Загрязнение и нарушение литосферы

Для горнодобывающей промышленности характерны образование и скла­дирование значительного объема минеральных отходов. Например, вовле­чение в переработку апатитовых руд с содержанием Р2О5 около 4 % по суще­ствующей технологии предполагает сброс в хвосты более 96 % добытой руд-< ной массы. В связи с этим растут объемы хвостохранилищ, их высота и занимаемые площади. Так, мощность массивов отходов рудообогащения за­частую достигает десятков метров. И если расширение площадей хвостохра­нилищ приводит к нарушению растительного и почвенного покрова в рам­ках отведенных границ, то увеличение их высоты создает благоприятные ситуации для пылеобразования и загрязнения биосферы на значительных расстояниях, достигающих десятков и сотен километров.

В настоящее время в Российской Федерации эксплуатируется более 300 крупных хвосто- и шламохранилищ емкостью от 500 до 600 тыс. м³, кото­рые представляют реальную и потенциальную угрозу для биосферы. Так, произошедший в 1992 г. на хвостохранилище Магнитогорского металлурги­ческого комбината прорыв дамбы привел к выбросу 2 млн м³ жидкого шла­ма. В отвалах только предприятий цветной металлургии России накоплено свыше 6 млрд т крупнотоннажных отходов, в том числе около 5 млрд т вскрышных и вмещающих пород, ~ 1 млрд т хвостов обогащения, свыше 300 млн т шлаков металлургического и более 150 млн т шламов глинозем­ного производства. Ежегодное поступление в отвалы твердых минеральных отходов превышает 300 млн т.

В урановой промышленности основная масса радиоактивных отходов горнопромышленного комплекса — это отвалы пустых пород, склады заба­лансовых руд и хвостохранилища ГМЗ. Удельная активность хвостов гидромеТаллургических заводов низкая — а-излучение составляет (11, 1-18, б^О³ Бк/кг. В процессе переработки руд распадаются короткоживушие естествен­ные радионуклиды (такие, как протоактиний-234, торий-234 и др.), поэтому в хвостах ГМЗ остается около 70 % первоначальной рудной, естественной активности. В хвостохранилищах накапливаются огромные массы Тп-230 с периодом полураспада 810⁴ лет, ²²⁶Ra с периодом полураспада 0, 16-10⁴ лет, остаточного урана и его долгоживущих изотопов с периодом полураспада в сотни миллионов лет, следовательно, радиоактивность хвостов ГМЗ будет сохраняться огромный период времени.

Радиоактивность хвостов в основном создается присутствием²²⁶Яа, боль­шая часть которого остается в твердых радиоактивных отходах, так как со­держание радия в растворах не превышает 1% при концентрации от 9, 2 до 185 Бк/л. Наибольшее содержание и удельный вес радиоактивности наблю­даются в шламовой части хвостов: чем мельче рудный материал, тем выше удельный вес активности ²²⁶Ra (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Зависимость активности хвостов ГМЗ от их фракционного состава

В России среди предприятий цветной металлургии наибольшее количе­ство минеральных отходов образуется на Норильском горнометаллургичес­ком комбинате, где ежегодно складируется около 4, 7 млн т отвальных ме­таллургических шлаков, а в хвостохранилище уже накоплено 350 млн т пес­ков. Отходы производства хибинских апатитовых рудников, карьеров и обо­гатительных фабрик, достигающих сотни миллионов тонн, приводят к рез­кому нарушению природного равновесия (возникновение техногенных зем­летрясений, выход на поверхность захороненных сточных вод,, песчаные вихри, сход каменных лавин и селей, резкое изменение рН грунтовых вод и их локальное загрязнение фтором, фосфором, серой и углекислотой). Об­щие отходы углеобогатительных фабрик только в 1988 г. составили 114 тыс.т.

В СНГ из общей площади земельного отвода под горные предприятия в среднем 20 % занимают карьерные отвалы, 13 % хвостохранилища обогатительных фабрик, 5 % занято отвалами и отходами шахт, 3 % превращено в непригодные земли вследствие оседания и провалов земной поверхности.

В настоящее время разработка месторождений полезных ископаемых сопровождается значительным увеличением не только объемов извлекае­мых пород, но и глубины горных работ. Глубина отдельных рудников в Южной Африке уже достигла отметок 3950 м, в Индии — 3800 м. Глубина добычи угля в Европе доходит до 1300 м. Глубина откачек газа, нефти и воды составляет 8-10 км. Глубина некоторых шахт в ряде горнодобываю­щих районов СНГ уже превышает 1, 2 км. Так, глубина рабочих горизонтов на рудниках Норильска и шахтах Центрального Донбасса превышает 1000 м. В будущем, возможно, более 150 рудников (с общей годовой добычей около 100 млн т) станут разрабатывать месторождения на глубинах от 500 до 1200-1300 м. Уже сейчас в России при разработке месторождений полез­ных ископаемых свыше 30 карьеров имеют глубину более 150 м. Глубина многих железорудных карьеров составляет 300 м, глубина карьера (трубки) «Мир» — 480 м, карьера «Центральный» ПО «Ураласбест» — 620 м, проект­ная глубина карьеров цветных металлов и асбеста (Киембаевский и Джеты-гаринский) — 400-600 м, угольных разрезов в Кузбассе и Экибастузе — 300-600 м. В ближайшей перспективе около 70 % угольных и рудных карьеров будут иметь глубину от 150 до 500-700 м.

Особенно тяжелая экологическая нагрузка ложится на территории неф­тегазовых месторождений. Только на территории Ханты-Мансийского авто­номного округа Тюменской области, с уникальным природным потенциа­лом, сосредоточено 500 нефтегазовых месторождений. Особенно в плохом состоянии находятся внутрипромысловые нефтесборные трубопроводы и водоводы, по которым транспортируется наиболее агрессивная продукция — добываемая водонефтегазовая смесь и утилизируемая закачкой в пласты для поддержания пластового давления высокоминерализированная пластовая вода с содержанием солей до 40 г/л. Не намного лучше с состоянием напорных межпромысловых нефтепроводов, по которым перекачивается частично обез­воженная нефть.

