CC BY
148
--© В.В. Моссйкин, A.M. Гальперин,
В.Д. Ермолов, В.С. Круподсров, 2013
В.В. Мосейкин, А.М. Гальперин, В.А. Ермолов, B.C. Круподеров
АНАЛИЗ СИТУАЦИИ C ГОРИОПРОМЫШЛЕИНЬМИ ОТХОДАМИ (ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)
Рассмотрены геоэкологические аспекты проблемы горнопромышленных отходов, формирующих техногенные массивы, их воздействие на природные среды окружающей среды при производстве геологоразведочных работ и разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами. Ключевые слова: горнопромышленные отходы, техногенные массивы, негативное воздействие, окружающая среда.
Состояние проблемы с горнопромышленными отходами. Общее количество ежегодно перемешаемой на планете горной массы превышает 100 млрдт. Результат такого воздействия — формирование техногенных массивов (ТМ) — искусственно созданных в природных ландшафтах геологических тел, представленных горными породами (отвалы и гидроотвалы), отходами рудообогашения (хвостохранилиша), золами, шлаками, шламами.
Горнопромышленный комплекс России (ГПК) — один из крупнейших источников нарушения земель и загрязнения окружающей среды (ОС). Ежегодно ГПК страны выбрасывается в атмосферу около 50 млн т вредных веществ, сбрасывается в водоемы более 2 млрд м3 загрязненных сточных вод и складируется на поверхности земли более 8 млрд т твердых отходов. К числу негативных экологических последствий формирования ТМ следует также отнести сокрашение плошадей земель сельскохозяйственного пользования, изменение природных ландшафтов и загрязнение почв, развитие эрозионных процессов, изменения состояния и свойств горных пород оснований ТМ, гидрологического и гидрогеологического режимов, возникновение горно-геологических процессов и явлений, носяших порой катастрофический характер.
Сложившаяся в РФ ситуация в области обращения с отходами ведет к опасному загрязнению ОС и создает реальную угрозу здоровью населения.
Современное состояние горной промышленности требует развития ресурсосберегающих и экологически чистых технологий, что подразумевает полноту извлечения запасов, обеспечение добычи сопутствующих полезных ископаемых, снижение вредного воздействия горных работ на окружающую среду, восстановление и возврат нарушенных земель [1].
Геологоразведочные работы и ОС. Любая природная система стремится к сохранению своего состояния и обладает некоторой устойчивостью относительно внешних факторов. Экологическая устойчивость — способность экосистемы противостоять техногенному воздействию без изменения своих основных параметров, вымирания или деградации отдельных компонентов. Экосистема — сообщество живых существ и сред их обитания, объединенное в единое функциональное целое.
ОС — среда обитания и производственной деятельности человека. Основные компоненты ОС: литосфера (включая почвы), гидросфера, атмосфера и биосфера. Важная составная часть ОС — подсистема геологическая среда — совокупность горных пород, подземных и поверхностных вод, газов, организмов и продуктов их преобразований. Помимо основных компонентов ОС на геологическую среду активно воздействуют климат, рельеф, растительный покров и человечество.
Разность между существующей и предельно допустимой нагрузкой характеризует экологический резерв системы.
По результатам комплексной оценки экологической обстановки и прогнозу возможных ее изменений производится регулирование качества окружающей среды. Важный элемент такого регулирования — определение допустимых нагрузок на окружающую среду.
Допустимое техногенное воздействие [2, 3] складывается из отдельных однородных и разнородных воздействий, не влияет на качество окружающей среды или допускает ее изменение в определенных пределах. Оно не разрушает существующую экосистему и не вызывает неблагоприятных последствий у важнейших ее популяций и в первую очередь у человека.
В настоящее время нет единой методики комплексной оценки состояния ОС. Существуют лишь интегральные оценки отдельных компонентов — почвы, воды, воздуха, по определенным группам показателей — геохимических, биологических, санитарно-эпидемиологических.
