К вопросу экологической безопасности открытых горных работ

В условиях неуклонного роста народонаселения с неизбежным увеличением объемов потребления минерально-сырьевых ресурсов всё большую озабоченность мирового сообщества вызывают проблемы экологической безопасности природопользования. Современный этап развития человечества характеризуется постоянным наращиванием добычи полезных ископаемых с соответствующим возрастанием степени воздействия горного производства на природную среду. Острота глобальной проблемы, изложенной в документах Конференции ООН по окружающей среде и развитию (РИО-де-Жанейро, 1992), отмечена в «Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» (утверждена Указом Президента РФ от 01.04.1996 № 440): «Социальноэкономическое развитие общества в XX веке, в основном ориентированное на быстрые темпы экономического роста, породило беспрецедентное причинение вреда окружающей природной среде. Человечество столкнулось с противоречиями между растущими потребностями мирового сообщества и невозможностью биосферы обеспечить эти потребности» [1]. В числе основных задач экологизации народного хозяйства страны, и, в частности, его горнопромышленного комплекса, определенных «Экологической доктриной Российской федерации», выделены: рациональное недропользование и экологическая безопасность горного производства [2].

Опережающее развитие практически во всех горнодобывающих отраслях промышленности России имеет наиболее эффективный открытый способ добычи полезных ископаемых, отличающийся, вместе с тем, и существенными экологическими последствиями горных работ. Следует иметь в виду, что по мере использования имеющейся ресурсной базы в разработку вовлекаются все более глубоко залегающие и менее привлекательные залежи, требующие извлечения увеличенных объемов вскрышных и вмещающих пород, а также отчуждения более значительных земельных площадей для ведения горных работ и формирования внешних отвалов. Одними из приоритетных направлений государственной политики в сфере недропользования, безусловно, являются рациональное использование природных и техногенных ресурсов разрабатываемых месторождений и повышение экологической безопасности горного производства.

Это, безусловно, касается и предприятий угольной отрасли, оказывающих негативное воздействие практически на все составляющие окружающей среды: атмосферу, земельные угодья, водные источники. В Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2010 году» [3] приведены основные показатели, характеризующие воздействие на окружающую среду предприятий по добыче полезных ископаемых (табл. 1).

Таблица 1.

Показатель	Ед. изм.	2006	2007	2008	2009	2010
Выброшено загрязняющих веществ, всего	тыс. т	60271	6245	5567	5239	5201
из них твердых веществ	тыс. т	470,1	453,6	431,8	399,5	392,8
жидких и газообразных веществ	тыс. т	5557	5791	5135	4839	4808
Уловлено и обезврежено	%	36,2	34,7	35,5	35,0	40,7
Использовано воды, всего	3 млн.м	1406	1387	1399	1359	1331
Экономия свежей воды	%	94	94	94	94	94
Водоотведение в поверхностные водоемы, всего	млн.м3	1381	1506	1464	1424	1394
загрязненных сточных вод	млн.м3	964	1075	1084	1017	996
из них без очистки	млн.м3	383	392	429	405	395
нормативно очищенных	млн.м3	162	158	146	167	163
Образовалось отходов за год	млн. т	2924	2785	3351	3066	3335

Топливно-энергетический комплекс Сибири, обладая значительными сырьевыми ресурсами и достаточно развитой производственной инфраструктурой, был и остается главной энергетической базой России. Ведущими учеными и специалистами обоснована целесообразность увеличения в ближайшие 10-15 лет доли угля в топливно-энергетическом балансе страны до 25-30% против 15-17%, сложившейся в последние годы [4]. В соответствии с Энергетическими стратегиями России на период до 2020 и 2030 годов добыча угля в стране должна быть доведена к 2020 г. до 400-430 млн. т. При этом преимущественное развитие будет иметь наиболее эффективный и безопасный открытый способ добычи угля и, прежде всего, в Кузнецком и Канско-Ачинском угольных бассейнах [5,6].

Сибирские горнодобывающие регионы, занимая лидирующее положение в стране по объемам добычи угля, соответственно лидируют и по количеству вредностей, наносимых природной среде. В частности, в

Кузнецком бассейне (более 56 % общероссийской добычи, около 80% всех коксующихся улей) для нужд горнодобывающих и перерабатывающих предприятий отрасли изъято по разным данным от 65 до 105 тыс.га земель.

