Нейтрализация вредного воздействия карьеров и отвалов на окружающую среду

Введение

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В эпоху бурного экономического развития, когда в процесс производства вовлечена практически вся биосфера планеты, человек, стал крупнейшей геологической силой, под действием которой меняется лик Земли. Научно - технический процесс привел к качественному и количественному потреблению литосферных ресурсов.

Уже сегодня воздействие человека на литосферу приближается к пределам, переход которых может вызвать необратимые процессы почти по всей поверхностной части земной коры. В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд. т. угля, более 100 млрд. т. других полезных ископаемых. Эрозией за последние сто лет уничтожено 2 млн. га, площадь оврагов превысила 25 млн. га. Высота терриконов достигает 300 м, горных отвалов - 150 м. Экологическая функция литосферы выражается в том, что она является базовой подсистемой биосферы: образно говоря, вся континентальная и почти вся морская биота опирается на земную кору. Например, техногенное разрушение минимального слоя горных пород на суше или шельфе автоматически уничтожает биоценоз.

Почти все химические элементы используются в практике. Однако на производстве готовой продукции используются только около одной седьмой добытых полезных ископаемых.

Удаление отходов и их хранение является дорогим мероприятием. Затраты на них могут составлять до 30% от стоимости годовой продукции.

Однако в отходы попадают ценные и дефицитные минералы: огнеупорные глины, фосфориты, доломиты, известняки, кварциты и т.д. в оборот вовлекается только одна пятая часть шлаков цветной металлургии.

1. Карьеры и их прямое негативное воздействие на окружающую среду

Карьеры - искусственные геологические и географические объекты, создаваемые как места добычи тех или иных полезных ископаемых открытым способом. Карьером называется также совокупность выемок в земной коре, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом. В России применительно к карьерам по добыче угля используется также термин "разрез".

Открытые горные работы известны с эпохи палеолита. Первые крупные карьеры появились в связи со строительством в Древнем Египте пирамид; позднее в античном мире в карьерах в больших масштабах добывался мрамор. Расширение области применения открытого способа разработки при помощи карьеров сдерживалось вплоть до начала XX в. отсутствием производительных машин для выемки и перемещения больших объёмов вскрышных пород. В начале 80-х гг. XX в. в мире посредством карьеров добывалось 95% строительных горных пород, ~70% руд, 90% бурых и 20% каменных углей; масштабы добычи в карьерах достигали десятков млн. т. в год. Ведение открытых горн. работ на больших глубинах отличается рядом особенностей. Большая специфика характерна и для карьеров, действующих на больших высотах в горах.

При глубине карьера до 100 м. с крепкими вмещающими породами в себестоимости 1 м3 вскрыши до 25-30% занимают буровзрывные работы, 12-16% - экскавация, 35-40% - транспорт и 10-15% - отвалообразование. с увеличением глубины карьера доля расходов на транспорт увеличивается до 60-70%

Будучи созданы искусственно, карьеры существуют лишь до тех пор, пока человек их поддерживает. Как правило, экологи рассматривают карьер лишь как отрицательное явление, т.к. при его создании нарушается почвенный покров, вырубаются деревья, нарушается балансовый режим подземных вод. Взрывы и шум техники распугивают зверей и птиц. Карьеры могут оказывать на окружающую их среду множество различных негативных влияний. Рассмотрим некоторые из них.

1.1Эрозия

Места разработки полезных ископаемых, которые добываются открытым способом очищаются от растительности, что зачастую приводит к уменьшению стойкости почвы к различным видам эрозии.

Эрозия - разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными. Одной из основных причин эрозии является как раз разработка карьеров.

Эрозия оказывает существенное негативное влияние на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи.

Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией понимают выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром. Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, в ходе расчистки мест для добывания полезных ископаемых.

1.2Влияние на недра земли

Основное природное богатство недр - минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных ископаемых с целью их переработки - главная цель пользования недрами.

Недра - источник не только минеральных ресурсов, но и огромных энергетических запасов. По подсчетам ученых, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 трлн. Вт геотермальной энергии. В нашей стране сосредоточены огромные запасы полезных ископаемых, в том числе и геотермального тепла. Ее потребности в минеральных и других природных ресурсах могут быть полностью обеспечены за счет собственных национальных ресурсов.

Тем не менее непрерывный рост потребления минерального сырья повышает значение научно обоснованного, эффективного использования полезных ископаемых, требует от всех организаций и граждан бережного отношения к богатству недр. Иначе говоря, необходимы рациональное использование недр и их охрана.

