CC BY
31
СЕМИНАР 13
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© А.С. Воронюк, Ю.П. Галченко,
Г.В. Сабянин, 2001
УДК 622.22; 622.502
А.С. Воронюк, Ю.П. Галченко, Г.В. Сабянин
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО КОМПЛЕКСА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ГРУПП СБЛИЖЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
О
ценивая перспективы развития сырьевого комплекса в рыночных условиях следует отметить тенденцию к повышению привлекательности освоения маломасштабных месторождений руд цветных, редких и драгоценных металлов. Хотя основное число таких месторождений расположено в малоосвоенных районах Сибири и Дальнего Востока, исключительно высокое качество руд и характерные условия залегания, при использовании высокоэффективных технологий, гарантируют быстрое освоение и минимальные сроки окупаемости инвестиций.
Одной из особенностей геологического строения таких месторождений является дискретность распределения металлонесущих геологических образований по площади рудного поля. Это позволяет с равными основаниями рассматривать любое месторождение, как единое или - как группу сближенных более мелких месторождений или рудоносных участков месторождения. Конечная эффективность их освоения будет в значительной степени зависеть от правильности выбора вариантов вскрытия, соответствующих усло-
виям залегания, экономическим и экологическим ограничениям. Последние имеют сегодня особо важное значение в связи с принятием в нашей стране концепции перехода к устойчивому развитию [1]. Характерная для рыночных отношений экономическая неопределенность может в этих условиях быть в значительной мере преодолена путем реализации идей комплексного поэтапного вскрытия групп месторождений или рудоносных участков месторождения [2].
Сущность этой идеи заключается в создании объединенных шахтных полей (групп месторождений рудного поля, рудоносных участков месторождения) и единой инфраструктуры поверхности добывающего предприятия, площадь которой регламентируется естественным пределом совместимости с выживанием нарушаемой экосистемы в границах природнотерриториального комплекса. (Грант РФФИ № 00-05-64112).
При совместном вскрытии близко расположенных групп месторождений или удаленных рудоносных участков одного месторождения, как правило, сокращаются сроки и стоимость строительства рудника. Это происходит за счет снижения общих объемов
и стоимости работ по проведению и оборудованию вскрывающих выработок, объектов поверхностных комплексов, транспортных, энергетических, тепловых и других коммуникаций. При этом резко сокращаются площади отчуждаемых под них земель, что, в свою очередь, снижает негативное техногенное воздействие горных работ на территории, прилегающие к рудникам.
Обеспечивается возможность: наиболее экономически эффективно, технологически и экологически совершеннее использовать сочетание поверхностного комплекса и управление производством в целом; уменьшить число и размеры промышленных площадок, число вскрывающих выработок, транспортных, энергетических и других коммуникаций подземного рудника; снизить негативное влияние горных работ и используемых коммуникаций на территории, прилегающие к руднику, обогатительной фабрике.
В таких условиях появляется возможность:
• создания единых поверхностных комплексов;
• централизованного управления, материального и энергетического, теплового снабжения рудника и его участков;
• создания единых мощных очистных сооружений, складского хозяйства, электромеханических и ремонтных служб, отвалов пустых пород и защитных зон;
• создания единых водопонижающих и водоотливных комплексов.
И, как следствие, это резко сокращает капитальные затраты и сроки на освоение месторождений и строительство единого рудодобывающего предприятия и снижает эксплуатационные затраты в процессе разработки рудных запасов; площади земельных отводов и оплату за их пользование. Снижает негативное техногенное воздействие горных работ и дейст-
вующих коммуникаций на территории, прилегающие к руднику, обогатительной фабрике.
Поэтому является важным: изыскание путей рационального формирования промплощадок, прокладки коммуникаций и размещение промышленных объектов рудника в разных условиях; разработка перспективных схем комплексного вскрытия рудных месторождений в условиях равнинной и горной местностях; создание основополагающих принципов формирования промплощадок, транспортных, энергетических и других коммуникаций рудника; разработка научно-методических основ и метода определения экономической эффективности комплексного вскрытия рудных месторождений, обеспечивающего сокращение площадей земельных отводов под промплощадки и коммуникации рудников.
Были систематизированы и проанализированы обширные фактические данные отечественных и зарубежных рудников и проектные материалы о практике формирования, установлены условия и факторы, влияющие на формирование промплощадок, коммуникаций и других объектов подземных рудников, выявлены тенденции и пути их формирования [2].
Установлены принципы формирования и рационального размещения промышленных и вспомогательных объектов, транспортных, энергетических и других коммуникаций на отчуждаемых под них земельных площадях при комплексном, поэтапном вскрытии групп месторождений, рудоносных участков месторождения в равнинной и горной местностях и дано их обоснование с учетом регламентации размеров земельных площадей по биологическим ограничениям.
