. Ближайшие перспективы развития горного дела
Для обеспечения безопасности горного производства и наиболее эффективного использования средств экологической защиты необходимо четко представлять себе перспективы развития геологоразведочных работ на ближайшее время.
При этом следует иметь в виду, что прогнозируемое развитие горного дела характеризуется принципиально новыми тенденциями и направлениями, которые должны быть учтены в процессе разработки мероприятий по охране окружающей среды. Основные из них следующие:
1.Вовлечение в
эксплуатацию все более бедных месторождений
полезных ископаемых и вследствие этого увеличение объемов добычи; концентрация
горных предприятий в районах дешевой рабочей силы со сравнительно низкой
плотностью населения, где загрязнение окружающей среды не ограничивает ведение
горных работ. Эта тенденция диктует необходимость развития горной
промышленности главным образом в слабонаселенных районах Восточной Сибири и
Дальнего Востока, при ее ограничении в густонаселенных районах европейской
части России.
2.Замещение
отрабатываемых источников минерального сырья
новыми источниками не только с соблюдением развитых принципов
максимизации прибыли, но и принципа предпочтительности вовлечения в
эксплуатацию месторождений с более благоприятными при
родными условиями по отношению к менее благоприятным при
максимальном использовании добываемого сырья. В условиях бурного
научно-технического прогресса реализация этого принципа
весьма положительно сказывается на экономике любой страны.
3.Увеличение глубины открытых и подземных горных работ, что ставит перед горной наукой и техникой принципиально новые задачи по обеспечению устойчивости бортов карьеров, предупреждению горных ударов, проветриванию горных работ, поддержанию выработанного пространства и транспортировке горной массы.
4.Конструирование и использование горных машин с дистанционным управлением и автономным приводом с использованием главным образом экологически чистых машин с гидро- и электроприводом.
5.Проведение при производстве горных работ во все возрастающих объемах мероприятий по охране внешней среды от загрязнения, шума, иссушения и нарушений земной поверхности. Все большее значение придается таким горным работам, при которых рекультивируемая поверхность активно преобразуется.
6. Реализация наиболее рациональных и экономически выгодных принципов общей застройки и эксплуатации поверхности, создание замкнутых систем водоснабжения, энергообеспечения, строительства транспортных коммуникаций, линий связи и т. д. с учетом экономики региона, интересов национальных или международных экономических объединений.
Следует иметь в виду, что основная трудность, с которой все чаще сталкиваются геологоразведчики - это необходимость нахождения «слепых» рудных тел. В ближайшей перспективе - преодоление сложностей разведки дна мирового океана.
В тоже время, анализ стоимости разведочных работ показывает, что сейчас около 77% затрат приходится на детальную разведку месторождений, 12% - на предварительные стадии поисков и оценки и 11% - на изучение геологии и гидрогеологии месторождений и регионов. В будущем, наряду с общим повышением затрат на геологоразведочные работы, ожидается повышение доли затрат на изучение инженерной геологии и гидрогеологии (в целях более полного использования недр и сохранения гидродинамических режимов), а также на поиски и оценку, обеспечивающие своевременное решение проблем замещения отрабатываемых сырьевых ресурсов.
В связи с этим, основными направлениями научно-технического прогресса в области геологоразведочных работ следует считать:
1) разработку и активное внедрение в практику дистанционных методов, средств и приборов позволяющих обнаруживать скрытые месторождения полезных ископаемых, в том числе воздушная и космическая разведка;
2)
совершенствование
существующей и создание новой техники
для бурения разведочных скважин;
3) разработку новых технологий и способов добычи и обогащения минерального сырья из месторождений с низким содержанием полезного компонента;
4) изучение и комплексное использование техногенных месторождений и отходов производства;
5) дальнейшее развитие геохимических методов поисков по первичным и вторичным ареолам рассеяния, с применением математических методов анализа и обработки информации, а также использованием ГИС-технологий для составления геологических разрезов и прогнозно-металлогенических карт;
6) широкое внедрение в горнодобываюшую и перерабатывающую промышленность современных нанотехнологий, позволяющих использовать нетрадиционные источники энергии и получать принципиально новые материалы.
7)изучение подземных геологических структур с целью захоронения в них биологически вредных отходов производства.
В настоящее время ведущее место в мировой добыче минерального сырья занимают открытые горные работы. Их удельный вес составляет около 60%, в том числе 57% в добыче руд различных металлов, 34% - угля и 97% строительных материалов [13].
Обеспечивая, по сравнению с подземными работами, в 3-7 раз более высокую производительность труда и в 2-3 раза меньшую себестоимость добычи, открытые горные работы, тем не менее, требуют значительных капиталовложений в мероприятия по охране окружающей среды. К тому же, помимо фактора истощения приповерхностных месторождений, следует принимать во внимание огромные земельные площади, отчуждаемые под разработку и размещение отвалов пустых пород.
