CC BY
48
© Ю.А. Мамаев, Л.Т. Крупская,
Н.И. Грехнев, В.А. Морин, А.В. Крупский, 2008
УДК 622.004.67
Ю.А. Мамаев, Л.Т. Крупская, Н.И. Грехнев,
В.А. Морин, А.В. Крупский
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ИСТОЧНИКОВ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ КРИЗИСНЫХ СИТУАЦИЙ ОТ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В ПРИАМУРЬЕ
Семинар № 10
Освоение минерально-сырьевых ресурсов в Приамурье способствует интенсивному загрязнению компонентов биосферы, повышению возможности возникновения критических ситуаций техногенного характера. К сожалению, горные предприятия здесь десятилетиями не подвергались реконструкции и техническому перевооружению, что значительно увеличивает вероятность нежелательных изменений объектов природной среды (ландшафта, водных источников, атмосферного воздуха, почвы и биоты). Особую опасность представляет аварийные сбросы (выбросы) промышленных отходов, приводящие к загрязнению объектов природной среды, связанному с угрозой жизни для всего живого, в т.ч. и человека. Повышенный его уровень обусловливает увеличение износа оборудования, снижение производительности труда.
Однако изучению экологического риска в Дальневосточном регионе до сих пор уделялось недостаточно внимания, поэтому остается множество нерешенных задач. К ним относятся количественная оценка экологической безопасности разработки месторождений полезных ископаемых, достоверная статистика по
экологическим авариям, дифференциация горных предприятий по уровню экологической безопасности. Актуальность настоящего исследования предопределяется не только комплексом существующих проблем оценки риска от деятельности горного объекта, но и отсутствием научно обоснованной системы управления риском, особенно в условиях развития в России рыночных отношений. В связи с этим целью нашего исследования явилась разработка научных основ предупреждения кризисных ситуаций при освоении недр для обеспечения экологической и социальной их безопасности. Исходя из этого, определены следующие задачи: 1. Выявить источники экологического риска на горных предприятиях и выполнить их классификацию; 2. Провести экспериментальные исследования по оценке специфики и интенсивности загрязнения отдельных компонентов природной среды в зонах влияния горного производства; 3. Разработать исходные положения концепции допустимого экологического риска для экосистем и их площадных размеров.
Методологической основой изучения этой проблемы послужило учение
академика В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Кроме того, использован следующий комплекс основных методов: системного анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований, научного прогнозирования и классификации, а также районирования. В процессе исследований изучались технологические особенности проектирования и эксплуатации хвостохрани-лищ, выявлялись основные факторы, определяющие экологическую устойчивость экосистем.
В настоящее время нет единого мнения в определении понятия экологического риска промышленных предприятий, в раскрытии его сущности. Экологический энциклопе-диический словарь (1999 г.) трактует его как: «Риск - это мера для количественного измерения опасности, представляющая собой многокомпонентную величину, измеренную, например, с помощью статистических данных или рассчитанную с помощью имитационных моделей, включающих количественные показатели: величину ущерба от воздействия опасного фактора; вероятность возникновения (частоту) рассматриваемого опасного фактора; неопределенность в величинах как ущерба, так и вероятности».
Большинство авторов определяют «риск» как «опасность» (Смирнова, 2001 и др.), как «вероятность» опасности негативных изменений в структуре и функционировании природных и природно-техногенных систем (Михеев, 2003 и др.). В современной научной литературе (Та-васиев, 2001; Белоглазова, 2002; Лаврушин, 2002; Тэпман, 2002 и др.) можно выделить три основные группы подходов к определению сущности категории риска. Первая предполагает, что «риск» - это атри-
бутивная общесоциологическая характеристика любого вида деятельности человека, осуществляемая в условиях ресурсных ограничений и наличия возможности выбора оптимального способа достижения осознанных целей при информационной неопределенности. Вторая группа рассматривает «риск» как результат накопления регрессивного потенциала (Meadows, 1992; Наседкин, 2001, 2002, 2003 и др.). Третья группа считает, что «риск» - это форма неопределенности результата, который связан с особым видом деятельности - предпринимательности (Рэдхэд, 1996; Райзберг, 1997 и др.).
