CC BY
1
37. Lucy M., Reed E., Glick B.R. The use of free-living rhizobacteria stimulating plant growth // Anthony Leeuwenhoek. 2004. Vol. 86. pp. 1-25.
38. The importance of the Bacillus subtilis strain SJ-101 as a bioinoculant for simultaneous stimulation of plant growth and nickel accumulation in Brassica juncea / S. Zaidi, S. Usmani, B.R. Singh, J. Musarrat // Chemosphere. 2006. Vol. 64. pp. 991-997.
39. Byrd G.I., Dixon D.G., Glick B.R. A bacterium that stimulates plant growth and reduces the toxicity of nickel for seedlings // Appendix. Enviton. Microbiol. 2004. vol. 64. pp. 3663-3668.
40. Cultured bacteria resistant to heavy metals and bacteria that promote plant growth in the soil of the V-Ti magnetite mine tailings pond from Panzhihua, China / X. Yu. [et al.] //PLoS One. 2014. Vol. 9. pp. 1-8.
41. The use of phytoremediation and biochar for the restoration of soils contaminated heavy metals: a review / J. Paz-Ferreiro [et al.] // Solid Earth. 2014. Vol. 5. pp. 65-75.
42. Ahmad H., I.K.J., Baharudin N.S. Preliminary study on the removal of heavy metals from acidic synthetic wastewater using a mixture of manure and rice husk // IOP Conf. Ser. Earth Environmental. Sci. 2016. V. 36 (1). 012031.
43. Shah K., Nongkinrich J. Overaccumulation of metals and their biological recovery//Biol. Factory. 2007. Vol. 51. pp. 618-634.
УДК 504.55.054:622(470.6)
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ НАГОРНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В.И. Голик
Рассмотрен спектр вопросов воздействия горного производства на геосфер-ные оболочки окружающей среды. Наибольшее влияние на экосистемы оказывает их химизация растворами мобильных металлов. Детализирована роль основных горнодобывающих предприятий Северного Кавказа в процессах деградации биоты и отличия их в гористых и равнинных условиях. Рекомендован алгоритм экологически корректного горного производства с утилизацией хвостов переработки после их деметаллизации. Вовлечение в переработку источников химизации экосистем окружающей среды способствует упрочнению сырьевой базы предприятий и сохранению от деградации рекреационных регионов Северного Кавказа.
Ключевые слова: экология, горное производство, окружающая среда, катастрофа, экосистема, минеральные отходы, эволюция, природоохранные технологии, добыча руд.
Человек, используя опыт предшествующих поколений, в течение тысяч лет изменяет биосферу. Первоначально это было исчерпание ресурсов живой природы, затем процесс воздействия на ресурсы включил в себя химическое, радиационное, тепловое, шумовое и др. загрязнение биосферы.
Предприятия горных отраслей являются источником воздействия на геосферные оболочки окружающей среды: гидро-, лито-, атмосферу. Отра-
ботка месторождений изменяет химический состав подземных и грунтовых вод, а также создает условия для деформирования поверхности и т.д.
Опасность воздействия горных процессов на среду характеризуется синергетическим характером, при котором развитие первичных процессов порождает другие процессы, создающие больший суммарный эффект, чем простая сумма эффектов.
Сведения о Садонском рудном узле как наиболее представительном из нагорных месторождений приведены в ряде работ [1 - 2]. Методы оценки ущерба экосистем окружающей среды представлены в работах [3 - 5]. Природосберегающих технологиях с минимизацией контактов технологий с минеральными ресурсами анализируются в работах российских и зарубежных исследователей [6 - 7]. Технологии извлечения металлов из хвостов преработки руд предлагаются в трудах [8 - 10], проблемные вопросы обращения с минеральными образованиями на этапе перехода к циркулярной экономике - в работах [8 - 10].
Целью исследования является развитие представлений об экологизации технологий подземной разработки нагорных рудных месторождений.
Основу исследования составляет анализ состояния окружающей среды горнодобывающих регионов Северного Кавказа по данным ранее выполненных натурных и лабораторных наблюдений, содержащихся в научных отчетах природоохранных организаций и публикациях.
