равенства нечетких множеств A и B, на- пример, в виде Tx xВxABAE   )()(max1)(  , где )}()(;{ xBxAXxT   . Случай 3) можно оценивать и с других позиций. Известно, что - уровнем нечеткого множества A  X, обозначаемым, как A , называется четкое подмножество    )(: xAXxA . Из определения -уровня нечеткого множества следует истинность импликации 2221  AA  . Определение 2. Пусть нечеткие множества A  X и B  X, где X – четкое множество. Пусть для каждого нечеткого множества определены множества -уровня следующим образом  0)(;  xAXxA   0)(;  xBXxB  , где )(xA и )(xB – функции принадлежно- сти, значения которых выражают степень уверенности агента в принад- лежности элемента x множествам A и B соответственно. Тогда альтернати- ва a будет предпочтительнее альтернативы b, тогда и только тогда, когда )(),(, xBbxxAaxbxax   , то есть A больше B на уровне . Обозначим через  минимальное значение , при котором выполняется неравенство )(),(, xBbxxAaxbxax   . Тогда 1- будет степенью уверенности в предпочтительности a относительно b и безразличия при выборе a или b. 542 По аналогии, если A содержится в B , то есть  BA  , то го- ворят, что A содержится в B на уровне . Так же, как и в предыдущем слу- чае, можно ввести оценку степени уверенности 1-, где  – это минималь- ное значение , при котором будет справедливым )()( xBxA   , то можно говорить, что )()( xBxA   со степенью уверенности равной 1-. Величину 1- можно считать мерой убежденности агента в предпоч- тительности одной альтернативы над другой. Если величина =1- возрас- тает (или  уменьшается) утверждение A больше B (или A содержится в B) становится более ясным. При =0 любой элемент, принадлежащий нечет- кому множеству, будет для агент достоверно принадлежать только этому множеству. Введение меры степени уверенности при сравнении альтернатив по- зволяет:  определить степень достаточности информации для принятия ре- шения. При значении степени уверенности ниже некоторого порога приня- тие решения откладывается для сбора дополнительной информации;  определить ценность для агента собранной дополнительной ин- формации. Она может быть равной нулю, если степень уверенности не изменится после ее получения. Если величина  = 1 -  выросла, то ин- формация способствовала росту степени представления агента о ситуации выбора. Если )1(1)(  iiii  , то либо имеет место дезинформация, либо полученные данные разрушают представление агента о ситуации вы- бора и требуются новые данные. Значение пороговой величины степени уверенности зависит от ин- дивидуальных характеристик агента, что позволяет использовать эту вели- чину как меру для количественной оценки типа агента. Параметр )0(01  iii  позволяет определить направ- ление поиска информации. Пусть имеются два высказывания   X есть G и q  X есть F, где F и G – предикаты, представленные в виде нечетких множеств. Тогда, если G  F, (p  q (p влечет q). Это означает, что пер- вое высказывание более информативно, чем второе. Таким образом, степень уверенности при сравнении объектов для агента описывает оценку степени разделения множеств, характеризующих каждый объект. Степень уверенности при поступлении более ценной ин- формации не должна уменьшиться по сравнению со степенью уверенности, сформированной на основе данных прошлого опыта. 543 В работе [2] показано, что рациональность в поведении агента свя- зана со стремлением его к максимизации ожидаемой удельной ценности EV целеустремленной ситуации. Процесс достижения цели рассматривает- ся как многошаговый процесс принятия и реализации решений в условиях неполной информации. Он реализуется в виде последовательности задач, а задачи реализуются через итоги. На каждом шаге агент анализирует вели- чину ожидаемой удельной ценности результата. Мерой для этого является критерий удовлетворенности (как результат эмоционального переживания агента). Если его величина меньше некоторой пороговой величины, то агент считает, что возникла проблемная ситуация, требующая применения одной из форм адаптивного поведения, в противном случае он считает, что желаемый результат достигнут. В процессе рассуждений о предметной области в условиях неполноты информации человек формирует гипотетическую концепцию, объясняющую возможность появления желательного исхода на основе результатов наблюде- ний и вводимых предположений. Для повышения степени истинности вве- денных предпосылок организуется по шаговый сбор и анализ на каждом шаге дополнительной информации. Очевидно, что он продолжается до тех пор, пока степень уверенности в том, что выдвинутая гипотетическая концепция станет представлять логически взаимосвязанную систему утверждений и до- казательств, способную объяснять и предсказывать возможные исходы в предметной области, будет превышать некоторый пороговый уровень. Про- цесс рассуждений соотносится с результатами информационного поиска на каждом шаге. Эта аналогия позволяет использовать для моделирования про- цесса рассуждений агента систему активной логики [3]. Наблюдения могут осуществляться на любом шаге дедуктивного процесса. Результатом наблю- дения является формула, выражающая некоторое утверждение и ассоцииро- ванная с соответствующим шагом. Литература 1. Jakendoff, R. Foundations of Language: Brain, Mefning, Grammar, Evolution. / R. Jakendoff – Oxford Univ. Press, New York, NY, 2002. – 202 p. 2. Виноградов, Г.П., Кузнецов В.Н. Моделирование поведения агента с учетом субъективных представлений о ситуации выбора. / Г.П. Виноградов, В.