Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Качество окружающей среды территории угледобывающего региона 10
1.1 Понятийные подходы к определению качества окружающей среды 10
1.2 Динамические аспекты качественного состояния окружающей среды угледобывающего региона 13
1.2.1 Показатели качественного состояния атмосферного воздуха угледобывающего региона 13
1.2.2 Показатели качественного состояния поверхностных вод угледобывающего региона 20
1.2.3 Показатели качественного состояния почв угледобывающего региона 30
Глава 2 Основы комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона 50
2.1 Назначение, цели и задачи системы комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона 50
2.2 Уровни, структура организации, виды геоэкологического мониторинга угледобывающего региона 51
2.3 Обоснование перечня контролируемых показателей комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона 55
2.4 Методические подходы к организации наблюдательной сети комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона 60
2.5 Методы дистанционного зондирования и возможности их использования для решения задач мониторинга 67
2.6 Рациональный комплекс методов геоэкологического мониторинга 76
2.7 Предложение по организации информационно-аналитического обеспечения комплексного экологического мониторинга 78
Глава 3 Влияние угледобывающей деятельности на окружающую среду Кузбасса 84
3.1. Влияние угледобывающей деятельности на состояние массива горных пород и их свойства 88
3.2 Влияние горнодобывающей деятельности промышленности на загрязнение атмосферы 91
3.3 Влияние угольного производства на поверхностные и подземные воды 96
3.4 Влияние угледобывающей деятельности на почвенно-земельные ресурсы 102
3.5 Влияние угледобывающей деятельности на растительность и животный мир 107
3.6 Влияние угледобывающей деятельности на здоровье людей 112
Глава 4 Пути и способы снижения негативных воздействий угледобывающей деятельности на окружающую среду 117
4.1 Основные направления снижения отрицательных воздействий угледобывающей деятельности на окружающую среду 117
4.2 Рациональные способы отработки месторождений и защитные мероприятия 118
4.3 Защита водных систем от негативного влияния горного производства и использования шахтных вод 119
4.4 Снижение влияния последствий разработки угольных месторождений на состояние земной поверхности и расположенных на ней сооружений 129
4.5 Снижение техногенного загрязнения атмосферы пылевыми выбросами на угольных предприятиях 136
4.6 Рациональное использование отходов добычи полезных ископаемых 139
4.7 Рекультивация нарушенных земель 144
Глава 5 Организационно - правовые основы охраны окружающей среды и управления природопользованием в Кузбасском угледобывающем регионе и пути их совершенствования 151
5.1 Основы экологического законодательства, нормирования и стандартизации 153
5.1.1 Основы экологического законодательства по регулированию природоохранной и природноресурсной деятельности в угледобывающем регионе 153
5.1.2 Основы экологического нормирования и стандартизации для регулирования природоохранной и природоресурсной деятельности в угледобывающем регионе 154
5.2 Эколого-правовой режим охраны и рациональное использование недр и земель
в угледобывающем регионе 157
5.2.1 Недра и правовой режим их использования 157
5.2.2 Основания для прекращения права пользования недрами 163
5.2.3 Основные права и обязанности пользования недр 163
5.2.4 Основные требования по рациональному использованию и охране недр 165
5.3 Структура регионального регулирования охраны окружающей среды и природопользования в Кемеровской области 166
5.4 Система охраны окружающей среды и управления природопользованием в угледобывающем регионе 168
5.4.1 Основы экологического менеджмента и экологического маркетинга в системе охраны окружающей среды угледобывающего региона 169
5.4.1.1 Совершенствование экологического менеджмента в системе охраны окружающей среды угледобывающего региона 170
5.4.1.2 Методы экологического менеджмента в условиях угледобывающего региона 175
5.4.1.3 Совершенствование экологического маркетинга в системе охраны окружающей среды угледобывающего региона 178
5.4.2 Природные кадастры в информационной системе управления охраной окружающей среды 180
5.4.2.1 Государственный земельный кадастр 180
5.4.2.2 Государственный лесной кадастр 182
5.4.2.3 Государственный водный кадастр 183
5.4.3 Система природоохранных программ в управлении природопользованием в условиях Кемеровской области 184
5.4.4 Экологическая экспертиза в управлении природопользованием в условиях Кемеровской области 186
5.4.5 Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды и природопользования в условиях Кемеровской области 188
5.4.6 Система непрерывного экологического образования и просвещения для решения задач охраны окружающей среды и природопользования в Кемеровской области 190
5.4.7 Географические информационные системы в управлении охраной окружающей среды в угледобывающем регионе 192
Заключение 195
Список используемой литературы 197
- Показатели качественного состояния атмосферного воздуха угледобывающего региона
- Уровни, структура организации, виды геоэкологического мониторинга угледобывающего региона
- Влияние горнодобывающей деятельности промышленности на загрязнение атмосферы
- Защита водных систем от негативного влияния горного производства и использования шахтных вод
Введение к работе
Актуальность темы. В соответствии со стратегией развития топливно-энергетического комплекса России доля угля в общем производстве топливных ресурсов взрастает до 20%. Сегодня в основных угледобывающих регионах помимо закрытия нерентабельных и технологически опасных шахт ведется реконструкция действующего шахтного и карьерного фонда, строительство новых предприятий.
