Угольная промышленность: проблемы и перспективы. Технология добычи сланцевого газа и влияние на экологию

В ходе добычи и переработки полезных ископаемых происходит большой геологический круговорот, в который вовлекаются различные системы. Вследствие этого оказывается большое воздействие на экологию региона добычи, и такое воздействие влечет за собой негативные последствия.

Масштабы добычи полезных ископаемых велики – в расчете на одного жителя Земли в год добывается до 20 тонн сырья, из которых менее 10% переходит в конечный продукт, а остальные 90% – отходы. Кроме того при добыче происходит значительная потеря сырья примерно 30 – 50%, что говорит о неэкономности некоторых видов добычи, особенно открытого способа.

Россия является страной с широко развитой добывающей отраслью, имеет месторождения основных сырьевых ресурсов. Вопросы негативного влияния добычи и переработки сырья очень актуальны, поскольку эти процессы затрагивают все сферы Земли:

• литосферу;
• атмосферу:
• воду;
• животный мир.

Влияние на литосферу

Любой способ добычи предусматривает выемку руды из земной коры, что приводит к образованию полостей и пустот, нарушается целостность коры, увеличивается трещиноватость.

В результате этого растет вероятность обвалов, оползней, разломов близлежащей к руднику территории. Создаются антропогенные формы рельефа:

• карьеры;
• отвалы;
• терриконы;
• овраги.

Такие атипичные формы имеют большие размеры, высота может достигать 300 м, а протяженность 50 км. Насыпи образуются из отходов переработанного сырья, на них не растут деревья и растения – это просто километры непригодной территории.

В ходе добычи каменной соли, при обогащении сырья, образуются галитовые отходы (на одну тонну соли приходится три–четыре тонны отходов), они твердые и нерастворимые, а дождевые воды переносят их в реки, которые часто используются для обеспечения питьевой водой населения близлежащих городов.

Решить экологические проблемы, связанные с возникновением пустот, можно путем заполнения отходами и переработанным сырьём оврагов и выемок в земной коре, образованных в результате добычи. Также необходимо совершенствовать технологию добычи, чтобы сокращать выемку пустой породы, это может в значительной мере уменьшить количество отходов.

Многие породы содержат несколько видов полезных ископаемых, поэтому возможно совмещать добычу и переработку всех компонентов руды. Это не только экономически выгодно, но и благоприятно повлияет на окружающую среду.

Еще одним негативным последствием, связанным с добычей полезных ископаемых является загрязнение ими близлежащих сельскохозяйственных почв. Это происходит во время транспортировки. Пыль разлетается на многие километры и оседает на поверхности почвы, на растениях и деревьях.

Многие вещества могут выделять токсины, которые затем попадают в пищу животным и человеку, отравляя организм изнутри. Часто вокруг магнезитовых месторождений, которые активно разрабатываются, наблюдается пустошь в радиусе до 40 км, почва меняет щелочно-кислотный баланс, и растения перестают расти, а близлежащие леса погибают.

В качестве решения этой проблемы экологи предлагают размещать перерабатывающие сырье предприятия вблизи места добычи, это также позволит сократить транспортные расходы. Например, располагать электростанции вблизи угольных месторождений.

Ну и, наконец, добыча сырья значительно истощает земную кору, с каждым годом уменьшаются запасы веществ, руды становятся менее насыщенными, это способствует большим объемам добычи и переработки. Как следствие – рост объемов отходов. Решением этих проблем может стать поиск искусственных заменителей природных веществ и их экономное потребление.

Добыча соли шахтным способом

Влияние на атмосферу

Колоссальные экологические проблемы оказывает добыча полезных ископаемых на атмосферу. В результате процессов первичной обработки добытых руд в воздух выбрасываются большие объёмы:

• метана,
• оксидов
• тяжелых металлов,
• серы,
• углерода.

Созданные искусственные терриконы постоянно горят, выбрасывая в атмосферу вредные вещества – угарный газ, углекислый газ, сернистый газ. Такое загрязнение атмосферы приводит к увеличению уровня радиации, изменению температурных показателей и увеличение или уменьшения осадков.

Во время добычи в воздух попадает большое количество пыли. Ежедневно на прилегающие к карьерам территории падает до двух килограмм пыли, в итоге почва остается погребенной под полуметровым слоем на долгие годы, а часто навсегда, и, естественно, теряет свое плодородие.

Решением данной проблемы является использование современного оборудования, снижающего уровень выбросов вредных веществ, а также использование шахтного способа добычи вместо открытого.

Влияние на водную среду

В результате добычи природного сырья сильно истощаются водоемы как подземные, так и поверхностные, осушаются болота. При добыче угля осуществляется откачка подземных вод, которые располагаются вблизи месторождения. На каждую тонну угля приходится до 20 м 3 пластовых вод, а при добыче железных руд – до 8 м 3 воды. Откачка вод создает такие экологические проблемы, как:

Кроме нефтяных пятен на поверхности воды, есть и другие угрозы для озер и рек

• образование депрессионных воронок;
• исчезновение родников;
• высыхание малых рек;
• исчезновение ручьев.