К наиболее опасным видам техногенного воздействия на ОС относится загрязнение токсичными элементами и их соединениями. При этом важная роль принадлежит геохимической оценке, которая должна учитывать естественную фоновую дифференциацию территории, отражать изменение параметров, влияющих на формирование геохимической обстановки и миграцию элементов, определять способность системы накапливать или рассеивать химические элементы, устанавливать степень концентрации элементов в различных компонентах среды, характеризовать интенсивность техногенеза.
Проведение геологоразведочных работ (ГРР) на месторождении требует строительства грунтовых дорог, подъездов и площадок; поселков для проживания, объектов инфраструктуры геологоразведочного предприятия (складов ВВ, ГСМ, гаражей, ремонтных мастерских, кернохранилищ, и др.). ГРР осуществляются бурением скважин, проходкой горных выработок; формированием отвалов канав, шурфов и штолен; сопровождаются загрязнением вод поверхностного и подземного стока; газово-пылевым загрязнением атмосферного воздуха и др.
Интенсивность и объемы ущерба окружающей среде ГРР определяются стадией поисков или разведки, принятой методикой разведки и плотностью разведочной сети, что связано, прежде всего, с объемами горно-буровых работ на месторождении и перемещаемыми при этом объемами горных пород и руд. В процессе поисков и разведки месторождений нарушается, пусть и в несопоставимых с разработкой полезных ископаемых масштабах, природное равновесие экосистемы. Основными видами негативного воздействия ГРР на площади месторождения являются механические нарушения ландшафта и загрязнение элементов ОС техногенными источниками.
Прогноз состояния отдельных компонентов природной среды (атмосферного воздуха, воды, почвы) основывается на стандартах, определяющих допустимые пределы выбросов вредных веществ, качество сырья и природной среды. В по-
следнем случае имеется в виду предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДК характеризует такую концентрацию загрязняющего вещества, которая не оказывает вредного воздействия на человека. Нормативные величины допустимой антропогенной нагрузки на компоненты природной среды определяются исходя из различных критериев.
В России используются нормы ПДВ и ПДС предельно допустимых выбросов и сбросов для каждого предприятия, устанавливаемые с таким расчетом, чтобы суммарное загрязнение воздуха или воды от всех источников в данной местности находилось в пределах ПДК. Определение параметров и описание методов расчета приведено в работе [3].
ГРР — первый значительный шаг нарушения равновесного состояния компонентов окружающей природной среды. Если на месторождении осуществляются разведочно-эксплуатацион-ные работы, что происходит при геолого-экономической оценке ряда месторождений, то воздействие на экосистему возрастает в несколько раз. При разработке месторождений негативная нагрузка на компоненты природной среды возрастает на несколько порядков и становится в ряде случаев экологически опасной.
Экологические проблемы разработки месторождений. Крупное горное производство сконцентрировано в 7 из15 районов страны с крайне неблагополучной экологической обстановкой, в 5 — добыча совмещена с переработкой минерального сырья. В ряде районов Урала и Кузбасса высокая загрязненность и деградация природной среды достигли критических значений, тяжелая обстановка сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном экономических районах, Кольском полуострове, в Прикаспии, Приангарье, Норильском районе и на Ямале.
Причина нарушения экологического равновесия на половине изъятых для промышленного использования земель — разработка месторождений и связанные с ней негативные воздействия на ОС.
В современных условиях в основу выбора способа разработки месторождения должен быть положен экологический принцип — постоянного восстановления нарушаемой окружающей среды по мере освоения месторождения.
Необходимо переосмыслить на новой концептуальной базе достоинства и недостатки способов разработки месторождений, поскольку существующая относительно кратковременная оценка не может учесть всей полноты необратимых процессов долговременного изменения экологической ситуации. Другими словами обоснованию проектных решений по разведке и разработке месторождения или реконструкции действующих ГОКов должна предшествовать разработка общей стратегии освоения месторождения открытым, подземным, физико-химическим и комбинированными способами с приоритетом экологического фактора, т.е. любой проект разработки необходимо подвергать экологической экспертизе.
