Влияние добычи полезных ископаемых на окружающую среду. Почему Гринпис против добычи сланцевого газа и нефти? Как добывают сланцевую нефть

Недра

Недра - это верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добы-ча полезных ископаемых. Недра содержат минераль­ные ресурсы - основу ведущих отраслей мирового хозяйства.

Совокупность полезных ископаемых, заключенных в недрах составляет поня-тие «минеральные ресурсы», которые являются ос­новой для развития важнейших отраслей промышленности (энер­гетика, черная и цветная металлургия, химическая промышлен­ность, строительство).

На территории России известно несколько тысяч месторожде­ний топливно-энергетического комплекса, нерудного сырья и под­земных вод. Вместе с тем после распада СССР возникла проблема создания собственной сырьевой базы марганце-вых, хромитовых, фосфоритовых руд, каолина, крупные месторождения которых на территории страны практически отсутствуют. При нали­чии сырьевой базы не добы-ваются титан, ртуть. Значительная доля свинцового, цинкового, сурьмяного, ниобиевого, редкоземельного и другого сырья ранее перерабатывалась в бывших союзных рес­публиках. Оттуда в Россию поступали железный концентрат, глино­зем, молибден, фосфатное, серное, калийное сырье, полупродукты некоторых цветных и редких металлов.

Прогнозные ресурсы практически всех видов минерального сы­рья в целом по стране весьма значительны , но реализация их тре­бует систематических инвестиций в геологическое изучение недр.

По оценкам ресурс российских недр, а также то, что на поверхность нашей страны, составляет в денежном выражении 140 трлн. долларов. Для сравне­ния: это более 2000 современных национальных годовых бюджетов. Полезных ископаемых разведано пока на 29 трлн. долларов.

Сокращение ассигнований на геолого-разведочные рабо­ты в последние годы привело практически к прекращению поисков отсутствующих в России полезных ископаемых, а также работ по компенсации погашенных запасов, расширению и улучшению минерально-сырьевой базы страны. В результате прирост запасов практически по всем видам полезных копаемых оказался ниже, чем было необходимо для компенсации поглощенных запасов, даже при уменьшившейся добыче.

Распределение месторождений на территории России весьма равномерно. Наибольшим валовым минерально-сырьевым потенциалом обладают Дальний Восток и Приморье (месторождения цветных, редких, благородных металлов, бора). Несмотря на относительно низкую долю разведанных запасов от общего потенциала (минеральных ресурсов (3%), в регионе добывается практически все: олово, сурьма, алмазы, бор, более половины золота, свинца, пла­викового шпата, треть вольфрама от всей добычи по России.

Важную роль в общероссийском балансе добычи играют мес­торождения железных руд Курской магнитной аномалии, нефти Поволжья, вольфрама и молибдена Северного Кавказа.

Считается, что бедны ми­неральными ресурсами Центральный и Волго-Вятский районы. Однако это не означает отсутствия достаточного количества полезных ископаемых, они просто могут находится в глубоких горизонтах.

В Печенгском районе близ города Никель, где сосредоточены большие запасы никелевых руд. До этого здесь было пробурено свыше миллиона метров разве­дочных скважин, но на большую глубину они не уходили. Счита­лось, что месторождения никелевых руд располагаются недалеко от поверхности - на глубине 100 м. Кольская скважина 12262 м на глубине 1600-1800 м вскрыла рудное тело с промышленным содержанием меди и никеля. Одно это оправдало все затраты на ее создание. При Дальнейшем бурении получены новые данные. На глубине 10-10,25 км на Кольской сверхглубокой вскрыты новые элементы гранитного слоя, где есть никель, медь, золото, причем с промышленным со­держанием. С 1998 г. скважина работает в режиме геологической лаборатории мирового класса.

Вся сырьевая минеральная база охватывает глубины до 4 км. Эти запасы быстро истощаются. Глубокое бурение позволяет следить за глубинами Земли и лучше понять, как образуются запасы полезных ископаемых.

Вторжение в недра может оказывать иногда весьма ощутимое воздействие на природу. В ряде случаев выводятся из пользования сельскохозяйственные угодья, причиняется вред лесам, меняются гидрогеологический режим районов, рельеф местности и движе­ние воздушных потоков, загрязняются отходами производства поверхность земли, воздушный и водный бассейны.

На месте открытых разработок уничтожаются растительность животные, почва, переворачиваются, на глу­бину сотен метров многовековые геологические напластования Породы, вынесенные из глубин на поверхность, могут оказаться не только биологически стерильными, но и токсичными для рас­тений и животных. Большие территории превращаются в безжизненные пространства - ин­дустриальные пустыни. Подобные земли, выбывая из хозяйствен­ного использования, становятся опасными очагами загрязнения.

Существенные изменения, вносимые в природные ландшафты промышленностью, часто не могут быть восстановлены самой приро­дой в обозримо короткие сроки , особенно на территориях с экстремаль­ными условиями (районы вечной мерзлоты и засушливые области).

При переработке полезных ископаемых подавляющая часть до­бываемой горной массы идет в отвалы.

На протяжении многих лет на высоком уровне сохраняются потери в недрах при подземном способе добычи угля (23,5%), в том числе и коксующегося (20,9%), хромовой руды (27,7%), ка­лийных солей (62,5%).

Значительный ущерб несет государство от потерь ценных ком­понентов и некомплексной переработки уже добытого минераль­ного сырья. Так, в процессе обогащения руд теряется более трети олова и около четверти железа, вольфрама, молибдена, окислов калия, пятиокиси фосфора из фосфоритной руды.