Поверхностные воды страдают от загрязнений в результате осуществления процесса добычи и переработки ископаемого сырья. Так же как и в атмосферу, в воду попадает большое количество солей, металлов, токсических веществ, отходов.

В результате этого гибнут микроорганизмы, живущие в водоемах, рыба и прочая живность, человек использует загрязненную воду не только для своих хозяйственных нужд, но и в пищу. Предотвратить экологические проблемы, связанные с загрязнением гидросферы можно путем сокращения сбросов сточных вод, уменьшения расходов воды при добыче продукции, заполнением образованных пустот водой.

Этого можно добиться, совершенствуя процесс добычи сырья, использованием новых разработок в области машиностроения для добывающей отрасли.

Влияние на животный и растительный мир

Во время активной разработки крупных месторождений сырья радиус загрязнений близлежащих почв может составлять 40 км. Почва подвержена различным химическим изменениям, в зависимости от вредности перерабатываемых веществ. Если в землю попадает большое количество токсических веществ, на ней гибнут и не растут деревья, кустарники и даже трава.

Следовательно, нет пищи для животных, они либо гибнут, либо ищут новые места для обитания, происходит миграция целых популяций. Решением этих проблем должно быть снижение уровня выбросов вредных веществ в атмосферу, а также компенсационные меры по восстановлению и очищению загрязненных территорий. К компенсационным мерам относится удобрение почв, высадка лесов, организация пастбищ.

При разработке новых месторождений, когда снимается верхний слой грунта – плодородный чернозем, его можно транспортировать и распределять на бедных, истощенных местах, вблизи уже неактивных рудников.

Видео: Загрязнение окружающей среды

Начало освоения минеральных богатств на Южном Урале относится к эпохе бронзы. Медь начали добывать примерно 4 тыс. лет назад. Самым крупным из известных нам сегодня древних рудников был Каргалинский, расположенный недалеко от Оренбурга. Здесь древни рудокопы разрабатывали рудистые песчаники, содержащие такие минералы меди, как халькопирит, борнит и малахит. Содержание меди в этих рудах достигало 8-10% и более.

Масштабы добычи минерального сырья увеличиваются ежегодно. Это связанно не только с ростом потребления тех или иных минералов, пород, но и с уменьшением содержания в них полезных компонентов. Если раньше на Урале, в Челябинской области обрабатывались полиметаллические руды с содержанием полезных элементов 4-12%, то теперь разрабатываются бедные руды, где содержание ценных элементов едва достигает 1%. Для того, чтобы получить из руды тонну меди, цинка, железа, необходимо добыть из недр гораздо больше породы, чем в прошлом.

Любой способ добычи полезных ископаемых значительно влияет на природную среду. Особое влияние испытывает верхняя часть литосферы.

При любом способе добычи происходит значительная выемка пород и их перемещение. Нарушается целостность определенного объема пород, увеличивается их трещиноватость, появляются крупные полости, пустоты.

Откачка воды из карьеров и шахт создает обширные депрессионные воронки, зоны снижения уровня водоносных горизонтов. При карьерной добыче диаметры этих воронок достигают 10-15 км, площади – 200-300 кв.км.

Проходка шахтных стволов приводит также к соединению и перераспределению вод между ранее заброшенными водоносными горизонтами, прорывам мощных потоков воды в туннели, забои шахт, что значительно затрудняет добычу.

Истощение грунтовых вод в районе горных выработок и осушение поверхностных горизонтов сильно влияют на состояние почв, растительного покрова, величину поверхностного стока, обуславливают общее изменение ландшафта.

Создание крупных карьеров и шахтных полей сопровождается активизацией различных инженерно-геологических и физико-химических процессов:

Возникают деформации бортов карьера, оползни, оплывины;

Происходит оседание земной поверхности над отработанными шахтными полями. В скальных породах оно может достигать десятков миллиметров, в некрепких осадочных породах – десятков сантиметров и даже метров;

На соседних с горными выработками площадях усиливаются процессы эрозии почв, оврагообразования;

В выработках и отвалах активизируются во много раз процессы выветривания, идет интенсивное окисление рудных минералов и их выщелачивание, во много раз быстрее, чем в природе, идет миграция химических элементов;

В радиусе нескольких сот метров, а иногда и километров, происходит загрязнение почв тяжелыми металлами при транспортировке, ветровом и водном разносе, почвы также загрязняются нефтепродуктами, строительным и промышленным мусором. В конечном счете, вокруг крупных городов выработок создается пустошь, на которой растительность не выживает. Например, разработка магнезитов в Сатке привела к гибели сосновых лесов в радиусе до 40 км. Пыль, содержащая магний, попала в почву и изменила щелочно-кислотный баланс. Почвы из кислых превратились в слабощелочные. Кроме того, карьерная пыль как бы зацементировала хвою, листья растений, что вызвало их оскудение, увеличение мертвопокровных пространств. В конечном итоге, леса погибли.