Изъятие природных ресурсов, наращивание объемов по добыче каменного угля, других полезных ископаемых, особенно в 70-х и 80-х годах двадцатого столетия не сопровождалось адекватными мерами по сохранению, восстановлению и охране окружающей природной среды. Даже в последнее десятилетие при переходе предприятий и организаций к новым экономическим отношениям с изменением форм собственности, не снижались, а скорее увеличивались удельные показатели загрязненности атмосферы, водных и земельных ресурсов на единицу выпускаемой продукции. Экономия финансовых и материально-технических средств на природоресурсных и природоохранных мероприятиях в масштабе такого мощного угледобьшающего региона, как Кузбасс, с течением времени может привести к весьма неблагоприятным экологическим и экономическим последствиям.
В горнопромышленном угледобывающем регионе остается нерешенным целый комплекс проблем, затрагивающих вопросы экологической безопасности. Практически никто не несет ответственности за технологическое и экологическое состояние брошенных шахт и карьеров, где продолжаются процессы изменения земной поверхности и окружающей среды в целом.
Вместе с тем, горное производство остается одним из самых экологически опасных производств. Воздействие горных работ на окружающую среду многопланово и комплексно. В первую очередь - это нарушение гидрологического режима, загрязнение водного (гидрохимическое) и воздушного бассейнов продуктами эрозии горных пород, уничтожение почвенного и растительного покрова на значительных территориях, существенно превышающих земельные отводы угольных предприятий. Все это превращает локальную экологическую проблему угледобьшающего или углеперерабатывающего предприятия в региональную геоэкологическую проблему территории. Нередко бывает так, что каждое отдельное предприятие угледобьшающего района укладывается в предписанные экологические нормативы, а в целом территорию по всем факторам можно отнести к зоне экологического кризиса. Это в полной мере относится к Кузбассу.
Поэтому тема диссертационной работы, рассматривающей геоэкологические проблемы угледобывающих регионов и пути их решения на примере Кузбасса, представляется актуальной и своевременной, позволяющей решать современные задачи охраны окружающей среды и рационального природопользования.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды угледобывающего региона - Кузбасса в новых экологических условиях развития угледобывающего региона.
Достижение поставленной цели достигается выполнением следующего комплекса задач:
- рассмотреть и установить основные показатели качества окружающей среды
территории угледобывающего региона;
охарактеризовать социально-экономическую и экологическую обстановку угледобывающего региона;
установить влияние основных факторов воздействия угледобывающей отрасли на окружающую среду;
разработать концепцию комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона;
обосновать основные направления и способы снижения отрицательных воздействий горнодобывающей деятельности на окружающую среду;
провести анализ существующей системы охраны окружающей среды в угледобывающем регионе и определить основные пути совершенствования и управления природопользованием.
Таким образом, в диссертации рассматривается решение конкретной актуальной задачи прикладной геоэкологии, связанной с вопросами обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды в важнейшем угледобывающем регионе страны — Кузбассе.
Методы исследования. Методы исследования, примененные в работе, основаны на анализе и сравнительной оценке динамических процессов состояния окружающей среды в условиях функционирования угледобывающей отрасли. Они базируются на использовании современных технологий: дистанционного зондирования; геодезических измерений смещения горных пород и земной поверхности; режимных наблюдений за изменением уровней, температуры и расходом подземных вод в горных выработках и водозаборах,
а также в поверхностных водоемах; отборе проб воздуха и воды для химического анализа и образцов горных пород для определения их прочностных свойств; геофизических исследований на опорных точках, профилях и площадях сейсмических наблюдений и визуальных геоэкологических обследований площадей шахтных полей и подземного пространства. Обработка полученных материалов производилась с использованием компьютерных программ, математического моделирования и геоинформационных систем.
Исходные материалы диссертации. В основу исходных материалов положены результаты научных исследований по прикладным аспектам изучаемой проблемы, нашедших отражение в научных трудах гидрогеологов (А.З. Зайцев, П.П. Клименко, В.А. Мироненко, Н.И. Плотников и др.), инженеров-геологов (В.И. Овденко, Т.Н. Кашковский, И.С. Комаров, В.А. Николаев, И.В. Попов и др.), горных инженеров (Е.Л. Счастливцев, Л.А. Пучков, Ю.В. Шувалова, А.Н. Еременко, К.Н. Трубецкой, Д.Р. Каплунов, Н.Н. Чаплыгин и др.), экологов (Н.Ф. Реймерс), международных проектах «ЮНЕСКО» и «ЮНЕП» «Геология и окружающая среда». М. 1990 г. и материалах III Всемирного конгресса по экологии в горном деле (1999 г.). В работе также использованы результаты научно-исследовательских и опытно-производственных работ по экологическим проблемам угледобывающих районов (ВНИИГРИуголь, Кемеровский научный центр СО РАН) и производственных организаций (АО УК «Кузнецкуголь», ХК «Кузбассразрезуголь», шахты «Анжерская», «Черниченская», разрез «Бачатский» и др.), материалы Государственных докладов «О состоянии окружающей среды Кемеровской области в 2000-2001 гг.», а также другие источники, в том числе, результаты собственных исследований автора.