Н. Кузнецов – Искусственный интеллект и принятие решений. № 3. 2011. – с. 58-72. 3. Симонов, П.В. Эмоциональный мозг. / П.В. Симонов – М.: Наука, 1981. – С. 140. 4. Рутковская, Д., Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский– М.: Горячая линия – Телеком, 2006 – 452 с. 544 УДК 504.61:622.272 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ “ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВИБРАЦИЯ” Вакунин Е.И., Коряков А.Е., Продиус Е.М. Тульский государственный университет, г.Тула, Россия Рассмотрены вопросы разработки программного обеспечения виртуальных лабо- раторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» на примере работы «Производственная вибрация». Изучение дисциплины “Безопасность жизнедеятельности” форми- рует у специалиста представление о неразрывном единстве эффективной профессиональной деятельности и отдыха с требованиями к безопасности техники и защищенности человека. Реализация этих требований гаранти- рует сохранение работоспособности и здоровья человека, готовит его к действиям в экстремальных условиях. Основная задача дисциплины – вооружить обучаемых теоретиче- скими знаниями и практическими навыками, необходимыми для: - идентификации негативных воздействий среды обитания естест- венного, антропогенного и техногенного происхождения; - разработки и реализации мер защиты человека и среды обитания от негативных воздействий; - обеспечения устойчивости функционирования объектов и техни- ческих систем в штатных и чрезвычайно опасных ситуациях. Программой освоения курса БЖД предусматривается выполнение лабораторного практикума, в состав которого входят ряд лабораторных работ, выполнение которых обеспечивает приобретение необходимых на- выков практической работы по анализу условий труда. Для иммитации реальных производственных условий и сопутст- вующих этим условиям вредных факторов воздействия, а также процессов измерения параметров факторов воздействия, на кафедре АОТиОС ТулГУ разрабатывается комплекс виртуальных лабораторных работ, целями соз- дания которого являются: изучение нормативных документов, регламен- тирующих действие вредных факторов, освоение методик измерения па- раметров факторов воздействия, получение практических навыков работы с измерительной аппаратурой, оценка эффективности предлагаемых техниче- ских решений и средств защиты. Виртуальные лабораторные работы реализуются с помощью ком- плекса, включающего компьютер, программное, информационное и мето- дическое обеспечение, и позволяют пользователю на основе математиче- ской модели реального явления, процесса или устройства выполнить ис- следования, являющееся целью конкретной лабораторной работы, которую 545 нельзя достичь без использования дорогостоящего оборудования или без обеспечения специальных условий измерений. Программное обеспечение лабораторного комплекса реализуется с использованием инструментальной среды программирования “Delphi” и помимо модулей реализующих методику выполнения работы включает средства для визуализации процесса и результатов расчета. Взаимодействие пользователя с программой осуществляется через стандартные элементы управления Windows; диалоговые окна, оконные и всплывающие меню, контрольные кнопки, клавиши быстрого доступа, списки для выбора. Программное обеспечение предъявляет минимальные требования, как к аппаратному, так и программному обеспечению компьютера. Так как виртуальная лабораторная работа содержит элементы муль- тимедиа, то на компьютере должно быть установлено соответствующее программное обеспечение. Ниже представлено описание лабораторной работы, программное обеспечение которой полностью разработано и внедрено в учебных про- цесс на кафедре АОТиОС ТулГу. В результате работы студенты должны ознакомиться с нормирова- нием вибрационных нагрузок на рабочих местах, научиться выбирать нор- мативные значения параметров вибрации для конкретных условий труда, измерить фактические уровни виброускорения (виброскорости), подобрать устройства для снижения вибрации. Возможности программного продукта позволяют имитировать ра- боту вибрационных процессов и процесса измерения параметров вибрации - уровней виброскорости (виброускорения). В программе осуществляется подбор и расчет виброизоляторов, оценка эффективности предлагаемых технических решений по снижению вибрационных нагрузок на рабочем месте и формирование отчета по выполненной работе. На рис. 1…10 показаны элементы виртуальной лабораторной работы. После выбора виртуальной лабораторной работы студент должен зарегистрироваться и ознакомиться с программой выполнения работы (рис.1). По каждому пункту этапа работы студенту предоставляется методи- ческий материал, содержащий основные понятия и справочная информа- ция (рис.2). Допуском к выполнению очередного пункта лабораторной работы является прохождение тестового контроля (рис. 3). 