Оценка проектов предприятий горно-металлургического комплекса. Учебное пособие

На многих долго действующих горных предприятиях запасы ценных компонентов в хвостохранилищах сопоставимы по объемам накопления и содержанию ценных компонентов с природными месторождениями, что и определяет целесообразность отнесения их к техногенным месторождениям. С другой стороны, уровень негативного экологического воздействия техногенных образований из-за миграции тяжелых металлов и редких элементов в окружающую среду обусловливает необходимость изыскания эффективных технологий для промышленной эксплуатации бедных руд и отходов их добычи и переработки.

Заложенные академиками Н.В. Мельниковым и В.В. Ржевским научные основы проектирования разработки месторождений постоянно развиваются, первоочередной и важнейшей проблемой является установление взаимосвязей параметров и условий применения горнотехнических систем комплексного освоения месторождений как совокупности технических, организационных и экономико-экологических решений, обеспечивающих необходимые объемы и качественный состав добываемого сырья в современных и перспективных макроэкономических условиях производства и потребления минеральных ресурсов.

Значительная роль при решении проблемы рационального недропользования принадлежит геолого-маркшейдерскому обеспечению разработок, так как перспектива комплексного освоения месторождений связана также с необходимостью решения вопросов управления качеством потоков природного и технологического сырья. Эта задача решается путем раздельного складирования и переработки в самостоятельных циклах горной массы различного качественного состава, включения в технологические схемы процессов предконцентрации, сепарации, выщелачивания и т.п. Вместе с тем решение этих вопросов будет способствовать повышению полноты освоения недр, устойчивому функционированию горного предприятия со стабильными технико-экономическими показателями, сокращению объемов складируемых отходов, улучшению экологической обстановки и расширению минерально-сырьевой базы горных предприятий.

51

Резюмируя вышеизложенное можно сделать вывод, что для полного и комплексного использования многокомпонентных полезных ископаемых необходимо проектировать предприятия по освоению месторождений как единый технологический комплекс для осуществления полного цикла комбинированных физико-технических и физико-химических геотехнологий с оптимизацией сроков и очередности поэтапного ввода производственных мощностей основываясь на разработках ИПКОН РАН. Введение в это понятие экологического мониторинга состояния природной среды и прогнозирование долговременной рентабельности горных разработок позволяет сформулировать основные положения щадящего недропользования.

52

4.ИЗМЕНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

ВПРОЦЕССЕ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ1

4.1.Основные сведения

огорнопромышленных природнотехногенных системах (ГПТС)

иэкологическом равновесии

Всоответствии с теорией техногенеза А.Е. Ферсмана техногенные системы, возникающие в процессе инженерно-хозяй- ственной деятельности человека, вступают во взаимодействие

сгеологической средой, и возникает качественно новая система – природно-техногенная (ПТС). При этом система выходит из экологического равновесия.

Районы, подвергающиеся технологическому воздействию при горных разработках, по степени нарушения природного

равновесия можно разделить на четыре типа:

––ГПТС, в которой формируется новое состояние равновесия в связи со снятием активных техногенных нагрузок (окон-

чание горных работ, производство рекультивационных работ);

––ГПТС, подвергшаяся воздействию горнодобывающей промышленности, но в силу своих природных особенностей обладающая достаточным запасом устойчивости к данному уровню

нагрузок и практически неизмененная;

––ГПТС, стабилизировавшаяся после изменений под воздействием инженерной деятельности человека, в большей

мере техническая, чем природная;

––ГПТС, находящаяся в процессе формирования нового состояния экологического равновесия.

Сейчас геологическую среду рассматривают как литогенную основу любых экосистем – природных и техногенных. Техногенные системы возникают в процессе инженерно-хо- зяйственной деятельности человека, однако существуют и «развиваются» по своим (техническим) законам. Наращивание объемов горных разработок ведет к росту масштабов тех-

1 В подготовке раздела использованы материалы канд. техн. наук Д.С. Печуриной.

53

ногенного воздействия на окружающую среду. Поэтому при планировании недропользования необходимо в обязательном порядке параллельно планировать мероприятия по сохранению или восстановлению первоначального экологического равновесия. Рассмотрение хозяйственных и экологических проблем должно происходить с учетом будущего возникновения проблем и в комплексе.

Комплексный подход позволяет рассматривать систему «человек – природа» как совокупность объектов, образующих определенную целостность, т.е. изменение одного из компонентов системы вызывает изменение других, таким образом система выходит из экологического равновесия.

Экологическое равновесие – количественное и качественное соотношение естественных и измененных человеком экологических компонентов и природных процессов, приводящее к длительному существованию экосистемы определенного вида. Оно характеризуется относительной устойчивостью видового состава живых организмов, их численностью, продуктивностью, распределением в пространстве, а также устойчивостью сезонных изменений, круговорота веществ и других биологических процессов в экологической системе.

