Методология экологической оценки технологий при разработке месторождений полезных ископаемых Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 504.06:622.075 П.И. Копач

МЕТОДОЛОГИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Семинар № 12

Учение В.И. Вернадского о ноосфере предполагает разумное сосуществование и даже гармонизацию взаимоотношений человечества и биосферы. В силу действующих в обществе идеологии, политики, морали, техногенные преобразования человеком окружающей среды в последние десятилетия стали осуществляться столь стремительно, что тезис В.И. Вернадского о сопоставлении масштабов деятельности человечества с геологической деятельностью природы перестал вызывать какие-либо сомнения. Особенно это относится к горнодобывающей деятельности, в результате которой активно изменяются веками сложившиеся геохимические циклы, преобразуются или уничтожаются ландшафты, гидрогеологические и поверхностные водные системы, биологические сообщества и многое другое.

В чём причина пагубного воздействия горнодобывающих работ на природную среду? Неужели горная наука не способна справиться с задачей охраны природной среды районов, в которых функционируют горнодобывающие производства? Конечно же, это не так. Горной наукой разработан целый арсенал средств защиты природной среды. И опытные научные работники, проектировщики владеют этим арсеналом. Но откуда же возникают те негативные для окружающей среды и печальные для нас последствия горнодобывающей деятельности.

Ответ на эти и многие другие вопросы кроются, во-первых, в узкопрофессио-

нальном подходе при решении задач территориального природопользования и, во-вторых, в отсутствии соответствующей методологии обоснования управленческих решений по данным проблемам.

Оценка эффективности технологий природопользования в своей основе базируется на необходимости обеспечения безопасности жизнедеятельности человека, населения, человечества. Эта оценка имеет междисциплинарный характер. Различные специалисты могут подходить к проблемам оценки эффективности природопользования с различных теоретических позиций, из различных сфер знания с разнообразными мировоззренческими или научными установками и, соответственно, закладывают в основу этой оценки разные ее стороны: экономическую, экологическую, прагматическую, технологическую, социальную и т.п. Мы полагаем, что все подходы весьма полезны, так как отражают или уровень научного или теоретического анализа, или определенные материальные, научные или социальные связи в природно-техно-генных системах природопользования. Любые попытки создания методик оценки в рамках какой-либо одной дисциплины не могут отразить сущности данного вопроса исчерпывающе. Причина этого заключается, прежде всего, в относительной неисчерпаемости самих возможностей природопользования и способности человека с помощью новых познавательных средств создавать новые технологии природопользования.

В настоящей статье упор сделан на экологический аспект оценки. В этом слу-

чае одним из важнейших факторов является «масштабность» задачи. Оцениваемая технология может соотноситься с территорией, занимаемой отдельным предприятием, с районом, в пределах которого расположено предприятие или имеет региональный характер. В этой связи в Институте проблем природопользования и экологии НАН Украины с участием автора разработаны методики оценки технологий, учитывающие данный фактор.

Методика экологической оценки низшего (производственного) уровня базируется на использовании критерия интегральной экологической ресурсоемко-сти, учитывающей как ресурсы, используемые непосредственно при добыче минерального сырья, так и амортизируемую часть ресурсов, (оборудования, зданий, сооружений, транспортных устройств), а также ресурсы задействованные в социальной сфере. При этом в методике исходят из того, что источником любого вещественного или энергетического ресурса является природная среда, в результате изъятия из которой того иди иного вида ресурса нарушается в различной степени почва, подземные или поверхностные воды, атмосфера, биота, литосфера, теряются человеческие жизни. В этом случае критерием оценки является определенным образом сведенные к одному показателю затраты этих ресурсов.

Более полно настоящая методика и результаты ее применения приведены в публикациях [1-3], в которых показано что предлагаемая методика оценки наиболее чутко реагирует на уменьшение потребления природных ресурсов, изъятие которых оказывает наибольшее влияние на состояние окружающей среды.