Важно подчеркнуть также, что в наши дни недра должны рассматриваться не только в качестве источника полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и как часть среды обитания человека.

Экологическое состояние недр определяется прежде всего силой и характером воздействия на них человеческой деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. Только за один год на десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира извлекается и перерабатывается более 150 млрд. т. горных пород. Только на территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород, вынутых из пустых шахт - терриконов, достигающих высоты 50-80 м, а в отдельных случаях и более 100 м, объемом 2-4 млн. м2. В России действуют несколько тысяч карьеров для открытой разработки полезных ископаемых, из них самые глубокие - Коркинские угольные карьеры в Челябинской области (более 500 м).

Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом. Нет в мире другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей промышленностью по силе негативного воздействия на природные экосистемы, исключая разве что природные и техногенные катастрофы, подобные аварии на Чернобыльской АЭС.

2.Косвенное воздействие карьеров на окружающую среду

Не только сами карьеры оказывают негативное влияние на окружающую среду, но и многие другие факторы, связанные с ними. Например, тяжелая горнодобывающая техника и образующиеся в результате добычи отвалы пород. Тяжелая техника нарушает структуру почвенного слоя, что приводит к снижению устойчивости водной эрозии. Так как техника ездит к карьеру по одному и тому же маршруту, на нем в скором времени образуются глубокие следы от гусениц, которые впоследствии вполне могут стать полноценными оврагами и так же повлечь за собой последующую эрозию. Так же, как правило, при добыче открытым методом в воздух поднимается огромное количество пыли, в том числе и угольной. Которая, разносясь ветром, так же может оказывать негативное воздействие, например, на растения.

Рассмотрим подробнее некоторые косвенные негативные влияния карьеров на окружающую среду.

2.1 Отвалы

Отвалы - создаваемые человеком на поверхности в ходе горных работ (у шахт и карьеров) массы пустых (вскрышных) пород или некондиционного минерального сырья, а также хвостов обогатительных фабрик, отходов или шлаков от переработки руды.

По внешней форме и в зависимости от способа укладки материала, бывают отвалы:

• хребтовые, - создаются при вывозе породы вагонетками подвесной канатной дороги или конвейерами
• плоские, - создаются при вывозе отходов (пустой породы) в самосвалах и формировании штабеля при помощи бульдозеров такие отвалы часто создаются в ближайшем от предприятия понижении рельефа.
• внутренние, - создаваемые в отработанном пространстве карьера (частичная рекультивация)
• внешние, - расположенные за границами карьера

Отвалообразование - процесс размещения пустых пород на специально отведённой площади; завершающий этап вскрышных работ на карьерах. Способы и средства отвалообразования тесно связаны с системами открытой разработки месторождений. При бестранспортной системе отвалообразование осуществляется одноковшовыми экскаваторами непосредственно во внутренние отвалы. При транспортно-отвальной - также во внутренние отвалы консольными отвалообразователями и транспортно- отвальными мостами. Отвалообразование при транспортной системе разработки, как на внутренних, так и на внешних отвалах выполняется с помощью отвальных плугов, одноковшовых экскаваторов, бульдозеров, отвалообразователей.

Отвалообразование пустых пород драглайнами осуществляют при разработке горизонтальных и пологопадающих пластообразных и россыпных месторождений. Драглайн, объединяя в себе функции выемочной и отвалообразующей машины, перемещает горные породы и укладывает их во внутренний отвал полосой, равной ширине заходки. При большой мощности вскрыши и достаточной устойчивости пород в отвале применяют отвалообразование с переэкскавацией драглайном части перемещённых первоначально в отвал пород во 2-й ярус.

Отвалообразование с помощью консольного отвалообразователя в выработанное пространство производится полосами шириной, равной ширине заходки экскаватора. Выполняется в процессе цикличного перемещения отвалообразователя по фронту вслед за экскаватором и отсыпки отвала внутри заходки по радиусу. Отвалообразование мягких и крепких горных пород на внешних отвалах этими же машинами производится 2 ярусами (сначала в нижнем, затем в верхнем) при перемещении вдоль отвального конвейера.