Неудовлетворительно используется при добыче нефтяной газ, которого в России (в основном в Тюменской области) только в 1991 г. сожжено в факелах более 10 млрд. м 3).

В настоящее время горнопромышленный комплекс превратил­ся в один из самых крупных источников нарушения и загрязнения окружающей среды. Спектр влияния загрязнителей, образующихся в результате деятельности предприятий горнодобывающей промышленности на биосферу, настолько широк, что в ряде районов вызывает непредсказуемые эффекты, губительно влияющие на состояние растительного и животного мира.

Вo многих случаях добытое минеральное сырье используется некомплексно, не подвергается глубокой переработке . Особенно это касается ценных попутных компонентов, запасы которых по­гашаются из недр пропорционально добыче запасов основных по­лезных ископаемых, но извлечение их из недр руд значительно отстает от добычи основных полезных ископаемых. Потери проис­ходят в основном на стадии обогащения руд и металлургического передела из-за несовершенства применяемых или отсутствия не­обходимых технологий .

Под влиянием горных разработок происходят существенные из­менения природных ландшафтов. В районах добычи полезных иско­паемых образуется специфический рельеф , представленный ка­рьерами, терриконами, отвалами , хвостохранилищами и другими техногенными образованиями. При подземном способе добычи про­исходит снижение массива горных пород в сторону вырабатываемо­го пространства, образуются трещины, разрывы, провалы, воронки и оседания земной поверхности, на больших глубинах в горных вы­работках проявляются горные удары, выбросы и лучения пород, выделение метана, сероводорода и других токсичных газов, внезап­ные прорывы подземных вод, особенно опасные в карстовых райо­нах и в зонах крупных разломов . При открытом способе отработки месторождений полезных ископаемых развиваются оползни, осы­пи, обвалы, сели и другие экзогенные геологические процессы.

Отходы горнодобывающих предприятий загрязняют почву, под­земные поверхностные воды, атмосферу, отрицательно влияют на растительный и животный мир, исключают значительные площа­ди земель из сельскохозяйственного оборота, строительства и дру­гих видов хозяйственной деятельности. Вместе с тем значительная часть отходов горнодобывающих производств содержит ценные ком­поненты в концентрациях, достаточных для промышленного из­влечения, и служит хорошим сырьем для производства разнооб­разных строительных материалов. Однако их использование с этой целью не превышает 6-7%. Повышение использования отходов гор­нодобывающих и металлургических производств, может дать большой экономический эффект.

При горнодобывающих работах изменяется гидрогеологический режим территории. В большинстве случаев снижается уровень грун­товых вод, происходит иссушение не только мест проведения гор­ных работ, но и прилегающих к ним территорий. Образуется так называемая «депрессионная» воронка осушения , диаметр которой в несколько раз превышает размеры участка горных работ. В отдельных случаях (при перекрытии поверхностных водостоков или оседании поверхности земли после подработки) возможно и заболачивание и (подтопление) территории. Иссушение районов проведения работ вызывает обмеление и даже исчезновение малых рек.

Ежегодно в реки сбрасываются сотни миллионов кубометров недостаточно очищенных или совсем неочищенных вод из шахт обогатительных фабрик и карьеров, не говоря уже о других промышленных предприятиях. Эти воды несут миллионы тонн твер­дых взвешенных частиц. В результате многие реки превращаются , в сущности, в сточные коллекторы , в которых течет уже не вода, а углистая суспензия .

Прямым следствием подземных горных работ становится усыхание лесов в подработанных шахтами местах. Старые деревья не могут перестроиться на более сухой режим водного питания. К тому же происходящие при осадке кровли смещения грунтовой толщи приводят к разрыву корней.

Загрязнение атмосферного и водного бассейнов в угледобывающих районах частично также связано с нарушениями и нерекультивируемыми землями, хотя основными источниками загрязнения яв­ляются технологические процессы добычи и обогащения угля, хи­мические препараты.

Атмосфера загрязняется пылью при буровзрывных, вскрышных, транспортно-погрузочных работах, от ветровой эрозии отва­лов горной породы. Достаточно сказать, что только при одном сред­нем по мощности взрыве в воздух выбрасываются сотни кубометров пылегазового облака, содержащего десятки тонн пыли. С незакреп­ленных растительностью породных отвалов ветром сдувается в не­которых случаях до 200 т пыли с 1 га.

Горнодобывающие работы вызывают настоящую «цепную ре­акцию» негативных изменений в окружающей среде. Разрушается почвенный покров, исчезает растительный и животный мир, на­рушается гидрологический и температурный режим не только в местах добычи, но и на прилегающих территориях, происходит загрязнение вод продуктами эрозии, а воздушного бассейна пылью и газами. Это существенно ухудшает экологические усло­вия окружающей среды или применительно к человеку - сани­тарно-гигиенические условия жизни.

Специфические изменения окружающей среды происходят при хозяйственном освоении северных районов. Нарушение условий теплообмена приводит к развитию криогенных физико-геологических процессов, таких, как термокарст, криогенное пучение, термоэро­зия и др.

На недра криолитозоны приходится большая часть (более 60%) наших запасов углеводородного сырья. Они сконцентрированы в нескольких гигантских месторождениях, среди которых выделяся Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, а также месторождения полуострова Ямал и др.

Техногенному воздействию при строительстве и эксплуатации объектов газовой промышленности подвергается весь комплекс природных условий: мерзлотный ландшафт, толщи пород, почвенный слой, снежный покров, подземные воды, атмосферный воз­дух, а также флора и фауна.

Наиболее ощутимый ущерб испытывает геологическая среда и, прежде всего, верхний горизонт криолитозоны. Нарушения ра­стительности, почвенного и снежного покрова на большой пло­щади создают благоприятные условия для интенсивного развития эрозионных процессов.

