Аннотация

Освещены аспекты влияния деятельности геологоразведочной и горнодобывающей промышленности на окружающую среду, что способствует познанию основ геоэкологии и рационального природопользования.

Показано, что охрана окружающей природной среды и рациональное использование ее ресурсов в условиях развития научно-технического прогресса и бурного роста промышленного производства стала одной из актуальнейшей проблем современности.

Определено, что меры, принимаемые по защите природы, в основном, определяются поведением людей, которые взаимодействуют с ней, их отношением к окружающей среде. Эффективная реализация природоохранных мер возможна на базе соответствующего развития экономики, науки, техники и всестороннего совершенствования знаний о гармоническом взаимодействии человека с окружающей средой.

Уделено внимание формированию у специалистов природоохранного сознания, передаче им комплекса общих знаний по природопользованию и защите природной среды, а также правовой ответственности, необходимых в процессе их производственной деятельности в качестве горных инженеров.

Монография написана авторами из России и Германии, поэтому, естественно, в ней получили наибольшее освещение практика природоохранения в этих двух государствах.

Книга может служить практическим руководством для инженерно- технических работников горно-геологического производства.

Экологические требования к разведке и разработке месторождений полезных ископаемых

Общие сведения о недрах, руде и минеральном сырье

Минеральные ресурсы представляют собой скопления в земной коре минерального вещества, которое является источником энергии, материалов, химических элементов и соединений. Их разделяют на рудное, топливно-энергетическое, горнохимическое сырье, нерудные полезные ископаемые и гидроминеральные ресурсы.

Недра - часть природной среды, которая находится под земной поверхностью, включая минералы и горные породы,. Недра используются человеком для добычи полезных ископаемых, хранения жидких и газообразных ископаемых, захоронения токсичных отходов производства и сброса сточных вод.

Руда - это сложный комплекс, включающий одно или несколько полезных компонентов. Основными "потребителями" минерального сырья являются горные предприятия добывающие и перерабатывающие твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые.

Горнодобывающие предприятия являются основным поставщиком минерального сырья. Однако при разработке полезных ископаемых извлекаются на поверхность вмещающие породы, которые не используются и складируются в отвалы или хвосто-хранилища. Следует отметить, что в пустых породах содержится незначительное количество тех или иных ценных минералов, которые попадают в отходы, что в мировом масштабе составляет многие миллионы тонн.

Добыча полезных ископаемых в настоящее время достигла огромных масштабов, вследствие чего запасы природных ресурсов иссякают. Полезные ископаемые являются невозобновимыми природными ресурсами, Некоторые разведанные запасы исчерпаются уже к 2100г. В этой связи использование таких ресурсов требует особой осторожности и бережливости. Возобновимые ресурсы тоже могут исчезнуть, если темпы их использования будут превышать темпы восстановления.

Пользование недрами - это комплекс мероприятий, направленных на соблюдение установленного порядка эксплуатации недр при их геологическом изучении, разведке, добыче и переработке полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземных сооружений, захоронении промышленных стоков и отходов производства и удовлетворение потребностей промышленности в минеральном сырье.

Требования, предъявляемые к системе пользования недрами с целью полного и качественного использования минерального сырья, включают в себя:

  • - обеспечение полного и комплексного геологического изучения недр в стадии разведки;
  • - соблюдение порядка предоставления недр в пользование и исключение самовольного пользования;
  • - обеспечение сохранности запасов полезных ископаемых при производстве горных работ;
  • - полное и комплексное использование минеральных ресурсов;
  • - охрана месторождений от затопления, обводнения, пожаров, и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых.

Недра используются человеком в основном для добычи полезных ископаемых, хранения жидких и газообразных полезных ископаемых, размещения специальных сооружений, а также для транспортных коммуникаций, захоронения промышленных токсичных и радиоактивных отходов производства и сброса сточных вод.

При современной технологии добычи и использования полезных ископаемых лишь 5-10 % от всего объема извлекаемых из недр веществ реализуется в виде продукции производства, а остальное является отходами.

Так, горная промышленность России извлекает 1/5 часть мировых добываемых полезных ископаемых.

Россия занимает ведущее место в мире по добыче нефти, угля, железа, марганца, хромовой руды, вольфрама, асбеста, каменной соли и ряда других минералов. В России 4/5 природных богатств расположены на Востоке страны и в Сибири. Чтобы освоить здесь новые месторождения надо строить города, сооружать дороги, все делать заново.