Научная новизна. Научная новизна исследований заключается в комплексном решении проблем охраны окружающей среды и рационального природопользования в угледобывающем регионе в условиях новых экономических отношений и возрастающей роли государственной концепции устойчивого развития, в разработке системы геоэкологического мониторинга угледобывающего региона, определении его назначения, цели, задач, уровней и видов исследований; обоснование контролируемых показателей и методики организации режимной сети и рационального комплексирования методов наблюдения.
Практическое значение. Предложения и рекомендации, выдвигаемые автором, могут быть использованы в практической работе администрации региона, руководителей предприятий угольной отрасли, а также федеральными, региональными и местными органами природопользования по совершенствованию системы охраны окружающей среды и повышению экологической безопасности населения угледобывающего региона. Кроме то-
го, результаты исследований могут быть предложены для использования в геоэкологических работах на всех стадиях изучения и освоения угольных районов, а именно: на стадии регионального геологического изучения недр; поисков, оценки и разведки для организации наблюдательной сети геоэкологического мониторинга; на стадии строительства и эксплуатации угольных шахт для регулярного слежения за различными нарушениями окружающей среды; на стадии организации и выполнения природоохранных мероприятий и на стадии ликвидации угледобывающего предприятия для наблюдения, оценки и прогноза возможного изменения окружающей среды.
Отдельные материалы исследований по теме диссертации использованы автором при обучении специалистами угольной отрасли на курсах повышения квалификации.
Личный вклад автора в решение проблем, выдвигаемых в работе, заключается:
в разработке проектов (программ) геоэкологического мониторинга (недра, воздух, вода, почвы) и последующей их реализации на участках угольных разрезов: «Тага-рышский», «Корчаколь», шахты ЗАО «Салек» и др.;
в проведении совместных научных исследований с Сибирским отделением Российской академии наук по оценке воздействий угольных предприятий на территории населенных пунктов, прилегающих к горному отводу угольного разреза «Бачатский»;
в подготовке материалов к Государственным докладам «О состоянии окружающей среды Кемеровской области (2000 - 2002 гг.)»;
в организации и проведении Всероссийского тренинга «Совершенствование системы экологического контроля на угольных предприятиях Российской Федерации (2002,2003 гг.)».
Апробация работы. Основные результаты работы по теме диссертации опубликованы в 12 научных публикациях, пять из которых в соавторстве, а также доложены и обсуждены на ежегодных международных совещаниях «Устойчивое развитие регионов Российской Федерации (1997-2003 гг.)», секция - Прикладная экология; в Московском региональном отделении по экологическому мониторингу окружающей среды РАЕН (2002 и 2003 годы); на VII Межвузовском семинаре-конкурсе студентов, аспирантов и молодых ученых по проблемам экологической безопасности и рациональному природопользованию, проведенного в МИИГАиКе в апреле 2004 года. Работа доложена на заседании президиума Международной академии экологии и природопользования им. B.C. Алтунина в июле 2004 г. и рекомендована для защиты на Ученом Совете Московского государственного университета по землеустройству по специальности «Геоэкология».
Структура и объем работы. Диссертация, объемом 208 страниц, состоит из введения, пяти глав и заключения. Список использованной литературы содержит 166 работ, из них 16 на иностранных языках.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты комплексного анализа влияния угледобывающей деятельности горных предприятий Кузбасса на изменение состояния массива горных пород и их свойств, загрязнение атмосферного воздуха, изменение химического состава подземных и поверхностных вод, нарушений почвенного покрова и угнетения растительности.
Методические основы создания комплексного геоэкологического мониторинга угледобывающего региона. Определение его назначения, цели, задач, уровней, структуры и видов. Обоснование перечня контролируемых показателей и методика создания режимной наблюдательной сети. Предложения по организации информационно-аналитического обеспечения, комплексного геомониторинга, геоэкологического мониторинга угледобывающего региона.
Показатели качественного состояния окружающей среды территории угледобывающего региона. Пути и способы снижения негативных воздействий угледобывающей деятельности на окружающую среду, включающие: рациональные способы отработки и осушения месторождений; методы предупреждения оседаний земной поверхности; рациональное использование отходов добычи полезных ископаемых; защита водных систем от негативного влияния горного производства и использование шахтных вод; рекультивация нарушенных земель и компенсация ущерба окружающей среде.
Пути и способы совершенствование системы управления охраны окружающей среды угледобывающего региона и определение основных направлений природопользования.
Показатели качественного состояния атмосферного воздуха угледобывающего региона
В общем виде качество - это философская категория, выражающая неотделимую от бытия объекта его существенную определенность, благодаря которой он является именно тем, а не иным объектом. Качество отражает устойчивое взаимоотношение составных элементов объекта, которое характеризует его специфику, дающую возможность отличать один объект от других. Категория качество выражает определенную ступень познания человеком объективной реальности.
В экологии качество — критерий познания окружающей среды, посредством которого оценивается эта среда.
На начальном этапе познания объект исследования (окружающая среда) выступает, прежде всего, каким-либо доминирующим свойством или несколькими свойствами, характеризующими его особенности, отличные от других объектов. В этих свойствах находит свое внешнее проявление качество объекта, его внутренняя определенность, которая отображается в ощущениях. Восприятие свойств объекта определяет единое, дающее целостное представление об его качестве. Дальнейший этап познания свойств объекта связан с раскрытием внутренней структуры вещей, что способствует глубокому раскрытию качества вещей, а также установлению количественных различий между ними, так как такое сравнение основывается на обнаружении однородности качества. Познание идет от качества к количеству и далее к мере или показателю оценки состояния объекта -среды. Любой объект представляет собой единство качества и количества.
Понятие качество в специальной экологической литературе рассматривается как «степень соответствия природных условий потребностям людей или других живых организмов» (Н.Ф. Реймерс, Природопользование. Словарь, 1990 г.) или «Степень соответствия среды жизни человека его потребностям, которые характеризуются продолжительностью жизни, мерой здоровья и уровнем заболеваемости людей, стандартизованных для данной группы населения» (Экологический энциклопедический словарь. 1999 год.). Следовательно, качество окружающей среды - это показатели состояния этой среды или показатели экологии этой среды. А так как окружающая среда включает три составных элемента: атмосфера, гидросфера и литосфера, то качество окружающей среды тоже включает показатели качества состояния экологии в каждом из этих элементов среды. Для живого организма, для здоровья человека в равной степени важно сохранение соответствия показателей качества и воды, и атмосферы, и почвы потребностям жизни. Или, что то же самое, но иными словами: качество окружающей среды - это показатели качества состояния экологии атмосферного воздуха, воды и почвы (см. рисунок 1).
Качество окружающей среды человека, как составную часть качества окружающей среды, характеризуют показатели состояния природных условий, условий на рабочем месте и жилищные условия, стандартизованные для определенных групп населения, которые обуславливают продолжительность жизни, состояние здоровья и физиологическую комфортность людей.
Основным количественным показателем качественного состояния окружающей среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) привнесенного вредного вещества. ПДК - экологический норматив количества вредного вещества в окружающей среде (воздухе, воде, почве), при постоянном контакте с которым или при контакте за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.
Основными элементами окружающей природной среды являются воздух, вода и почва. В угледобывающем регионе эти элементы окружающей среды имеют свои характерные черты качества, присущие только этому региону из-за технологических особенностей производства угледобывающих предприятий.
Качество воздуха - степень соответствия его физико-химических и биологических характеристик нормированным показателям, обеспечивающим необходимые условия для безопасной и технологически приемлемой жизнедеятельности. Качество воздуха определяется его газовым составом, наличием в нем различных диспергированных примесей, температурой, влажностью, скоростью движения воздушных масс, наличием и объемом энергетических потоков.
Стандартный состав атмосферного воздуха включает: 78,084 % по объему азота, 20,946 % по объему кислорода, 0,936 % по объему благородных газов, 0,034 % по объему углекислого газа и ничтожное количество других газов.
В результате хозяйственной деятельности человека качество воздуха значительно ухудшается как за счет изменения газового состава, так и за счет привнесения различных загрязнителей. В целом качество воздуха ухудшается за счет роста концентраций углекислого газа, метана, окислов серы и азота, хлорфторуглеродов и др. Значительные изменения качества воздуха наблюдаются в городах и промышленных центрах за счет выбросов автотранспорта и промышленных выбросов. В жилых и производственных помещениях качество воздуха во многом определяется компонентами химических соединений, выделяемых из различных строительных материалов, предметов быта, утечек производственных газов, выделений при приготовлении пищи и образовании бытовых и производственных отходов и т.д.
Качество воды - это степень соответствия показателей качества воды потребностям человека и (или) технологическим требованиям. Они устанавливаются в виде нормативных требований для воды, используемой в разных целях: для питьевого водоснабжения, рекреации, рыбохозяйственных нужд, ирригации, производства различных продуктов, промышленных нужд и т.д.
Качество почвы - это степень соответствия физико-химических и биологических характеристик почвы нормативным показателям, обеспечивающих здоровье населения, а также безопасную жизнедеятельность при ее использовании в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, охотничьем хозяйстве, для рекреационных нужд, проживания, обеспечения производственных технологий и пр.
Уровни, структура организации, виды геоэкологического мониторинга угледобывающего региона
На первом этапе, связанном со стадией регионального геологического изучения недр, поисков, оценки и разведки месторождения, геоэкологические работы должны быть достаточными для организации наблюдательной сети мониторинга геологической среды на площади осваиваемого месторождения с последующей ее передачей угледобывающему предприятию.
На втором этапе (стадия строительства и эксплуатации шахт) мониторинг должен выявлять различные нарушения геологической среды, связанные со строительством и, главным образом, с эксплуатацией угольных шахт и работой сопутствующих предприятий. На третьем этапе (ликвидация угледобывающего предприятия и послеликвидаци-онный период) мониторинг должен включать наблюдение, оценку и прогноз развития различных техногенных изменений в геологической среде, связанных с ликвидацией шахт. По характеру выполнения работ геоэкологический мониторинг угледобывающего региона подразделяется на подземный, наземный и аэрокосмический. Подземный геомониторинг осуществляется в подземном пространстве — шахтах, штольнях и других горных выработках. Он включает комплекс лито- гидро- и газогеохимических исследований геологической среды. Наземный геомониторинг проводится непосредственно на земной поверхности и приземных слоях атмосферы. Он изучает комплекс параметров и показателей атмосферного воздуха, поверхностных вод, почв, горных пород, растительности и среды обитания человека. Аэрокосмический мониторинг представляет собой дистанционное изучение состояния окружающей среды и геотектонической обстановки в регионе с помощью различных видов съемок (фото, тепловой, радиолокационный, многоспектральный, спектрометрический и др.), проводимых с низковысотных самолетов и вертолетов, средневысотных и высотных самолетов, пилотируемых орбитальных станций и космических кораблей, а также искусственных спутников Земли. В зависимости от объектов и направлений исследований в системе комплексного геоэкологического мониторинга с учетом существующего опыта и перспектив его развития должны совершенствоваться следующие его виды (подсистемы): - газовый мониторинг; - геодинамический и сейсмический мониторинг; - мониторинг сдвижения земной поверхности; - мониторинг нарушения земель и их подтопления; - мониторинг поверхностных вод; - мониторинг загрязнения почв; - радиационный мониторинг; - фоновый мониторинг. Более подробно рассмотрим выделенную подсистему геомониторинга. Газовый мониторинг — процесс периодического отслеживания во времени (в течение 1-5 лет) и пространстве (в пределах горного отвода), состояния приповерхностного слоя атмосферы, степени загрязнения воздуха горючими и токсичными газами в зданиях, сооружениях, жилых и подсобных строениях (подвалах, подпольях, погребах) и других (в т.ч. естественных) заглубленных помещениях, начиная с момента закрытия шахты (период интенсивного поступления шахтных газов на поверхность), и до времени затухания газовыделений при восстановлении первоначального естественного уровня грунтовых вод. Основные задачи газового мониторинга: 1) опробование почвенных слоев применительно к газо-геологическим типам выделенных площадей; 2) обследование объектов выхода газов на поверхность и их скопления (устья выработок и скважин, заглубленных строений); 3) создание экологического банка данных (ЭБД) по газоносности; 4) оценка потенциальной опасности газового загрязнения подработанных территорий, прежде всего, застроенных жилыми, подсобными и производственными зданиями; 5) районирование подработанных и примыкающих к ним площадей по степени потенциальной опасности и по очередности и видам исследований; 6) определение технических мероприятий по предотвращению загазованности подвалов и погребов. Гидромониторинг предназначен для изучения динамики параметров подземных (шахтных) вод во времени и на площади горного отвода шахты для разработки прогноза возможных гидроэкологических осложнений и разработки мероприятий по их предотвращению. Задачи гидромониторинга следующие: - наблюдение за изменением (подъемом) уровня шахтных и подземных вод, оп ределение скорости затопления и движения уровня во времени и на площади шахтного поля отметок максимального затопления; - наблюдение за химическим составом подземных и поверхностных вод, содержание токсичных компонентов во времени и на площади шахтного поля; - определение границ участков подтопления территории; - определение пунктов (участков) и объемов поступления на земную поверхность и в гидросеть подземных и шахтных вод, их химического состава и участия в загрязнении рек, балочных водотоков, прудов, колодцев; - получение информации о размерах возможного перетока воды в выработки действующих соседних шахт. Объемы и виды выполняемых работ по гидромониторингу зависят от конкретных геологических и гидрогеологических условий. Сроки гидромониторинга также зависят от конкретных гидрогеологических условий шахтного поля и определяются периодом от начала затопления шахты до момента его завершения. В среднем эти сроки составляют от 2 до 5 лет. Геодинамический мониторинг предназначен для изучения изменений состояния массива горных пород и сейсмичности на полях действующих и закрытых шахт и заключается в наблюдении за результатами геодинамических процессов породного массива, вызванных выемкой больших объемов пород и проявляющихся на поверхности в образовании трещин, провалов, воронкообразных понижений и др. К этому же виду мониторинга относится и наблюдение за наведенной сейсмичностью, иногда наблюдаемой на закрытых шахтах. Регистрация локальных техногенных землетрясений производится с помощью наземных сейсмоприемников в количестве 2-3 единиц на шахтное поле.
Мониторинг сдвижения земной поверхности включает определение проседаний поверхности Земли и зависимости провальных, оползневых, обвальных явлений от ведения подземных горных работ и затопления шахт, контроль за смещениями пород в бортах карьеров и отвалов, выявление опасного проседания в жилом массиве и на территории промышленных предприятий. Для фиксации сдвижений проводятся регулярные геодезические работы (нивелирование, линзуальная и стерефотографическая съемки) по заранее выбранным профилям, площадкам, оборудованным реперами.
Влияние горнодобывающей деятельности промышленности на загрязнение атмосферы
Основными причинами загрязнения атмосферного воздуха при подземной разработке месторождений являются: выдача из подземных выработок рудничного воздуха; миграция на поверхность газов, выделяющихся из массивов полезных ископаемых и пород; газовыделение при горении породной массы в отвалах. При открытой разработке месторождений причинами этого являются: массовые взрывы при отбойке пород и полезных ископаемых; естественные газовыделения из массивов полезных ископаемых и пород; газовыделения при эксплуатации транспортных и технологических машин с двигателями внутреннего сгорания; остаточные газовыделения из породных отвалов; продукты горения от пожаров в карьерах и на отвалах. И в том и в другом случаях загрязнение воздуха дополняется подъемом пыли ветром с отвалов и хвостохранилищ.
При разработке месторождений полезных ископаемых в атмосферу могут поступать различные газообразные продукты, например, метан, окислы углерода, окислы азота, соединения серы и др. Они выделяются из пород и полезных ископаемых или же образуются при взрывных работах и при других производственных процессах. В процессе эксплуатации угольных месторождений в атмосферу поступает большое количество метана, выделяющегося из угленосной толщи.
Уже сегодня концентрация метана в атмосфере растет со скоростью 1-2 % в год, намного превышая концентрацию любого другого парникового газа. Метан в 20-40 раз эффективнее поглощает инфракрасную радиацию, разрушает озоновый слой и вызьшает изменение климата. Среднее время пребывания метана в атмосфере до его распада составляет от 3,5 до 11 лет, и разрушение его происходит в основном в тропосфере. С уверенностью можно утверждать, что удвоение его концентрации в атмосфере может произойти через 30-70 лет, а это приведет к увеличению температуры приземного воздуха на 0,5 градуса с вытекающими отсюда негативными экологическими последствиями.
Изучение шахт Кузнецкого угольного бассейна показало, что в год из недр выделяется следующие объемы шахтного метана: 1955 - 4426; 1960 - 5462; 1965 - 6852; 1970 -9564; 1975 - 1032; 1980- 1484; 1985- 1895 и 1990-20710 куб. м.
Значительное количество газов, частично токсичных, выбрасывается автотранспортом горных предприятий и горящими отвалами пустых пород, являющихся основным источником поставки в окружающую среду побочных продуктов горения. Один горящий отвал средней величины выделяет в год: 620-1280 т S02; 11-30 т N02; 330-500 т СО; 230- 290 т H2S. Загазованность прилегающих к отвалам территорий на расстоянии 2 км может превысить допустимые концентрации в несколько раз.
Кроме СО2 в атмосфере зарегистрирован оксид углерода, который в чистом воздухе не содержится. Среднегодовой объем техногенных выбросов (горящие породные отвалы и т.п.) оценивается в 0,26 млрд. т и приближается к объему природных выбросов (в основном, вулканы, лесные пожары), составляющих 0,27 млрд. т.
Сильными загрязнителями атмосферы на горнодобывающих предприятиях являются выбросы соединений серы - SO2 и H2S. Источниками SO2 и KbS являются здесь горящие породные отвалы угольных шахт и рудников. От этих источников атмосфера загрязняется также соединениями азота — аммиаком, окислами азота и т.п. Источниками об-разования соединений азота являются взрывные работы (взрывание 1 т ВВ дает 40-50 м окислов азота). Из всех породных отвалов угольных шахт в атмосферу Земли ежегодно поступает 175 млн. т СС 2,23 млн. т СО; 2 млн. т SO2,0,9 млн. т H2S, 0,3 млн. т Ж 2.
Вентиляционные установки шахт и рудников, разрезы и карьеры, угольные и рудные скалы, породные отвалы, хвостохранилища являются источниками загрязнения воздуха пылью.
Ежегодно в атмосферу вместе с исходящим из шахт воздухом выбрасывается около 2 млн. т пыли. Вынос пыли из породных отвалов составляет 0,7 млн. т.
Крупными источниками запыления атмосферы являются массовые взрывы ВВ на карьерах. При взрывании 200-300 т ВВ объем пылевого облака достигает 20-25 млн. м3. Общий объем пыли, образующейся при одном массовом взрыве, достигает 300 т.
Очень часто горнодобывающие предприятия объединены с обогатительными и металлургическими, и трудно оценить влияние на атмосферу каждого из них в отдельности.
В атмосферу выбрасываются, в первую очередь, метано-воздушная смесь, продукты окисления и /или неполного сгорания самовозгоревшихся углей, а также попавшего в зону пожара шахтного оборудования и т. д. Выделение шахтных газов на земную поверхность происходит в зависимости от многих факторов: природной газоносности угля и вмещающих пород, газообильности шахты, действующих и потушенных пожаров, объема выработанного пространства, этапа затопления шахты (начало, окончание, полное затопление), скорости подъема воды, сезонных изменений атмосферных условий и ряда др. Так, например, были проведены исследования влияния барометрического давления, депрессии естественной тяги и темпов затопления шахты на интенсивность выделения вредных газов на шахте им. Калинина. Исследования показали, что потенциальными объектами повышенного газовыделения в зимнее время являются участки горного отвода шахты, расположенные в местах с наивысшими высотными отметками, а в летнее время - с наименьшими отметками, что связано с высокой степенью депрессии естественной тяги из-за значительных перепадов высотных отметок на поверхности шахты и высокой проницаемостью горного массива, а определяющим фактором повышенных газовыделений является градиент изменения атмосферного давления, наивысшая степень которого достигается в осенний период.
Если на территории шахтного поля в границах горного отвода имеется подземный пожар или горящий отвал, то загрязнение атмосферы продуктами сгорания и взвешенными веществами может значительно возрасти.
Такие источники весьма существенны с точки зрения загрязнения атмосферы, поскольку являются неорганизованными и постоянно действующими, в том числе и в периоды неблагоприятных для рассеивания примесей метеорологических условий. Анализ ситуации показывает, что горящие отвалы для кузбасских угольных предприятий при их среднем размере выбрасывают в атмосферу не только стандартные для процессов сгорания примеси, но и сероводород, имеющий высокий класс опасности и низкое значение ПДК = 0,008 мг/м . Под горящими отвалами зачастую оказываются площади в 5-10 гектаров. Расчеты максимальных приземных концентраций по стандартной методике показывают, что неорганизованный площадный источник со средними параметрами выброса способен создать повышенное загрязнение атмосферы на значительных расстояниях. В случае возникновения подземных пожаров также происходит сгорание углей в условиях недостатка кислорода, что приводит к образованию значительного количества тех же примесей, выбрасываемых в атмосферу через совокупность низких и неорганизованных точечных источников. Однако, как выбросы, так и загрязнение атмосферы в этом случае заметно ниже, чем для горящих отвалов. Как в том, так и в другом случаях в атмосферу выбрасывается значительное количество водорода, однако ПДК для населенных мест по водороду не установлена и расчетные оценки для этого газа не проводятся.
Защита водных систем от негативного влияния горного производства и использования шахтных вод
Эксплуатация крупных горнодобывающих предприятий нередко приводит к истощению водоносных комплексов и загрязнению подземных вод на больших площадях, прилежащих к карьерным и шахтным полям [19,39,59].
Под истощением водоносных комплексов понимается снижение уровней подземных вод и сокращение их ресурсов, приводящее к прямому экологическому ущербу или к существенному ухудшению условий водоснабжения в прилежащем районе.
Под загрязнением подземных вод понимается ухудшение их качества (физических, химических, биологических свойств), приводящее к прямому экологическому ущербу или к существенному ухудшению условий водоснабжения в районе, в частности, к снижению санитарных показателей вод хозяйственно-питьевого назначения.
