Рациональное недропользование в железорудной провинции Курской магнитной аномалии (проблемы и пути их решения) (25.01.2010)

Автор: Петин Александр Николаевич

Здесь также выделяются участки территории с различной степенью экологической напряженности (рис. 5): критической, кризисной, напряженной и относительно удовлетворительной.

Третий ареал с напряженной геоэкологической ситуацией приурочен к Яковлевскому железорудному месторождению, где добыча богатой железной руды осуществляется шахтным способом в сложных гидрогеологических условиях. Яковлеское месторождение – одно из крупнейших железорудных месторождений бассейна КМА. Богатые железные руды залегают на глубине от 460 до 630 м. Сложность освоения заключается в наличии нескольких водоносных горизонтов и комплексов, обводняющих рудную залежь. Главные геоэкологические проблемы в зоне влияния Яковлевского рудника – это нарушение естественного режима подземных и поверхностных вод и их загрязнение. Осушение рудной залежи уже сейчас привело к снижению уровня воды в них и образованию обширной депрессионной воронки с радиусом влияния от 50 до 75 км. Шахтные воды сбрасываются в пруд-отстойник, вода из которого через водовыпуск поступает в нижележащие пруды, а затем в р. Ворскла. Сбрасываемые шахтные воды рудника хлоридно-натриевого состава с минерализацией от 3,3 до 3,9 г/л, со слабо щелочной средой, повышенной жесткостью (8,0 – 9,3 мг-экв/л), высоким содержанием железа общего (до 2,4 г/л), хлоридов (до

1790 мг/л), натрия (до 1085 мг/л), меди (до 0,09 мг/л), свинца (до 0,015 мг/л), фтора (до 5,4-9,5 мг/л), бора (до 3,3 мг/л), никеля (до 0,03 мг/л), кобальта (до 9,022 мг/л), стронция (до 0,6 мг/л) и взвешенных веществ (до 70 мг/л), превышают нормативы для водоемов рыбохозяйственного назначения в 6-90 раз. Загрязнение воды р. Ворсклы такими компонентами как фтор, хлориды, натрий прослеживается на десятки километров вниз по течению.

Преимущественно локальный характер воздействия на объекты животного и растительного мира позволяет наметить мероприятия по компенсации негативных воздействий, степень адекватности которых может быть определена только в процессе многолетнего биомониторинга.

Четвертый ареал с относительно удовлетворительной геоэкологической ситуацией приурочен к Гостищевскому месторождению богатых железных руд Белгородского железорудного района, где извлечение железной руды осуществляется методом скважинной гидродобычи (СГД). Воздействие СГД на воздушный бассейн, поверхность земли, почвенный покров, флору и фауну весьма незначительное и ограничивается только территорией горного отвода, общей площадью в несколько гектаров. На подземные воды влияние СГД – среднее, а на недра (добычное пространство) – сильное. В последнем случае это обусловлено неизбежными изменениями напряженно-деформационного состояния горного массива, а также гидрогеологической газодинамической обстановкой в нем. В связи с этим в процессе скважинной гидродобычи необходим постоянно действующий мониторинг состояния недр различными методами наблюдений, особенно за зоной развития добычного пространства, поскольку неконтролируемый, самопроизвольный процесс обрушения кровли может привести к катастрофической просадке и обрушению вышележащих слоев горных пород, нарушению гидрогеологического режима подземных вод.

Таким образом, проведенная комплексная геоэкологическая оценка показала, что при освоении и эксплуатации железорудных месторождений КМА происходит нарушение природных систем и активизация деструктивных природных и техногенных процессов, характер и интенсивность которых зависит применяемых способов добычи железорудного сырья: карьерного, шахтного и скважинной гидродобычи.

