Влияние добычи полезных ископаемых на природную среду

Введение

Главным фактором преобразования окружающей среды являются техногенные процессы, формирующиеся при эксплуатации различных объектов горнодобывающего производства.
Влияние горнодобывающего производства на окружающую среду, согласно ученым [2], определяется двумя группами факторов: собственно природными условиями месторождения и способами его разработки. При открытом способе разработки полезных ископаемых наблюдаются наиболее сильные нарушения земной поверхности, т.к. под месторождения отводятся большие площади земель, которые после окончания работ в большинстве своем оказываются выведенными из местных экологических систем.
Вследствие этого территории отработанных месторождений оказываются центрами развития эрозионных процессов с преобразованным ландшафтом данной местности. В местах отработки месторождений образовываются большие объемы отвалов пустой породы.
Цель: Анализ ситуации воздействия горнодобывающей отрасли на окружающую природную среду.
Задачи:
1. Рассмотреть влияние горнодобывающей отрасли на почву
2. Рассмотреть влияние горнодобывающей отрасли на воду
3. Рассмотреть влияние горнодобывающей отрасли на растительный и животный мир
4. Рассмотреть влияние горнодобывающей отрасли на атмосферу
Объект: Окружающая природная среда
Предмет: Горнодобывающая отрасль

влияние горнодобывающей отрасли на почву

В настоящее время, состояние почвенного покрова угледобывающих районов напрямую зависит от разрушения геологической среды при ведении горных работ по добыче угля как открытым, так и подземным способом.


Рисунок 1 – Воздействия на окружающую среду

Шахтные поля зачастую перекрывают друг друга на разных горизонтах, при достижении максимальных глубин, карьеры продолжают отработку угольных пластов подземным способом, что приводит к формированию обширных зон разрушенного горного массива сопровождающееся деформированием земной поверхности [1].
Поэтому общее представление об относительном геоэкологическом благополучии угледобывающих районов можно рассмотреть, анализируя соотношение общего объема высоты горной массы, или добытого полезного ископаемого к объему нарушенного пространства [6].
В данном случае, возможно, рассмотреть некий аспект определения нарушения почвенного покрова так как в результате отсутствия данных о площади нарушенных земель, в расчетах необходимо использовать площадь выработки, а также в отдельных случаях производить вычисленная через объем добычи и суммарную производительность рабочих пластов, что может изменить картину нарушения целостности массива горных пород, включая водоносные горизонты и земную поверхность в сторону уменьшения по сравнению с реальными разрушениями геологической среды [2].

Рисунок 2 – Нагрузка на окружающую среду при добыче сырья

Только на поверхности земли, в различных отвалах, отсыпано свыше 12 млрд. тонн горных пород. Ежегодно отвалы предприятий угольной отрасли увеличиваются более чем на 1 млрд. тонн.
Усредненные показатели удельного сдувания пыли с пылящих поверхностей и образование пыли при работе техники на открытых горных работах приведены в таблице 1.


Таблица 1 - Удельное сдувания пыли с пылящих поверхностей и образование пыли при работе техники на открытых горных работах
Объекты и техника Характеристика
объекта, вид работ Удельное сдувание
пыли, мг\кв.м в сек
при скорости ветра
7\10 м\сек Удельное
выделение
пыли, мг\т
породы
Экскаватор с
ковшом до 5 куб.м Вскрышные работы
без\с пылеподавлением
500\120
Драглайн Отвалообразование
без\с
пылеподавлением
6000\1200
Отвалы 3 мес. после отсыпки 5\8
Xвостохранилища Влажность 2-4% 400\1300
Хвостохранилища - 8-10% 12\25

Ведение горных работ обычно приводит к существенному изменению рельефа угледобывающих территорий. Выросли рукотворные отвальные массивы высотой более 100 метров и занимающие тысячи гектаров горные выемки карьеров протянулись на десятки километров и достигли глубин более 400 м [1].

