Рациональное использование и охрана ресурсов недр

Минерально-сырьевые ресурсы или полезные ископаемые — это природные вещества минерального происхождения, используемые для получения энергии, сырья и материалов.

Для минерально-сырьевых ресурсов характерны:

• резкая неравномерность размещения;

• невозобновляемость конкретных видов ресурсов;

• возможность восполнения путем разведки и освоения но­вых объектов;

• большое разнообразие условий эксплуатации;

• ограниченность крупных месторождений.

Все ископаемые вещества (твердые, жидкие и газообразные) и геотермальная энергия сосредоточены в верхних слоях земной коры. Залежи горных пород, которые обогащены одним или несколь­кими минералами, по­лучили название геологических месторождений. Минеральные скоп­ления с небольшими запасами или бедными рудами (что делает разработку экономически нецелесообразной) принято рассматри­вать как рудопроявления. В случае усовершенствования техники добычи и извлечения полезных компонентов рудопрояв­ления могут перейти в разряд промышленных месторождений. Все ископаемые вещества (твердые, жидкие и газообразные) и геотермальная энергия сосредоточены в верхних слоях земной коры.

Числовая оценка среднего содержания химических элементов в недрах Земли производится с использованием кларка данного вещества (выражается в процентах, в г/т). Это средние значения относительного содержания химических элементов в верхнем слое земной коры. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять порядков. Более 99 % массы земной коры составляют кларки следующих элементов: кислорода — 47 %, кремния — 29,6, алюминия — 8,05, железа — 4,65, кальция — 2,96, натрия — 2,50, калия — 2,5, магния — 1,87 %. Элементы, содержащиеся в относительно большом количестве, образуют в природе многочисленные самостоятельные химические соединения, а элементы с малыми кларками рассеяны, преимущественно, среди химических соединений других элементов. Элементы, кларки которых меньше 0,01%, называют редкими.

Полезные ископаемые, в зависимости от области хозяйствен­ного применения, подразделяются на группы:

топливно-энергетическую (нефть, природный газ, ископа­емый уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды);

• рудную, являющуюся сырьевой основой черной и цветной металлургии (железная и марганцевая руды, хромиты, бокситы, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и др.);

• горно-химического сырья (фосфориты, апатиты, поваренная, калийные и магнезиальные соли, сера и ее соединения, барит, борные соли, бром и йодсодержащие растворы);

• природных (минеральных) строительных материалов и нерудных полезных ископаемых, к которым примыкают поделочные, технические и драгоценные камни (мрамор, гранит, яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмаз и др.);

• гидроминеральные (подземные воды).\

Запасы полезных ископаемых в недрах земли измеряются в кубических метрах (строительные материалы, горючие газы и др.), в тоннах (нефть, уголь, руда), в килограммах (благородные металлы), в каратах (алмазы). По степени достоверности определения запа­сов они разделяются на категории.

Запасы категории А являются наиболее разведанными, с точно определенными границами залегания и вполне подготовленными для добычи. К категории В относятся предварительно разведанные запасы полезных ископаемых с примерно опреде­ленными границами залегания. В категорию С, включают раз­веданные в общих чертах месторождения с запасами, подсчи­танными приблизительно. К категории С₂ относятся перспективные запасы. Как правило, Данные о запасах полезных ископаемых категорий А и В используются при разработке текущих планов и прогнозов развития народного хозяйства. Остальные категории запасов (С, и C₂,) учи­тываются при обосновании долгосрочных прогнозов, планиро­вании геологоразведочных работ.

Запасы полезных ископаемых подразделяют также по их пригодности для использования на балан­совые и забалансовые. :К балансовым принадлежат такие запасы, которые целесообразно разрабатывать при современном уровне техники и экономики; к забалансовым — запасы, которые при имеющейся технике не могут быть эффективно исполь­зованы. Существует также категория прогнозных — геологичес­ких запасов, оцениваемых приближенно в качестве возможных.