Активизация хозяйственной деятельности человека в Западно-Сибирской тундре приводит к ускорению естественного процесса отступления северной границы лесов в результате заболачивания ровных участков. Вследствие этого увеличиваются тундроподобные территории, климат становится более суровым. При строительстве дорог, линий электропередачи и других объектов возле жилых по­селков вырубаются леса.

Большой ущерб природной среде наносит применение в теплый период тяжелого гусеничного транспорта . Гусеницы тракторов и вез­деходов разрывают дернину, что ведет к протаиванию многолетнемерзлого слоя, развитию эрозии и термокарста. В отдельных рай­онах тундры достаточно расчистить грунтовую площадку, чтобы через несколько лет она превратилась в озеро . Поэтому для работы в условиях Крайнего Севера применяют новые типы транспорт­ных средств с низким удельным давлением на грунт, высокой про­ходимостью и грузоподъемностью, не нарушающих почвенно-растительный покров. Известно, что следы тяжелой техники сохраняют­ся в тундре в течение 30-40 лет.

Интенсивное освоение нефтяных и газовых месторождений тю­менского севера оказывает значительное воздействие на природную среду региона. Добыча нефти и газа приводит к заметному нарушению экологического равновесия, загрязнению окружающей среды. Это относится к воздушному и водному бассейнам, недрам, растительному и животному миру.

Особенно легко нарушается природное равновесие в условиях Крайнего Севера. Уничтоженный автомашиной ягель восстанавли­вается лишь через несколько десятилетий , тракторный след на веч­ной мерзлоте постепенно превращается в глубокий овраг. Освоение богатейшего газоконденсатного месторождения, разведка новых залежей углеводородов, строительство трубо­проводов, появление вахтовых и трассовых поселков превратили полуостров Ямал в район интенсивной индустриализации.

Горнопромышленный комплекс - один из крупнейших ис­точников нарушенных земель и загрязнения окружающей среды в России. В 7 из 15 районов с крайне неблагополучной экологичес­кой обстановкой концентрируется крупное добывающее производ­ство, а в 5 - добыча совмещена с переработкой минерального сырья. В некоторых районах Урала и Кузбасса высокая загрязнен­ность и деградация природной среды достигли критических значе­ний. Причинами нарушения экологического равновесия на полови­не изъятых для промышленного использования площадей стали добыча и отчасти геологоразведочные работы. Под них отчужда­ются обширные площади пахотных земель и экологически уязви­мых тундровых и таежных угодий . Возникновение карьерных впа­дин, провалов и депрессий в районах подземных разработок, а также отвалов и отстойников приводит к необратимым ландшаф­тным изменениям, а нарушение гидрогеологического режима - к образованию депрессионных воронок в окрестностях крупных карьеров, рудников и шахт.

Общая экономическая нагрузка на экологические системы упрощенно зависят от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Уменьшить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев существующие промышленные технологии и т.п.

Извлечение полезных ископаемых из недр Земли влияет на все ее сферы. Воздействие добычи полезных иско­паемых на литосферу проявляется в следующем:

1) создание антропогенных форм рельефа: карье­ров, отвалов (высотой до 100-150 м), терриконов и т.д. Террикон - конусообразный отвал отходов обогащения. Объем террикона достигает нескольких десятков миллионов м 8 , высота - 100 м и больше, площадь освоения -десятков гектаров. Отвал - насыпь, образуемая в результате размещения вскрышных пород на специ­ально отведенных площадях. В результате открытой добычи полезных ископаемых образуются карьеры глубиной более 500 м;

2) ативизация геологических процессов (карст, ополз­ни, осыпи, оседание и сдвижение горных пород). При подземной добыче полезных ископаемых обра­зуются проседания и провалы. В Кузбассе цепь провалов (до 30 м глубиной) тянется на про­тяжении более 50 км;

4) механическое нарушение почв и их химическое загрязнение.

В мире суммарная площадь нарушенных горными ра­ботами земель превышает 6 млн. га. К этим землям сле­дует присовокупить сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство ока­зывает негативное воздействие. В радиусе 35-40 км от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30% по сравнению со средним уровнем.

Верхние слои литосферы в пределах территории Беларуси испытывают интенсивное воздействие в результате проведения инженерно-геологических исследований и геологоразведочных работ на различные виды полезных ископаемых. Необходимо отметить, что только с начала 50-х годов XX в. пробурено около 1400 разведочных и эксплуатационных скважин на нефть (глубиной до 2,5-5,2 км), более 900 скважин на камен­ную и калийную соли (глубиной 600-1500 м), более 1000 скважин геологических объектов, имеющих особую эстетическую и рекреационную ценность.

Проведение сейсмических исследований с применением буровзрывных работ, плотность которых особенно высока в пределах Припятского прогиба, вызывает наруше­ние физико-химических свойств почвы, загрязнение грунтовых вод.

Добыча полезных ископаемых воздействует на состо­яние атмосферы:

1) происходит загрязнение воздуха выбросами метана, серы, оксидов углерода из горных выработок, в результате горения отвалов и терриконов (выделение оксидов азота, углерода, серы), газовых ине­фтяных пожаров.

Более 70% терриконов Кузбасса и 85% отвалов Дон­басса относятся к горящим. На расстоянии до нескольких километров от них в воздухе значительно повышены кон­центрации S0 2 , С0 2 , СО.

В 80-е гг. XX в. в Рурском и Верхнесилезском бас­сейнах на каждые 100 км 2 площади ежедневно выпадало 2-5 кг пыли. Вследствие запыленности атмосферы интен­сивность солнечного сияния в Германии уменьшилась на 20%, в Польше - на 50%. Почва на прилегающих к ка­рьерам и шахтам полях оказывается погребенной под сло­ем пыли толщиной до 0,5 м и на долгие годы теряет свое плодородие.

Влияние добычи полезных ископаемых на гидросферу проявляется в истощении водоносных горизонтов и в ухудшении качества подземных и поверхностных вод. В результате исчезают родники, ручьи, многие малые реки.

Сам процесс добычи может быть улучшен за счет применения химических и биологических методов. Это под­земное выщелачивание руд, использование микроорганизмов.

Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению значительной части минерально-сырьевых ресурсов страны, оказавшихся в зоне ее негативного воздействия. По данным исследований, в зоне радиоактивного загрязнения оказались 132 месторождения минера­льно-сырьевых ресурсов, в том числе 59 разрабатываемых. Это, главным образом, месторождения глины, песков и песчано-гравийных смесей, цементного и известкового сырья, строительного и облицовочного камня. В зону загрязнения попали также Припятский нефтегазоносный бассейн и Житковичское месторождение бурого угля и горючих сланцев.

В настоящее время на каждого жителя Земли ежегод­но добывается около 20 т сырьевых ресурсов. Из них несколько процентов переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат несколько компонен­тов, извлечение которых экономически выгодно. В место­рождениях нефти попутные компоненты - газ, сера, йод, бром, бор, в газовых месторождениях - сера, азот, гелий. Месторождения калийных солей содержат обычно силь­вин, и галит. В настоящее время наблюдается постоянное и доволь­но существенное снижение количества металлов в добы­ваемых рудах. Количество железа в добывае­мых рудах снижается в среднем на 1% (абсолютный) в год. Поэтому для получения того же количества цветных и черных металлов через 20-25 лет потребуется более, чем в 2 раза увеличить количество добытой и перерабо­танной руды.

Похожая информация.

Степень негативного воздействия горного производства на природную среду зависит от многих причин, среди которых следует выделить: технологические, обусловленные комплексом приемов и способов воздействия; экономические, зависящие от экономических возможностей региона в целом и предприятия в частности; экологические, связанные с особенностями экосистем, испытывающих это воздействие. Все эти причины тесно связаны друг с другом, и чрезмерное воздействие одной из них можно компенсировать другой. Например, в горнодобывающем регионе, имеющем солидные отчисления в бюджет, можно компенсировать интенсивность воздействия на среду вложением дополнительных средств как в модернизацию производства, так и проведение мероприятий по улучшению состояния природной среды.

С точки зрения влияния добычи природных ископаемых на ландшафт следует выделить месторождения твердых, жидких и газообразных природных ресурсов, так как последствия разработки каждой из выделенных категорий месторождений различны. Например, основным последствием разработки месторождения твердых полезных ископаемых открытым способом является нарушение рельефа из-за формирования отвалов и разного рода выемок на поверхности земли, а подземным способом - формирование терриконов Террикон - отвал, искусственная насыпь из пустых пород, извлеченных при подземной разработке месторождений угля и других полезных ископаемых, насыпь из отходов или шлаков от различных производств и сжигания твердого топлива., которые занимают десятки тысяч гектаров плодородных земель. Кроме того, угольные терриконы часто самовозгораются, что приводит к существенному загрязнению атмосферы. Длительная разработка месторождений нефти и газа приводит к опусканию земной поверхности и усилению сейсмических явлений.

При добыче полезных ископаемых велик риск возникновения техногенных аварий. К техногенным авариям относятся аварии, связанные с бурением скважин, - фонтаны, грифоны и т.д., взрывы и прорывы на технологических трубопроводах, пожары и взрывы на нефтеперерабатывающих заводах, падение вышки талевого блока, прихваты и сломы инструмента скважины, пожары на буровой и т.д.; связанные с работами в шахтах (подземная добыча), - взрывы и пожары в подземных выработках, надшахтных зданиях, внезапные выбросы угольной пыли и метана, аварии на подъемных установках, центральных водоотливах и компрессорных установках, аварии вентиляторов главного проветривания; обрушения в стволах шахт и др.

Масштабы добычи минерального сырья увеличиваются каждый год. Это связано не только с ростом потребления пород и минералов, но и с уменьшением содержания в них полезных компонентов. Созданы технологии, позволяющие переработать практически все материалы. В настоящее время общемировая добыча горнорудного сырья и топлива значительно превзошла 150 млрд. тонн в год с полезным содержанием менее 8% исходной массы. Ежегодно в государствах - участниках СНГ складируется в отвалах около 5 млрд. тонн вскрышных пород, 700 млн. тонн хвостов обогащения и 150 млн. тонн золы. Из них далее в народном хозяйстве используется не более 4% Грановская Н.В., Наставкин А.В., Мещанинов Ф.В. Техногенные месторождения полезных ископаемых. - Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2013..

Любой способ добычи полезных ископаемых значительно влияет на природную среду. Большой экологический риск связан с подземными и надземными горными выработками. Особое влияние испытывает верхняя часть литосферы. При любом способе добычи происходит значительная выемка пород и их перемещение. Первичный рельеф заменяется техногенным.

Открытый способ добычи полезных ископаемых имеет свою специфику. Значительные разрушения земной поверхности и существующая технология добычи полезных ископаемых приводят к тому, что карьер, дробильно-обогатительные комплексы, комплексы по производству окатышей и другие промышленные объекты горно-обогатительного комбината в той или иной степени являются источниками разрушения и загрязнения окружающей среды. Подземная добыча связана с загрязнением воды (кислотный шахтный дренаж), авариями, образованием отвалов пустой породы, что требует рекультивации земель. Но площадь нарушаемых земель при этом способе добычи в десятки раз меньше, чем при поверхностной добыче.