546 Рис.1. Окно регистрации и выбора режима работы Рис.2. Окно справочного материала 547 Рис.3. Окно тестовых заданий Студент допускается к продолжению работу только в случае поло- жительной сдачи тестов, в противно случае студент должен повторно изу- чить материал и пройти тестирование. Рис. 4. Расчет виброизолирующей эффективности пружинных амортизаторов 548 Для расчета виброизолирующей эффективности пружинных аморти- заторов студенту предлагается, в соответствии с вариантом работы, выбрать измерительный прибор, требуемые формулы расчета и произвести вычисле- ния с применением встроенного калькулятора (рис. 4). Для оценки фактической эффективности рассчитанного пружинного виброизолятора, пользователь должен произвести измерения корректиро- ванного и октавных уровней виброскорости (виброускорения). На дисплее имитируется работа с измерительным прибором, при этом пользователь дол- жен в определенной последовательности осуществлять необходимые проце- дуры, иммитирующие процесс измерения (рис. 5). Рис. 5. Проведение эксперимента При выполнении всех этапов работы студентом в электронном виде формируется отчет, который включает табличную, графическую и тексто- вую части (рис. 6). При проведении эксперимента «явления резонанса» студенту пред- лагается, на основе полученных знаний, правильно задать необходимые параметры, обеспечивающие совпадение частоты собственных и вынуж- денных колебаний системы. При правильно заданных параметрах, на дис- плее в динамике отображается явление резонанса (рис. 7). 549 Рис. 6. Результаты измерений и выводы по разделу работы Рис. 7. Демонстрация явления резонанса 550 Для выполнения пункта работы, связанного с виброгасящими осно- ваниями, студенту необходимо произвести выбор и расчет запрашиваемых с дисплея исходных данных (рис. 8). Рис. 8. Ввод исходных данных для расчета виброгасящего основания После подбора оптимальных параметров на экране дисплея появля- ются значения расчетных параметров и предлагается сохранить отчет (рис. 9, 10). В конце работы студент проходит итоговое тестирование, по ре- зультатам которого проставляется итоговая оценка защиты лабораторной работы. Все промежуточные результаты, отчеты и результаты итогового тестирования сохраняются на диске, что позволяет студенту в случае не- обходимости продолжить работу с контрольной точки. Область применения программного продукта: - использование студентами высших учебных заведений при изуче- нии курсов “Безопасность жизнедеятельности”, “Производственная безо- пасность”, - обучение специалистов по аттестации рабочих мест, а также слушате- лей курсов повышения квалификации, работающих в области охраны труда. 551 Рис. 9. Расчетные параметры виброоснования Рис. 10. Результаты расчета виброоснований 552 УДК 811.111 ’373.46 СПЕЦИФИКА УПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИХ ЯЗЫКОВЫХ СРЕДСТВ В СЕМАНТИКО-ПРАГМАТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ НАУЧНЫХ ТЕКСТОВ РАЗЛИЧНОЙ ЖАНРОВОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 1 Кунцевич С.Е., 2 Хоменко Е.В. 1Минский государственный лингвистический университет 2 Белорусский национальный технический университет В статье рассматриваются особенности употребления терминологических еди- ниц в семантических компонентах структур англоязычных научных текстов, дифференцированных жанровой принадлежностью: академической научно- технической статье, научно-популярной статье, научно-техническом докладе. Показаны отличия между сопоставляемыми семантическими компонентами, обусловленные жанровой разновидностью текста. Среди актуальных аспектов проблемы теории и практики функцио- нирования терминологических единиц особое место занимает вопрос о за- кономерностях употребления терминов, различающихся своим концепту- альным содержанием, лингвистическими и прагматическими характеристи- ками, в прагматически важных семантических компонентах структуры тек- стов, дифференцированных жанровой принадлежностью, с целью адекват- ного восприятия адресатом излагаемой в тексте фактуальной информации. Семантико-прагматическая структура текста представляет собой последовательность расположения семантических компонентов, экспли- цирующих этапы коммуникативно-познавательного процесса автора [1]. На уровне семантической структуры текста происходит выдвижение наи- более значимой информации в определенные семантические компоненты [2], которые обладают более высокой степенью коммуникативно- прагматической выделенности в структуре текста. Эффективным лингвис- тическим средством акцентирования внимания на концептуально важных моментах содержания текста, убеждения адресата в объективности пред- ставляемого нового знания являются терминологические единицы, лин- гвистические и прагматические характеристики которых оказывают опре- деленное воздействие на получателя информации. С помощью адекватно выбранных терминологических языковых средств можно значительно об- легчить коммуникативно-прагматическую ориентацию адресата в тексте, позволив ему интерпретировать конкретные содержательные фрагменты текста как наиболее важные [3, c. 128]. В связи с этим, выявление языко- вых терминологических средств, способствующих выделению значимой информации в семантических компонентах структуры текста, представля- ется важным для решения задач прагматического анализа текстов разной жанровой направленности. 