Расчетная денежная оценка () месторождения полезныхископаемых проводится по формуле:

(10.1)

где — извлекаемые запасы в пересчете на конечную продукцию;—срок отработки запасов; Z — замыкающие затраты для данного района на конечную продукцию (в определенных условиях функции замыкающих затрат могут выполнять мировые цены); — расчетные текущие эксплуатационные затраты на единицу конечной продукции;— коэффициент учета фактора времени, вклю­чая расчетный срок эксплуатации оцениваемого месторождения; — предстоящие капитальныевложения, связанные с разведкой, разработкой, (то есть приведенные к году оценки).

Практически невозможно добыть 100 % сырья из месторождения. Коэффициент извлечения – определяет долю сырья потенциально возможную к извлечению в настоящее время к его общим запасам. К нефти – 0,4; природного газа – 0,8; угля – 0,25. Столь низкий К угля объясняется условиями залегания пластов – тонкие, глубоко, труднодоступные.

Наиболее оптимистический прогноз предполагает сроки исчерпания ископаемого топлива хватит на 520 лет. Пессимистические оценки важнейших ресурсов дают 50-70 лет до полного их истощения.

Нефть - Нефть - это горная порода, относящееся к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Одно из важных свойств нефти - способность гореть.

Соединения сырой нефти - это сложные вещества, состоящие из пяти элементов - 82-87% углерода, 11-15% водорода, 2,5-3% серы, 0,1-2% кислорода и 0,01-3% азота.

Нефть легко транспортируется. В процессе пе­реработки из нее получают широкой ассортимент продук­тов: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, различные смазочные масла, пластмассы, синтетический каучук, мо­ющие средства. Чаще всего нефть залегает вместе с природным газом, образуя нефтегазоносные бассейны. Нефть добывают, в основном, посредством буровых скважин. При неглубоком залегании нефтяных пластов к земной поверхности добы­чу осуществляют шахтным способом. Самая глубокая скважина на Кольском п-ве – 12км. В РБ 5420 м. Месторождения нефти неравномерно размещены по земному шару. Мировые запасы – 840 млрд. т.у. т. В зависимости от размеров начальных запасов подразделяют нефтяные месторождения на пять групп: мелкие (до 10 млн. т), средние (10—50), крупные (50 — 500), гигантские (500 — 1000) и уникальные (свыше 1 млрд. т). По данным к категории уникальных и гигантских относились всего (0,18 %), но доля их в общих запасах превышает 80 %.

62% всего нефтяного запаса мира сосредо­точено на Аравийском полуострове и акватории Персид­ского залива. Состав «первой десятки» в 1993 году 1Саудовская Аравия (420 млн. т), 2США, 3Россия, 4Иран (185), 5Мексика (155), 6Китай (145), 7Венесуэла (115), 8Норвегия (ПО), 9ОАЭ (ПО) и 10Нигерия (95). Доля стран ОПЕК в мировой нефтедобыче в 1993 году достигла 43%.

Природный газ - самый дешевый вид топлива. Запасы природного газа оцениваются в 300-500 трлн. м³. Природный газ располагается в залежах, представляющих собой купола из водонепроницаемого слоя (глины), под которым в пористой среде под давлением находится газ, состоящая в основном из СН₄. На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений.

При сжигании он дает много тепла и не требует специальной переработки. Природный газ легко добывать. Для этого не нужны насосы. Его удобно транспортировать в сжи­женном состоянии в специальных цистернах, а не только с использованием газопроводов. Этот вид топливно-энергетических ресурсов также при­меняют для производства азотных удобрений, пластмасс, синтетических тканей (капрона, нитрона).Природный газ размещен в недрах Земли еще более неравномерно, чем нефть. Первое место в мире по ресурсам газообразного топлива занимает Россия (месторождения Западной Сибири). Значительные месторождения газа рас­положены в странах Ближнего и Среднего Востока (осо­бенно велики ресурсы в Иране, Саудовской Аравии, на акватории Персидского залива). Меньше запасы в США, Северной Африке, Венесуэле. Перспективны - шельфовые зоны Мирового океана.В мировом энергетическом балансе на долю природно­го газа приходится 17%, в ряде стран (США, Западной Европе, Японии) выше. Кроме того, более половины площади шельфа еще не исследовано в отношении газоносности. На суше изучены лишь 30% перспективных на это сырье тектонических структур.

