Воздействие на окружающую среду добычи полезных ископаемых открытым способом
Добыча полезных ресурсов неизменно приносит пользу людям и причиняет вред окружающей среде. Стоит рассмотреть, какие экологические проблемы возникают вследствие этого процесса.
Загрязнение атмосферного воздуха
Влияние добычи полезных ископаемых на окружающую среду всегда было негативным по причине загрязнения природных ресурсов. Из добываемого сырья по делу используется только 5%, остальная часть превращается в отходы. Они возвращаются в природу и наносят ей непоправимый ущерб.
Добыча минеральных ресурсов и горных пород приводит к выбросам в атмосферу углекислого газа, пыли, углеводородов и других химических соединений.
Это происходит за счет применения взрывчатых веществ на месторождениях. После взрывов в карьерах растет уровень запыленности атмосферы. Это неблагоприятно действует на солнечную радиацию, температуру воздуха и осадки.
Отвалы горных шахт или терриконы оказывают серьезное влияние на нижние слои воздуха. Их высота может достигать 80 метров, объем — до 1 миллиона куб. м. В России большое скопление терриконов отмечается на территории Челябинской области в районах активной добычи угля.
Породы, входящие в его состав, включают частицы углерода и серный колчедан, он же пирит, при разложении которого происходит выделение теплоты. Это приводит к возгоранию обвалов. Они могут гореть, не затухая, несколько месяцев подряд. При сгорании выделяется множество вредных газов и химических соединений, тем самым сильно загрязняя атмосферу.
В металлургической промышленности тоже образуется много отходов. На переработку отправляется в среднем 25% от их общего количества, остальная часть выбрасывается. В таких отходах содержится много токсических веществ, они способны мигрировать на большие дистанции — до 200 км.
При обработке железных руд выделяются вредные газы, которые, при попадании в атмосферу, вызывают парниковый эффект и кислотные осадки.
Особенно загрязненный атмосферный воздух наблюдается в районах, специализирующихся на черных металлах.
Для решения проблемы загрязнения атмосферы можно добывать минеральные ресурсы с использованием шахтного метода. Он подразумевает под собой закрытую, подземную разработку месторождений и добычу при помощи постройки шахт.
Деструкция почвенного слоя
Негативное влияние на состояние почв оказывает разработка полезных ископаемых. Все способы извлечения ресурсов заключаются в выемке сырья из земной коры. По этой причине в ней образуются полости, нарушается целостность. При строительстве шахт или карьеров для открытого метода добычи ресурсов часто происходит отчуждение земель на долгие годы. Это приводит к возникновению антропогенных форм рельефа на территориях в районе разработок — обвалам, оползням, карьерам.
При строительстве карьеров слой чернозема снимают и сбрасывают в отвалы. Таким образом, почва становится непригодной для хозяйственного использования. В Белгородской области, в районе Лебединского горно-обогатительного комбината, было уничтожено около 6 миллионов га плодородной земли. Мероприятия, направленные на ее восстановление, не смогли компенсировать такой серьезный урон. Чтобы решить эту проблему, необходимо организовывать транспортировку чернозема и его распределение на бесплодных местностях рядом с истощенными рудниками.
Еще одно негативное последствие добычи полезных ресурсов — загрязнение сельскохозяйственных территорий. Чаще это происходит в процессе транспортировки ископаемых. Пыль распространяется на большие площади и осаживается в почвах и на растениях. Особенно такие выбросы высоки при горнодобыче. В результате образуются техногенные аномалии, где содержание железа и цинка в почве превышает норму в 2-3 раза. На местах сильного запыления земли запрещено разбивать пастбища, рекомендуется отступить на расстояние 8-10 км от карьеров.
Вредные вещества, проникающие в почвы, бывают токсичны. Они попадают сначала в растительность, затем в организм человека с пищей. Рядом с месторождениями магнезита в радиусе 30 км образовывается пустошь — живые существа погибают из-за смены кислотно-щелочного состава почв в таких местах.
Постоянная добыча полезных ископаемых приводит к регулярному уменьшению их запасов и истощению недр земли. В составе руд наблюдается снижение металлов, из-за чего увеличиваются объемы добычи. Как итог, наблюдается рост отходов, вредящих литосфере.
Загрязнение водного пространства
Один из результатов добычи полезных ресурсов — истощение и осушение водоемов, их загрязнение. На месторождениях каменной соли образуются галитовые отходы — побочный продукт производства хлорида калия. С осадками они попадают в водоемы, которые используют для подачи питьевой воды в близлежащие населенные пункты.
