Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КУРС ЛЕКЦИЙ

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Составитель: доцент кафедры

месторождений полезных ископаемых,

канд. г-мин. наук, А.В.Труфанов

Ростов-на-Дону

2010

Аннотация

Труфанов А.В. Курс лекций по дисциплине «Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых». Ростов-на-Дону: ЮФУ. 2010. 128 с.

Курс лекций по учебной дисциплине «Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых» относится к специальной дисциплине, изучаемой при подготовке специалистов по направлению «Прикладная геология» и содержит обширную информацию о факторах отрицательного воздействия различных видов горных работ на окружающую среду. В нем структурированы профилактические и радикальные мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия горнодобывающей промышленности на атмосферу, литосферу, гидросферу и биосферу, указаны научно обоснованные способы проведения рекультивационных мероприятий и рационального использования полезных ископаемых, а также представлена законодательная база Российской Федерации, отражающая правовые основы экологической безопасности при проведении геологоразведочных работ.

Содержание

Предисловие

1. Факторы отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду и специфика экологического мониторинга в пределах горных предприятий

Лекция 1

Тема 1. (1 час). Введение в предмет. Цели и задачи курса. Геологическая среда, ее параметры и компоненты. Основные геоэкологические проблемы современности

Тема 2. (1 час). Экологические проблемы, связанные с проведением геологоразведочных работ

Лекция 2

Тема №3. (1 час). Факторы отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду

Тема 4. (1 час). Влияние горной промышленности на литосферу

Лекция 3

Тема 5. (1 час). Влияние горной промышленности на атмосферу

Тема 6. (1 часа). Влияние горной промышленности на гидросферу

Лекция 4

Тема 7. (2 часа). Механизмы загрязнения и заражения окружающей среды. Специфика воздействия химических элементов на живые организмы и растения

Лекция 5

Тема 8. (1 час). Ближайшие перспективы развития горного дела

Тема 9. (1 час). Специфика экологического мониторинга в пределах действующих и ликвидированных горных предприятий

2. Мероприятия по снижению отрицательного воздействия горных работ на окружающую среду, рекультивация нарушенных земель и рациональное природопользование

Лекция 6

Тема 10. (2 часа). Комплекс мер по снижению отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на литосферу

Лекция 7

Тема 11 (1 час). Комплекс мер по снижению отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на атмосферу

Тема 12. (1 час). Комплекс мер по снижению отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на гидросферу

Лекция 8

Тема 13. (2 часа). Рекультивация нарушенных земель и комплексное использование минеральных ресурсов

3. Нормативно-правовые основы охраны окружающей среды

Лекция 9

Тема 14. (2 часа). Нормативно-правовые основы охраны окружающей среды при ведении геологоразведочных работ

Список литературы

Предисловие

Курс «Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых» относится к специальной дисциплине, изучаемой при подготовке специалистов по направлению «Прикладная геология» и является одной из важнейших дисциплин, оказывающих существенное влияние на формирование профессиональных знаний и навыков, необходимых современному геологу. Изучение данной дисциплины включает: лекции, лабораторные занятия, самостоятельную работу слушателей, тесты для контроля текущих знаний и зачет по окончании курса. Общая трудоемкость дисциплины: 72 часа, в том числе - лекции 18 часов, лабораторные занятия - 18 часов, самостоятельная работа студентов - 36 часов.

1.1. Цель преподавания дисциплины - получение студентами необходимых сведений о последствиях воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду, современных методах планирования и рационального природопользования, а также мероприятиях по рекультивации нарушенных земель и снижению отрицательного воздействия добычи полезных ископаемых на окружающую среду.

1.2. Задачи изучения дисциплины:

* усвоить общие сведения о воздействии основных видов горнодобывающей деятельности на окружающую среду;

* ознакомить с основными методами исследований и прогнозов влияния горных работ на окружающую среду;

* изучить способы рациональной отработки месторождений с использованием защитных мероприятий, направленных на снижение негативного влияния геологоразведочных работ;

* получить необходимые представления о правовых основах охраны окружающей среды при добыче полезных ископаемых;

1.3. Перечень дисциплин, знание по которым необходимо для изучения данного курса: «Основы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», «Буровые и горнопроходческие работы», «Геохимия», «Гидрогеология и инженерная геология».

1.4. Требования к уровню освоения содержания дисциплины: В итоге освоения содержания дисциплины студент должен:

Знать - основные геоэкологические проблемы, возникающие в результате разведки и разработки месторождений полезных ископаемых; факторы отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу; ближайшие перспективы развития горного дела, а также способы контроля и оценки экологического состояния окружающей среды, проводимые в рамках горно-экологического мониторинга; мероприятия по снижению отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду; способы рекультивации нарушенных земель и принципы рационального использования недр; основные нормативно-правовые документы, регламентирующие деятельность предприятий и частных лиц в отношении охраны окружающей среды и рационального природопользования.

Уметь - выявлять объекты и оконтуривать участки повышенной экологической опасности, связанной с деятельностью геолого-разведочных, горно-добывающих и горно-перерабатывающих предприятий; определять основные факторы отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду; составлять рекомендации по эффективному снижению негативного влияния горных работ и наиболее комплексному использованию недр; составлять акты обследования экологической безопасности народнохозяйственных объектов в соответствие с действующим законодательством РФ..

Владеть - методикой комплексной экологической оценки действующих геолого-разведочных предприятий; способами определения предельно допустимых концентраций токсичных элементов для различных экосистем; нормативно-правовой базой, обеспечивающей экологическую безопасность в пределах действующих и ликвидированных геолого-разведочных предприятий.

1.5 В структурном плане дисциплина состоит из 3 разделов (модулей):

I. Факторы отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду, Специфика экологического мониторинга в пределах действующих и ликвидированных горных предприятий..