Методику экологической оценки среднего (районного) уровня рассмотрим на следующем примере. Эффективность применения любого природоохранного мероприятия следует оценивать исходя из того, насколько повысилась от этого экологическая безопасность на сопредельных

с горнодобывающим предприятием территориях. Критерий оценки эффективности, в этом случае должен учитывать и особенности техногенного воздействия (токсичность, временные параметры) и особенности территории, в пределах которой наблюдается данное воздействие, а также иметь численное выражение. В качестве основного показателя, характеризующего сопредельную территорию, принят показатель плотности населения.

Выбор рационального варианта включает в себя следующие этапы:

1) по каждому из рассмотренных вариантов природоохранной технологии определяются параметры техногенного воздействия, например объёмы и состав выбрасываемых в атмосферу загрязнителей;

2) по данным, учитывающим объемы и состав вредных выбросов с учётом методики химической трансформации и рассеивания, определяются их концентрации на сопредельных территориях;

3) по агрессивности вредных выбросов определяют распределение суммарных коэффициентов агрессивности на территории;

4) выполняют дифференциацию территории по показателю плотности населения;

5) выполняют оценку продолжительности периода времени, в течение которого выделенные по фактору плотности населения участки будут находиться под воздействием выбросов горнообогатительного комплекса;

6) для каждого из выделенных участков определяют значение показателя безопасности жизнедеятельности: А1 по следующей формуле:

А = С . Тк. . N

1 ПДКСС Тр п где С1 - концентрация вредного 1-го вещества в атмосферном воздухе (м2/м3); ПДКсс - предельно допустимая среднесуточная концентрация загрязняющего вещества (м2/м3); Тк - продолжительность воздействия неблагоприятного фактора

(сутки). Для случая, когда продолжительность контакта небольшая и исчисляется минутами вместо ПДКсс следует применять максимальную разовую предельно-допустимую концентрацию ПДКмр; Тр -максимально возможная продолжительность воздействия (количество дней в году); N - количество случает контакта с загрязняющими веществами (в нашем примере - плотность населения, чел/га); п -параметр единичного случая контакта.

7) выполняют оценку и выбор рационального с позиций экологической безопасности варианта. Предпочтение следует отдавать тому мероприятию, при котором суммарная (по различным участкам сопредельной территории) экологическая опасность жизнедеятельности минимальна, т.е. когда выполняется условие:

Б, /£Б,

где, - номер участка сопредельной территории; к - количество участков; Б - площадь районированных участков территории.

Для разных экологических ситуаций величины N и п могут иметь различную физическую сущность: общая площадь региона и средняя площадь ареала обитания; общее число популяции животных в регионе и число животных конкретного подвида в конкретном ценозе; количество жителей и средний размер семьи и т. п.

Данная методика была использована при выборе реабилитационных мероприятий для условий южной группы горнометаллургических предприятий Кривбас-са.

Экологическая оценка верхнего (регионального) уровня требует максимально полного учета тех компонентов окружающей среды, которые могут быть затронуты в процессе строительства и функционирования горнодобывающего предприятия. Это выдвигает необходимость более широкого территориального изучения, так как природно-промышленный горнодобывающий комплекс определенным образом

деформирует природную социальную и хозяйственную региональную среду, изменяет способы ее функционирования, перестраивает внутренние связи. В связи с этим возникает проблема обоснования критерия обобщённой оценки воздействия минерально-сырьевого комплекса на окружающую среду как некоторую территориальную целостность.

Опыт показывает, что при техногенном нарушении какой-либо компоненты окружающей среды всегда происходит изменение свойств остальных ее составляющих. Так, например, загрязняющие атмосферу вещества в большинстве случаев не прекращают своего отрицательного воздействия и после освобождения атмосферы от них, Соединения, выпавшие на почву, проникают в грунтовые воды, входя в состав растительных, а затем пищевых продуктов. Для выяснения степени вреда, который наносит горнодобывающая деятельность окружающей среде, на настоящее время не существует, и, наверное, не может существовать точных количественных оценок. Его определение по самым скрупулёзным расчетам имеет тенденцию к занижению величины истинного ущерба, наносимого окружающей среде, так как не могут учесть отдаленных, трудно прогнозируемых, а также косвенных последствий.

В этих условиях целесообразно применение методики качественной оценки в основу которой положена комплексная балльная система оценок, включающая этап определения баллов по различным количественным показателям состояния среды и последующее приведение этих различных систем балльных оценок изменения компонент окружающей среды к единой системе. Мы хорошо понимаем, что любая система балльных оценок в большей или меньшей мере имеет субъективный характер, однако, учитывая, что современный уровень знаний не позволяет получить точную количественную оценку сложного спектра воздействий, балльная

система оценок поможет во многих случаях подойти к решению данной проблемы.

В настоящей работе сделана попытка выполнения региональной экологической оценки техногенных объектов с использованием комбинации двух способов: метода экспертных оценок, который использован при выборе критериев оценки, и установления балльности по отдельным процессам взаимодействия горнодобывающего предприятия и природной среды, а также метода математического моделирования - при сведении систем локальных оценок в единую комплексную систему.

Настоящая система оценки воздействия на окружающую среду имеет три уровня оценки. Низший уровень, заключающийся в определении в баллах конкретного, установленного нами выше, показателя. Средний уровень заключается в суммарной оценке состояния определенного компонента (например, почв). Верхний уровень оценки включает определение суммарного показателя, характеризующего комплексное воздействие на все компоненты среды, включая человека.

Оценочные показатели верхнего уровня включают следующее группы (компоненты окружающей среды):

1) человек, состояние его здоровья и комфортность состояния

2) социальная среда, (нооценоз) степень ее изменения - как следствие функционирования минерально-сырьевого комплекса;

3) биоценоз, масштабы и глубина его нарушения;

4) земля и почвогрунты, масштабы и степень нарушения;

5) поверхностные воды, масштабы нарушения орогидрологической сети и уровень ухудшения качества, вод;

6) подземные воды, масштабы изменения режима и качества вод;

7) атмосфера, масштабы и уровень загрязнения;

8) недра, полнота и эффективность, использования.

В каждой из этих групп выделено пять уровней оценки, ранжированных по тяжести последствий техногенного воздействия. Состояние среды по показателю уровня оценивается по пятибалльной системе. Таким образом, создается матрица из сорока оценочных показателей. Для сведения оценочных показателей к одному значению используется система нормирования функций.

Ранжирование показателей верхнего уровня осуществлено в следующей последовательности: нооценоз, человек, биоценоз, атмосферный воздух, земля и почвог-рунт, поверхностные воды, подземные воды и недра. Учитывая, что нормированию подлежат показатели среднего и высшего оценочного уровня, нормировочная функция будет иметь вид

т п _

1=1 1=1

где Р - комплексный оценочный показатель воздействия предприятия на природную среду; 1 - номер ранжированной последовательности среднего оценочного уровня; I - значение (в баллах) показателя нижнего оценочного уровня; а, в, с - коэффициенты приведения показателей состояния природной среды в единую оценочную систему.

Каждая из групп верхнего уровня, в свою очередь включает ранжированный ряд показателей, которые составляют средний оценочный уровень.

Главной составной частью всего живого является человек, который выделился из других биологических форм жизни благодаря способности к труду, творческой активности и нравственному самосознанию. Для оценки его состояния в горнодобывающем регионе приняты следующие показатели:

• возникновение необратимых генетических нарушений и тяжелых заболеваний;

• опасность возникновения генетических нарушений и тяжелых заболеваний;

• ухудшение здоровья населения;

• повышение утомляемости, снижение производительности труда;

• возникновение дискомфортных условий.

Объектом оценки нооценоза является общество со структурами, обеспечивающими его жизнедеятельность, включающими средства труда, через которые оно взаимодействует с природой и продуктами труда, являющиеся результатом этого взаимодействия. Нами приняты следующие показатели состояния нооценоза горнодобывающего региона:

• плотность населения региона;

• удельная капиталоемкость в промышленности;

• удельные капиталовложения в сельское хозяйство;

• развитость историко-культурной среды;

• рекреационные возможности территории.

Объектом оценки биоценоза является живая природа, представленная растительностью, микроорганизмами, животным миром. В работе выделены следующие пять показателей состояния биоценозов:

• экологическая катастрофа - остро неблагоприятные изменения в окружающей среде, вызывающие массовую гибель ценозов;

• нарушение биоценозов за пределами возможности самовосстановления;

• нарушение биоценозов на границе предела самовосстановления;

• нарушение биоценозов в пределах возможности самовосстановления;

• нарушение отдельных элементов и связей биоценозов.

При оценке нарушенности земельных площадей горнодобывающих регионов рассматривают почву с её запасами гумуса, определенной структурой, плодородием, которая является ценнейшим природным ресурсом. Почвенный покров важнейший компонент экологических систем суши и биосферы в целом,

также является фиксатором, аккумулятором и распределителем энергии, прошедшей через фотосинтез растений, экраном, удерживающим в биосфере важнейшие элементы от геохимического стока, универсальным биологическим поглотителем, разрушающим и нейтрализующим загрязнения. В этой связи, важным является оценка нару-шенности земель. Её сложность заключается в многообразии видов нарушения. При нормировании нарушенности земель необходимо учитывать следующие особенности: площадь нарушения; форма нарушения (выемка, карьер, про-садочная воронка, насыпь, отвал); источник нарушения (карьер, шахта, обогатительная фабрика); возможность рекультивации (с учетом наличия соответствующей техники и денежных средств); характер поверхности и растительного покрова (осушение, заболачивание, падание продуктивности, урожайности); размещение сооружений (заброшенные строения, производственные и другие сооружения). Ранжи-ровочный ряд показателей оценки состояния земель представлен следующим образом:

• уничтожение почвогрунтов и безвозвратное нарушение земель;

• долговременное отчуждение земель со снятием почвогрунтов;

• отчуждение с последующей рекультивацией;

• ухудшение качества сельхозугодий (земель и почвогрунтов);

• несельскохозяйственное отчуждение без ухудшения качества земель.

При оценке нарушения подземных и поверхностных вод рассматривается их. загрязнение под которым понимаются вызванные хозяйственной деятельностью изменения качества воды (физических, химических, биологических свойств) по сравнению с ее естественным состоянием, которые делают эту воду частично или полностью непригодной для использования. Ранжировочный ряд показателей оценки

состояния подземных вод представлен следующим образом:

• уничтожение водоносных горизонтов пресных вод;

• нарушение гидро-динамичес-кого режима пресных водоносных горизонтов;

• ухудшение качества пресных вод;

• нарушение динамического режима минерализованных подземных вод;

• увеличение минерализации подземных вод не питьевого качества.

Состояние поверхностных вод оценивается такими показателями:

• уничтожение орогидрологической системы;

• ухудшение до уровня, не допускающего восстановление;

• нарушение режима при возможности восстановления;

• ухудшение качества вод при возможности их сельскохозяйственного использования;

• ухудшение санитарного состояния в пределах ПДК.

В основу оценки экологического состояния недр приняты следующие основные аспекты их состояния:

• полнота использования основного ПИ;

• ухудшение качества основного ПИ;

• комплексность отработки;

• объем извлекаемой за пределы горной массы;

• объем нарушения массива за пределами зоны горных работ.

С использованием разработанных принципов экологического нормирования по предлагаемой методике произведена оценка уровня воздействия горных

предприятий по добыче строительных материалов, рудных и нерудных минеральных ископаемых для различных горно-геологических условий и производственной мощности [4].