На основе анализа различных подходов к определению содержания понятия «экологический риск» от горнопромышленного производства и наших собственных исследований предложена его формулировка. По нашему мнению, «риск» - это мера экологической опасности, вероятность проявления неблагоприятных эффектов в состоянии биоты и человека, это ситуация с результатом развития, определяемая вероятностью нарушения природного равновесия, т.е. эволюционно-сложившей-ся саморегулирующейся системы связей в биосфере. Развивая далее это представление, целесообразно считать, что «риск» - это оценочная категория экологической безопасности горного производства, так как задачи, решаемые для минимизации негативного его воздействия, в принципе одни и те же: либо превентивные активные действия посредством ограничений, либо выбор оптимального варианта природопользования, имеющего конечной целью тот же результат.
Придерживаясь взглядов А. В. Цыганкова (1994), следует считать, что
на современном этапе развития технологий добычи и переработки минерального сырья обеспечение абсолютной безопасности горного производства недостижимо. Здесь имеет смысл говорить о концепции приемлемого риска, который ориентирует не на недостижимую «абсолютную безопасность» производства, а базируется на выборе приоритетов в системе взаимодействия природных и антропогенных элементов среды. Фактически экологический риск обусловлен техническими, экономическими и социальными возможностями предприятия, и, решение об уровне экологического риска носит скорее не эколого-технический, а политический характер.
При освоении недр в горных районах Приамурья чрезвычайные ситуации чаще возникают в экосистемах, ограниченных бассейнами стока рек 111-1У порядков (районного уровня), составляющих по площади сотни км2'. При сближении осваиваемых рудных районов образуются зоны нарушенных природных систем надбассейного уровня, которые распространяются за пределы одной речной долины, на тысячи км2. Они приводят к загрязнению отдельных компонентов среды или к нарушению функционирования экосистем в целом, что обусловлено следующими причинами: 1) отсталыми технологиями горно-добычных и горно-перерабатывающих производств; 2) недостаточным учетом уязвимости (или устойчивости) экосистем горнотаежной зоны; 3) устаревшим техно-лого-техническим оборудованием перерабатывающих предприятий, средств защиты и охраны компонентов природной среды. Все это создает условия возникновения повышенного риска разрушения природных систем.
Анализ, обобщение и систематизация литературных данных и собст-
венных исследований позволил выявить следующие основные факторы, влияющие на повышение вероятности возникновения экологического риска деятельности горных предприятий, расположенных в Приамурье: 1. Наличие источника негативного воздействия на компоненты биосферы в виде загрязняющих и токсичных элементов или их химических соединений, содержащихся в отходах (газообразных, твердых и жидких); 2. Высокая отходоемкость предприятия, превышающая экологический потенциал экосистем; 3. Особенности биоклима-тических и орографических условий функционирования предприятия, в основном определяющих экологическую емкость среды; 4. Степень износа оборудования, влияющая на вероятность возникновения аварий на горном объекте; 5. Степень экономической освоенности территории и плотность населения в зоне; 6. Комплекс природоохранных мероприятий и оперативность горноэкологического мониторинга, осуществляемых в процессе горного производства.
К числу основных источников нарушения среды и создания кризисных ситуаций на горных предприятиях Приамурья относятся: 1) хвостохра-нилища; шлихообогатительные установки и обогатительные фабрики, отстойники; 2) технологическое и транспортное оборудование, котельные ТЭЦ и отопительные системы; 3) использование взрывчатых веществ при проведении буровзрывных работ; 4) выпуски шахтных вод и жидких отходов; отвалы околорудных пород; 5) сушильные установки и аспирацион-ные системы обогатительных фабрик; 6) породные отвалы; 7) вентиляционные системы обогатительных фабрик и плавильных цехов; 8) дражные полигоны.
Оценивая, например, экологическую опасность воздействия только одного из трех хвостохранилищ, ЦОФ Солнечного ГОКа, необходимо отметить, что в нем с начала 60-х годов прошлого века накоплено (по состоянию на 1990 год) 16 млн. м3 отходов, содержащих 46392 т олова (при среднем содержании 0,183 %), 707000 т меди (0,28 %), 39356 т цинка (0, 156 %), 47853 т свинца (0,188 %), 6742 т вольфрама (0,015 %), 5874 т висмута (0,013 %) и 339 т серебра (116 г/т), а также редких элементов и золота. По нашим материалам исследований, отходящими грунтовыми водами сбрасывается в русло р. Лев. Силинка свыше 50 м3 в сутки (приблизительно 20 тыс. м3 в год) аномально загрязненных вод, содержащих Мп - 3,8 мг/л, Си - 1,0 мг/л, РЬ - 0,34 мг/л, Бп - 0,1 мг/л, 7п - 2,8 мг/л, Ре - 8,4 мг/л, С<1 -0,06 мг/л.
