Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Техногенные массивы в горном деле. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверской государственный технический университет»

(ТвГТУ)

Л.В. Лобачева, В.В. Левинский,

О.С. Мисников

ТЕХНОГЕННЫЕ МАССИВЫ

В ГОРНОМ ДЕЛЕ

Учебное пособие

Тверь 2025

ISBN 978-5-7995-1423-5

УДК 622.271.4 (075.8) + 622.882 (075.8) ББК 33.12 я7

Рецензенты: кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой

открытых горных работ Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева Тюленев М.А.; доктор технических наук, доцент, зам. директора института горного дела и строительства Тульского государственного университета Копылов А.Б.

Лобачева Л.В., Левинский В.В., Мисников О.С. Техногенные

массивы в горном деле: учебное пособие. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2025. 124 с.

Изложены общие представления о техногенных массивах.

Рассмотрены их классификация, проблемы формирования. Описаны вопросы рекультивации техногенных образований.

Написано с учетом требований государственного образовательного

стандарта по курсу «Обустройство техногенных ландшафтов» для технических вузов.

Предназначено для студентов всех форм обучения по направлению

подготовки специалистов 21.05.04 Горное дело. Может быть полезно широкому кругу специалистов в области добычи полезных ископаемых, геотехнологии, геоэкологии.

ВВЕДЕНИЕ

Специфика добычи и обогащения руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современные технологии позволяют использовать лишь часть извлекаемой горной массы, а оставшаяся часть породы накапливается в виде техногенных отходов.

На долю горных отраслей промышленности приходится 70–80% объема всех отходов. Из добывающего минерального сырья 90–95% практически безвозвратно теряется в виде твердых, жидких и газообразных отходов.

Отходы горнодобывающих и обогатительных предприятий относятся к остаткам, возникающим в ходе добычи и переработки полезных ископаемых. Их также можно назвать техногенными массивами.

Техногенные массивы (образования) – это геологическая структура, которая складывается из пород и наносов антропогенного характера, отличающихся по своему составу и свойствам от пород, их вмещающих.

Массивы техногенных грунтов образуют своеобразные формы техногенного рельефа, называемого горнопромышленным ландшафтом, структура, формирование и функционирование которого неразрывно связаны с деятельностью по добыче полезных ископаемых, выемке и перемещению грунтов.

К числу негативных последствий формирования техногенных масссивов следует отнести трансформацию ландшафтов, ухудшение состояния атмосферы; сокращение площадей земель, пригодных для сельскохозяйственного использования; загрязнение почвенного покрова, развитие эрозионных процессов; изменение состояния и свойств горных пород, слагающих основания техногенных массивов, а также гидрологического и гидрогеологического режимов района; возникновение горно-геологических процессов и явлений, носящих порой катастрофический характер. Поэтому в рамках территориального планирования и воспроизводства природных ресурсов в горнопромышленных районах должны осуществляться рекультивационные работы, предусматривающие гармоничное восстановление всех элементов ландшафта с учетом санитарногигиенических, хозяйственных, культурных, природных и других требований, предъявляемых обществом.

ГЛАВА 1. ТЕХНОГЕННЫЕ МАССИВЫ В ГОРНОМ ДЕЛЕ

1.1. Общие сведения о техногенных массивах

Горнодобывающий и перерабатывающий комплекс горнопромышленных стран является важнейшей составляющей ее экономического развития, а его интенсивную деятельность по масштабам и глубине воздействия на окружающую среду можно приравнять к мощному инициатору преобразования геосферы в техногеосферу [33]. По степени и необратимости нарушений природного равновесия в экосистемах горные предприятия занимают одно из первых мест среди производственных комплексов.

В местах добычи полезных ископаемых происходит почти полное уничтожение природных ландшафтов, на месте которых возникают скважины, шахты, карьеры, отвалы, отходы первичного обогащения руд, угольные терриконы, транспортные магистрали и т.д. Горнопромышленные ландшафты неоднородны. В них выделяют четыре функциональные зоны.

Первая зона является шахтно-карьерно-отвальной. Она прилегает непосредственно к участку добычи полезных ископаемых; характеризуется практически полной деградацией почвенно-растительного покрова и высокими концентрациями металлов в пыли, техногенных наносах, воде и растениях.

Вторая зона – это территории горно-обогатительных комбинатов (ГОК) и обогатительных фабрик. Она отличается полной или значительной перестройкой первоначальной структуры за счет отчуждения площадей под предприятиями и загрязнения токсичными отходами, выбросами и стоками.

Третья зона – селитебные и пригородные ландшафты, расположенные в непосредственной близости от месторождений и комбинатов. Такие ландшафты сильно загрязнены, но сами не являются источниками выбросов.