К топливно-энергетическим ресурсам относится уголь: (300-500 трлн.м^{3 )} бурый и каменный, антрацит. Бурый уголь отличается низкой теплотворностью. Поэтому он используется в ка­честве топлива в местах добычи. Каменный уголь харак­теризуется большой теплотворной способностью. Один из его видов при соответствующих условиях может превра­щаться в прочный кокс. Коксующиеся угли используются в черной металлургии для выплавки чугуна и стали. Ан­трацит дает значительное количество тепла при сгорании и эффективно применяется в энергетике. Кроме того, уголь - сырье для производства пласт­масс, смол, лекарств, удобрений и другой продукции хи­мической промышленности. Уголь добывают открытым и подземным способами. При близком залегании угля к земной поверхности его добыча осуществляется открытым способом. Это наиболее выгодный и дешевый способ добычи. Угленосные бассейны размещены неравномерно на тер­ритории земного шара. На долю России и сопредельных государств, США, Китая и ЮАР приходится более 90% добычи каменного угля.

Влияние добычи полезных ископаемых на природную среду

Общая экономическая нагрузка на экологические системы упрощенно зависят от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Уменьшить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев существующие промышленные технологии и т.п.

Извлечение полезных ископаемых из недр Земли влияет на все ее сферы. Воздействие добычи полезных иско­паемых на литосферу проявляется в следующем:

1) создание антропогенных форм рельефа: карье­ров, отвалов (высотой до 100-150 м), терриконов и т.д. Террикон - конусообразный отвал отходов обогащения. Объем террикона достигает нескольких десятков миллионов м⁸, высота - 100 м и больше, площадь освоения -десятков гектаров. Отвал - насыпь, образуемая в результате размещения вскрышных пород на специ­ально отведенных площадях. В результате открытой добычи полезных ископаемых образуются карьеры глубиной более 500 м;

2) ативизация геологических процессов (карст, ополз­ни, осыпи, оседание и сдвижение горных пород). При подземной добыче полезных ископаемых обра­зуются проседания и провалы. В Кузбассе цепь провалов (до 30 м глубиной) тянется на про­тяжении более 50 км;

4) механическое нарушение почв и их химическое загрязнение.

В мире суммарная площадь нарушенных горными ра­ботами земель превышает 6 млн. га. К этим землям сле­дует присовокупить сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство ока­зывает негативное воздействие. В радиусе 35-40 км от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30% по сравнению со средним уровнем.

Верхние слои литосферы в пределах территории Беларуси испытывают интенсивное воздействие в результате проведения инженерно-геологических исследований и геологоразведочных работ на различные виды полезных ископаемых. Необходимо отметить, что только с начала 50-х годов XX в. пробурено около 1400 разведочных и эксплуатационных скважин на нефть (глубиной до 2,5—5,2 км), более 900 скважин на камен­ную и калийную соли (глубиной 600—1500 м), более 1000 скважин геологических объектов, имеющих особую эстетическую и рекреационную ценность.

Проведение сейсмических исследований с применением буровзрывных работ, плотность которых особенно высока в пределах Припятского прогиба, вызывает наруше­ние физико-химических свойств почвы, загрязнение грунтовых вод.

Добыча полезных ископаемых воздействует на состо­яние атмосферы:

1) происходит загрязнение воздуха выбросами метана, серы, оксидов углерода из горных выработок, в результате горения отвалов и терриконов (выделение оксидов азота, углерода, серы), газовых и не­фтяных пожаров.

Более 70% терриконов Кузбасса и 85% отвалов Дон­басса относятся к горящим. На расстоянии до нескольких километров от них в воздухе значительно повышены кон­центрации S0₂, С0₂, СО.