Только в одном Нижневартовском районе построено 20619, 09 км внут-рИпромысловых магистральных нефтегазопроводов. Прогрессирующий из­нос, устаревшие технологии обслуживания, диагностики и защиты трубо­проводов уже привели к высокой аварийности. Так, в 1999 г. протяженность трубопроводов, требующих немедленной замены, составила 1977, 01 км. В результате только за 1999 г. на нефтепроводах и водоводах района зарегист­рировано 743 аварии, сопровождавшихся разливом нефти. В 98, 7 % случаев причиной аварии явилась коррозия, преимущественно внутренней поверхности труб. В результате аварий за годы эксплуатации месторождений не­фти Нижневартовского района, несмотря на проведение рекультивационных работ, накоплено 3 136 га залитых нефтью земель. Из них только на Самот-лорском месторождении 1 437 га.

При вскрытии месторождений углеводородов скважинами и под влия­нием отбора нефти и газа из подземных резервуаров характер взаимодей­ствия залежей с другими компонентами геологической среды резко наруша­ется и сопровождается совокупностью процессов, оказывающих негативное воздействие на сами залежи нефти и газа, другие компоненты геологичес­кой среды и природные ландшафты. Радиус такого воздействия может быть значительным. Применяемые технологии добычи, транспортировки, пере­работки нефти и газа оказывают мощное воздействие на окружающую сре­ду. Это проявляется как на самих месторождениях, так и в районе пунктов сбора нефти и газа, по трассам трубопроводов, на территории предприятий переработки нефти, использования нефтепродуктов, при создании и эксплу­атации подземных хранилищ газа и т.д. Особенно уязвима окружающая среда в северных регионах России, где в условиях тундры и лесотундры природ­ное восстановление нарушенных земель может продолжаться многие деся­тилетия.

В результате добычи полезных ископаемых в земной коре происходят значительные изменения физических полей, глубинных геологических про­цессов, а природные ландшафты трансформируются в горнопромышленные ландшафты. Так, следствием влияния отработки месторождений полезных ископаемых на литосферу является образование в недрах пустот (горных выработок), проседающих земель, загрязненных участков поверхности, раз­рушенных почв, возникновение техногенных землетрясений, горных уда­ров и т.д. Например, только в районе Курской магнитной аномалии (КМА) горными работами нарушено свыше 30 тыс. га площадей, а около каждого карьера (в радиусе 30-35 км) создались депрессионные воронки подземных вод с площадью осушения около 100 тыс. га.

Разработка месторождений полезных ископаемых сопровождается изъ­ятием значительных территорий. Только для получения стройматериалов в странах бывшего СССР ежегодно изымалось около 1200 га земельных уго­дий.

В мире в результате горнотехнической деятельности уже нарушено бо­лее 15-20 млн га земель, из них 59 % площади использовано под различные горные выработки, 38 — под отвалы пустой породы или отходы обогаще­ния, 3 % представляют собой места оседания, провалов и других нарушений поверхности, связанных с подземными разработками.

Помимо использования земель существует целый ряд отрицательных воздействий горной промышленности:

• сдвижение массива горных пород на подрабатываемых территориях;

• оседание поверхности;

• снос породы с отвалов;

» рассеяние загрязняющих веществ, оказывающих комплексное нега­тивное влияние на состояние земельных ресурсов.

В результате добыча и переработка полезных ископаемых на горных предприятиях сопровождаются существенными нарушениями естественных ландшафтных комплексов (в первую очередь почвенного покрова). Еже­годно горными работами нарушается около 150 тыс. га земель, из них на сельские угодья приходится около 40 %. Например, добыча 1 млн т желез­ной руды приводит к нарушению от 14 до 640 га земли, угля — от 2, 6 до 43 га, руд для производства минеральных удобрений — от 22 до 97 га, 1 млн м³ строительных материалов— от 1, 5 до 583 га. Только в угольной отрасли России нарушено уже 106, 4 тыс. га земли (из них 2, 16 тыс. га в 1996 г.). Наибольшие изменения земной поверхности и загрязнение окружающей среды происходят при открытом способе разработки полезных ископаемых (на долю которого приходится свыше 75 % объемов горного производства).

Всего за период 1976-1990 гг. площадь земель России, нарушенных при добыче полезных ископаемых, прокладке магистральных трубопроводов, проведении геологоразведочных и других работ, составила 1, 57 млн га (в среднем 100 тыс. га за год). Из этого количества на добычу угля приходится около 13 %, руд цветных металлов — 21, руд черных металлов — 4, сырья для стройматериалов — 6, 5, торфа — 40 %. Нарушения земель зависят прежде всего от параметров месторождения и способа разработки (открытый, под­земный или геотехнологический), структуры месторождений и их характе­ристик, типа полезных ископаемых и системы транспортировки.

Для открытого способа разработки характерны образование карьерных выемок; занятие земель под внешние отвалы; оползневые смещения грун­тов; оседание или уплотнение грунтов вокруг карьеров в результате осуше­ния окружающего породного массива; суффозионные воронки, ослабляю­щие борта карьеров и устойчивость отвалов; эрозия почв на прилегающих территориях.

Для подземного способа разработки — оседания массивов горных пород при отработке пластовых и пластообразных горизонтальных или пологоза-легающих месторождений; провалы (промышленный карст) при разработке наклонных и крутопадающих месторождений, а также горизонтальных и пологопадающих месторождений большой мощности; оползневые смеще-

ния грунтов, вызываемые сдвижением или обрушением масси* выработанными пространствами; занятие отвалами земли; зат> ■ ■ -•■ товыми водами осевших земель; уплотнение грунтов и эрози-

Для геотехнологического способа разработки — проседаю! верхности при гидродобыче через скважины без последующей работанных полостей или с ее отставанием; загрязнение и tj> недр; разрушение почвенного слоя вокруг эксплуатационных с i ■ бопроводов; занятие земель отстойными прудами (бассейнам)! дорогами.

Для всех способов обогащения — занятие земель хвостох]> > отстойниками.

Оценить объемы нефти, попадающей в природные объ< авариях, также крайне сложно, но можно предполагать, что * довых происшествий эта величина составляет около 10 тыс. т ■ ■ ным российского отделения «Гринпис» (апрель 1995 г.) потери тепродуктов в России за счет аварийных ситуаций и несоблю^ гической дисциплины достигают 25 млн т ежегодно.

При авариях, особенно на магистральных нефтепроводах бросы могут составлять сотни и тысячи тонн углеводородов, i < рия в НГДУ «Мамонтовнефть» в 1996 г., когда суммарный в) ■ •. 3 344 т. Замазучивание земель и загрязнение воды углеводор! тяжелая нагрузка, которую наносит нефтегазовая промышлеи'-

И еще две экологические проблемы не решаются в Сиби | ■ кие предприятия оставляют после бурения незаглушенные ■ ■ факелах день и ночь горит попутный нефтяной газ. Из 3 58 тенных Госгортехнадзором России, многие находятся под д •■ них фонтанирует, затапливая местность, вода, в ряде случае > -ниями нефти и газа. Консервация скважин практически не вед< > шой стоимости работ (до 700 млн руб. на одну скважину). 11 положение с утилизацией попутного нефтяного газа. Уровен i вания на старых месторождениях не превышает 85%, а на м нем — около 30%. В факелах сжигается около 10 млрд ^м3 < ■ •- ■ только расточительство. Природные объекты загрязняются и ми типа циклических полиароматических соединений и диок • > < мя средства, промысловики продолжают обустройство месим временным схемам — без пунктов сбора, подготовки и транс i к i го газа.

При отработке месторождений нефти и газа на земной гний i■ сируются следующие ландшафтные нарушения:

• образование на устьях скважин, кратеров, заполненных минерализо­ванной водой;

• уничтожение растительности;

• появление промоин на склонах;

• покрытие прилегающих территорий коркой песчано-глинистой смеси. Серьезную экологическую проблему создают нефтедобывающие произ­водства, где образуются скопления твердых и жидких отходов (часто ток­сичных). Их суммарный объем только в Оренбургской области достиг 83 млн т (по данным 1996 г.). При этом происходит засорение и недр: толь­ко нефтяники Башкирии оставляют в земных недрах более 2 тыс.т металла в год (преимущественно в виде неизвлекаемых обсадных труб скважин). Значительное поступление загрязняющих веществ в литосферу происходит в зонах коммуникаций и транспортных узлов (90 т пыли на 1 км железнодо­рожного полотна в год). При эксплуатации нефтепроводов наибольший ущерб окружающей среде наносят аварийные утечки нефти и газа.

Наиболее уязвима для открытых и подземных работ та часть биосферы, которая представляет собой синтез атмо-, гидро- и литосферы почвы. Со­став почв в районах горных работ изменяется как при прямом физическом воздействии (их разрушении), так и вследствие дезинтеграции минералов воздушными и водными потоками, нередко комбинированно дополняющи­ми друг друга, а также в результате их химического преобразования.

Суммарный эколого-геохимический показатель экологичное™ извлека­емых на дневную поверхность минералов рассчитывается по формуле

где У—показатель устойчивости минерала, учитывающий химические, био­химические, механические и гидроаэродинамические характеристики и име­ющий три градации (10, 5, 1).

Среди минералов самый высокий эколого-геохимический показатель у самородной ртути — 1-Ю⁸, затем киновари — 5-10⁶, теллуридов и селени-дов — п-10⁶, галхаита — 7-Ю⁵, галенита и арсенопирита — 5-10⁵, акташаи-та — 3-10⁴, молибденита — 2-Ю⁴; среди минералов группы оксидов и солей кислородных кислот наиболее неблагоприятны для биосферы хризоберилл — 5-10⁶, бертрандит — 5-Ю⁶, уранит — 8-Ю⁴, торианит — 5-10⁴, торит — 4-Ю⁴, берилл — 4 10⁴, целестин, барит, стронцианит, витерит и флюорит — 3• 10⁴, шеелит, лопарит и эвдиалит — 2-10⁴, пирохлор — 1 • 10⁴ и т.д. (для кальцита Э_м = 1-5).

Выбросами в атмо-, гидро- и биосферу горные предприятия оказывают прямое влияние на почвы прилегающих районов площадью до сотен квад­ратных километров и косвенное — на примыкающую поверхность планеты. На почвы также оказывают воздействие и мобильные частицы геоматериа­лов, развиваемые движением рудничного автотранспорта, вследствие пыле-ния отвалов, выветривания поверхности выработок и сброса шахтных вод. Так, только в черте г. Кривой Рог (Украина), где накоплено более 3 млрд т пород в отвалах и 2 млрд т хвостов обогащения, в воздух выбрасывается свыше 1, 2 млн т веществ, а из подземных пустот откачивают около 40 млн м³ высокоминерализованных вод в течение года. Все это в итоге попадает в почвы и воды. Примерно такое же положение характерно и для Норильска, Магнитогорска, Усть-Каменогорска и других городов, связанных с горной промышленностью.

Наиболее нарушенной техногенной деятельностью на комбинате «Но­рильский никель» (в состав которого входят 3 плавильных завода, 2 обога­тительные фабрики, карьер вблизи ручья Медвежий и рудники Заполярный, Маяк, Комсомольский, Октябрьский, Таймырский и Глубокий) оказалась прилегающая площадь в 7 млн га (2/3 в тундре и 1/3 в лесотундре). Интен­сивность загрязнения почв вблизи обогатительных фабрик обычно очень высока. Так, в районах размещения полиметаллических обогатительных фабрик превышение фоновых содержаний достигает двух десятков для свинца и порядка для кадмия. В табл. 5.2 приведены данные анализов образцов почв и растений, отобранных между Норильском и Талнахом в северо-вос­точном направлении от Медного завода.