Четвертая зона (с умеренным площадным загрязнением) имеет нестабильные очертания и располагается в радиусе от 3–5 до 10–20 км. Фоновые ландшафты находятся обычно не ближе 15–20 км от источников рудных выбросов и стоков.

Горнодобывающие и горноперерабатывающие предприятия – это наиболее интенсивный источник загрязнения окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными отходами. На долю горных отраслей промышленности приходится 70–80% объема всех отходов [27]. Основными отходообразующими отраслями в России являются угольная

(63% промышленных отходов, включая добычу, обогащение и

агломерацию угля); черная металлургия (13%, включая добычу, обогащение и переработку железных руд); цветная металлургия (14%, добыча урановой и ториевой руд – около 5%); добыча прочих полезных ископаемых (7%) (рис. 1) [29].

Рис. 1. Распределение промышленных отходов

по сферам деятельности в 2023 г. [32]

Из добываемого минерального сырья 90–95% практически безвозвратно теряется в виде твердых, жидких и газообразных отходов.

Общее количество перемещенной на планете горной массы превышает 150 млрд т [27].

В результате указанного воздействия вокруг горных предприятий образуются техногенные массивы – геологические тела техногенного происхождения, представленные горными породами, отходами обогащения, золами, шлаками, шламами [27].

Необходимой предпосылкой разработки экологически безопасных технологических решений по формированию техногенных массивов является учет физико-географических, геологических, инженерногеологических, гидрогеологических и горнотехнических факторов, определяющих состояние и характер возможного изменения геологической среды [4].

Наиболее интенсивное образование техногенных массивов связано прежде всего с разработкой месторождений полезных ископаемых и последующей переработкой извлекаемого минерального сырья (рис. 2, 3) [27].

а б 1 2 3 3 5 4 4

Рис. 2. Формирование техногенных массивов

при производстве горных работ [27]

Рис. 3. Формирование техногенного массива

при разработке месторождений: а – горизонтального;

б – наклонного и крутопадающего; 1 и 2 – внешние и внутренние отвалы

соответственно; 3 – контур карьерного поля; 4 – объекты промплощадки;

5 – шламохранилище; А – направление подвигания фронта работ;

Б – поток полезного ископаемого [27]

Формирование техногенных массивов порождает многочисленные ландшафтные преобразования. В естественном состоянии ландшафт представляет собой сложную, генетически единую, саморегулирующуюся систему с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером распространения поверхностных и грунтовых вод, закономерным сочетанием почв растительных и животных сообществ. При изменении режима поведения хотя бы одного из компонентов естественного ландшафта его экологическое равновесие нарушается, что может вызвать модификацию естественного ландшафта или полную его трансформацию в природно-техногенные или техногенные ландшафты (рис. 4).

Рис. 4. Замещение природный ландшафтов техногенными

после строительства горного предприятия [27]

В зависимости от производственной деятельности человека, уровня антропогенных преобразований территорий, эффективности рекультивационных мероприятий в районах расположения техногенных массивов

формируются ландшафты, которые можно объединить в две группы. Первая группа – это акультурные ландшафты, в которых под влиянием техногенных факторов значительно ухудшились биологическая продуктивность, санитарно-гигиенические, эстетические качества. Вторая группа – культурные, в которых возможно восстановление до первоначального уровня (и выше) биологической продуктивности санитарно-гигиенических, эстетических качеств в результате рекультивации и оптимизации техногенного воздействия.

В зависимости от размеров выемок, насыпей и их взаимного расположения можно выделить семь типов природно-техногенных ландшафтов. Рассмотрим их.

Крупнокарьерно-отвальные ландшафты – это сочетание глубоких (до 100–300 м, до 500 м) карьеров большой площади и высотных отвалов с природными элементами ландшафта. В качестве примера выступают железорудные карьеры Курской магнитной аномалии, Коркинский угольный карьер в Челябинской области. Отвалы этих карьеров только внешние и достигают в высоту нескольких десятков метров.

Средне- и мелкокарьерно-отвальные – это сочетание техногенных ландшафтов и отдельных урочищ с природным типом местности. Карьеры мелкие и средние; присутствуют как внешние, так и внутренние отвалы. В качестве примера таких ландшафтов можно назвать карьер по добыче известняка, огнеупорных глин, суглинков, железной руды, песка, гравия, фосфоритов, бурого угля.

Торфяно-карьерные – это сочетание выработанных торфяных полей и траншей, которые образуются в результате торфяных разработок с элементами природного ландшафта.

Дренажно-отвальные речных долин – это компиляция большого количества дренажных отвалов разных параметров, структуры и степени зарастания с природными ландшафтами речных долин. Этот тип встречается в местах добычи цветных металлов, в речных долинах Урала и Сибири.

Просадочно-карьерно-отвальные ландшафты характеризуются сочетанием просадочных и провальных форм рельефа (воронок, ложбин, ям, западин), шахтных отвалов, карьеров, отвалов перерабатывающей поверхности.