Критерием экологической оценки технологических решений предлагается комплексный показатель, учитывающий совокупность воздействия горных работ на состояние: массива горных пород, подземных вод, почвы, флоры и фауны, воздушного и водного бассейнов [4, 5]. Значение каждого из этихфакторов определяется экспертным путем. В свете экологических проблем ряд традиционных технологических решений может приобрести иную трактовку.
Правовые и экономические аспекты проектирования горных предприятий в связи с экологическими факторами отражены в ряде государственных нормативных документов.
Экологические аспекты открытой разработки месторождений. В связи с ухудшением горно-геологических условий разработки месторождений во времени, неуклонно наблюдается нарастание объемов отходов горного производства и негативных экологических последствий добычи минерального сырья во всех отраслях.
Территории, на которых фиксируют ухудшение состояния ОС вследствие деятельности горнорудного предприятия, распространяются далеко за пределы земельного отвода. Земельный отвод для горного предприятия, как правило, в 2—10 раз превышает площадь карьера. При разработке крупных месторождений размеры среднего карьера составляют приблизительно 1x2 км или 2—3 тыс. га, а земельный отвод, требуемый для размещения не только карьера, но и отвалов, промплощадки, транспортных коммуникаций и обогатительной фабрики может достигать размеров 5x10 км или 10—50 тыс. га. Протяженность
зоны загрязнения атмосферы может составлять 10—15 км, радиус зоны нарушения гидробаланса — десятки километров.
Для открытой разработки месторождений отчуждаются обширные площади пахотных земель, сельскохозяйственных угодий, экологически уязвимых пойменных, таежных, тундровых и других участков (табл. 1).
Возникновение карьерных впадин, провалов и депрессий в районах подземных разработок, а также отвалов и отстойников приводит к необратимым ландшафтным изменениям, а нарушения гидрогеологического режима — к образованию де-прессионных воронок в окрестностях крупных карьеров, рудников и шахт. О масштабах, изымаемых для нужд горного производства земель и объемах складируемых отходов, загрязняющих ОС, можно судить по параметрам хвостохранилищ ряда ГОКов (табл. 2).
Загрязнение атмосферы при открытых горных работах. Источники загрязнения атмосферы подразделяются на точечные, линейные и площадные, а по времени воздействия на периодические (взрывные работы) и постоянные (непрерывно действующие).
Загрязненность атмосферы при открытой разработке связана с основными технологическими процессами и объектами, являющимися главными источниками ее загрязнения.
Таблица 1
Площади земельных отводов ряда крупных горных предприятий страны
Горное предприятие
Земельный отвод, га
Учалинский ГОК Полтавский ГОК Михайловский ГОК
6900 6080 4785 7667 4034 3380 10096 1800 6120 1050 4070 3800
Коршуновский ГОК
Ингулецкий ГОК Гайский ГОК
Лебединский ГОК Башкирский МСК Стойленский ГОК Качканарский ГОК
Назаровский угольный разрез Урюпинский угольный разрез
Таблица 2
Параметры хвостохранилиш ряда ГОКов черной металлургии России
Горнообогатительный комбинат Площадь хранилища, га Проектная высота ограждающих дамб, м Вместимость на конец эксплуатации, млн м Общий выход хвостов, 3 млн м в год
Оленегорский 1000 55 400,0 6.37
Ковдорский 770 6,5 315,0 5,07
Костомукшский 3410 22,3 410,0 10,0
Михайловский 2250 52 350,0 12,32
Лебединский 1080 94,5 567,0 19,35
Масштабы газовыделения и пылеобразования при ведении горных работ в глубоких карьерах при определенных метеоусловиях бывают столь значительны, что приводят к необходимости прекращения работ на определенное время. Такие ситуации имели место в Асбестовском, Коркинском, Гороблагодат-ском, Сарбаевском, Соколовском, Аксайском, Зыряновском карьерах.
При открытых горных работах наибольшее пылеобразо-вание происходит в процессе массовых взрывов, при бурении скважин без пылеулавливания, при погрузке сухой горной массы экскаваторами, особенно роторными, при работе камнерезных машин.
Постоянно действующими источниками пыли на карьерах с автотранспортом являются автодороги, на долю которых приходится до 70—90 % выделяемой на карьере пыли.
Бурение взрывных скважин с удалением буровой мелочи сжатым воздухом вызывает интенсивное выделение пыли, а при использовании станков огневого бурения — вредных газов. Количество твердых частиц, выделяющихся при работе буровых станков, оснащенных системами пылеулавливания, определяется по формуле [6]:
Мб = 0,785^- V • р • т/год,
где d — диаметр скважины, м; Уб — скорость бурения, м/ч; р — плотность буримой горной породы, т/м3; Т — годовое количе-
ство рабочих часов станка, ч/год; г — эффективность средств пылеулавливания, доли единицы.
Для расчета нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) масса твердых частиц (г/с) определяется по формуле: Мб' = 0,785d2- V6 • р (1-г)-103/3,6, г/с.
Взрывные работы на карьерах осуществляются в основном посредством проведения массовых взрывов. При взрыве ВВ весом 200—300т объем пылегазового облака достигает 20 -23 млн м3 при содержании в нем пыли до 17х103 мг/м3. Распространение облака при этом достигает высоты 200—300 м и значительная часть облака выходит за пределы карьера до нескольких километров. Минеральная пыль, оседая на земную и водную поверхность, вызывает глубокие изменения в биологических свойствах природных сред и отрицательно влияет на эстетику ландшафта и состав почв в окрестностях карьеров. Суточный расход ВВ на ряде карьеров достигает 20 т с соответствующим выделением условной окиси углерода до 800 м3/сут. Выброс газов в атмосферу в мире при ведении взрывных работ превышает 8 млн т/год.
При ветреной сухой погоде большое количество пыли сдувается с поверхностей карьеров и особенно отвалов.
Загрязнение атмосферы газами происходит не только в результате взрывов, но также при выделениях газов из горных пород, особенно при самовозгорании и окислении руд, а также в результате работы машин с двигателями внутреннего сгорания.
При проведении массовых взрывов в газопылевое облако в расчете на 1кг ВВ поступает от 80 до 300 г пылевого аэрозоля с частицами размером менее 20 мкм [7]. Исследованиями [8] установлено, что при типичном взрыве 1000 т ВВ высота облака газопылевой смеси достигает 700 м, а масса пыли — 300 т. При добыче и переработке железистых кварцитов в воздушный бассейн промышленной зоны Лебединского ГОКа ежегодно поступает более 13,5 тыс. т вредных твердых и 6,5 тыс. т газообразных выбросов.
На Лебединском карьере при массовых взрывах 1000 т ВВ ареал выпадения частиц размером 100 мкм (с учетом розы ветров) составляет 15—20 км, а время нахождения частиц в атмо-
сфере 1 час. Частицы пыли размером до 10 мкм могут находиться в атмосфере до 2—3 суток и в зависимости от силы ветра опускаться на землю на максимальном расстоянии от места взрыва — до 1000 км [9].
В результате в Старо-Оскольском железорудном районе сформировалась зона аномального запыления эллипсовидной формы по длинной оси до 40 км, фиксируемая с 1990 г. на космических снимках. Анализ банка данных НИИКМА показывает, что вокруг промышленной площадки Лебединского ГОКа на удалении 150 и 300 м ежегодно оседает соответственно 607 и 469 кг пыли на 1 га земли; в 150 м от карьера оседает около 1т пыли, а на расстоянии 1, 2, 3, 4 км — соответственно 401, 226, 97 и 47 кг/га. Это способствует формированию техногенных аномалий Ре, Си, 2п в почвах, так в пахотном горизонте чернозема вокруг Лебединского ГОКа содержание Ре превышает 6 %, что свидетельствует о процессах ожелезнения и деградации почв.