С учетом того, что характер вредностей, наносимых всеми разрезами, шахтами и ОФ Кузнецкого бассейна, в целом идентичен, проблемы экологической безопасности угледобычи в работе рассматриваются на примере интенсивно развивающегося Ерунаковского угольного района Кузбасса.

Проектными проработками института «Сибгипрошахт» в районе было определено строительство порядка 6 разрезов, 25 шахт и 18 обогатительных фабрик [7]. По прогнозной оценке, с учетом выданных на сегодняшний день лицензий на новые участки, в Ерунаковском районе с разведанными запасами более 8,7 млрд.т (4,7 млрд.т энергетических и 4,0 коксующихся) высококачественных каменных углей, производственные мощности к 2015 году составят более 80 млн.т/год. Сосредоточение такого количества объектов с вредными выбросами, безусловно, окажет серьезную нагрузку на биосферу осваиваемых площадей, а также значительно ухудшит условия труда и проживания населения района. Это требует, как и по всему бассейну, многофакторного и постоянного мониторинга состояния окружающей среды, исследования степени экологической безопасности горного производства, разработки и реализации рекомендаций по уменьшению и предотвращению негативных последствий горных работ. Наиболее представительным среди предприятий открытой угледобычи в районе является разрез «Талдинский» с проектной мощностью 30 млн.т угля в год (I очередь–7,5 млн. т/год), разрабатывающего свиту пластов одноименного месторождения брахисинклинального типа. Система разработки месторождения – комбинированная: бестранспортная – на участках с пологим залеганием пластов (до 12-150, преимущественно на выходах пластов под наносы) и транспортная – на остальной площади разреза. В силу специфики месторождения удельный вес внутреннего отвалообразования составит не более 70%. Годовой объем выбросов вредных веществ в атмосферу постоянно действующими источниками разреза (горнотранспортные работы) и периодическими (взрывные работы) представлен в табл. 2.

Таблица 2.

Наименование	Ед. изм.	Годовые выбросы вредных веществ
		Пыль	СО	N0 2	СпНп
Отходящие	т/год	4389	118	40	13,8
Улавливаемые	-	1804	11	9	0
Выбрасываемые	-	2585	107	31	13,8

В числе основных техногенных воздействий открытых горных работ на окружающую среду следует выделить:

– загрязнение воздушной среды пылью и газами при ведении взрывных работ, выемке и транспортировании горной массы, сдувание мелких породных фракций с поверхности отвалов, горных выработок и угольных складов;

–нарушение гидрографической сети в границах карьерного поля и гидродинамического режима подземных вод, загрязнение карьерных вод;

– изъятие земельных площадей для нужд производства (под горные работы, внешние породные отвалы, транспортные коммуникации, отстойники карьерных вод и т.п.).

Одним из основных негативных факторов, адресуемых открытой угледобыче, это повышенная землеемкость горных работ. Общий земельный фонд района составляет 164,5 тыс. га (1,72% земельного фонда Кемеровской области), из них около 40% используются в сельскохозяйственном производстве. На рис. 1 приведен характер влияния горных работ на состояние земель, свидетельствующий о том, что доля земельных угодий с нарушением земной поверхности составит порядка 13%, с изменением водного режима – 23%, с деформацией земной поверхности – 10%, не подвергшиеся техногенному воздействию – 64%.

Рис. 1. Влияния горных работ на состояние земель:

1 – земли, изымаемые с полным нарушением земной поверхности (12,1%), 2 – земли, нарушенные от изменения водного режима почв (22,6%).

3 – земли, нарушенные от деформации земной поверхности (9,7%).

4 – земли, не подвергшиеся разрушительным техногенным воздействиям при освоении угольного месторождения (55,6%).

На шахтных полях изменения заметно скажутся после 10 летнего периода эксплуатации месторождения за счет проседания земной поверхности при отработке угольных пластов. Визуально за 10 лет глубина проседаний составит от 3 до 4 м. После 20-ти летнего периода 276

эксплуатации шахт проседания земной поверхности достигнут 10 метров и на конец отработки пластов до 20 метров. Величина просадок поверхности земли по шахтам приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Наименование шахт	Величина просадок поверхности, м
	За первые 10 лет	За 20 лет	На конец отработки
Тыхтинская	3,3	8,8	16,2
Котинская	3,7	3,7	20,0
Камышанская	3,0	3,0	16,8
Соколовская	3,3	5,7	13,7
Чельская	4,5	12,0	16,8
Шахта №7	3,7	3,7	12,3
Саланда	3,5	7,2	23,0
Тагарышская	4,3	7,6	14,5
Талдинская-Южная	3,0	7,5	14,0
Вольная	4,2	9,0	12,7
Жерновская 4	4,5	9,7	16,5

На период 20-летнего освоения месторождений ландшафт местности заметно преобразуется за счет проседаний земной поверхности на шахтных полях и ведения горных работ открытых способом.

