Вплив процесів видобутку залізних руд на стан навколишнього середовища та екологічну безпеку у Криворізькому гірничовидобувному регіоні

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

НАН та МНС України

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертація на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

21.06.01.- екологічна безпека

ВПЛИВ ПРОЦЕСІВ ВИДОБУТКУ ЗАЛІЗНИХ РУД НА СТАН НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ЕКОЛОГІЧНУ БЕЗПЕКУ У КРИВОРІЗЬКОМУ ГІРНИЧОВИДОБУВНОМУ РЕГІОНІ

МАЛАХОВ Ігор Миколайович

Київ, 2006

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у відділенні морської геології та осадочного рудоутворення ННПМ НАН України

Науковий консультант: доктор геол-мін. наук, професор,

член-кореспондент НАН України

Куліш Євген Олексійович зав. відділом

Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України

Офіційні опоненти: доктор геол-мін. наук, професор,

член-кореспондент НАН України

Бєлєвцев Рудольф Якович, зав. відділом

Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України

доктор геол-мін. наук, професор,

Галецький Леонід Станіславович,

зав. відділом Інститут геологічних наук НАН України

доктор геологічних наук, професор,

Плотніков Олександр Володимирович,

заступник директора з наукової роботи Криворізького економічного

інституту Київського національного економічного університету

Провідна установа: Інститут проблем природокористування та екології НАН України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 23 березня 2006 р. об 11.00 на засіданні спеціалізованої вченої ради СРД 26.192.01 при Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України за адресою: 03680, Київ, пр. Палладіна, 34а

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, Київ, пр. Палладіна, 34

Автореферат розіслано 8 лютого 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат геологічних наук К.І. Жебровська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Попри всі відмінності у концепціях природокористування, єдиним ґрунтом сучасної людської цивілізації, як і мільйон років тому, залишаються невідновлювальні мінеральні ресурси. Невідновлюваність ресурсів, що вилучає з навколишнього середовища гірничовидобувна промисловість є специфічною особливістю цієї галузі, на відміну від лісівництва, сільського господарства тощо. У цьому питанні з часів палеоліту людство залишається на позиціях мисливців-збирачів - тип привласнюючої економіки. Тому процеси видобутку мінеральних ресурсів значною мірою впливатимуть на формування систем захисту життєво важливих інтересів людства від загроз, що створюються у надрах внаслідок видобування мінеральної сировини.

Після періоду різкого падіння обсягів виробництва товарної залізної та марганцевої руди з початку 90-х років, упродовж останніх 10 років, у гірничовидобувній галузі України спостерігається стійка тенденція зростання видобутку. У 2004 цей обсяг сягнув майже 80 млн.т. Гірничо-металургійний комплекс, як і в минулому залишається потужним джерелом існуючих і можливих у майбутньому загроз довкіллю та безпечній життєдіяльності в регіоні.

Техногенні джерела пилу з кар'єрів під час масових вибухів, пилоутворення на відвалах і шламосховищах та під час збагачення бідних руд докладно вивчено в роботах П.В. Бересневича, В.О. Гапона, В.В. Кучеревського В.Ю. Тищука, В.О. Храмцова, М.І. Швидкого й багатьох інших дослідників. Зміни у гідросфері досліджено І.Д. Багрієм, В.С. Білецьким, Т.Н. Кульковою, М.М. Коржнєвим, Й.Д. Маяковим, О.С. Огняником, Е.Е. Соболевським, В.М. Шестопаловим, В.К Шнейдером і ін. Комплексні дослідження техногенних перетворень у гірничовидобувних і індустріальних регіонах висвітлено у роботах І.Д. Багрія, Р.Я. Бєлєвцева, Л.С. Галецького, М.Ф. Глазовського, М.Г. Демчишина, В.Ф. Котлова, М.М.Коржнєва, Й.Д. Маякова, Рудько Г.І., І.Д. Рівкіна, Е.В. Соботовича, Є.Ф. Шнюкова, Є.О. Яковлева. Керування технологічними процесами з метою зменшення впливу процесів добування на стан довкілля в Кривбасі обговорювалося в роботах М.І. Дядечкіна, Г.М. Малахова, О.Р. Черненко, А.Г. Шапаря. Питанням формування ландшафтів у регіоні присвячені роботи І.А. Добровольського, В.Л. Казакова, А.Ю. Мазур, Паранько І.С., М.Г. Сметани, В.І. Шанди.

Зміна екологічних параметрів довкілля та його забруднення внаслідок ведення гірничих робіт, має, як правило, комплексний характер. Відбуваються зміни у геоморфології, формуються техногенні геохімічні провінції, утворюється нова гідрогеологія. Першоджерелом змін у навколишньому середовищі Кривбасу, як в інших залізорудних басейнах, є техногенні перетворення у геологічному середовищі внаслідок видобутку залізних руд, яким приділено значно менше уваги порівняно з вивченням екологічних проблем у біосфері.

Представлена дисертація - робота екологічного напрямку присвячена дослідженню впливу гірничовидобувних робіт на техногенні перетворення у геологічному середовищі Криворізького родовища залізних руд у зв'язку з екологічною безпекою у регіоні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Дослідження є складовою частиною міжгалузевої регіональної програми “Кривбас-90”; науково-дослідної роботи “Разработка и внедрение поточно-цикличной технологии подземной добычи железных руд, обеспечивающих резкое повышение производительности труда и рациональное использование недр Кривбасса”, (РН 08.01.10), № ГР 81047179; проблема: “Геоекологія Криворіжжя і Азово-Чорноморського узбережжя”, № 0101U004730 .

Фактичний матеріал. В основу роботи покладені первинні матеріали дослідження геологічного середовища і процесів видобутку залізних руд Криворізького відділу ВМГОР ННПМ НАН України, геологічної експедиції “Кривбасгеологія”, данні моніторингу стану навколишнього середовища Міської СЕС Кривого Рогу та регіональної інспекції Міністерства екології, особисті спостереження й дослідження автора.