В данном случае общепринятое толкование этого термина подразумевает квазистационарность этого процесса. Это связано с тем, что все развитие биосферы Земли на каждом этапе формировало свое состояние экологического равновесия с относительной экологической устойчивостью.

Экологическая устойчивость при этом понимается как сохранение на некоторый промежуток времени равновесия или неравновесия в природных экосистемах, а также в экосистемах с вкраплениями технических объектов. При этом у возникающего на определенный период в результате хозяйственной деятельности равновесия ПТС есть три пути последующего развития:

––стабилизация возникшего экологического равновесия;

––возврат в предыдущее (до начала хозяйственной деятельности) состояние;

––переход в последующее состояние, более нарушенное, с нарастанием экологического ущерба.

54

Причем все варианты развития могут происходить как с участием хозяйственной деятельности человека, так и без дальнейшего приложения оной. Однако интенсивность дальнейшего развития ПТС непосредственно зависит от динамичности и масштабности техногенного воздействия.

Наиболее инертной частью техносферы является геологическая среда. Если атмосфера и поверхностная гидросфера достаточно быстро могут прийти в первоначальное состояние, то инженерно преобразованная литосфера такой способностью не обладает. Например, отработанные горные разработки в РФ (Урал, Донбасс и т.п.), Великобритании, Германии, Франции и т.п. не оказывают существенного влияния на атмосферный воздух, гидрологическая ветвь круговорота воды здесь приобрела свое первоначальное состояние, восстановилась растительность. В то же время основные компоненты геологической среды находятся до сих пор в измененном техногенном состоянии.

Степень такого воздействия выявляется посредством комплексной геоэкологической оценки, которая определяет устойчивость геологической среды к техногенным воздействиям.

Для оценки устойчивости геологической среды используется коэффициент устойчивости. Согласно определению М.Д. Гроздинского устойчивость геосистемы состоит в «ее способности при воздействии внешнего фактора пребывать в одном из своих состояний и возвращаться в него за счет инертности и восстанавливаемости, а также переходить из одного состояния в другое за счет пластичности, не выходя при этом за рамки инварианта в течение заданного интервала времени».

Основными задачами геоэкологических исследований (в том числе при проектировании горных работ) являются изучение современной окружающей среды и оценка экологических (по отношению к человеку) свойств природных и природноантропогенных систем. Основополагающий вклад в разработку методологической основы внесли отечественные ученые В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, И.П. Герасимов, В.Б. Сочава, Д.Л. Арманд, B.C. Преображенский, Н.Ф. Реймерс и др.

Геоэкологическая обстановка территории определяется как методами оценки техногенного воздействия на отдельные ком-

55

поненты природных ландшафтов, так и методами комплексной оценки территории.

Для оценки техногенного воздействия на геологическую среду используются количественные показатели, которые оценивают интенсивность данного воздействия, и показатели измененности геологической среды в результате воздействий. К таким показателям можно отнести изменение рельефа, напора подземных вод, поверхностной гидросети, уровня влажности, температуры, радиоактивности, концентрации загрязнителей и т.д.

Решение широкого спектра экологических проблем, связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых и функционированием на их базе объектов горно-металлургиче- ского, нефтеперерабатывающего и строительного комплексов, возможно только при всестороннем анализе территории как системы.

4.2. Геоэкологическая оценка влияния недропользования на природную среду

Анализ показывает, что каждая группа критериев содержит ряд показателей, которые требуют проведения расчетов, на основе которых будут разрабатываться рекомендации.

Для первой группы важным показателем является геомеханическая безопасность, т.е. устойчивость откосных сооружений и подземных выработок (бортов карьеров, уступов, ярусов отвалов, стволов, очистных и подготовительных выработок, дренажных сооружений и т.д.). С этой целью оценивается первоначальное напряженное состояние массива горных пород, подвергающегося техногенному воздействию, и моделируется его последующее напряженно-деформированное состояние, возникающее при недропользовании. Оценивается текущая и долговременная устойчивость наземных и подземных горных выработок, размеры мульд оседаний, вероятность горных ударов, прорывов подземных вод в выработки и многое другое. Для слабых оснований определяются несущая способность, динамика ее изменения во времени и т.д.

Геомеханическая безопасность недропользования является одной из ключевых в направлении обеспечения безопасности работ и охраны окружающей природной среды.

56

Гидрогеологические условия определяются физико-меха- ническими свойствами подстилающих пород и геологическим строением в целом. На состояние гидрографической сети влияют климатические, геоморфологические, геологические условия исследуемого района.

Получение данных для определения показателей основывается как на первоначальных данных, полученных при геологоразведочных работах (ГРР), так и на результатах, получаемых впоследствии при проведении специальных инже- нерно-геологических, гидрогеологических, геомеханических, геофизических, геоэкологических и тому подобных исследованиях. В процессе ведения горных работ эти данные дополняются и корректируются.

Вторая группа критериев ориентирована на оценку опасности промышленного объекта, под которым понимается как само предприятие, так и промышленная площадка, которые оказывают техногенное воздействие на окружающую природную среду и здоровье населения, для чего используется методика определения экологической безопасности промышленного производства. С этой целью определяется класс опасности предприятия, определяемый в зависимости от величин параметров «разбавления по воде и по воздуху».

Параметр «разбавление» характеризуется количеством воздуха (или воды) необходимым для того, чтобы концентрации загрязняющих веществ, выделяемых предприятием в окружающую среду, не превышали величин предельно допустимых концентраций (ПДК). Далее определяются коэффициенты, характеризующие предприятие как источник воздействия на природные системы.

1.Коэффициент нормативной экологической опасности

(Kнэо) – характеризует степень потенциальной экологической опасности предприятия в условиях нормальной эксплуатации при соблюдении всех экологических нормативов, выражается в баллах, определяется в зависимости от класса опасности предприятия.

2.Показатель превышения нормативной зоны загрязнения (S) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень превышения нормативного загрязнения атмосферы. По существующим нормам выбросы предприятия не должны ни в коем

57

случае приводить к превышению ПДК в приземном слое атмосферы.

3.Показатель превышения нормативного объема выбросов

вредных веществ в атмосферу (Va) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень превышения реальных выбросов вредных веществ в атмосферу над нормативными уровнями предельно допустимых выбросов (ПДВ).

4.Показатель превышения нормативного объема сбросов

вредных веществ в водоемы (Vв) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень превышения реальных сбросов вредных веществ в водоемы над нормативными уровнями предельно допустимых сбросов (ПДС).

5.Показатель превышения нормативного объема отходов

(Vотх) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень превышения реального объема вывоза и складирования отходов над нормой накопления. Рассчитывается аналогично предыдущим двум показателям с учетом подготовки мест складирования отходов.

6.Показатель превышения нормативных уровней физиче-

ских воздействий (Vфв) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень превышения реальных вредных физических воздействий (шума, ультразвука, инфразвука, электромагнитного излучения) над нормативными величинами. Рассчитывается аналогично трем предыдущим показателям.

7.Коэффициент озеленения зоны воздействия (kоз) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень озеленения зоны воздействия предприятия.

8.Коэффициент людности ареала вредного воздействия

(kлюд) – безразмерный коэффициент, характеризующий степень заселенности ареала вредного воздействия предприятия,

аследовательно, и потенциальную опасность предприятия для населения.

9.Коэффициент ценности территории в пределах ареала

вредного воздействия предприятия (kтер) – безразмерный коэффициент, характеризующий сравнительную природную, общественную, культурно-историческую, рекреационную и другие ценности территории в пределах ареала воздействия предприятия относительно определенной эталонной территории (табл. 3).

58

* Территория особо охраняемых природных объектов: заповедники, заказники, объекты федерального и регионального уровня, водозабора и т.п.

10. Негативное воздействие на геологическую среду горнодобывающего предприятия определяется по интегральному показателю (Rинт) – безразмерному (в баллах) показателю, позволяющему дать комплексную интегральную сравнительную оценку уровня экологической опасности предприятия с учетом как внутренних, так и внешних факторов:

Rинт = kоз · kлюд · kтер· S · Vа · Vв · Vотх· Vфв · Kнэо · Kиг,

где kоз – коэффициент озеленения зоны воздействия;

kлюд – коэффициент людности ареала вредного воздействия; kтер – коэффициент ценности территории в пределах ареала

вредного воздействия предприятия;

S – показатель превышения нормативной зоны загрязнения литосферы;

Va – показатель превышения нормативного объема выбросов вредных веществ в атмосферу;

Vв – показатель превышения нормативного объема сбросов вредных веществ в водоемы;

Vотх – показатель превышения нормативного объема отходов; Vфв – показатель превышения нормативных уровней физи-

ческих воздействий;

Kнэо – коэффициент нормативной экологической опасности; Kиг – коэффициент инженерно-геологического преобразования территории, учитывающий воздействие на поверхностные и подземные воды, нарушение рельефа, изменение горных пород, геомеханические процессы. Данный коэффициент является безразмерным и оценивается в баллах в пределах от 0 до 1 по каждому вышеперечисленному виду инженерно-геологических явлений, общее значение которого определяется суммой. Таким

образом, Kиг может варьировать в пределах от 0 до 5 (табл. 4).

59