В местах проведения открытых горных работ появятся выемки глубиной до 300м и отвалы высотой до 150 метров.

В числе мероприятий по предотвращению техногенных воздействий открытой угледобычи на окружающую среду предусматривается:

– по защите атмосферы: пылеподавление при ведении взрывных работ, экскавации и транспортировании горных пород; строительство угольных складов закрытого типа; применение мокрого обогащения; установка пыле-газоочистного оборудования в аспирационных системах и котельных;

– по охране водных ресурсов: очистка всех типов стоков; использование очищенных вод на технические нужды; контроль динамики режима и качества подземных и поверхностных вод;

– по охране земель: снятие и хранение плодородного слоя почвы и потенциально плодородных пород на всех видах изымаемых площадей с последующим их использованием при рекультивации нарушенных земельных угодий; горно-техническая и биологическая рекультивация.

В плане дальнейшего развития угледобычи и повышения её эффективности, как в экономической, так и в экологической составляющей, большой интерес представляет степень воздействия на окружающую среду способов и систем разработки угольных месторождений. Традиционно сложилось мнение, что открытые горные работы наносят наибольший вред окружающей среде. Отчасти это справедливо, когда речь идет о разработке, например, месторождений, расположенных на высокопродуктивных или охраняемых землях и не совсем корректно в отношении месторождений занимающих малоценные земли. В любом случае при выборе открытого или подземного способа разработки, помимо учета общепринятых требований необходимо, очевидно, производить комплексную оценку причиняемого ими ущерба по основным элементам биосферы: земле, недрам, атмосфере, гидросфере, определяя, на основании сравнительного анализа, приоритетное направление и вид деятельности.

Результаты выполненной в [8] оценки техногенного влияния на окружающую среду открытого и подземного способов разработки месторождений позволяют ранжировать (по значимости) степень их воздействия по элементам биосферы: открытый способ – земля, атмосфера, гидросфера, недра; подземный способ – недра, гидросфера, атмосфера, земля (табл. 4). Эти данные коррелируются и с практикой горного производства.

Таблица 4.

Степень воздействия открытого и подземного способов разработки на основные элементы биосферы.

Способы разработки месторождений	Элементы биосферы
	Земля	Недра	Воздух	Гидросфера
Открытый способ
Ранжирование по значимости	1	4	2	3
Процентное соотношение от общей величины экономического ущерба	38,0 %	4,0 %	29,6 %	28,4 %
Подземный способ
Ранжирование по значимости	4	1	3	2
Процентное соотношение от общей величины экономического ущерба	4,3 %	45,7 %	17,9 %	32,1 %

Анализ публикаций и многолетний опыт эксплуатации угледобывающих предприятий дают основание утверждать, что в сложившихся условиях необходимо выполнить исследования, касающиеся области эффективного применения открытого и подземного способов добычи угля. Применительно к Ерунаковскому угольному району, имеется в виду целесообразность и возможность удовлетворения потребности в энергетических углях района преимущественно за счет открытой угледобычи с наращиванием мощности действующих разрезов, сохранив подземный способ только для добычи коксующихся углей.

Выводы

• 1.    В условиях значительной техногенной нагрузки в горнодобывающих регионах на природную среду и постоянного роста потребления минеральных ресурсов проблемы экологической безопасности горного производства становятся все более актуальными.

• 2.    При выборе открытого или подземного способа разработки угольного месторождения, наряду с выполнением общепринятых требований, необходимо производить комплексную оценку и сравнительный анализ причиняемого ими ущерба по основным элементам биосферы: земле, недрам, атмосфере, гидросфере. Принимаемое решение должно учитывать размер наносимого горными работами ущерба и значимость биосферного элемента в рассматриваемом регионе.

• 3.    В целях повышения эффективности и безопасности горных работ в угледобывающих регионах представляется целесообразным провести исследования в части уточнения области применения способов добычи угля, имея в виду, что все доступные запасы (особенно энергетических марок) следует извлекать наиболее экономичным и наименее безопасным открытым способом, а подземный способ ориентировать, в основном, на добычу ценных и глубокозалегающих коксующихся углей.