Откачиваемые из горных выработок воды часто содержат примесь глины, песка, кислот, солей, которые при попадании в реки, ручьи, болота (чаще всего шахтные, карьерные воды попадают именно сюда) вызывают их загрязнение. Подобное произошло в Карабаше, где добытую из шахты руду после дробления и обогащения сбрасывали в реку Сак-Элгу и ручей Аткус. Последствия этого сброса ощущаются и сегодня, спустя десятилетия.

Эксплуатация крупных горных выработок сопровождается выбросами пыли и газов в атмосферу за счет взрывов значительного количества аммонала и других взрывчатых веществ. Так, при разложении пирита выделяется теплота, которая вызывает возгорание отвалов. Терриконы горят в течении месяцев, а иногда и лет, выделяя сернистый и угарный газы, углекислый газ и целый ряд других соединений с хлором, фтором, азотом. Горящие терриконы интенсивно загрязняют атмосферу.

Техногенная нарушенность естественных ландшафтов и растительного покрова на территории горно-добывающих предприятий и их ближайшем окружении охватывает значительные площади. В основных горно-добывающих районах области (Сатке, Карабаше, Копейске, Коркино) это десятки квадратный километров. Чрезмерная загазованность, запыленность приводят к усыханию крон деревьев и другим болезням.

Другое по теме

Экология настоящего дня
Современное определение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой...

Экологическая безопасность человека в экосистеме
Человек по своей природе стремится к состоянию защищенности и хочет сделать свое существование максимально комфортным. С другой стороны, мы постоянно находимся в мире рисков. Угроза исходит...

К сожалению, любая деятельность человека приводит в той или иной мере к загрязнению окружающей среды и изменению экологической обстановки в районе его деятельности. И деятельность по обеспечению цивилизации энергией здесь не исключение. Добыча нефти, ее транспортировка, переработка и использование, принося несомненную пользу человечеству, также не обходится без серьезных экологических последствий.

Города в ядовитой дымке

Бурное развитие автомобильной промышленности принесло людям невиданную прежде мобильность, и значительно преобразило наш образ жизни. Для каждого отдельного человека личный автомобиль дает множество преимуществ. В совокупности же массовая автомобилизация приводит к значительным негативным экологическим последствиям. Парк действующего автотранспорта в мире давно уже перевалил за 1 миллиард автомобилей. И все эти автотранспортные средства ежедневно сжигают огромное количество топлива, выделяя такое же огромное количество выхлопных газов.

Уже к середине двадцатого века смог стал неотвратимым явлением больших городов развитых стран. Источник смога поначалу был неясен и вызывал множество бурных обсуждений и споров. Высказывались различные версии его происхождения. То ли это результат работы промышленных предприятий, действующих в городской черте. То ли множества печей используемых в домашнем хозяйстве. То ли результат сжигания городского мусора.

Надо сказать, что городской смог – явление, с которым люди больших городов сталкивались, уже начиная с эры массового использования угля в качестве топлива. Но в эпоху угля причина смога была довольно быстро определена (смешение дыма и диоксида серы) и были выработаны пути ее решения (перевод промышленных предприятий с угля на природный газ). Причина появления смога при отсутствии углесжигающих производств оставалась загадкой.

Точку во всех спорах поставил Хааген-Смит, профессор Калифорнийского института технологий. Именно он выяснил причину и описал процесс образования нового типа смога – фотохимического. Основной причиной этого вида смога были названы продукты неполного сгорания топлива в двигателях автомобилей. Выхлопы автомобилей, смешиваясь с озоном, парами углеводородсодержащих продуктов и перекиси нитратов под воздействием солнечных лучей и образуют эту ядовитую дымку, от которой начинает саднить легкие.

Исследования Хаагена-Смита, встреченные поначалу с большим скепсисом, затем полностью подтвердились. После этого ему был присвоен неофициальный титул «отца смога», хотя это не очень-то ему импонировало.

Нефть и Глобальное потепление

Смог – не единственное последствие широкого использования нефти. Потребление нефти и продуктов на ее основе может загрязнять воздух различными способами. Сегодня многие ученые сходятся во мнении, что газы, попадающие в атмосферу при добыче и использовании нефти, в значительной степени усиливают парниковый эффект.

Парниковые газы, скапливаясь в верхних слоях атмосферы, способствуют увеличению приповерхностной температуры планеты. Основные парниковые газы (в порядке их влияния) – это водяной пар, углекислый газ, метан, озон. По мнению ученых, наблюдаемое в последние десятки лет потепление вызвано в основном повышением концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. Причем подавляющая часть углекислого газа образуется в результате деятельности человека.

Глобальное потепление, то есть постепенное увеличение температуры атмосферы Земли, может привести к катастрофическим последствиям. Ожидается, что таяние ледников приведет к повышению уровня Мирового океана, затоплению значительной части суши, увеличению количества выпадающих осадков. Произойдет значительное изменение климата, в результате чего участятся природные катаклизмы, такие как наводнения, ураганы, смерчи; усилится их интенсивность.