При добыче угля на территориях, расположенных вблизи месторождений, всегда откачиваются подземные воды. По этой причине происходят следующие вещи:
- воронкообразное понижение уровня подземных вод — возникает после их откачки;
- пересыхание родников и небольших рек;
- исчезновение ручьев.
Предприятия угольной промышленности также сбрасывают много сточных вод. В результате их функционирования истощаются запасы подземных водных ресурсов из-за осушения и использования месторождений угля.
Поверхностные водоемы загрязняются сбросами неочищенных сточных вод с карьеров и шахт. В них попадают соли, токсические вещества, отходы и металлы.
По причине загрязнения водного пространства исчезают целые экосистемы. Погибают микроорганизмы, рыба и прочие обитатели водоемов. Для людей тоже существует определенный вред — зараженная вода используется в бытовых целях. Чтобы снизить уровень загрязнения водных ресурсов, необходимо уменьшить количество сточных вод, усовершенствовать систему их очистки.
Влияние на флору и фауну
Деятельность горнодобывающей отрасли связана с образованием отходов. В их составе встречаются горные породы, обедненные руды и химические вещества. При извлечении из-под земли, они вступают в химические реакции, не поддающиеся контролю. В результате это может привести к серьезным последствиям для экологии.
В местах добычи пропадают растения, нарушается привычная среда обитания живых существ. Не все животные и насекомые способны адаптироваться к перемене условий, в результате чего они покидают эти места или погибают. С учетом бурного развития добывающей деятельности человека это станет большой проблемой в вопросах охраны природы и ее обитателей.
При освоении месторождений минеральных ресурсов из-за нарушения растительного покрова разрушаются пастбища, что приводит к дефициту пищи для скота. Процесс разработки мест добычи ресурсов подразумевает загрязнение пылью и сточными водами больших территорий радиусом до 30 км. Вредные вещества, при попадании на землю, уничтожают все живое на своем пути. После этого перестает расти трава, деревья, кустарники. В результате в поисках пищи мигрируют целые популяции.
Для компенсации вреда, причиненного человеком флоре и фауне, необходимо удобрять почвы, регулярно высаживать леса и организовывать пастбища вдали от мест разработок.
Отсутствие мер по решению проблем, возникающих при добыче полезных ресурсов, усугубляет ситуацию. Экологическая обстановка определяет не только качество окружающей среды, но и состояние здоровья людей. При серьезных масштабах ущерба, нанесенного человечеством природе, еще существует возможность вернуть ей первоначальный вид.
( 6 оценок, среднее 4.83 из 5 )
- Авторы
- Резюме
- Файлы
- Ключевые слова
- Литература
Назаренко Н.В.
1
Петин А.Н.
1
Фурманова Т.Н.
1
1 Белгородский государственный национальный исследовательский университет
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
карьере
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 [2].
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 [4].
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 [1].
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
Загрязняющие вещества, выделяющиеся в атмосферу при разработке карьера | На глиняных карьерах (доли ПДК) | На меловых карьерах (доли ПДК) | На песчаных карьерах (доли ПДК) | |||
max | СЗЗ (300 м) | max | СЗЗ (500 м) | max | СЗЗ (300 м) | |
0301 – Азота диоксид | 1,42 | 0,86 | 1,42 | 0,53 | 1,422 | 0,86 |
0328 – Углерод | 0,46 | 0,26 | 0,46 | 0,15 | 0,46 | 0,26 |
0330 – Серы диоксид | 0,28 | 0,17 | 0,28 | 0,11 | 0,28 | 0,17 |
0337 –Углерода оксид | 0,14 | 0,09 | 0,14 | 0,05 | 0,14 | 0,09 |
0703 – Бенз[а]пирен | 0,23 | 0,14 | 0,23 | 0,08 | 0,23 | 0,14 |
2704 – Бензин | 0,04 | 0,03 | 0,04 | 0,02 | 0,04 | 0,03 |
2908 – Пыль неорг.: 70-20% двуокиси кремния | 0,004 | 0,001 | — | — | 0,005 | 0,001 |
2908 – Пыль неорг., ниже 20% двуокиси кремния | — | — | 0,005 | 0,001 | — | — |
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 [6; 7]. 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 [5].
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 [3].
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 [3].
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 [4].
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
Назаренко Н.В., Петин А.Н., Фурманова Т.Н. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ДОБЫЧЕ ОБЩЕРАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7401 (дата обращения: 08.11.2020).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)