Инженерная защита окружающей среды при разработке недр. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

Утверждено научно-методическим советом

университета

Ю.К. Рубанов

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕДР

Учебное пособие

для студентов, обучающихся по образовательной программе подготовки бакалавров по направлению

20.03.01 «Техносферная безопасность»

Белгород

2017

УДК 502.653(07)+622.2(07) ББК 20.1я7 Р82

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова

В.И. Павленко

Кандидат технических наук, директор ООО Ростехкерам

И.И. Овсянко

Рубанов Ю.К.

Р 82Инженерная защита окружающей среды при разработке недр: учебное пособие / Ю. К. Рубанов. - Белгрод: изд-во БГТУ, 2017. – 100 с.

В учебном пособии изложены основные виды воздействия горного производства на окружающую среду, приведены методы защиты почвы, водного и воздушного бассейнов от воздействия горнопромышленного комплекса, описаны мероприятия по рациональному использованию и охране недр.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению бакалавриата 20.03.01, «Техносферная безопасность».

Издание публикуется в авторской редакции.

УДК 502.653(07)+622.2(07) ББК 20.1я7 Р82

© Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2017

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………...4 1.ОБЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ…………………………………..……….6

1.1Управление природопользованием в горном производстве…...6

1.2Характер воздействия горного производства на окружающую

среду…………………………………………………………………...11

1.3Влияние горного производства на недра…………………...…..16

1.4Рациональное использование ресурсов недр, их охрана и воспроизводство……………………………………………………18

2.ВЛИЯНИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВАНА ВОЗДУШНЫЙ

БАССЕЙН…………………………………………………………..…..21

2.1Источники загрязнения.……………………………………….....21

2.2Предельно допустимые концентрации и их нормирование….27

2.3Роль климатических факторов в загрязнении воздушного

бассейна……………………………………………………………….31

2.4Методы и средства контроля качества атмосферного воздух.36

2.5Мероприятия по снижению загрязнения атмосферы на горных предприятиях………………………………………………...43

2.6Методы и оборудование для очистки выбросов в атмосферу от вредных примесей………………...……………………………….50

3.ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕДР…......64

3.1Воздействие горного производства на гидросферу…………...64

3.1.1Загрязнение вод…………………………………………….....68

3.1.2Засорение вод…………………………………………………69

3.2Охрана водного бассейна от воздействия горного

производства………………………………………………………….70

3.3Методы очистки вод……………………………………………..74

4.ВЛИЯНИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТА НА ПРИРОДНЫЙ

ЛАНДШАФТ……………………………………………………………..76

4.1Виды воздействия горного производства на почву…………...76

4.2Охрана природного ландшафта в горном производстве……..79

5.РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ………………...….91

5.1Направления рекультивации земель………….………………...91

5.2Классификация способов и схем рекультивации нарушенных земель………………………………………………….92

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….98

Библиографический список………….………………………….99

3

ВВЕДЕНИЕ

Естественная основа существования общества – природная среда, т.е. совокупность объектов и условий природы, в которых протекает деятельность какого-либо субъекта. Люди добывают, перерабатывают и используют то, что можно получить от Земли, поэтому минеральные ресурсы занимают ведущее положение среди источников материального производства, а горное дело– комплекс технологических приемов, задачей которого является извлечение из земных недр полезного ископаемого и приведение его в состояние, пригодное для последующего использования в разнообразных областях человеческой деятельности, одно из основных отраслей промышленности.

Недра– условно выделяемая верхняя часть земной коры, располагающаяся под поверхностью суши и дном мирового океана и простирающаяся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения современными техническими средствами.

Законодательством предусмотрены следующие формы разрешения на использование недр: для разработки месторождений полезных ископаемых – в виде горного отвода, для геологического

изучения недр – в виде государственной регистрации

геологоразведочных работ.

При добыче полезных ископаемых границы горного отвода определяются контурами разведанного месторождения или его частей с учетом зон сдвижения горных пород или разносов бортов карьеров. Основная задача горного предприятия при пользовании горным отводом – комплексное и эффективное использование минеральных ресурсов месторождения, охрана недр и других компонентов природной среды.

Изучение техногенного влияния на природу показало, что если человек своей деятельностью преобразует хотя бы один из природных компонентов, то результат его трудовой деятельности всегда затрагивает две или три природные сферы, причем не обязательно в районе непосредственного приложения воздействия. Так, нарастающее потребление энергетического сырья изменяет природный потенциал не только верхней части литосферы, но и атмосферы, и гидросферы. Для добычи и переработки одной тонны топливных ресурсов расходуются десятки тонн пресной воды, которая составляет лишь 2 % из 1,6 млрд. км3 общего количества воды, составляющей гидросферу Земли. Только в России для сжигания добываемого из недр топлива необходимо свыше 11 млрд. т воздуха, что намного больше ежегодной

4

биологической потребности в нем населения страны. Свыше 100 млн. автомобилей при сжигании бензина расходуют в 2 раза больше кислорода, чем его воссоздается в природном обмене веществ на этой территории.

Однако вследствие того, что природа взаимодействует с обществом своими отдельными компонентами, создается объективная возможность «снятия» нежелательных последствий при нарушениях экологического равновесия.Природа – живой организм с саморегулируемой взаимообусловленностью процессов, поэтому она адаптируется к изменившимся условиям. Скорости саморегуляции природных систем различны в зависимости от региональных условий и характера воздействующих факторов. Познавая механизм взаимообусловленности внутри природных, природохозяйственных комплексов, общество может обнаружить «противоядие» от нарушения природных процессов.

5

1. ОБЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

1.1Управление природопользованием в горном производстве

Вгорном деле основными видами деятельности, при которых происходят те или иные нарушения окружающей среды различной интенсивности, являются:

• проведение горных выработок для добычи полезного ископаемого и обслуживания горных работ;

• транспортирование горной массы рельсовым, конвейерным, автотранспортным или гидравлическим способом;

• переработка полезного ископаемого;

• складирование полезного ископаемого и минеральных отходов и их последующая утилизация;

• вентиляция горных выработок, нейтрализация и обезвреживание вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при работе машин и оборудования, пылеподавление и пылеулавливание;

• целенаправленное изменение свойств массива горных пород, где расположена выработка (замораживание, тампонаж, термическое воздействие и т.п.);

•энергоснабжение горных предприятий;

•рекультивационные и закладочные работы;

•дренажные и водоотливные мероприятия.

Поэтому управление природопользованием в горном деле сводится к двум основным направлениям:

•учету влияния горных разработок на воздушную, водную, земную среду и недра;

•изысканию методов инженерной защиты природной среды от вредного влияния горных работ.

При втором направлении в процессе горных работ следует обеспечивать рациональное и полное использование ресурсов недр, предупреждать их порчу, сохранять участки недр и земной поверхности, представляющие научный и культурный интерес, сокращать потери при добыче, транспортировке и переработке ископаемых; предотвращать деформации и истощение ресурсов земной поверхности; способствовать сохранности водных ресурсов, предварять энергетическое загрязнение окружающей среды, создавать горные технологии будущего.

Выбор метода инженерной защиты при ведении горных работ обусловлен рядом особенностей проблемы сохранения окружающей среды в горном деле по сравнению с другими отраслями

6

промышленности и прежде всего приоритетом горного дела перед другими видами экономической деятельности в данном районе.

Второй важной особенностью является временный характер горных работ: при истощении месторождения полезных ископаемых они прекращаются. В связи с этим для минимизации ущерба, наносимого окружающей среде, проектирование и производство горных работ следует вести так, чтобы формируемые при этом новые ландшафты, сооружаемые выемки, отвалы, поверхностные комплексы, стволы, штольни и т.п. можно было в последующем использовать с максимальным эффектом для других народнохозяйственных целей.

Суть третьей особенности сводится к определению 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 воздействий путем устранения вредных последствий промышленной деятельности.

Несмотря на временный характер воздействия горных работ на окружающую среду, нельзя не учитывать интенсивных крупномасштабных преобразований естественной среды в районах горной промышленности: отчуждения территорий, требуемых для сельского хозяйства; неблагоприятных для местных экологических систем гидрогеологических и геохимических изменений; загрязнений вредными веществами и химическими элементами почвы и водоемов, изменения микроклимата и др. Поэтому решению проблемы охраны окружающей среды в горном деле должна предшествовать выработка четкой стратегии и тактики ее инженерной защиты от вредных воздействий.

Наибольшее нарушение поверхности наблюдаются при применении открытого способа разработки месторождений.

Под разработку месторождений таким способом отводятся значительные территории. Известны карьеры площадью до 3000 га (при глубине разработки до 800 м).

Карьерные выемки и отвалы в большинстве случаев представляют собой безжизненные территории. Часто нарушенные территории являются центрами эрозионных процессов, в результате чего выводятся из строя значительные участки земель, прилегающих к карьерам и отвалам. Разрушая среду – поверхность и породный массив

– открытые горные работы в наибольшей степени изменяют и ландшафты.

Выемка полезных ископаемых подземным способом приводит к нарушению равновесия окружающего массива пород и деформации

7

поверхности. Сдвижение и деформация массива горных пород и поверхности могут привести к частичному или полному нарушению сельскохозяйственных и лесных угодий, представлять опасность для водоемов и водотоков, изменять режимы грунтовых и подземных вод, разрушать промышленные и гражданские здания и сооружения.

В современных условиях рациональное использование минеральных ресурсов и охрану недр необходимо рассматривать как единую проблему, связанную с удовлетворением потребностей настоящих и соблюдением интересов будущих поколений. В связи с этим, под рациональным использованием минеральных ресурсов и охраной недр при добыче полезных ископаемых следует понимать:

-наиболее полную и экономически целесообразную выемку балансовых (с оптимальной концентрацией полезного ископаемого) и сохранение для последующего извлечения забалансовых (с малым содержанием полезного ископаемого) запасов;

-получение минерального сырья заданного качества при минимальных объемах вскрышных пород;

-комплексное и наиболее полное извлечение главных и сопутствующих полезных компонентов при обогащении и последующей переработке минерального сырья;

-рациональное использование или эффективная консервация минеральных отходов горноперерабатывающего производства;

-снижение до минимума степени нарушения окружающего массива горных пород и поверхности;

-соблюдение действующих нормативов качества окружающей среды, а также сохранение заданной (оптимальной) продуктивности сельскохозяйственных, лесных и других угодий в зоне влияния горноперерабатывающего предприятия.

Рациональное использование минеральных ресурсов и охрана недр могут обеспечиваться только при разработке и реализации комплекса мероприятий (табл. 1),выбор и обоснование которых должны осуществляться на основании детального технико-эколого- экономического анализа. При этом должны обеспечиваться добыча и переработка необходимого объема и качества минерального сырья и соблюдаться действующие нормативы по использованию и охране недр, земель, поверхностных и подземных вод и атмосферного воздуха.

8

Таблица 1

Мероприятия по рациональному использованию минеральных ресурсов и охране недр

9

Продолжение табл.1

10