По данным ранее проведенных исследований выявлено, что структура водных природно-техногенных потоков рек Силинка и Холдоми такова, что под влиянием горных работ химический состав природных вод полностью изменен. Более того, в их составе появились элементы и соединения в количествах, не свойственных природным водам. Установлено, что большая часть тяжелых металлов (за исключением железа) мигрирует в растворенных формах (Грехнев и др., 2003 и др.),
Исследовательские материалы 2006 г. показывают (рисунок), что за период свертывания производства на Солнечном ГОКе в последние 20 лет уровень загрязнения поверхностных вод практически не снизился. Более того, протяженность аномального потока тяжелых металлов (ТМ) в донных осадках р. Силинка практически уже достигает устьевой части реки, с мак-
симальным проявлением аномальности (50 фонов и более), от рудника Солнечный до устья притока р. Хол-дами и ниже до 5 км (около 30 км). Вниз по течению, в интервале 30 км до устья р. Силинка (57 км), во взвесях фиксируется достаточно ровный график содержаний ТМ, составляющий в сумме около 2 %. Во взвешенной форме преобладают, причем в аномальном количестве, такие элементы, как: Ре, 7п, Дэ, С<1, Бп, РЬ и Нд. Ртуть обнаружена впервые как в пробах донных осадков, так и во взвесях в аномальном количестве (п*10-3 %). Самоочищение этих вод происходит медленно, вследствие разрушения водных биоценозов.
Гидрохимическое опробование и анализ проб дренажных вод свидетельствует о значительном их обогащении ТМ (свинцом, 0,089 мг/л; медью, 0,216 мг/л; цинком, 3,160 мг/л).
Почвы, растительность в зоне влияния этого техногенного объекта также обогащены токсичными элементами. В связи с этим происходит трансформация почвенно-растительного покрова. Площадные нарушения со специфическими условиями характеризуются тем, что здесь, как правило, распространены адвентивные виды (60 % площади), обладающие широкой экологической амплитудой при почти полном отсутствии конкуренции со стороны аборигенных видов растений. Причем существенные изменения на сопредельных территориях претерпевают растения всех ярусов лесных фитоценозов, изменяется их химический состав и процессы жизнедеятельности, что способствует нарушению структуры и снижению продуктивности экосистем вплоть до полной их деградации.
Потоки рассеяния ТМ в донных отложениях р. Силинки. Составил Грехнев Н.И., 2006 г.
Биоиндикация по стерильности пыльцы растений-биоиндикаторов в зоне влияния ЦОФ Солнечного ГОКа
Наименование горного предприятия Наименование растений-биоиндикаторов Количество исследованных клеток Стерильность пыльцы, % Зона воздействия
Солнечный Кипрей узколистный 500 18,0±0,39 1
ГОК Ромашка непахучая 500 21,8 ±0,47 1
Гравилат желтый 500 20,0±0,35 1
Кипрей узколистный 500 11,2±0,43 2
Ромашка непахучая 500 10,9±0,51 2
Гравилат желтый 500 10,5±0,38 2
Кипрей узколистный 500 4,5±0,32 3
Ромашка непахучая 500 4,6±0,39 3
КОНТРОЛЬ Гравилат желтый 500 4,9±0,35 3
Кипрей узколистный 500 0,5±0,20 -
Ромашка непахучая 500 0,4±0,54 -
Гравилат желтый 500 0,4±0,19 -
Примечание: 0,3-0,5 % - эталонная оценка экологической ситуации; 0,7-4,5% - удовлетворительная; 4,6 %- 8,5 % - неудовлетворительна; 8,6-20,0 % - критическая (угрожающая)
Результатом сильного повреждения растительных сообществ является отсутствие в эдифицирующей синузии здоровых деревьев. Обнаружено, что в молодых древостоях, произрастающих в условиях интенсивного загрязнения, в основном преобладают ослабленные и усыхающие деревья. Высокое содержание в почвах тяжелых металлов способствует замедлению роста растений, развитию хлорозов и некрозов. В качестве отклика на техногенное воздействие использовалась стерильность пыльцы (таблица). Известно (Крупская и др., 2004), что техногенные факторы на растения оказывают негативное воздействие через клетку. Растительность при этом реагирует увеличением количества стерильности пыльцы. В первой интенсивно разрушенной по сравне-
нию с контролем зоне она составляет 20 и более процентов.
Опробование атмосферного воздуха показывает существенное превышение концентраций аэрозолей сульфатов в районе хвостохранилища ЦОФ, которое колеблется от 16,4 до 80,6 раз относительно фоновых количеств. Содержание пыли здесь превышает ПДК в 50 и более раз. Учитывая высокую токсичность «хвостов» ЦОФ и пыли, негативное воздействие этого объекта многократно увеличивается.