Значительное количество шахт в настоящее время заброшено, глубина их составляет сотни метров. При этом нарушается целостность определенного объема горных пород, появляются трещины, пустоты и полости, многие из которых заполняются водой. Откачка воды из шахт создает обширные депрессионные воронки, снижается уровень водоносных горизонтов, идет постоянное загрязнение поверхностных и подземных вод.

При карьерных разработках (открытым способом) под влиянием мощных насосов, осуществляющих водоотлив из выработок, экскаваторов, большегрузных автомобилей меняются верхняя часть литосферы и рельеф местности. Риск возникновения опасных процессов также связан с активизацией различных физических, химических, геологических и географических процессов: усиление процессов эрозии почв и образование оврагов; активизация процессов выветривания, окисление рудных минералов и их выщелачивание, усиливаются геохимические процессы; происходят просадка грунтов, оседание земной поверхности над отработанными шахтными полями; в местах горных разработок происходит загрязнение почв тяжелыми металлами и различными химическими соединениями.

Таким образом, необходимо отметить, что интенсивное развитие промышленного комплекса должно осуществляться наряду с экологизацией производства Комплекс характеристик экологической безопасности при добыче полезных ископаемых/ И.В. Соколов, К.В. Церенова, 2012..

Основными свойствами геологической среды нефтегазовых месторождений являются присутствие в разрезе двух несмешивающихся жидкостей - нефти и подземных вод, а также существенное влияние на горные породы жидких и газовых углеводородных компонентов. Главная особенность в нефте- и газодобывающих комплексах состоит в техногенной нагрузке на геологическую среду, когда происходит взаимодействие процессов отбора из недр полезных компонентов. Одним из воздействий, оказываемых на геологическую среду в районах нефтяных и газовых месторождений, а также нефтеперерабатывающих предприятий, является химическое загрязнение следующих основных видов: углеводородное загрязнение; засоление пород и подземных вод минерализованными водами и рассолами, получаемыми попутно с нефтью и газом; загрязнение специфическими компонентами, в том числе сернистыми соединениями. Загрязнение пород, поверхностных и грунтовых вод часто сопровождается истощением естественных запасов подземных вод. В некоторых случаях истощению могут подвергаться и поверхностные воды, используемые для заводнения нефтяных пластов. В морских условиях возрастает масштаб угрозы загрязнения акваторий как искусственными (реагенты, применяемые при бурении и эксплуатации скважин), так и естественными загрязнителями (нефть, рассолы). Основная причина химического загрязнения на нефтяных месторождениях - низкая культура производства и несоблюдение технологий. Поэтому в наблюдательной сети мониторинга геологической среды районов нефтегазовых месторождений одна из основных нагрузок падает на геохимические наблюдения, контроль загрязнений.

Среди физических нарушений геологической среды в районах нефте- и газодобычи следует отметить проявления просадок, оседаний и провалов земной поверхности, а также подтоплений.

Обследовано и проанализировано более 200 месторождений по добыче ОПИ в Белгородской области. Разработка месторождений ОПИ осуществляется в основном открытым карьерным способом, экономически эффективным и перспективным. Существенным недостатком разработки месторождений является негативное влияние на окружающую среду, выраженное в воздействии на атмосферный воздух в результате пыле- и газообразования, на поверхностные и подземные воды, на земельные ресурсы в виде деградации почв, выведения нарушенных земель из оборота по окончании разработки полезных ископаемых и др. Данное исследование позволило оценить степень воздействия разработки месторождений по добыче ОПИ на окружающую среду. Обосновано, что ориентировочная СЗЗ, согласно СНиПа, является достаточной для всех месторождений. При правильной эксплуатации и своевременной рекультивации воздействие карьеров не оказывает существенного воздействия на прилегающую территорию за границей СЗЗ.

Ключевые слова: общераспространенные полезные ископаемые (ОПИ)

месторождение

санитарно-защитная зона (СЗЗ)

предельно-допустимая концентрация (ПДК)

1. Корнилов А.Г. [и др.] Влияние флотационных технологий на состояние земельных ресурсов // Недропользование – XXI век. – 2012. – № 4.

2. Назаренко Н.В. Закономерности пространственного распределения карьеров ОПИ в Белгородской области и их воздействие на окружающую среду // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: материалы IV Междунар. научн. конф. 11-14 октября 2010 г. – М. ; Белгород: Константа, 2010.

3. Назаренко Н.В. Особенности развития экзогенных геоморфологических процессов при разработке месторождений общераспространенных полезных ископаемых в Белгородской области / Назаренко Н.В., Фурманова Т.Н. // Антропогенная геоморфология: наука и практика: материалы XXXII Пленума Геоморфологической комиссии РАН (г. Белгород, 25-29 сентября 2012 г.). – М. ; Белгород: ИД «Белгород», 2012.

4. Назаренко Н.В. Проблемы рекультивации нарушенных земель на карьерах общераспространенных полезных ископаемых в Белгородской области и пути их решения / Н.В. Назаренко [и др.] // Проблемы региональной экологии. – 2011. – № 2.

5. Защита от шума: СНиП 23-03-2003. – М. : Госстрой России, 2004.

6. Об охране атмосферного воздуха: Федеральный закон Российской Федерации от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ (в редакции 31 декабря 2005 г.).

7. Об охране окружающей среды: Федеральный закон Российской Федерации от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ (в редакции 31 декабря 2005 г.).

