6.7.3 Функциональная схема природно-промышленной системы
Схема функционирования ППС представлена на рис. 6.18. Она включает зоны структурной, функциональной и информационной перестройки, образование которых является следствием взаимодействия, влияния и воздействия структурных единиц и ОПС.
Граница
влияния
Рисунок 6.18 – Функциональная схема природно-промышленной системы (по Б.А. Иванову)
Видно, что производственный технологический процесс связан с природной средой, вовлекает в себя в качестве предметов труда природные ресурсы (энергию, вещество, информацию) и образует новые вещества, энергию и информацию, несвойственные природной среде, т.е. отходы. Формируется природно-технологический процесс, и образуются зоны структурной, функциональной и информационной перестройки ППС. В зоне структурной перестройки имеют место самые опасные формы нарушений и загрязнений. Зона функциональной перестройки характеризируется переходом от природно-промышленного процесса к чисто природному. В ней компоненты природной среды способны самопроизвольно восстанавливаться и очищаться. В зоне информационной перестройки встречаются незначительные «следы» функционирования ППС, информация о которых хранится в определенных природных элементах, но на общее развитие экологических систем эти «следы» влияния не оказывают. С учетом последнего замечания границей ППС следует считать не границу зоны информационной перестройки (границу взаимодействия), а границу зоны функциональной перестройки, т.е. границу влияния.
Как отмечено выше, в реальных условиях граница ППС представляет собой условную линию. В самых малых (элементарных) ППС - нообиогеоценозах – граница зоны влияния (граница ППС) может совпадать с границами отдельных природных подсистем - биоценозов или нооценозов. В крупных надсистемах (ППК, ТПК) границы зоны влияния, как правило, совпадают с границами водоразделов, крупных лесных или горных систем, больших водных объектов.
6.7.4 Источники воздействия на природную среду в горнодобывающей промышленности
Воздействие производства на ОПС представляет собой процесс, который инициирует в ней изменения. Выявление источников воздействия на природную среду, определение показателей, которые их характеризуют, - одна из наиболее важных задач инженерно-экологических исследований, от правильного решения которой зависит успех планируемых природоохранных мероприятий.
Следует иметь в виду, что после окончания воздействия новые формы, возникшие в этот период, включаются в природно-промышленный процесс, который осуществляет воздействие на другие природные компоненты, а также на общество и средства труда. Поэтому при исследованиях иногда совершается методическая ошибка, заключающаяся в том, что за источник воздействия принимается результат (продукт труда) какого-то технологического процесса, т.е. рассматривается не исток процесса воздействия, а наиболее заметный промежуточный результат. На самом деле, источниками воздействия являются технологические процессы. Их целесообразно классифицировать по формам нарушения и загрязнения природных компонентов, разделяя их на источники нарушения и источники загрязнения, т. е. целесообразно на первой стадии исследований выделить технологические процессы по их воздействию на природные компоненты: литосферу, гидросферу, атмосферу, фито-, зоо- и микробоценоз, а затем классифицировать эти источники по типам нарушения и загрязнения этих компонентов.
Далее следует выделить активный источник нарушения (загрязнения), т. е. фрагмент технологического процесса, с которым связано воздействие на объекты ОПС. Для этого необходимо весь технологический процесс рассматривать, как состоящий из отдельных операций (отбойка угля, погрузка, транспортировка, крепление очистного забоя, управление горным давлением и др.)
В соответствии с разнообразием форм нарушений и загрязнений выделяют следующие технологические процессы горного производства при подземной добыче угля, являющиеся источниками образования этих форм, классифицированные Г.Г. Мирзаевым и Б.А. Ивановым.
Источники нарушений. Различают источники геомеханических, гидрогеологических, аэродинамических, а также биоморфологических нарушений.
К технологическим процессам, являющимся источниками геомеханических нарушений, относятся:
устройство промплошадок под буровые и другие геологоразведочные работы;
строительство дорог, коммуникаций промышленного и коммунального назначения, заданий и сооружений предприятий;
проходка вскрывающих и подготовительных горных выработок:
добыча полезных ископаемых;
складирование на землях породы и отходов производства;
засыпка естественных углублений рельефа (балок, оврагов, русел ручьев и т.д.);
строительство опор, акведуков и других устройств для прокладки хвостопроводов и водоводов больших диаметров;
рытье котлованов аварийного сброса хвостов при остановках пульпонасосов (вблизи насосных станций);
оврагообразование при сбросе сточных вод из хвостохоранилищ.