Таблица 2 – Зависимость технологических проектов и объектов
и источников загрязнения
Технологические процессы
и объекты Источники загрязнений
Подготовка к выемке Буровзрывные работы, резка камня
Выемка и погрузка Экскаваторы, погрузчики, скреперы
Транспортировка Карьерный транспорт
Отвальное хозяйство Экскаваторы и поверхность отвалов

Промплощадка
(обогатительные фабрики,
дробилки, котельные,
гаражи, рембазы) Различные обогатительные и
котельные установки, автотранспорт,
склады ГСМ, хвостохранилища

Так же, следует отметить, что значительная часть нарушенных горными работами массивов может находится экологически неблагополучном состояние, и непосредственно отражается на качестве жизни населения вблизи месторождения [3].
Площадь нарушенных при угледобыче на территории угольного бассейна земель по статистическим данным на конец 2017 года составила 70 тыс. га. Это так называемый только часть нарушенных земель, так как рекультивированные площади в земельных балансах исключаются из площади нарушенных земель. [4].
С экологической позиции территории горнодобычи, можно считать нарушенными все площади горного отвода, которые должны совпадать с площадями земельных отводов шахт (включая в то числе подработанные площади с пологим и наклонным падением пластов), даже без явно выраженных провалов, поскольку здесь нарушен гидрологический режим и эти земли исключаются из продуктивного сельскохозяйственного или лесного пользований.

влияние горнодобывающей отрасли на воду

Угледобывающая промышленность на территории Российской Федерации оказывает огромное негативное воздействие как на водный, так и на гидрохимический режимы территорий бассейнов рек и подземных вод.
В зависимости от геологических и геоморфологических условий можно отметить: [5].
1) межгорные впадины с трещинными и пластовыми подземными водами в молодых (юрских, неогеновых и четвертичных) осадках.
2) высокогорье – хребты, обрамляющие впадины с преимущественно трещинными подземными водами в палеозойских изверженных и метаморфических осадочных породах.
Питание подземных вод может происходить в основном за счет атмосферных осадков, в первом – как за счет атмосферных осадков, так и за счет подземных вод древних горных пород.
Распределение подземных вод в осадочных породах (юрских, неогеновых и четвертичных) отличается большой пестротой.
Важными мероприятиями по охране водного бассейна являются работы по предупреждению попадания чистых вод в зоны загрязнений: откачки подземных вод по контуру таких участков, сооружение дамб.

Рисунок - 3 Обобщенные кривые водопритоков в карьеры в степных и лесостепных зонах СНГ
Конгломератовая толща неогена, представленная хорошо окатанной крупной галькой известняка, плотно сцементированной известково-глинистым цементом, неблагоприятна для концентрации подземных вод и поэтому практически является безводной. Незначительные количества грунтовой воды встречены в аллювии, пролювии и делювии четвертичного периода. В породах юрской угленосной толщи наиболее обводненными являются пласты песчаников и углей, причем обычно на таких участках, где имеются пути проникновения подземных вод со стороны массивов древних изверженных пород или вод из поверхностных водотоков [6].
По данным разведочных и эксплуатационных выработок, притоки воды в них из водоносных юрских пород в общем невелики и измеряются в наиболее неблагоприятных случаях 4–6 и реже 20 л/сек.
В качественном отношении подземные воды подразделяются на 3 основные группы:
1) пресные;
2) жесткие кальциево-карбонатные и
3) минеральные.
Можно отметить, что влияние горных работ на речной сток территории исследования осуществляется путем увеличения разгрузки подземных вод в реки за счет шахтного или карьерного водоотлива, соответственно происходит иссушение зоны горных работ, могут образоваться депрессионные воронки, размеры которых зависят как от геологических, гидрогеологических условий и продолжительности разработки месторождения.
Это соответственно оказывает большое влияние на инициацию высыхания колодцев и водозаборных скважин, а также исчезновение родников, ручьев и небольших речек, и уменьшение запасов вод в поверхностных водоемах[5].
В 90-е годы и 2000 годы, в связи со значительной нестабильностью работы предприятий химической и металлургической промышленности, главных источников сбросов токсичных веществ, угледобывающая отрасль, работающая более стабильно увеличивает негативное влияние на поверхностные воды [1, 3].
Распределение загрязняющих веществ в технологических цепях обусловлено технологией добычи и обогащения полезных ископаемых. При разработке рудных месторождений одними из существенных являются процессы окисления и растворения сульфидов, приводящие к возникновению хорошо растворимых в воде сульфатов. При окислении сульфидов высвобождаются токсичные элементы, миграция которых через подземные воды может привести к рассеиванию компонентов с последующим концентрированием их в различных компонентах окружающей среды. При этом фиксированный разнос отдельных компонентов в водах колеблется от сотен метров до нескольких километров.

