Экологические аспекты добычи руды

 

Современное значение понятия экологии имеет более широкое значение, чем в первые десять лет развития данной науки. В настоящее время чаще всего под экологическим вопросом ошибочным понимается вопрос охраны окружающей среды. Во многом такое смещение смысла произошло благодаря ощутимому влиянию человека на окружающую среду, однако необходимо разделять понятие «ecological», относящееся к науки – экологии и понятие «invermental» к окружающей среде.

Всеобщее внимание к экологии повлекло за собой расширение первоначально довольно четкого обозначения Э.Г. Геккелем области знаний из биологических на другие естественные, а также гуманитарные науки.

Образное описание экологии: это наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. На V-м международном экологическом конгрессе (1990 г.) с целью противодействия размыванию понятия экологии, было принято определение экологии как биологической науки.

Экология – познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды.

Экология – наука, изучающая все сложности взаимосвязи в природе, рассмотренные Ч. Дарвином как условие борьбы за существование.   

Экология – наука об окружающей среде и происходящих в ней процессах:

Ø 1 Основные виды воздействия подземной разработки руд на окружаю-щую среду.

Ø 2.1 Подработка горного массива и поверхности.

Ø 2.2 Приповерхностные и глубинные геологические изменения, влияю-щие на экологические системы районов горных работ.

Ø 3.1 Влияние на поверхностные объекты, подработка горного массива и поверхности.

Ø 3.2 Влияние на гидрогеологию района.

Ø 4 Влияние отвалов пустых пород на экологию региона.

Ø 5 Загрязнение воздушного бассейна.

 

Актуальность

К основным нарушениям окружающей среды, возникающим в процессе ведения подземных горных работ, относятся:

· нарушения поверхности в связи с извлечением из недр полезных ископаемых, в частности – руд. Например, по данным Горного бюро США было отчуждено из земельного фонда около 2,8 млн. гектар земли, что составляет 0,29% территории США. Из них 2% повреждены при подземной добычи руд, 5% за счет ухудшения гидрологических режимов в пределах горных отводов и примыкающим к ним районам;

· приповерхностные и глубинные геохимические изменения, влияющие на экологические системы районов горных работ.

 

Основные виды воздействия подземной разработки руд на окружающую среду:

- подработка горного массива и поверхности;

- сопутствующее подземной разработке изменение окружающей среды, связанное со сдвижением массива налегающих горных пород.

 

Различают два основных вида сдвижения пород в подработанном массиве:

1. плавное, без разрыва сплошности;

2. интенсивное, с разрывом сплошности.

Возможна комбинация этих видов сдвижения (детальное изучение данного вопроса в курсе «Управление состоянием массива горных пород»). При плавном сдвижении массива, которое наблюдается при разработке осадочных пластов малой мощности с малыми углами падения, образуются мульды оседания земной поверхности на больших площадях с малыми углами наклона их бортов.

В большинстве случаев процесс сдвижения распространяется до глуби-ны ведения добычных работ. Сдвижение пород с разрывом их сплошности, которому свойственна внезапность и скорость протекания ведет к возникновению существенных поверхностных деформаций и в отдельных случаях масштабных оползней и провалов с катастрофическими последствиями (Калужское и Соликамское месторождения, Россия; Ивано-Франковская область, Украина).

Основные негативные экологические факторы, связанные с разработкой месторождений полезных ископаемых подземным способом, обусловлены деформациями в массиве горных пород, которые определены технологическими решениями, в первую очередь – системами их разработки.

Геомеханические процессы в массиве горных пород при применении системы разработки с обрушением вмещающих пород протекают более активно и приводят к максимальным деформациям, и, следовательно, к нанесению значительного экологического ущерба. Система разработки с закладкой выработанного пространства, напротив, обеспечивает минимальные деформации подработанного горного массива. И, соответственно, обеспечивает минимальные негативные влияния на окружающую среду, что подтверждает эффективность применения.

