CC BY
180
УДК: 622.834:349.41:69.05:622:502.5
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОНИТОРИНГОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СОСТОЯНИЕМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ
Владимир Ефимович Коновалов
Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, кандидат технических наук, доцент кафедры геодезии и кадастров, тел. (919)379-14-77, e-mail: VEK-1951@mail.ru
Даниэль Абдулазизович Шихлаев
Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, г. Екатеринбург,
ул. Куйбышева, 30, аспирант кафедры геодезии и кадастров, тел. (922)611-91-95, e-mail: danil_005@mail.ru
Рассмотрены методы и средства мониторинговых наблюдений за состоянием земной поверхности в горнопромышленных ландшафтах, которые позволяют следить за состоянием окружающей среды, в том числе за состоянием земной поверхности, на горнопромышленной территории.
Ключевые слова: система мониторингов, горнопромышленный ландшафт, методы и средства наблюдений.
METHODS AND MEANS OF MONITORING OBSERVATIONS OF THE STATE EARTH'S SURFACE MINING LANDSCAPE
Vladimir E. Konovalov
Ural State Mining University, 620144, Russia, Ekaterinburg, 30 Kuibyshev St., Ph. D., Associate Professor of the Department Geodesy and Cadastre, tel. (919)379-14-77, e-mail: VEK-1951@mail.ru
Daniel A. Shihlaev
Ural State Mining University, Russia, 620144, Ekaterinburg, 30 Kuibyshev St., graduate student of the Department Geodesy and Cadastre, tel. (922)611-91-95, e-mail: danil_005@mail.ru
The methods and means of monitoring observations of the Earth's surface mining landscapes that allow to monitor the condition of the environment, including the state of the Earth's surface on the mining area.
Key words: monitoring system, Mining Industry landscape, methods and tools of observation.
Окружающая среда является одним из важнейших факторов жизнедеятельности человеческого общества. Обеспечение ее благоприятного состояния с целью гарантирования комфортных условий проживания людей -приоритетное направление проводимой в нашей стране государственной экологической политики. Механизмом, позволяющим следить за состоянием природных и природно-антропогенных объектов, а также предотвратить их загрязнение, является система мониторингов (рис. 1).
г
ч_
Мониторинг радиационно й
обстановки
Мониторинг континентал ьного
Мониторинг внутренних
вод и территориал ьного моря
Мониторин г
исключител
ьной экономичес
ч.
Государственный экологический мониторинг
Л
У
Мониторинг окружающей среды
Мониторинг горнопромышлен ных ландшафтов
Монитори нг
объектов культурног о наследия Монитори нг отходов твердых бытовых отходов
Монитори нг
состояния зданий и
Монийтори нг опасных производст венных объектов
Монитори нг
гидротехни ческих
Рис. 1. Взаимосвязь мониторинга горнопромышленных ландшафтов с мониторингом окружающей среды и другими мониторингами.
При разработке, месторождений полезных ископаемых (далее МПИ) добыче и переработке полезных ископаемых (далее ПИ) воздействие горных работ на состояние окружающей среды может выражаться в следующем:
а) механические изменения земной поверхности;
б) изменения свойств и качества грунтов и горных пород за счет изменения гидрогеологических условий;
в) изменения свойств и качества почвы за счет перемещения выбросов от вредных источников в атмосферу и дальнейшего выпадения осадков на земную поверхность;
г) изменения свойств и качества почвы и грунтов за счет сбросов шахтных, карьерных и иных промышленных вод в поверхностные воды и на рельеф.
Горнопромышленные ландшафты (далее ГПЛ) формируются при разработке МПИ, следующим образом [1]:
-при открытом способе разработке МПИ - выемки, насыпи и вспомогательные объекты - промплощадки, транспортные и инженерные коммуникации; при разработке россыпных МПИ - искусственные водные объекты - котлованы;
-при подземном способе разработке МПИ - подземные горные выработки, налегающий и вмещающий массив горных пород, насыпи, промплощадки, транспортные и инженерные коммуникации;
-при подводном способе разработки МПИ - подводные горные выработки, искусственные земельные участки, платформы, трубопроводы для перемещения жидких ПИ на берег;
-при скважинном способе разработки МПИ - налегающий и вмещающий массив горных пород, промплощадки, транспортные и инженерные коммуникации.
В любом случае при разработке МПИ на земной поверхности образуются, во-первых, горные отводы - территории для добычи полезных ископаемых, во-вторых, земельные участки как для добычи ПИ, так и под объекты, обеспечивающие добычу ПИ. Кроме этого к горнодобывающей промышленности относится процесс первичной переработки ПИ, т.е. процесс обогащения ПИ. Аналогично, земельные участки образуются под объекты обогатительных фабрик. В-третьих, процесс добычи полезных ископаемых и их первичной переработки сопровождается вредным влиянием на состояние окружающей среды. В этом непосредственно участвуют сформированные объекты ГПЛ, образуя новые объекты ГПЛ, характеризующиеся измененными свойствами по сравнению со свойствами исходных природных ландшафтов.
В основном, изменение окружающей среды при влияние горных работ заключаются в следующем:
-изменение свойств горных пород в массиве и структуры массива горных пород;
-изменение земной поверхности, выражающееся в образовании выемок, насыпей, провалов, просадок и трещин;
-изменение состава и уровня подземных вод;
-изменение состава и состояния почв и поверхностных вод на территории как самого горнопромышленного комплекса (далее ГПК), так и за его границами на горнопромышленной территории.
Последние изменения в объектах ГПЛ обусловлены выбросами в атмосферу вредных веществ от источников в виде шахт, карьеров, труб и других сооружений обогатительных фабрик, а также сбросов промышленных вод с территории ГПК.
Таким образом, объектами наблюдений за изменением состояния земной поверхности на горнопромышленной территории являются объекты ГПЛ как прямо нарушающие состояние земной поверхности, в том числе и подземные
объекты ГПЛ, так и загрязняющие почвы и поверхностные воды на горнопромышленной территории.
Соответствующая концепция в настоящее время принята и для государственного мониторинга земель [2], где он подразделяется на два вида: мониторинг использования земель и мониторинг состояния земель.
Непосредственно для получения информации о состоянии земной поверхности на горнопромышленной территории и расположенных на ней объектов ГПЛ используются следующие компоненты природной среды: атмосферный воздух, в основном, в приземном слое, почва, недра, подземные и поверхностные воды.
В практике существует достаточно много методов и средств наблюдений [3,4,5].
Исходя из особенностей изменения свойств объектов ГПЛ, можно предложить следующие методы наблюдений.
При механических изменениях.
Изменения (деформации) бортов карьеров зависят от состояния прибортового массива и проявляются в виде оползней, обрушений, осыпей (оплывин) бортов карьеров и откосов уступов. Здесь наиболее эффективны инструментальные методы наблюдений.
Изменения (деформации) откосов отвалов зависит от состояния оснований отвалов (деформации проявляются в виде выпоров основания). В этом случае наиболее эффективны инструментальные методы, а также наблюдения за изменением прочностных и влажностных характеристик грунтов основания отвалов.
Изменение состояния и структуры налегающего массива горных пород (сдвижение горных пород) над подземными горными выработками на земной поверхности проявляется в виде обрушений, провалов, оседаний, трещин. Здесь также наиболее эффективны инструментальные методы.
Изменения земной поверхности (осадки, просадки) при добыче нефти и газа, в какой-то мере и подземных вод, эффективно выявляются инструментальными методами.
При изменениях состояния поверхностных и подземных вод.
Изменение состава и уровня подземных вод в массиве горных пород -подтопление или иссушение (депрессионная воронка) грунтов и почвы на земной поверхности - наиболее эффективно выявлять геохимическими исследованиями и пьезометрическими замерами в скважинах и в изливах на земную поверхность.
Изменение состава и биологического содержания поверхностных вод при изменениях близлежащей почвы и грунтов наиболее эффективно выявлять геохимическими и микробиологическими исследованиями.
При загрязнении почв.
Загрязнение почв в результате выбросов вредных веществ от единичных или площадных источников, сноса ветром с поверхности отвалов и терриконов пыли и других частиц наиболее эффективно изучать:
а) при механическом запылении - путем исследования свойств частиц пыли (при схватывании «коркой» на поверхности почвы и др.);
б) при загрязнении почвы тяжелыми металлами и аэрозолями лучше применять эмиссионный спектральный анализ и атомно-абсорбционную спектрометрию, в т.ч. при кучном выщелачивании;
в) при изменении растительности от воздействия вредных веществ возможен радиофизический метод или метод биоиндикации;
г) при изменении животного мира от воздействия вредных веществ лучший эффект дает метод популяций и мутирования особей.
При изменении окружающей среды от физического воздействия на нее источников горнопромышленного комплекса (шум, вибрация, свет, тепло) наиболее эффективны следующие методы: индуктивный, пьезоэлектрический, индукционный, термометрический методы.
При загрязнении окружающей среды в случае радиоактивного загрязнения (почва, воздух, вода, растительность) эффективны радиометрические методы.
Изменение состава и состояния горных пород в массиве горных пород и полигонах отходов производства (в основном при добыче и переработке угля, сернистых соединений) при изменении термического режима и проявлении нарушений в виде самовозгораний горных пород эффективными могут быть термический и визуальный контроль, анализ выделяемых газов.
В соответствии с предложенными методами выбираются средства наблюдений по следующим критериям:
-необходимой точности результата наблюдений;
-полноте покрытия площади исследования;
-возможности автоматизации процесса измерений.
Установленная периодичность должна выявить динамику развития процесса изменения свойств и дать возможность построения прогноза развития процесса изменения показателя, при этом в зависимости от условий наблюдений периодичность наблюдений может изменяться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения периода наблюдения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.Е. Коновалов. Технологические объекты горнопромышленного комплекса -основа формирования горнопромышленных ландшафтов. // Известия вузов. Горный журнал, №6, 2014. - С. 27 - 32.
2. Приказ Министерства экономического развития РФ от 26 декабря 2014г. №852 «Об утверждении Порядка осуществления государственного мониторинга земель, за исключением земель сельскохозяйственного назначения» // Справочно-информационная система «Консультант - Плюс»
3. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. /Министерство
угольной промышленности СССР, Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ)// Ленинград. - 1971. - 185с.
4. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. / Министерство цветной металлургии СССР// Москва «Ндра». - 1988. - 111с.
5. Вартанов А. З., Рубан А. Д., Шкуратник В. Л., Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг /Под. ред. А. Д. Рубана: Учебник для вузов. - М.: Издательство «Горная книга», Издательство МГГУ, 2009. - 640с.
© В. Е. Коновалов, Д. А. Шихлаев, 2015