Отвалообразование с помощью транспортно-отвального моста осуществляется в выработанное пространство при разработке горизонтальных пластообразных залежей. Породу в отвал укладывают параллельными фронту работ полосами шириной, равной шагу передвижки транспортно-отвального моста вкрест простирания фронта работ. При неустойчивых горных породах предусматривается отвалообразование с предотвалом, а при большой длине моста - с предотвалом, уплотнённым специальным устройством для расположения на нём отвальной опоры моста. Для уменьшения площади отчуждаемых земель и минимизации геоэкологического ущерба отвалообразование ведётся до максимально возможных высот отвалов. Технология отвалообразования обычно предусматривает возможность и эффективность последующей рекультивации поверхности, нарушенной горными работами.

2.2 Негативное влияние отвалов на окружающую среду

Отвалы могут являться источниками выбросов различных веществ. Основным компонентом выбросов является водяной пар. Вместе с парогазовыми выбросами в атмосферу со стороны терриконов могут попадать летучие соединения токсичных элементов - ртути, мышьяка, кадмия и др. Выбросы со стороны терриконов могут распространяться на сотни метров, захватывая большие площади, включая селитебные территории. Компоненты выбросов, осаждаясь на земную поверхность, загрязняют почвогрунты. При этом формируются ореолы рассеивания. Наиболее загрязненными являются заболоченные участки долин рек и днищ балок.

Сами терриконы и ореолы рассеивания загрязняющих веществ в почвах служат источниками загрязнения водной среды сульфатами и токсичными компонентами. При этом загрязняется поверхностный сток, выщелачивающий растворимые сульфаты с поверхности терриконов и почв, и подземные воды в процессе инфильтрации загрязненных атмосферных осадков.

Негативные геологические процессы, связанные с терриконами, проявлены в разных аспектах. Водная эрозия их бортов приводит к расширению площади отвалов. Породная масса оказывает дополнительное давление на грунты основания, что может повлиять на изменение их фильтрационных свойств и оказывать локальное воздействие на уровневый режим первого от поверхности водоносного горизонта. Однако самое существенное негативное воздействие терриконы оказывают благодаря формированию зон замещения в грунтах зоны аэрации и в водовмещающих породах. Они проявлены развитием вторичной минерализации. В природных условиях эта минерализация представлена в виде обилия прожилково-вкрапленных карбонатов, развивающихся в зоне аэрации и в водовмещающих породах. В пределах зон разломов увеличивается не только количество гипса, но и размеры выделений, достигающие 15-20 см в диаметре. Проявляется вертикальная зональность, когда в верхней части зоны аэрации выделяются конкреции и прожилки землистых агрегатов содовых минералов, ниже по разрезу появляется гипс, который далее становится основным техногенным минералом. Эта зональность обусловлена различной растворимостью содовых минералов и гипса в воде. Зоны замещения сопровождаются перераспределением большей части макро- и микрокомпонентов как в грунтах зоны аэрации, так и в водовмещающих породах и в подземных водах. В качестве проводников данных процессов служат разломы или геодинамические активные зоны.

3.Известные методы нейтрализации вредного воздействия карьеров и отвалов на окружающую среду

карьер эрозия отвал рекультивация

Рекультивация карьеров проводится в основном затапливанием. Для этого сначала выравнивается дно карьера, затем проводится сглаживание склонов, чтобы в последствии данный карьер можно было использовать как место отдыха, а так же как среду обитания для живых организмов. И, наконец, карьер затапливается. Либо путем соединения каналом с уже существующим природным озером, либо, при наличии такой возможности, путем соединения с подземным водоемом. В результате чего получается замечательное место отдыха и обитания животных, водоплавающих птиц и рыб.

Так же есть способ, который нейтрализует одновременно негативные последствия, как карьеров, так и отвалов. Представлен он тем, что карьер засыпается отвалом пустой породы, тем самым частично нейтрализуется антропогенное воздействие.

Наиболее трудно озеленять терриконы и золоотвалы. Устройство защитных посадок на терриконах возможно только на старых отвалах, на которых поверхностный слой породы со временем подвергался выветриванию и эрозии, а образовавшаяся мелкая зола постепенно превращалась в почву слоем от 5 до 20 см.

Первый этап освоения поверхности терриконов - создание зернотравянистого покрова, способного оказывать влияние на почвообразовательный процесс, предотвращать пыление и вымывание мелких частиц. Посев корневищных и дерновищных многолетних злаков (пырей бескорневищный, мятлик живородящий, ковыль, степная овсяница и др.) должен производиться при предварительной планировке склонов с добавлением питательной почвы, с обязательным прикатыванием и последующим поливом для обеспечения нормального роста злаков с первых дней.