Основные направления борьбы с пылью и газами — предупреждение их образования и подавление вблизи источника. Использование пылеуловителей на буровых шарошечных станках, например, снижает выделение пыли с 2000 до 35 мг/с. Покрытие автомобильных щебеночных дорог пылесвязующими веществами снижает пылевыделение на 80—90 %. Срок обеспыливания дорог при применении воды составляет 1,5 ч, сульфатно-спиртовой барды 120 ч, а жидких битумов (типа «Универсин») 160—330 ч.
Снижение пылевыделения с породных отвалов достигается благодаря их рекультивации, покрытию пылесвязующими растворами и эмульсиями, посеву многолетних трав и ряду других мероприятий.
Пыление поверхности отвалов и хвостохранилищ наносит значительный урон окружающей среде. Например, только с отвалов Лебединского ГОКа ежегодно сдувается около 200 тыс. т пыли.
Для закрепления поверхностей хвостохранилищ и отвалов используются водные растворы полимеров и полиакриламида с расходом 6—8 л/м2 или битумная эмульсия концентрации 25— 30 % с расходом 1,2—1,5 л/м2. Нанесение закрепителей мо-
жет осуществляться с помощью поливочных машин или автогудронаторов и даже применяться орошение с вертолетов. Срок службы закрепителей составляет 1 год.
Эндогенные пожары, т. е. пожары от самовозгорания, в карьерах и на отвалах пустых пород также являются одной из причин запыленности и загазованности атмосферы. Эндогенные пожары возникают в угольных целиках, угольных навалах, отвалах пустых пород, к которым примешан уголь. Способствует самовозгоранию угля послойный порядок отработки мощных пластов, использование разрыхленной горной массы в качестве основания для железнодорожных путей. Для профилактики пожаров применяется нагнетание воды в угольный массив, заливание откосов угольных уступов и поверхности отвалов, покрытие их глинистой коркой, а также изменяют технологии выемки угля, чтобы уменьшить время контакта обнаженных угольных пластов с воздухом.
Борьба с пылегазовыми выделениями при массовых взрывах осуществляется путем вентиляторного или гидромониторного создания водо-воздушного облака. Уменьшение выделения количества газов и пыли достигается за счет сокращения числа взрываемых скважин, применения гидрогелей для забойки скважинных зарядов, а также при производстве взрывов во время дождя или снегопада. Интенсивность пылевыделения при работе экскаваторов, в процессе выгрузки, перевалки, дробления пород сокращается благодаря увлажнению горной массы, орошению с применением растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) [10].
Загрязнение гидросферы при открытых горных работах. На состояние гидросферы в районах ведения горных работ оказывают влияние природные и техногенные факторы. К природным факторам относятся климат, почвы, леса и т. д. Лесам принадлежит большое водоохранное и почвозащитное значение. Они уменьшают величину поверхностного стока талых и дождевых вод, обеспечивают дополнительное питание водоемов, оказывают значительное влияние на формирование подземного стока. Леса предохраняют поверхность земли от водной эрозии, водоемы от заиления продуктами смыва, а берега рек от разрушения.
Техногенные факторы — производство человеком горных работ — влияют на состояние гидросферы по двум главным направлениям:
1. Изменение гидрогеологического режима поверхностных и подземных вод,
2. Загрязнение вод поверхностного и подземного стока отходами горного производства и бытовыми отбросами.
Разработка полезных ископаемых открытым способом ведет к резкому нарушению естественной гидравлической обстановки в сторону понижения уровня и напора подземных вод и образованию вокруг карьеров депрессионных воронок. В процессе строительства карьера, основных технологических объектов и разработке месторождения открытым способом возникает необходимость осушения пород и горных выработок, что осуществляется системой водопонизительных скважин или специальными дренажными работами. Кроме того, часто принимаются решения и по отводу поверхностных вод.
Сокращение количества сточных вод и их очистка — основные мероприятия по охране водных ресурсов. Производство горных работ связано со сбросом значительных объемов загрязненных вод, получаемых при осушении месторождения, в результате водоотлива из карьера, дренажа отвалов, шламо- и хвостохранилищ, стоков обогатительных фабрик и других процессов.
Подземные воды, вступая в контакт с горными породами, приобретают повышенную кислотность, увеличивают концентрацию ионов тяжелых металлов меди, цинка, свинца и различных солей в своем составе. Атмосферные осадки, проходя через тело отвала, гидроотвала, хвостохранилища приобретают свойства рудничных вод.
Очистка загрязненных вод осуществляется: осветлением, нейтрализацией и обеззараживанием. Осветление достигается путем отстаивания или фильтрации воды. Отстаивание осуществляют в водоотстойниках различной конструкции, а фильтрацию — с помощью фильтров из кварцевого песка, дробленого гравия, коксовой мелочи и др.. Загрязненные воды часто содержат мелкодисперсные и коллоидные частицы, которые не осаждаются даже в неподвижном потоке и не задерживаются в фильтрах, поэтому в воды добавляют коагулянты, переводящие
частицы в относительно крупные хлопья. Сокращение количества сточных вод достигается в технологических процессах благодаря применению оборотного водоснабжения и более совершенной техники и технологии обогащения.
Снижение техногенной нагрузки на гидросферу применительно к условиям Лебединского ГОКа достигается созданием объединенного гидроотвально-хвостового хозяйства, цель создания которого рациональное складирование хвостов и снижение безвозвратных потерь воды из хвостохранилища, для чего был разработан метод посекционного заполнения хвосто-хранилища с объединением прудов-осветлителей гидроотвала и хвостохранилища.
Природоохранная технология формирования намывных массивов, разработанная в МГГУ [11, 12], открывает возможность экономии водно-земельных ресурсов при возведении намывных сооружений — гидроотвала и хвостохранилища. За счет создания системы связанных дренажных элементов в намывных массивах сокращаются пути фильтрации воды в слабопроницаемых хвостах и отложениях гидроотвалов и потребность в технологической воде для подпитки гидроустановок. Экономия земельных площадей от внедрения природоохранной технологии для объектов Лебединского ГОКа составляет около 500 га.
Для гидроотвально-хвостового хозяйства ЛГОКа создана единая система оборотного водоснабжения как для технологии обогащения и окомкования, так и гидровскрышных работ в карьере. Для восполнения безвозвратных потерь воды в системе используются шахтные воды дренажного комплекса карьера и сточные воды губкинских городских очистных сооружений, что обеспечивает снижение потерь воды и позволяет отказаться от дальнейшего затопления земель Староос-кольским водохранилищем т.е. ограничиться отметкой затопления 136.5 м, вместо проектной 140.5 м. В результате для сельскохозяйственного использования сохранено 2000 га пахотных земель.
Для оценки влияния хвостохранилища ЛГОКа на режим фильтрации подземных вод на прилегающей территории, в том числе в пределах заповедника «Ямская степь», создана региональная гидродинамическая модель, отражающая работу 18
пятнадцати действующих крупных централизованных водозаборов подземных вод с суммарной производительностью около 4000 м3/ч и четырех водозаборов с суммарным дебитом 1900 м3/ч.
Реализация разработанных мероприятий позволила сократить фильтрационные потери из хвостохранилища и уменьшить потребление на технологические нужды свежей воды из Старо-Оскольского водохранилища на 5.1 млн мЗ/год (582.2 м3/ч).
Таким образом, создание объединенного гидроотвально-хвостового хозяйства ЛГОКа — содержит ряд важных природоохранных аспектов направленных на снижение техногенной нагрузки на окружающую среду главного железорудного района страны. Посекционное формирование гидроотвально-хвостового хозяйства ЛГОКа обеспечивает:
• сохранение плодородных земель от затопления водохранилищем,
• увеличивает общую вместимость горных гидротехнических сооружений более чем в два раза,
• проведение поэтапной рекультивации отдельных секций, откосов и берм при внедрении мероприятий по гидрозащите прилегающего заповедника и пылеподавлению.
Рекультивация земель нарушенных горным производством. Общий земельный фонд РФ оценивается в 1710 млн га. Предприятия горнодобывающей и перерабатывающей промышленности и объекты энергетики занимают земли площадью 2,7 млн га. В структуре нарушенных земель более 40 % общей площади занимают земли, нарушенные разработкой полезных ископаемых открытым способом, занятые отвалами вскрышных и вмещающих пород, золо-, шлако-, гидроотвалами и хвостохрани-лищами. В России на 01.01.2007 г. учтено около 1200 тыс. га нарушенных земель.
На железорудных ГОКах площади хвостохранилищ составляют 25—30 % от площади земельного отвода. Общие площади земель, подлежащие рекультивации на ряде горных предприятий, достигают 9—10 тыс. га.
Рекультивация — комплекс работ по восстановлению ценности и продуктивности земель, а также улучшению ОС. На
карьерах она включает горные, мелиоративные, сельскохозяйственные и гидротехнические работы.
Результат рекультивационных работ — создание участков земли, пригодных для сельского и лесного хозяйства, организации зон отдыха, устройства водоемов различного назначения, жилищного и промышленного строительства и т.п.
Рекультивация нарушенных разработкой месторождений земель имеет целью не только их восстановление, но и создание ландшафта, отвечающего потребностям экологического баланса окружающей среды. Работы направлены на ликвидацию различных горных выемок, насыпей, выравнивание участков и землевание, т.е. улучшение почв путем покрытия их плодородным слоем. Одновременно с рекультивацией производятся противоэрозионные защитные мероприятия, т.е. различные инженерно-строительные и гидротехнические работы по созданию дренажных систем, водоемов, зон отдыха. В состав работ входят также мелиорация и различные агротехнические работы по освоению рекультивируемых земель.
Трудоемкость и стоимость рекультивации во многом определяют форма ТМ и его строение. Способ формирования ТМ должен быть селективным, обеспечивающим структуру, при которой в его основании складируют скальные и токсичные породы, выше — индифферентные, затем потенциально плодородные, а на поверхности — плодородные. ТМ токсичных пород должны перекрываться и подстилаться слоями нейтральных глинистых пород, препятствующих загрязнению плодородных почв и геохимическому загрязнению пород подошвы и бортов массива.
Экологические аспекты подземной разработки месторождений. Разработка месторождений подземным способом требует значительно меньших территорий под горный отвод по сравнению с открытыми горными работами, не вызывает столь масштабных нарушений и изменений ландшафтов и инфраструктуры, однако и ей сопутствуют существенные изменения ОС.
Степень нарушения поверхности подземными горными работами зависит от ряда факторов: размеров рудного тела, условий его залегания в толще пород, системы разработки и ее параметров, технологии ведения работ.
В большинстве случаев нарушения поверхности выражаются в формировании прогибов, мульд проседания, а иногда и провалов.
При использовании геотехнологических способов разработки происходят обычно незначительные нарушения поверхности. Этим способам присуще химическое загрязнение верхнего плодородного слоя почв.
Нарушения земной поверхности на рудниках связаны также с необходимостью складирования, выдаваемых из недр и после переработки руд и пустых пород в отвалы и хвостохра-нилища, что принципиально не отличается от их воздействия на ОС рассмотренного для открытого способа разработки месторождений.
Основными мероприятиями по сокращению поверхности отвалов и хвостохранилищ рудника являются: использование пустых пород и отходов обогатительных фабрик для закладки подземных выработок, что одновременно решает и проблему сохранности земель от оседания и провалов над выработанным пространством, а также использование пустых пород для нужднародного хозяйства (строительные материалы, дорожные покрытия, минеральные удобрения, техническая соль и т.д.). Важным направлением является сокращение выдачи пустых пород из-под земли за счет разделительных и усреднительных процессов при очистной выемке.
Кардинально решить вопрос о предотвращении нарушени-ий поверхности при ведении горных работ подземным способом можно только за счет перехода на системы разработки с закладкой.
Подземные горные работы оказывают большое влияние и на гидрогеологию прилегающих территорий. При извлечении значительных объемов полезного ископаемого особенно с использованием систем разработки с обрушением налегающих пород, в зону сдвижения вовлекаются и водоносные горизонты, часто на больших площадях. Подсеченные водоносные горизонты дренируются горными выработками, в результате чего возможны просадки поверхности при дренаже.
Масса вод, которые откачиваются из рудников, оказывает негативное воздействие на состояние гидросферы и почв не только
вблизи места ведения горных работ, но и на прилегающих территориях.
Рудничные воды формируются за счет грунтовых вод, запертых, трещинных и карстовых подземных вод, а также дренирующих вод из гидрографической сети и инфильтрации атмосферных осадков, технологических вод основного производства. Отдельные рудники обычно откачивают из недр от первых до десятков тысяч м3 воды в сутки. Шахтные воды сильно загрязняют поверхность и грунтовые воды, не позволяя использовать почву в традиционных для данного района направлениях. Наиболее распространенные загрязнители рудничных вод — хлористые соединения и свободная серная кислота, которой часто сопутствуют растворимые соли, главным образом, сульфаты ¥в, Си, 2п, Мп, N1 и др. По хлористым и сернистым соединениям, а также содержанию Са, Мд, К рудничные воды превосходят техническую в 5—15 раз, что исключает возможность их использования без предварительной очистки и нейтрализации даже в технологических целях.
Особую опасность из металлов-загрязнителей представляют тяжелые металлы. Накопление их в почве или в воде, особенно, таких как Сё, N1, Мп и др. может быть опасно для всего живого. Еще опаснее накопление Нд, РЬ, Аз, Бв.
Большой ущерб окружающей среде наносит водоотлив и предварительное водопонижение, осуществляемое на рудниках. Откачка вод из шахт изменяет гидрогеологический режим целых районов: на прилегающих территориях исчезают источники, пересыхают колодцы, полностью осушаются водоносные горизонты.
Методы и степень очистки сточных вод должны определяться в зависимости от местных условий с учетом возможного использования очищенных сточных вод для промышленных или сельскохозяйственных нужд.
Проектирование установок для очистки рудничных вод осуществляется на основании исследований и разработки технологии для конкретного рудника и, как правило, не может быть применено к условиям другого предприятия.
Горные предприятия, ведущие подземную разработку, по сравнению с карьерами, оказывают незначительное отрицатель-
ное влияние на атмосферу. Основной источник загрязнения атмосферы — отвалы пустых пород и хвостохранилища, подверженные ветровой и химико-биологической эрозии.
1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Ё.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. — М., Издательство «Научтехлитиздат», 2003, 262с.
2. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. — М., 1984.
3. Справочник по охране геологической среды. Ростов-на-Дону, Феникс, т.1,2, 1996. — 956 с.
4. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам. — М.: Горная книга, 2007, 267 с.
5. Горные науки освоение и сохранение недр земли. Под редакцией академика К.Н.Трубецкого — М., Издательство Академии горных наук, 1997, С. 215—256.
6. Томаков П.И., Коваленко В.С., Михайлов А.М., Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: Изд-во МГГУ, 1994, 419 с.
7. Сластунов С.В., Королева В.Н., Коликов К.С. и др. Горное дело и окружающая среда. М.: «Логос», 2001, 272 с.
8. Певзнер М.Е. Горная экология. М.: Изд-во МГГУ, 2003. 396с.
9. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. М.: Недра, 1990. 238 с.
10. Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1991.
11. Гальперин А.М., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана природных ресурсов. М.: Изд. 419с. — во МГГУ, 2006. т.1,2. 652 с.
12. Гальперин А.М., Кутепов Ю.И., Кириченко Ю.В. и др. Освоение техногенных массивов на горных предприятиях: Монография. — М.: Издательство «Горная книга», 2012, 336 с. ЕШ
Мосейкин В.В. — профессор, доктор технических наук,
Гальперин А.М. — профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой,
Ермолов В.А. — профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет, [email protected] Круподеров B.C. — ВСЕГИНГЕО, [email protected] mb
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