II. Мероприятия по снижению отрицательного воздействия горных работ на окружающую среду, рекультивация нарушенных земель и рациональное природопользование.

III. Нормативно-правовые основы охраны окружающей среды.

Наиболее значимым является II модуль, однако его освоение невозможно без изучения I и знания III модуля.

Факторы отрицательного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду и специфика экологического мониторинга в пределах горных предприятий

Данный модуль объединяет важнейшие причинно-следственные связи, позволяющие выделить различные факторы негативного воздействия геолого-разведочных работ на окружающую среду. В этом разделе описаны основные виды нарушений, связанные с деятельностью горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятий, а также с последствиями их ликвидации. Представленный материал позволяет реально оценить масштабы нарушений, происходящие в литосфере, атмосфере, гидросфере и биосфере под действием геотехногенеза.

Лекция 1

Тема №1. (1 час). Введение в предмет. Цели и задачи курса. Геологическая среда, ее параметры и компоненты. Основные геоэкологические проблемы современности.

Если представить себе некий воображаемый космический корабль, экипаж которого улетел в далекий звездный рейс, рассчитанный на многие годы, то каждый поймет, что члены этого экипажа должны с величайшей бережливостью и благоразумием относиться к своим крайне ограниченным ресурсам кислорода, питания, топлива и пр. Сознание Мыслящих людей должно все больше и больше проникаться мыслью, что наша Земля -- очень большой космический корабль, который почти пять миллиардов лет путешествует в глубинах крайне «негостеприимной» для жизни Вселенной. Этот «космический корабль» весьма удобно вышел на стационарную, почти круговую орбиту вокруг устойчиво излучающего желтого карлика и использует его энергию... Но как бы ни были велики ресурсы этого огромного космического корабля -- они все же ограничены. И его экипаж (т. е. мы, земляне) должны об этом постоянно помнить.

Развитие любого общества немыслимо без активного потребления природных ресурсов, обеспечивающих научно-технический прогресс и социальное благополучие. При этом, все ресурсы могут быть разделены на возобновляемые (почвы, растения, животные, часть гидроресурсов и т.д.) и не возобновляемые, т.е. те, которые не способны образовываться в исторически обозримое время и, тем самым, не могут быть восполнены (к ним относятся практически все минеральные ресурсы, нефть, газ, уголь, благородные металлы, поделочные и драгоценные камни и т.п.). Добыча же и переработка ресурсов, как правило, сопровождается целым рядом факторов, оказывающих влияние на среду обитания и жизнедеятельность человека. В данном случае можно говорить о выделении специфической геологической среды, как составной части окружающей среды.

К геологической среде относятся рельеф, грунт и другие рыхлые материалы, коренные породы, подстилающие грунт. Это понятие включает также естественные процессы, которые видоизменяют ландшафт, и сопутствующие факторы, такие как растительность или многолетняя мерзлота, влияющие на развитие этих процессов. Иными словами, к основным компонентам геологической среды относится земная кора (верхняя часть литосферы), доступная для освоения человеком, рельеф, ландшафты, подземные воды и другие части окружающей среды, в которых протекают современные геодинамические процессы и с которыми связаны поиски, разведка, добыча и переработка минерального сырья.

Таким образом, цель курса - изучить особенности изменения геологической среды, возникающие в результате проведения геолого-разведочных работ и функционирования горнодобывающих предприятий, определить способы снижения этого отрицательного воздействия, а также обозначить возможные направления рационального природопользования в рамках тех вопросов, которые касаются формирования и сохранения минерально-сырьевой базы страны.

Для достижения поставленной цели в рамках рассматриваемой дисциплины необходимо решить следующие задачи:

Выделить факторы отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду;

Установить характер влияния отдельных химических элементов и соединений на окружающую среду и определить предельно-допустимые нормы загрязнения;

Составить перечень наиболее эффективных мероприятий, направленных на снижение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду;

Дать рекомендации по рациональному природопользованию и способах проведения рекультивационных работ;

Обобщить существующую законодательную и правовую базу, касающуюся природоохранных мероприятий при ведении геологоразведочных работ.

Основные геоэкологические проблемы современности. Бесконтрольное развитие производительных сил во многих развитых странах привело к ряду необратимых и весьма неприятных последствий. Мы не будем говорить здесь о вымирании огромного количества видов животных, многие из которых являются важными звеньями в экологической цепи, выкованной Природой за миллиарды лет естественного отбора. Обратим только внимание на одно немаловажное обстоятельство. Общеизвестно, что основным «поставщиком» свободного кислорода в атмосферу Земли является планктон. Несколько десятков процентов кислорода поставляется в атмосферу нашей планеты благодаря жизнедеятельности растений в тропических лесах. Сейчас, к началу XXI века, в связи с хищнической вырубкой практически уничтожены тропические леса Африки и Южной Азии. Они остались только в бассейне Амазонки и, похоже, через несколько десятилетий будут и там уничтожены. Значит, бездумная деятельность экипажа космического корабля, называемого «Земля», уже теперь привела к нарушению кислородного баланса атмосферы.

Приведем другой пример. Сейчас ежегодно добывается топливо, соответствующее примерно 5 млрд. тонн каменного угля. Ежесекундное производство составляет около 6 * 10¹⁹ эрг, причем каждые 20 лет эта величина удваивается. Эта тенденция довольно устойчива и держится уже около 200 лет. При таких темпах через 200 лет производство энергии вырастет в тысячу раз и достигнет 3 * 10²² эрг/с. Вполне вероятно, что это наступит даже раньше, так как ресурсы угля и нефти сравнительно невелики и в ближайшие десятилетия следует ожидать революции в энергетике, связанной с массовым производством ядерной энергии. 3 * 10²² эрг/с составляют уже около 1 % потока солнечной энергии, непрерывно падающей на Землю. Дальнейшее увеличение производства энергии с неизбежностью повлечет за собой изменение теплового режима Земли, что может привести к весьма неприятным последствиям.