Общераспространенные полезные ископаемые (ОПИ) являются важнейшим компонентом ресурсного потенциала Белгородской области. ОПИ - это сырьевая основа для дорожного строительства, производства строительных материалов и т.д. В настоящее время процесс развития и перспективы использования ОПИ характеризуются отсутствием современных прогнозно-поисковых исследований, включая геолого-экономические оценки выявленных объектов общераспространенных полезных ископаемых, а также социально и экономически обоснованных программ развития и использования месторождений ОПИ. В связи с постоянно растущими потребностями строительного комплекса в сырье в староосвоенных регионах происходит неконтролируемое истощение полезных ископаемых, иррациональное извлечение которых приводит к негативному воздействию не только на окружающую природную среду, но и на условия проживания и здоровье населения в районах интенсивной добычи ОПИ .

В Белгородской области в настоящее время разрабатывается свыше 300 карьеров ОПИ. Прогнозные запасы мела, глин и песка практически не ограничены и распространены равномерно по всей территории области. Более 50% карьеров вначале располагались на склонах балок и оврагов, а затем, углубляясь и расширяясь, стали захватывать пахотные угодья. Примерно 25% карьеров располагается в поймах рек и около 20% - в оврагах и балках. В связи с незначительной глубиной залегания данных полезных ископаемых их добыча в основном ведется экономически эффективным открытым способом, но встречается и подземная разработка месторождений, в частности, при попутной добыче мела производятся сооружение подземных овощехранилищ .

Существенным недостатком разработки месторождений ОПИ является негативное влияние на окружающую среду, выраженное в воздействии на атмосферный воздух, на поверхностные и подземные воды, на земельные ресурсы и др.

В связи с принадлежностью к различным географическим ландшафтным зонам, дифференциацией по физико-механическим свойствам и условиям залегания общераспространенных полезных ископаемых имеют место определенные особенности воздействия открытой разработки на окружающую среду и здоровье занятых в производстве людей.

В настоящее время одной из основных задач является выявление зависимостей добычи минерального сырья от инженерно-геологических, гидрологических и экологических особенностей различных ландшафтных районов, геоэкологическая оценка глубины и масштабов воздействия на окружающую среду, разработка эффективных предложений по снижению негативного воздействия и рациональному использованию природных ресурсов, а также предложения по минимизации этих воздействий на окружающую среду.

Основными видами воздействия на среду при разработке карьеров являются:

Изъятие природных ресурсов (земельных, водных);

Загрязнение воздушного бассейна выбросами газообразных и взвешенных веществ;

Шумовое воздействие;

Изменение рельефа территории, гидрогеологических условий площадки строительства и прилегающей территории;

Загрязнение территории землеотвода образующимися отходами и сточными водами;

Изменение социальных условий жизни населения.

Принципы оценки негативного воздействия на состояние экосистемы заключаются в выборе максимальной нагрузки технологического процесса на каждый из компонентов окружающей среды с учетом потребления энергоресурсов при штатной и неблагоприятной по метеоусловиям ситуации, сравнении с установленными нормативами предельно допустимых концентраций воздействия на здоровье людей, объекты животного мира и растительность, а также рекреационные территории. При анализе этих воздействий разрабатываются оптимальные схемы, модели и методы уменьшения негативного антропогенного воздействия на экосистемы .

Разработка месторождения полезных ископаемых открытым способом оказывает негативное влияние на атмосферный воздух в результате пыле- и газообразования. Основными источниками воздействия являются выемочно-погрузочные и вскрышные работы, работы по отвалообразованию, внутренние и внешние отвалы, переэкскавация навалов породы, дорога, дробление сырья. Пыль в зависимости от добываемого сырья представляет собой пыль неорганическую с содержанием диоксида кремния ниже 20% - при добыче суглинков, 20-70% - при добыче глин и песка, свыше 70% - при добыче опоки. Концентрация пыли при выемочно-погрузочных работах зависит от крепости и естественной влажности горной породы, объема одновременно разгружаемой породы, высоты разгрузки, угла поворота экскаватора. Завышение высоты разгрузки приводит зачастую к обрушению верхней части уступа и повышению запыленности в 1,5-5 раз.

При транспортировании сырья по внутрикарьерным дорогам пылевыделение осуществляется с поверхности нагруженного в кузов автосамосвала материала и взаимодействия автомобильных колес с поверхностью дороги. Интенсивность и объем пылеобразования зависят от скорости движения, грузоподъемности автомашин, а также от типа дорожного покрытия.

Общим для всех способов отвалообразования является образование больших незакрепленных поверхностей (плоскостных источников), которые при неблагоприятных условиях приводят к интенсивному пылеобразованию, зависящему от вида материала, гранулометрического состава, метеорологических условий.

При работе автомобильного транспорта и спецтехники загрязнение атмосферы в зоне влияния карьера и в самом карьере происходит при работе двигателей дорожно-строительной техники и автотранспорта, выделяющих азота диоксид, азота оксид, бензин, оксид углерода, оксид серы и сажу.

Для моделирования гипотетической ситуации среднестатистического карьера по добыче ОПИ нами был выбран условно максимальный карьер, с наибольшим ареалом разработки по всем видам добываемого сырья (мел, песок, глина). Также учитывалась максимальная нагрузка обслуживающего автотранспорта с 8-часовым рабочим днем, без выходных.

Оценка степени загрязняющего воздействия на атмосферный воздух проводится по самому напряженному этапу производства работ в карьере, характеризующемуся наибольшими выбросами загрязняющих веществ. Методика оценки воздействия заключается в сравнении максимальных приземных концентраций при рассеивании загрязняющих веществ на границах санитарно-защитной зоны карьера, ближайшей жилой застройки, акватории водных объектов, особо охраняемых природных территорий и лесополос с установленными нормативами ПДК воздействия на здоровье людей, объекты животного мира и растительность, рекреационные территории.