553 Цель проведенного исследования заключалась в том, чтобы изучить специфику взаимосвязи, существующей между семантико-прагматической структурой научного текста (научно-техническая статья (АН-ТС), научно- популярная статья (Н-ПС) и научно-технический доклад (Н-ТД)) и степе- нью насыщенности терминологическими единицами, представляющими содержательный аспект фактуальной информации, представленной в ее структурно-семантических компонентах. В качестве материала исследования были отобраны наиболее упот- ребительные общенаучные и специальные термины, относящиеся к пред- метной области «Энергосберегающие технологии», извлеченные методом сплошной выборки из анализируемого корпуса текстов. Используемая ме- тодика выделения включала идентификацию слов и словосочетаний как терминов в тексте; проверку наличия выделенных лексических единиц в специальных словарях; экспертную оценку выявленных словосочетаний с точки зрения принадлежности их к терминам изучаемой предметной об- ласти. Для конкретного жанра был составлен частотный список терминов. Терминологические единицы, включенные в данный список, обозначали специальные понятия из анализируемой предметной области, дефиниции которых зафиксированы в словарях. Дефиниции многокомпонентных тер- миносочетаний, не обнаруженные в специальных словарях, были выведе- ны из значений компонентов данных терминосочетаний [4, с. 15]. Результаты анализа степени насыщенности терминологическими единицами структурно-семантических компонентов рассматриваемых жанровых разновидностей научно-технического текста, представленные в табл. 1, позволили выявить следующую закономерность. Таблица 1. Употребительность терминов в структурно-семантических компонентах жанровых разновидностей научного текста (%) Компонент Подкомпонент Жанр текста АН- ТС Н- ПС Н- ТД 1 2 4 5 6 0. Блок аннотации 8,9 0,8 0,6 1. Определение области исследо- вания 1.1. Указание на важность данной области 3,2 6,3 7,3 1.2. Констатация современного состояния знания в данной области 7,8 6,9 3,8 1.3. Представление структуры работы 1,0 1,1 2. Введение темы исследования 2.1. Связь темы исследования с важными научными и практическими направлениями: 2.1.1. Теоретическая значимость 1,3 1,3 0,6 2.1.2. Практическая значимость 3,7 3,9 1,6 2.1.3. Обоснование актуальности 0,2 0,8 3,3 2.1.4. Новизна исследования 0,2 0,9 554 Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 3. Обзор преды- дущих исследова- ний по теме в данной области, описание степени разработанности темы 3.1. История научной проблемы 0,8 3.2. Анализ основных научных принципов, на которые опирается исследование 3,1 3,0 5,3 4. Формулировка цели и задач ис- следования 4.1. Предмет исследования 0,6 1,9 0,8 4.2. Цель исследования 0,9 4.3. Задачи исследования 0,7 0,4 1,3 5. Гипотеза 5.1. Формулировка проверяемой гипотезы 1,2 0,8 2,0 5.2. Характеристика возможных путей под- тверждения гипотезы 0,6 0,6 6. Описание проблемной ситуации 6.1. Формулировка проблемы 4,1 2,5 9,9 6.2. Освещение неизученных аспектов проблемы 0,8 2,0 1,0 6.3. Сопоставительный анализ альтернатив решения проблемы 3,6 2,6 5,9 7. Характеристика объекта исследования 7.1. Описание основных свойств исследуемо- го объекта: 7.1.1. Форма 1,5 3,4 1,4 7.1.2. Величина 1,5 7.1.3. Размер 0,6 0,5 0,6 7.1.4. Состав 2,7 7.1.5. Структура 4,3 0,7 2,3 7.1.6. Состояние 0,8 1,0 7.1.7. Стоимость 0,8 0,5 0,9 7.1.8. Достоинства и недостатки 6,2 5,6 5,5 7.2. Сходство/различие с другими объекта- ми/явлениями 1,5 1,8 1,8 7.3. Дополнительная информация техническо- го и экономического характера, способст- вующая более глубокому пониманию объекта изучения 9,8 23,1 2,0 8. Методы иссле- дования 8.1. Описание методов исследования 1,6 1,5 6,1 8.2. Сопоставительная оценка методов иссле- дования 0,5 1,5 8.3.Оборудование для проведения исследования 0,2 0,5 9. Описание экс- перимента и его результатов 9.1. Описание стадий эксперимента 6,9 3,2 4,4 9.2. Обработка и систематизация результатов исследования 3,9 1,1 3,9 9.3. Графические и математические методы обработки экспериментальных данных 1,7 0,7 555 Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 10. Промежуточ- ный вывод автора 6,3 1,9 8,1 11. Прогнозирова- ние перспектив продолжения исследования 11.1. Возможности и направления дальней- ших исследований в данной области 11.2. Предполагаемые области применения результатов исследования 1,5 6,4 3,6 12. Выводы автора 12.1. Повторение положений важных для по- нимания сущности проведенного исследования (резюме проведенного исследования) 4,6 5,5 4,6 12.2. Оценка автором значения полученных им результатов для дальнейшего развития кон- кретной области знания (эксплицитный вы- вод): 12.2.1. Достоинства 0,5 0,4 12.2.2. Недостатки исследования (теории) 0,9 0,6 12.2.3. Эффективность 0,6 0,7 1,1 12.2.4. Практическое применение результатов исследования 0,5 12.3. Прогнозирование дальнейшего движе- ния исследования (нерешенные вопросы, их возможное решение) 3,9 1,2 2,1 12.4. Предложение адресату дать собствен- ную оценку анализируемой проблемы (им- плицитный вывод) 0,9 12.5. Комментарий авторитетных лиц 0,8 0,4 13. Выражение признательности/ благодарности 0,6 14. Библиографи- ческие ссылки 0,3 0,4 15. Информация об авторах 0,4 0,8 Наиболее терминологически насыщенными в структуре текста АН- ТС являются такие семантические компоненты и их подкомпоненты, как: блок аннотации, констатация современного состояния знания в области исследования, практическая значимость, сопоставительный анализ аль- тернатив решения проблемы, описание основных свойств исследуемого объекта (достоинства и недостатки, структура), дополнительная ин- формация технического и экономического характера, способствующая более глубокому пониманию объекта изучения, описание стадий эксперимен- та, обработка и систематизация результатов исследования, промежуточ- 556 ный вывод автора, повторение положений важных для понимания сущности проведенного исследования, прогнозирование дальнейшего исследования. В структуре текстов жанра Н-ТД в плане терминологической насы- щенности можно выделить компоненты: указание на важность области исследования, констатация современного состояния знания в данной