CC BY
64
УДК 622.271:622.85 © В.С. Коваленко, 2018
Повышение эффективности использования природных и техногенных ресурсов при открытой угледобыче в рамках концепции «зеленой» горнодобывающей промышленности
Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-4-60-63 -
КОВАЛЕНКО Владимир Сергеевич
Доктор техн. наук, профессор Горного института НИТУ «МИСиС»,
127247, г. Москва, Россия, тел.: +7 (499) 230-25-52, +7 (903) 121-62-72, e-mail: Kovalenkov.s.48@gmail.ru
В статье приводится анализ использования природных ресурсов и техногенного воздействия предприятий угольной отрасли на окружающую среду, дается сравнение с наиболее масштабны^/ми нарушениями земельны^/х ресурсов на самых крупных предприятиях США и Китая, описываются основны>/е направления по повы^/шению ресурсоэффектив-ности и экологической безопасности предприятий, рас-кры>1ваются основны>1е принципы,/ концепции «зеленой» про-мы/шленности, даются рекомендации по созданию землес-берегающих и землевоспроизводящих технологий открытой добы>1чи угля.
Ключевые слова: открытая угледобыча, ресурсопотребление, загрязнение окружающей среды, техногенные ресурсы, «зеленая» промышленность, ресурсоэффектив-ность, экологическая безопасность, землесбережение и землевоспроизводство, экоинновационные технологии.
ВВЕДЕНИЕ
Угольная промышленность России - старейшая отрасль почти с трехсотлетней историей. Ресурсный потенциал России превышает 1,1 трлн т угля, из них только оцененных запасов - 235 млрд т [1]. Более половины (61%) разведанных запасов углей пригодны для добычи высокоэффективным открытым способом. Из них более 88% сосредоточены в Сибирском федеральном округе (Кузнецкий и Канско-Ачинский бассейны) и 11% в Дальневосточном округе.
В 2017 г. достигнут рекордный в современной России объем добычи в 407,8 млн т. Половина (52,7%) от этого объема приходится на Кузнецкий угольный бассейн. Программой развития угольной промышленности на период до 2030 г. предусматривается дальнейший рост объема добычи до 480 млн т.
По оценке ряда экспертов, планируемые темпы освоения угольных ресурсов и наращивания объемов добычи в среднем в 1,5-2% в год не соответствуют ресурсному потенциалу страны. Вместе с тем многие специалисты сходятся во мнении, что сдерживающим фактором может являться в ближайшей перспективе экологическое состояние природной среды в ряде угледобывающих регионов страны, которое оценивается как сложное или даже критическое [2].
Так, например, для основного бассейна высококачественных углей - Кузбасса, в недрах которого сосредоточено порядка 600 млрд т, наступил, по мнению главы Кемеровской области Амана Тулеева, экономический предел роста угледобычи в регионе.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ОТКРЫТОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ
В результате открытой угледобычи ежегодно большие площади земельных ресурсов страны отчуждаются горными работами, занимаются отвалами пустой породы, хво-стохранилищами, золоотвалами и другими объектами. На больших территориях нарушаются естественные ландшафты, наносится непоправимый ущерб окружающей среде. Кроме того, нарушенные земли сами становятся очагами загрязнения атмосферы, воды и почв, прилегающих угодий, что свидетельствует о большом ущербе, наносимом угледобывающими предприятиями народному хозяйству и природной среде.
В последнее время отмечается интенсивный рост площади ежегодно нарушаемых земель. Так, за период с 2010 по 2014 г. темпы нарушения возрастали с 2136 до 4219 га, т.е. в 2 раза быстрее, чем ранее, и достигли средней земле-емкости 11,8 га/млн т. Общая площадь нарушенных земель в угольной отрасли уже достигла порядка 100 тыс. га [3]. С учетом опережающего роста добычи угля открытым способом, усложнения горнотехнических условий разработки и особенностей, свойственных традиционно применяемым технологиям угледобычи, площадь нарушенных земельных ресурсов в дальнейшем будет только возрастать.
Увеличиваться будут и отходы горного производства, представленные в основном вскрышными породами. Объем образования за год отходов угледобывающих предприятий превышает 3 млрд т. Примерно половина (54%) этого объема размещается во внешних отвалах, площадь которых подчас занимает более половины земельного отвода предприятия. Примерно такая ситуация с использованием земельных ресурсов наблюдается и в других горно-
добывающих странах. Увеличение объемов добычи разнообразных полезных ископаемых в мире при сохранении традиционных технологий разработки позволяет специалистам прогнозировать дальнейшее ухудшение природной среды. В качестве примера можно привести данные угольных отраслей США и Китая, где достигнуты максимальные объемы угледобычи, а площади нарушенных земель в разы отличаются от российских показателей.
Так, в США наиболее масштабные нарушения земельных ресурсов характерны при освоении крупнейшего в мире (запасы 1600 мл рд т до глубин ы 900 м) Аппалачского угольного бассейна, где примерно одна пятая часть (19,5%) площади поверхности бассейна, или около 700 тыс. га, была нарушена горными работами [4].
Рекордные объемы добычи и нарушений природной среды характерны для угольной промышленности Китая. Ежегодно добывается порядка трех млрд т. В прошлые годы рекордные темпы роста угледобычи достигали 175 млн т в год. Причем практически вся добыча (97%) ведется подземным способом в основном без закладки выработанного пространства шахт. В работе [5] отмечается, что в результате просадки дневной поверхности были уничтожены леса на площади 1060 тыс. га, пастбища - на 263 тыс. га, повреждены тысячи зданий, нарушена инфраструктура 25 городов и много чего другого. Все это вызвало серьезные загрязнения окружающей среды и экологическую деградацию природных экосистем, что является ключевой проблемой для устойчивого развития горнодобывающей промышленности страны. В этих условиях все большее внимание специалистов привлекает новая концепция, так называемая концепция «зеленой» горнодобывающей промышленности. Стратегическая задача этой концепции - повернуть горное производство, что называется, лицом к природе. Сегодня уже невозможно игнорировать такие явления, как сокращение биоразнообразия и разрушение естественных экосистем на суше и в воде, чрезмерное потребление и нерациональное использование природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, изменение климата и многие другие отрицательные проявления не только в природе, но и в обществе.
«Зеленая» промышленность - это стратегия, которая развивает и дополняет принятый генеральный природоохранный курс ООН [6]. Экономический рост в рамках прежней модели скоро станет невозможен даже в развитых странах: земная экология не в силах удовлетворить растущие аппетиты потребителей, констатирует в «Зеленой революции» немецкий эколог и публицист Ральф Фюкс, бывший глава Фонда Белля. Россия не является исключением, она также нуждается в проведении современной промышленной политики, модернизации экономики и увеличении ее экологической эффективности. Поскольку многие страны мира переходят на «зеленые» технологии, потребность в разработке и реализации экоинновационных технологий открытой угледобычи должна повышаться. Россия, начав переход к «зеленой» промышленности, запустит важный механизм трансформации экономики страны, так называемый «принцип декаплинга», при котором потребности удовлетворяются без существенного увеличения давления на природу. Для этого требуется как продуманная государственная экологическая политика, так и опережающие инициативы со стороны регионов, угледобывающих компаний и предприятий.
На начальном этапе реализации данной стратегии важно правильно определить цели и расставить приоритеты. Безусловно, цели могут быть разными, но вектор должен быть общим, а именно, он определен в концепции как достижение ресурсоэффективности и создание экологически безопасного производства. При этом не может быть в мире единства в реализации этого направления по причине больших различий между горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки, способами добычи, состоянием экономики стран и многими другими факторами. Так в США в качестве конечной цели ставится уже не добыча полезного ископаемого, а восстановление исходной природной экосистемы в процессе или после окончания работ. Однако вполне очевидно, что восстановление экосистемы до первоначального состояния не может быть достигнуто по многим причинам. В настоящее время имеются проекты восстановления лишь отдельных элементов экосистем, основанные на новых принципах, например на ландшафтной стратегии и «естественных» технологиях в экологическом восстановлении нарушенных земель [5]. В качестве примера можно привести проект 1_юпко1, который для Лионкольского угольного района в США реализовал на площади 320 акров методы геоморфологической рекультивации шахтных полей [7]. В качестве основной цели этого проекта являлось создание устойчивого рекультивированного ландшафта, который бы вписывался в окружающую местность и обеспечивал долгосрочную эрозионную стабильность вновь созданной поверхности.
Аналогичные проекты были разработаны в 1980-е годы в МГГУ для условий рекультивации внешних отвалов, отсыпанных на холмистой, достаточно пересеченной местности в южном районе Кузбасса. Имеются многочисленные примеры целенаправленного воздействия на земную поверхность для перевода ее в более ценные формы с позиций хозяйственного использования, эстетики и рекреации, что характеризует потенциальные возможности открытых горных работ [8].
Для условий месторождений России, когда основные запасы высококачественных углей сосредоточены в пластах крутого залегания, а не в горизонтальных или слабонаклонных, как в США и Китае, требуются другие решения в реализации концепции «зеленой» промышленности. Так, одним из направлений решения проблемы ресурсоэф-фективности и экологизации открытой добычи угля является, по мнению автора статьи, преобразование в структуре потребления природных ресурсов за счет вовлечения в производственный процесс создаваемых в процессе разработки техногенных ресурсов и в первую очередь пространственного техногенного ресурса - выработанного пространства карьера взамен земельного ресурса.
Данный техногенный ресурс может быть использован для различных целей: размещения вскрышных пород, создания техногенного месторождения или водоемов различного назначения, для строительства и других целей. По этой причине его относят к многофункциональному геотехнологическому ресурсу. Как любому ресурсу ему свойственны признаки экономической, экологической и социальной полезности. Причем полезность тех или иных потребительских свойств определяется прежде всего состоянием, направленностью и сроком его использования.
Выделяют потенциальный и реальный ресурсы выработанного пространства [9]. Потенциальным ресурсом является карьерная выемка в земной коре, образуемая в результате перемещения горной массы за пределы границ карьера. Реальным ресурсом является часть или весь объем потенциального ресурса, пригодный для использования в конкретном направлении, например для складирования вскрышных пород или попутно добываемого полезного ископаемого при формировании техногенного месторождения.
Идея использовать техногенный ресурс выработанного пространства для размещения внутренних отвалов вскрышных пород при разработке любых типов залежей, в том числе крутозалегающих, зародилась еще в период становления открытых горных работ. Впервые она была высказана известным ученым и педагогом, одним из основоположников теории открытых горных работ профессором Е.Ф. Шешко [10]. Эту идею он реализовал в своем предложении по технологии разработки синклинальных складок Кузбасса. Это послужило началом создания нового направления в горной науке, которое оформилось под общим названием «землесберегающие и землевоспроиз-водящие технологии открытых горных работ».
В рамках этого направления, которое активно развивалось в МГИ - МГГУ, были созданы многие способы и технологии разработки крутых и наклонных залежей. В основе новых решений было заложено, как правило, изменение порядка развития горных работ в целях перевода потенциального ресурса выработанного пространства в реальный. Аналогичные исследования велись во многих других институтах России, Украины, Казахстана.
В настоящее время в современных экономических и экологических условиях повысился практический интерес к технологиям, позволяющим складировать породы вскрыши в выработанном пространстве карьера. Так, на некоторых разрезах стра н ы реал изуют в основном блочный и этап ный порядки отработки карьерных полей, возможность применения которых появилась по истечении нескольких десятков лет, когда определенные участки карьеров достигли проектных контуров. Между тем доказано, что наибольшая эффективность и экологическая безопасность разработки достигаются в случае вовлечения техногенного ресурса выработанного пространства карьера в производственный процесс не периодически, как при блочном порядке, а непрерывно на всех этапах эксплуатации месторождения. Это один из главных технологических принципов порядка развития горных работ при отработке горизонтальных месторождений, где достигнуты наиболее высокие показатели ресурсосбережения. Данный принцип должен быть распространен и на технологии разработки крутозалегающих месторождений угля, эффективность которого доказана многими исследованиями и подтверждена практическим опытом [11].
Эти технологии, назовем их землесберегающие и зем-левоспроизводящие технологии открытых горных работ, обладают рядом технологических возможностей и отличительными признаками от традиционных технологий и наиболее полно отвечают требованиям ресурсосбережения и охраны окружающей среды. Отличительные особенности этих технологий и требования, предъявляемые к ним, заключаются в следующем:
• вовлечение (желательно ускоренное) в производственный процесс техногенного ресурса выработанно-
го пространства карьера взамен земельного ресурса для размещения вскрышных пород за счет перевода его из пассивного в активное состояние, то есть когда весь или часть потенциального ресурса переводится в разряд реального ресурса;
• технологическая возможность целенаправленного управления воспроизводством техногенного ресурса выработанного пространства в процессе отработки запасов полезного ископаемого согласно потребностям горного производства (для размещения вскрышных пород, невостребованных попутных полезных ископаемых и других целей);
• землеемкость открытых горных работ должна быть существенно снижена по сравнению с традиционными технологиями, а режимы отчуждения земельных ресурсов и восстановления нарушенных земель должны отвечать требованиям рационального землепользования;
• формирование внутренних и внешних отвалов вскры ш-ных пород должно отвечать нормативным требованиям технической и биологической рекультивации нарушенных земель, предъявляемым к принятому в проекте направлению их освоения;
• объем запасов угля, вовлекаемых в открытую разработку, и экономическая эффективность их добычи должны быть не меньше, чем при традиционных технологиях угледобычи;
• открытая разработка должна соответствовать требованиям рационального недропользования, создавать необходимые условия, способствующие достижению высокой эффективности, в том числе последующей разработки месторождения подземным способом;
• открытые горные работы должны оказывать минимальное техногенное воздействие на состояние и качество подземных и поверхностных вод и минимизировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.
Этот перечень может быть расширен с учетом конкретных условий с акцентированием на наиболее важных проблемах недропользования и охраны окружающей среды в целях достижения не только высокой эффективности разработки месторождений, но и поддержания состояния экосистемы на нормативном уровне.
Все вышеперечисленные требования направлены на создание угледобывающих предприятий экоинноваци-онного уровня, обладающих высоким производственно-экономическим потенциалом и отвечающих современным требованиям рационального недропользования и охраны окружающей среды. Они вполне вписываются в концепцию «зеленой» горнодобывающей промышленности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Совершенствование открытого способа угледобычи должно быть направлено в первую очередь на повышение эффективности использования природных и техногенных ресурсов и на снижение техногенной нагрузки на окружающую природную среду, что соответствовало бы требованиям концепции «зеленой» промышленности, которая в последнее время реализуется в передовых горнодобывающих странах мира. Для этого имеется от науки ряд эффективных инновационных технологий, направленных на решение данной проблемы, которые ждут своего внедрения в производство.
Список литературы
1. Глинина О.И. Угольная промышленность в России: 295 лет истории и новые возможности // Уголь. 2017. № 10. С. 4-10. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/102017.pdf (дата обращения: 15.03.2018).
2. Оценка экологической емкости природной среды в угледобывающих регионах с учетом перспективы развития угольной промышленности / Ю.В. Шувалов, М.В. Паршина, Е.П. Зуев и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 3. С. 314-321.
3. Харионовский А.А., Васева В.Н, Симанова Е.И. Охрана окружающей среды в угольной промышленности России // Уголь. 2016. № 4. С. 79-82. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/042016.pdf (дата обращения: 15.03.2018).
4. Reconstructing disturbance history for an intensively mined region by time-series analysis of Landsat imagery / Jing Li, Carl E. Zipper, Patricia F. Donovan, Randolph H. Wynne, Adam J. Oliphant. Environmental Monitoring and Assessment, IX. 2015.
5. Hao Bing-yuan and Kang Li-xun. Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China Mine Land Reclamation and Eco-Reconstruction in Shanxi Province I: Mine Land Reclamation Model Hindawi Publishing Corporation //
Scientific World Journal. 2014. Vol. Article ID 483862. 9 p.
6. Захарова Т.В. О поиске модели перехода к «зеленой» экономике в России // Вестник Томского государственного университета. 2016. № 4.
7. Harold J. Hutson and Robert W. Thoman Advancements in geomorphic mine reclamation design approach, Wyoming abandoned mine land, lioncol coal mining district, Sweetwater county // Wyoming Journal American Society of Mining and Reclamation. 2017. Vol. 6. N 2.
8. Ильин С.А., Коваленко В.С., Пастихин Д.В. Преодоление изначальных недостатков открытого способа разработки: опыт и результаты // Горный журнал. 2012. № 4. С. 25-30.
9. Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А. Определение области применения способов разработки крутопадающих залежей с использованием заранее сформированного выработанного пространства карьера // Горный журнал. 1994. № 1. С. 51-59.
10. Шешко Е.Ф. Основы проектирования угольных карьеров. М.: Углетехиздат, 1950. 335 c.
11. Коваленко В.С., Артемьев В.Б., Опанасенко П.И. Зем-лесберегающие и землевоспроизводящие технологии на угольных разрезах. М.: Из-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. 440 c.
MINERALS RESOURCES
UDC 622.271:622.85 © V.S. Kovalenko, 2018
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 4, pp. 60-63 Title
increase in efficiency of natural and man-made resources use in open coal mining within the framework
OF THE CONCEPT OF "GREEN" MINING INDUSTRY DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-4-60-63
Author
Kovalenko V.S.1
1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
Authors' Information
Kovalenko V.S., Doctor of Engineering Sciences, Professor Mining Institute, tel.: +7 (499) 230-25-52, +7 (903) 121 -62-72, e-mail: Kovalenkov.s.48@gmail.ru
Abstract
The paper analyses the natural resources use and man-made impact of coal industry facilities on the environment, it gives their comparison with the most large-scale disturbances of land resources in the largest facilities in the United States and China, it describes the main directions for improving resource efficiency and environmental safety of facilities, it explains the basic principles of the concept of green Industry and gives recommendations for creation of earth-saving and land-renewing technologies for surface mining.
Keywords
Surface mining, Resource consumption, Environmental pollution, Man-made resources, "Green" industry, Resource efficiency, Environmental safety, Land-saving and land rehabilitation, Eco-innovation technologies.
References
1. Glinina O.I. Ugol'naya promyshlennost' v Rossii: 295 let istorii i novye vozmo-zhnosti [The coal industry in Russia: 295 year history and new opportunities]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, No. 10, pp. 4-11. Available at: http://www. ugolinfo.ru/Free/102017.pdf (accessed 15.03.2018).
2. Shuvalov Yu.V. Parshina M.V. Zuev E.P. et al. Otsenka ekologicheskoy emkosti prirodnoy sredy v ugledobyvayushchikh regionakh s uchetom perspektivy razvitiya ugol'noy promyshlennosti [Evaluation of environmental capacity of the natural environment in coal mining regions taking account of the coal industry growth prospects]. Gornyy Informatsionno-Analiticheskiy Byul-leten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2009, No. 3. pp. 314-321.
3. Kharionovskiy A.A., Vaseva V.N. & Simanova E.I. Okhrana okruzhayush-chey sredy v ugol'noy promyshlennosti Rossii [Environment protection in the Russian coal industry]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, No. 4, pp. 79-82.
Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042016.pdf (accessed 15.03.2018).
4. Jing Li, Carl E. Zipper, Patricia F. Donovan, Randolph H. Wynne & Adam J. Oliphant Reconstructing disturbance history for an intensively mined region by time-series analysis of Landsat imagery. Environmental Monitoring and Assessment, IX. 2015.
5. Hao Bing-yuan and Kang Li-xun Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China Mine Land Reclamation and Eco-Reconstruction in Shanxi Province I: Mine Land Reclamation Model Hindawi Publishing Corporation. Scientific World Journal, 2014, Vol. Article ID 483862, 9 p.
6. Zakharova T.V., O poiske modeli perekhoda k «zelenoy» ekonomike v Rossii [On searching model of transition to green economy in Russia]. Vestnik Tom-skogo gosudarstvennogo universiteta - Bulletin of the Tomsk state university, 2016, No. 4.
7. Harold J. Hutson & Robert W. Thoman Advancements in geomorphic mine reclamation design approach, Wyoming abandoned mine land, lioncol coal mining district, Sweetwater county. Wyoming Journal American Society of Mining and Reclamation, 2017, Vol. 6, No. 2.
8. Ilyin S.A., Kovalenko V.S. & Pastikhin D.V. Preodolenie iznachal'nykh nedostatkov otkrytogo sposoba razrabotki: opyt i rezul'taty [Overcoming the initial shortcomings of the opencast mining method: experience and results]. GornyyZhurnal - Mining Journal, 2012, No. 4, pp. 25-30.
9.Trubetskoy K.N., Peshkov A.A. & Matsko N.A. Opredelenie oblasti primeneniya sposobov razrabotki krutopadayushchikh zalezhey s ispol'zovaniem zaranee sformirovannogo vyrabotannogo prostranstva kar'era [Determining scope of use of the methods of mining steeply sloping deposits using the pre-formed working quarry space]. GornyyZhurnal - Mining Journal, 1994, No. 1, pp. 51-59.
10. Sheshko E.F. Osnovy proektirovaniya ugol'nykh kar'erov [Coal quarry design basis]. Moscow, Ugletekhizdat Publ. 1950, 335 p.
11. Kovalenko V.S., Artemiev V.B. & Opanasenko P.I. Zemlesberegayushchie i zemlevosproizvodyashchie tekhnologii na ugol'nykh razrezakh [Land-saving and land rehabilitation, technologies in coal open-pit mines]. Moscow, "Gor-noye delo" Publ., "Kimmeriysky Tsentr" LLC, 2013, 440 p.