С другой стороны, топливо сжигается, т. е. соединяется с атмосферным кислородом. В результате получается углекислый газ плюс энергия, которая и утилизируется. Следовательно, этот варварский способ получения энергии сопровождается изъятием из земной атмосферы около 20 миллиардов тонн кислорода ежедневно. Много ли это или мало? Чтобы ответить на этот вопрос, оценим полное количество кислорода в земной атмосфере. Это очень легко сделать. Над каждым квадратным сантиметром земной поверхности имеется около 200 г кислорода. Так как поверхность земного шара приблизительно равна 500 миллионов км² или 5 * 10¹⁸ см², полное количество кислорода в земной атмосфере около 10²¹ г или 10¹⁵ т. Это означает, что для «поддержания» горения добываемого на Земле топлива земной атмосферы хватит на 50000 лет. Однако подчеркнем, что на Земле действуют и другие естественные причины, приводящие к связыванию свободного кислорода ее атмосферы.

Неразумное вмешательство людей в этот миллионами лет устоявшийся кислородный баланс Земли привело к тому, что он нарушается как бы «с двух концов»: уничтожая леса, мы уменьшили «поставку» кислорода в атмосферу по крайней мере на 10%, сжигая его с топливом, увеличили скорость его ухода из атмосферы на несколько процентов. Если бы в атмосфере кислорода было сравнительно немного -- последствия сказались бы очень скоро. Но так как кислорода в земной атмосфере запасено очень много -- последствия скажутся только через несколько тысяч лет -- характерное время установления динамического равновесия кислорода в атмосфере. Через этот промежуток времени, благодаря деятельности людей за последние несколько десятилетий, равновесное количество кислорода в земной атмосфере уменьшится примерно на 15 -- 20 %.

Но ведь сейчас темп добычи ископаемого горючего и его сжигания продолжает расти! Если так будет продолжаться, то через сотню лет добыча угля и нефти увеличится в несколько десятков раз. А это приведет к катастрофическому уменьшению кислорода в земной атмосфере за какие-нибудь несколько сот лет! Заметим, что мировых ресурсов угля и нефти, особенно еще не разведанных, вполне достаточно для этого самоубийственного дела: не забудем, что каменный уголь -- это бывшие растения! Такая «деятельность», с позволения сказать, «разумных» существ приводит к непрерывному увеличению содержания углекислого газа С0₂. что, помимо других вредных последствий, резко нарушает тепловой баланс Земли, о чем речь уже шла раньше.

Приведем теперь другой пример. Недавно было обращено серьезное внимание на угрозу разрушения озонного слоя Земли некоторыми газообразными промышленными отходами. Наиболее опасными разрушителями этого слоя являются молекулы, входящие в разные сорта фреона, -- вещества, заполняющего все холодильники. Эти молекулы содержат хлор и фтор. В настоящее время ежегодно около 10 миллионов тонн испарившегося фреона поступает в атмосферу. Там молекулы фреона перемешиваются с ее основными компонентами и заносятся при этом на высоты 20 -- 30 км, где жадно вступают в химические соединения с молекулами озона. При последующих реакциях с молекулами кислорода фреон опять восстанавливается и, таким образом, он постепенно накапливается в верхних слоях атмосферы. В настоящее время мировое производство фреона растет примерно на 20 % в год. Если в ближайшие годы это безобразие не прекратить, то, как показывают расчеты, через несколько десятилетий толщина озонного слоя в атмосфере начнет ощутимо уменьшаться. Но ведь хорошо известно, что слой озона -- это броня, защищающая биосферу от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца в диапазоне длин волн 0,24 -- 0,29 мкм. Неразумное и даже самоубийственное поведение человечества вполне можно уподобить поведению сошедшего с ума экипажа космического корабля, буравящего его стенки, что неизбежно приведет к разгерметизации.

Вдумаемся, что происходит: миллиарды лет создавался удивительно тонкий и сложный баланс биосферы Земли. И вот появляется, казалось бы, самый совершенный продукт эволюции биосферы -- человек, называющий себя разумным, и варварски разрушает то, что привело к его появлению и без чего невозможно его дальнейшее развитие и совершенствование.

Не подлежит сомнению, что неограниченно растущий технологический потенциал развивающегося общества за сравнительно короткое время должен вступить в противоречие с ограниченностью естественных ресурсов Земли. Уже в наше время все большее и большее внимание уделяется угрожающему нарушению равновесия между человечеством и окружающей его экологической средой -- биосферой. Проблема загрязнения атмосферы, мирового океана и внутренних водоемов, почвы и растений становится весьма острой. Бесконтрольное стихийное развитие производительных сил может привести человечество к катастрофе.

Поэтому только принятие самых радикальных мер в течение ближайших 2--3 десятилетий может предотвратить самоубийство человечества. Какие это меры? Прежде всего -- революция в энергетике, переход на использование атомной и солнечной энергии. Это избавит человечество от кошмара загрязнения атмосферы и обеднения ее кислородом, но может породить новые проблемы, не менее острые. Но так или иначе, мы всегда должны помнить, что находимся на космическом корабле с конечными ресурсами, с которыми обращаться следует с величайшей осторожностью.

Человечество, возникшее как часть биосферы, вышло из состояния равновесия с этой оболочкой Земли, что неизбежно должно привести его к критической ситуации, к необходимости сделать выбор и коренным образом изменить стратегию своего поведения. От этого будет зависеть вся предстоящая история человечества. Как же будет выглядеть развитие человечества в будущем?