Глава 5. Методологические, информационные и технологические пути обеспечения экологической безопасности и рационального освоения недр

Одним из главных требований, реализуемых в отечественном недропользовании, является обеспечение рационального использования недр и содержащихся в них минеральных ресурсов. Под рациональным использованием недр большинство исследователей понимают систему мероприятий научного, производственно-технического и организационного характера, обеспечивающих полное и комплексное использование ресурсов недр для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества.

Усиливающаяся хозяйственная деятельность на активно разрабатываемых железорудных месторождениях КМА оказывает негативное влияние на окружающую среду, вызывая ее загрязнение и деградацию. Поэтому дальнейшее хозяйственное освоение минерально-сырьевых ресурсов рассматриваемого региона необходимо осуществлять с учетом всех экологических проблем и причин их вызывающих. Это невозможно сделать только «устранением экологических угроз», т.е. закрыть, переместить, перепрофилировать многие экологически небезопасные производства. Основой развития экологической безопасности региона должна выступать такая траектория развития экономики, которая максимально соответствовала бы природно-хозяйственным и экологическим условиям. Для этого требуется создание в регионе эффективного эколого-экономического механизма, отвечающего требованиям оптимального использования природных ресурсов и одновременно – природоохранным требованиям, направленным на снижение или стабилизацию экологических рисков, обусловленных вероятностью появления сверхнормативных воздействий и нагрузок на природные системы.

В условиях существующего экологического риска и негативных последствий освоения минерально-сырьевых ресурсов КМА проблема рационального недропользования приобретает особую актуальность. Для решения этой проблемы необходима координация усилий исполнительной, законодательной и природоохранной власти, а также всех заинтересованных организаций и специалистов, занимающихся вопросами экологии, охраны окружающей среды, природопользования, разработкой мероприятий экономического и социального развития региона, промышленной безопасности, гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций. Основные направления по рационализации недропользования в железорудной провинции КМА отраженны в предложенной ниже схеме (рис 6).

Важнейшим направлением рационального недропользования в железорудной провинции КМА, обеспечения экологической безопасности в регионе и принятия эффективных управленческих решений является создание системы постоянно действующего комплексного геоэкологического мониторинга природно-технических систем.

Комплексный геоэкологический мониторинг рассматривается как инструмент реализации механизмов обеспечения геоэкологической безопасности освоения железорудных месторождений КМА.

Мониторинг месторождений твердых полезных ископаемых (ММТПИ) является подсистемой Государственный мониторинга состояния недр или геологической среды (ГМСН). Система ГМСН служит для информационного обеспечения управления государственным фондом недр. Функционально она представляет собой систему регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анализа информации, оценки состояния геологической среды и прогноза ее изменений под влиянием естественных природных факторов, недропользования и антропогенной деятельности горнопромышленных районов. В свою очередь, ГМСН является подсистемой Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Государственный мониторинг состояния недр осуществляется на федеральном, региональном, территориальном и локальном (объектном) уровнях.

В соответствии с нашими разработками (Петин, Яницкий, 2007) комплексный геоэкологический мониторинг природно-технических систем горнодобывающего комплекса КМА базируется на детальном анализе критериев техногенеза и современных информационных технологий, позволяющих в условиях возрастающих темпов освоения железорудных месторождений рассматриваемого региона минимизировать негативные последствия воздействия на окружающую природную среду.

Региональную систему геоэкологического мониторинга можно укрупненно представить в виде совокупности отдельных взаимосвязанных подсистем, отображенных на рис. 7.

Рис. 6. Схема рационального недропользования в железорудной провинции КМА

Ядром системы геоэкологического мониторинга, обеспечивающим согласованное функционирование указанных в схеме подсистем, является автоматизированная информационная система и база данных, получаемая с наблюдательной сети локального и регионального уровней.

Рис. 7. Структурная схема комплексного геоэкологического мониторинга

природно-технических систем горнопромышленных районов КМА

При создании системы геоэкологического мониторинга горнопромышленного региона помимо сети наземных, подземных, аэрологических измерений чрезвычайно эффективным является применение средств и методов аэрокосмического зондирования поверхности Земли для целей современного и ретроспективного анализа состояния компонентов и геосистем окружающей природной среды.

Среди многообразия ГИС перечисленным выше требованиям, чрезвычайно важным для обработки космической информации отвечает система обработки изображений ERDFS (ERDAS Ine), которая наряду с системами векторного формата (например, ARC/INFO фирмы ESRI) может составить ГИС – основу систем геоэкологического мониторинга горнопромышленного региона.

В рамках повышения научно-технического уровня добычи и переработки полезных ископаемых, помимо традиционных мер по снижению техногенной нагрузки горного производства на природную среду необходимо шире использовать разработанные с участием автора диссертации технологии площадного пылеподавления, защиты подземных вод от загрязнения, новые технологии по скважинной гидродобыче богатых железных руд и другие технологии, подтверженные патентами, а также внедрить мероприятия по оптимизации структуры землепользования в пределах горного отвода и на прилегающих к нему территорий с целью рационального размещения вскрышных пород и отходов обогащения руд без экстенсивного расширения земель.

Основные выводы, отражающие теоретическую и практическую значимость работы, сводятся к следующему:

1. В результате проведенного комплексного анализа ресурсной функции геологической среды показано, что подготовленная и интенсивно используемая минерально-сырьевая база железорудной провинции Курской магнитной аномалии составляет основу крупнейшего горнопромышленного комплекса Европейской территории России, с которым связано усиление техногенной нагрузки на природную среду. В основу оценки и прогноза экологических последствий освоения минерально-сырьевых ресурсов положена имитационно-информационная модель, позволяющая осуществлять системный анализ результатов геоэкологических исследований в регионе.

2. Установлено, что широкомасштабное освоение железных руд бассейна КМА, начавшееся в начале 60-х годов прошлого века, привело к усилению техногенной нагрузки на геологическую среду в горнодобывающих районах и дестабилизации их экогеосистем. Для горнопромышленных районов КМА как территориальной совокупности предприятий по добыче и переработке железных руд, а также потребителей минерального сырья – металлургических заводов и сопутствующих им предприятий энергетического комплекса и стройиндустрии, характерно многостороннее и крупномасштабное воздействие инженерно-хозяйственной деятельности и технологических процессов на все сферы окружающей среды: литосферу, атмосферу, гидросферу и биосферу.

3. Основными источниками техногенного воздействия на геологическую среду, и прежде всего недра, являются предприятия и объекты, связанные с добычей и обогащением полезных ископаемых: шахты, рудники, карьеры, отвалы пустых пород, склады полуфабрикатов и готовой продукции, шламо- и хвостохранилища, пруды-отстойники, гидроотвалы; водозаборы подземных вод и дренажные системы горных выработок, водоотливные установки, трубопроводы и каналы сбора рудничных, шахтных и дренажных вод; горнодобывающие механизмы, транспорт, взрывные работы и др.

4. Горнодобывающая отрасль является важнейшим фактором современного рельефообразования территории КМА. В процессе техногенеза на месте естественных форм рельефа возникли новые, не существовавшие ранее, специфические формы – карьеры, отвалы, подземные пустоты и т.д. Три главных следствия горных работ: перемещение горных масс, изменение местного базиса эрозии и разрушение горных массивов с образованием дисперсных обломочных фракций с большой удельной поверхностью – определяют скорость и направление экзоморфодинамических процессов (эрозия, дефляция, оползни, суффозия, карст, обвалы и сдвижения горных масс, горные удары, прорывы плывунов и др.). Указанные процессы представляют собой естественную реакцию природной системы на техногенное воздействие и могут негативно влиять на условия проживания и хозяйственную деятельность населения горнопромышленных районов.