Для древесно-кустарниковых посадок рекомендуются газоустойчивые породы, так как в районах терриконов и шахт происходит газовыделение, в том числе сернистых газов, наиболее отрицательно действующих на растения. Наиболее устойчивыми считаются акация белая, клен ясенелистный, тополь канадский, акация желтая, бирючина, лох серебристый, тамарикс. Эти породы обладают разнообразными декоративными качествами и дают возможность создавать красочные композиции из растительности на склонах отвалов. Ввиду крайне неблагоприятных условий для роста древесных и кустарниковых пород посадку растений следует производить в оптимальные сроки с соблюдением всех агротехнических требований и с обязательным поливом. Порода террикона влагопроницаема и поэтому произрастание растений возможно только при условии искусственного орошения. Иногда для полива можно использовать воду, откачиваемую из шахт. Посадка деревьев и кустарников должна производиться в ямки, заполненные на 50% верхним слоем мелкозема из террикона. Желательно добавлять гашеную известь для нейтрализации и связывания имеющихся в почве кислот и ангидридов, содержащих серу. Особенно неприглядны обширные площади золоотвалов, достигающие десятки и сотни гектаров. Эти «индустриальные пустыни», состоящие из мельчайших частиц золы, образуются при сжигании угля на тепловых электростанциях. Даже при небольшом ветре на золоотвалах поднимаются тучи пыли, и ветер разносит её на большие расстояния. Озеленение таких участков - задача первостепенной важности, так как самозарастания, как правило, в первые 5 лет не бывает.

Заключение

Рядом с моим родным городом проводились торфоразработки, после которых осталось множество карьеров, которые на данный момент затоплены, и являются прекрасным местом отдыха. Охотники, рыболовы, грибники, да и просто семьи на праздники часто выбирают именно эти карьеры.

Таким образом, человек не только устраняет собственное негативное воздействие на природу, но и обеспечивает себя местом отдыха, и не только.

Совсем недавно, рядом с моим родным городом для постройки объездной трассы проводилась добыча песка, после которой так же остался карьер, который в последствии затопили. Сейчас это озеро используется частным предпринимателем для разведения карповых пород рыб. Разумеется, это озеро так же используется и для отдыха.

Выбор за нами, что делать с творением наших рук, либо бросить, чтобы оно приносило вред всему вокруг, либо приложить еще немного усилий и превратить негативные последствия в положительные. Выбор за нами.

Список литературы

Горная энциклопедия, в 5 т. / гл. ред. Е.А. Козловский - М., изд-во "Советская энциклопедия", 1987.

Алехин В.И., Мигуля П.С., Проскурня Ю.А. Минералого-петрографические и эколого-геохимические особенности пород терриконов Донбасса (на примере Донецко-Макеевского промышленного района). Сб. научн. тр. НГА Украины. - Днепропетровск. - 1998. - Т. 5, №3. - С. 35-39.

Алехин В.И., Проскурня Ю.А. Экологические аспекты геохимии породных отвалов шахт. Сб. мат. конф. «Актуальные проблемы геологии Украины». - Киев. - 1998. - С. 53.

Войткевич Г.В., Мирошников А.Е. и др. Краткий справочник по геохимии - М.: Недра, 1970. - 280 с.

Панов Б.С., Алехин В.И., Мигуля П.С. и др. Изучение шахтных терриконов Донецко-Макеевского района как новых видов минерального сырья. Отчет по НИР. - Донецк: Фонды ДонГТУ. - 1993. - 70 с.

Акимова Т.А. Экология природа - Человек - Техника: Учебник для ВУЗов / Т.А. Акимова, А.П. Кузьмин, В.В. Хаскин. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с.

Горное дело и окружающая среда: Программа, методические указания и контрольная работа / Сост. В.М. Питулько. - СПб, 2004. - 46с.

Дончева А.В. Основы экологических технологий производства (экологическая оценка технологий) / А.В. Дончева, С.Г. Покровский. - М.: Изд-во МГУ, 1999. - 108 с.

Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / Под ред. А.Ф. Порядина и А.Д. Хованского. - М.: Изд. Дом «Прибой», 1996. - 350 с.

Рекультивация нарушенных земель: Программа, методические указания и контрольные задания / сост. Я.Г. Семикобыла. - СПб, 2004 - 23 с. - 45 с.