Всестороннее математическое исследование этой проблемы в последние годы проводилось группой весьма компетентных специалистов, известных под названием «Римский клуб». Сложность задачи состоит в том, что параметры развития человечества (например, промышленное производство на душу населения, загрязнение среды обитания и пр.) являются взаимно связанными. Надо еще иметь в виду, что все глобальные процессы (рост производства и народонаселения, загрязнение среды обитания и пр.) имеют инерцию. Математически задача сводится к решению системы из многих тысяч совместных дифференциальных уравнений, что можно было сделать только с помощью современной вычислительной техники. Соответствующая этой задаче область науки известна как системный анализ.

Время исчерпания ресурсов вычислено в предположении, что в течение будущих десятилетий разведанные ресурсы вырастут в пять раз по сравнению с данными, имеющимися на сегодняшний день. Конечность ресурсов Земли и их грядущее исчерпание в сочетании с прогрессирующим загрязнением среды обитания является решающим фактором в будущей истории нашей цивилизации. При этом участники «Римского клуба» особенно тщательно исследовали вопрос о загрязнении окружающей среды деятельностью человека.

Тема 2. (1 час). Экологические проблемы, связанные с проведением геологоразведочных работ

С точки зрения планирования жизнедеятельности существует два основных подхода к охране окружающей среды: с точки зрения опасности и ресурсов. Иными словами, человек должен учитывать потенциальные опасности, связанные с разведкой и переработкой полезных ископаемых, и с другой стороны, бережно относиться к ресурсам, разбираться в естественных процессах и жить в пределах ограничений, обусловленных этими процессами.

В связи с этим, природоохранная практика развивается по двум направлениям: 1) охрана природных ресурсов от хищнической эксплуатации и 2) ограничение выброса загрязняющих веществ в окружающую среду.

Характерной особенностью системы природопользования в любых странах является то, что уровень загрязнения окружающей среды в них тесно связан с общим уровнем промышленного развития. На начальных этапах промышленного развития уровень загрязнения почти не ощутим, и общество не считает необходимым осуществлять мероприятия по охране окружающей среды. Однако, с ростом валового национального продукта, уровень загрязнения постепенно растет, и, в конце концов, повышается на столько, что общество перестает с этим мириться и вынуждено направлять часть валового национального продукта на природоохранные мероприятия. Как следствие этого, уровень загрязнения окружающей среды быстро снижается. При благоприятном развитии общества и сбалансированной законодательной системы этот уровень удается удерживать на протяжении достаточно длительного периода.

Однако, мировая практика показывает, что долгое время сдерживать потребление природных ресурсов одними только законодательными актами не получается, поскольку постоянно развивающийся производственный процесс требует все большего потребления этих ресурсов.

Для урегулирования сложившейся ситуации важно четко представлять весь комплекс проблем, связанных с деятельностью горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятий, среди которых наиболее значимыми являются:

Истощение минерально-сырьевых ресурсов;

Отчуждение плодородных пахотных земель для нужд горнодобывающего производства;

Нарушение природных ландшафтов (что определяет необходимость проведения рекультивационных мероприятий);

Загрязняющее воздействие на окружающую среду, при проведении геологоразведочных и горных работ;

Загрязнение окружающей среды в результате переработки, транспортировки и использовании полезных ископаемых промышленными предприятиями.

Анализ последних десятилетий указывает на ускоряющиеся темпы индустриализации мировой экономики, обусловливаемые ростом населения и необходимостью удовлетворения растущих потребностей при существенном увеличении энергоемкости и материалоемкости современного производства. Причем последнее базируется на экстенсивном освоении земель и все увеличивающемся совокупном объеме добываемого сырья.

Каждый год мировая промышленность в целях удовлетворения материальных потребностей общества изымает из недр Земли, а также берет у растений и животных 10-11 млрд. т вещества. Из них около 5 млрд. т - химическое топливо (продукты окисления которого выбрасываются в атмосферу). Конечная продукция промышленности в виде металлов, пластмасс, текстиля, цемента, древесины и много другого составляет 2 млрд. т. Следовательно, остальные 8-9 млрд. т веществ представляют собой отходы, как правило, загрязняющие окружающую среду [3].

В результате отвода земель для строительства и горных разработок человечество за исторически обозримое время вывело из сельскохозяйственного оборота около 2 млрд. га территории, и её совокупная пашня составляет теперь лишь 1.5 млрд. га или 0,3-0,4 га на каждого жителя планеты [8].

Добыча полезных ископаемых открытым или подземным способом, как правило, сопровождается образованием, с одной стороны, пустот и выемок (способствующим возникновению оползневых явлений и проседанию поверхности), а с другой - формированием колоссальных отвалов «пустых» пород. В условиях развития современной горной промышленности, когда в мире ежегодно добываются миллиарды кубических метров горной массы, нас повсюду окружают преимущественно нестабильные ландшафты. Причем, существующая тенденция к увеличению глубины горных выработок и вовлечение в разработку месторождений с низким содержанием полезного компонента, только усугубляет эти процессы.

Все сказанное выше, так или иначе, связано с изменением поверхности Земли, её морфологи, рельефа и формированием новых техногенных ландшафтов.

Добыча и переработка полезных ископаемых оказывает негативное воздействие на атмосферу, гидросферу и биосферу. Наряду с загрязнением окружающей среды твердыми веществами, ежегодно предприятиями горной промышленности выбрасывается около 400 млн. т техногенных окислов серы, азота, углерода, а также взвешенных частиц и аэрозолей. Причем почти 90 % источников этих выбросов расположено в северном полушарии. В результате этого отмечается увеличение кислотности атмосферных осадков, а также кислотность вод в водоемах и реках, нарушается экологическое равновесие в природе.