Мета дослідження: Метою дослідження стало визначення основних закономірностей і зв'язків між гірничовидобувними роботами, станом навколишнього середовища та екологічною безпекою у Криворізькому залізорудному басейні.

Задачі дослідження:

1. Визначити витоки, джерела й загрози техногенних перетворень біосфери й геологічного середовища під впливом гірничих робіт.

2. Виявити чинники і тенденції впливу гірничовидобувних робіт на довкілля і екобезпеку.

3. Дати оцінку техногенним перетворенням внаслідок видобутку залізних руд геоморфологічних і геологічних структур, гідро і атмосфери, біогеоценозів Кривбасу.

4. Прогнозувати розвиток техногенних перетворень у навколишньому середовищі.

5. Обґрунтувати технологічні та еколого-економічні засоби управління екобезпекою в регіоні.

Об'єкт дослідження - Геологічне середовище Криворізького залізорудного басейну, що знаходиться під впливом технологічних процесів видобутку залізних руд.

Предмет дослідження - техногенні процеси у геологічному середовищі внаслідок видобутку залізних руд, які становлять загрози безпечній життєдіяльності регіону.

Методи дослідження. Системний аналіз чинників екобезпеки. Метод аналогій для теоретичного обґрунтування репрезентативності об'єкту дослідження шляхом співставлення світових тенденцій у видобутку залізних руд з особливостями цих процесів у Кривбасі. Ця методологія застосована також для визначення зв'язків між техногенними процесами у надрах під впливом видобувних робіт та станом довкілля й екобезпекою в регіоні; методи еколого-геологічного моніторингу; методи прогнозування й оцінки ризиків для визначення техногенних перетворень та обґрунтування засад управління екологічною безпекою регіону; математичного моделювання та апарат теорії подібності для обґрунтування критеріїв оцінки геологічного середовища та екобезпеки; статистичні - для обробки даних із визначення тенденцій техногенезу.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Доведена необоротність трансформації природного середовища у техногенну екосистему, зумовлена вилученням з I, II, IV, V, VI залізистих горизонтів Криворізької залізорудної серії більш як 6 млрд. т залізних руд.

2. Встановлено порядок величин об'ємів механічних зрушень у геологічному середовищі (17 км³) та загальний обсяг (100 км³) надр, зазнавших трансформації внаслідок інтенсивної розробки родовищ залізних руд, що обумовило ланцюжок необоротних змін у складових ландшафту на території, що має порядок 10³ км².

3. Запропонована стратегія управління екобезпекою у гірничовидобувному регіоні, яка полягає в: а) обмеженні впливу гірничих робіт на природне середовище за межами техногенної екосистеми через запровадження підземної розробки магнетитових кварцитів новими циклічно-поточними технологіями; б) забезпеченні екобезпеки на урбанізованих територіях шляхом розгортання масштабного підземного видобутку залізистих кварцитів та еколого-економічних методів стимулювання освоєння антропогенних структур, що збільшує екологічну нішу населення регіону.

Теоретичне значення отриманих результатів визначається використанням результатів дослідження для вирішення фундаментальних проблем екологічної безпеки в найбільшому у Європі залізорудному басейну і полягає у тому, що на основі аналізу стану складових екосистеми гірничовидобувного регіону доведена необоротність трансформації природного середовища у техногенну екосистему, внаслідок великомасштабного, невідтворювального вилучення залізних руд з геологічних структур залізорудної серії.

Практична значення отриманих результатів визначається:

- використанням результатів дослідження для оцінки й прогнозування впливу гірничовидобувних робіт на стан довкілля;

- новими методичними підходами у визначенні основних закономірностей і зв'язку гірничовидобувних робіт, стану навколишнього середовища та екологічної безпеки у Криворізькому гірничовидобувному регіоні;

- рекомендаціями до методичних основ стратегії екобезпеки у Кривбасі;

- рекомендаціями до проектування циклічно-потокових технологій.

Особистий внесок здобувача. Автором розвинуто метод аналогій для теоретичного обґрунтування репрезентативності об'єкту дослідження, порівнюючи світові тенденції розвитку глобальної екологічної кризи з особливостями змін у складових навколишнього середовища у Кривбасі. Визначені основні зв'язки між техногенними процесами у надрах під впливом видобувних робіт та станом довкілля й екобезпекою в регіоні. Особисто здійснено моніторинг та польові дослідження техногенних змін у ландшафтах і геологічному середовищі внаслідок гірничовидобувних робіт. Послідовно виконано систематизацію, інтерпретацію й узагальнення масиву різнорідних й різночасових даних про розвиток змін у різних складових навколишнього середовища. Теоретичне осмислення одержаних результатів дозволило обґрунтувати факт необоротної трансформації довкілля й переходу його до техногенної екосистеми внаслідок техногенезу у геологічному середовищі, обумовленому гірничими роботами. Застосування методів прогнозування дозволило сформулювати нову стратегію екобезпеки в регіоні, що спирається на комплекс технологічних і еколого-економічних методів і може контролюватися за допомогою критеріїв техногенезу і якості життя.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації повідомлені і обговорені на науковій конференції “Оптимізація подземных горных работ на рудниках.”(Институт горного дела, Сибирское отделение АН СССР, Новосибирск 1989); міжнародній науковій конференції “Ecologikal Approaches on Еnvironmental and Health in Urban Areas in Central and Eastern Europe”(Катовице/ Краков, Польща, 1992); науково-практичній конференції “Екологія Кривбасу - проблеми й перспективи” (Кривий Ріг, 1993); ”Ландшафтогенез-2000: Філософія и геграфія. Проблемы постнеокласичних методологій” (Київ,1996, 1998); 7-я международная конференция “Greening of Industry” (Рим, Италия,1998); 4-й міжнародний симпозіум та виставка “Environmental Contamination in Central and Eastern Europe”. (Варшава, Польща, 1998); Науковий Семінар “Contaminated Land Problems in Central and Eastern Europe (Катовице, Польща, 1998, 1999, 2000); Міжнародний теоретико-методологічний семінар “Implementing Ecological Integrity” (Будапешт, Угорщина, 1999); 5-й міжнародний симпозіум та виставка “Environmental Contamination in Central and Eastern Europe” (Прага, Чехія, 2000), 5-й міжнародна конференція “Етика і екологічна політика; Бізнес-стиль та стійкий розвиток” (Київ, 2003); науково-практична конференція “Проблеми екології та екологічної освіти” (Кривий Ріг, 2003); Вчених Радах відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України (Київ, 2001-2004)

Публікації. Результати дисертаційної роботи викладені у 40 наукових роботах, у тому числі у 4 монографіях, основні з яких приведені в авторефераті. У фахових виданнях ВАК опубліковано 28 (13 без співавторів).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку джерел використаної наукової літератури та додатків. Робота викладена на 257 сторінках загального тексту, із них 35 таблиць, 40 рисунків. Бібліографія включає 303 джерела вітчизняної та іноземної літератури.