Результаты
Характерным представителем нагорных месторождений является Садонский рудный узел (рис. 1).
1 ЕЗ 3 ® 7
Г^П2 Р^Д 4 О - • 8 Рис. 1. Садонский рудный узел: 1-граниты; 2-порфириты; 3-песчаники и сланцы; 4-тектонические нарушения; 5-рудные тела; 6 -полиметаллы без пирротина; 7-полиметаллы с пирротином;
8-пирротин
Процессы добычи полезных нарушают равновесие экосистем на всех этапах разработки месторождения (рис.2).
Рис. 2. Влияние процессов горного производства на окружающую среду
Рудники мира сбрасывают на рельеф более 1,3 млрд м3 загрязненных сточных вод в год. На 1 м3 добытой руды приходится до 0,2 кг пыли и 40 литров условного оксида углерода.
Добыча нефти и газа сопровождается изменением пластового давления в коллекторе с перераспределением воды, нефти и газа, что провоцирует землетрясения.
Добыча минерального сырья нарушает качество земли на территории более 2 млн га путем превращения в отвалы, выемки, карьеры и т.п. При добыче 1 млн т угля нарушается до 40 га земли, руды -до 600 га, известняка -до 120 га.
Источником загрязнения атмосферы являются массовые взрывы на карьерах, при которых образуются облака объемом до 20 млн м3 с высотой подъема до 1500 м. В радиусе 2-4 км рассеивается от 200 до 500 т мелкодисперсной пыли, содержащей 93...99 % частиц размером менее 5 мкм. Интенсивность выпадения пыли снижается до фоновых величин на расстоянии 3-10 км. Механизм поражения составляющих элементов экосистемы сходен.
Для удовлетворения своих нужд человечество использует слои биосферы (от 3 - 4 км ниже земной поверхности до высоты 4 км).
По признаку воздействия на экосистемы техногенные катастрофы обобщены в рамках табл. 1.
Ежегодно нарушается около 150 тыс. гектаров земель, из которых на сельскохозяйственные угодья приходится около 40 %.
Глубина рудников в Южной Африке достигла отметок 4000 м, в Ин-дии-3800 м. Глубина добычи угля в Европе доходит до 1300 м, а газа, нефти и воды до 8 - 10 км.
За 300 лет в России накоплены не менее 100 млрд т отходов горного производства. Утилизация отходов - приоритетная экологическая проблема, потому что утилизируются не более 1 % старых, лежалых и до 40 % текущих отходов.
Таблица 1
Типизация техногенных катастроф_
Объект воздействия Поражающие факторы воздействия Условия проявления
Атмосфера Выбросы газов, паров и твердых частиц; нарушение баланса газов; радиоактивное загрязнение; изменение флоры и фауны; разрушение озонового слоя; температурная инверсия Некорректность технологических процессов; неисправность оборудования; климатические условия
Гидросфера Сброс загрязнителей с объектов; радиоактивное загрязнение; деградация флоры и фауны Некорректность технологических процессов; неисправность оборудования; климатические условия; наличие гидро-связей
Литосфера Загромождение земель; изъятие почв из оборота; заболачивание почв; обезвоживание почв; радиоактивное загрязнение; деградация мерзлых толщ Некорректность процессов добычи и переработки сырья
Живое вещество Уничтожение, деградация и необратимое перерождение флоры и фауны; биогенетические мутации; ослабление иммунной способности и вырождение Некорректность технологических процессов; климатические условия; продолжительность воздействия
Отвалы твердых отходов минерального производства представлены
Рис.3. Хвостохранилища Северного Кавказа
В 1992 г. прорыв дамбы хвостохранилища Магнитогорского комбината привел к выбросу 2 млн м3 жидкого шлама.
Важнейшими полезными ископаемыми на территории Северного Кавказа являются цветные, благородные, редкие металлы и рассеянные элементы.
Садонские месторождения эксплуатируются с глубокой древности, некогда было единственным в России производителем цинка и 63 % свинца. От распространенной разработки горизонтальными слоями перешли к системам с магазинированием. Потери руды достигали 50 %.
Урупский ГМК с 1968 г. эксплуатирует Урупское и Власенчихин-ское месторождения. Технологии с обрушением пород характеризуются потерями руды до 20 % и разубоживанием до 40 %.
Тырныаузское месторождение отрабатывается комбинированно: верхняя часть карьерами "Высотный" и "Мукуланский", нижняя часть -подземным рудником "Молибден". Промышленная эксплуатация начата в 1940 г. Потери руды достигали 20 %, а разубоживание до 40 %. При комбинированной в массиве образовано более 120 воронок диаметром до 40м. Наиболее крупный из оползней объемом до 4 млн м3 произошел на площади около 10 га. Объем сдвигающегося массива оценивается в 15 млн м3.
Природное выщелачивание металлов из руд является элементом единого процесса реакции массива на технологическое вмешательство. В теплой и влажной среде при наличии кислорода развивается окисление, прежде всего, сульфидных материалов, причем, понижение температуры и влажности избытком кислорода не компенсируются.
Основной фактор поражающего воздействия минералов - миграция химических агентов отвальными водами. Так, рекой Ардон из района Са-донских месторождений в виде раствора выносится в сутки около 1 кг меди, 1,2 кг цинка, 0,5 кг свинца, 0,6 кг олова, 1,3 кг мышьяка и др. металлы. В виде мелкой взвеси выносится более 40 кг меди, 18 кг цинка, 7 кг олова, 4 кг свинца, 25 кг мышьяка и значительное количество других элементов.
Стоки промышленных объектов Северного Кавказа попадают в единую природную гидросеть, которая является источником воды для орошения земель, содержания скота и т.п. жизненно важных процессов экономики отраслей.
Особенности горного ландшафта, заключающиеся в чередовании высот и ущелий, наличии многоводных и быстрых потоков, а также повышенной сейсмичности земной коры способствуют формированию очагов загрязнения и природные катаклизмы, например, сход ледника Колка объемом более 150 млн кубометров и высотой свыше 100 метров в районе Кармадонского и Кобанского ущелий Северной Осетии.
Запасы месторождений Северного Кавказа всегда отрабатывали выборочно. Потерянные запасы переводились в категорию неактивных, которая достигает примерно 50 % от исходных запасов.
Потери руд обеспечивают феномен природного выщелачивания потерянных руд водами. Кислород сорбируется водой и передается на поверхность минералов, где окисляет металлы и переводит их в мобильное состояние.
Максимальное влияние на качество окружающей среды регионов Кавказа оказывают рудничные стоки, сбросы хвостохранилищ обогатительной фабрики и металлургических заводов. Нейтрализация растворов природного выщелачивания может обеспечена при переводе неуправляемых потоков в категорию управляемых (рис. 4).
4
Рис. 4. Движение потоков при управляемом выщелачивании: 1- месторождение; 2- продукционный раствор;
3-транспортирующая выработка; 4-участок извлечения продуктов
выщелачивания; 5- продукты выщелачивания; 6-водоем;
7-дневная поверхность
Один из аспектов проблемы обеспечения жизнедеятельности состоит в установлении коррелятивной связи между параметрами техногенного загрязнения геологической среды и состоянием здоровья людей.
В районах функционирования горнопромышленных предприятий прогрессирует динамика медико-демографических показателей.
Реализация программ радикального оздоровления экосистем окружающей среды путем утилизации хвостов обогащения является единственным способом выживания региона добычи и переработки минерального сырья.
Угроза биосфере связана чаще всего не с прямым загрязнением, а с разрушением биоты земли. Горное производство безопасно, если техногенное возмущение экосистемы не превышает уровня, при котором биота сохраняет способность к самовосстановлению.
Обеспечение экологического благополучия в регионе горных работ достигается комплексом профилактических мероприятий (рис. 5).
Состояние природной среды горнодобывающих регионов, в большей мере, определяется количеством и качеством хранящихся отходов, поэтому радикальным решением экологической проблемы может быть утилизация запасов хвостов переработки, которая возможна после извлечения из них металлов до уровня санитарных требований. Таким требованиям отвечает технология с комбинированным воздействием на минеральное сырье одновременно механической и химической энергией в активаторах типа дезинтегратор (рис. 6).
Рис. 5. Организация экологически корректного горного производства
4
Рис. 6. Устройство дезинтегратора
Реализация программ радикального оздоровления экосистем окружающей среды путем утилизации хвостов обогащения на сегодняшний день является единственным направлением выживания технологически насыщенного региона добычи и переработки минерального сырья в условиях неуправляемого развития технического прогресса. Вовлечение в переработку источников химизации экосистем окружающей среды решает одновременно две проблемы: упрочнение минерально-сырьевой базы горных предприятий и сохранение от деградации регионов Северного Кавказа.
Варианты решения проблем экологизации технологий подземной разработки нагорных рудных месторождений в значительной мере основываются на результатах изучения условий формирования рудовмещаю-щих массивов [13 - 14].
Быстрый рост объемов добычи минералов обусловлен увеличивающимися потребностями в металлах, составляющих материальную основу
цивилизации. Применяемые технологии становятся более агрессивными по отношению к окружающей среде.
Горно-обогатительные процессы оказывают глобальное влияние на соотношение газовой, жидкой и твердой фаз, толщину озонового слоя и другие параметры жизнедеятельности. Потерянные при добыче и переработке опасные компоненты становятся мобильными и поступают в зону обитания человека.
Единственным способом радикальной защиты человечества от агрессивной химизации является утилизация отходов горного производства после извлечения из них металлов до допускаемого по санитарным условиям уровня.
Список литературы
1. Блиев М.М., Ортабаев Б.Х., Кучиев В. Д. Садонский свинцово-цинковый комбинат: очерки истории. Орджоникидзе,1979.
2. Козырев Е.Н. Геологическая характеристика рудных месторождений Северного Кавказа // ГИАБ. 2000. №4. 32 с.
3. Евдокимов С.И., Герасименко Т. Е., Дмитрак Ю.В. Ликвидация накопленного экологического ущерба // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 2. С. 238-248.
4. Петров Ю.С., Соколов А.А., Раус Е.В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 4. С. 554-560.
5. Геохимическая оценка воздействия Унальского хвостохранилища Садонского свинцово-цинкового комбината (Северная Осетия-Алания) на окружающую среду/ А. А. Матвеев, Е.В. Пряничникова, Т.В. Шестакова, Ю.Н. Семенов // Известия РАЕН. 2004. № 12. С. 136-147.
6. Ресурсосберегающие технологии освоения месторождений полезных ископаемых / Я. Рыбак, М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тюляева // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т.13. №3(49). С. 405 - 415.
7. Loow J., Abrahamsson L., Johansson J. Mining 4.0 - the Impact of New Technology from a Work Place Perspective // Mining, Metallurgy & Exploration. 2019. Vol. 36. Iss. 4. P. 701-707.
8. Prospects for return of valuable components lost in tailings of light metals ore processing / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. Nos. 1-2. P. 96-103.
9. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / V. S. Brigida [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. Nos. 3-4.
10. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 66. Nos. 11-12. P. 1476-1480.
11. Техногенные минеральные образования: проблемы перехода к циркулярной экономике / М.Н. Игнатьева, В.В. Юрак, А.В. Душин, В.Е. Стровский // Горные науки и технологии. 2021;6(2):73-89.
12. Основные принципы получения, передачи и хранения информации о параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия / Ю.С. Петров [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 11-1. С. 178-188.
13. Spectral-temporal features of seismic loadings on the basis of strong motion wavelet database / V.B. Zaalishvili, D. Melkov, A.S. Kanukov, B.V. Dzeranov // International Journal of GEOMATE. 2016. Vol. 10. No. 1. P. 16561661.
14. Zaalishvili V.B., Melkov D.A. Reconstructing the Kolka surge on September 20, 2002 from the instrumental seismic data // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2014. Vol. 50. No. 5. P. 707-718.