Сотворенная человеком техносфера поглощает кислорода почти в 15 раз больше, чем все человечество, что отрицательно сказывается на некоторых биохимических природных явлениях. Кислород необходим для получения большинства видов энергии, возникающей при сгорании топлива. В результате ежедневно из атмосферы изымается около 20 млрд. т кислорода, что позволяет ежесекундно получать энергию, равную 6 • 10¹⁹ эрг. Причем эта цифра имеет тенденцию к экспоненциальному увеличению. При таких темпах, через каких-нибудь 100 лет мировое производство энергии может сравняться с величиной, равной 1 % потока солнечной энергии, что естественным образом скажется на тепловом режиме Земли.

Следует также отметить, что до недавнего времени человечество в вопросах охраны окружающей среды проявляло своеобразную инертность. Сталкиваясь с тем или иным отклонением от нормы, человек фиксировал его, анализировал, дожидался, когда оно приведет к какому-то ущербу, и лишь после этого, часто ценой больших усилий, начинал заниматься ликвидацией этого отклонения или уменьшением его влияния.

Однако в последнее время в обществе наметились реальные положительные сдвиги в развитии не стихийно-потребительских, а научно обоснованных отношений к природе. Не малая заслуга в этом принадлежит геоэкологии - науке занимающейся изучением взаимоотношений между живыми организмами (прежде всего человеком) и геологической средой, возникающими в процессе разведки, добычи и переработки месторождений полезных ископаемых.

В соответствии с существующими научными разработками в сфере сохранения окружающей среды принято выделять ряд особенностей, связанных с геологоразведочной деятельностью. Одной из таких особенностей является временный характер существования горного производства: при истощении месторождений полезных ископаемых горные работы прекращаются. В связи с этим в целях сведения к минимуму ущерба, наносимого окружающей среде, проектирование и производство горных работ должны вестись так, чтобы формируемые при этом новые техногенные ландшафты (выемки, отвалы, шахты и штольни) могли в последующем с максимальным эффектом использоваться для других народнохозяйственных целей. Такое активное улучшение ландшафтов с приданием им заранее спланированного вида является ванным условием снижения вредного воздействия на окружающую среду.

Другой особенностью является генеральный принцип экономического развития промышленных районов, выдвинутый в последнее время в ряде прогрессивных стран: необходимо соблюдать приоритет интересов горного дела по отношению к другим видам экономической деятельности в данном регионе. В противном случае, созданные промышленные предприятия, города или поселки могут в последующем оказаться в пределах рудных полей и горных отводов, что в свою очередь потребует применения особо сложных и дорогостоящих технических решений по извлечению полезных ископаемых из-под сооружений, переноса строений на другой участок, либо полного отказа от добычи сырья. Возможна и обратная ситуация, когда населенные пункты с развитой инфраструктурой окажутся очень далеко от месторождений, что потребует создания новых инженерных сооружений и дополнительных линий коммуникации. Отрицательное влияние и той и другой ситуации на геологическую среду трудно переоценить. Поэтому тщательная геологическая разведка месторождений полезных ископаемых в районах их проявления и приоритетное развитие в них горной промышленности являются важнейшими задачами в общем решен проблемы сохранения окружающей среды.

Наконец, третьей особенностью охраны окружающей среды является использование четких количественных критериев допустимых нарушений окружающей среды, не оказывающих вредного воздействия на общую экологию района. Введение таких критериев позволяет более обоснованно защищать окружающую среду от различного рода вредного воздействия.

В качестве примера можно привести некоторые количественные критерии по охране атмосферы (табл. 1).

Таблица 1 Предельно допустимая концентрация основных вредных примесей в воздухе на уровне дыхания

№ п/п	Основные вредные примеси	ПДК, мг/м3
1	Пыль разовая	0,5
2	Пыль среднесуточная	0,15
3	Сернистый газ	0,5
4	Окись углерода	3,0
5	Двуокись азота	0,085
6	Сажа	0,15
7	Сероводород	0,008
8	Сероуглерод	0,03
9	Фенол	0,01
10	Хлор	0,1
11	Фтористый водород	0,02
12	SO2 + NO2	Менее 1
13	SO2 + HF	Менее 1

Таким образом, тщательный и всесторонний учет количественных и качественных показателей воздействия горных работ на окружающую среду позволит снизить его вредное проявление до минимума.

Лекция 2

Тема №3. (1 час). Факторы отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду

Для выполнения планомерной работы по снижению негативного влияния геологоразведочных работ на окружающую среду необходимо произвести классификацию факторов такого отрицательного воздействия. Однако, следует признать, что подобной единой классификации до сих пор еще не разработано. Ряд авторов [1,4] предлагают отталкиваться от видов нарушений, связанных с деятельностью геологических производств, другие [6] пытаются дифференцировать имеющиеся негативные последствия по признаку воздействия на конкретную среду обитания (атмосферу, гидросферу, верхнюю часть литосферы, биосферу); третьи [3] предпочитают устанавливать причинно-следственные связи и комплексно решать возникающие проблемы. Ниже мы приводим один из вариантов такой классификации, которая может быть принята специалистами на вооружение (таблица 2).