В 80-е гг. XX в. в Рурском и Верхнесилезском бас­сейнах на каждые 100 км² площади ежедневно выпадало 2-5 кг пыли. Вследствие запыленности атмосферы интен­сивность солнечного сияния в Германии уменьшилась на 20%, в Польше - на 50%. Почва на прилегающих к ка­рьерам и шахтам полях оказывается погребенной под сло­ем пыли толщиной до 0,5 м и на долгие годы теряет свое плодородие.

Влияние добычи полезных ископаемых на гидросферу проявляется в истощении водоносных горизонтов и в ухудшении качества подземных и поверхностных вод. В результате исчезают родники, ручьи, многие малые реки.

Сам процесс добычи может быть улучшен за счет применения химических и биологических методов. Это под­земное выщелачивание руд, использование микроорганизмов.

Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению значительной части минерально-сырьевых ресурсов страны, оказавшихся в зоне ее негативного воздействия. По данным исследований, в зоне радиоактивного загрязнения оказались 132 месторождения минера­льно-сырьевых ресурсов, в том числе 59 разрабатываемых. Это, главным образом, месторождения глины, песков и песчано-гравийных смесей, цементного и известкового сырья, строительного и облицовочного камня. В зону загрязнения попали также Припятский нефтегазоносный бассейн и Житковичское месторождение бурого угля и горючих сланцев.

В настоящее время на каждого жителя Земли ежегод­но добывается около 20 т сырьевых ресурсов. Из них несколько процентов переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат несколько компонен­тов, извлечение которых экономически выгодно. В место­рождениях нефти попутные компоненты - газ, сера, йод, бром, бор, в газовых месторождениях - сера, азот, гелий. Месторождения калийных солей содержат обычно силь­вин, и галит. В настоящее время наблюдается постоянное и доволь­но существенное снижение количества металлов в добы­ваемых рудах. Количество железа в добывае­мых рудах снижается в среднем на 1% (абсолютный) в год. Поэтому для получения того же количества цветных и черных металлов через 20-25 лет потребуется более, чем в 2 раза увеличить количество добытой и перерабо­танной руды.

Основные пути рационального использования и охраны недр

а) экономия ресурсов - один из путей рационального использования. К примеру, каждый процент эконо­мии топливно-энергетических ресурсов в 2-3 раза выгоднее, чем увеличение их добычи. Экономия минерального сырья только на 1% равноценна вовлечению в производство дополнитель­но 1 млн. т стали, 5 млн. т нефти, до 3 млрд. м³ природного газа. Для экономии металлов в метал­лургии необходимо повышать качество проката путем его упрочнения, нанесения покрытий, защи­щающих от коррозии.

б) вторичное использование продуктов переработки минерального сырья. Крупным резервом в использовании вторичных ресурсов является утилизация металлолома. 1 т стали из лома обходится в 20 раз дешевле, чем из руды, требует меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду;

в) максимальное сокращение потерь при транспорти­ровке минерального сырья и др.

Кодекс Республики Беларусь о недрах (1997) определяет основные требования по рациональному использованию и охране недр, среди них:

• предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

• геологическое изучение недр, обеспечивающее достоверную оценку запасов полезных ископаемых;

• обеспечение наиболее полного извлечения из запасов ос­новных и совместно с ними залегающих попутных компонентов;

• охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других бедствий, снижающих качество и промышленную ценность полезных ископаемых.

В Программе по разви­тию минерально-сырьевой базы Республики Беларусь определены сле­дующие направления:

• поиск и разведка месторождений нефти и газа;

• поиск и подготовка к промышленному освоению бурых уг­лей;

• оценка перспектив алмазоносности;

• разведка запасов железных руд;

Особенно актуально это в отношении добычи нефти, извлечение которой в условиях Беларуси не превышает 40 %, в то время как новейшие технологии позволяют повысить этот показатель до 60 %. Внедрение прогрессивных технологий при разработке калийных солей обеспечит более рациональное использование запасов Старобинского месторождения, сокращение отходов калийного производства до 10 % и уменьшение оседания земной поверхности на 15—20 %.