Поэтому, в ближайшей перспективе будет отмечаться рост удельного веса подземных разработок, что в свою очередь заставит решать ряд конкретных задач, связанных с безопасной и эффективной добычей полезных ископаемых с глубоких горизонтов. Среди них наиболее актуальными представляются следующие задачи:
. Решение проблемы управления горным давлением на больших глубинах, предупреждение горных ударов, улучшение климатических условий труда.
. Повышение уровня комплексной механизации подземных горных работ до 95%, частичную автоматизацию производственных процессов и переход на программное дистанционное управление горными машинами и комплексами.
. Изыскание условий ведения горных работ и их организация при повышенной температуре и влажности.
. Освоение месторождений в ранее недоступных районах земного шара - на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике, в пустынях Азии, Африки и Австралии, что связано с преодолением ряда трудностей использования в этих районах трудовых ресурсов и решением проблем охраны окружающей среды.
. Организация разработки месторождений континентального шельфа, дна морей и океанов, что потребует решения специфических вопросов поддержания горных выработок, их вентиляции и охраны окружающей среды.
.Выполнение некоторых процессов переработки (грохочения, дробления, измельчения и обогащения руд и углей) непосредственно в подземных выработках рудников и шахт с выдачей готовых концентратов на поверхность по трубопроводам, при одновременном захоронении отходов производства в выработанное пространство.
Следует иметь в виду, что тенденция к переносу процессов обогащения руд и углей в подземные выработки определяет необходимость отрабатывать месторождения снизу вверх с закладкой отработанных участков пустыми породами, забалансовыми рудами или хвостами обогащения. При таком порядке отработки месторождений улучшатся горнотехнические условия на рабочих горизонтах и повысится общая эффективность разработки.
Наряду с пустыми породами и песком в качестве закладочного материала целесообразно использовать забалансовые руды, хвосты обогащения, отходы металлургических и химических производств, тепловых электростанций, что способствует улучшению состояния земной поверхности. Кроме того, с отходами в недра возвращаются, пусть и в незначительных количествах, ценные металлы, потерянные в процессе очистных работ. В результате выщелачивания такой закладки можно извлекать значительную часть содержащихся в ней металлов, таким образом повышая общее извлечение минерального сырья из недр.
В связи с тенденцией повышения уровня механизации и коэффициента использования машин в ряде стран признано целесообразным создание малосерийных или одиночных горных машин для механизации производства в нетипичных горно-геологических условиях.
Кроме того, электрификация рудников, внедрение электрифицированного гидропривода создаст оптимальные условия к внедрению дистанционного управления горными машинами. Использование на подземных горных работах некоторых технических средств, заимствованных из практики открытых горных работ: рыхлителей, стругов, бульдозеров, безрельсового транспорта, в том числе вертикального и горизонтального гидротранспорта, позволит повысить производительность труда и сократить срок окупаемости оборудования.
Из геотехнологических методов эксплуатации недр наибольший интерес представляет метод подземного выщелачивания руд, применение которого способствует положительному решению вопросов охраны окружающей среды.
Таким образом, суммируя отмеченные тенденции развития подземных горных работ, можно так охарактеризовать рудник (или шахту) будущего. Это должно быть предприятие, отличающееся высокой производительностью труда, с преобладанием автоматизированных и полуавтоматизированных комплексов, позволяющих осуществлять предельно высокое использование недр, комплексную переработку сырья и безупречную охрана внешней среды. При этом предполагается сокращение до минимума числа трудящихся подземной группы, создание безопасных и комфортных условий труда; использование самонастраивающихся горных машин по принципу обратной связи с параметрами разрабатываемого забоя.
В связи с интенсивным развитием традиционных и освоением новых способов разработки земных недр возникают принципиально новые проблемы охраны окружающей среды. Эффективность их решения во многом будет зависеть от знания учеными, проектировщиками, эксплуатационниками различных аспектов геомеханики, литогии, экономики, технологии горных работ, гидрологии, умелого и своевременного использования этих знаний при освоении новых богатств земных недр.
4. Влияние горной
промышленности на литосферу
Как уже отмечалось, к основным нарушениям окружающей среды, возникающим в процессе ведения горных работ, относятся: нарушения поверхности земли в связи с изъятием из недр полезных ископаемых; ухудшение гидрологических режимов в пределах горных отводов и в примыкающих к ним районах; изменение ландшафтов и создание неудобств местным жителям.
Существование любого предприятия немыслимо без определенного минимума земельной территории. Кроме площадей, требуемых для строительства поверхностных комплексов и рабочих поселков, для функционирования горных предприятий необходимы крупные земельные участки, в пределах которых находятся месторождения полезных ископаемых - горные отводы. Часто это громадные территории с ценными землями, с эффективно эксплуатируемыми старыми застройками, с развитой инфраструктурой или используемые в сельском хозяйстве.