Дисертація виконана у відділенні морської геології та осадочного рудоутворення ННПМ НАН України. Науковий консультант доктор геолого-мінералогічних наук, професор, член-кореспондент НАН України Куліш Євген Олексійович, якому автор висловлює щиру подяку. Користуючись нагодою, хочу вшанувати пам'ять академіка НАНУ, доктора технічних наук, професора Малахова Г.М., з ім'ям якого пов'язано, більш як 10 спільних наукових робіт. Автор глибоко вдячний також доктору геолого-мінералогічних наук, професору, академіку НАН України Шнюкову Є.Ф. за підтримку і допомогу в обговоренні напрямків та результатів наукової роботи. Автор щиро вдячний за надання консультацій: доктору технічних наук, Личичеко Г.В., докторам геолого-мінералогічних наук, професорам Коржнєву М.М., Паранько І.С., за надання фактичного матеріалу та консультацій доктору біологічних наук, професору Сметані М.Г., Т.М. Кульковій, Й.Д. Маякову, за допомогу в оформленні роботи О.І. Храмцовій, Н.О. Логвіновій.

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ І. Аналіз концептуальних засад розвитку екологічних криз та їх зв'язок із видобутком мінеральних ресурсів

З метою виявлення закономірностей трансформації геологічного середовища родовища залізних руд Криворізького залізорудного басейну під впливом гірничовидобувних робіт та наслідків для навколишнього середовища й екологічної безпеки було проведено аналіз концепцій природокористування, світових тенденцій розвитку видобутку залізних руд. Установлено місце й роль процесів видобутку мінеральних ресурсів у сучасній глобальній екологічній кризі.

Кризові явища у геологічній історії Землі з появою людини набувають специфічних рис взаємодії двох взаємопов'язаних систем - біосфери й соціуму. Антропогенні екологічні кризи народжують нові форми взаємодії суспільства й біосфери. Опис і аналіз чисельних випадків таких криз у геологічній історії та їх типологію можна знайти у роботах В.О. Берднікова, М.І. Будико, В.С. Голубєва, М.А. Голубця, О.А. Григор'єва, Л.М. Гумільова, Дж. Деймонда, Д.І. Люрі, Л. Вайта, В.С. Крисаченко, В.О. Межжеріна, М.М. Мойсеєва, С. Хантінгтона, О.Л. Чижевського, В.Л. Шовкаленко та багатьох інших. Виходячи з робіт цих авторів локальні антропогенні кризи можна об'єднати єдиною схемою: вилучення природних ресурсів з оточуючого середовища для задовольняння своїх потреб - руйнація довкілля - занепад суспільства. Висловлені авторами погляди щодо антропного походження останніх у геологічній історії екологічних криз цілком відповідає концептуальними засадами біогеохімії В.І. Вернадського, де, по суті, закладено зміст терміну “техногенез”. У подальшому О.Є. Ферсман сформулював його, як “...геохімічну діяльність індустріальної людини”. Сучасні дослідники (Е.В. Соботович, С.П. Ольштинський), спираючись на термін, визначений О.Є. Ферсманом, розуміють під цим явищем “сукупність геологічних, геохімічних, геоморфологічних, гідрологічних процесів викликаних виробничою діяльністю людства”. Техногенез, на думку переважної більшості філософів, та дослідників з інших галузей природничих наук, є рушійною силою глобальної екологічної кризи сьогодення.

Екстенсивне розширення меж техносфери сформувало у більшості дослідників уявлення про споконвічне й нездоланне протиріччя між людською цивілізацією й природою та тверде переконання про необхідність швидкого відходу від принципів сучасної економіки. Так, Р. Костанза, Р. Д'Арге, Р. де Гроот та інші члени цієї дослідницької групи розробили методики і провели кількісні, вартісні оцінки природного капіталу планети (відомі нам природні ресурси). За їх даними загальний природний річний капітал планети дослідники оцінюють у (16ч54)·10¹² $ / рік, що порівняно з сукупним світовим валовим національним продуктом (18·10¹² $/рік). Наведений факт говорить на користь висновків “Римського клубу” про наближення до природних меж економіки зростання й необхідність змін у принципах природокористування на цивілізаційному рівні. Альтернативою економічному зростанню постали концепції “збалансованого розвитку” та “стійкого розвитку”. Найбільш радикальні прихильники збалансованого розвитку (Я. Тінберген, П. Екінз, згадуваний раніше Р. Констанза), наполягають на якісних змінах у світовій економіці; переходу до системи відновлювальних і асимілюючих виробництв та встановлення рівноваги між темпами вилучення природних ресурсів та їх відновленням. Останнє знайшло розвиток у вельми цікавій концепції К.М. Трубецького та О.Є. Воробйова, що базується на створенні технологій для штучного прискорення геохімічних процесів міграції й концентрації речовини для чого, на думку авторів необхідно впроваджувати нові методи формування відвалів та сховищ для шламів збагачення, як майбутні техногенні родовища.

Указуючи на обмеженість ресурсів, якими може скористатися людство, і неминучість екологічної катастрофи А. Гор, Р. Констанза, Дж. Медоуз, А. Печчеї, Дж. Форестер... роблять висновок про відмову від економічного зростання, переходу до "глобальної рівноваги", “Нульового зростання”. Необхідність таких змін доведена у роботах фундаторів “Римського клубу” (Дж. Форрестера, Дж. Меддоуза, А. Месаровича). Вони показали, що існують “межі зростання”. Виснаження природних ресурсів почне позначатися уже в 2010 році, якщо нові технології не зменшать споживання природних ресурсів на 75%. З цим пов'язаний і кризовий рівень забрудненням навколишнього середовища, що позначиться на зростанні населення з 2040 року.

Проте, нульові темпи розвитку не вирішують проблему вичерпання ресурсів, а лише віддаляють кризу. Створення умов рівноваги у системі "суспільство-природа" суперечить еволюції, здатне викликати біфуркацію, що за одних умов призводить до породження нових структур, а за інших, до руйнування.

Практичними кроками до реалізації ідей “нульового розвитку” є інженерні розробки й технологічні схеми, які дозволяють створити екологічно збалансований промисловий комплекс із нульовими викидами. Ідею “нульових викидів” для гірничовидобувних галузей, основних “виробниках” відходів плідно розвиває А.Г. Шапарь. Він пропонує технології відкритих гірничих робіт побудувати таким чином, щоб мінімізувати площі вилучених земель під час розробки і повернути їх для господарського використання після того, як родовище буде відпрацьоване шляхом внутрішнього утворення відвалів, у межах самого кар'єру для умов Кривбасу.

Тож можна констатувати, що попри відмінності у концепціях природокористування, створенні замкнених виробничих циклів, вторинного використання ресурсів і т. і., єдиним ґрунтом сучасної цивілізації, як і мільйон років тому, залишаються не відновлювальні мінеральні ресурси. Відносини людини й природи в сенсі користування мінеральними, не відновлювальними природними ресурсами не змінилися з часів палеоліту. По суті, ми залишилися у цьому питанні на позиціях мисливців-збирачів - тип привласнюючої, не відтворювальної економіки. Це принципова відмінність гірничовидобувних галузей від лісового чи сільського господарства, машинобудування. тощо. Техногенез надр - критичний критерій наших стосунків із природою.

Розділ 2. Методологічні аспекти еколого-геологічної оцінки тенденцій розвитку видобувних робіт

Загальний обсяг мінеральних ресурсів, що утягуються щорічно в господарський обіг наприкінці ХХ століття за оцінками Певзнера М.Е. і Костовецького В.П. сягало 10 т / людину. У відходи, за різними джерелами потрапляє, від 98 до 90% мінеральної сировини. Це й обумовлює характерні риси техногенних ландшафтів - полігони відходів і промислові зони. Їх площа на землі, у 60-ті роки охоплювала 4,5 млн. км² (Котлов М.Ф.), тобто близько 3% суші. У 2000 році, за даними Світового банку, вона перевищувала 6,0 млн. км² . Для одержання тони стали потрібно 5,3-7 тонн залізорудної сировини. У процесі добування цієї кількості виймається з надр, переміщується й розташовується, здебільше на поверхні, до 60 т гірничої маси. Видобуток 1 млн. т залізної руди порушує від 14 до 640 га земель, марганцевої руди - 76-600 га, вугілля - 2,6-4,3 га. Кожен кілограм золота, вироблений у США, залишає на поверхні переміщені з надр 3000 т гірських порід. Загальна цифра гірничої маси, яка вилучалася з надр і була переміщена на поверхні щорічно, наприкінці ХХ століття оцінювалася у (5,0-9,5)·10¹⁰ т. Ці цифри річних обсягів, приблизно відповідають сумарному видобуванню гірничої маси впродовж тридцяти років, з 1950 до 1980 років (Гірниче Бюро США). Згідно нашим підрахункам, загалом, за останні п'ятдесят років із надр на поверхню переміщена гірська порода масою 2·10¹¹- 10¹² т. На земній кулі існують тисячі місць, де на обмеженій території, порядку (2-6)х10² км² річний видобуток мінеральних ресурсів сягає 10⁷- 10⁸ т/рік із пропорційним залученням до техногенної трансформації 10⁰- 10¹ км³ земної кори. Тільки у Криворізькому залізорудному басейні за 120 років добуто (2,6-3,0)·10⁹ т залізної руди.

Зростання обсягів видобутку мінеральної сировини викликає відповідне зростання енерговитрат для технологічних потреб. На Криворізькому металургійному комбінаті фактичні енерговитрати складають близько 12000 кВт/т. За даними Г.К. Келлога, Б. Коммонера в США на виплавку тони чавуну в 70 - 80 роки витрачали 7470 - 7530 кВт-годин.

Стоп'ятдесятирічна історія США ілюструє, що зміни технологій відбивалися у зміні пріоритетів добування й споживання паливних ресурсів. Але, незмінною залишалася тенденція: чим вище рівень життя, тим вище рівень споживання енергії, а кожна зміна технологій супроводжувалася збільшенням темпів росту споживаної енергії. Принципово, що протягом XX століття споживання енергії зросло на порядок, а к.к.д. лише на 15-19%.

Зазначені світові тенденції знаходять відображення у промислових розробках залізних руд Кривбасу. Зокрема виявлена періодична зміна пріоритетів у застосуванні відкритого та підземного способів розробки покладів, табл. 1. Поряд з часовим, у табл. 1 визначено чільний фактор, що, на нашу думку, обумовлює пріоритетність того чи іншого способу розробки. У тому випадку, коли потрібно було різке збільшення обсягів видобутку сировини з низькою собівартістю, без урахування екологічного фактора, пріоритет віддавався відкритим гірничим роботам. Підземні роботи більшою мірою відповідають вимогам охорони навколишнього середовища, зокрема, збереженню земельних ресурсів. Проте не можна не помітити, що упродовж усієї історії розробки криворізьких залізних руд кожна наступна зміна пріоритетів у способах видобутку лише підсилювало техногенний тиск на навколишнє середовище. Носієм техногенних змін у геологічному середовищі є технології розробки родовищ, на вибір яких значною мірою впливають обсяги видобутку руди.

Таблиця 1. Хронологія змін пріоритетів у способах добування залізної руди

Діючий чинник	Період дії	Обмежуючий фактор	Техногенез	Спосіб добування
				Відкритий	Підземний
Геологічний	1881-1896	Відсутність попиту	Не відчутний	Х
Економічний (Витрати)	1896-1917	Технічний	Не відчутний		Х
Відновлення виробничого потенціалу	1921-1926	Геологічний	Незначний	Х
Техніко-економічний	1926-1935	Технічний	Незначний		Х
Техніко-економічний (обсяги споживання)	1935-1941	Геолого-технічний	Незначний на поверхні; помітний в надрах		Х
Відновлення виробничого потенціалу	1944-1950	Геологічний	Незначний	Х	Х
Обсяги добування	1950-1958	Технічний	Значний		Х
Обсяги добування	1958-1970	Технічний (Виробничі потужності)/якість	Небезпечний	Х	Х
Обсяги споживання	1970-1990	Технічний (Виробничі потужності)	Не прогнозований у наслідках	Х
Економічний	1990-с.ч.	Ринковий	Не прогнозований у наслідках	Х
Екологічний	2010-?	Економічний	Обмежено-керований		Х

Розглянуті вище факти й цифри указують, що до сьогодні превалює екстенсивна компонента у загальному процесі розвитку суспільства, що відбиває історія гірничовидобувних робіт у Кривбасі. Науково-технічний прогрес у видобувних галузях виявляється в перевазі збільшення потужностей і продуктивності машин, агрегатів, устаткування. Зміна фізичного принципу дії виступає вторинним явищем, підлеглим ідеї нарощування потужностей, продуктивності й обсягів.

Періоди розвитку Кривбасу указують на тісний зв'язок цього регіону зі світовими тенденціями техногенезу, що указує на його репрезентативність, як об'єкта дослідження процесі техногенезу у геологічному середовищі, де “Техносфера на сучасному етапі виходить за межі біосфери, як в атмосфері, так і особливо в літосфері. Частина літосфери, включена до господарчої діяльності (інакше кажучи, літосферна складова техносфери), в подальшому розглядається як геологічне середовище” (Є.Ф. Шнюков і М.Г. Демчишин, 1993). видобуток руда екологія безпека

З переглянутих робіт випливає, що автори, аналізуючи періоди розвитку кризових явищ, не враховували техногенез у геологічному середовищі внаслідок вилучення мінеральних ресурсів, що є критичним критерієм наших стосунків із природою.

Розглянутий приклад розробки одного з найбільших у світі родовищ залізних руд, із більш як 120-річною історією, указує, що прояви цього явища у Криворізькому залізорудному басейні мають досить тісний зв'язок із світовими тенденціями техногенезу. Наявність таких спільних рис дозволяє говорити про репрезентативність Криворізького залізорудного басейну, як об'єкта дослідження процесів техногенезу у геологічному середовищі.

Розділ 3. Реконструкція природного ландшафту і геологічного середовища Криворіжжя

Територію басейну відносять до зони північних і середніх степів. У межах басейну ландшафт поділяється на два типи: степовий і заплавний. Місцевість являє собою степову рівнину зі слабким нахилом на південь, із розвинутим флювіальним рельєфом.

Яружно-балочна система та різко окреслені долини річок надають поверхні вигляд горбистої степової рівнини. Абсолютні висоти коливаються у межах 50-200 м. Середня густота горизонтального розчленування території яружно-балочною мережею складає за різними оцінками від 0,8 до 2,3 км/кмІ. Різниця висот “вододіл-річкова долина” складає 40-60 м.

На Криворіжжі інтенсивний розвиток мають карстові процеси. Карстовий рельєф представлений не лише підземними, а й поверхневими формами. Карстові процеси відбуваються у вапняках і мергелях понтійського, сарматського та меотичного віку.

Прояви еолового рельєфу, приурочені до першої, надзаплавної, тераси р. Інгулець у вигляді слабко задернованих окремих кучугур. На півдні зустрічаються ділянки горбистих пісків, завдовжки до 1,5 км та завширшки до 1 км. Потужність пісків у горбах 6-9 м.

Головною водною артерією Кривбасу є Інгулець довжиною 549 км., площа водозбору 15000 кмІ. Загальна довжина р.Саксагань 145 км. Площа водозбору трохи перевищує 2000 кмІ. Основним джерелом живлення річок є атмосферні опади, стік із схилів балок та внутрішньо ґрунтовий стік. Підземний стік відіграє вторинну роль.

Водоносні горизонти Кривбасу: четвертинний, неогеновий, палеогеновий, горизонт нерозчленованої кайнозойсько-мезозойської товщі. Глибини залягання та амплітуди коливань рівнів підземних вод можна бачити у табл. 2.

Рослинний покрив природних степових біогеоценозів Криворіжжя сформований на чорноземах та дерново-степових ґрунтах. Це рослинність характерна для північних і середніх степів. Перевагу мають злакові, оскільки вони більш стійкі до дефіциту вологи. Вологим балкам із струмками, та заплавам річок притаманні лукові й лучно - болотні фітоценози, до яких входять осока, борщовик, морківник, рогози, очерет, аїр і тому подібні. Байрачні ліси на Криворіжжі були розповсюджені на днищах балок, у ярах та заплавах річок.

Таблиця 2. Рівні залягання ґрунтових та підземних вод у природному стані, м(за даними експедиції “Кривбасгеологія”)

Горизрнти	1991 р.	1995 р.	2000 р.
Четвертинний.	1,32 - 9,43	1,35 - 9,53	0,77 - 8,26
Неогеновий	26,87 - 34,79	27,48 - 37,95	27,38 - 34,62
Палеогеновий	3,34 - 30,24	30,16	2,91 - 30,65
Кайнозойсько-мезозойськйй	0,72 - 38,75	0,8 - 38,79	0,53 - 36,83

Найбільш розповсюдженими були такі породи дерев: дуб, груша дика, ясень, тополя, іноді траплявся граб, клен татарський. Другий ярус складали чагарники: терен, шипшина, глід, жостір. У заплавах річок росли осокорі і краснолоз. Третій ярус, травостій, складали снить, звіробій, конюшина, рослини з родин хрестоцвітих, злакових, парасолькових. Байрачні ліси й долини річок рясніли різноманіттям птиць: чаплі, гуси, качки, лебеді, чайки, баклани. У степах - дрохви, перепілки, стрепети, лелеки, куріпки; птиці хижаки: степовий лунь, пугач, степовий орел. Типовими плазунами були степова гадюка, вуж, жовтобрюхий полоз. Є.Х. Євтушенко нараховує на території Криворіжжя 185 видів наземних хребетних.

Геологія. Сучасні уявлення про геологічну будову Криворізького залізорудного басейну сформувалися унаслідок кропіткої роботи плеяди дослідників протягом майже двох століть, серед яких С. Конткевич, П.П. П'ятницькій, О.О.Михальський, М.Г. Світальський, І.І. Танатар, Є.К. Фукс, М.П. Семененко, Є.К. Лазаренко, М.Я. Бєлєвцев, Р.Я. Бєлєвцев, Ю.Г. Гершойг, М.І. Веригін, Є.Ф. Шнюков, Г.В. Тохтуєв, В.В. Решетняк і багато інших. Їх роботами встановлено, а практикою розробки залізних руд Кривого Рогу підтверджено, трьохповерхову геологічну будову території Кривбасу. Нижній поверх складають кристалічні породи архею (граніти, мігматити, гнейси). До середнього поверху (Криворізька серія), віднесені: залізисті кварцити; багаті залізні руди, сланці, пісковики, конгломерати, амфіболіти. У верхньому поверсі розташовані осадочні породи палеоген-неоген-четвертинного віку: гравеліти, пісковики, доломіти, вапняки, глини, бурі залізняки, буре вугілля, мергелі, марганцеві руди, боксити.

Руди Саксаганської смуги до 3500 м утворюють найбільш потужне поле багатих залізних руд (поруваті мартитові й пухкі гетит-гематит-мартитові і гетит-гематитові руди). Мартитові руди розташовані у IV і VI залізистих горизонтах. Уміщуючи породи, - залізисті кварцити. Гетит-гематит-мартитові і гетит-гематитові руди, розташовані у V горизонті, в оточенні джеспілітів.

Руди Першотравневого типу сілікат-магнетитового й карбонат-магнетитового складу, метасоматизовані. Вони утворюють поклади північного рудного поля приурочені до його складчастих і розривних ділянок. Уміщуючи породи кварцити та амфіболові сланці.

Руди Інгулецького типу характеризують, як руди гематит-магнетитового складу. Рудні тіла мають форму лінз або пластових тіл, розміщених серед сілікато-залізистих роговиків і сланців. Вони приурочені до контакту Саксаганської і Глеєватської світ.

Найбільш розповсюджені руди скелеватського типу (І, ІІ, ІV залізисті горизонти), представлені магнетитовими й окисленими кварцитами - заліза до 40%. Запаси магнетитових кварцитів оцінюють у 17 млрд.т; окислених - 40 млрд.т.

Уже на самих ранніх стадіях розвідки й добування було встановлено, що у структурі залізорудних родовищ значну роль відіграє кора вивітрювання і генетично пов'язані з нею бурі залізняки. В районі рудника Першотравневого валунні руди і бурі залізняки морфологічно поєднані у єдине родовище. На відміну від покладів Першотравневого рудника, пере відкладені валунні руди на півдні басейну виникли у прибережній смузі еоценового моря. В їх товщі можна спостерігати рослинні й вуглисті залишки та фауну нижньо-третинного віку. Поклади мають потужність від 1 до 10 м. Вони розташовані у строкато кольоровій товщі еоцену або безпосередньо на вивітрених талькових і філітових сланцях. Перевідкладені валунні руди містять 40-53% заліза.

До кори вивітрювання приурочені прояви золота у концентраціях, наближених до промислових значень. За даними авторів колективної монографії під редакцією Є.К. Лазаренко, у Криворізькій серії золото спостерігається вздовж усього розрізу. Найвища концентрація, зафіксована у місцях контакту верхньої і середньої світ. Глибина залягання від 150 до 650 м Прояви золота мають місце в полях шахт „Артем-1”, „Гвардійська”, “Зоря”, им. С. Орджонікідзе, №10 рудника “Інгулець”.

Поклади уранових руд приурочені до Першотравневої синкліналі, утвореної змінами напрямку простягання Криворізької залізорудної смуги з північно-східного на північно-західне. Першотравневе родовище має складчасту будову, ускладнену багатьма тектонічними порушеннями. Промислові уранові руди у формі “сліпих тіл”, в більшості, представлені залізо-карбонатним типом.

До мінеральної сировини, яку вміщують кристалічні породи Криворізької серії, віднесено й талькові сланці. Вони приурочені до нижньої аркозо-філітової, Скелеватської, світи. Найбільш яскраво тальковий горизонт простежується поблизу замикання Лихманівської синкліналі, в межах Інгулецького залізорудного родовища. Тальковий горизонт суцільною смугою простягається вздовж східного крила синкліналі. Його потужність змінюється від 40 м на півночі, до 150 м на півдні. По простяганню, із півдня на північ він простежується більш як на 5 км.

У Криворізькому басейні вздовж р. Інгулець від б. Галахова до б. Скелевата), розташована серія невеликих покладів бокситів, що тяжіють до смуг розвитку валунних бурих залізняків, які генетично пов'язані з бокситовими рудами. Поклади бокситів спостерігають, як правило, у нижній, підстеляючій частині покладів валунних залізних руд. Боксити, розташовані на схилах древнього кристалічного кряжу. Вони мають форму лінз потужністю 1-6 м, довжиною від 300 до 1500 м.

Марганцеві руди на Криворіжжі розташовані у південній частині басейну. Родовище приурочене до харківського ярусу олігоцену Шар марганцевої руди має потужність від 0,5 до 4,0 м. Глибина залягання змінюється від 10 до 40 м.

У цілому надра Кривбасу являють приклад розвинутого геологічного різноманіття. Загальна площа, охоплена техногенезом, за нашими підрахунками складає 550-600 км

ВИСНОВКИ

1. Доведено, що навколишнє середовище Криворізького гірничодобувного регіону на площі порядку 103 км2 необоротно трансформувалося у техногенну екосистему. Необоротність спричинена вилученням з I, II, IV, V, VI залізистих горизонтів Криворізької залізорудної серії більш як 6 млрд. т залізних руд упродовж більш як 120 років.

2. Висвітлена роль геологічного середовища у формуванні стратегії екобезпеки в умовах зростання видобутку мінеральної сировини, яке відбувається в межах незмінного з часів палеоліту типу привласнюючою (не відтворювальної) економіки, що якісно вирізняє гірничовидобувну промисловість проміж інших технологічних галузей.

3. Встановлено, що внаслідок видобутку залізної руди у Кривбасі техногенезом охоплено, у першому наближенні, 102 км3 геологічного середовища. Обсяг геологічного середовища, що зазнав механічного техногенного впливу наближається до 17 км3. На відстані до 1300 м від поверхні, впродовж 60-80 км зникли геологічні структури, IV, V, VI залізистих горизонтів, які містили гетит-гематитові, мартит-гематитові, мартитові багаті руди. Частково порушені I і II залізисті горизонти, що уміщюють залізисті кварцити. Зазначене обумовило ланцюжок необоротних змін у складових ландшафту на території, що має порядок 103 км2.

4. Показано, що під впливом інтенсивних, довготривалих гірничих робіт зазначені вище зміни у геологічному середовищі викликали ланцюг перетворень у ландшафті Кривбасу, а саме:

Геоморфологія. У меридіональній смузі завдовжки 120-140 км, і 4-6 км завширшки, виникла нова просторова послідовність геосистем. Характерним став горбкуватий рельєф із перепадами висот «відвал - кар`єр» понад 400 м, утворений формами рельєфу невластивими степовому ландшафту - антропогенними морфоструктурами (зони обвалення, відвали, кар'єри, шламосховища).

Гідросфера. Штучні солоні водойми містять щонайменше 200 млн. м3 суміші вод неогену, кайнозою та тріщінних вод, з середньою мінералізацією 5-8 г/дм3. Періодичні скиди цих вод в обсязі до 18 млн. м3 до Саксагані й Інгульця утворюють штучні зимові повені, змінюючи гідрологічний і хімічний стан річок. Рівні підземних вод у центральній частині депресійної лійки, у породах глеєватської та гданцівської світ знижені до 319-429 м а у Саксаганській світі відповідають глибині добувних робіт,- 1315 м. Загальна площа депресійної лійки, обумовленою гірничими роботами складає 200-300 км2. Об'єм геологічних структур, що потрапляють до лійки може сягати 80 км3.

Повітря. Містить залізо - силікатний пил, що перевищує, більш як на порядок, фонові значення степової зони, як за хімічно-речовим складом, так і кількісно.

Біогеоценози. Спостерігається просування середнього степу на північ. Регіону притаманна переважно синатропна рослинність. Байрачні ліси у сучасному ландшафті відсутні. Розподіл на степові і лучно-болотні ценози досить умовний і не виразний.

5. Обґрунтована двоскладова стратегія управління екобезпекою у гірничовидобувному регіоні за допомогою якої:

а) обмежується вплив гірничих робіт на оточююче природне середовище за межами техногенної екосистеми через запровадження підземної розробки магнетитових кварцитів новими циклічно-поточними, а в подальшому роботоорієнтованих технологій підземної розробки покладів залізистих кварцитів І та ІІ залізистих горизонтів у диапазоні 250 700 м, що дозволить суттєво (до 40%), скоротити обсяги відкритих горних робіт;

б) забезпечюється екобезпека на урбанізованих територіях шляхом повернення до масштабного підземного видобутку залізних руд та еколого-економічних методів стимулювання відновлення ландшафтів регіону шляхом:

·оптимізації біогеоценотичного покриву антропогенних морфоструктур;

·структуризації їх функціонального використання через зміну економічного статусу морфоструктур з місця розташування відходів на штучні ресурси техногенної екосистеми де суб'єкти підприємницької діяльності платять не за використання, а за невикористання техногенного ресурсу.

·підвищення якості життя внаслідок оптимізації використання вільного часу та збільшення його абсолютних значень для кожної особи за рахунок використання нових технологій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мымрин Ю.Н., Малахов И.Н. Выбор оптимальных показателей техники на предпроектной стадии с использованием функций удельных затрат // Тр. МВТУ,-1985- №427- с.82.-86.

2. Малахов Г.М., Малахов И.Н. Выбор оптимального расстояния между концентрационными горизонтами и подэтажами на стадии проектирования горных работ // Сб. Научн. Трудов ИГД СО АН СССР - «Оптимизация параметров технологии подземных рудников» -1984 - Новосибирск - с.84-88.

3. Малахов Г.М. Малахов И.Н., Сиволобов Л.И. Циклично-поточная технология подземой разработки магнетитовых кварцитов.- К.: Наук.Думка, 1986.- 128 с.

4. Малахов Г.М., Малахов И.Н. К вопросу роботизации горнорудного производства // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых - 1986, №2- с.114-115.

5. Малахов Г.М., Малахов И.Н., Сиволобов Л.И. Определение оптимального расстояния между концентрационными горизонтами // Комплексное использование минерального сырья - 1986, №5 - с.11-17.

6. Малахов Г.М., Малахов И.Н., Основы роботизации добычи железных руд.- К.: Наук. Думка, 1988.- 189 с.

7. Малахов І.М. Критеріальне рівняня витікання сипких тіл // Доповіді АН УРСР - 1988, №8 - с.30-33.

8. Малахов Г.М., Грицына А.Е., Малахов И.Н. Комплексное использование железорудного сырья Кривбасса // Комплексное использование минерального сырья - 1988, №5 - с.21-25.