Таблица 2 Факторы отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду

Причины, вызывающие нарушения окружающей среды	Характерные виды нарушений
Геомеханические
Отсыпка отвалов, строительство карьеров, сооружение отстойных прудов, разнообразных насыпей и траншей. Деформации поверхности в результате разработки месторождений. Монтажные работы, воздействие тяжелого оборудования и т.п.	Изменение рельефа местности, геологической структуры горного массива, грунтов и самой почвы. Механические повреждения почвы. Уничтожение почвы и создание биологически стерильных территорий. Изменение структуры использования поверхности. Повреждение строительных объектов и инженерных сооружений
Гидрологические
Дренирующее воздействие подземных и открытых горных выработок на окружающий породный массив. Деформация поверхности в связи с дренажом подземных вод. Отсыпка отвалов, строительство карьеров, сооружение отстойных прудов, разнообразных насыпей и траншей. Смещение русел водотоков, сооружение водоемов, водных перепадов и других гидротехнических объектов. Загрязнение вод. Откачка подземных вод для различных целей. Дренаж месторождений.	Изменения уровня подземных вод и их движения, а также гидрографической сети. Ухудшение качества вод неглубоко залегающих водоносных горизонтов, инженерно-геологических констант подпочвенных грунтов, водного режима в почве. Уменьшение запасов подземных вод. Увеличение суффозии и механического уплотнения грунтов (оседание поверхности). Изменение морфодинамического режима рек. Возникновение пойм
Химические
Эмиссия газов и химически активной пыли. Сбросы загрязненных вод. Воздействие токсичных компонентов, находящихся в отвалах и хвостохранилищах	Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, вод (подкисление, засоление, загрязнение), почв (подкисление, алкализация, засоление, увеличение фитотоксических элементов, другие типы загрязнений)
Физико-механические
Эмиссия пыли и аэрозолей. Сбросы вод, загрязненных суспензией и гидрозолями	Изменения состава и свойств атмосферного воздуха и вод. Кольматация русел водотоков. Изменения свойств почвы
Термические
Загрязнение воздуха. Сбросы подогретых вод. Нагнетание подогретых вод в горный массив.	Изменение состава и свойств атмосферного воздуха, а также биохимических процессов в воде. Изменение микроклимата.

Подобная классификация позволяет проследить причинно-следственные связи в процессе загрязнения окружающей среды, что в свою очередь обеспечивает формирование четкой стратегии и тактики её защиты от вредных воздействий, выделяя первоочередные объекты защиты и те методы, с помощью которых возможно достижение максимального положительного эффекта.

Тема 4. (1 час). Влияние горной промышленности на литосферу

Специфическая особенность размещения предприятие горной промышленности заключается в том, что они могут создаваться только там, где имеются залежи полезных ископаемых. При этом горные предприятия обычно являются основой для образования крупного производственного комплекса из предприятий различных отраслей промышленности со сложной инфраструктурой. В связи с этим нагрузки на окружающую среду увеличиваются.

К основным нарушениям окружающей среды, возникающим в процессе ведения горных работ, относятся: нарушения поверхности земли в связи с изъятием из недр полезных ископаемых; ухудшение гидрологических режимов в пределах горных отводов и в примыкающих к ним районах; изменение ландшафтов и создание неудобств местным жителям.

Существование любого предприятия немыслимо без определенного минимума земельной территории. Кроме площадей, требуемых для строительства поверхностных комплексов и рабочих поселков, для функционирования горных предприятий необходимы крупные земельные участки, в пределах которых находятся месторождения полезных ископаемых -- горные отводы. Часто это громадные территории с ценными землями, с эффективно эксплуатируемыми старыми застройками, с развитой инфраструктурой или используемые в сельском хозяйстве.

В соответствии со ст. 11 Закона РФ «О недрах» представление лицензий на пользование недрами осуществляется с предварительного согласия органа управления земельными ресурсами либо собственника земли на отвод соответствующего земельного участка для целей недропользования. Отвод земельного участка в окончательных границах и оформление земельных прав пользователя недр осуществляется в порядке, предусмотренном земельным законодательством, после утверждения проекта работ по недропользованию.

Общая площадь земельных участков, используемых предприятием за весь срок его существования, составляет общий земельный отвод. В ходе строительства, эксплуатации и реконструкции предприятия величина земельного отвода может изменяться как в сторону увеличения при получении в пользование новых земель, так и в сторону уменьшений при возвращении землепользователем неиспользованных и рекультивированных площадей и земельных участков, надобность в которых миновала.

При этом, однако, следует иметь в виду, что владение горными предприятиями горными отводами носит исключительно временный характер: по окончании разработки месторождения полезных ископаемых земельная территория после рекультивации должна быть передана для её традиционного использования (если проектом развития территории иная форма использования данного участка земли не предусмотрена).

В земельном отводе выделяются следующие группы участков, предназначенных:

для руководства собственно горных работ; такие участки предоставляются во временное пользование, кроме площадей под внешние отвалы и хвостохранилища, которые в основном передаются в долгосрочное пользование,

дли размещения основных технологических и вспомогательных промсооружений, в том числе очистных и водозаборных сооружений водохранилищ, базисных и расходных складов взрывчатых материалов, внутриплощадных коммуникаций и т.д., объектов инфраструктуры; такие земельные участки, как правило, предоставляются горным предприятиям в постоянное или временное долгосрочное пользование;

для размещения гражданских и жилых зданий, строительства поселков горных предприятий или зданий и сооружений для нужд горных предприятий на существующих территориях; такие земельные участки предоставляются в постоянное пользование;

4) для размещения различного рода коммуникаций (линейных сооружений): железных и шоссейных дорог, линий электропередачи, связи, газо-, нефте- и водопроводов, канализации и пр.; такие земельные участки в зависимости от назначения коммуникаций и сроков их эксплуатации передаются в постоянное или временное пользование.

Ареал отрицательного воздействия горного предприятия на окружающий ландшафт значительно превышает площадь земельного отвода; что ухудшает экологическую обстановку в районе горного предприятия.

Воздействие горного производства на земли (ландшафт) можно разделить на прямое и косвенное.