влияние горнодобывающей отрасли на растительный и животный мир

Почвенный и растительный покров, как единая биосферная система, адекватно реагирует на изменение обстановки по гидрологическому режиму, деформации поверхности, что является достоверным критерием, характеризующим изменение экологических условий на исследуемой территории.
Интегральным показателем оценки экологических условий определенной территории является биологическая продуктивность фитоценозов, произрастающих на этой территории [5].
Заселённость территории горнобычи незначительная

. На склонах территорий горнодобычи широко развиты альпийские луга. Долины рек и ручьев покрыты древесно-кустарниковой растительностью преимущественно: березой, рябиной, барбарисом, смородиной и др.
В составе ископаемой флоры на территории горнодобычи могут присутсвовать папоротники, хвощевые, голосемянные, гинкговые, хвойные. Из них определены следующие формы: ThallitesuralensisKryshtetPryn., Clathropteriscf., MunsterianaSchenk., CladophlebisWfribien- sis (Brongn), SchizoneuragrandifoliaKrysht. etPryn., NeocalamitesNordenskioldii. Krysht et Pryn., Iuecites Miassia dentata Krysht et Pryn., Qinkgoites taeniatus (Braum) Harr., Czekanowskia latifolia Turut, Brachyphyllum cf., ша- millare Brongn идр [3-5].
В свою очередь состояние растительного покрова является следствием природно-климатических и почвенно-грунтовых условий. Но если первые относительно стабильны, от техногенных причин изменяются несущественно, то вторые всецело зависят от характера и интенсивности нарушения земной поверхности при ведении горных работ.
Почвенный и растительный покров, как основные элементы биосферы, оказываются в сильной степени трансформированными в процессе проведения горнодобывающих работ. После прекращения последних, деградационные процессы элементов биосферы не прекращаются, более того, они в первые годы значительно усиливаются [4-5].
Это является следствием продолжающихся геодинамических процессов, связанных с обрушением вмещающих пород в брошенные горные выработки, сдвижением земной поверхности и ее проседанием зачастую с разрушением поверхности земли.
При отработке пологих пластов нарушения поверхности составляют около 30% площади шахтного поля. Как правило, это спланированные участки, на которых почва срезается для засыпки трещин и провалов.
На поверхности оказываются материнские породы зональных почв - лессовидные суглинки с примесью глубинных горных пород и гумуса аккумулятивных горизонтов. Мульды проседания поверхности в основном сохраняют почвенный слой, но здесь меняется гидрологический режим [4-5].
Подработка наклонных и крутопадающих пластов сопровождается более значительными нарушениями земной поверхности - провалы более глубокие и обширные, общая площадь нарушений превышает 50% [2].
Следовательно, одним из основных показателей, характеризующим экологическое состояние горного отвода шахты в процессе проведения горнодобывающих работ и после их прекращения является нарушенность поверхности земли, выраженная в процентах разрушения почвенного покрова. Дополнительными показателями могут быть: загрязнение почвенного покрова глубинными горными породами («разубоживание» почвы); глубина мульды проседания. После закрытия шахты неизбежно обрушение кровли выработок, что приведет к осадке покровной толщи и дополнительному нарушению поверхности.
При закрытии шахт и прекращении водоотлива уровень грунтовых вод поднимается.
При этом возможны:
а) уровень грунтовых вод достигнет отметки, бывшей до начала горных работ;
б) уровень грунтовых вод будет ниже отметок, бывших до начала работ из-за дренажа по трещинам и разломам. В последующем возможно заиление дренирующей системы и поднятие уровня грунтовых вод;
в) при осадке поверхности над выработками и поднятии уровня грунтовых вод до первоначальных отметок возможно подтопление или затопление поверхности [4-6].
В первом случае полностью восстанавливается гидрологический режим территории и при условии сохраненного почвенного покрова растительность приобретает исходный (зональный) характер. Во втором случае сохраняется обезвоживание почвенно-грунтовой толщи, а растительность сохраняет ксерофитный (засушливый) характер.
При подтоплении просадочных мульд характер растительности меняется в сторону преобладания водных и гидрофильных видов.
Таким образом, общими представительными показателями, характеризующими экологические последствия при ликвидации шахт, являются:
а) нарушенность земной поверхности, выраженная в процентах разрушения почвенного покрова, а также агрохимические и водно-физические параметры (и их изменения) почвенного покрова и нарушенных земель;
б) гидрологический режим почвенно-грунтовой толщи - усредненные величины полевой влажности, сравнение их с зональными ненарушенными почвами;
уровень грунтовых вод по отношению к поверхности;
в) видовой состав и продуктивность растительности, как интегрирующий показатель.
Необходим также контроль за геохимическим переносом элементов
и соединений глубинных горных пород, вынесенных на поверхность, при их физико-химическом выветривании. Кроме непосредственного контроля гидрологическими методами следует установить контроль за содержанием этих элементов в почве и в растениях.
Как на действующих угольных предприятиях, так и при затоплении шахт и заполнении выработок водой происходит миграция и выделение на поверхность рудничных газов, основной из которых метан. Наряду с «точечным» выделением метана по трещинам или дегазационным скважинам происходит и «площадное» метановыделение через почвенно-грунтовую толщу.
В зонах выхода метана на дневную поверхность почва теряет свою структуру, сильно уплотняется, приобретает серый цвет, а растительность на ней погибает.
Это объясняется тем, что, хотя метан и не является фитотоксичным, в почве он заменяет кислород, создает анаэробную среду, чем подавляются микробиологические процессы и почвенная фауна, образуется непригодная для растительности почвенная среда [3].
При затоплении шахты и стабилизации в последующем гидрологического режима, прекращения газовыделения и просадочных явлений изменения почвенного покрова и растительности будут протекать более замедленно, при этом в направлении формирования зональных типов биоценозов. Контроль на этом этапе производится за биопродуктивностью восстанавливаемых естественным или искусственным способом фитоценозов, изучение направления и динамики почвообразовательных процессов.
при попадании в почву рудничной пыли, содержащей крайне незначительные количества металлов в способных к миграции формах, заметного образования металлсодержащих форм не происходит. Сплошной почвенно-растительный покров территории в естественном состоянии сглаживает различия природно-территориального комплекса по температуре, влажности, геоморфологическим процессам, глубине сезонного протаивания и промерзания почвогрунтов. Создание техногенных форм рельефа, разрушение почв и растительности, изменение состава грунтов усугубляет контраст между отдельными участками. Процесс восстановления природных комплексов нарушенных территорий идет очень медленно, а на некоторых участках практически не возможен.

влияние горнодобывающей отрасли на атмосферу

Атмосферный воздух является одним из основных природных ресурсов, необходимых для жизнеобеспечения человека, растительного и животного мира, а также для проведения подавляющего числа производственных процессов. Экологические требования к качеству атмосферного воздуха накладывают существенные ограничения на развитие производительных сил территории.
Одним из главных показателем ухудшения качества атмосферного воздуха является его загрязнение. Санитарно-гигиенические требования к чистоте атмосферного воздуха отражаются в показателях предельно допустимой концентрации (ПДК) в атмосферном воздухе не только населенных мест, но и мест работы промышленных объектов или добычи полезных ископаемых [5].
В настоящее время на территории республики Кыргызстан закон об охране атмосферного воздуха и другие нормативные документы подчеркивают приоритет соблюдения предельно допустимой концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в пределах любых мощностей производственно-экономического характера [5].
Основные принципы по сбору, хранению и использования информации о загрязнении атмосферного воздуха за последние годы достаточно хорошо проработаны и отражены в ряде нормативных документов и методических указаний [6]. Полный обзор нормативных документов показывает, что вся информация, являющаяся основой для решения атмосфероохранных задач, может быть подразделена на группы.
По отношению к атмосферному воздуху к таким процессам мы можем отнести энергетические установки, горящие отвалы горнодобычи, дегазационные и вентиляционные установки, ремонтно-технологические службы, транспорт, и другие сопутствующие производства.
Все возможные и моделируемые источники загрязнения атмосферного воздуха и так же их оценка влияния приводятся в соответствующих разделах проекта при открытии шахт, выполняющих работу в соответствие с имеющейся нормативной документацией.
При работе промышленного объекта один раз в 5 лет разрабатывается проект предельно допустимых выбросов (ПДВ), где проводится расчет максимального загрязнения атмосферы на территории угольного бассейна и прорабатываются возможности его снижения [4]. На основе норм ПДВ начисляются долговременные природоохранные платежи [2]. В случае атмосфероохранных нарушений на предприятие могут налагаться дополнительные разовые штрафы.
Закрытие угледобывающего предприятия может оказать возможный положительный эффект по исчезновению части источников техногенной нагрузки на атмосферный воздух территории прилегающей к месту добычи.
Данный аспект не будет означать, что при прекращении добычи полностью прекращает свое отрицательное воздействие на атмосферный воздух предприятие