Надо сказать, что не все ученые согласны с концепцией глобального потепления, а некоторые, соглашаясь с самим процессом потепления, отвергают влияние на него факторов вызванных человеческой деятельностью. Как бы там ни было идея снижения выбросов парниковых газов, в том числе от сжигания нефтяного топлива, выглядит вполне разумной.

Аварии и разливы нефти

Приводит и к другим значительным экологическим последствиям. Особенно опасны экологические катастрофы на море. Поскольку нефть легче воды, она растекается по воде тонкой пленкой на значительную площадь. Разливы нефти сопровождаются массовой гибелью морских млекопитающих, птиц, рептилий. Наносится ущерб рыбному промыслу. Залитые нефтью пляжи отпугивают туристов и наносят вред прибрежной экосистеме, часто непоправимый.

Аварии танкеров на море происходят с самого начала их использования. Одна из крупнейших аварий, получившая громкий резонанс, произошла с нефтяным танкером Эксон Вальдез (Exxon Valdez) в 1989 году. Танкер компании Эксон должен был перевезти нефть с Аляски в Калифорнию, но неожиданно у берегов Аляски сел на мель, налетев на риф Блай. В результате в море вылилось 260 тысяч баррелей нефти.

Хотя объемы разлившейся нефти в этой катастрофе были не самыми крупными в череде других морских аварий, но урон, который разлившаяся нефть принесла природной экосистеме Аляски, был признан самым катастрофическим для своего времени. Эта авария долгое время оставалась наиболее разрушительной для экологии катастрофой, которая когда-либо происходила на море. Но прошел 21 год и другая катастрофа затмила собой аварию танкера Эксон Вальдез. Только на этот раз авария произошла не с танкером.

Аварии на море происходят не только при транспортировке нефти. Морские платформы, с которых производится бурение скважин и добыча нефти на морском шельфе, также становятся причиной катастрофических разливов нефти.

Самая крупная нефтяная техногенная катастрофа на море произошла в 2010 году. Взрыв, произошедший на нефтяной платформе Дипуотер Хорайзон (Deepwater Horizon), привел к крупнейшему разливу нефти на море в истории нефтедобычи. По некоторым оценкам за время прошедшее с начала аварии в Мексиканский залив вытекло около 5 миллионов баррелей нефти (более 670 тысяч тонн). Нефтяное пятно, образовавшееся в результате разлива, достигло площади 75 тысяч квадратных километров.

Последствия были катастрофическими не только для экологии, но и для самой компании ВР, которая являлась владельцем лицензии на добычу нефти. Чтобы покрыть все затраты на ликвидацию самой аварии, последствий разлива нефти и выплату всех компенсаций пострадавшим, компании пришлось продать часть своих активов, а сама она долгое время балансировала на грани банкротства.

Надо сказать, что нефть попадает в Мировой океан не только в результате аварийных разливов. Гораздо большее количество нефти попадает в водные бассейны естественным путем по существующим в земной коре разломам. Естественные выходы нефти существуют во многих районах морей и океанов. По существующим разломам нефть, как правило, просачивается постепенно в небольших объемах. Вокруг таких выходов нефти даже образуется своя экосистема. Опасность техногенных разливов в том, что они происходят в короткое время в значительных объемах. Они нарушают сложившуюся экосистему и ведут к массовой гибели морских обитателей.

Борьба с экологическими последствиями

Эти и другие негативные факторы, сопровождающие широкое использование нефти в современной цивилизации, вызывают обоснованную озабоченность и требуют разработки мер по их предотвращению и снижению их негативного воздействия.

Чтобы снизить неблагоприятное воздействие нефтедобычи на окружающую среду в отрасли придерживаются высоких экологических стандартов деятельности. Для предотвращения аварий в компаниях внедряются новые стандарты деятельности, учитывающие прошлый негативный опыт, культивируется культура безопасного ведения работ. Разрабатываются технические и технологические средства, предотвращающие риск возникновения аварийных ситуаций.

Ученые разрабатывают новые методы борьбы с загрязнением. Например, применение специальных реагентов-диспергентов позволяет ускорить сбор разлившейся нефти с поверхности воды. Искусственно выведенные бактерии-деструкторы, распыленные на нефтяное пятно, способны в короткие сроки переработать нефть, превращая ее в более безопасные продукты.

Для предотвращения растекания нефтяных пятен широко используются так называемые боновые заграждения. Также практикуется выжигание нефти с поверхности воды.

Для борьбы с загрязнением атмосферы парниковыми газами разрабатывают различные технологии по улавливанию углекислого газа и его утилизации. Государственные органы вводят новые экологические стандарты. Например, стандарты, регулирующие содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Эти стандарты направлены как на совершенствование двигателей автомобилей, так и на улучшение характеристик выпускаемого топлива. В России, например, стандарт Евро-5 действует на все ввозимые автомобили с 1 января 2014 года. А переход на топлива стандарта Евро-5 предусмотрен с 1 января 2016 года.

