3.3.5. Горнодобывающая промышленность

Не более 1 % от общей массы полезных ископаемых рациональ- но используется после переработки и доставки. Сама их добыча Сопровождается огромными сопутствующими массами невостре- бованного вещества. Так, при современном мировом объеме добы- чи 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 от- ходов предприятий по добыче, обогащению и потреблению твер- дого топлива в основных бассейнах составляет 400—600 кг на че- ловека в год.

Угольная промышленность по объему выбросов техногенных компонентов занимает шестое место, и ее доля в общем балансе

техногенного загрязнения не превышает 5 — 10%. Более значи- тельными источниками загрязнений являются предприятия теп- лоэнергетики (25%), черной (17%) и цветной (10%) металлу- ргии.

Предприятия горнодобывающей и перерабатывающей отраслей оказывают наибольшую техногенную нагрузку на окружающую среду. Так, в 2000 г. площадь нарушенных горными работами зе- мель на территории России составила 1282,6 тыс. га, более 10 % из которых приходилось на хранилища твердых отходов; 20 % очагов загрязнения подземных вод связано с проникновением загряз- няющих веществ из накопителей отходов.

Увеличивающиеся масштабы 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 техно- логических процессов, негативным воздействием их на окружаю- щую среду и здоровье человека, а также воздействием самой окру- жающей среды на человека в рамках природно-производственных комплексов (ППК).

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых ведется на шахтах (уголь, вязкие битумы, соль, погребенные рос- сыпи) и рудниках (руды черных и цветных металлов). Основная технологическая схема горнодобывающего производства состоит из следующих инвариантных к виду полезного ископаемого опера- ций:

извлечение горной массы (сопровождается деформацией мас- сива пород, разрушением поверхности, снижением продуктивно- сти почв, снижением устойчивости сооружений и коммуникаций, изменением гидрогазодинамики массива и акваторий, изменени- ем химизма породного массива, изменением силовых полей);

вентиляция подземных выработок (загрязнение атмосферного воздуха пылью и продуктами взрывания);

шахтный водоотлив (загрязнение подземных и поверхностных вод);

перемещение добытого вещества;

складирование добытого вещества (сопровождается отторжени- ем земель, механическим, химическим, радиационным загрязне- ниями среды, изменением ее аэродинамики);

потребление продукции и образование твердых, жидких и газо- образных отходов (сопровождается загрязнением акваторий, со- кращением водных запасов, снижением плодородия почв, затоп- лением, заводнением и деформированием поверхности, газо- динамическим, акустическим и радиационным загрязнением);

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

Выделяют следующие основные типы нарушений — геомеха- ческие, гидромеханические, аэродинамические, биоморфоло- гические; главные разновидности загрязнений — литосферные, гид- росферные, атмосферные, биоценотические.

Основные формы геомеханических нарушений: деформации, про- валы, выемки, насыпи; гидродинамических нарушений: зарегулиро- вание, затопление, истощение, заводнение, подпор и др.; аэроди- намических нарушений: разрежение, возмущение, инверсия; био- морфологических нарушений: повреждение, уничтожение, распуги- вание.

Среди литосферных загрязнений выделяют: засорение, запыле- ние, замазучивание, закисление, заиливание и др.; гидросферных загрязнений: основные формы сапробных загрязнений¹ — эвтро- фия и гипертрофия; голобных² — засоление химическими веще- ствами (твердыми, жидкими и газообразными), закисление, ми- нерализация, замутнение и загазованность; атмосферных загрязне- ний: загазованность, заражение, запыление, задымленность и др.; биоценотических загрязнений: зарастание, некроз и др.

Подземные горные работы оказывают большое влияние на гидро- геологию прилегающих территорий. При извлечении больших объе- мов полезных ископаемых, особенно с использованием систем разработки с обрушением налегающих пород, в зону сдвижения вовлекаются водоносные горизонты, часто на значительных пло- щадях.

Огромные массы вод, откачивающихся из рудников, оказыва- ют 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 сопутству- |ют растворимые соли, главным образом сульфаты железа, меди, цинка, марганца, никеля и др. По хлористым и сернистым соеди- нениям, а также содержанию Са, Мg, Nа, К рудничные воды превосходят техническую воду в 5 — 15 раз, что исключает возмож- ность их использования без предварительной очистки и нейтрали- зации даже в технологических целях. Особую опасность представ- ляют тяжелые металлы.

Системы экологической безопасности на горных предприятиях ориентированы на постоянный мониторинг геомеханического со- стояния породного массива, транспортных путей, вентиляцион-

¹Загрязнение отмершим органическим веществом. ² Загрязнение минеральными веществами.

ных и водоотливных средств, а также сопряженных с ними очист- ных сооружений.

Самостоятельную задачу составляет также непрерывный ана- лиз загазованности и запыленности горных выработок для пред- упреждения взрывоопасных ситуаций.