Основными качественными характеристикамиисточников геомеханических нарушений на горнодобывающих предприятиях являются подвижность или стационарность; прерывность, периодичность или постоянство; расположение относительно земной поверхности (наземный или подземный); способ образования выемок или насыпей (буровзрывной, механический, гидравлический и т. д.), направление перемещения (ЮЮЗ -юго-юго-запад; ССВ и т. д.) и др.
Основные количественные характеристики источников геомеханических нарушений следующие:
скорость подвигания фронта работ;
длина или площадь фронта работ;
глубина работ от поверхности;
мощность выносимых пород, толщина нарушаемого слоя почвы;
высота насыпки пород;
мощность обрушающихся при подземных горных работах пород, высота сводов обрушения, параметры зон сдвижения пород над очистными и подготовительными выработками;
объемы извлекаемых полезных ископаемых, пород, сопутствующих компонентов (суточные, годовые и др.);
объемы, площади и скорости движения сточных вод по рельефу.
Различают гидрологические (поверхностные) и гидрогеологические (подземные) нарушения в зоне горного производства.
Большинство гидрологических нарушений связано с предварительной подготовкой поверхности месторождения к его эксплуатации:
перенос русел водотоков, протекающих по поверхности над площадью залегания полезных ископаемых;
предварительное осушение поверхностных водоемов путем перекачивания воды из них в понижения рельефа вне горного отвода;
осушение площади земельного (горного) отвода путем откачивания воды из водоносного горизонта.
Гидрогеологические нарушения, обусловленные непосредственно процессом добычи и переработки полезных ископаемых:
повышение или понижение уровня подземных вод при подработке водоносных горизонтов;
истощение водоносных горизонтов над площадью отработки месторождения и за ее пределами путем поступления подземных вод в горные выработки с последующей откачкой в водоемы и водотоки;
заводнение подземных горизонтов при закачке в них вод из поверхностных объектов (захоронение отходов, разупрочнение пород).
Основными качественными характеристиками источников гидрогеологических нарушений являются: подвижность или стационарность; периодичность или постоянство действия; расположение (поверхностное или подземное) и т. д. Количественные параметры характеризуют объемы притоков или оттоков, площади затопления или осушения, интенсивность изменения уровня подземных вод, их напора и другие характеристики, необходимые для оценки интенсивности и степени воздействия.
К источникам аэродинамических нарушений на промышленных предприятиях относятся:
технологические процессы по строительству сооружений, объектов и установок, изменяющих скорость, направление и характер движения воздушных потоков над данной территорией;
создание отвалов горных пород, часто имеющих большую высоту и протяженность;
строительство надшахтных зданий («копров») большой высоты;
создание больших полостей, углублений в рельефе;
вентиляция промышленных и бытовых объектов;
процессы образования и затопления хвостохранилищ;
испарения с больших поверхностей хвостохранилищ и отстойных прудов, а также в результате тепло- и газовыделения отдельных технологических агрегатов и предприятия в целом;
строительство высотных труб и вытяжек.
Качественными характеристиками источников этого типа нарушений является их расположение – взаимное и относительно «господствующего» направления ветра. Количественные параметры – геометрические размеры, неровность поверхности, температура и влажность – воздуха служат основой для расчета скорости движения воздушных потоков и параметров рассеивания вредных веществ в атмосфере.
К источникам биоморфологических нарушенийотносятся:
прокладка новых транспортных и коммунальных коммуникаций (трубопроводов, линий электропередач и др.);
расчистка площадок под строительство;
снятие и складирования плодородного слоя почв;
вырубка лесов для производства строительных материалов и конструкций.
Следует иметь в виду, что иногда технологические процессы не направлены непосредственно на нарушение элементов природной среды (например, транспортирование грузов по бездорожью и т. д.). Такие нарушения носят косвенный характер, однако учет и выявление их источников необходимы для создания полной картины воздействия производства на природную среду.
Источники загрязнений. Различают литосферные, гидросферные и атмосферные загрязнения.