Данные результаты свидетельствуют, что при разработке карьера любого из видов добываемого сырья уровень негативного воздействия находится в рамках допустимых нормативов, а основным загрязнителем воздушной среды является специализированный автотранспорт. При работе автотранспорта основным загрязняющим веществом является диоксид азота, но на границе СЗЗ его концентрация не превышает 1 ПДК, а пыль неорганическая (глина, песок, мел) на границе СЗЗ ниже 0,1 ПДК (табл. 1).

Таблица 1 - Динамика рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере при добыче ОПИ

Анализ данных показал, что на всех карьерах основным источником загрязнения воздушной среды является автотранспорт, обслуживающий карьер; пыль при добыче, погрузке и перевозке не оказывает существенного загрязнения. Согласно СНиП, санитарно-защитная зона карьеров составляет для мела - 500 м, песка - 300 м, глин - 300 м . Ориентировочная СЗЗ для всех карьеров с аналогичными параметрами и ниже является достаточной.

Основными источниками внешнего шума являются двигатели дорожно-строительной техники. Оценка уровня шума, проникающего с производственной зоны на селитебную территорию, заключается в сравнении расчетного уровня шума в расчетной точке (ближайшая жилая зона) для одновременно работающей техники с допустимым уровнем шума для объектов, расположенных на этой территории (жилых домов). Нормирование шума проводится для дневного и ночного времени суток.

Шумовые характеристики принимаются по паспортным данным используемой в карьере спецтехники и автотранспорта. Допустимые уровни звука составляют для жилых кварталов 40 дБА в дневное время и 30 дБА в ночное время .

Снижение уровня звука шумозащитным экраном изменяется от 38,66 до 47,21 дБА, в зависимости от удаления источника звука от жилой зоны.

Расчетный уровень звука при удалении от источника шума на расстояние 225 м без экрана составит 34,8 дБА, что соответствует допустимому уровню звука в дневное и ночное время на прилегающей к жилой зоне территории. При работе на глубине 2-3 м в карьере уровень звука не достигнет жилой зоны (-3,86 дБА). При удалении жилой зоны на 1400 м от источника шума уровень звука без экрана (работа на поверхности) составит 13,9 дБА.

Расчетным методом установлено, что шум автотранспорта и спецтехники, работающего согласно технологической схеме (не более двух единиц техники на площадке одновременно) как в дневное, так и в ночное время, не оказывает вредного влияния на прилегающую застройку. Взрывные работы на всех карьерах по добыче ОПИ в Белгородской области не применяются. В связи с этим данные расчеты проводить не целесообразно.

Воздействие на территорию оценивается размером изымаемой для размещения объекта площади, категорией изымаемых земель, изменением состояния нарушаемого почвенного покрова, образованием новых форм рельефа (котлованов и отвалов).

Воздействие на геологическую среду определяется глубиной разработки и возможными осложнениями (затопление подземными водами, развитие экзогенных процессов). Механизм отрицательного влияния малых карьеров на природную среду аналогичен влиянию вскрышных работ горнорудных предприятий, отличаясь только масштабностью. Площадь, занимаемая каждым карьером и отвалом, не превышает 5-15 га и в зависимости от места расположения оказывает иногда специфическое влияние на окружающую среду. Горные работы приводят к активизации некоторых рельефообразующих процессов. Для оценки природных предпосылок развития нарушенных земель нами проведен морфометрический анализ рельефа исследованных областей с составлением картосхемы «Нарушенные земли в зоне влияния карьеров по добыче ОПИ» (рисунок 1), выполненной в масштабе 1:200000. Натурные наблюдения проводились непосредственно в полевых условиях .

Рис. 1. Нарушенные земли в зоне влияния карьеров по добыче ОПИ.

Массовая разработка общераспространенных полезных ископаемых большим количеством малых карьеров, хотя и не приводит к появлению техногенного рельефа большого площадного распространения, однако при длительной их эксплуатации и отсутствии

рекультивационных работ на стихийно разрабатываемых выемках провоцируется выветривание, оползневые, обвально-осыпные, просадочные явления, эрозионный размыв, дефляция, накопление техногенного слоя пород, подтопление. Кроме того, в ряде случаев при производстве горных работ допускаются нарушения поверхности пологих склонов проходами плугов бульдозеров вдоль и поперек склонов с образованием длинных борозд, узких траншей или беспорядочных «закопушек». В последующем они становятся источниками повышенного протекания процессов оврагообразования, которые могут тянуться на несколько километров .

Нагрузка на территорию землепользования и систему поверхностных и подземных вод при проведении добычных работ выражается в возможном загрязнении почвогрунтов и зоны аэрации отходами производства и потребления и сточными водами. Для оценки воздействия определяются объемы формируемых сточных вод и отходов производства и потребления и рациональная схема водопотребления и водоотведения и обращения с твердыми отходами.

Воздействие на животный мир на рассматриваемых территориях выражается в исключении площади отвода земель как местообитания, в факторе беспокойства, связанного с присутствием людей, работой техники и движением автотранспорта. На время производства работ участки, занятые карьерами, будут естественным образом исключены из пути сезонной миграции млекопитающих. Планируемая деятельность вызывает смену биотопов и перемещение их на прилегающую территорию с идентичными характеристиками, что не отражается на состоянии популяций распространенных в районе видов животных вследствие незначительных площадей карьеров.

Воздействие на растительность при производстве карьерной добычи выражается в изъятии земель, нарушении почвенного покрова и естественного травостоя. По окончании работ предусматривается рекультивация нарушаемых земель до уровня пастбищных сельхозугодий или рекреационных объектов, что приведет к восстановлению естественной среды обитания растительности и животных.

В дополнение к перечисленным проблемам существуют и другие, не менее острые, связанные с использованием отработанных карьеров как мест складирования бытовых отходов и использованием их как несанкционированных свалок .

Данное исследование проведено при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, в рамках мероприятия 1.3.1 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук» по государственному контракту № П1363.

Рецензенты:

Корнилов А.Г., доктор географических наук, профессор, зав. кафедрой географии и геоэкологии ГГФ НИУ БелГУ, г. Белгород.

Сергеев С.В., доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной геологии и горного дела ГГФ, НИУ БелГУ, г. Белгород.

Библиографическая ссылка

В процессе добычи и переработки полезных ископаемых человек влияет на большой геологический круговорот. Во-первых, человек переводит залежи полезных ископаемых в другие формы химических соединений. Например, человек постепенно исчерпывает горючие полезные ископаемые (нефть, уголь, газ, торф) и переводит их в конечном итоге в углекислый газ и карбонаты. Во-вторых, человек распределяет по поверхности земли, рассеивая, как правило, бывшие геологические аккумуляции.

В настоящее время на каждого жителя Земли ежегодно добывается около 20 т сырьевых ресурсов, из которых несколько процентов переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Отмечаются значительные потери полезных компонентов (до 50 – 60 %) при добыче полезных ископаемых, обогащении и переработке.

При подземной добыче потери угля составляют 30 – 40%, при открытой добыче – 10%. При добыче железных руд открытым способом потери составляют 3–5%, при подземной добыче вольфрамо-молибденовых руд потери достигают 10–12 %, при открытой – 3–5%. При разработке ртутных и золоторудных месторождений потери могут достигать 30%.

Большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат несколько компонентов, извлечение которых экономически выгодно. В месторождениях нефти попутными компонентами являются газ, сера, йод, бром, бор, в газовых месторождениях – сера, азот, гелий. Наибольшей комплексностью характеризуются руды цветных металлов. Месторождения калийных солей содержат обычно сильвин, карналлит и галит. Наиболее интенсивной дальнейшей переработке подвергается сильвин. Потери сильвина составляют 25–40%, потери карналлита – 70–80%, галита – 90%.

В настоящее время наблюдается постоянное и довольно существенное снижение содержания металлов в добываемых рудах. Так, в течение последних 2–3-х десятилетий содержание в рудах свинца, цинка, меди снижалось ежегодно на 2–2,3 %, молибдена почти на 3%, а содержание сурьмы только за последние 10 лет уменьшилось почти в 2 раза. Содержание железа в добываемых рудах снижается в среднем на 1% (абсолютный) в год. Очевидно, что уже через 20–25 лет для получения того же количества цветных и черных металлов потребуется более, чем в 2 раза увеличить количество добытой и переработанной руды.

Добыча полезных ископаемых влияет на все сферы Земли. Влияние добычи полезных ископаемых на литосферу проявляется в следующем:

1. Создание антропогенных форм мезорельефа: карьеров, отвалов (высотой до 100-150 м), терриконов (высотой до 300 м) и т.д. На территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пустой породы высотой около 50–80 м. В результате открытой добычи полезных ископаемых образуются карьеры глубиной более 500 м.

2. Активизация геологических процессов (карст, оползни, осыпи, оседание и сдвижение горных пород). При подземной добыче полезных ископаемых образуются мульды проседания и провалы. В Кузбассе цепь провалов (до 30 м глубиной) тянется на протяжении более 50 км.

3. Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты.

4. Механическое нарушение почв и их химическое загрязнение. В среднем по угольной промышленности России добыча 1 млн. т топлива означает отвод и нарушение 8 га земельной площади, при открытом способе –20–30 га. Во всем мире суммарная площадь нарушенных горными работами земель превышает 6 млн. га. К этим землям следует присовокупить сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство оказывает негативное воздействие. В радиусе 35 – 40 км от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30 % по сравнению со средним уровнем.

Добыча полезных ископаемых воздействует на состояние атмосферы:

1. Происходит загрязнение атмосферы воздуха выбросами СН4, серы, оксидов углерода из горных выработок, в результате горения отвалов и терриконов (выделение оксидов N, C, S), газовых и нефтяных пожаров.

2. Возрастает запыленность атмосферы в результате горения отвалов и терриконов, при взрывах в карьерах, что влияет на количество солнечной радиации и температуру, количество осадков.

Более 70% терриконов Кузбасса и 85% отвалов Донбасса относятся к горящим. На расстоянии до нескольких километров от них в воздухе значительно повышены концентрации SO2, CO2, CO.

В 80-е гг. в Рурском и Верхнесилезском бассейнах на каждые 100 км2 площади ежедневно выпадало 2–5 кг пыли, интенсивность солнечного сияния в Германии уменьшилась на 20 %, в Польше на 50%. Почва на прилегающих к карьерам и шахтам полях оказывается погребенной под слоем пыли толщиной до 0,5 м и на долгие годы теряет свое плодородие.

Влияние добычи полезных ископаемых на гидросферу проявляется в истощении водоносных горизонтов и в ухудшении качества подземных и поверхностных вод; в снижении расходов малых рек, чрезмерном осушении болот. Побочное изменение водного режима в результате добычи полезных ископаемых проявляются иногда на площади, почти в 10 раз превышающей территорию, нарушенную добычей.

При добыче угля на шахтах Ростовской области на каждую тонну добываемого угля приходится откачивать свыше 20 м3 пластовой воды, при добыче железных руд на карьерах Курской магнитной аномалии - до 8 м3