Голик Владимир Иванович, д-р техн, наук, профессор, [email protected], Россия, Москва, Московский политехнический университет
GREENING OF UNDERGROUND MINING TECHNOLOGIES ON MINING
ORE DEPOSITS
V.I. Golik
The range of issues of the impact of mining on the geospheric shells of the environment is considered. The greatest impact on ecosystems is exerted by their chemicalization with solutions of mobile metals. The role of the main mining enterprises of the North Caucasus in the processes of biota degradation and their differences in mountainous and lowland conditions are detailed. The algorithm of ecologically correct mining with utilization of processing tailings after their demetallization is recommended. The involvement in the processing of sources of chemicalization of environmental ecosystems contributes to the strengthening of the raw material base of enterprises and the preservation of recreational regions of the North Caucasus from degradation.
Key words: ecology, mining, environment, disaster, ecosystem, mineral waste, evolution, environmental technologies, ore mining.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@,mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
Reference
1. Bliev M. M., Ortabaev B. H., Kuchiev V. D. Sadonsky lead-zinc combine: essays on history. Ordzhonikidze: Ir. 1979.
2. Kozyrev E.N. Geological characteristics of ore deposits of the North Caucasus // GIAB. 2000. No.4. 32 p.
3. Evdokimov S. I., Gerasimenko T. E., Dmitrak Yu. V. Liquidation of accumulated environmental damage // Sustainable development of mountainous territories. 2019. Vol. 11. No. 2. pp. 238-248.
4. Petrov Yu. S., Sokolov A. A., Raus E. V. Mathematical model of assessment of technogenic damage from the functioning of mining enterprises // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 4. pp. 554-560.
5. Geochemical assessment of the impact of the Unalsky tailings reserve of the Sadonsky lead-zinc combine (North Ossetia-Alania) on the environment/ A.A. Matveev, E.V. Pryanichnikova, T V. Shestakova, Yu.N. Semenov // Izvestiya RAEN. 2004. No. 12. pp. 136147.
6. Resource-saving technologies for the development of mineral deposits / Ya. Rybak, M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Suryun, Yu.S. Tyulyaeva // Sustainable development of mountain territories. 2021. Vol.13. No.3(49). pp. 405-415.
7. Lev J., Abrahamsson L., Johansson J. Mining 4.0 - the impact of new technologies from the point of view of the workplace // Mining, metallurgy and geological exploration. 2019. Volume 36. Issue 4. pp. 701-707.
8. Prospects for the return of valuable components lost in the tailings of processing light metal ores / V. I. Golik [et al.] // Metallurg. 2023. Volume 67. No. 1-2. pp. 96-103.
9. Improving efficiency when using activated enrichment tailings in underground mining / V. S. Brigida [et al.] // Metallurg. 2023. Volume 67. No. 3-4.
10. Technology of waste-free processing of tailings of the Mizur mining and processing plant / V. I. Golik [et al.] // Metallurg. 2023. vol. 66. No. 11-12. pp. 1476-1480.
11. Technogenic mineral formations: problems of transition to a circular economy / M.N. Ignatieva, V.V. Yurak, A.V. Dushin, V.E. Strovsky // Mining sciences and technologies. 2021;6(2):73-89.
12. The basic principles of obtaining, transmitting and storing information about the parameters of the technogenic cycle of a mining and metallurgical enterprise / Yu.S. Petrov [et al.] // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2020. No. 11-1. pp. 178-188.
13. Spectral and temporal characteristics of seismic loads based on the strong motion wavelet database / V.B. Zaalishvili, D. Melkov, A.S. Kanukov, B.V. Dzeranov // International Journal of Geomatology. 2016. Volume 10. No. 1. pp. 1656-1661.
14. Zaalishvili V.B., Melkov D.A. Reconstruction of the Kolkin ejection on September 20, 2002 according to instrumental seismic data // Izvestia, Physics of the solid Earth. 2014. Volume 50. No. 5. pp. 707-718.