Одним из факторов определения степени сохранности поверхностных объектов является глубина разработки. Опыт эксплуатации месторождений различных полезных ископаемых определяет понятия: глубоких горизонтов, или безопасной глубины работ (для маломощных месторождений). Это такие граничные глубины, на которых масса вышележащих пород вызывает в разработанном полезном ископаемом напряжения, не превышающие его прочность.

Академиком С.Г. Авершиным установлены зависимости безопасной глубины работ от мощности залежи полезного ископаемого и способа управления горным давлением.

Рисунок 19.1 – Зависимость безопасной глубины работ от мощности залежи

 

где m_э – эквивалентная мощность.

На ноль  в случае применения упрочненной закладки.

 

При добыче каменной соли на глубоких горизонтах понимают такую глубину разработки, при которой напряжения в нетронутом массиве вызывают вокруг горных выработок значительные пластичные деформации, вынуждающие с целью обеспечения безопасности горных работ вносить усовершенствования в технологические схемы выемки камер.

В условиях пластовых месторождений на глубинах до 400 метров (современная глубина Артемовского месторождения) с плотной застройкой поверхности и наличием объектов первой категории охраны, где размеры шахтного поля выбираются по технико-экономическим соображениям, за основу геомеханических расчетов принято условие восприятия нагрузки опорными целиками, как панельными, так и междукамерными (технологическими), от полной массы вышележащих пород.

Для Артемовского месторождения принят коэффициент запаса прочности для междукамерных целиков (n) от 3,0 до 4,0, а для панельных – 4,0. Для Солотвинского месторождения (Карпаты) при глубине (Н) равной 500 м, для панельных – n=4, для междукамерных – n=2,8.

Нарушения апробированных расчетов параметров систем разработки соли иногда приводят к катастрофическим последствиям. Так, например, в 70-е годы по рекомендации ИПКОН с целью повышения коэффициента извлечения полезного ископаемого, ширина межкамерных целиков была уменьшена с 17 до 8 метров. Этим была создана аварийная ситуация, заключающаяся в потере несущей способности и разрушении целиков в 11 камерах. В результате чего возникла опасность потери уникального месторождения соли и разрушения поверхностных объектов, зданий города Соледар (Деконский гипсо-алебастровый комбинат, подъезд ж/д пути объединения «Артемсоль»).

Для разработки научно-обоснованного проекта, содержащего комплекс мероприятий по ликвидации этой аварийной ситуации и, соответственно, обеспечения сохранности месторождения и поверхностных объектов, были привлечены ведущие ученые ВНИИсоль и кафедры РПМ ДПИ.

Группа ученых под руководством профессора Ярембаша разработала два варианта, один из которых после утверждения на всесоюзном конкурсном семинаре, организованном ИПКОН в декабре 1982 г., был принят как оптимальный и рекомендован к реализации.

В основу проекта был заложен метод повышения устойчивости целиков методом закладки каменной солью, добываемой в соседней камере. Реализовав проект, удалось сохранить месторождение соли и получить резерв во времени для строительства нового жилого фонда и переселить жителей на безопасный участок.

 

Влияние на гидрогеологию региона

Сдвижение подработанного массива горных пород нарушает ландшафт местности и гидрогеологию подземных вод. При разработке мощных месторождений и значительном объеме добычи, особенно с применением системы разработки с обрушением вмещающих пород, в зону сдвижения попадают и дренируют горными выработками водоносные горизонты не только в границах горного отвода, но и на прилегающих территориях.

В результате этого  водные ресурсы района истощаются, обезвоживаются смежные территории, загрязняются дренируемые грунтовые воды, превращаясь в сточные, требующие очистки. В состоянии обезвоживания от деятельности Курской магнитной аномалии находится территория в 250 тыс. га. Водоприток (обводненность) месторождений каменной соли представляет существенную опасность для их сохранности и длительной эксплуатации. Основные особенности – легкая растворимость соли. Поэтому проникновение воды в горные выработки должно быть практически исключено. По гидрогеологическим условиям месторождения каменной соли резко отличаются в зависимости от типа и горно-геологических условий месторождений.