об- ласти, анализ основных научных принципов, на которые опирается иссле- дование, формулировка проблемы, сопоставительный анализ альтернатив решения проблемы, описание основных свойств исследуемого объекта (достоинства и недостатки), методов исследования, стадий экспери- мента, обработка и систематизация результатов исследования, проме- жуточный вывод автора. При сравнении семантических компонентов текстов жанров АН-ТС и Н-ТД было обнаружено, что наиболее терминологически насыщенными компонентами структуры текста в двух жанрах являются компоненты ха- рактеристика объекта исследования (достоинства и недостатки), обра- ботка и систематизация результатов исследования, промежуточный вывод автора, повторение положений важных для понимания сущности проведенного исследования. Активными семантическими компонентами в плане употребительности терминов в структуре текста АН-ТС в отличие от структуры текста Н-ТД являются: блок аннотации, констатация со- временного состояния знаний в области исследования, практическая зна- чимость, характеристика объекта исследования (структура), дополни- тельная информация технического и экономического характера, способ- ствующая более глубокому пониманию объекта изучения, прогнозирование дальнейшего исследования. В Н-ТД высокая степень насыщенности терми- нами характерна для семантических компонентов указание на важность области исследования, формулировка проблемы, описание методов иссле- дования, предполагаемые сферы применения результатов исследования. Концентрация терминологических единиц в вышеперечисленных структурно-семантических компонентах текстов АН-ТС и Н-ТД, значи- тельное количество многокомпонентных терминосочетаний свидетельст- вует о содержании в них научно значимой информации, предназначенной для восприятия адресатом на глубинно-профессиональном уровне. В структуре текстов жанра Н-ПС высокая частотность терминов на- блюдается в компонентах: указание на важность области исследования, практическая значимость, констатация современного состояния знания в данной области, характеристика объекта исследования (достоинства и недостатки), дополнительная информация технического и экономическо- го характера, способствующая более глубокому пониманию объекта изу- чения, предполагаемые сферы применения результатов исследования, по- вторение положений важных для понимания сущности проведенного ис- 557 следования. Насыщенность данных семантических компонентов термино- логическими единицами, среди которых преобладают структурные типы терминосочетаний, состоящие из 1-2 компонентов, указывает на содержа- ние в них научно значимой информации на нейтральном уровне представ- ления, предназначенной для непрофессионального восприятия. Сопоставительный анализ семантических структур текстов жанров АН-ТС и Н-ПС по степени насыщенности терминологическими единицами показал, что отличие между данными жанрами по вышеобозначенному параметру заключается в частотности употребления терминов в таких компонентах, как: блок аннотации, описание стадий эксперимента, обра- ботка и систематизация результатов исследования, промежуточный вывод автора, прогнозирование дальнейшего исследования (употребление терминов в данных компонентах преобладает в текстах жанра АН-ТС); указание на важность данной области, формулировка проблемы, харак- теристика объекта исследования (структура), дополнительная инфор- мация технического и экономического характера, способствующая более глубокому пониманию объекта изучения, предполагаемые сферы примене- ния результатов исследования (употребление терминов в данных компо- нентах превалирует в текстах жанра Н-ПС). Сопоставление семантических компонентов по данному параметру между текстами жанров Н-ТД и Н-ПС позволило выявить наиболее суще- ственные отличия в употреблении следующих компонентов: анализ основ- ных научных принципов, на которые опирается исследование, формули- ровка проблемы, сопоставительный анализ альтернатив решения пробле- мы, описание методов исследования, обработка и систематизация ре- зультатов исследования, промежуточный вывод автора (употребление терминов в данных компонентах преобладает в текстах жанра Н-ТД); практическая значимость, дополнительная информация технического и экономического характера, способствующая более глубокому пониманию объекта изучения, предполагаемые сферы применения результатов иссле- дования (употребление терминов в данных компонентах превалирует в текстах жанра Н-ПС). Таким образом, построение семантико-прагматической структуры текста конкретной жанровой принадлежности тесно связано с распределе- нием терминологических языковых средств по семантическим компонен- там, качественная неоднородность информации которых наряду с другими прагматическими факторами, способствует реализации прагматических установок автора. Представляется, что эффективность коммуникации в такой профес- сиональной сфере деятельности как «Энергосберегающие технологии» во многом зависит от информативно-коммуникативной функции терминов, с 558 помощью которой термины как «типовые когнитивно-информационные модели» [5, с. 31] не просто называют понятия, а позволяют этим понятиям передавать научно-профессиональную информацию и влиять на структурную организацию текста. Адекватная интерпретация текста адресатом обусловлена также прагматической функцией используемых терминологических единиц, которая проявляется в оказании воздействия на адресата содержанием кон- кретного понятия либо оценкой этого понятия и способствует убеждению его в значимости определенных признаков номинируемых понятий. Литература 1. Крижановская, Е.