5. Установлено, что в горнопромышленных районах КМА происходит не только загрязнение и истощение подземных вод, но и образование новых гидрогеологических тел, получивших название в гидрогеологической практике «техногенных водоносных горизонтов». Отличаются они от естественных водоносных горизонтов особыми свойствами техногенных водовмещающих пород, особенностями гидрохимического и гидродинамического режимов. Типизация техногенных водоносных горизонтов в пределах изучаемого региона позволила выделить четыре основных типа техногенных водоносных горизонтов: промышленный, гидротехнический, отвальный и шахтный, а в населенных пунктах, примыкающих к горнопромышленным объектам – коммунальный тип.

Существенное изменение претерпели поверхностные водные источники. В зоне влияния водопонизителных систем некоторые реки оказались в подвешенном состоянии, а их питание осуществляется за счет сброса в них дренажных и карьерных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ.

6. Степень экологической опасности предприятий горно-металлургического цикла во многом определяется их геохимическим воздействием на атмосферный воздух. Загрязнение атмосферного воздуха газами и пылевыми выбросами происходит при буровзрывных, погрузочно-разгрузочных работах; при дроблении руды и ее переделе; а также при пылении отвалов, хвостохранилищ, складов готовой продукции и т. д. При этом, наиболее весомый вклад в валовое загрязнение атмосферы горнопромышленного района вносят, периодически осуществляемые массовые взрывы в карьерах с большой мощностью зарядов. Они загрязняют воздух мелкодисперсной пылью, аэрозолями и газами. Средние многолетние газопылевые выбросы Лебединского и Стойленского горнообогатительных комбинатов оцениваются примерно в 30 тыс. т/год. При массовом взрыве основная масса пыли и газов объемом 15-20 млн. м3 выбрасывается на высоту до 300 м и распространяется далеко за контуры карьеров. За их пределами через 15 часов после взрыва в радиусе до 4 км имеет место превышение ПДК содержания пыли – в 2-10, СО – в 2-5, N02 – 1,5-2 раза. Примерный радиус устойчивой зоны запыленности воздуха в контуре

1 ПДК достигает 20-30 км.

7. Впервые выявлено своеобразие формирования карьерно-отвальных ландшафтов как техногенных ландшафтно-геохимических систем. Предложено разделение карьерно-отвальных ландшафтов на четыре категории пространственно-сопряженных техногенных ландшафтно-геохимических систем – от ландшафтно-геохимической арены (карьера с отвалами и хвостохранилищами) до элементарного техногенного геохимического ландшафта.

8. Оценена роль природных (повышенного геомагнитного поля Земли) и техногенных факторов, определяющих высокий уровень суммарного санитарно-эпидемиологического неблагополучия в горнодобывающих районах КМА и как следствие этого – высокий уровень заболеваемости населения профессиональными и общими болезнями.

9. На основании полученной геолого-экологической информации впервые составлена «Карта экологического состояния геологической среды Белгородской области» (масштаба 1:500000) и карта экологических ситуаций Белгородской области (масштаба 1:200000) с выделением на них ареалов с различной степенью экологической напряженности.

10. На основе ретроспективного анализа материалов дистанционного зондирования земной поверхности (аэро- и космоснимков) на примере Старооскольско-Губкинского горнопромышленного района выявлены тенденции изменения техногенно нарушенных земель под объектами горнодобывающего комплекса за период с 1982 по 2000 годы.

11. Разработана и реализована на железорудных месторождениях концепция комплексного геоэкологического мониторинга объектов ГДК, система которого рассматривается как нормативно-методическая основа управления состоянием природно-технических систем, позволяющая контролировать геоэкологическую ситуацию территории освоения и сводить к минимуму экологические и технические риски при освоении железорудного сырья КМА.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования

основных результатов докторской диссертации

1. Петин, А.Н. Природная среда и экологическая ситуация в Белгородской области / А.Н.Петин, В.И.Петина // Научные труды Федеральн. научн. центра гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана / под ред. акад. А.И.Потапова: Региональные проблемы охраны здоровья населения Центрального Черноземья. – Белгород, 2000. – С. 233-237.


загрузка...