Пластовые месторождение – такие, как Артемовское (Украина), Соликамское и Тыретское (Россия), Старобинское месторождение Беларуси, Хайльбронн (Германия), продуктивные пласты которых находятся на значительной глубине и перекрыты водоупорными породами, неблагоприятны с точки зрения проникновения вод извне горной выработки.

На сегодня горные работы ведутся в практически сухих выработках, т.к. отдельные водопритоки с дебетом не более 0,1 м³/сут не представляют проблем для их улавливания и утилизации.

Подтверждением постоянной экологической опасности от водопритоков может служить факт прекращения работы рудника имени Шевченка (Артемсоль), в связи с оккупацией в октябре 1941 г. и последующим его затоплением. В дальнейшем это сопровождалось образованием и развитием провалов земной поверхности сначала в районе стволов, позже на других участках шахтного поля. В дальнейшем в провалах образовывались озера с соленой водой с различным значением концентрации соли.

Деформация поверхности над шахтным полем рудника имени Шевченка и рост площади образовавшихся озер продолжается до сих пор и зависит от интенсивности притока пресной воды, а значит от интенсивности растворения соли и образования ропы предельной концентрации. Поскольку аварийные участки находятся в непосредственной близости ж/д магистрали Москва-Кавказ, состояние горного массива в районе затопления выработок рудника находится на постоянном контроле геологической службы ГП «Артемсоль».

Купольные месторождения (Солотвинское, Украина; Илецкое, Россия; Бохня и Величка, Польша) разрабатываются в сложных гидрогеологических условиях в связи с выходом соляных отложений на поверхность и отсутствием водоупорных пород, что вызывает интенсивное карстообразование. Наибольшее распространение загрязнения вод получили хлористые соединения, серная кислота, сульфаты тяжелых металлов на вольфрамо-молибденовом руднике Текелийского комбината (Алтай), суммарный сброс (суточный) вод составляет 40 тыс. м³.

При загрязнении:

- медью – до 5,2 мг/литр;

- цинком – до 10 мг/литр;

- фтором – до 92 мг/литр;

- молибденом – до 2,4 мг/литр;

- грубодисперсными примесями – до 190 мг/литр.

В большинстве случаев рудничные воды направляют в специальные отстойники, или в пониженные участки рельефа, независимо от степени их загрязнения. В последнем случае какая-то часть путем инфильтрации снова поступает в подземные выработки рудников. Но главное – они сильно загрязняют грунтовые воды и почву. В США очистке подвергаются почти 50% рудничных вод, сбрасываемых в гидрографическую сеть страны. Затраты ФРГ на борьбу с загрязнением водных ресурсов составляют 30% от обще суммарных затрат на охрану окружающей среды (например, река Рейн).

Еще в 90-е годы Рейн был настолько засорен, что практически отсутствовала рыба в нем. Спустя 10 лет в Рейне был выловлен первый экземпляр возродившегося рейнского лосося.

Технологические решения по защите поверхностных объектов и
подземных выработок от подработки

Полная закладка выработанного пространства

Система разработки с полной закладкой выработанного пространства обеспечивает полноту извлечения полезного ископаемого из недр, безопасность ведения горных работ, обладая гибкостью в отношении выбора технологических параметров в зависимости от горно-геологических условий. Существенным недостатком данной системы разработки является усложнение процессов очистной выемки за счет дополнительных операций, связанных с закладкой выработанного пространства, что снижает интенсивность работ и производительность труда, и почти на 40% увеличивает себестоимость добычи. Поэтому в условиях повышения требований к охране поверхности применение системы разработки с закладкой, особенно твердеющей, на больших глубинах, целесообразно, как правило, при разработке ценных руд.

Однако это не является причиной для отказа от применения эффективных технологических решений с закладкой (комплекс с производительностью до 600 м³/час, ленточные автомобильные закладочные машины и прочее, которые могли бы применяться для разработки менее ценных руд).

Во Франции системы с закладкой составляют порядка 67%.