Накопленный опыт и анализ публикаций показывают, что проблема охраны подземных вод в горнодобывающих районах имеет свою специфику, обусловленную технологией горного производства. Решение проблемы требует применения таких принципов проектирования систем осушения горных предприятий, когда подземная вода, традиционно воспринимаемая горняками как «враг производства», должна одновременно рассматриваться и как первостепенный экологический фактор, и как важное полезное ископаемое. Проекты горных предприятий должны предусматривать выполнение следующего комплекса основных требований, связанных с предотвращением или ограничением вредного воздействия горных работ и работ горно-обогатительного цикла на подземные воды [53,54,70]: - схемы горных работ, дренажа и водоотлива отвечают требованиям оптимальности, т.е. нормальные условия горных работ обеспечиваются при минимально возможной интенсивности дренажа, в частности, при минимальном вовлечении в дренажный во-дооборот комплексов, используемых для водоснабжения, или глубинных высокоминерализованных вод; - исключается или ограничивается допустимыми пределами поступление в водоносные пласты загрязненных вод из поверхностных источников техногенного характера, а также через горные выработки и скважины, как вновь проектируемые, так и ранее пройденные; - схемы отвода, сброса и утилизации дренажных (шахтных) вод обеспечивают сокращение до минимума бесполезных потерь, извлекаемых подземных вод, с одной стороны, и предотвращение недопустимого загрязнения ими подземных и поверхностных вод, с другой. Это предполагает, в частности, комплексное использование подземных вод или повторный их сброс в водоносные пласты, без ощутимого дополнительного загрязнения последних; - к началу строительства вводится в строй система оперативного контроля за изменениями режима подземных вод под влиянием горного производства. Реализация этих требований должна предусматриваться, в первую очередь, непосредственно при обосновании проектных решений, касающихся горных работ, дренажных работ и работ обогатительного цикла. Соответствующие принципиальные рекомендации излагаются в специальных разделах проекта, причем мероприятия по охране подземных вод рассматриваются здесь как неотделимые элементы более общих проектных решений. В конечном счете, соответствие проекта горного предприятия изложенным требованиям отражает специальный раздел проекта, посвященный вопросам охраны и рационального использования подземных вод, в рамках более широкого раздела, рассматривающего проблему охраны окружающей среды. При обосновании способа и схемы горных работ следует учитывать, что наиболее благоприятными с точки зрения охраны подземных вод от истощения оказываются: - подземный способ отработки по сравнению с открытым; - при подземном способе отработки - схемы горных работ, существенно ограничивающие развитие деформаций сдвижения над горными выработками и требующие, соответственно, минимальной интенсивности дренажа (в первую очередь схемы с искусственной закладкой выработанного пространства в противовес схемам с полным обрушением кровли); - при открытом способе отработки - схемы горных работ, допускающие существенные водопритоки в карьер и требующие, соответственно, минимальной интенсивности дренажа, например, использование средств гидромеханизации, использование схем нарезки уступов, допускающих поступление существенных расходов подземных вод к внутри-карьерным водоотводным сооружениям; - при любом способе отработки — схемы горных работ, требующие минимального водоотбора на стадии предварительного водопонижения. Среди систем защиты горных выработок от водопритоков необходимо особо выделить водонепроницаемые завесы, обеспечивающие, вместе с тем, максимальную охрану подземных вод от истощения [70]. Однако использование завес обычно оказывается экономически оправданным лишь в неглубоко залегающих водоносных комплексах. Одним из главных мероприятий, направленных на предотвращение или ограничение тенденций к истощению водоносных структур, является комплексное использование дренажных вод на базе тесной увязки проектов отработки и дренажа с общей схемой во-дообеспечения горного предприятия и района в целом. Проектом должна быть, по возможности, предусмотрена очистка или утилизация высокоминерализованных дренажных вод. Загрязненные дренажные воды, откачиваемые на поверхность и не подлежащие очистке или утилизации, должны сбрасываться через глубокие скважины в комплексы горных пород. В этой связи, важное значение имеет соблюдение следующего требования: раздельное, по возможности, дренирование загрязненных горизонтов, с одной стороны, и водоносных комплексов, содержащих воду хорошего качества, с другой. При работе систем горного или обогатительного цикла, так или иначе связанных с поверхностным водоотбором, например, с образованием гидроотвалов или хвостохрани-лищ, основным фактором, определяющим опасность загрязнения подземных вод, является, естественно, состав промышленных стоков. Проектные разработки сопровождаются: - относительно детальными количественными прогнозами миграционного процесса, учитывающими возможные механизмы самоочищения подземных вод; - гидрогеологическим обоснованием широкого комплекса профилактических мероприятий, а также мероприятий по водоотводу шахтных вод, их сбросу или комплексному использованию, не исключая, в ряде случаев, возможности использования в хозяйственно-питьевом водоснабжении; — обоснованием комплекса специализированных опытно-эксплуатационных на блюдений за изменениями качества подземных вод, а также дополнительных опытных оп робований водоносных пластов и экранирующих отложений. Важно, что уже при проек тировании должны бьпъ предусмотрены возможности внесения существенных изменений в первоначальные проектные решения, исходя из данных последующих наблюдений, а также проанализированы (по обобщенным технико-экономическим показателям) принци пиальные альтернативные варианты таких изменений. В строительно-эксплуатационный период наблюдаемые результаты реализации запроектированных профилактических мероприятий периодически используются для уточнения первоначальных гидрогеологических прогнозов. К мероприятиям общего характера могут быть отнесены также своего рода водохозяйственные меры, снижающие уровень возможного загрязнения окружающей среды: - очистка сбрасываемых в поверхностные водотоки рудничных вод до норм пре дельно допустимых концентраций (ПДК); — широкое использование рудничных вод после необходимой водоподготовки для технических целей; — предупреждение инфильтрации загрязненных вод путем размещения промп-лощадок и технических водоемов на естественно и искусственно экранируемых (глинистыми слоями пород) территориях. В качестве специальных мероприятий можно указать на применение оптимальных способов осушения месторождений и других методов защиты водных ресурсов.