Но возрастающие затраты на добычу сырья и топлива компенсируются недостаточно из-за их частичной переработки. Например, при переработке руд Соколовского, Сарбайского, Высокогорского, Богословского, Абаканского железорудных месторождений безвозвратно теряются такие ценные их компонента, как сера, кобальт, медь.

В настоящее время обращается внимание на региональные барьеры при решении проблемы комплексного использования минерального сырья. Из-за них не налаживается переработка отходов и шлаков металлургической промышленности, тепловых электростанций, запасы которых достигли несколько миллиардов тонн и продолжают расти.

Отходы производства занимают огромную площадь, загрязняют воздух и воды, истощают землю и серьезно нарушают экологическое равновесие, потому что промышленные предприятия, исходя из отраслевой эффективности, извлекают из горного сырья только "свой" компонент, а остальные, иногда и более ценные, направляют в отходы. Недостаточной остается отдача пластов и глубина переработки нефти и газа.

Рациональное использование минеральных ресурсов - это технологически усовершенствованное освоение недр, с применением более целесообразных методов и способов недропользования. Рациональное использование минеральных ресурсов определяет устойчивое состояние минерально-сырьевого комплекса государств.

Комплексное использование минерального сырья возможно лишь на основе новых достижений науки и техники. Поставлена задача на основе комплексного использования минеральных ресурсов улучшить полноту использования недр, снизить потери полезных ископаемых при их добыче, обогащении и переработке.

Например, горнорудные предприятия Кривбасса (Украина) разрабатывают месторождениях, в которых которых совместно залегают 2-3 типа железных руд, содержащих 2-4 минерала железа и множество других полезных рудных и нерудных полезных ископаемых: граниты, сланцы, известняки, мрамора, кварциты, глины и прочие, запасы которых составляют миллиарды тонн.

Полнота извлечения полезных компонентов повышается за счет улучшения обогащения горной массы. Это позволяет сократить отходы и потери сырья и материалов, полнее использовать в производстве попутные продукты. Чтобы не выносить на поверхность пустые породы, ими заполняют выработанные пространства шахт, используют в качестве закладочного материала для заполнения провалов.

При подземной разработке месторождений на поверхность откачивается десятки млн. м3 высокоминерализованной воды. К горным предприятиям предъявляется требование использовать этой воды в народном хозяйстве в качестве технических солей, минерального питания животных и т.п.

Большой вред окружающей среде наносят твердые отходы горнодобывающих предприятий, в том числе вскрышные породы. Почти треть их от общего объема вскрыши пригодны для производства стройматериалов. Причем, капитальные и эксплуатационные затраты на их переработку в два раза меньше, чем на предприятиях строительных материалов. Однако, эти породы используются недостаточно.

В настоящее время интенсивно развивается массовое и индивидуальное строительство и возникает активный спрос на строительные материалы, а в связи с этим и качественно новые проблемы, связанные с рациональным использованием твердых отходов промышленного производства и грунтов различного состава.

Грунт и твердые отходы промышленного производства давно используются в качестве материалов для изготовления кирпичей и блоков различного назначения при малоэтажном строительстве. Многолетний мировой опыт использования грунто- блоков в строительстве показывает, что при соблюдении правил зашиты стен зданий от влаги (грунтовых вод. атмосферных осадков и пр.), они могут успешно использоваться в качестве стеновою материала при строительстве одно-, двухэтажных жилых зданий, хозяйственных построек в различных климатических условиях. Основное отличие прессованных кирпичей от керамических и силикатных - это более низкий коэффициент размягчения, на что при строительстве необходимо обратить особое внимание и принимать соответствующие меры.

С изменением кондиций на минеральное сырье и с появлением потребностей в новых, ранее не используемых полезных компонентах, породные отвалы становятся объектом разработки. Порода отвалов горных предприятий может использоваться в качестве строительных материалов или сырья для изготовления различных изделий.

Породы, слагающие отвалы, представляют собой особые массивы, имеющие свою собственную текстуру и структуру. На железорудных карьерах Кривбасса (Украина) площадь, занимаемая отвалами, уже составляет более 20000 га.

По существу, все извлекаемые из недр горные породы содержат в том или ином количестве ценные компоненты. Например, в граните присутствуют: титан, фосфор, марганец, сера, фтор, хлор, барий, стронций, литий, хром, рубидий, ванадий, цирконий, никель, медь, цинк и многие другие металлы и металлоиды.

Однако, эти компоненты содержатся в очень малых количествах и не превышают 1 % от массы породы, поэтому извлечение их при современном состоянии техники нерентабельно. Практически все месторождения твердых полезных ископаемых являются комплексными: они содержат, как правило, несколько различных минералов и химических элементов, одни из которых являются основными, другие - попутными полезными ископаемыми.

Требование комплексного использования минеральных ресурсов является условием интенсификации экономики и организации планомерного природопользования. Горнодобывающие отрасли имеют громадные скрытые резервы повышения эффективности природных ресурсов. Рост экономического потенциала страны во многом определяется состоянием минерально-сырьевом базы, которая должна обеспечивать промышленность сырьем и топливом. Поэтому в настоящее время стоит важный вопрос о том, насколько полно будут разрабатываться и использоваться полезные ископаемые разрабатываемых месторождений. За счет комплексного использования недр можно дополнительно получить около 25 % продукции.

Это достигается внедрением мероприятий, направленных на обеспечение полноты извлечения полезных компонентов при добыче руд и их переработке, а также охрану используемых по технологическим или экономическим причинам запасов полезных компонентов.

Под комплексным использованием месторождений понимается извлечение из недр в пригодном для употребления состоянии основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых.

Проблема комплексного использования минеральных ресурсов включает в себя также использование отходов производства.

Так, при разработке месторождений Кривбасса (Украина) возникает много проблем в связи с ухудшением горно-геологических и горнотехнических условий, явившиеся следствием роста глубины горных работ, сокращения рудных площадей, снижения железа в руде, увеличения обводненности.

При добыче 500 млн. тонн горной массы 100 млн. тонн идет на переработку, а остальные 400 млн. тонн складируются в отвалы и хвостохранилища. При ведении горных работ значительные объемы железной руды и других полезных компонентов не извлекаются и остаются в недрах. Главной причиной низкого уровня использования минеральных ресурсов железорудных месторождений является выборочная выемка из недр только одного типа железных руд при добыче и преимущественное извлечение одного минерала при обогащении.

Требование рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов Украины является актуальным, поскольку основную ценность недр Криворожского бассейна представляют железные руды. Запасы богатых и легко обогащаемых к настоящему времени руд освоены и интенсивно истощаются в результате длительной эксплуатации.

Подземными рудниками отрабатываются руды с содержанием свыше 46 %, а бедные окисленные, хотя попутно и вскрываются, но оставляются в недрах, т.е. 2-3 т на каждую тонну добываемой руды. При открытой разработке ежегодно 30-40 млн. тонн попутно добываемых окисленных кварцитов вывозится в отвалы, и они практически смешиваются с другими породами вскрыши.

Возможность использования железорудного сырья появилась с решением вопросов переработки полезных ископаемых. Причем полнота извлечения полезных компонентов повысилась за счет улучшения обогащения добываемой горной массы. Основным направлением природоохранной деятельности предприятий Кривбасса является резкое сокращение отходов и потерь сырья и материалов, более полное использование в производстве попутных продуктов.

При подземной разработке значительно сокращается объем выдаваемых на поверхность пустых пород за счет частичного оставления их в выработанном пространстве и использования в качестве закладочного материала, а также заполнения провалов, образующихся на подрабатываемых участках земной поверхности.

Потери минерального сырья сокращают при замене традиционных открытого и подземного способов разработки инновационными геотехнологическими методами добычи.

Так, например, богатые железные руды КМ А, в основном, мартитовые и желе-зослюдково - мартитовые, характеризуются высоким содержанием общего железа (65-68,5%). Ускоренная разработка богатых железных руд может быть обеспечена с применением метода физико- химической геотехнологии - скважинной гидродобычи (СГД), применение которой позволит избежать многих экологических проблем, связанных с традиционной технологией добычи.

К геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых относятся: подземное выщелачивание, микробиологическое выщелачивание, подземная выплавка, подземная газификация, скважинная гидродобыча. Основной принцип новых технологий состоит в переводе полезного ископаемого в подвижное состояние и извлечение его на поверхность.

Для рационализации использования минерального сырья и предотвращения загрязнения природной среды к горным предприятиям предъявляется требование утилизации отходов производства.

Примером может служить получение калийного концентрата из сильвинита, который в виде жидкой глины и густого рассола сбрасывается в искусственные водоемы, нанося ущерб окружающей среде. В этих шламах содержится до 16-18 % калийной соли, большое количество поваренной соли, а также сульфаты магния, натрия, калия и много железа. Грунтовые воды разносят соли из шламов по прилегающей территории и превращают плодородные земли в непригодные для возделывания солончаки.

К горной отрасли предъявляется требование выявления новых запасов минерального сырья путем расширения фронта геологоразведочных работ, а также поиска природных и искусственных заменителей тех или иных минеральных соединений.

Важная роль при этом принадлежит горной науке и проектным организациям, которые должны обеспечить технические решения наиболее эффективными методами и технологическими схемами, теоретической проработкой и обоснованием.

Полнота использования недр. При современной технологии добычи и использования полезных ископаемых в лучшем случае лишь 5—10 % от всего объема извлекаемых из недр веществ реализуется в виде продукции, а остальные являются отходами.

Горная промышленность России извлекает 1/5 часть мировых добываемых полезных ископаемых. Россия занимает ведущее место в мире по добыче нефти, угля, железа, марганца, хромовой руды, вольфрама, асбеста, каменной соли и ряда других минералов. Около 4/5 природных богатств расположены на Востоке страны и в Сибири. Затраты на добычу сырья компенсируются недостаточно из-за их частичной переработки на местах. Например, при переработке руд Соколовского, Сарбайского, Высокогорского, Богословского, Абаканского железорудных месторождений безвозвратно теряются такие ценные их компоненты, как сера, кобальт, медь.

Полнота извлечения полезных компонентов повышается за счет улучшения обогащения горной массы. Это позволяет резко сократить отходы и потери сырья и материалов, полнее использовать в производстве попутные продукты. Чтобы не выдавать на поверхность пустые породы, ими заполняют пустоты шахт, используют для заполнения провалов.

При подземной разработке месторождений на поверхность выкачиваются десятки млн. м3 высокоминерализованной воды. Значительная часть этой воды может быть использована в народном хозяйстве в качестве технических солей, минерального питания животных и т.п.

Грунт и твердые отходы промышленного производства используются в качестве материалов для изготовления кирпичей и блоков при малоэтажном строительстве. С изменением кондиций на минеральное сырье и появлением потребностей в новых, ранее не используемых полезных компонентах, отвалы становятся объектом разработки и используются в качестве сырья для изготовления различных изделий.

Примером может служить и получение калийного концентрата из сильвинита, который в виде жидкой глины и густого рассола сбрасывается в искусственные водоемы, т.е. пропадает. В этих шламах содержится до 16—18 % калийной соли, большое количество поваренной соли, а также сульфаты магния, натрия, калия и много железа. Грунтовые воды разносят соли из шламов по прилегающей территории и превращают плодородные земли в непригодные для возделывания солончаки.

План развития горнодобывающей отрасли должен учитывать требования к освоению минерального комплекса с учетом:

  • - состояния и перспектив развития минерально-сырьевой базы как основы поступательного развития экономики государства;
  • - создания мощных горнопромышленных комплексов, продукция которых в состоянии конкурировать на мировом рынке;
  • - применения научно обоснованных решений с учетом региональных и государственных интересов, проблем охраны окружающей средь, с увязкой текущих и перспективных направлений развития горнопромышленного комплекса.

Негативное влияние горного производства проявляется во всех отраслях народного хозяйства, связанное с изменением состояния и режима грунтовых вод, осаждением пыли и выбросов в атмосферу, продуктов ветровой и водной эрозии, что приводит к ухудшению качества земель в районе горных работ. При этом происходит уничтожение растительности, снижение продуктивности сельского и лесного хозяйства, сокращения численности диких животных, продуктивности животноводства и рыбного хозяйства.

Экологическая безопасность в горнодобывающей отрасли возможна только на базе комплексного решения проблем добычи и переработки минерального сырья, а рациональное освоение недр возможно только при сохранении и воспроизводстве экологического потенциала недр - их способности поддерживать в процессе освоения устойчивость биосферных процессов.

Поэтому к горным предприятиям предъявляется требование воспроизводства экологического потенциала на всех этапах разведки и освоения недр и после вывода горного предприятия из эксплуатации.

При полном освоении месторождений необходим комплексный мониторинг горнотехнических систем. Экологическая безопасность освоения недр должна обеспечиваться применением современных технологий добычи и переработки, а также нормирования мер рационального использования недр.

Система государственного регулирования недропользования решает задачу управления запасами полезных ископаемых с учетом интересов регионального развития страны.

Основное требование состоит в том, чтобы оградить недра от бесхозяйственности отдельных недропользователей и обеспечить поступательное и продолжительное развитие человеческого общества. По мере обострения ресурсных проблем человечество всегда находило выход в развитии новых и эффективных технологий по использованию минерально-сырьевой базы и рациональном использовании недр.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >