Тема 8. Основні форми порушення і забруднення геологічного середовища при гірничому виробництві

Форма порушення або забруднення – це оконтурена границею (у вигляді контуру чи ареалу) територіально-структурна одиниця в рамках геологічного середовища (ГС) гірничого виробництва. Форми порушення і забруднення, найбільш характерні для гірничовидобувних підприємств:

Група деформації. Деформації є змінами, що відбуваються в ґрунтовому шарі, підстилаючих породах і в масиві гірських порід в результаті різних процесів, пов'язаних з видобутком корисних копалин. Ущільнення і розпушення найбільш характерні для процесів транспортування вантажів автомобільним чи гусеничним транспортом, при тривалому складуванні вантажів, при дрібних ремонтних роботах підземних комунікацій. Зміни напруженого стану масиву порід і просідання можуть виникнути при добуванні корисних копалин підземним способом і при заборі води з підземних горизонтів. Величина просідання – від декількох міліметрів до декількох метрів. Тріщини характерні в основному для видобування корисних копалин підземним способом, але можуть виникнути і при сповзанні бортів кар'єрів.

Група провали. Ці форми порушень виникають при розробці родовищ корисних копалин підземним способом. Провали виникають також при наявності карстових порід і їх осушенні. Форма провалів залежить від масштабів гірничих робіт, гірничо-геохімічних умов і рельєфу. Кільцеві провали утворюються при розробці рудних родовищ системами розробки з обвалюванням. Контур в цьому випадку чіткий і легко фіксується на аерофотознімку і в натурі. Каньойоноподібні провали характерні для територій розробки вугільних крутих потужних пластів; при цьому контур такого провалу витягнутий по простяганню пласта. Котловинні провали характерні для розробки потужних рудних і пластових родовищ, що руйнуються через деякий час. Відмінна особливість таких провалів – оголення ґрунтового покриву, а деколи і материнських порід по контуру. Терасовані провали утворюються при розробці родовищ під схилами гір системами. Така розробка супроводжується оголенням грунтів і материнських порід по контуру.

Група розробки. Ця група пов'язана з роботами по видобутку корисних копалин і будівництвом будівель, споруд, комунікацій. Розробки можуть бути різноманітних форм і з різними параметрами в залежності від умов залягання корисних копалин. Котловинні і траншейні розробки проектуються в тому випадку, коли це необхідно для закладання фундаменту чи прокладання трубопроводу, але в деяких випадках при проектуванні транспортної траншеї, кар'єру, при прокладанні доріг вони можуть існувати довго. Придонні розробки утворюються при видобуванні корисних копалин по руслах рік, прокладанні трубопроводів через водні перешкоди, видобуванні твердих корисних копалин на шельфі. Контур цих виїмок може бути визначений за проектами проведення робіт з прив'язуванням на місцевості.

Група насипи. Цю групу порушень супроводжують видобування і переробка корисних копалин, дорожнє будівництво і утворюються вони при складуванні промпродуктів, вихідної сировини, відходів. Відвальні насипи утворюються при складуванні порід, видобутих із масиву при проходці гірничих виробок на шахтах і рудниках, вскривних роботах на кар'єрах і розрізах. В залежності від технологічної схеми гірничих і відвальних робіт відвальні насипи можуть бути самими різноманітними, різних форм. Особлива специфіка ведення робіт потребує виділення в окрему форму гідротехнічних насипів (гідровідвалів, хвостосховищ), контур яких в деяких випадках визначається по дзеркалу води.

Група забудови. ЇЇ можна віднести до найбільш стабільних структурних одиниць ППС. Будівлі, споруди і комунікації можуть мати окремі контури, а можуть входити в промділянки і житлові масиви і тоді включатися в контур вказаних форм без виділення. Враховуючи постійність розташування цих форм в доцільно використовувати їх на картооснові для прив'язки при різних структурних побудовах ППС.

Перераховані вище форми – це, в основному, результат прямого впливу процесів виробництва і залежать від його параметрів.

Гідродинамічні порушення зв'язані із зміною розміщення, режиму і динаміки поверхневих, ґрунтових і підземних вод. Група поверхневих гідродинамічних порушень зв'язана з морфологічними змінами водоймищ і водотоків. Так, зарегулювання проявляються в структурі ППС як водосховища чи канали. Зміни звичайної динаміки і розташування водотоків і водоймищ пов'язані з необхідністю осушення поверхні над родовищем або навпаки, з будівництвом водосховищ для водопостачання. Контур порушень в цих випадках чітко виражений.

Затоплення характерне для тих випадків, коли виробництво має надлишок води, яка не може бути використана зразу в водообміні. В цьому випадку води можуть бути скинуті на землю, у водотоки чи у водойми. В кожному такому випадку відбувається затоплення додаткових ділянок земель, тобто, змінюється контур "дзеркала" води. При наявності потужних водозаборів на водотоках і водоймах може відбуватися зворотній процес і виникнути виснаження як форма порушення, котра може бути показана контуром дзеркала води.

Форми гідрогеологічних порушень, об'єднані в групу підземні, є найбільш специфічними формами порушень в ППС. Специфіка є в тому, що для їх характеристики необхідно виявити не тільки територіальне (площинне) але й вертикальне (шарове) розподілення. Найбільш характерними формами порушень, зв'язаних з ґрунтовими і підземними водами, що впливають на функціонування ППС, є затоплення (підтоплення) і осушення. Затоплення поверхні ґрунтовими водами зв'язане з геохімічними порушеннями (прогин) і визначається їх рівнем на відпрацьованій території. Частина прогину не покривається "дзеркалом" затоплення, але на цій ділянці рівень ґрунтових вод виявляється ближче до поверхні, ніж раніше. Така форма є підтопленням, контур якого визначається контурами затоплення і прогину. Затоплення і підтоплення території може статися і в результаті побудови перешкод на шляху руху ґрунтових вод (при будівництві будівель, споруд, комунікацій).

Осушення значних територій відбувається в результаті дренажу ґрунтових і підземних вод гірськими виробітками і свердловинами. Контур порушення визначається параметрами воронки депресії, яка в момент складання структури фіксується на границі відновлення нормального рівня ґрунтових вод. Контур депресійної воронки – дуже важлива структурна одиниця. Маючи значні розміри, вона часто визначає одну з границь ППС. Заводнення як форма гідрогеологічних порушень специфічна і виникає при захороненні рідких відходів виробництва, спеціальних способах відробки родовищ (видужування, розчинення), попередньої обробки масиву гірських порід. Необхідність її оконтурення викликана тим, що води, які надходять (поступають) в масив гірських порід і речовини, які в них знаходяться, можуть взаємодіяти з природними водами, а також можуть знову з'явитися на поверхні.

Аеродинамічні порушення в ППС можуть виникати в результаті зведення високих будівель, споруд, відвалів, глибинних розробок. Аеродинамічні вітрові тіні оконтурюються границею їх виникнення і можуть бути визначені за параметрами (висоті, глибині, довжині і ширині) перешкоди, яка їх викликає. Особливу форму атмосферних порушень представляють температурні інверсії, які виникають в результаті потрапляння в атмосферу великих потоків теплової енергії, що виділяється нооценозом. Ці форми оконтурюються за різницею температур в приземних шарах атмосфери над об'єктами нооценозу і в звичайних умовах над природними компонентами ППС.

Виявлення і фіксація контурів форм аеродинамічних порушень разом з кліматичними факторами (швидкість і напрямок вітру, динаміка опадів, вологості), дозволяють уявити існуючу в ППС морфологічну структуру компоненту "атмосфера". Виявлення її необхідне для визначення функціональних параметрів, зв'язаних з розсіюванням забруднюючих речовин.

Біоморфологічні порушення в ППС можуть виникати в результаті будівництва і експлуатації елементів нооценозу на території ППС, а також одночасно з геомеханічними або гідрогеологічними порушеннями, що викликані видобутком корисних копалин.

Пошкодження і знищення рослинності (група фітоценотичних порушень) – найбільш часто виникаюча форма цього типу порушень, контур якої може бути легко виявлений. Важче оконтурити форми зооценотичних порушень: налякування, знищення, інтродукція. Складність в тому, що в природних умовах популяції тварин займають певний ареал розповсюдження по території. Тому фіксацію порушень цього типу необхідно проводити за зміною контуру звичайного ареалу. Аналогічно можна виявити і зафіксувати мікробоценотичні порушення, проте необхідно врахувати їх шарове розповсюдження в рослинності, підстилці, грунтах.

Виявлення і фіксація контурів форм біоморфологічних порушень одночасно з виділенням звичайних (незмінних) природних компонентів (фітоценозів, зооценозів і мікробоценозів). Наступне вивчення функціонування ППС з врахуванням біоморфологічних змін дозволить оцінити стійкість змінених екологічних систем, їх продуктивність та інші параметри.

Речовини, які виділились з технологічних процесів у формі рідких, твердих і газоподібних викидів, а також різні види енергії, потрапляючи в природні компоненти, розсіюються, нагромаджуються чи мігрують в них і утворюють особливий вид зміни якісних характеристик природних компонентів – забруднення. Форми цього виду змін можуть бути оконтурені умовною лінією – границею ареалу за кількісними показниками концентрації забруднюючих речовин. Необхідно відмітити, що форми забруднень дуже рухливі, змінюються в просторі і часі, тісно пов'язані з технологічними процесами і значно залежать від природних умов, здатності природних компонентів до самоочищення. Тому фіксація цих форм і включення їх в морфологічну структуру ППС – важкий методичний і практичний процес. Але без виявлення форм забруднення природних компонентів не можна аналізувати і досліджувати їх функціонування.

Одним з можливих методичних вирішень є виділення форм забруднення за аналогією з формами порушення природних компонентів. У відповідності з назвою компонентів, в яких зафіксована наявність забруднюючих речовин, можна виділити забруднення: літосфери, гідросфери, атмосфери і біоценотичні (забруднення компонентів біоценозів).

Забруднення літосфери можуть бути об'єднанні в групи забруднення поверхні, грунтів і масиву порід за принципом їх шарового розташування в природному середовищі. Перші дві групи інколи об'єднуються поняттям "забруднення грунтів і земель", а третя – "забрудненням надр".

Всі форми забруднення природних компонентів повинні, в першу чергу, відображати специфіку їх утворення, що є основою будь-якої морфологічної структури. Утворення цих форм визначається в основному видом речовин, що потрапляють в природні компоненти з їх фізичним станом і хімічними властивостями.

Засмічування як форма поверхневого забруднення виникає при процесах будівництва, транспорту, складування різних матеріалів, упаковок, твердих відходів. Тобто, мова йде про нагромадження на поверхні землі різних нерозчинних речовин у вигляді сміття, металолому, окремих кусків гірських порід (розкиданих вибухом). До цієї форми забруднення може бути віднесене і скупчення на поверхні пилу, але при дослідженні доцільно виділити запилення як особливу, специфічну для гірничовидобувного виробництва форму забруднення. Крім того, запилення поверхні відбувається, як правило, через атмосферу при осіданні тонкодисперсних пилуватих часток і може виникати на великих відстанях від місця їх визначення. Цим забруднення і запилення і відрізняються одне від одного, маючи однакове право на виділення в процесі досліджень.

Замазучування поверхні відбувається при розливах нафти, мазуту, паливно-мастильних В особливу форму забруднення – зараження – доцільно виділити випадки забруднення важкими металами, радіоактивними та іншими високотоксичними речовинами (ртуть, миш'як, ванадій). Таке виділення підкреслює особливості функціонування ППС при цих формах змін.

Ареал розповсюдження забруднення грунтів може бути визначений шляхом відбору проб з їх наступним аналізом і порівнянням їх результатів з концентрацією фонового (кларкового) вмісту даної речовини. Особливістю цих форм забруднення є постійна їх динаміка як в просторі і часі (переміщування границь ареалу), так і по вмісту речовин. Тому при виявленні морфологічної структури необхідно чітко фіксувати і тимчасовий інтервал.

Забруднення гідросфери можуть бути поділені на дві групи: сапробні (органічні) і хімічні. Перша група відрізняється тим, що стан водотоків оцінюється за вмістом у воді найдрібніших мікроорганізмів та інших речовин (трофосапробні показники).

Аналогічно визначаються ареали розповсюдження в водотоках і водоймах інших форм забруднення гідросфери: закислення, розкислення, мінералізація солями важких металів.

Забруднення атмосфери поділяються на групи за фізичним станом забруднюючих речовин: газоподібні та пароподібні, рідкі та тверді. Форми забруднення добре виділяти за якісними ознаками, що характеризують забруднюючі речовини: запилення, загазованість чи зараження твердими або газоподібними речовинами. Особливі форми складають рідкі забруднюючі речовини, які надійшли в атмосферу у вигляді туману різної дисперсності.

Характерною особливістю ареалів забруднення гідросфери і атмосфери є їх мінливість у залежності від параметрів процесу, в результаті якого речовини потрапили в ці компоненти, і особливостей їх природного стану. В водотоках і водоймах ареали можуть мати різні форми. При тій же формі забруднення (наприклад, засолені води) ареал при русловому випуску матиме іншу конфігурацію. Забруднюючі речовини у водоймах розповсюджуються за іншими законами і тому ареали форм забруднення будуть інші.

Конфігурація ареалів забруднення атмосфери залежить від параметрів джерел викиду забруднюючих речовин (точковий, лінійний, площинний), метеорологічних умов атмосфери і цілого ряду інших факторів. Ареал може мати конфігурацію "факелу", "пилогазової хмари" чи "шлейфу". В процесі тривалої дії джерела забруднення ареал може змінювати свій напрям у відповідності з напрямком вітру, утворюючи в кінцевому результаті зони свого впливу і дії, конфігурація яких залежить від форми ареалів. Так, наприклад, точкове джерело викиду утворить навколо себе зону у вигляді концентричного кола з центром у гирлі джерела. Можливі і інші конфігурації зон забруднення природних компонентів.

Забруднення біоценозів доцільно поділити на дві групи: фітоценозів та зоо- і мікробоценозів, що дозволяє диференціювати їх у процесі обстеження. Формами забруднення біоценозів, які найбільш часто зустрічаються, є самозаростання (фітоценози) і збільшення кількості окремих видів організмів (в зоо- і мікробоценозах). В першому випадку виявляються "піонерні" види рослинності на відвалах, бортах кар'єрів та інших формах геомеханічних порушень, а також в контурі гідрогеологічних порушень. В цих місцях можна зустріти рослини, розповсюдження яких може створювати загрозу для сільськогосподарських, лісогосподарських і рибогосподарських угідь. Розмноження мікроорганізмів, видів тварин на території, що розглядається, пов'язане з біоморфологічними порушеннями, а також з винесенням мікроорганізмів в природне середовище з рідкими і твердими відходами виробництва.

Контрольні запитання

1. Які Ви знаєте форми порушення геологічного середовища при гірничому виробництві?

2. Дайте характеристику гідрогеологічних порушень?

3. Дайте характеристику аеродинамічних порушень?

4. Які Ви знаєте форми забруднення геологічного середовища при гірничому виробництві?