К литосферным источникамзагрязнений (земель, почв, недр) относятся:
складирование сыпучих и растворимых материалов непосредственно на почвах;
сброс сточных вод на земли (поля орошения), а не в водотоки и водоемы;
профилактическое заливание при тушении подземных пожаров;
складирование мусора, твердых отходов, металлолома и т. д.;
захоронение отходов производства в недрах;
пыление хвостохранилищ, породоотвалов и др.
Непосредственные источники загрязнения литосферы, как правило, характеризуются локальностью воздействия, однако в дальнейшем ареал их распространения может увеличиваться путем движения загрязняющих веществ в почвах, недрах с помощью поверхностных и подземных вод. Большое внимание необходимо уделять возможному загрязнению земель вследствие переноса загрязняющих веществ (например, пыли) через атмосферу с последующим осаждением на землю. Данный вид загрязнения носит масштабный характер и наносит большой ущерб сельскому хозяйству.
Гидросферные загрязненияподразделяют на загрязнения подземных и поверхностных вод. К ним относятся:
водоотлив из шахты природных минерализованных и технических отработанных вод;
водоотлив обогатительных фабрик;
сброс сточных вод бытового, коммунального и промышленного хозяйства предприятий;
смыв атмосферными осадками загрязняющих веществ с промплощадок;
выпадение загрязненных осадков и пыли из атмосферы;
захоронение отходов в водоносные горизонты.
Наиболее мощным источником загрязнения водного бассейна на горноперерабатывающих предприятиях является шахтный водоотлив. Из шахты на поверхность выдается воды в несколько раз больше, чем потребляется под землей. Основные потребители воды в шахтах - пылеподавляющие установки (орошение на комбайнах, промывка скважин при бурении, водяные завесы у погрузочных пунктов и т. д.). Однако эти объемы воды ничтожны по сравнению с поступающими в горные выработки объемами подземных и поверхностных вод. Двигаясь самотеком по почве горных выработок, естественные и технические воды перемешиваются, образуя шахтные воды, загрязненные взвешенными веществами, бактериальными примесями и минеральными солями.
Источниками атмосферных загрязненийявляются:
сжигание топлива в топках котлов промышленных и коммунальных котельных;
дробление и смешивание полезных компонентов при их переработке;
сушка промпродуктов на обогатительных и брикетных фабриках;
аспирационные системы шахт, обогатительных фабрик и зданий поверхностного комплекса;
горение и пыление породных отвалов;
погрузочные и транспортные работы;
взрывные работы;
выделение газов из массива горных пород.
Основными веществами, загрязняющими атмосферу в зоне действия горных предприятий, являются пыль, зола, сажа, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды, оксиды тяжелых и легких металлов, цементная и известковая пыль, продукты взрывных работ и др.
К качественным индикаторам, характеризующим различные виды загрязнения атмосферы, относятся:
агрегатное состояние выбрасываемого вещества (твердое, жидкое, газообразное, смешанное);
токсичность выбрасываемых веществ;
способность веществ, выбрасываемых в атмосферу, к повышению токсичности при вступлении их в фотохимические реакции.
Основными количественными показателями являются:
количество выбрасываемого вещества в атмосферу;
концентрация вредных примесей;
скорость движения выбрасываемых веществ в месте выброса;
температура выбрасываемых веществ;
размеры выбрасываемых частиц;
давление газовых потоков в трубах и на выходе;
влажность газовых потоков.
С помощью количественных показателей осуществляется расчет распространения веществ в атмосфере, определяются концентрации веществ в приземном слое, оптимальная высота выброса, прогнозируется состояние атмосферы в зависимости от ее параметров.
К источникам биоценотических загрязненийокружающей среды необходимо в первую очередь, отнести транспортные операции по перевозке полезных ископаемых, промпродуктов, материалов и т. д. Именно в процессе этих операций возможно привнесение на территорию растений и организмов, ранее здесь не имевшихся, в результате чего могут возникнуть различные виды изменений в растительном и животном мире (болезни, эпидемии, т. д.).
Предприятие обязано проводить инвентаризацию источников нарушения и загрязнения ОПС путем паспортизации их параметров (высоты, диаметра и др.), а также параметров отходов (выбрасываемых веществ), т.е. их объемов, температуры, концентрации и др. Знание перечисленных параметров позволяет определить характер воздействия технологического процесса (интенсивность, степень и опасность) и использовать их для объективной оценки изменений в ОПС, прогноза ее состояния и планирования природоохранных мероприятий.