Индустриально-«мусорно»-отвальные ландшафты предполагают присутствие в качестве фоновых отвалов из отходов перерабатывающей промышленности, т.е. бытовых отходов, золы, шлама. В основном эти отвалы токсичны и являются источником загрязнения почвы, атмосферы и вод.

Частично поврежденные промышленными выбросами – это территории сброса отходов (жидких и твердых) промышленными предприятиями в реки и на участки, примыкающие к промплощадкам, а

также подвергающиеся воздействию промышленно-газовых выбросов в атмосферу. Рельеф таких территорий, как правило, не нарушается, но значительные трансформации претерпевают их почвенно-растительный покров, животный мир и т.д. [3].

В настоящее время в Российской Федерации более 70% территорий, занятых техногенными массивами, не рекультивировано и представлено акультурными пустынными ландшафтами, биологическая продуктивность которых стремится к нулю. В группу акультурных ландшафтов с низкой биологической продуктивностью следует включить также рекультивированные в строительном и санитарно-гигиеническом направлениях ландшафты. К культурным ландшафтам, продуктивность которых постепенно восстанавливается до первоначального уровня, можно отнести ландшафты, рекультивированные в сельско- и лесохозяйственном, а также рекреационном отношениях.

Функционирование техногенных и природно-техногенных ландшафтов на территориях, занятых техногенными массивами, определяют две группы факторов, а именно: природные и техногенные.

Среди природных факторов выделяют:

физико-географические условия (климат, рельеф, геоморфологию, гидрологию);

геологические (тектонику, минералогический и химический состав горных пород);

гидрогеологические (фильтрационные свойства горных пород, положение регионального водоупора относительно местного и регионального базиса эрозии);

физико-химические (химические свойства водовмещающих пород и природных вод, окислительно- и кислотно-щелочную обстановку);

физические (температуру и давление);

биологические (жизнедеятельность растений и микроорганизмов).

Техногенные факторы можно подразделить:

на условия и последствия разработки полезного ископаемого (системы разработки; изъятие полезного ископаемого из ландшафта; вынос на земную поверхность глубинных пород, обладающих составом и свойствами, отличными от свойств приповерхностных пород; нарушение и замена почвенного покрова искусственными грунтосмесями; отбор подземных вод из ландшафта с целью водопонижения; ухудшение условий защищенности подземных вод);

аспекты, связанные со строительством обогатительных фабрик и производств по переработке полезных ископаемых (утечка сточных вод, газопылевые выбросы в приземные слои атмосферы, отбор подземных и поверхностных вод с целью водоснабжения);

последствия складирования отходов обогащения и переработки полезных ископаемых (утечка сточных вод из хранилищ, выброс на

поверхность ландшафта техногенных отложений со специфическим составом и свойствами, рассеивание ветром пыли с поверхности хранилищ);

эффективность очистки сточных вод и пылегазовоздушных выбросов в атмосферу и пылеподавления с открытых поверхностей техногенных массивов, рекультивационных мероприятий.

Влияние техногенных факторов на формирование и функционирование ландшафтов неоднозначно во времени и пространстве [27].

1.2. Понятие и генезис техногенных массивов

В настоящее время существует несколько подходов к определению термина «техногенные массивы». А.М. Гальперин формулирует его следующим образом: «Техногенный массив – искусственно сформированное в природном ландшафте геологическое тело, представленное горными породами, золами, шлаками и шламами» [4]. Такое определение требует существенных изменений и дополнений, поскольку вышеназванные массивы чаще всего формируются не на природных, а на техногенных горнопромышленных, селитебных или пустынных территориях, занятых техногенными массивами, формирующими соответствующий ландшафт.

В ряде статей и монографий встречаются термины, которые являются либо аналогами термина «техногенные массивы», либо более узкими понятиями [27]. Назовем эти термины и приведем их определения.

Техногенные минеральные объекты – это условно выделенные в пространстве и накопленные на поверхности Земли или недрах в пределах горного отвода техногенные минеральные ресурсы, потенциальная промышленная ценность которых, как правило, не ясна, поэтому для ее установления требуется проведение специальных геологических и технологических работ [33].

Техногенные минеральные образования – скопления на поверхности либо в природных или техногенных полостях, в недрах Земли, гидросфере или атмосфере запасов твердых или жидких продуктов, созданных в результате производственной деятельности человека в сфере недропользования, достаточные по объемам для промышленного освоения

[33, 35, 36].

Техногенные, или искусственные, грунты – это технически созданные образования или измененные горные породы, сформировавшиеся в результате производственной и хозяйственной деятельности человека [1, 39].

Техногенные месторождения – скопления техногенных минеральных ресурсов, образовавшиеся в результате складирования отходов

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]