CC BY
40
models for forecasting radon emission into underground air was produced. Forecasting radon emission into mining faces algorithm was shown. Results of forecasting radon emission for Moscow Coal Basin conditions were gotten. These results don't contradict by known empirical data.
Key words: radon, uranium, rock, coal seam, underground water, mine, mathematical model, forecasting.
Получено 10.05.12
УДК 622:502.7(571.17)
Р.В. Сидоров, директор (Россия, Прокопьевск, ООО «Прокопгипроуголь»),
А.В. Денисенко, гип по откр. работам
(Россия, Прокопьевск, ООО «Прокопгипроуголь»),
Т.В. Корчагина, канд. техн. наук, нач. отд. экологии и охраны природы, tkorchagma@pk-ugol .ш (Россия, Прокопьевск, ООО «Прокопгипроуголь»), Г.В. Стась, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, galina stas@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
К ВОПРОСУ ОБ АДЕКВАТНОЙ ОЦЕНКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ ДИНАМИКИ ПРИРОДНОЙ СИСТЕМЫ
Рассмотрены проблемы адекватной оценки воздействия угольного производства в условиях динамики природной среды.
Ключевые слова: угольная промышленность, техногенное воздействие, окружающая среда, атмосферный воздух.
Россия является одним из мировых лидеров по производству угля. В угольной промышленности осуществляют деятельность 228 угледобывающих предприятий (91 шахта и 137 разрезов) общей производственной мощностью более 370 млн т.
В пределах Российской Федерации находятся 22 угольных бассейна и 129 отдельных месторождений. Добыча угля ведется в семи федеральных округах, 25 субъектах Российской Федерации и в 85 муниципальных образованиях России, из которых 58 являются углепромышленными территориями, на базе градообразующих угольных предприятий.
Добыча угля в России за 2010 г. составила 323 млн т. Подземным способом добыто 102,1 млн т. и 220,9 млн т - открытым способом. Удельный вес открытого способа в общей добыче - 68,4 %. Добыча углей для коксования составила 65,1 млн т, что на 4,1 млн т или на 7 % выше уровня 2009 года. Основной объем добычи этой марки углей приходится на предприятия Кузнецкого угольного бассейна. Объем общего экспорта россий-
ского угля увеличился незначительно (увеличение на 509 тыс. тонн к уровню 2009 г.) и составил 105,6 млн т [7, с. 37-45].
В соответствии с программой реструктуризации и общей стратегией развития угольной промышленности предусматривается превращение ее в устойчиво функционирующую и рентабельную отрасль за счет создания конкурентоспособных предприятий, освоения месторождений с благоприятными горно-геологическими условиями, внедрения новых технологий, комплексной экологически чистой переработкой угля, закрытия нерентабельных предприятий.
Дальнейшее развитие угольной отрасли связано с освоением таких месторождений каменного угля как Эльгинское месторождение коксующегося угля в Республике Саха (Якутия), Элегестское и Межэгейское месторождения коксующегося угля в Республике Тыва, Ерунаковское и Менче-репское месторождения в Кузбассе.
Небольшая по территории (95,7 тыс. км - 0,6 % территории Российской Федерации), компактная, с хорошо развитой сетью дорог, мощным многоотраслевым хозяйством Кемеровская область играет ведущую роль в экономике Сибири. Здесь сосредоточено около одной трети основных производственных фондов Западной Сибири (рис. 1).
В соответствии со стратегией социально-экономического развития Сибири до 2020 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 5 июля 2010 г. № 1120-р, конкурентными преимуществами социально-экономического развития Кемеровской области являются:
• высокий индустриальный потенциал;
• значительный объем собственных полезных ископаемых и природных ресурсов;
• компактная система расселения, хорошо развитая транспортная инфраструктура;
• развитая инфраструктура розничного потребительского рынка, высокий объем розничного товарооборота;
• эффективная система социальной защиты населения;
• высокая доля городского населения;
• развитая система образования, здравоохранения.
В соответствии со стратегией социально-экономического развития Сибири до 2020 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 5 июля 2010 г. № 1120-р, конкурентными преимуществами социально-экономического развития Кемеровской области являются:
• высокий индустриальный потенциал;
• значительный объем собственных полезных ископаемых и природных ресурсов;
• компактная система расселения, хорошо развитая транспортная инфраструктура;
• развитая инфраструктура розничного потребительского рынка, высокий объем розничного товарооборота;
• эффективная система социальной защиты населения;
• высокая доля городского населения;
• развитая система образования, здравоохранения.
Для Кемеровской области основным стратегическим приоритетом на 2010 - 2020 годы будет являться дальнейшее повышение конкурентоспособности региона на внутреннем и внешнем рынках угля, внедрение инновационных технологий по его глубокой переработке [5].
Рис. 1. Кузнецкий угольный бассейн культуры и спорта
Глубокая модернизация экономики региона предусмотрена стратегией социально-экономического развития Кемеровской области до 2025 года. В отраслевой структуре экономики региона преобладают отрасли традиционной индустрии: черная металлургия, угольная промышленность, химия [6].
Необходимость наращивания объемов добычи угля в Кузбассе приводит к интенсификации негативного воздействия предприятий угольной отрасли на окружающую среду.
Для Кемеровской области характерны все основные составляющие, которые определяют негативное влияние промышленности на окружающую среду: крупные масштабы промышленного производства, высокая степень концентрации промышленных объектов в юго-западной и западной частях области, сложная структура промышленности, включающая виды экономического действия высокого класса вредности (добыча полезных ископаемых, металлургическое и химическое производство, производство и распределение электроэнергии, газа и воды).
В настоящее время в Кузбассе действуют 114 угледобывающих предприятий (60 шахт, 54 разреза) и 34 обогатительные фабрики. Их производственная мощность составляет: 219 млн тонн в год по добыче угля, 129 млн тонн - по переработке (68 % от добычи). В Кузбассе сосредоточено более 60 % российской добычи угля и более 83 % добычи коксующихся углей.
В 2010 году добыча угля в Кузнецком угольном бассейне составила 185,5 млн тонн. В том числе в 2010 г. добыто 50,2 млн тонн коксующихся марок угля (2009 год - 53,8 млн тонн), 135,3 млн тонн энергетических марок (2009 год - 127,5 млн тонн). За 2010 год отгружено 180,4 млн тонн угля (2009 год - 182,2 млн тонн), в том числе на экспорт 77,6 млн тонн (2009 год - 84,3 млн тонн) [3].
Интенсивное развитие добычи сырья, приводит к росту антропогенной нагрузки на экологические системы, снижает возможность дальнейшего роста экономики, а также оказывает негативное воздействие на здоровье населения.
Горное производство оказывает мощное техногенное воздействие на окружающую среду. Угольные предприятия расположены практически по всей области и представляют собой комплексный источник негативного воздействия на окружающую среду.
Специфика влияния конкретного угольного предприятия на окружающую среду обусловлена геолого-геохимическими особенностями месторождения, применяемой техникой и технологией для его разработки.
Главными источники загрязнения атмосферного воздуха при добыче угля подземным способом являются отвалы пустой породы, угольные склады, вентиляционные стволы шахт, через которые происходят выбросы метана в процессе дегазации и проветривания. Большое количество породы, поступающей из шахт со значительным содержанием угля, приводит к самовозгоранию терриконов. Горение сопровождается выделением оксида углерода, сернистого газа и продуктов возгонки смолистых веществ.
Один из главных источников пыле- и газообразования в карьерах -буровзрывные работы. Пыль, образующаяся в угольных карьерах при различных технологических процессах, - основное вещество, поступающее в атмосферный воздух.
Последствия такого воздействия многообразны: изменение форм
рельефа в результате горных разработок, загрязнение атмосферы, водных объектов, почвенного покрова и т.д.
Предприятия, осуществляющие добычу полезных ископаемых, находятся на первом месте по количеству выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.
По данным государственной статистической отчетности по форме № 2-ТП (воздух), стационарными источниками загрязнения в Кемеровской области в 2010 году выброшено в атмосферный воздух 1378,428 тыс. т загрязняющих веществ, в том числе предприятиями угольной отрасли 853,398 т.
Динамика выбросов ЗВ в атмосферный воздух стационарными источниками на территории Кемеровской области за период с 1999-го по 2010 год представлена на рис. 2.
1600,0 1400,0 1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0
Рис. 2. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников Кемеровской области, тыс. т
За период с 1999-го по 2010 год отмечается увеличение массы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух населенных пунктов области на 279,928 тыс. т, что связано в основном с ростом объема добычи угля, открытием новых угледобывающих предприятий [2].
Удельная нагрузка на единицу площади по выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух области стационарными источниками составляет 15,0 тонн на квадратный километр.
В выбросах в атмосферный воздух доминируют газообразные и жидкие вещества - 63,7 % от количества выбрасываемых газообразных и жидких веществ в целом по области. Основная масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух приходится на углеводороды (метан), поступающие в атмосферный воздух из подземных горизонтов через вентиляционные стволы.
