3.3.4 Горнорудная и добывающая промышленность

Известно, что добыча полезных ископаемых сопровождается огромными сопутствующими массами невостребованного вещества. Так, при современном мировом объеме добычи угля и сланцев более 3 млрд.т в год, выход твердых, жидких и газообразных отходов со­ставляет более 10 млрд.т в год, т.е. более 3 т отходов на 1 т добытого товарного твердого топлива. Выброс отходов предприятий по добы­че, обогащению и потреблению твердого топлива в основных бас­сейнах составляет 400-600 кг на человека в год.

Увеличение масштабов извлечения минерально-сырьевых ресурсов и степени взаимодействия человека с природной средой вызывают увеличение экологического риска, поскольку горное производство дает не только материальную основу существования общества, но и характеризуется повышенной опас­ностью технологических процессов, негативным воздействием их на окружающую среду и здоровье человека, а также воздействием самой ок­ружающей среды на человека в рамках природно-производственных комплексов.

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых ведется на шахтах (уголь, вязкие битумы, соль, погребенные россыпи) и рудниках (руды черных и цветных металлов). Основная технологическая схема (В.М. Питулько, 2004) горнодобывающего производства состоит из следующих инвариантных к виду полезного ископаемого операций:

1. Извлечение горной массы (сопровождается деформацией массива пород, разрушением поверхности, снижением продуктивности почв, снижением устойчивости сооружений и коммуникаций, изменением гидрогазодинамики массива и акваторий, изменением химизма породного массива, изменением силовых полей).

2. Вентиляция подземных выработок (загрязнение атмосферного воздуха пылью и продуктами взрывания).

3. Шахтный водоотлив (загрязнение подземных и поверхностных вод).

4. Перемещение добытого вещества.

5. Складирование добытого вещества (сопровождается отторжением земель, механическими загрязнениями среды, химическим загрязнением среды, радиационным загрязнением среды, изменением аэродинамики среды).

6. Потребление продукции и образование твердых, жидких и газообразных отходов (сопровождается загрязнением акваторий, сокращением водных запасов, снижением плодородия почв, затоплением, заводнением и деформированием поверхности, газодинамическим, акустическим и радиационным загрязнением.

7.Потребление и выделение энергии (воздействие силовых полей, тепловые, световые и другие физические эффекты).

Основные типы нарушений - геоме­ханические, гидромеханические, аэродинамические, биоморфологи­ческие; главные разновидности загрязнений - литосферные, гидросферные, атмосферные, биоценотические.

Основные формы геомеханических нарушений: деформации, провалы, выемки, насыпи; гидродинамических нарушений: зарегулирование, за­топление, истощение, заводнение, подпор и др.; аэродинамических нарушений: разрежение, возмуще­ние, инверсия; биоморфологических нарушений: повреждение, унич­тожение, распучивание.

Среди литосферных загрязнений выделяют: засорение, запыление, замазучивание, закисление, заиливание и др.; гидросферных: основные формы сапробных загрязнений - эвтрофия и гипертрофия; голобных - засоление химическими веществами (твердыми, жидкими и газообразными); закисление, минерализация, замутнение и загазованность; атмосферных: загазованность, заражение, запыление, задымленность и др.; биоценотических: зарастание, некроз и др.

Подземные горные работы оказывают большое влияние на гидрогеологию прилегающих территорий. При извлечении больших объемов полезного ископаемого, особенно с использованием систем разработки с обрушением налегающих пород, в зону сдвижения во­влекаются водоносные горизонты, часто на значительных площадях.

Огромные массы вод, которые откачиваются из рудников, оказывают негативное воздействие на состояние гидроресурсов и почв не только вблизи места ведения горных работ, но и на значи­тельных прилегающих территориях.

Сливаемые шахтные воды сильно загрязняют поверхность и грунтовые воды, не позволяя использовать почву в традиционных для данного района направлениях. Наиболее распространенными загрязняющими веществами рудничных вод считаются хлористые со­единения и свободная серная кислота, которой часто сопутствуют растворимые соли, главным образом сульфаты железа, меди, цинка, марганца, никеля и др. По хлористым и сернистым соединениям, а также содержанию Са, Mg, Na, К рудничные воды превосходят техническую воду в 5-15 раз, что исключает возможность их использования без предва­рительной очистки и нейтрализации даже в технологических целях. Особую опасность представляют тяжелые металлы.

Системы экологической безопасности на горных предприятиях ориентированы на постоянный мониторинг геомеханического состояния породного массива, транспортных путей, вентиляционных и водоотливных средств, а также сопряженных с ними очистных сооружений. Самостоятельную задачу составляет также непрерывный анализ загазованности и запыленности горных выработок для предупреждения взрывоопасных ситуаций.

Защита водотоков предусматривает:

- организованный сток ливневых и технических вод путем устройства специальных гидротехнических сооружений (водосборных лотков, бетонных водовыпусков и т.д.);

-строительство отводных каналов или специальных уст­ройств для пропуска воды естественных водотоков и перехвата склонового стока при размещении породных отвалов в балках и ов­рагах;

- устройство обвалования, нагорных канав, водоотводов и других простейших гидротехнических сооружений при размещении отвалов и карьеров на склонах;

- формирование бортов карьерных выемок и откосов отва­лов, устойчивых к оползням и осыпям, поверхностей отвалов - к просадкам;

- обеспечение мероприятий по регулированию водного ре­жима в рекультивационном слое, особенно если он сложен порода­ми, обладающими неблагоприятными водно-физическими свойст­вами;

- создание экрана из капилляропрерывающих или нейтрали­зующих материалов (песок, камень, гравий, пленка и т.п.) при нали­чии в основании рекультивационного слоя токсичных пород;

- мероприятия, исключающие заболачи­вание рекультивируемой поверхности;

• формирование отвалов из пород, подверженных горению, по технологической схеме, исключающей их самовозгорание; при этом рекультивационный слой отвалов должен создаваться из пород, пригодных для биологической рекультивации.

При подземном способе разработки необходимо:

- перед отсыпкой шахтных отвалов с отведенных под них участков снимать плодородный слой почвы;

- в рекультивацию земель, нарушенных вследствие опуска­ния земной поверхности с образованием на ней прогибов и прова­лов, включать снятие плодородного слоя почвы, планировку поверхности прогибов, заполнение провалов горной породой с после­дующей планировкой нанесением плодородного слоя почвы, прове­дение мероприятий по предотвращению неблагоприятных процессов (иссушения, заболачивания, эрозии);

- при создании водоемов в незаполненных горной породой шахтных прогибах и провалах соблюдать условия, сформулирован­ные для водохозяйственного направления рекультивации.

Снизить отрицательное влияние хвостохранилищ можно за счет создания на обогатительных фабриках переделов по фильтра­ции шламовых пульп с подачей твердой фазы на закладку или в от­вал, а жидкой - в оборотное водоснабжение фабрики; организации постоянного цикличного оборота нескольких карт хвостохранилищ, позволяющего исключить расширение занимаемых ими площадей.

Основными техническими направлениями реализации требо­ваний по охране гидроресурсов могут быть: выбор оптимальных ме­тодов и степени очистки сбрасываемых шахтных вод в зависимости от местных условий, с учетом возможного использования очищен­ных вод; применение специальных мер по изоляции горных вырабо­ток от водоносных горизонтов для предотвращения или уменьшения величины водопонижения под воздействием шахтного водоотлива в прилегающем к горному предприятию районе.

Анализ горно-геологических условий залегания запасов вклю­чает определение:

1. мощности зоны аэрации;

2. параметров влагоемкости пород и сезонной динамики влагонасыщенных отложении;

3. механического состава и пористости пород;

4. генезиса и стратификации отложении.

При этом экологическую значимость имеют свойства под­стилающих грунтов, которыми характеризуется механизм массообмена между почвенными отложениями и горизонтом пород с напор­ным движением подземной влаги. Анализу подлежит отсутствие или наличие гидравлических связей, сезонная смена режимов увлажне­ния с атмосферно-промывочного на капиллярное подпитывание подземными растворами, транзитный перенос с делювиальными процессами и т.д.

Водопотребление при добыче и переработке полезных ископаемых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммунальными нуждами, производственными и техническими, а также с пожаротушением. Для этого используют системы водоснабжения, в состав которых входят водозаборные сооружения, насосные станции, станции очистки и подготовки воды, магистральные или разводящие трубопроводы или каналы, резервуары и водонапорные башни, а так вспомогательные сооружения: лаборатории, склады и др.

В соответствии с видами водопотребления системы водоснабжения разделяются на хозяйственно-питьевые, технические (производственные) и противопожарные. Они могут быть как раздельными, так и совмещенными, по способу подачи воды — самотечными, с механической подачей и зонными, а по способу ее использования — прямоточными, оборотными, с повторным использованием.

В прямоточных системах вся забираемая вода задействована технологических или других процессах однократно, после чего передается на очистку и сброс. В оборотных системах предусматривается многократное использование воды без сброса ее в природные вода объекты, но каждый цикл использования должен предусматривать при необходимости очистку (кондиционирование). Для компенса­ции безвозвратных потерь производится постоянная или периоди­ческая подпитка систем оборотного водоснабжения. Повторно-пос­ледовательное использование воды предусматривает несколько тех­нологических процессов, а затем очистку воды и сброс.

Основные направления совершенствования водопотребления горнодобывающих предприятий — сокращение потребления воды питьевого качества из рек, озер и городского водопровода, а также расширение использования шахтных и карьерных вод для хозяй­ственно-бытовых и технических нужд. Для этого проводится деталь­ный анализ работы горного предприятия и разрабатывается ситуа­ционный план (графический документ) расположения водных объек­тов, инженерных сооружений и устройств по использованию и охра­не водных ресурсов (рис. 3.5, на котором показано расположение на местности всех водных объектов, линий водопотребления и водоотведения, водозаборов и других сооружений.

1 -рудник; 2 - обогатительная фабрика; 3 - пульповод; 4 - очистные сооружения шахтных вод; 5 - очистные сооружения сточных вод обогатительной фабрики; 6 - отстойник; 7 – поселок

Рис. 3.5 Ситуационный план

Один из наиболее важных графических документов, по которому можно судить об эффективности использования водных ресурсов на предприятии, — схема водопотребления и водоотведения. Важнейший вид этих мероприятий — создание специализирован­ной сети наблюдательных скважин на крупных горнопромышленных объектах для контроля за состоянием подземных вод. Специализированные защитные меры включают:

1. ликвидацию области загрязнения подземных вод путем их откач­ки до практически полного стягивания контура загрязнения;

2. локализацию области загрязнения (путем откачки загрязненных вод до стабилизации контура загрязнения и недопущения дальней­шего распространения загрязняющих веществ по водоносному гори­зонту);

3. создание гидравлических водоразделов (завес) между областью загрязненных вод и эксплуатируемыми чистыми подземными во­дами;

4. создание гидравлического водораздела по вертикали путем одно­временного отбора чистых и загрязненных вод ярусной системой скважин;

5.создание непроницаемых экранов (стенок) в водоносном горизон­те вокруг области загрязнения.