По результатам опробования атмосферного воздуха, водных систем, почвенно-растительного покрова и отходов в зоне влияния хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа были оконтурены литохимические ореолы загрязнения. Под действием посту-
пающих из них агрессивных техногенных потоков сформированы геохимические аномалии. Установлено превышение пороговых содержаний токсичных химических элементов (свинца, цинка, олова, меди и др.) в радиусе 2-12 км от его границы в почвогрунтах, способствующем снижению продуктивности и потере качества сельскохозяйственной продукции.
Для уменьшения негативного воздействия горного объекта и его отходов на компоненты биосферы нами предлагается следующий комплекс мероприятий: 1. Строительство хвостохранилищ в выработанном пространстве, расположенном ниже зоны аэрации и активного водообмена; 2. Дезинтегрирование и изъятие минералов сульфидной группы на стадии предварительного обогащения рудной массы и их утилизация в процессе сернокислотного производства или изоляция от атмосферной среды; 3. Заложение котлованов для хвостохранилищ в непроницаемых водоупорных породах с известковой подстилкой повышенной мощности, способной длительное время осуществлять нейтрализацию сульфатно-кислотных растворов и осаждать из растворов тяжелые металлы; 4. Полная утилизация горнопромышленных отходов, предполагающая их использование в качестве техногенных месторождений для извлечения полезных компонентов на основе применения новых технологий, в т.ч. получения композитных сплавов и нетрадиционных материалов стройиндустрии.
При экологических исследованиях риска возникновения кризисных
ситуаций основное внимание необходимо уделять изучению рудных карьеров, их отвалов, отстойников-накопителей и хвостохранилищ, закрытых или законсервированных рудников, которые являются активными источниками загрязнения экосистем ТМ.
В связи с интенсивным загрязнением природных систем при освоении недр, возникает необходимость в организации горно-экологического мониторинга на горных предприятиях за изменением их состояния.
Главным аспектом охраны окружающей среды в горнодобывающих районах Дальнего Востока остается повышение комплексности освоения минерального сырья, внедрение малоотходных технологий добычи и его переработки, формирование замкнутых технологических циклов. Необходимо создавать технологии освоения месторождений по аналогии с природными системами, позволяющими вписать горное производство в природный геохимический круговорот веществ, превращая его в геохимически замкнутую природно-промышленную систему.
Таким образом, экологический риск отражает категорию экологической безопасности горного производства, включающую, с одной стороны, уровень экологичности предприятия (уровень и полнота извлечения ТМ, снижение отходоемкости и повышение технологичности, совершенствование природоохранного комплекса), с другой - показатель экологической емкости природной среды и строгое соблюдение законодательных требований, социальных и экономических ограничений.
1. Смирнова Е. Производственный риск: сущность и управление //Управление риском. 2001. № 1. - С. 3942.
2. Наседкин С.Ю. Формирование системы оценки рисков деятельности промышленных предприятий - природопользовате-лей //ТЭК и ресурсы Кузбасса. Кемерово. 2003. №4/13. - 11 с.
3. Грехнев Н.И., Секисов Г.В. Экологические аспекты переработки минерального сырья и хранение отходов производства в Дальневосточном регионе //Материалы научной конференции. Чита. 2003. С.
4. Борисова В.Н., Бакшеева Л.К., Гетъ-ман Т.А., Ефимов Н.Н. Влияние горнодобывающих предприятий на геохимию окружающей среды на примере Солнечного ГОКа МЦМ СССР //Геохимия техногенеза. Тез. докл. 1 Весоюзн. Совещ., Иркутск, 2931 октября 1985. Иркутск. 1985. - С. 161
5. Крупская Л.Т., Бабурин А.А., Саксин Б.Г. Методические подходы к оценке состояния экосистем в процессе горного производства //Научно-техническое обеспечение горного производства. Алматы. 2004. -С. 135-137. ЕЕЕ
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------------------
Мамаев Ю.А. - доктор технических наук, профессор, директор,
КрупскаяЛ.Т. - доктор биологических наук, зав. лабораторией,
Грехнев Н.И. - кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный сотрудник,
Морин В.А. - кандидат сельскохозяйственных наук, ст. научный сотрудник,
Крупский А.В. - инженер,
Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 10 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.А. Ельчанинов.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН
СИНИЦЫН Виктор Александрович Повышение эффективности взрывной подготовки горной массы на карьерах с применением взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий 25.00.22 к.т.н.