Выбросы метана на предприятиях по добыче угля составили 99,4 % от общего количества выбрасываемого метана по области. Метан относится к газам, вызывающим парниковый эффект. Его использование в качество
ве резервного топлива является одним из мероприятий по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.
При добыче угля открытым способом основными загрязняющими веществами являются выбросы твердых веществ: пыль неорганическая, угольная пыль, зола углей и углерод (сажа).
Выбросы каменноугольной пыли составили 84,5 %, пыли неорганической, с содержанием ниже 20 % двуокиси кремния (8Ю2), - 66,6 % от количества выбрасываемых данных загрязняющих веществ в целом по области.
Угольная и неорганическая пыль поступает в атмосферный воздух неорганизованно, в основном от буровых, взрывных, погрузочно-разгрузочных работ, при транспортировании горной массы.
Вклад выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в общую массу выбросов по административным территориям представлен на рис. 3.
Рис. 3. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в границах административных территорий
Удельный выброс загрязняющих веществ угледобывающими предприятиями в 2009 году составил 4,78 кг/т угля, в 2008 году - 4,68 кг/т угля. Наибольшее увеличение массы выбросов загрязняющих веществ наблюдается в городах: Мыски, Ленинск-Кузнецкий, Калтан, а также в Новокузнецком и Прокопьевском районах.
Объем воды, забранной из водных объектов предприятиями угольной промышленности в 2009 году, увеличился на 3,581 млн куб. метров и составил 327,488 млн куб. метров. В основном забор воды производится из подземных водных объектов (96,8 %) при осушении горных выработок (рис. 4).
350 300 250 200 150 100 50 0
2005 2006 2007 2008 2009
■ Забор из подземных объектов □ Забор из поверхностных объектов
Рис. 4. Забор воды при добыче каменного угля, бурого угля и торфа,
млн куб. метров
В 2009 году сброшено 293,578 млн куб. метров сточных, транзитных и других вод. Сброс осуществляется преимущественно в поверхностные водные объекты. В 2009 году доля сброса в поверхностные водные объекты составила 86,5 % или 253,817 млн куб. метров. В основном, сброшенная в поверхностные водные объекты сточная вода по категории качества является загрязненной (96,8 %) (рис. 5).
□ сброс загрязненной воды О сброс нормативно-чистой воды
Рис. 5. Сброс сточных вод предприятиями при добыче каменного угля, бурого угля и торфа, млн куб. метров
Актуальными для Кузбасса остаются проблемы обращения с отходами на территории области и их негативного воздействия на окружающую среду. По данным государственной статистической отчетности за 2010 год на территории Кемеровской области образовалось 1 827 923,233
тыс. т отходов производства и потребления, из них 97,92 % или 1 789 924,994 тыс. т отходов от общего объема составляют отходы предприятий по добыче полезных ископаемых [2].
Общий процент использования и утилизации отходов составляет около 50,0 %. В дальнейшем используются: вскрышная порода - на выполнение технического этапа рекультивации нарушенных горными работами земель, для отсыпки дамб, технологических дорог; твердые минеральные отходы, минеральные шламы, отработанные масла, окалина, аккумуляторы, ртутьсодержащие отходы, лом черных металлов и др.
При таких масштабах воздействия, как например, в Кузнецком угольном бассейне, и многокомпонентности характера техногенной нагрузки, а так же существующих тенденциях в природоохранной деятельности, очевидна необходимость достоверной оценки техногенного воздействия на природную систему.
Проблема адекватной оценки антропогенного воздействия угледобывающими предприятиями на природную систему с последующими экономическими и социальными результатами, чрезвычайно сложна и многофакторна.
Оценка ущерба, наносимого окружающей среде антропогенным воздействием, в настоящее время определяется с использованием различных методов, таких как: «Методика определения предотвращенного экологического ущерба»; метод биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе; методы интеллектуальных информационных систем (метод гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А.Е. Янковской); метод, рекомендуемый Денисом Корчагиным, основанный на построении пространственных моделей расчетного мониторинга загрязнения атмосферы; теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским, позволяющая учитывать размер области поражения, предполагающая, но не учитывающая влияние воздействия на пространство, окружающее эту область [4].
Метод биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе, предполагающий экспресс-оценку концентрации бактериальной биомассы, основан на чувствительности бактерий к различным типам загрязнения. Он позволяет контролировать вредные влияния различных производств, в том числе и токсичных. Использование биогеохимического метода связано с отбором образцов по площади исследуемого объекта, проведением биохимических определений и построением карт пространственного распределения показателей. Отрицательные аномалии свидетельствуют о токсичности загрязнения и позволяют регистрировать реакцию на загрязнение естественной биоты реального объекта, что позволяет отказаться от проведения массовых дорогостоящих исследований, ограничившись пределами выделенных аномалий.
Данный метод применяется при оценке экологического состояния в районах крупных промышленных и горнодобывающих предприятий. Однако, он совсем не учитывает влияние локального воздействия на разные уровни социально-экономических систем.
Наиболее достоверными из новейших способов, на мой взгляд, представляются методы интеллектуальных информационных систем, в частности, метод гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный Янковской А.Е., предполагающий применение смешанных диагностических тестов, позволяющих выявить различного рода закономерности в работе системы.
Метод, предложенный Д. Корчагиным, основанный на построении пространственных моделей расчетного мониторинга загрязнения атмосферы, предусматривает комплексный анализ загрязнения атмосферного воздуха с использованием расчетного мониторинга и измерений на стационарных постах ЦГМС, что позволяет оценить и проанализировать количество определенного компонента в атмосфере в привязке к источникам загрязнения и фактическим метеопараметрам.
И все же, методы ГИС-технологий при исследовании воздействий на окружающую среду также не учитывают все характеристики и свойства системы
Фрактальная теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским, предлагающая кроме «длины, площади, объема и массы основным показателем размерности геосистем считать время», и учитывающая размер области поражения и, следовательно, влияние таковой на увеличивающийся размер пространства. Причем время оценивается возрастом, исчисляемым от той временной ступени, на которой между компонентами системы начали устанавливаться связи подобные действующим в настоящее время. Переход с одной временной ступени на другую означает их эволюцию.
Теория астрофизика Н.А. Козырева, основанная на новых, формирующихся представлениях о времени, учитывает структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, в связи с чем можно констатировать, что внешние воздействия на окружающую среду окажут влияние на все уровни системы, но в разной степени. Достоверный учет влияния антропогенного воздействия на природную систему в зависимости от иерархии уровней возможен только с учетом изменений темпа хода времени системы и его плотности т.е. , степени организованности системы в границах отдельных уровней.
Оценка ущерба, наносимого окружающей среде, сводится к стоимостному выражению негативных изменений в широком спектре последствий - ухудшение здоровья человека; изменение возможностей развития личности вследствие изменения визуальной эстетичности ландшафта; хозяйственные убытки в результате воздействия на природные компоненты и
т.д. Такая комплексная стоимостная оценка сопряжена с огромными трудностями и требует огромного количества информации. Поэтому на практике используют упрощенный подход -расчет по эмпирическим формулам.
Ни одна из существующих на данный момент методик оценки эко-лого-экономического ущерба не учитывает влияние антропогенного воздействия на область, окружающую объект воздействия. Следовательно, оценка ущерба, проводимого по вышеизложенным методикам, не отражает тот реальный ущерб, который наносится окружающей среде. Кроме того, все методики расчета ущерба, наносимого окружающей среде, являются временными.
Таким образом, оценка последствий антропогенного воздействия угледобывающих предприятий является весьма актуальной задачей, решение которой гарантирует адекватность оценки эколого-экономического ущерба, наносимого окружающей среде антропогенным воздействием, с возможностью проектирования прогноза на перспективу.
Список литературы
1. Доклад «О состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области в 2009 году».
2. Доклад «О состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области в 2010 году».
3. Материалы департамента угольной промышленности и энергетики администрации Кемеровской области за 2010 г.
4. Мусихина Е.А.Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости территорий. Издательство "Академия Естествознания", 2009 год.
5. Стратегия социально-экономического развития Сибири до 2020 года.
6. Стратегия социально-экономического развития Кемеровской области до 2025 года.
7. Таразанов И.Г. Итоги работы угольной промышленности России за 2010г. Уголь. 2011. №3.
R V. Sidorov, A. V. Denisenko, G. V. Stas, T. V. Korchagina
ABOUT PROBLEM OF ADEQUATE EVALUATING INFLUENCE COAL MINING INDUSTRY WITH CONSIDERING EVOLUTION OF NATURE SYSTEM
Problems of adequate evaluating influence coal mining industry with considering evolution of nature system were considered.
Key words: coal mining industry, anthropogenic influencing, environment, atmosphere air.
Получено 10.05.12