М. Коммуникативный блок как единица смысловой структу- ры научного текста / Е.М. Крижановская // Стилистика научного текста (общие параметры). – Т.2, Ч.1. – Пермь, 1996. – С. 323–341. 2. Бабенко, Л.Г. Лингвистический анализ художественного текста: теория и прак- тика : учебник, практикум / Л.Г. Бабенко, Ю.В. Казарин. – 2-е изд. – М. : Флинта : Наука, 2004. – 496 с. 3. Лузина, Л.Г. Проблемы теории выдвижения в современных исследованиях / Л.Г. Лузина // Социальные и гуманитарные науки. Отечественная и зарубежная лингвистика. Сер. 6, Языкознание. – 1998. – №3. – С. 125–130. 4. Даниленко, В.П. Русская терминология: Опыт лингвистического описания / В.П. Даниленко / АН СССР, Ин-т рус. яз. – М. : Наука, 1977. – 246 с. 5. Володина, М.Н. Когнитивно-информационная природа термина (на материале терминологии средств массовой информации) / М.Н. Володина. – М. : Изд-во МГУ, 2000. – 128 с. 559 СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ТОРФЯНОГО ПРОИЗВОДСТВА Кислов Н.В., Цыбуленко П.В. Определение технологических па- раметров прессования торфококсовых брикетов…………………...... 5 Зюзин Б.Ф., Миронов В.А. Инварианты предельных состояний органо-минеральных грунтов………………………………………...... 8 Иванов В.А., Королев И.О., Пухова О.В. Критерии качества сы- рья в технологиях разработки торфяных месторождений…………… 15 Мисников О.С. Метод нанесения органических гидрофобно- модифицирующих пленок на минеральные дисперсные материалы.. 19 Федотова С.А. Применение универсальной техники для добычи торфа 26 Хрипович А.А. Некоторые аспекты комплексной технологии пере- работки торфа………………………….................................................... 30 Гамаюнова А.Н., Беляков В.А., Гамаюнов С.Н. Разработка технологической схемы добычи торфа на участках малой мощности 34 Гнеушев В.А., Стадник А.С., Филипчук В.Л. Методологические основы создания «экологически щадящих» технологий и оборудо- вания для добычи и переработки торфа ……………………………... 40 Стадник А.С., Гнеушев В.А., Рыбак И.И. Влияние влажности высокозольного торфа на эффективность пневматической сепарации… 47 Миронов В.А., Софьин О.Е. Расчет НДС оснований с учетом рео- логических свойств грунтов………………………………………….... 53 Бондарев Ю.Ю., Иванов С.Л. Технологический модуль для про- изводства окускованного топлива из торфяного сырья…………….... 59 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭНЕРГЕТИКИ Бельская Г.В. Социально-экономические и экологические пре- имущества биогазовых технологий в Республике Беларусь………… 62 Берлинтейгер Е.С. Использование флокулянтов для обезвожива- ния угольных шламов………………………………………………….. 65 Голубев В.П., Благовещенская Т.С., Карпович В.А. Разработка инновационного метода микроволнового обезвреживания медицин- ских отходов……………………………………………………………. 68 Зеленухо Е.В., Басалай И.А., Зенович-Лешкевич-Ольпинская А.Ю. Природоохранный аспект использования детандер-генераторных установок при производстве энергии……………………………….... 75 Пашкевич М.А., Данилов А.С. Смирнов Ю.Д. Использование малогабаритных беспилотных летательных аппаратов в целях эко- логического мониторинга……………………………………………… 79 560 Дун А.А., Никитин С.И., Еркин А.П., Голубев В. П. Непрерывная очистка технологических жидкостей: технологии и оборудование 85 Зубков А.А., Шуленина З.М., Воробьев А.Е. Основы экологиче- ски чистой и ресурсосберегающих технологий переработки мине- рального сырья………………………………………………………… 89 Ковшов С.В., Сафина А.М., Асаналиева О.А., Ковшов В.П., Тимкаев И.Ф. Пространственно-территориальные аспекты пыле- подавления на основе парогенерации……………………...…………. 96 Куликова М.А., Конева Т.А. Инженерно-экологические меропри- ятия по снижению негативного воздействия на атмосферный воздух г. Новочеркасска завода строительных материалов ………....………. 100 Куликова М.А., Попова Ю.А., Суржко О.А. Инновационный спо- соб рекультивации и реабилитации промышленных территорий ….. 106 Волков А.В. Системные основания анализа и прогноза сбалансированного развития тульского края…………………………. 112 Лаптёнок С.А., Морзак Г.И., Левданская В.А., Карпинская Е.В., Гордеева Л.Н., Осипов А.В. Географические информационные системы для решения сетевых пространственных задач в промыш- ленной экологии……………………………………………….………. 120 Лаптёнок С.А., Морзак Г.И., Хорева С.А., Левданская В.А, Карпинская Е.В., Гордеева Л.Н., Осипов А.В. Географические информационные системы для трехмерного моделирования про- цессов, протекающих в атмосферном воздухе……………..……….. 125 Волков А.В. Экологические ограничения социально-экономи- ческого развития тульского края……………………………................. 130 Вакунин Е.И., Лебедев А.М., Коряков А.Е., Овчарова А.Н. Осо- бенности формирования радиологического состояния территорий и оценка коллективной дозы облучения………………………………. 138 Вакунин Е.И., Коряков А.Е., Туляков С.П., Нечаева О.А. Ком- пьютерное моделирование выделения пыли при перегрузке сыпу- чих материалов………………………………………………………….. 145 Левданская В.А., Шавяка Е.В. Установление класса опасности за- грязнения почвы в придорожной полосе городской автомагистрали 150 Пашкевич М.А., Чукаева М.А. Оценка состояния водных объек- тов в зоне воздействия ОАО «Апатит»……………………………….. 154 Щербакова А.В., Морзак Г.И., Ролевич И.В. Совершенствование технологии регенерации отходов синтетических и минеральных масел ……………………………………………………………………. 158 Ушаков А.