Инженерно-геоэкологическое обоснование оценки нарушенности горным производством земель для восстановления экологического равновесия

Рефераты по экологии » Инженерно-геоэкологическое обоснование оценки нарушенности горным производством земель для восстановления экологического равновесия

 Сенченко Дарья Сергеевна

аспирант каф. Геологии

Московский государственный горный университет

Горнопромышленная промышленность – это основа экономики современной России которая формирует до 53% доходной части федерального бюджета (2010 г. Ю.И. Трутнев).

Выбор способа разработки (открытый подземный комбинированный гидромеханизированный скважинный) определяется геологическими условиями залегания полезного ископаемого и его видом. Определенное значение имеют также климатические условия и уровень развития техники. Наибольший удельный вес в мировой горнотехнической практике принадлежит открытому способу разработки это обусловлено вовлечением в сферу хозяйственной деятельности в основном месторождений полезных ископаемых осадочного и метаморфического происхождения залегающих в верхней части земной коры – литосфере. Причем все развитие цивилизации базировалось на использовании материалов находящихся сначала в непосредственном визуальном контакте с человеком (на поверхности) а затем в пределах небольших глубин требующих незначительных усилий и невысокого развития техники и технологии при их добыче.

Высокий удельный вес открытого способа разработки российских месторождений полезных ископаемых свидетельствует о сохранении этого направления развития горнодобывающих отраслей. Производство открытых горных работ сопровождается формированием отвальных насыпей хвостохранилищ гидрооотвалов. При этом воздействие на окружающую среду современных карьеров и техногенных массивов приобретает региональный характер [1 2 3].

В тоже время при открытом способе разработки месторождений нарушаются значительные земельные площади динамика рекультивации которых не соответствует перспективам развития будущих поколений.

В среднем при добыче 1 млн. т угля нарушается до 50 га земли железной руды и марганцевой руды - до 600га известняка - до 120 га фосфоритов – до 80 га. Самая высокая землеемкость добычи угля на разрезах Кузбасса она достигает при добыче 21 2 га на 1 млн.т и при отвалообразовании – 23 5 га.

Нарушениям преобразованиям и негативному воздействию подвергаются не только земли и воды непосредственно в пределах карьерного поля но и территории занимаемые под внешние отвальные массивы транспортные и энергетические коммуникации здания и сооружения горного предприятия. Кроме этого вследствие дренажных работ изменяются режимы и уровни подземных вод происходит загрязнение почв и поверхностных вод пылью и стоками на расстояниях в десятки километров от границ земельного отвода. Происходит изменение рельефа местности а в районах крупных ГОКов преобразовывается ландшафт утрачивая свои природные качества под воздействием техногенеза. Возникают сложные природно-техногенные системы (ПТС) возврат которых в первоначальное состояние практически невозможен.

Техногенные изменения ОПС при разработке МПИ обладает большой инерционностью (продолжаются и после горных работ) и «эффектом домино» (малые воздействия вызывают крупномасштабные последствия).

К числу наиболее негативных последствий формирования техногенных массивов следует отнести ухудшение состояния атмосферы сокращение площадей земель пригодных в большинстве случаев для сельского хозяйства изменение природного ландшафта и загрязнение почвенного покрова развитие эрозионных процессов изменение состояния и свойств горных пород слагающих основания техногенных массивов а также гидрологического и гидрогеологического режима района возникновение горно-геологических процессов и явлений носящих катастрофический характер. Необходимой предпосылкой разработки экологически безопасных технологических решений по формированию ПТС с обоснованием выбора направления рекультивации является учет физико-географических геологических инженерно-геологических гидрогеологических и горнотехнических факторов определяющих состояние и характер возможного изменения геологической среды.

Проведенный анализ крупнейших горнодобывающих регионов таких как КМА Кузбасс Апатиты целого ряда карьеров строительных материалов всех областей России позволяет сделать вывод о косвенности учета геологических условий месторождений при выборе направления рекультивации. Причем учет естественной развитости ландшафтов имеют здесь даже не второстепенное а подчиненное значение.

Существующие способы рекультивации нарушенных горными работами земель зачастую обуславливается техническими и экономическими возможностями предприятия или делается расчет на саморекультивацию.

Система разработки технология отработки месторождения и система комплексной механизации применяемые при организации добычи полезного ископаемого выбираются исходя из геологических гидрогеологических инженерно-геологических и т.п. условий определяемых в ходе производства геологоразведочных работ. Следовательно уже на стадии разведки месторождения необходимо иметь применительно к данной местности условиям и типу полезного ископаемого принципиальную модель рекультивации нарушенных будущими горными работами земель.

Инженерно-геологическое обоснование означает проведение следующих операций:

анализ общих геологических условий залегания полезного ископаемого вмещающих пород и покровных отложений;

анализ их физико-механических свойств;

анализ геохимической обстановки;

климатическое зонирование территории горного предприятия и анализ возможных климатических изменений вследствие горных работ;

анализ возможных последствий развития техногенных процессов;

анализ экзогенных геологических процессов;

анализ экологического состояния геологической среды и др.

Приведение данных работ необходимо производить на основе классификации способов разработки по видам воздействия на лито- гидро- атмо- и биосферу и созданной на этой основе модели горного предприятия.

Разработанная модель включает в себя классификационные признаки – критерии оценивающие степень негативного экологического воздействия горнодобывающего предприятия на окружающую природную среду социально-экономическую сферу региона и перспективы его развития. Так как конечной целью разработок является исключение и снижение негативного влияния объекта горного производства на экологические условия района расположения карьера или разреза то выбор критериев для обоснования направления рекультивации нарушенных горными работами земель должен обуславливаться в первую очередь геологическим гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями месторождения; во-вторых степенью техногенного изменения этих условий и моделированием их изменения в будущем а также учетом природных ландшафтных зон этого района.

Надежным инструментом при этом является проведение инженерно-геологического районирования территорий подвергшихся воздействию горных работ. Материалы инженерно - геологического (геоэкологического) районирования должны служить основой для выбора направления и порядка восстановительных работ.

Порядок проведения работ по рекультивации обуславливается степенью нарушенности (экологической опасности) участка инженерно-геологического районирования. Степень нарушенности определяется совпадением максимального количества критериев геоэкологической опасности. Причем основными критериями являются геологические гидрогеологические и инженерно-геологические условия частей возникшей природно-техногенной системы.

Основываясь на данные критерии можно определить показатель устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям. Согласно определению М.Д. Гроздинского (1987) устойчивость геосистемы состоит в «ее способности при воздействии внешнего фактора пребывать в одном из своих состояний и возвращаться в него за счет инертности и восстанавливаемости а также переходить из одного состояния в другое за счет пластичности не выходя при этом за рамки инварианта в течение заданного интервала времени».

Устойчивость можно рассматривать в трех случаях согласно авторам             Г.А. Голодковской и Ю.Б. Елисеева [4]:

относительно определенного вида воздействия на систему;

устойчивость является изначальным и не зависит от внешнего воздействия;

определяется на компонентной основе т.е. выясняется подверженность отдельных компонентов геологической среды техногенным изменениям.

Также при расчете устойчивости определяют такие показатели как:

степень динамического состояния – отношение зоны воздействия к периоду конкретного воздействия; (Kd)

коэффициент нарушенности ландшафта;

коэффициент пораженности территории с проявлением природных и искусственных процессов;

уровень геохимического загрязнения ландшафта;

социально-экологический риск.

Специфичность этой системы обуславливается естественным развитием ее природной части протекающей со значительно меньшими скоростями чем техногенез. Техногенез характерен не только образованием нового зачастую неприсущего данной местности ландшафту но и образованием пород и вод с совершенно иными свойствами.

Рассмотрим эту проблему применительно к характерным инженерно-геологическим особенностям насыпных техногенных массивов и их оснований. К ним относятся: нарушенность структуры пород в теле насыпи обуславливающая снижение прочности по сравнению с естественным залеганием; фракционирование пород; самовыполаживание откосов. А также существенное изменение прочности пород насыпей во времени – сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается при увлажнении пород насыпи и основания; возникновение в водонасыщенных глинистых пород насыпей и их оснований порового давления способствующего развитию оползней различных типов.

Кроме того такие техногенные массивы как хвостохранилища могут в будущем использоваться как техногенные месторождения а гидроотвалы покровных отложений – как источник рекультивационных потенциально плодородных пород. Следовательно их территории могут учитываться в категории временно нарушенных с соответствующим уменьшением количества критериев геоэкологической опасности.

При проведении районирования также необходимо учитывать степень соответствия получаемого горнопромышленного ландшафта природному (естественному) ландшафту данной географической зоны. Например для гидромеханизированных карьеров Западной Сибири и ряда карьеров строительных материалов Средней полосы России рекультивационные работы можно не проводить или свести к минимуму так как при самозатоплении выработанного пространства возникают водоемы типичные для ландшафта данной местности.

На ранжирование критериев при обосновании выбора направления рекультивации влияют также экономические факторы и социально-демографическая обстановка района расположения горного предприятия. Здесь подразумеваются плотность населения данной местности занятость населения наличие промышленных предприятий демографический состав проживающего населения перспективы развития региона наличие зон и объектов отдыха и многое другое. Например для тех регионов России где имеются крупные города с достаточным количеством образовательных учреждений различного профиля целесообразен комплексный подход к рекультивации территорий попавших в сферу горного производства на основе создания межвузовских учебно-исследовательских центров (МВУИЦ).

Однако реализация вышеизложенных мероприятий возможна лишь на основе разработанной базисной модели горного предприятия определяющей выбор принципиальной схемы рекультивации нарушенных различными видами горных работ территорий. Выбор направления рекультивации и технологии производства восстановительных работ необходимо осуществлять с использованием материалов инженерно - геоэкологического районирования проведение которого производится по разработанным критериям геоэкологической нарушенности земель.

Таким образом происходит снижение землеемкости и обеспечивается экологическая безопасность горного комплекса на всех этапах его существования. Разработанные алгоритм комплексной оценки территории и модель горного предприятия позволят грамотно управлять природно-технической системой и выбрать корректирующие мероприятия для различных регионов с учетом специфики геолого-экологических условий.

Список литературы

Гальперин А.М. Инженерно-геологическое обеспечение промышленной и экологической безопасности открытых горных работ. // ГИАБ 2006 выпуск 8.

Гальперин А.М. Зайцев В.С. Кириченко Ю.В. Инженерно-геологическое и геотехническое обеспечение возведения консервации и рекультивации гидроотвалов и хвостохранилищ (анализ 30-летнего опыта). // Геоэкология 2000 №4.

Гальперин А.М. Фёрстер В. Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана природных ресурсов. Том I. Насыпные и намывные массивы. – М.: Изд. МГГУ 2006.

Голодковская Г.А. Елисеев Ю.Б. Геологическая среда промышленных регионов. – М.: Недра 1989.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта vestnik.msmu