К первой группе относят воздействия, приводящие к нарушению почвенного покрова, изменению облика территорий, сокращению площадей сельскохозяйственных и лесных угодий, уничтожению растительного покрова или миграции животных: строительство карьеров и разрезов, возведение отвалов, сооружение хвосто- и водохранилищ, строительство промышленных и гражданских зданий, прокладка дорог и других видов коммуникаций, деформации земной поверхности в зоне горных выработок, особенно при подземном способе разработки. Прямое воздействие приводит к образованию нового техногенного ландшафта в зоне влияния горного производства.

Ко второй группе относят воздействия, приводящие к ухудшению состояния и плодородия земель, условий произрастания растений и обитания животных: изменение состояния и режима грунтовых вод в связи с осушением месторождений, осаждение пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, инфильтрация загрязненных или минеральных вод через дамбы и основания хвосто- и водохранилищ, вынос и осаждение продуктов эрозии нарушенных земель, подтопление и заболачивание участков земель с близко расположенным уровнем грунтовых вод при деформациях земной поверхности в зоне подземных горных работ, ухудшение качества вод и режима поверхностных водоемов и водотоков. Косвенное воздействие может привести к деградации природного ландшафта.

Характеристика прямого воздействия горного предприятия на земли составляется на основе материалов текущего учета состояния земель и их периодической инвентаризации.

Характеристика косвенного воздействия основывается на определении размеров территории, подверженной этому воздействию, степени изменения состояния и качества почв, снижения продуктивности сельскохозяйственных и лесных угодий, изменения качества их продукции.

Вследствие прямого и косвенного воздействия горных работ на земли (ландшафты) возникают следующие неблагоприятные экологические факторы; сокращение площадей природных и культурных (прямых) антропогенных ландшафтов, водная и ветровая эрозии, разрушение почвенной структуры, минерализация, засоление, интоксикация, переувлажнение (заболачивание, подтопление), иссушение, уплотнение, карстообразование, увеличение электромагнитного поля и радиоактивного фона, изменение микроклимата и т.д.

В США больше половины отчуждаемых земель приходится на карьеры (около 59% всех земель, отведенных под горные работы), 20% - на карьерные отвалы, 13 % - на хвостохранилища обогатительных фабрик, 5 % - отвалы подземных горных предприятий и 3 % превращены в неудобные земли вследствие проседания и провалов земной поверхности [13]. Аналогичная ситуация отмечается и в нашей стране. Так в СССР на долю месторождений полезных ископаемых, отрабатывавшихся открытым способом приходилось 75 % объема горного производства. При добыче 1 млн. т железной руды нарушается от 14 до 640 га земель, марганцевой руды -- от 76 до 600 га, угля -- от 2,6 до 43 га, руд для производства минеральных удобрений -- от 22 до 97 га, при добыче 1 м³ нерудного сырья -- от 1,5 до 583 га. По мере исчерпания запасов осваиваются месторождения с более сложными горно-геологическими условиями разработки, что приводит к дальнейшему увеличению землеемкости горного производства.

Ежегодно горными работами нарушается около 50 000 га земель, из которых отвод земель только предприятиями, добывающими уголь открытым способом, составляет более 18 тыс. га.

С другой стороны, извлечение твердых полезных ископаемых из недр открытым и подземным способом вызывает нарушение поверхности над отработанными площадями и формирование в районе горных работ породных отвалов и отвалов забалансовых руд. Горно-техническая деятельность способствует образованию техногенного ландшафта с контрастными формами рельефа. В зависимости от масштаба воздействия изменения природных ландшафтов в основном локальны, и только в таких крупных горно-промышленных районах, как Донбасс, Кривбасс, КМА, изменения приобретают региональный характер.

По оценкам специалистов в ближайшее время только в 13 штатах США, расположенных к западу от бассейна р. Миссисипи, проседанию земель над выработанными угольными пластами будет подвержено около 133 км² поверхности. В округе Белмонт (США) с территорией 137 тыс. га карьерами и отвалами занято 80 тыс. га, представлявшими до выполнения рекультивации экологическую пустыню.

Большие проблемы с охраной земельных ресурсов возникают при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в ФРГ. Крупнейший на Западе Рейнский буроугольный бассейн занимает площадь 140 тыс. га. Объем складируемых в отвалы вскрышных пород составляет 500 млн т. С момента начала освоения бассейна были переселены 21 тыс. чел. из 45 населенных пунктов, намечено переселить еще 15 тыс. чел. Таким образом, угольные разрезы интенсивно наступают на земельные угодья.

Негативное влияние разработки природных ресурсов на земную поверхность, особенно заметное в последние десятилетия, проявляется в виде опускания земной поверхности, которое зафиксировано:

в Австралии -- при водопонижении при добыче полезных ископаемых, питьевом и промышленном водозаборе;

в Японии -- при эксплуатации подземных водозаборов и добыче природного газа;

в Великобритании (Чешир) -- при добыче каменной соли.

Оседание земной поверхности в Чешире достигло 15 м, площадь осевшей территории в долине Сан-Хоакин (Калифорния, США) составляет 13,5 тыс. км². В Японии насчитывается более 40 районов оседания земной поверхности общей площадью 7 380 км², из них площадь, равная 1 200 км², находится ниже уровня моря. Опускание земной поверхности происходит, как правило, в виде внезапного обрушения или плавного оседания.

Эти факторы напрямую связаны со степенью рационального использования земных недр, которая определяется двумя важнейшими параметрами: потерями при добыче и разубоживание полезного ископаемого. Так потери угля при подземной добыче составляют более 30%. На открытых рудниках - 10%. При добыче вольфрам-молибденовых руд подземным способом достигают 10-12%, а при открытом - 3-5% [15]. Необходимость компенсации экономического ущерба от потерь полезных ископаемых приводит к строительству новых предприятий с отторжением новых земель и ухудшению экологической обстановки.