1

Обследовано и проанализировано более 200 месторождений по добыче ОПИ в Белгородской области. Разработка месторождений ОПИ осуществляется в основном открытым карьерным способом, экономически эффективным и перспективным. Существенным недостатком разработки месторождений является негативное влияние на окружающую среду, выраженное в воздействии на атмосферный воздух в результате пыле- и газообразования, на поверхностные и подземные воды, на земельные ресурсы в виде деградации почв, выведения нарушенных земель из оборота по окончании разработки полезных ископаемых и др. Данное исследование позволило оценить степень воздействия разработки месторождений по добыче ОПИ на окружающую среду. Обосновано, что ориентировочная СЗЗ, согласно СНиПа, является достаточной для всех месторождений. При правильной эксплуатации и своевременной рекультивации воздействие карьеров не оказывает существенного воздействия на прилегающую территорию за границей СЗЗ.

Ключевые слова: общераспространенные полезные ископаемые (ОПИ)

месторождение

санитарно-защитная зона (СЗЗ)

предельно-допустимая концентрация (ПДК)

1. Корнилов А.Г. [и др.] Влияние флотационных технологий на состояние земельных ресурсов // Недропользование – XXI век. – 2012. – № 4.

2. Назаренко Н.В. Закономерности пространственного распределения карьеров ОПИ в Белгородской области и их воздействие на окружающую среду // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: материалы IV Междунар. научн. конф. 11-14 октября 2010 г. – М. ; Белгород: Константа, 2010.

3. Назаренко Н.В. Особенности развития экзогенных геоморфологических процессов при разработке месторождений общераспространенных полезных ископаемых в Белгородской области / Назаренко Н.В., Фурманова Т.Н. // Антропогенная геоморфология: наука и практика: материалы XXXII Пленума Геоморфологической комиссии РАН (г. Белгород, 25-29 сентября 2012 г.). – М. ; Белгород: ИД «Белгород», 2012.

4. Назаренко Н.В. Проблемы рекультивации нарушенных земель на карьерах общераспространенных полезных ископаемых в Белгородской области и пути их решения / Н.В. Назаренко [и др.] // Проблемы региональной экологии. – 2011. – № 2.

5. Защита от шума: СНиП 23-03-2003. – М. : Госстрой России, 2004.

6. Об охране атмосферного воздуха: Федеральный закон Российской Федерации от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ (в редакции 31 декабря 2005 г.).

7. Об охране окружающей среды: Федеральный закон Российской Федерации от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ (в редакции 31 декабря 2005 г.).

Общераспространенные полезные ископаемые (ОПИ) являются важнейшим компонентом ресурсного потенциала Белгородской области. ОПИ - это сырьевая основа для дорожного строительства, производства строительных материалов и т.д. В настоящее время процесс развития и перспективы использования ОПИ характеризуются отсутствием современных прогнозно-поисковых исследований, включая геолого-экономические оценки выявленных объектов общераспространенных полезных ископаемых, а также социально и экономически обоснованных программ развития и использования месторождений ОПИ. В связи с постоянно растущими потребностями строительного комплекса в сырье в староосвоенных регионах происходит неконтролируемое истощение полезных ископаемых, иррациональное извлечение которых приводит к негативному воздействию не только на окружающую природную среду, но и на условия проживания и здоровье населения в районах интенсивной добычи ОПИ .

В Белгородской области в настоящее время разрабатывается свыше 300 карьеров ОПИ. Прогнозные запасы мела, глин и песка практически не ограничены и распространены равномерно по всей территории области. Более 50% карьеров вначале располагались на склонах балок и оврагов, а затем, углубляясь и расширяясь, стали захватывать пахотные угодья. Примерно 25% карьеров располагается в поймах рек и около 20% - в оврагах и балках. В связи с незначительной глубиной залегания данных полезных ископаемых их добыча в основном ведется экономически эффективным открытым способом, но встречается и подземная разработка месторождений, в частности, при попутной добыче мела производятся сооружение подземных овощехранилищ .

Существенным недостатком разработки месторождений ОПИ является негативное влияние на окружающую среду, выраженное в воздействии на атмосферный воздух, на поверхностные и подземные воды, на земельные ресурсы и др.

В связи с принадлежностью к различным географическим ландшафтным зонам, дифференциацией по физико-механическим свойствам и условиям залегания общераспространенных полезных ископаемых имеют место определенные особенности воздействия открытой разработки на окружающую среду и здоровье занятых в производстве людей.

В настоящее время одной из основных задач является выявление зависимостей добычи минерального сырья от инженерно-геологических, гидрологических и экологических особенностей различных ландшафтных районов, геоэкологическая оценка глубины и масштабов воздействия на окружающую среду, разработка эффективных предложений по снижению негативного воздействия и рациональному использованию природных ресурсов, а также предложения по минимизации этих воздействий на окружающую среду.

Основными видами воздействия на среду при разработке карьеров являются:

Изъятие природных ресурсов (земельных, водных);

Загрязнение воздушного бассейна выбросами газообразных и взвешенных веществ;

Шумовое воздействие;

Изменение рельефа территории, гидрогеологических условий площадки строительства и прилегающей территории;

Загрязнение территории землеотвода образующимися отходами и сточными водами;

Изменение социальных условий жизни населения.