9. Малахов Г.М., Малахов І.М.Перспективи роботизації підземного видобування залізних руд.// Вісник АН УРСР 1989, №1,-с.57-66.

10. Малахов И.Н. Закономерности роботизации процессов подземной добычи железных руд.// Сб. Научн. Трудов ИГД СО АН СССР -«Оптимизация параметров технологии подземных рудников» - 1989, Новосибирск - с.48-52.

11. Козаченко С.В., Малахов И.Н. Прогнозирование смены технологий.// Вісник АН УРСР - 1989, №8,.- с.62-68.

12. Малахов І.М. Моделювання розвитку українського етносу.// Вісник АН УССР - 1990, №7,- с.64-69.

13. Малахов І.М. Передумови математичного моделювання етногенезу українців // y кн. Екологія і культура під ред. В.С.Крисаченко, В.Л.Храмова.- К.: Наук. Думка, 1991.- 260с.

14. Епатко Ю.Н., Малахов И.Н. Геоэкологические последствия эксплуатации железнорудных месторождений Украины // Геологический журнал АНУ - 1992, №1,- с.78-87.

15. Епатко Ю.Н., Малахов И.Н. Эксплуатация железнорудных месторождений // Справ. пособие «Экологическая геология Украины» - К.: Наук. Думка, 1993,- с.174-180.

16. Козаченко С.В., Сахаєв В.Г., Малахов І.М. Вибір критеріїв екологічності технологій.// Економіка України - 1994, №5 - с.71-75.

17. Malakhov I. The Stream of Evolution and the Evolution of a River // Bio-politica Bio-Environment - Vol.VI, Athens, Grees, 1998.-p.49-53.

18. Малахов І.М. Витоки Енвайроменталіського мислення.// Сб. Людина в ландшафті XXI століття: гуманізація географії. Проблеми постнекласичних технологій.- Hаук.думка, К.: 1999.-с.69-73.

19. Malakhov I. Some traits of the Sustainable Development Strategy in the mining region // RACE News - Special ISSUE - Contaminated Land Problems in Central and Eastern Europe - Katowice, IETU, Poland 1999.-p.33-37.

20. Gapon V., Savosko V.,Smetana M., Malakhov I. The Тrait's of the bio-remediation technology.- Warsow '98 Fourth International Sumposium & Exibition on Environmental contamination in Central and Eastern Europe. September, 1998. Warsaw, Poland.- p.412-418

21. Malakhov I. Phytoremedian Management in a Mining Region // RACE News - Special ISSUE - Contaminated Land Problems in Central and Eastern Europe, Katowice, IETU, Poland 2000.-p.79-83.

22. Малахов И.Н. Качество жизни: опыт экологического прочтения -Кривой Рог, ВЭЖА, 1999.- 175 с.

23. Malakhov I. Instruments for Management in Integral Environment Policy // Implementing Ecological Integrity - Edited by P.Crabbe, A.Holland, L.Ryszkowski, L.Westra - IV. Earth and Environmental Sciences- vol.- Kluwer Academic Publishers, Dordreht/ Boston/ London, 2000.- p.335-345.

24. Малахов І.М. Техногенез у геологічному середовищі.// Серія «Геологічне середовище антропогенної екосистеми» .- Кривий Ріг, «Октан-Прінт, 2003.- 252 с.

25. Єпатко Ю.М., Малахов І.М. Періоди техногенезу гірничого Кривбасу // Геологічний Журнал НАНУ - 2004, №1 - c.18-27.

26. Малахов И.Н. Критерий техногенеза в геологической среде // Природные ресурсы - АН Беларуси - 2003, № 4 - с.54-63.

27. Дядечкин Н.И., Малахов И.Н. Состояние и перспективы развития способов добычи железных руд в Кривбассе.// Металургическая и горнорудная промышленность.- 2004,№4 - с.66-69.

28. Малахов І.М. Зв'язок між валовими викидами та концентрацією деяких речовин-забруднювачів у повітрі Кривбасу.// Зб. Охорона праці та навколишнього середовища на підприємствах гірничо-металургійного комплексу.- НДІБПГ.-Кривий Ріг, 2005, вип.6.- с.100-106.

Малахов І.М. Вплив процесів видобутку залізних руд на стан навколишнього середовища та екологічну безпеку у Криворізькому гірничовидобувному регіоні.- Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеню доктора геологічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека

Показано суттєву роль геологічного середовища у розвитку процесів техногенезу, що обумовлена незмінною з часів палеоліту привласнюючою (не відтворювальною) економікою використання мінеральних ресурсів, яка якісно вирізняє гірничодобувну промисловість між іншими технологічними галузями. З'ясовано комплексний характер техногенних перетворень у геологічному середовищі Кривбасу внаслідок інтенсивної розробки родовища залізних руд. На підставі одержаних результатів здійснено оцінку глибини трансформації складових навколишнього середовища в Кривбасі, а також прогнозування розвитку техногенної екосистеми та визначено напрямки управління процесами техногенезу, обумовлених видобутком залізних руд. Доведено, що навколишнє середовище гірничовидобувного регіону необоротно трансформувалося у техногенну екосистему внаслідок невідтворних змін у геологічних структурах, які відбулися в результаті гірничовидобувних робіт, що викликало якісні зміни у всіх складових довкілля. Обгрунтовано стратегію екобезпеки у техногенній екосистемі гірничовидобувного регіону, впровадження якої дає можливість обмежити вплив техногенезу на оточуюче природне середовище шляхом використання технологічних важелів, а також поліпшити екобезпеку у самій техногенній екосистемі за допомогою комплексу технологічних та економічних методів створення умов, сприятливих для життя людини. Результати наукового дослідження рекомендовано використовувати для оцінки й прогнозування впливу гірничовидобувних робіт на стан довкілля та розвитку техногенної екосистеми, а також для розробки пропозицій щодо формування нових підходів у створенні технологій підземного видобутку залізистих кварцитів.

Размещено на Allbest.ru

...