На основании выполненного анализа горнодобывающего предприятия и минерально--сырьевые комплексы классифицированы на пять классов:

I класс - менее 5 баллов - незначительно опасные;

II класс - от 5 до 15 баллов - умеренно опасные;

III класс - от 15 до 30 баллов - существенно опасные;

IV класс - от 30 до 50 баллов - высоко опасные;

V класс - более 50 баллов - чрезвычайно опасные.

Данная методика может быть использована при выполнении экологической экспертизы проектируемых и действующих горнодобывающих предприятий, сравнении вариантов отработки месторождений, определении величины плат за использование ресурсов и штрафов за наносимый ущерб.

Таким образом, решение задач освоения месторождений полезных ископаемых должно сопровождаться выполнением комплекса разноуровневых экологических оценок, каждая их которых имеет свои цели и задачи и реализуется по соответствующей методике. Это позволит повысить эффективность и надежность принятия технологических решений, снизит вероятность возникновения непредвиденность отрицательных экологических последствий.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические подходы к выбору стратегии устойчивого развития территории/Под науч.ред.проф., д.т.н.А.Г.Шапаря; НАН Украины. Ин-т проблем природопользования и экологии. -Днепропетровск,1996, - Т.1. - 162с., - Т.2. - 170 с.

2. Шапарь А.Г., Копач П.И. Минеральные ресурсы, их исчерпаемость, целесообразность и ус-

ловия ввода в эксплуатацию.//Открытые горные работы. 2000, №4. - С57-62.

3. Шапарь А.Г., Копач П.И. Влияние экологических критериев эффективности освоения месторождений на выбор способа разработки.//Горный информационно-аналити-ческий бюллетень, 2002, №1. - С. 124-129.

4. Шапарь А.Г., Радивилов Ю.В., Копач П.И. приятий на окружающую среду региона.-Интегральная экспертная оценка влияния пред- Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1996, - 41 с.

Коротко об авторах -

Копач П.И. - кандидат технических наук, Институт проблем природопользования и экологии Национальной академии наук Украины.

© А.Г. Шапарь, О.А. Скрипник, В.Н. Романенко, Б. С. Гулямов, А. А. Дихтяр, 2006

УДК 504.062

А.Г. Шапарь, О.А. Скрипник, В.Н. Романенко, Б. С. Гулямов, А.А. Дихтяр

ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ СКАЛЬНЫХ ОТВАЛОВ

Семинар № 12

Гак уже сложилось в горной практике, что горно-техничес-кая рекультивация считается делом горняков, а биологическая - биологов или аграриев. Если при проведении исследований по проблеме такое деление может быть оправдано, то с точки зрения законченности самого процесса рекультивации и оценки ее эффективности желательно рассматривать их в единстве. Тем более, если биологическая рекультивация в определенных ситуациях не просто стандартный набор операций по высадке деревьев или кустарников, а совокупность специальных процессов, осуществляемых с применением специальных технологий и оборудования. В данном случае именно о такой ситуации и пойдет речь.

Скальные отвалы в Кривбассе, например, в большинстве случаев отсыпаны из крепчайших пород докембрия, которые

представляли собой вмещающие рудную залежь слои кварцитов, диабазов и т.п. При производстве вскрышных работ их предварительно взрывают, средний размер куска ограничивается экскавационным и транспортным оборудованием, а в целом гор-ная масса представлена крупнокусковым материалом. В процессе отсыпки вскрышных пород в отвал они скатываются по откосу на высоту отвального яруса, при этом за счет сегрегации они разделяются по фракциям с увеличением размера кусков сверху вниз. После отсыпки внешнего отвала он представляет собой ступенчатообразную возвышенность с перепадом высот до 150-200 м. При этом

площадь, занятая отвалом, делится примерно поровну на участки с горизонтальными и наклонными площадками. Горизонтальные участки могут быть рекультивированы путем нанесения на них плодо-