Принципы оценки негативного воздействия на состояние экосистемы заключаются в выборе максимальной нагрузки технологического процесса на каждый из компонентов окружающей среды с учетом потребления энергоресурсов при штатной и неблагоприятной по метеоусловиям ситуации, сравнении с установленными нормативами предельно допустимых концентраций воздействия на здоровье людей, объекты животного мира и растительность, а также рекреационные территории. При анализе этих воздействий разрабатываются оптимальные схемы, модели и методы уменьшения негативного антропогенного воздействия на экосистемы .

Разработка месторождения полезных ископаемых открытым способом оказывает негативное влияние на атмосферный воздух в результате пыле- и газообразования. Основными источниками воздействия являются выемочно-погрузочные и вскрышные работы, работы по отвалообразованию, внутренние и внешние отвалы, переэкскавация навалов породы, дорога, дробление сырья. Пыль в зависимости от добываемого сырья представляет собой пыль неорганическую с содержанием диоксида кремния ниже 20% - при добыче суглинков, 20-70% - при добыче глин и песка, свыше 70% - при добыче опоки. Концентрация пыли при выемочно-погрузочных работах зависит от крепости и естественной влажности горной породы, объема одновременно разгружаемой породы, высоты разгрузки, угла поворота экскаватора. Завышение высоты разгрузки приводит зачастую к обрушению верхней части уступа и повышению запыленности в 1,5-5 раз.

При транспортировании сырья по внутрикарьерным дорогам пылевыделение осуществляется с поверхности нагруженного в кузов автосамосвала материала и взаимодействия автомобильных колес с поверхностью дороги. Интенсивность и объем пылеобразования зависят от скорости движения, грузоподъемности автомашин, а также от типа дорожного покрытия.

Общим для всех способов отвалообразования является образование больших незакрепленных поверхностей (плоскостных источников), которые при неблагоприятных условиях приводят к интенсивному пылеобразованию, зависящему от вида материала, гранулометрического состава, метеорологических условий.

При работе автомобильного транспорта и спецтехники загрязнение атмосферы в зоне влияния карьера и в самом карьере происходит при работе двигателей дорожно-строительной техники и автотранспорта, выделяющих азота диоксид, азота оксид, бензин, оксид углерода, оксид серы и сажу.

Для моделирования гипотетической ситуации среднестатистического карьера по добыче ОПИ нами был выбран условно максимальный карьер, с наибольшим ареалом разработки по всем видам добываемого сырья (мел, песок, глина). Также учитывалась максимальная нагрузка обслуживающего автотранспорта с 8-часовым рабочим днем, без выходных.

Оценка степени загрязняющего воздействия на атмосферный воздух проводится по самому напряженному этапу производства работ в карьере, характеризующемуся наибольшими выбросами загрязняющих веществ. Методика оценки воздействия заключается в сравнении максимальных приземных концентраций при рассеивании загрязняющих веществ на границах санитарно-защитной зоны карьера, ближайшей жилой застройки, акватории водных объектов, особо охраняемых природных территорий и лесополос с установленными нормативами ПДК воздействия на здоровье людей, объекты животного мира и растительность, рекреационные территории.

Данные результаты свидетельствуют, что при разработке карьера любого из видов добываемого сырья уровень негативного воздействия находится в рамках допустимых нормативов, а основным загрязнителем воздушной среды является специализированный автотранспорт. При работе автотранспорта основным загрязняющим веществом является диоксид азота, но на границе СЗЗ его концентрация не превышает 1 ПДК, а пыль неорганическая (глина, песок, мел) на границе СЗЗ ниже 0,1 ПДК (табл. 1).

Таблица 1 - Динамика рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере при добыче ОПИ

Загрязняющие вещества, выделяющиеся в атмосферу при разработке карьера	На глиняных карьерах (доли ПДК)		На меловых карьерах (доли ПДК)		На песчаных карьерах (доли ПДК)
0301 - Азота диоксид
0328 - Углерод
0330 - Серы диоксид
0337 -Углерода оксид
0703 - Бенз[а]пирен
2704 - Бензин
2908 - Пыль неорг.: 70-20% двуокиси кремния
2908 - Пыль неорг., ниже 20% двуокиси кремния

Анализ данных показал, что на всех карьерах основным источником загрязнения воздушной среды является автотранспорт, обслуживающий карьер; пыль при добыче, погрузке и перевозке не оказывает существенного загрязнения. Согласно СНиП, санитарно-защитная зона карьеров составляет для мела - 500 м, песка - 300 м, глин - 300 м . Ориентировочная СЗЗ для всех карьеров с аналогичными параметрами и ниже является достаточной.

Основными источниками внешнего шума являются двигатели дорожно-строительной техники. Оценка уровня шума, проникающего с производственной зоны на селитебную территорию, заключается в сравнении расчетного уровня шума в расчетной точке (ближайшая жилая зона) для одновременно работающей техники с допустимым уровнем шума для объектов, расположенных на этой территории (жилых домов). Нормирование шума проводится для дневного и ночного времени суток.