Накопление загрязняющих веществ влияет на исходные свойства почвы, изменяет в ней общую численность и видовую принадлежность микроорга­низмов, что сопровождается изменением способности почв к самоочище­нию. Характер почвы меняется и в результате техногенного изменения фак­торов почвообразования (рельефа местности и микроклимата).

При рассмотрении влияния горнопромышленного комплекса на лито­сферу необходимо учитывать климатические и температурные особенности региона. Например, зачастую катастрофический характер принимают про­цессы, происходящие в криолитозоне, занимающей значительную (до 40 %) территорию нашей страны. В данных областях наличие и характер распрос­транения мерзлых пород, а также их соотношение с талыми массивами оп­ределяют весь комплекс изменений, возникающих под влиянием техногене-за. В результате теплового воздействия в этих зонах идет интенсивная дег­радация мерзлых толщ. Так, в г. Воркуте за период существования города мерзлая толща потеряла 25 % своих первоначальных запасов холода. В ито-

Таблица 5.2

Содержание меди, никеля и кобальта в почвах и растениях, отобранных между Медным заводом в Норильске и южной окраиной

Талнаха (%, масс.)

Примечание: ■ -----нет сведений; Н — не произрастает.

ге в некоторых городских кварталах и промплощадках шахт верхняя часть многолетнемерзлых пород опустилась, что вызвало деформацию и выход из строя более 60 % всех построенных до 1977 г. зданий и сооружений.

Отдельной серьезной проблемой, возникающей при функционировании горнодобывающего комплекса, являются техногенные землетрясения и гор­ные удары. В настоящее время уже установлено существование четкой связи между масштабами горных работ (заскладированным на поверхности объ­емом пород добычи и переработки) и проявлениями горного давления в дина­мичной форме. Количество горных ударов, зафиксированных с 1970 г. на гор­ных предприятиях, составляет более 400. Только за период 1978-1990 гг. на рудниках ПО «Апатит» произошло свыше 20 горных ударов (из них 16 — на Кировском руднике). Сила удара, который классифицирован специалистами как техногенное землетрясение, зафиксированного на Кировском руднике 16 ап­реля 1989 г., достигала 5, 5-6 баллов. Это землетрясение, записанное всеми сейсмическими станциями Скандинавских стран и европейской части СНГ, вызвало нарушения целостности зданий в г. Кировске и пос. Кукисвумчорр. На самом руднике во всех выработках, пересекаемых тектоническим наруше­нием, произошли выбросы породы, разрушение крепи, деформация рельсо­вых путей и кран-балки, деформирование и смещение проводников, а также направляющих главного ствола и лифтового восстающего. Были разрушены бетонные фундаменты тяжелого горного оборудования.

Другим примером может служить горно-тектонический удар, произошед­ший 5 января 1995 г. на Верхнекамском калийном месторождении, руднике № 2 АО «Сильвинит», спровоцированный землетрясением с эпицентром вблизи с. Чашкино Пермской области. Из-за тектонических воздействий, возникших в отработанных зонах шахтного поля, произошло разрушение междукамер-иых целиков и оседание земной поверхности на глубину 4, 8 м, а также массо­вое обрушение более 3 млн м³ горных пород на площади 600-500 м.

Сильные геодинамические события (которые можно отнести к техноген­ным землетрясениям) обусловленные освоением недр, в последние годы так­же отмечены в Германии (на калийном месторождении Верра), Словакии (Ос-траво-Карвинском угольном бассейне), других районах России (северо- и южно­уральских бокситовых рудниках, на железорудном Таштагольском месторож­дении в Горной Шории и др.). Известны также случаи мощных подвижек в верхней части земной коры, спровоцированные интенсивной эксплуатацией нефтяных и газовых месторождений. Это объясняется тем, что извлечение больших объемов нефти и газа (соответственно около 8, 12 млн т и 30-50 млрд м³ в год) оказывают воздействие на пластовые гидрогеодинамичес-кие условия. Так, на Оренбургском НГКМ за 25-летний срок эксплуатации было добыто около 850 млрд м³ газа, и пластовое давление в продуктивной толще снизилось с 20, 3 до 10 Мпа на площади около 2 000 км².

Беспрецедентный масштаб извлекаемых минеральных ресурсов ведет к их быстрому истощению, накоплению на поверхности Земли, в атмосфере и гидросфере большого числа отходов, постепенной деградации природных ландшафтов, сокращению биологического разнообразия, снижению природ­ного потенциала территорий и их жизнеобеспечивающих функций. Таким образом, в современных условиях все технологии добычи и переработки яв­ляются в той или иной степени разрушающими литосферу и сопровождают­ся изменениями земель, гидрогеологических условий региона и его ланд­шафта, перемещением пород по вертикали и горизонтали, выносом на днев­ную поверхность растворенных в воде минералов и т.д.

■ 1-3. Загрязнение и нарушение гидросферы _Зе, Горная промышленность оказывает влияние на поверхно _ _{дничные (} Иь_{1е воды>} зачастую трансформируя последние в ^шаХТН" ^е„_{чиваемые} на tio^^TRbIe) - ^это Дренируемые горными выработками и о _{иновые)}

_ЙГ1 ^еР*ность подземные (грунтовые, поровые, пластовые и ^_{ические с0}.

^: > содержащие растворенные металлы, органические и

^Ййен_ИЯ) а также минеральные взвеси. изменяя ре-

^ ¹ орные выработки оказывают дренирующее воздеис. _создани-_е^^м а состав подземных вод. Шахтная отработка сопровождав ^^^^

Полостей очистного пространства, которое, как правило, _{ансл: в0}

_м ^еР^тНыми вмещающими породами. Обрушенные в очистное р ^^ ^^ ^^СсЫ пород обладают резервами уплотнения, Р^{еализуюЩ}д^Г°ц_евн0Й поверх-

, ^ИЯ пород вышележащих слоев вплоть до проседайu ^ ^^

то ~ '^{Это с}УЩ^{ественН0} ухудшает инженерно-геологичесь j -£ _{0ДЬК0 B} том

_с ^Рйй, влияет на режим и поверхностных и подземных вод. _{ные вь1}.

Учае, _когда водоприток из окружающего породного масс „„„„п-авля

Рак ^когД^а водоприток из окружающего породного мл представля-

°тки незначителен или вовсе отсутствует, рудничные в бурения

_с ^с°бой жидкие технологические отходы горного произвол^ _{чд ит д}).

Помывкой, орошения, гидрозакладки, гидросмыва рудно ^ деформа-

_й Подземный способ разработки месторождений, вызыва ^ _{над QT0}_

^массивов горных пород и развитие крупной ^тре™™°^ _всех водонос-^«Ным пространством, может также приводить к осуш _{ных в}ырабо-

^t5c горизонтов от поверхности до глубины заложения др °^к а устройств. _мЫх сопровождают-

Горные разработки и обогащение полезных ископае хвостохрани-

^^я сооружением прудоотстойников, водохранилищ, ^ШЛТ°_льтрац_Ии загряз-^Й1Ц, гидроотвалов, которые часто являются очагами инфи _оеднии руд-^е11Ньк вод в массивы горных пород и водоносные горизонт • ^ степенью Г¹* сбрасывает на рельеф около 1 000 м³/ч сточных вод с вы ^ ^^ _стране ^Черализации. При разработке пластовых месторождени _{вых в0Д> за}_

угодно образуется 2, 5 млн км³ дренажных шахтных и ™*_{единениямй же}-Р^зненных хлористыми и сульфатными соединениям, воды и ДР

^еза и меди, которые не годятся даже в качестве технич Роса должны быть очищены. елен в угольной про-

Объем сбрасываемых шахтных вод особенно значит _{м спо}собом,

^тленности. На каждую тонну угля, добываемого подзе ^ ^ ^ общего ^Ь1Дается на поверхность в среднем 5 м³ шахтной воды. _дземнЫх водо-

сброса составляют воды, попутно забираемые и „_онаежегодно косных горизонтов. В водные объекты только Уральского р

Рис. 5.4. Результаты исследований ИЗВ в р. Ардон за 1993-1998 гг.: пробоотбор в районе: 1 — с. Мизур (в); 2-е. Мизур (н); 3 — г. Ардон (в); 4 — г. Ардон (н)

ческих условий месторождения и масштаба предприятия и может состав­лять 2-3 тыс. м³/сут и более. Наряду с развитием депрессионных воронок подземных вод при разработке месторождений изменяются все элементы гидродинамических и гидрогеохимических условий районов добычи полез­ных ископаемых.

Помимо рудничных вод в окружающую среду поступают загрязненные воды из отвалов и хвостохранилищ. Например, в настоящее время только на предприятиях КМА потери загрязненной воды на инфильтрацию из хвос­тохранилищ оцениваются в 6-8 тыс. м³. Значительные объемы потребляют и сбрасывают в окружающую среду обогатительные фабрики (табл. 5.3), на которых образуются следующие виды производственных сточных вод:

• технологические хвосты (твердые и жидкие отходы непосредственно обогащения);

• сливы и фильтрат от сгущения и обезвоживания концентратов (жид­кие, отходы вспомогательных процессов обогащения);

• смывные стоки (от смыва полов и стен, после охлаждения масел, подшипников, компрессоров, гидрообеспыливания и др.);

• сточные воды после мокрой очистки отходящих дымовых газов в скрубберах.

В России со сточными водами горных предприятий за год сбрасывается до 17, 8 Мт (по сухому остатку) растворенных веществ (табл. 5.4), в том числе 8 Мт хлоридов, 5, 4 Мт сульфатов и 0, 126 Мт нитратов.

Нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси шахтных вод бы­вают минеральными, органическими, бактериальными и биологическими. Минеральные загрязнения представлены песком, глинистыми частицами,

Таблица 5.3

Потребление и сброс сточных вод обогатительных фабрик,

млн м³/год

Таблица 5.4

Загрязненность вод обогатительных фабрик, мг/л

частицами руды, растворами кислот, щелочей и другими веществами. Орга­нические загрязнения являются остатками деревянной крепи, растений, дру­гих масс и веществ растительного происхождения. Загрязнения животного происхождения — это остатки животных тканей, продуктов разложения орга­низмов и др. Бактериальные и биологические загрязнения свойственны хо­зяйственно-бытовым сточным водам и стокам подсобных сельскохозяйствен­ных подразделений горных предприятий.

В России в 1996г. загрязненные воды в объеме 625, 6 млн м³ сбрасывали 257 предприятий угольной отрасли. Хотя в этой отрасли функционируют около 400 очистных сооружений, предприятия сбрасывают в поверхностные водоемы в среднем около 81 % загрязненных и требующих очистки сточных вод (в основном это минерализованные, с высоким содержанием железа шахтные воды). С ними в гидросеть поступает большое количество взве­шенных веществ, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, меди, ни­келя, алюминия, кобальта, магния, марганца и др. Например, в сточных водах углеобогатительных фабрик Восточного Донбасса содержание раство­римых солей составляет 1600-4000 мг/л, а их ионный состав (мг/л): К⁺, Na - 270-717, Са²⁺ - 108-369, Mg²⁺ - 46-169, С1 - 215-444, SC^ - 793-2376, НСО3-110-292.

Кроме этого, поверхностные природные воды интенсивно загрязняют­ся рудничными стоками, содержащими высокие концентрации урана (на Стрельцовском месторождении в Забайкалье). Высокие концентрации свин­ца и кадмия зафиксированы в стоках сульфидных месторождений Западно­го Алтая: Николаевском (200 и 500 мкг/л РЬ и Cd соответственно), Колы-ванском (30 и 170 000), Змеиногорском (40 и 200).

Таким образом, на состояние гидросферы оказывают существенное воз­действие взрывные'работы, эксплуатация рудных и нерудных карьеров, шахт и рудников (в том числе добыча песка, гравия из русел рек или на побережье морей), разрушение плодородного растительного слоя почвы, уничтожение растительности в пределах шахтных земельных отводов, прокладка дорог и коммуникаций, слив загрязнений с площадок и строительно-эксплуа­тационные процессы в различных стадиях освоения предприятий.

При выборе технологических схем и устройств для очистки вод горно­промышленного комплекса необходимо использовать принцип дифферен­циации, основным критерием которого служит жми добываемого полезного ископаемого. Например, производственные сточные воды нефтепромыслов состоят в основном (90-98%) из высокоминерализованных пластовых вод, извлеченных на земную поверхность вместе с нефтью. Поэтому такие сточ­ные воды (даже после их очистки от нефти и механических примесей) не могут сбрасываться в поверхностные водоемы, так как это приведет к их

засолению, и подлежат обратной закачке в продуктивные горизонты, что и предусматривается технологической схемой разработки большинства нефтя­ных месторождений.,, ■

Очищенные шахтные и карьерные воды цветной металлургии прежде всего должны использоваться на производственные нужды самого предпри­ятия (тушение отвалов, гидрозакладку, борьбу с пылью на поверхности шахт и карьеров, мокрое обогащение полезных ископаемых и т.п.).

На урановых горных предприятиях загрязнение поверхностных и под­земных рудничных вод природными радионуклидами, а также другими тя­желыми токсичными металлами является следствием неуправляемого про­цесса их формирования. В связи с этим особого внимания заслуживает зада­ча изоляции рудников от поступления подземных вод из горных массивов. Для этого, например, изолируют поверхностные водотоки и водоемы от гор­ных выработок; в водонасыщенных породах осуществляют специальные методы проходки горных выработок (в основном стволов); применяют сис­темы разработки, обеспечивающих сохранность налегающих пород (систе­мы с закладкой выработанного пространства); сбрасываемые воды подают в гидрографическую сеть по лоткам и трубопроводам.

На урановых рудниках, где осушение вызывает не только понижение уровня вод, но и приводит (в результате изменения сложившегося гидроге­ологического и геохимического режима) к повышенному окислению и вы­щелачиванию радиоактивных и токсичных металлов, управление процес­сом формирования рудничных вод должно прежде всего заключаться в ус­тановлении возможных путей поступления загрязнения и их перекрытии. Такими профилактическими мерами могут быть:

• защитный дренаж, т.е. откачка поступающих к руднику загрязнен­ных вод или вод, способных особенно интенсивно растворять уран, торий и другие радионуклиды;

• защитный барраж, т.е. закачка через скважины технической воды перед движущимся фронтом загрязненной;

• химическое подавление растворимости радионуклидов за счет исполь­зования специально приготовленной воды (с повышением рН снижа­ется растворимость многих радионуклидов);

• раздельный сбор и откачка загрязненных и чистых вод. Специальные требования предъявляются и к водам горно-обогатитель­ных комбинатов черной металлургии. Например, Лебединский ГОК явля­ется крупнейшим водопотребителем в регионе. Расход технической и техно­логической воды на производственные нужды только за 1994 г. составил 676, 4 млн м³ (в том числе оборотной воды — 668, 3 млн м³, или 98, 8 %).

Свежей воды из Старооскольского водохранилища было взято всего лишь 2, 2 млн м³. При осушении Лебединского месторождения ежегодно откачи­вается около 60 млн м³ воды, которая используется в технологических про­цессах Лебединского ГОКа и на нужды рядом расположенного комбината «КМАруда». Техническая и технологическая оборотная вода применяется непосредственно в технологии производства окатышей, концентратов и при разработке рыхлой вскрыши в карьере способом гидромеханизации. Свежая речная вода расходуется практически только на компенсацию испарения и фильтрационных потерь в хвостохранилище.

В настоящее время в хозяйстве страны используют ~ 350 млн м³ очи­щенных шахтных вод. Ежегодная откачка и сброс предприятиями угольной. отрасли составляет около 3 млрд м³ шахтных вод, одновременно потребле­ние из водопроводов питьевой воды и технической воды (забираемой из во­доемов) — примерно 1, 3 млрд м³.

5.1.4. Загрязнение атмосферы

Горная промышленность является существенным ускорителем процес­са обмена газообразными продуктами техногенной деятельности и недрами планеты (табл. 5.5), так как в процессе добычи минерального сырья реали­зуются технологии, связанные с высвобождением огромных масс газов (как природных, так и техногенных). Например, только в угольных месторожде­ниях России, Украины и Казахстана до глубины 1 700 м содержится около 17 трлн м³ метана (в том числе в Кузбассе — 13, Печоре — 1, 9, Донбассе — 1, 2 и Караганде — 0, 5 трлн м³). В результате при горнопромышленном ос­воении углеметановых месторождений происходит существенное загрязне­ние атмосферы метаном.

Таблица 5.5

Динамика выброса минеральных веществ в атмосферу РФ предприятиями различных отраслей промышленности, тыс. т/год

Ярким примером этого процесса является проветривание горных пред­приятий, выносящее на земную поверхность значительное количество газов, и распространяемых атмосферными явлениями далее по планете. Зна­чительное количество выбросов соединений углерода приходится на угле­обогатительные фабрики (табл. 5.6). По выбросам СОг на первом месте сто­ит сушильное отделение.

Таблица 5.6

Примерная масса выбросов в атмосферу от типовой углеобогатительной фабрики средней мощности, т/год

Самовозгорание терриконов угольных шахт (на предприятиях этой от­расли горят 58 породных отвалов) приводит к поступлению в атмосферу в течение суток в среднем свыше 10, 8 кг СО, около 5-6 кг SO2, 0, 6 кг H2S и NO_x с 1 м² поверхности. Всего в 1996 г. предприятиями угольной отрасли было выброшено в атмосферу 650, 8 тыс.т вредных веществ (в том числе 377, 9 тыс. т метана). Из всего количества выбросов около 50 % приходится на АО «Воркутауголь».

Выброс различных газов из шахт и рудников— источник изменений, происходящих в атмосфере. Под действием выбросов меняются:

• баланс углекислого газа и метана (угрожающий необратимыми изме­нениями климата планеты);

• соотношение газовой, жидкой и твердой фаз (определяющее общее состояние биосферы);

• озоновый слой (разрушение которого приводит к отрицательному воз­действию солнечной радиации на живой организм);

• активация температурной инверсии (препятствующая циркуляции воз­душных масс).

За последние годы, несмотря на значительное падение производства и остановку многих горнопромышленных предприятий, выбросы загрязняю­щих веществ в атмосферу возросли и достигли 40-43 млн т, в том числе от стационарных источников — 21-24 млн т.

Одним из интенсивных источников загрязнения атмосферы периодичес­кого действия является массовый взрыв на карьерах. Количество выбрасыва­емых при этом в атмосферу пыли и газа зависит от объема взрываемых пород, количества взрывчатых веществ, а также типа последних и некоторых геологических и технологических характеристик. При массовых взрывах об­разуется пылегазовое облако объемом 15-20 млнм³. Высота подъема выбро­сов достигает 1500-1600 м. Распространяется пылегазовое облако на значи­тельные расстояния: при массовых взрывах на карьерах ПО «Кривбассруда» концентрация пыли в воздухе на расстоянии 1, 0-1, 5 км в течение часа состав­ляет 6-10 мг/м³. Из такого облака в радиусе 2-4 км рассеивается от 200 до 500 т мелкодисперсной пыли, содержащей 93-99 % частиц размером менее 5 мкм. Интенсивность выпадения пыли достигает фоновых величин только на расстоянии 3-10 км от карьеров. Техногенный выброс пылей, содержащих соединения металлов, в десятки раз превышает выбросы природных источни­ков (вулканы, лесные пожары, переносимые ветром пыли и т.п.).

Горные предприятия существенно загрязняют атмосферу и газами (табл. 5.7). Например, добыча угля сопровождается вьщелением свыше 30 млрд м³ метана и свыше 20 млрд м³ углекислого газа. В процессе добычи угля только на шахтах СНГ выделяется в год до 15 млрд м³ метана, по шахтам России — около 7, 5 млрд м³ (в том числе 0, 7-0, 8 млрд м³ — шахтными де­газационными системами с концентрацией метана 10-60 %, 6-7 млрд м³ — вентиляционными системами шахт при концентрации 0, 1-1 %). В результа­те содержание метана в атмосфере увеличивается на 1 % в год, что создает дисбаланс между объемами его выделения и разрушения. С экологической точки зрения большую тревогу также вызывают и такие газовые отходы технологического производства, как сернистый газ и другие соединения серы, оксиды углерода и азота, составляющие в сумме свыше 1 млрд т в год.

Таблица 5.7

Источники эмиссии метана в атмосферу

Среди предприятий цветной металлургии основную нагрузку на атмос­феру (по объему выброса) оказывает концерн «Норильский никель», выбро­сы которого составляют 10 % валового выброса загрязняющих веществ в атмосферу всей промышленности Российской Федерации. По количеству и составу газовых выбросов в Норильском районе в порядке убывания эколо­гической опасности предприятия можно расположить в следующий ряд: никелевые заводы — медные заводы — хвостохранилища — склады пиррот тиновых концентратов — металлургический цех — аглофабрика. Особенно­стью районов расположения предприятий этого концерна является экологи­ческая уязвимость природной среды, ассимилирующая способность которой в связи с неблагоприятными физико-географическими и природно-климати­ческими условиями в несколько раз ниже, чем в средних широтах. На Коль­ском полуострове, где имеется большая концентрация горных производств, активная поверхность хвостохранилища АНОФ-2 составляет 100 га. Пыле-ние рабочих пляжей любых хвостохранилищ может начаться через 7 суток после прекращения орошения (табл. 5.8).

Таблица 5.8

Запыленность воздуха над Фиагдонским хвостохранилищем

Запыленность воздушного бассейна в районе деятельности горных пред­приятий зависит от многих факторов и составляет (мг/м³) на рудниках Кри­вого Рога — 0, 3-1, 2; Урала — 0, 3-2, 1; Джезказгана — 1-2, 5; Зыряновском — 0, 9-3; «Молибден» — 0, 9; Квайсинском — 1 ■ Иультинском — 1, 3; рудниках Балхашского ГМК — 1, 5-2, 9; Садонском и Ардонском — 1, 3-2; «Ингулец» — 1, 5-3 (ПДК составляет 0, 5).

Таким образом, выбросы пыли часто представляют наибольшую опас­ность и приводят к превышению ПДК в воздухе наиболее токсичных эле­ментов 1-й группы опасности — Pb, Hg и Cd (табл. 5.9). Поэтому в атмосфе­ре необходимо различать агрегатное состояние вредных веществ, которые могут находиться в воздухе в виде пыли, газов, паров, аэрозолей, а также в виде смеси паров и аэрозолей. Агрегатное состояние минеральных веществ в атмосфере обусловливает характер их неблагоприятного воздействия на биосферу.

Таблица 5.9

Кларки концентрации химических элементов в пыли молибден-вольфрамового ГОКа

По способу образования пыль поступает в воздух в результате дезинтег­рации (механического разрушения породы и руды, бурения, взрывания, дроб­ления, сухого измельчения, сухой транспортировки и перетаривания горно­рудных материалов). Возможен процесс образования пыли как дисперсной конденсации, возникающей при возгонке материалов (обжиге руд и т.д.). Источниками выброса пыли в атмосферу являются также поверхностная эрозия, испарение шахтных вод, вторичное дробление, транспорт, вынос пыли на спецодежде и т.д.

По происхождению различают следующие виды пыли:

• органические (растительные, животные, микроорганизмы);

• неорганические (минеральные и металлические);

• смешанные.

В процессе проветривания рудников в атмосферу попадают взвешенные фракции пыли размером менее 2 мкм, доля которых достигает 50 %. На 1 м³ добытой руды приходится 0, 2 кг пыли и до 40 л условной окиси угле­рода.

Обычно на горных предприятиях дробление, классификацию, упаковку и транспортировку минералов осуществляют на земной поверхности с запы-лением атмосферы. Например, в цементной и известковой промышленнос­ти загрязнителями среды являются цехи обжига и помольный. В цехе под­готовки сырья пылят дробилки и сушильные барабаны. Газы сушильных барабанов содержат 15-40 г/м³ пыли, а аспирационный воздух сырьевых мельниц — 40-50 г/м³. В цехе обжига пыль образуется в сушильных бараба­нах и цементных печах. В первом случае газы содержат 90-150 г/м³ пыли, во втором — 10-20 г/м³. В аспирационном воздухе цементных мельниц со­держание пыли достигает 120 г/м³, а в составе уноса готового цемента — 6%. До 10 % цемента теряется при перевозке продукта в автосамосвалах открытого типа. Еще 5-10 % теряется при перегрузке цемента в расходные емкости на складах.

Особую опасность представляет асбестонозная пыль, вызывающая спе­цифическую реакцию организма. Распространенным источником загрязне­ния атмосферы являются цехи переработки геоматериалов в процессе приго­товления асфальта, керамзитового гравия и пирита.

К специфическим факторам, оказывающим вредное воздействие на био­сферу при разработке урановых месторождений, относят:

• ионизирующее излучение, источником которого являются радиоак­тивные элементы, находящиеся в рудах и породах, обнаженных гор­ными выработками;

• радиоактивный газ радон, содержащийся в атмосфере горных выра­боток, и дочерние продукты его распада;

• радиоактивные минералы семейства урана, содержащиеся в виде пыли и аэрозолей в рудничной атмосфере.

Основным источником радиоактивной опасности в урановых рудниках является радон и продукты его распада. Все остальные факторы (в том чис­ле у- и |3-излучение в горных выработках, а также содержащиеся в руднич­ном воздухе долгоживущие радиоактивные аэрозоли, уран, радий и т.п.) имеют второстепенное значение. Выделение радона из руд и пород в атмос­феру урановых рудников и карьеров определяется размерами эманирующих поверхностей, возрастом месторождения, содержанием урана и коэффици­ентом радиоактивного равновесия, трещиноватостью, структурой и плотно­стью горных пород, их температурой, влажностью и т.д.

Радон поступает в рудничную атмосферу в основном с поверхности об­наженных рудных тел и вмещающих пород, кусков отбитой и транспортируе­мой руды, различных каналов (аэродинамически связанных с действующи­ми горными выработками), а также из рудничных вод. В небольшом коли­честве он выделяется из витающей пыли и аэрозолей. Обычно загрязнение воздуха радоном и продуктами его распада вблизи ГМЗ не превышает ПДК. Основную долю радиоактивного загрязнения территории этих заводов и при­легающих территорий вносят аэрозоли. Но их концентрации слишком малы и не представляют опасности для биосферы.

Существенную роль играют отходы уранового производства. Так, из-за пыления хвостохранилищ наблюдается радиоактивное загрязнение окружа­ющей среды короткоживущими продуктами распада радона-222. Наиболь­шую опасность представляют рудные склады, отвалы забалансовых руд и металлосодержащих пород, где радон и аэрозоли разбавляются массами воз­духа. Зоны загрязнения промплощадок, в пределах которых загрязненность атмосферы превышает фоновую, достигают 500-600 м. Территория, при­легающая к промплощадке, загрязняется при эксплуатации складов и транс­портировке руд. Количественно уровень загрязненности составляет (18, 5-25)10~² Бк/л на расстоянии 100-150 м с наветренной стороны и (3, 1-11, 1)10" ² Бк/л — на расстоянии 200-250 м с подветренной. Влияние хвостохранилищ на окружающую среду соизмеримо с выбросами АЭС и намного превышает влияние урановых рудников.

Таким образом, при разработке урановых месторождений атмосфера загрязняется пылеообразными и газообразными отходами, содержащими радиоактивные изотопы U²³⁸, U²³⁵, Th²³². Источником загрязнения явля­ются промплощадки рудников и зоны обрушения пород с выходом на зем­ную поверхность. Уровень загрязнения атмосферы радоном и аэрозолями зависит от количества и дебита источников, характеристики выброса венти­ляционных струй и т.д.

Предприятия нефтяной и газовой отрасли выбрасывают в атмосферу значительные количества углеводородов и их производных (48 % от сум­марного выброса в атмосферу), сероводорода, оксидов серы, углерода (33 %) и азота, токсичных и дурно пахнущих газов и пыли (20 %). В России ежегодно отраслью выбрасывается в атмосферу вредных веществ ~ 1 650 тыс. т. Основная доля выбросов (98 %) приходится на жидкие и газообраз­ные вещества. Отраслью неудовлетворительно используется и попутный газ, извлекаемый при добыче нефти. Ежегодно теряется или бесполезно сжига­ется в факелах —7, 1 млрд м³ нефтяного газа (около 20 % извлекаемого газа). Основная часть потерь приходится на месторождения Западной Сибири. До­полнительный ущерб атмосфере наносят аварии на буровых установках и платформах, а также на магистральных газо- и нефтепроводах. Так, прорыв нефтепровода в Новокуйбышевске в 1993 г. привел к загрязнению воздуха этилбензолом > 30 ПДК.