Г., Брюханова Е.С., Ушаков Г.В. Переработка техно- генных материалов угольных предприятий с получением твердого топлива………………………………………………………………….. 163 561 Куликова М.А. Экологическая безопасность при переработке и утилизации концентрированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных предприятий………………………………... 170 Рожков В.Ф., Соколова С.С. Интенсивности пылеобразования от поверхностных комплексов и породных отвалов угольных шахт 176 Кудряшова А.Г., Выгузова М.А. Использование биотехнологий при решении проблем энергетического и экологического характера в Удмуртской Республике……………………………………………… 180 Кузнецов В.С. Способ снижения пылевыделения с поверхности хвостохранилища ………………………………………………………. 183 Аронбаев С.Д., Насимов А.М., Аронбаев Д.М., Васина С.М. Ин- новационные подходы в решении некоторых экологических про- блем при добыче и переработке урановых руд……………………….. 188 Кацило В.В. Решение проблемы утилизации буровых шламов, об- разующихся при довыработке месторождений западной сибири по технологии наклонно-направленного бурения……………………….. 193 Лытаева Т.А., Пашкевич М.А. Целесообразность переработки пылевидных отходов электрометаллургического производства……. 198 Кашинцева Л.О., Тимофеева В.Б., Хрупачев А.Г., Кашинцева Л.В. Методика расчёта безопасного стажа работы при контакте с виброакустическими факторами производственной среды................. 202 Кофанов А.Е., Кофанова Е.В. Экологические аспекты реструкту- ризации предприятий угольной промышленности…………………… 209 Березовский М.Ю., Кофанов А.Е., Кофанова Е.В. Инженерно- компьютерные технологии рекультивации загрязненных территорий 214 Жалкенова С.Т., Сарсекеева Г.С, Сариева Д.З., Рамазанова М. К вопросу об экологической безопасности …………………………... 217 Матвеева В.А. Использование вермикулита в качестве сорбента для очистки производственных сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК»….. 220 Мурашева А.А., Коновалов В.Е., Лепехин П.А. Особенности формирования зон с особыми условиями использования в горно- промышленных комплексах …………………………………………... 225 Романенко М.М., Куценко С.В., Патрушева Л.И., Романенко А.В. Формирование местной схемы экосети на примере Новобугского района Николаевской области Украины……………………………….. 233 Русакова Т. И. Анализ пылевого загрязнения атмосферы от авто- транспорта………………………………………………………………. 237 Хан В.А., Сариева Д.З., Жалкенова С.Т., Отарбаева Л.С. Про- блемы экологической безопасности процессов в нефтегазовой от- расли в условиях предприятий Казахстана………………………….. 244 562 Свамбаев Ж.А., Свамбаев Е.А., Тусупбекова С.Т., Султанбе- ков Г.А., Свамбаев А.С. Контроль радиации и методы обеспече- ния безопасности среды обитания…………………………………….. 251 Смирнякова В.В., Нелюхина В.А. Оценка воздействия предпри- ятий угольной отрасли на окружающую природную среду……….. 255 Стриженок А.В. Способ снижения аэрозольного загрязнения атмо- сферного воздуха в процессе формирования намывных техноген- ных массивов………………………………………………………….. 260 Струков В.Б., Медведев А.В., Демидова Е.В. Применение много- факторного анализа загрязнения почвенного покрова для оценки качества земельных участков………………………………………….. 264 Холковский Ю.Р. Дискретно-интерполяционный подход при мо- делировании многопараметрических экологических систем………... 268 Хрупачев А.Г., Кашинцева Л.В., Кашинцева Л.О., Климова Д.О. Методология расчета дозовой нагрузки и допустимого стажа работы при контакте с вредными производственными факторами…. 272 Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Анализ и оценка экологи- ческого риска в системе прогнозирования техносферной безопасности. 277 Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Экологическая безо- пасность региона в современных условиях………………………….. 284 ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Чергинец О.А., Колокольникова А.И. Об энергосбережении в автоматизированных системах управления зданиями……………….. 288 Басалай И.А., Зеленухо Е.В., Кацило В.В. Определение эффек- тивности использования отсева фрезерного торфа в качестве топли- ва мини-ТЭЦ торфобрикетного завода………………………………... 295 Горфин О.С., Калябина М.В., Михайлов А.В. Эффективность ис- пользования торфа повышенной влажности в топках котельной ТБЗ... 301 Маркова Т.А., Демин В.К., Чибисова П. К вопросу об автомати- зации котельного агрегата…………………………………………….. 306 Касобов Л.С., Таштабанов Д.Ф., Иноятов М.Б., Давлатшоев Д.Д, Ахьёев Дж.С. Создание системы многуровневой противоава- рийной автоматики на современном уровне………………………….. 313 Киргизов А.К., Давлатшоев Д.Д., Иноятов М.Б. К вопросу о форми- ровании стока рек районов Памира при проектировании малых ГЭС… 321 Клименко Л.П., Воскобойникова Н.А. Энерго- и ресурсосбереже- ние при комплексном использовании солнечной и ветровой энер- гии в условиях юга Украины…………………………………………. 325 563 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ Жихарев А.А. Зависимость коррозии металлической арматуры от различных факторов в керамзитобетоне……………………………… 330 Елькин А.В., Выровой В.Н. Механизмы направленного наведения остаточных деформаций в строительных конструкциях…………….. 333 Зиборов Л.А., Теличко В.Г. Исследование прочности при сжатии с растяжением бетона В-30…………………………………………….. 339 Делягин М.Ю., Трещёв А.А. Расчет шарнирно опёртой сферической оболочки из разносопротивляющегося материала на термомеханиче- ское воздействие в связанной постановке при конечных прогибах……. 343 Делягин М.Ю., Теличко В.Г., Астахов Д.С. Определяющие соот- ношения термоупругих изотропных существенно нелинейных раз- носпротивляющихся материалов……………………………………… 351 Трещев А.А., Неделин А.В., Злобин С.Ф. Деформирование арми- рованных балок-стенок из нелинейного материала с учетом трещин 357 Березовский Н.И., Воронова Н.П., Костюкевич Е.К., Грибкова С.М., Лесун Б.В. К вопросу использования местных видов топлива в производстве пористых строительных материалов 366 Березовский Н.И., Воронова Н.П., Костюкевич Е.К., Гриб- кова С.М., Лесун Б.В. Возможность расширения интервала пригод- ности минерального сырья………………………………...........……… 372 Борщевский С.В., Михеева А.А. Совершенствование технологии производства бетонной смеси для подземных сооружений…………. 379 Елькин В.В., Мартынов В.И. Комплексная активация вяжущего и растворной смеси в технологии ………………………………………. 385 Прудков Е.Н., Гордеева А.Н. Разработка составов мелкозернистых бетонов с нанодобавками при прогнозировании прочностных свойств 392 Фидровская Н.Н. Влияния краевых шпангоутов на прогиб стенки цилиндрической оболочки……………………………………………... 396 Кузнецова Г.В., Голосов А.К, Морозова Н.Н. Отходы дробления горных пород, как кремнезёмистый компонент в производстве си- ликатного кирпича……………………………………………………… 401 Прудков Е.Н., Закуражнов М.С. Многокомпонентный наномоди- фицированный мелкозернистый бетон……………………………….. 405 Шульженко Н.А. Управление проектами и деятельностью строи- тельных предприятий и фирм бюджетным методом………………… 411 Шерешевский М.Б., Теличко В.Г. Конечно-элементная модель для исследования напряженно-деформированного состояния обо- лочек средней толщины……………………………………………….. 419 Шипулин Н.А. Разработка моделей и методов управления в линей- ных структурах строительства пусковых объектов…………………... 427 564 Пушилина Ю.Н., Исаев А.О. Фундамент утепленная шведская плита 431 Пушилина Ю.Н., Котенева О.В. Способы дополнительного утепле- ния стен жилых зданий к вопросу об энергосбережении……………….. 434 Криворучко А.В. Совершенствование механизма устойчивого раз- вития строительной компании…………………………………………. 437 Теличко В.Г., Ходорович П.Ю. Решение задачи о давлении на полупространство………………………………………………………. 445 Трещев А.А., Теличко В.Г., Ходорович П.Ю., Царев А.Н. Моде- лирование напряженно-деформированного состояния грунтовых оснований……………………………………………………………….. 449 Трещев А.А., Лисицкий В.С. Потенциал деформаций для нелиней- но ортотропных разносопротивляющихся материалов………………… 454 Ермолович О.В., Ермолович Е.А. Исследование трещиностойко- сти закладочных композитов................................................................... 459 ОБРАЗОВАНИЕ Морзак Г.И., Ролевич И.В., Зеленухо Е.В. Образование в области экологии и радиационной безопасности на кафедре «Экология» БНТУ с целью устойчивого развития…………………………………. 462 Копылов А.Б. Техническое и горное образование в России. Вчера, сегодня. Завтра? Цифры и факты……………………………………… 469 Копенкина Л.В. Роль дисциплины «история науки и техники» в подготовке специалистов торфяного профиля……………………….. 485 Хоменко С.А., Зубакина О.А. Использование современных инно- вационных технологий в формировании речевых грамматических навыков у студентов технических специальностей………………….. 489 Митрясова Е.П. Развитие содержания экологического образования на основе интеграции знаний…………………….......………………... 494 Мартынюк С.С., Сидорская Н.В., Скуратович И.В. Формирование экологической компетенции у студентов инженерных специальностей 501 Ковалев Р.А., Соколова С.С., Рожков В.Ф. Организация нормо- контроля выпускных квалификационных работ технического про- филя на выпускающих кафедрах………………………………………. 505 Цыбуленко П.В., Кукса А.Н. Твердые полезные ископаемые Рес- публики Беларусь и перспективы подготовки инженерных кадров для их использования…………………………………………………... 510 Цыбуленко П.В., Федотова С.А. Фактор интеграции отраслевой и вузовской науки в развитии горного образования…………………… 513 Туляков С.П., Коряков А.Е., Нечаева О.А. К вопросу построения обучающих информационных систем………………………………… 515 Филатова О.И. Современная аудиторная лекция в пространстве модернизации вузовской системы образования …………………….. 521 Сурунтович Н.В. Формирование высококвалифицированной лич- ности студента БНТУ посредством профессионально ориентиро- ванного чтения на иностранном языке………………………………... 528 Зубакина О.А., Матусевич О.А. К вопросу формирования комму- никативной компетенции у студентов технических университетов 531 Шульженко Н.А. Проблемы и перспективы подготовки архитекто- ров и строителей в условиях многоуровневого обучения………… 535 Бурдо Г.Б., Виноградов Г. П. Субъективные оценки убежденности агента в адекватности представлений о предметной области в зада- чах САПР………………………………………………………………. 539 Вакунин Е.И., Коряков А.Е., Продиус Е.М. Разработка про- граммного обеспечения виртуальной лабораторной работы “Произ- водственная вибрация”…………………………………………………. 544 Кунцевич С.Е., Хоменко Е.В. Специфика употребления термино- логических языковых средств в семантико-прагматической струк- туре научных текстов различной жанровой принадлежности…….. 552 Научное издание Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики Минск – Тула – Донецк 29–31 октября 2013 г. В 2 томах Том 2 Редактирование и компьютерная верстка И.А. Басалай Подписано в печать 11.12.2013. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 32,90. Уч.-изд. л. 25,73. Тираж 50. Заказ 1296. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.