Шумовые характеристики принимаются по паспортным данным используемой в карьере спецтехники и автотранспорта. Допустимые уровни звука составляют для жилых кварталов 40 дБА в дневное время и 30 дБА в ночное время .

Снижение уровня звука шумозащитным экраном изменяется от 38,66 до 47,21 дБА, в зависимости от удаления источника звука от жилой зоны.

Расчетный уровень звука при удалении от источника шума на расстояние 225 м без экрана составит 34,8 дБА, что соответствует допустимому уровню звука в дневное и ночное время на прилегающей к жилой зоне территории. При работе на глубине 2-3 м в карьере уровень звука не достигнет жилой зоны (-3,86 дБА). При удалении жилой зоны на 1400 м от источника шума уровень звука без экрана (работа на поверхности) составит 13,9 дБА.

Расчетным методом установлено, что шум автотранспорта и спецтехники, работающего согласно технологической схеме (не более двух единиц техники на площадке одновременно) как в дневное, так и в ночное время, не оказывает вредного влияния на прилегающую застройку. Взрывные работы на всех карьерах по добыче ОПИ в Белгородской области не применяются. В связи с этим данные расчеты проводить не целесообразно.

Воздействие на территорию оценивается размером изымаемой для размещения объекта площади, категорией изымаемых земель, изменением состояния нарушаемого почвенного покрова, образованием новых форм рельефа (котлованов и отвалов).

Воздействие на геологическую среду определяется глубиной разработки и возможными осложнениями (затопление подземными водами, развитие экзогенных процессов). Механизм отрицательного влияния малых карьеров на природную среду аналогичен влиянию вскрышных работ горнорудных предприятий, отличаясь только масштабностью. Площадь, занимаемая каждым карьером и отвалом, не превышает 5-15 га и в зависимости от места расположения оказывает иногда специфическое влияние на окружающую среду. Горные работы приводят к активизации некоторых рельефообразующих процессов. Для оценки природных предпосылок развития нарушенных земель нами проведен морфометрический анализ рельефа исследованных областей с составлением картосхемы «Нарушенные земли в зоне влияния карьеров по добыче ОПИ» (рисунок 1), выполненной в масштабе 1:200000. Натурные наблюдения проводились непосредственно в полевых условиях .

Рис. 1. Нарушенные земли в зоне влияния карьеров по добыче ОПИ.

Массовая разработка общераспространенных полезных ископаемых большим количеством малых карьеров, хотя и не приводит к появлению техногенного рельефа большого площадного распространения, однако при длительной их эксплуатации и отсутствии

рекультивационных работ на стихийно разрабатываемых выемках провоцируется выветривание, оползневые, обвально-осыпные, просадочные явления, эрозионный размыв, дефляция, накопление техногенного слоя пород, подтопление. Кроме того, в ряде случаев при производстве горных работ допускаются нарушения поверхности пологих склонов проходами плугов бульдозеров вдоль и поперек склонов с образованием длинных борозд, узких траншей или беспорядочных «закопушек». В последующем они становятся источниками повышенного протекания процессов оврагообразования, которые могут тянуться на несколько километров .

Нагрузка на территорию землепользования и систему поверхностных и подземных вод при проведении добычных работ выражается в возможном загрязнении почвогрунтов и зоны аэрации отходами производства и потребления и сточными водами. Для оценки воздействия определяются объемы формируемых сточных вод и отходов производства и потребления и рациональная схема водопотребления и водоотведения и обращения с твердыми отходами.

Воздействие на животный мир на рассматриваемых территориях выражается в исключении площади отвода земель как местообитания, в факторе беспокойства, связанного с присутствием людей, работой техники и движением автотранспорта. На время производства работ участки, занятые карьерами, будут естественным образом исключены из пути сезонной миграции млекопитающих. Планируемая деятельность вызывает смену биотопов и перемещение их на прилегающую территорию с идентичными характеристиками, что не отражается на состоянии популяций распространенных в районе видов животных вследствие незначительных площадей карьеров.

Воздействие на растительность при производстве карьерной добычи выражается в изъятии земель, нарушении почвенного покрова и естественного травостоя. По окончании работ предусматривается рекультивация нарушаемых земель до уровня пастбищных сельхозугодий или рекреационных объектов, что приведет к восстановлению естественной среды обитания растительности и животных.

В дополнение к перечисленным проблемам существуют и другие, не менее острые, связанные с использованием отработанных карьеров как мест складирования бытовых отходов и использованием их как несанкционированных свалок .

Данное исследование проведено при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, в рамках мероприятия 1.3.1 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук» по государственному контракту № П1363.

Рецензенты:

Корнилов А.Г., доктор географических наук, профессор, зав. кафедрой географии и геоэкологии ГГФ НИУ БелГУ, г. Белгород.

Сергеев С.В., доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной геологии и горного дела ГГФ, НИУ БелГУ, г. Белгород.