Основными принципами формирования единых промышленных площадок, транспортных,
энергетических, тепловых коммуникаций и размещения других объектов рудника, обеспечивающими сокращение площадей их земельных отводов и затрат за их пользование, снижение негативного техногенного воздействия на окружающую среду и повышение оперативности и экономической эффективности работы подземного рудника на стадии проектирования, является учет и определение:
• параметров и мест расположения земельных отводов под поверхностные комплексы и коммуникации производится по тех-нико-эконо-мическим критериям с обязательным учетом географоэкологических ограничений;
• границ горных отводов с учетом горно-геологических и климатических условий и рельефа местности, углов сдвижения вмещающих пород;
• порядка, способа и систем разработки, которые предопределяют характер формирования зон и величин углов сдвижения вмещающих пород. За пределами горного отвода не должно оставаться участков забалансовых руд или небольших непромышленных по содержанию рудных тел. Размеры горного отвода определяются контурами разведанного месторождения или его части. Для близко расположенных рудных залежей или групп небольших месторождений должен предоставляться по возможности единый горный отвод;
• границ земельного отвода на основе разработанных границ горного отвода с учетом схем и конструктивных параметров комплексного вскрытия (в едином шахтном поле), числа и мест расположения основных вскрывающих выработок и их промплощадок и прокладки трасс соответствующих коммуникаций;
• мест заложения вертикальных стволов и наклонных съездов с учетом: мест сосредоточения за-
пасов руды по площади шахтных полей; формирования и направления рудопотоков по подземным выработкам и поверхности на обогатительную фабрику; возможности использования существующих транспортных коммуникаций на поверхности;
• наиболее технологически и экологически совершенного и экономически эффективного сочетания объектов и коммуникаций рудника, позволяющего более оперативно управлять горным производством;
• целесообразности поэтапного отчуждения земли под промп-лощадки и коммуникации рудника при поэтапном вводе в разработку групп месторождений, рудоносных участков;
• возможности и целесооб-
разности совмещения функций отдельных производственных объектов;
• возможности использования промплощадок, коммуника-
ций и объектов карьеров для последующего этапа подземной разработки запасов месторождения;
• возможности и целесооб-
разности объединения близко расположенных шахтных полей действующих рудников;
• возможности размещения
породных отвалов в предел границ горного отвода;
• мест рационального расположения очистных сооружений и выбор способа очистки воды;
• рациональных видов транспортных средств и оптимизация схемы транспортирования руды, грузов и людей по подземным выработкам и поверхности до обогатительной фабрики;
• возможности и целесообразности размещения и эксплуатации транспортных, энергетических и других коммуникаций и служб рудника в подземных выработках;
• возможности и целесообразности сооружения на опорах перекидных мостов, централизо-
ванных перекидных на опорах трубопроводов, водопроводов и канатно-подвесных дорог в условиях дефиле, долинных террас и над нерестовыми реками;
• экономической эффективности комплексного, поэтапного вскрытия рудных месторождений, обеспечивающего сокращение земельных площадей под промплощадки, коммуникации и другие объекты подземного рудника и обогатительной фабрики.
Использование приведенных принципов формирования пром-площадок, коммуникаций и рационального размещения других объектов рудника позволит значительно сократить площадь земельных отводов и уменьшить затраты на их пользование; резко сократить капитальные затраты и время на строительство подземного рудника и уменьшить текущие затраты в период его эксплуатации; уменьшить негативное техногенное воздействие на территорию, прилегающую к руднику, обогатительной фабрике.
Вместе с тем, идеи комплексного вскрытия, при всей своей технико-экономической привлекательности, вступают в некое противоречие с необходимыми экологическими ограничениями.
Объединение нескольких
мелких промплощадок в одну более крупную, с экологических позиций адекватно замене рассредоточенного техногенного
воздействия группы мелких и относительно слабых источников на сосредоточенную нагрузку на экосистему со стороны крупномасштабного источника большей мощности. Экологическая целесообразность такой замены не столь очевидна, как техникоэкономическая. Поэтому необходимым компонентом общей методологии комплексного поэтапного вскрытия должна быть регламентация параметров поверхностного комплекса рудников по
биологическим особенностям и возможностям биоты природных экосистем противостоять техногенным нагрузкам такого рода.
Если мерой устойчивости экосистем по отношению к действию непериодических факторов считать их способность к самовосстановлению [3], то, применительно к особенностям освоения недр, когда длительность воздействия этих факторов лимитирована исчерпаемостью запасов месторождения, это означает, что техногенные нарушения биоты экосистем должны носить обратимый характер. То есть, размеры и форма участков полного разрушения биоты при формировании инфраструктуры поверхностного комплекса предприятия, а также характер техногенных изменений в прилегающих зонах не должны препятствовать развитию естественных процессов самовосстановления биоты в постэксплуа-тационный период. Используя известные системные принципы построения экологических нормативов [4], можно сформулировать целевую функцию биологической регламентации рассматриваемого вида техногенного воздействия:
- при создании инфраструктуры поверхности добывающего предприятия размер площадей техногенного разрушения биоты не должен превышать естественного предела совместимости с выживанием экосистемы в границах природно-
территориального комплекса. Практическое достижение этой цели возможно при соблюдении определенных методических принципов, отражающих биологические ограничения при формировании техногенных объектов.