Защита водотоков предусматривает:

организованный сток ливневых и технических вод путем устрой- ства 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 дру- гих простейших гидротехнических сооружений при размещении отвалов и карьеров на склонах;

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

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

создание экрана из капилляропрерывающих или нейтрализую- щих материалов (песок, камень, гравий, пленка и т.п.) при нали- чии 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 рекультивационны и слой отвалов должен создаваться из пород. пригодных для биологической рекультивации.

При подземном способе разработки необходимо:

перед отсыпкой шахтных отвалов с отведенных под них участ- ков 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 поверх- ности прогибов, заполнение провалов горной породой с последу- ющим нанесением плодородного слоя почвы, проведение меро- приятий по предотвращению неблагоприятных процессов (иссу- шения, заболачивания, эрозии);

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

Снизигь отрицательное влияние хвостохранилиш 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 хвостохрани- лищ, позволяющего исключить расширение занимаемых ими пло- щадей.

Основными техническими направлениями реализации требо- ваний по охране гидроресурсов могут быть: выбор оптимальных методов и степени очистки сбрасываемых шахтных вод в зависи- мости от местных условий, с учетом возможного использования очищенных вод; применение специальных мер по изоляции гор- ных 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 вклю- чает определение: мощности зоны аэрации;

параметров влагоемкости пород и сезонной динамики влагона- сыщенных отложений;

механического состава и пористости пород; генезиса и стратификации отложений.

При этом экологическую значимость имеют свойства подстила- ющих грунтов, которыми характеризуется механизм массообмена между почвенными отложениями и горизонтом пород с напор- ным движением подземной влаги. Анализу подлежит отсутствие или наличие гидравлических связей, сезонная смена режимов увлажнения с агмосферно-промывочного на капиллярное подпи- тывание подземными растворами, транзитный перенос с делюви- альными процессами и т.д.

Недопотребление при добыче и переработке полезных ископае- мых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммунальны- ми, производственными и техническими нуждами, а также с по- жаротушением. Для этого используют системы водоснабжения, в состав которых входят водозаборные сооружения, насосные станции, станции очистки и подготовки воды, магистральные или развходящие трубопроводы или каналы, резервуары и водонапорные башни, а также вспомогательные сооружения: лаборатории, склады и др.

В соответствии с видами водопотребления системы водоснаб- жения разделяются на хозяйственно-питьевые, технические (про- изводственные) 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 в

технологических или других процессах однократно, после чего

передается на очистку и сброс. В оборотных системах предусмат- ривается многократное использование воды без сброса ее в при- родные вода объекты, но каждый цикл использования должен предусматривать при необходимости очистку (кондиционирова- ние). Для компенсации безвозвратных потерь производится по- стоянная или периодическая подпитка систем оборотного водо- снабжения. Повторно-последовательное использование воды пре- дусматривает несколько технологических процессов, а затем ее очистку и сброс.

Основные направления совершенствования недопотребления горнодобывающих предприятий — сокращение потребления воды питьевого качества из рек, озер и городского водопровода, а так- же расширение использования шахтных и карьерных вод для хо- зяйственно-бытовых и технических нужд. Для этого проводится детальный анализ работы горного предприятия и разрабатывается ситуационный план (графический документ) расположения вод- ных объектов, инженерных сооружений и устройств по использо- ванию и охране водных ресурсов, на котором показано располо- жение на местности всех водных объектов, линий водопотребле- ния и водоотведения, водозаборов и других сооружений (рис. 3.2). Один из наиболее важных графических документов, по которо- му можно судить об эффективности использования водных ресур- сов на предприятии, — схема водопотребления и водоотведения. Важнейший вид этих мероприятий — создание специализирован- ной сети наблюдательных скважин на крупных горнопромышлен- ных объектах для контроля за состоянием подземных вод. Специа- лизированные защитные меры включают:

ликвидацию области загрязнения подземных вод путем их от- качки до практически полного стягивания контура загрязнения;

локализацию области загрязнения (путем откачки загрязнен- ных вод до стабилизации контура загрязнения и недопущения даль- нейшего распространения заг- рязняющих веществ по водонос- ному горизонту);

создание гидравлических во- доразделов (завес) между обла- стью загрязненных вод и эксп- луатируемыми чистыми подзем- ными водами;

создание гидравлического водораздела по вертикали путем од- новременного отбора чистых и загрязненных вод ярусной систе- мой скважин;

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

Рассмотрим, как решаются затронутые проблемы на железо- рудных карьерах.

Лебединский горно-обогатительный комбинат — крупнейший водопотребитель в регионе. Расход технической и технологической воды на производственные нужды только за один год составил 676,4 млн м³, в том числе оборотной воды — 668,3 млн м³ или 98,8 %. Из Старооскольского водохранилища было взято всего лишь 2,2 млн м³ свежей воды. При осушении Лебединского месторождения ежегодно откачивается около 60 млн м³ воды, которая используется в технологических процессах Лебединского комбината и на нужды расположенного рядом комбината «КМАруда». Техни- ческая и технологическая оборотная вода употребляется при про- изводстве окатышей, концентратов и разработке рыхлой вскрыши в карьере способом гидромеханизации. Речная вода расходуется практически только на компенсацию испарения и фильтрацион- ных потерь в хвостохранилище.