Не менее важным условием общего оздоровления окружающей среды является снижение разубоживания полезных ископаемых, т.е. их обеднение в результате смешивания с пустыми породами при добыче и транспортировке, что увеличивает количество обогащаемого материала (а следовательно и твердых отходов обогащения) в среднем на 20-25%.

Экономические расчеты показывают, что каждый процент снижения потерь при добыче дает снижение себестоимости готовой продукции на 5%, а разубоживания - на 2%, тогда как повышение производительности труда на 1 % обеспечивает снижение стоимости конечной продукции лишь на 0,2%.

При разработке месторождений открытым способом в аридных районах много внимания приходится уделять стабилизации отвалов, предохранению их от интенсивного развеивания, а также предотвращению оползневых явлений. В районах же с многолетней мерзлотой нарушение почвенного покрова влечет за собой быстрое развитие весьма нежелательного термокарстового процесса.

Отрицательным фактором влияния открытого способа разработки на окружающую среду является также изменение гидрогеологии прилегающих к карьерам территорий. Борьба с водопритоками из вскрытых и залегающих ниже водоносных горизонтов приводит к развитию больших депрессионных воронок, в пределах которых из-за обезвоживания существенно изменяется или даже деградирует видовой состав растительности. Нарушение структуры почвы ускоряет развитие эрозионных процессов на территориях, прилегающих к карьерам, вызывая побочные нарушения земной поверхности далеко от их контуров. Сформировавшаяся депрессионная воронка провоцирует оседание грунтов с образованием на поверхности мульд проседания, часто заполняемых дождевыми и талыми водами.

Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, требуя существенно меньших территорий под горный отвод, не вызывает столь значительных нарушений и изменений ландшафтов и инфраструктуры, как открытые горные работы. Однако и здесь имеются свои проблемы. Сопутствующие подземным разработкам изменения окружающей среды связаны главным образом с сдвижением массивов налегающих горных пород. Обычны два вида сдвижения подработанных массивов горных пород -- плавное, без разрыва сплошности и интенсивное, с разрывом сплошности; возможны комбинации этих видов сдвижения (рис. 1). При плавном сдвижении массива горных пород, которое наблюдается при разработке осадочных пластовых месторождений с малыми углами падения, образуются мульды проседания земной поверхности на больших площадях с глубиной распространения до горизонтов очистных работ. Сдвижение налегающих пород с разрывом их сплошности, которому свойственны внезапность и быстрота протекания, ведет к возникновению на земной поверхности разнообразных провалов.

Любые виды сдвижений подработанных массивов горных пород вносят в окружающую среду в принципе те же изменения, что и открытые горные работы. Это, в первую очередь, -- нарушение ландшафта и гидрологии подземных вод. Подрабатываемые площади земли на долгое время исключаются из сельскохозяйственного оборота. Поверхность земли, подвергшаяся деформациям, может быть подтоплена, и тогда требуется осушение ненарушенных горными работами водоносных участков и т. д.

Сдвижение горных пород иногда может сопровождаться самовозгоранием полезных ископаемых и вмещающих пород: углей, углистых сланцев, сульфидных руд, пиритизированных пород. Эндогенные пожары, охватывая обширные площади или большие массивы пород, затрудняют эксплуатацию месторождений, снижая экономическую эффективность разработки, усугубляя процессы обрушения налегающих пород и изменения ландшафтов, загрязняя атмосферу газообразными продуктами горения.



Рис. 1. Характерные виды сдвижения массивов горных пород при подземной разработке месторождений полезных ископаемых:

а -- плавное, без нарушения сплошности налегающих пород;

б -- блоками, с нарушением сплошности налегающих пород;

в -- с обрушением и разрывом сплошности налегающих пород

Второй основной фактор, вызывающий нежелательные изменения в ландшафте, связан с необходимостью отсыпки выдаваемых на поверхность пустых пород. Не покрытые растительностью породные отвалы, отвалы бедных руд, занимающие большие площади гидроотвалы обычно вносят негативный диссонанс в ландшафт, но главное, -- занимают большие площади пригодных для сельского хозяйства земель, нанося значительный ущерб окружающей природе. Недействующие отвалы, если их не обезопасить полностью, могут стать источниками несчастных случаев и даже катастроф: быстрое перемещение больших объемов пород отвалов может разрушить расположенные вблизи здания, сооружения, дороги и т. п.

Печален в этом отношении случай из практики угольной промышленности Великобритании. Неправильная отсыпка конических отвалов привела 21 октября 1966 г. к гигантской катастрофе в Эйберфенсе (Южный Уэльс): на шахте «Мертир Вэйл» № 7 внезапно сползли переувлажненные породы отвалов, в результате чего погибло 144 человека [13].

Разработка месторождений подземным способом без деформации подрабатываемых пород пока невозможна. Однако если системам разработки с обрушением налегающих пород свойственны максимальные деформации и применением этих систем окружающей среде наносится наибольший ущерб, то системы разработки с закладкой выработанного пространства обеспечивают минимальные деформации пород и, следовательно, их влияние на окружающую среду ничтожно. Поэтому совершенно очевидна эффективность применения систем разработки с закладкой выработанного пространства, обеспечивающей наименьшие подвижки подрабатываемого горного массива.

Лекция 3

Тема 5. (1 час). Влияние горной промышленности на атмосферу

Осуществляя разработку недр, человек вновь приводит недра, содержащиеся в них газы и воду к контакту с земной атмосферой. Метан и другие углеводороды, образовавшиеся в погребенных породах миллионы лет назад, выделяются в атмосферу при разработке месторождений угля, нефти и газа, а также некоторых рудных месторождений, что связано с присутствием в самих месторождениях или окружающих их породах газоносных формаций.

...