В соответствии с действующим законодательством из общенационального земельного фонда для нужд горной промышленности может отчуждаться часть площади, которая до этого использовалась в сельском или лесном хозяйстве. При этом, однако, следует иметь в виду, что владение горными предприятиями горными отводами носит исключительно временный характер: по окончании разработки месторождения полезных ископаемых земельная территория после рекультивации должна быть передана для её традиционного использования (если проектом развития территории иная форма использования данного участка земли не предусмотрена).
С другой стороны, извлечение твердых полезных ископаемых из недр открытым и подземным способом вызывает нарушение поверхности над отработанными площадями и формирование в районе горных работ породных отвалов и отвалов забалансовых руд.
Эти факторы напрямую связаны со степенью рационального использования земных недр, которая определяется двумя важнейшими параметрами: потерями при добыче и разубоживание полезного ископаемого. Так потери угля при подземной добыче составляют более 30%. На открытых рудниках - 10%. При добыче вольфрам-молибденовых руд подземным способом достигают 10-12%, а при открытом - 3-5% [15]. Необходимость компенсации экономического ущерба от потерь полезных ископаемых приводит к строительству новых предприятий с отторжением новых земель и ухудшению экологической обстановки.
Не менее важным условием общего оздоровления окружающей среды является снижение разубоживания полезных ископаемых, т.е. их обеднение в результате смешивания с пустыми породами при добыче и транспортировке, что увеличивает количество обогащаемого материала (а следовательно и твердых отходов обогащения) в среднем на 20-25%.
Экономические расчеты показывают, что каждый процент снижения потерь при добыче дает снижение себестоимости готовой продукции на 5%, а разубоживания - на 2%, тогда как повышение производительности труда на 1 % обеспечивает снижение стоимости конечной продукции лишь на 0,2%.
При разработке месторождений открытым способом в аридных районах много внимания приходится уделять стабилизации отвалов, предохранению их от интенсивного развеивания, а также предотвращению оползневых явлений. В районах же с многолетней мерзлотой нарушение почвенного покрова влечет за собой быстрое развитие весьма нежелательного термокарстового процесса.
Отрицательным фактором влияния открытого способа разработки на окружающую среду является также изменение гидрогеологии прилегающих к карьерам территорий. Борьба с водопритоками из вскрытых и залегающих ниже водоносных горизонтов приводит к развитию больших депрессионных воронок, в пределах которых из-за обезвоживания существенно изменяется или даже деградирует видовой состав растительности. Нарушение структуры почвы ускоряет развитие эрозионных процессов на территориях, прилегающих к карьерам, вызывая побочные нарушения земной поверхности далеко от их контуров. Сформировавшаяся депрессионная воронка провоцирует оседание грунтов с образованием на поверхности мульд проседания, часто заполняемых дождевыми и талыми водами.
Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, требуя существенно меньших территорий под горный отвод, не вызывает столь значительных нарушений и изменений ландшафтов и инфраструктуры, как открытые горные работы. Однако и здесь имеются свои проблемы. Сопутствующие подземным разработкам изменения окружающей среды связаны главным образом с сдвижением массивов налегающих горных пород. Обычны два вида сдвижения подработанных массивов горных пород плавное, без разрыва сплошности и интенсивное, с разрывом сплошности; возможны комбинации этих видов сдвижения (рис. 1). При плавном сдвижении массива горных пород, которое наблюдается при разработке осадочных пластовых месторождений с малыми углами падения, образуются мульды проседания земной поверхности на больших площадях с глубиной распространения до горизонтов очистных работ. Сдвижение налегающих пород с разрывом их сплошности, которому свойственны внезапность и быстрота протекания, ведет к возникновению на земной поверхности разнообразных провалов.
Любые виды сдвижений подработанных массивов горных пород вносят в окружающую среду в принципе те же изменения, что и открытые горные работы. Это, в первую очередь, - нарушение ландшафта и гидрологии подземных вод. Подрабатываемые площади земли на долгое время исключаются из сельскохозяйственного оборота. Поверхность земли, подвергшаяся деформациям, может быть подтоплена, и тогда требуется осушение ненарушенных горными работами водоносных участков и т. д.
Сдвижение горных пород иногда может сопровождаться самовозгоранием полезных ископаемых и вмещающих пород: углей, углистых сланцев, сульфидных руд, пиритизированных пород. Эндогенные пожары, охватывая обширные площади или большие массивы пород, затрудняют эксплуатацию месторождений, снижая экономическую эффективность разработки, усугубляя процессы обрушения налегающих пород и изменения ландшафтов, загрязняя атмосферу газообразными продуктами горения.