Библиографическая ссылка

Назаренко Н.В., Петин А.Н., Фурманова Т.Н. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ДОБЫЧЕ ОБЩЕРАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=7401 (дата обращения: 14.03.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

В процессе добычи и переработки полезных ископаемых человек влияет на большой геологический круговорот. Во-первых, человек переводит залежи полезных ископаемых в другие формы химических соединений. Например, человек постепенно исчерпывает горючие полезные ископаемые (нефть, уголь, газ, торф) и переводит их в конечном итоге в углекислый газ и карбонаты. Во-вторых, человек распределяет по поверхности земли, рассеивая, как правило, бывшие геологические аккумуляции.

В настоящее время на каждого жителя Земли ежегодно добывается около 20 т сырьевых ресурсов, из которых несколько процентов переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Отмечаются значительные потери полезных компонентов (до 50 – 60 %) при добыче полезных ископаемых, обогащении и переработке.

При подземной добыче потери угля составляют 30 – 40%, при открытой добыче – 10%. При добыче железных руд открытым способом потери составляют 3–5%, при подземной добыче вольфрамо-молибденовых руд потери достигают 10–12 %, при открытой – 3–5%. При разработке ртутных и золоторудных месторождений потери могут достигать 30%.

Большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат несколько компонентов, извлечение которых экономически выгодно. В месторождениях нефти попутными компонентами являются газ, сера, йод, бром, бор, в газовых месторождениях – сера, азот, гелий. Наибольшей комплексностью характеризуются руды цветных металлов. Месторождения калийных солей содержат обычно сильвин, карналлит и галит. Наиболее интенсивной дальнейшей переработке подвергается сильвин. Потери сильвина составляют 25–40%, потери карналлита – 70–80%, галита – 90%.

В настоящее время наблюдается постоянное и довольно существенное снижение содержания металлов в добываемых рудах. Так, в течение последних 2–3-х десятилетий содержание в рудах свинца, цинка, меди снижалось ежегодно на 2–2,3 %, молибдена почти на 3%, а содержание сурьмы только за последние 10 лет уменьшилось почти в 2 раза. Содержание железа в добываемых рудах снижается в среднем на 1% (абсолютный) в год. Очевидно, что уже через 20–25 лет для получения того же количества цветных и черных металлов потребуется более, чем в 2 раза увеличить количество добытой и переработанной руды.

Добыча полезных ископаемых влияет на все сферы Земли. Влияние добычи полезных ископаемых на литосферу проявляется в следующем:

1. Создание антропогенных форм мезорельефа: карьеров, отвалов (высотой до 100-150 м), терриконов (высотой до 300 м) и т.д. На территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пустой породы высотой около 50–80 м. В результате открытой добычи полезных ископаемых образуются карьеры глубиной более 500 м.

2. Активизация геологических процессов (карст, оползни, осыпи, оседание и сдвижение горных пород). При подземной добыче полезных ископаемых образуются мульды проседания и провалы. В Кузбассе цепь провалов (до 30 м глубиной) тянется на протяжении более 50 км.

3. Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты.

4. Механическое нарушение почв и их химическое загрязнение. В среднем по угольной промышленности России добыча 1 млн. т топлива означает отвод и нарушение 8 га земельной площади, при открытом способе –20–30 га. Во всем мире суммарная площадь нарушенных горными работами земель превышает 6 млн. га. К этим землям следует присовокупить сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство оказывает негативное воздействие. В радиусе 35 – 40 км от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30 % по сравнению со средним уровнем.

Добыча полезных ископаемых воздействует на состояние атмосферы:

1. Происходит загрязнение атмосферы воздуха выбросами СН4, серы, оксидов углерода из горных выработок, в результате горения отвалов и терриконов (выделение оксидов N, C, S), газовых и нефтяных пожаров.

2. Возрастает запыленность атмосферы в результате горения отвалов и терриконов, при взрывах в карьерах, что влияет на количество солнечной радиации и температуру, количество осадков.

Более 70% терриконов Кузбасса и 85% отвалов Донбасса относятся к горящим. На расстоянии до нескольких километров от них в воздухе значительно повышены концентрации SO2, CO2, CO.

В 80-е гг. в Рурском и Верхнесилезском бассейнах на каждые 100 км2 площади ежедневно выпадало 2–5 кг пыли, интенсивность солнечного сияния в Германии уменьшилась на 20 %, в Польше на 50%. Почва на прилегающих к карьерам и шахтам полях оказывается погребенной под слоем пыли толщиной до 0,5 м и на долгие годы теряет свое плодородие.

Влияние добычи полезных ископаемых на гидросферу проявляется в истощении водоносных горизонтов и в ухудшении качества подземных и поверхностных вод; в снижении расходов малых рек, чрезмерном осушении болот. Побочное изменение водного режима в результате добычи полезных ископаемых проявляются иногда на площади, почти в 10 раз превышающей территорию, нарушенную добычей.

При добыче угля на шахтах Ростовской области на каждую тонну добываемого угля приходится откачивать свыше 20 м3 пластовой воды, при добыче железных руд на карьерах Курской магнитной аномалии - до 8 м3