Типовая инфраструктура поверхностного комплекса добывающего предприятия может быть представлена как группа изменен-
ных участков поверхности, контактирующих с первичной биотой через экотоны* различной ширины. В биологии принято считать, что для улучшения жизненных условий популяции на площади обитания необходимо увеличение длины экотонов [6]. При оценке экологических последствий техногенного нарушения территорий, когда необходима характеристика степени влияния на экосистему земельных участков, изымаемых в технологических целях из площадей обитания составляющих ее популяций, трактовка значимости этого процесса прямо противоположна биологической. Поэтому можно сформулировать важное для рассматриваемой проблемы положение:
- в равных условиях оптимален такой вариант компоновки поверхностного комплекса, в котором протяженность границ экотонов единичных экологических объектов минимальна.
Для решения проектных задач необходима количественная оценка допустимых по экологическим ограничениям пределов техногенного изъятия территорий. По характеру нарушений биоты, времени воздействия и особенностям развития процессов после его прекращения фактор техногенного отторжения участков естественной биоты очень близок к последствиям ее пирогенного нарушения. Поэтому, используя принцип пространственно-временных аналогий для оценки последствий техногенного изъятия земель, можно применить пироэкологиче-ский подход, основанный на количественной оценке изменения жизненных условий популяций в зоне поражения через изменение индекса плотности экотонов, который, в каждом конкретном случае, зависит от типа первичной биоты и ее видового разнообразия [5, 6]. Поэтому можно
сформулировать еще один принцип биорегламентации формирования поверхностного комплекса добывающих предприятий:
- при определении структуры и размеров изъятия участков первичной биоты для размещения объектов поверхностного комплекса не должна превышаться критическая для биоты природно-территориальная комплекса величина индекса плотности экотонов. .
Необходимым условием реализации идеи локализации во времени техногенных нарушений биоты является естественное самовосстановление биоты после исчерпания запасов месторождения в рамках развития естественного сукцессионного процесса. Но в границах одного и того же природно-территориального комплекса, в зависимости от характера техногенного нарушения ландшафта, могут объективно
существовать различные динамические ряды посттехногенного восстановления фитоценозов, как основы продуцирующей системы биоты. При этом переход от одной сукцессионной стадии к другой (в случае полного прекращения производственной деятельности) регулируется известным законом о средней длительности стадий, согласно которому, необходимым условием скорейшего самовосстановления первичной биоты является инициирование восстановления фитоценозов по короткопроизводному типу смены главных пород [6]. Поэтому размеры и форма единичных земельных участков, изымаемых при создании поверхностного комплекса горных предприятий, должны выбираться таким образом, чтобы хотя бы один из их параметров был меньше двойной длины переноса семян видов эдификаторной си-нузии фитоценоза экосистемы
природно-территориального комплекса, в границах которого они расположены.
Таким образом, исходя из существующих типов пространственного взаимодействия между природно-территориальными комплексами, расстояние переноса семян основных видов первичного фитоценоза становится одним из необходимых критериев, ограничивающих параметры поверхностного комплекса добывающих предприятий.
Предлагаемый подход позволяет реально учитывать требования сохранения естественной биоты Земли, вытекающие из концепции устойчивого развития природы и общества при решении технико-экономических задач вскрытия месторождений, расположенных в пределах при-родно-терри-ториальных комплексов, не затронутых или слабо затронутых антропогенным воздействием.
1. Концепция перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития. //Зеленый мир, 1995, № 7.
2. Воронюк А.С., Макишин В.Н., Иванов В.И. К концепции комплексного вскрытия рудных месторождений. Труды Дальневосточного государственного технического университета. Выпуск 121, серия 4 (Горногеологическая), 1999т, с. 14-29.
3. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П. Устойчивость биологических сообществ и экологическая безопасность технологий освоения земных недр. Горный вестник № 5, 1998, с. 3-8.
4. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонов М.Г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. Екатеринбург, УИФ "Наука", 1994, 280 с.
5. Елисеева Е.В., Козлова Л.Б. К вопросу количественной оценки антропогенных нарушений природной среды в условиях разработок минерального сырья. География и природные ресурсы. № I, 1986, с. 139-143.
6. Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразо-вания. Новосибирск, "Наука", 1996, 251 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Воронюк А.С.— профессор, доктор технических наук, Институт проблем комплексног (ИПКОН РАН).
Галченко Ю.П. - чл.-корр. РЭА, доктор технических наук, (ИПКОН РАН).
Сабянин Г.В. - горный инженер, (ИПКОН РАН).
*переходная полоса между различными сообществами
5