Распространение систем разработки с закладкой пустот твердеющей закладкой объясняется их соответствием следующим принципам:

1. Сохранение массивов и поверхностных объектов от сдвижений и обру-шений под влиянием горных работ.

2. Уменьшение потерь и разубоживания руды.

3. Возможность предотвращения локальных физико-химических процессов (эндогенные пожары, например).

4. Предупреждение горных ударов.

5. Возможность использования отходов переработки и других производств для приготовления закладочных смесей.

6. Повышение безопасности ведения горных работ при совместной отра-ботке открытым и подземным способами под водоносными горизонтами и поверхностными водными объектами.

Поэтому за последнее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения удельного веса погашения выработанного пространства твердеющей закладочной смесью (усадка – 2-5%). При разработке железных руд – 20-25%, при разработке руд цветных металлов – 35-40%.

На рудниках стран с развивающимися горнодобывающими отраслями (США, Канада, Япония (43%), Швеция, Финляндия (85%), например) при разработке ценных руд твердеющую закладку возводят последовательно или параллельно с ведением очистных работ. На никелевом руднике канадской компании «Фолконбридж» и «Интернешнл никель компани» с закладкой добывают 70% всего объема руды. В целом по Канаде извлекают из недр с закладкой 35-37% руд цветных металлов.

Основной недостаток системы с твердеющей закладкой заключается в относительно высокой стоимости (55-60% от общих затрат на закладку вяжущих веществ, прежде всего – цемента, достигает 25-60% стоимости закладочных материалов). Одним из способов снижения затрат на закладочные работы является использование закладочных смесей, приготовленных из более дешевых материалов, в частности – местного сырья. Это использование шламовых хвостов, металлических шлаков, пород промышленных отвалов с целью снижения затрат на приготовление закладочных смесей.

Применение доменного шлака вместо цемента в качестве вяжущего для закладки на руднике «Оутокумпу» в Финляндии снизило эксплуатационные затраты почти на 1 млн. долларов в год.

Геотехнические способы добычи полезных ископаемых
(геотехнологические)

Добыча руды скважинными методами:

1. Растворение каменной пищевой соли (Славянское месторождение).

2. Плавление серы (одним из поставщиков серы является Польша, Яворивско-Люблинское месторождение).

3. Выщелачивание урана через скважины (Либерецкое месторождение в Чехии).

4.1. Влияние отвалов пустых пород на экологию региона.

4.1.1. Потеря площадей. Из общей площади потерь в США 5% приходится на отвалы рудников, 13% - на хвостохранилища обогатительных фабрик, 3% - на оседания и провалы земной поверхности.

4.1.2. Загрязнение воздушного бассейна и водоемов. Затраты ФРГ на борьбу с загрязнениями воздуха составляют 55% от обще суммарных затрат на охрану окружающей среды. Загрязнения вызваны на 90% газами и на
10% - аэрозолями.

В США при общих затратах 325 млрд. долл в год на экологию, доля затрат на борьбу с загрязнениями окружающей среды составляет 45%. Существенным негативным фактором воздействия на окружающую среду является ее загрязнение продуктами горной деятельности и подземной добычи руд в частности. Так, в Чехии при допустимом гигиеническом стандарте запыленности – 1,5 т/га в промышленности Остравско-Карвинского региона, реальное значение достигает 60 т/га.

Тяжелые металлы, попавшие в почву с водами, легко собираются гумусом и переходят в растения. Например, в помидорах, выращиваемых на расстоянии от 500 до 5000 м от горно-металлургического комплекса (Область Рудного Пояса США), содержание свинца превысило предельно-допустимые нормы в 5 – 110 раз, а в клубнях картофеля – от 10 до 170 раз. Часто, выпавшие в почву тяжелые металлы, перемещаются с водой и выпадают в донных отложениях. Так, в 1 кг донного ила на побережье Флориды содержится 1,4 гр. свинца. Что в 1000 раз превышает природный фон.

Вредные газы образуются при самовозгорании руд и вмещающих пород, как в отвалах, так и непосредственно в процессе добычи.

Кроме того, вынос в атмосферу мельчайших минеральных частиц пыли в свободном состоянии и аэрозолей, которые оседают на почву, поверхностные объекты, растительные и поверхностные водоемы опасны тем, что вредные вещества: тяжелые и редкоземельные металлы накапливаются до недопустимых концентраций (штат Миссури) – в слое почвы, толщиной 25 мм, содержание в 1 м³ составляет:

Ø свинца – 147-276 мг;

Ø цинка – 40-95 мг;

Ø кадмия – до 2,3 гр.

В Уэльсе обнаружена локальная концентрация по свинцу в 90 раз, по цинку – в 31 раз, по кадмию – в 15 раз, превышающие предельно-допустимые нормы. В воде реки Нижняя Крынка содержание солей свинца превышает ПДН в 8 раз, ртути – в 6 раз.

Таким образом, пыль и искусственные газы, образовавшиеся в  результате технологических процессов в горной деятельности, как естественные газы, находящиеся в недрах земли и вырывающиеся на поверхность при ведении горных работ, при встрече с окружающей атмосферой – ее загрязняют.

 

                           

 

 

Приложение А. Условные обозначения

1. главный ствол;

2. вспомогательный ствол;

3. квершлаг;

3*. блоковый квершлаг;

4. рудоспуск;

5. слепой ствол;

6. вентиляционный штрек;

7. откаточный штрек;

8. этажные восстающие;

9. орт;

10. опережающий штрек;

11. система сбоек;

12. ниши;

13. отбойные шпуры;

14. отбитая руда;

15. скрепер;

16. тяговый канат;

17. система натяжных и отклоняющих роликов;

18. скреперная лебедка;

19. осевой (скреперный) восстающий;

20. рассечной штрек;

21. забойный скрепер;

22. блоковый скрепер;

23. буровые восстающие;

24. штрек скреперования;

25. подсечная щель;

26. система дучек (дучка);

27. подсечной штрек;

28. блоковые квершлаги;

29. подэтажный штрек;

30. потолочина;

31. рассечной восстающий;

32. вентиляционные ляды;

33. заходка;

34. переносная металлическая решетка;

35. закладочный восстающий;

36. рудный погрузочный восстающий;

37. погрузочный подэтажный штрек;

38. буровой орт;

39. штольня.

Оглавление

 

1 Общая терминология, используемая в курсе. 2

2 Особенности вскрытия рудных месторождений.. 5

3 Особенности вскрытия рудных месторождений.. 6

4 Вскрытие пологопадающих и горизонтальных рудных залежей.. 8

5 Системы разработки рудных месторождений.. 9

6 Сплошная система разработки по простиранию... 11

7 Сплошная система разработки с отбойкой по падению... 13

8 Потолкоуступная система разработки.. 15

9 Системы разработки с магазинированием отбитой руды... 16

10 Система разработки со шпуровой отбойкой из магазина.. 17

11 Магазинирование. 19

12 Система разработки с отбойкой из подэтажных штреков.. 22

13 Отбойка веерными скважинами.. 25

14 Система разработки с закладкой выработанного пространства.. 26

15 Система разработки с обрушением руды и вмещающих пород.. 29

16 Система разработки с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды 31

17 Применение ромбовидных панелей.. 37

18 Способы подготовки рудных месторождений.. 38

19 Экологические аспекты добычи руды... 45

Приложение А. Условные обозначения.. 55

 

 

[1] На основании европейской документации: весьма мощные: более 60 м.

[2] Влияние воздуха, осадков, химического воздействия и температуры.

[3] При разработке рудных месторождений терминов «кровля» и «почва» нет.

[4] Их заменяют породы висячего и породы лежачего боков.

[5] Резервирование позволяет составлять паспорт качества руды по каждому блоку и более эффективно осуществить усреднение качества выдаваемой на поверхность руде.

[6] Разубоживание – снижение качества отбитой рудной массы за счет примеси пустых пород.

⇐ Предыдущая12345678910

Поделиться: