Лекция 8. Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

(2 часа). Рекультивация нарушенных земель и комплексное использование минеральных ресурсов

Рекультивация нарушенных земель. Под рекультивацией принято понимать комплекс мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель, с целью создания благоприятных условий для их дальнейшего эффективного использования в народном хозяйстве. Она направлена на устранение последствий воздействия промышленного производства на окружающую среду, в первую очередь на земли, и рассматривается как основное средство их воспроизводства.

Процесс рекультивации общепринято делить на рекультивацию горнотехническую и биологическую (агробиологическую). Строительная рекультивация в некоторых случаях может быть Применена вместо биологической, например, при рекультивации отвалов, находящихся в черте населенных пунктов. геологический горный экологический ресурс Целью горнотехнической рекультивации является совмещение нарушенных земель с окружающим ландшафтом путем планирования поверхности отвалов, придания устойчивого состояния откосам отвалов и карьеров и выполнения других видов работ.

Целью биологической рекультивации является озеленение нарушенных земель и полное восстановление их первоначального биологического потенциала.

К связующему звену между этими двумя видами рекультивации можно отнести создание на биологически неактивных породах плодородного слоя почвы.

К горнотехнической рекультивации относятся и те мероприятия, которые могут проводиться на отвалах в период до начала биологической рекультивации: изоляция отвалов, как источников загрязнения прилегающих ненарушенных земель, водоисточников и воздуха; укрепление поверхности отвалов с целью предупреждения водной и ветровой эрозии; создание условий, препятствующих химическому разложению пород.

В зависимости от состава пород отвалов их укрепляют систематическим орошением, покрытием поверхности крупным гравием, введением в поверхностный слой органических материалов (мелиорирование). Возможно применение и химического способа укрепления, к которому относят покрытие поверхностей рекультивируемых участков коркой из цемента, извести, синтетической древесной смолы. В благоприятных случаях прибегают к временному озеленению отвальных пород. Наилучшим способом укрепления является нанесение на поверхность фитотоксичных пород мощного биологически активного слоя, например лёссовидных пород, а поверх него — почвенного слоя, чернозема.

В современной практике формирования отвалов полностью учитываются свойства вскрышных пород, их биологическая активность. В нижние слои отвалов, как правило, укладывают породы, содержащие большое количество серы, солей натрия, кальция и магния, т. е. породы с сильно выраженными кислотными и щелочными свойствами. В последующем их необходимо перекрывать водонепроницаемыми породами, например глиной (экранирующий слой). Поверх этих пород размещают нейтральные биологически активные породы. В засушливых районах при горнотехнической рекультивации можно формировать такой микрорельеф, который задерживал бы атмосферные осадки. В зависимости от того, в каких целях рекультивируются нарушенные земли, горнотехническую рекультивацию на этом заканчивают или продолжают, размещая на биологически активных породах почвенный слой.

Иногда, наоборот, выгодно смешивание пород отдельных пластов, например пластов, содержащих серу, и известняковых пород. При этом происходит как бы взаимомелиорация, в результате чего через некоторое время смесь двух пород, фитотоксичных по отдельности, образует грунт, пригодный для биологической рекультивации.

К наиболее действенным способам горнотехнической рекультивации относится утилизация пород отвалов, использование их и качестве закладки, в сельском хозяйстве или в других целях. Утилизация пород при их соответствующей переработке высвобождает земельные площади и позволяет полнее использовать минеральные богатства земных недр.

Установлено, что с целью уменьшения изъятия земель рационально применение технологии отработки месторождений с внутренними отвалами; использование выработанного пространства карьеров для размещения вскрышных пород с разрабатываемых соседних участков; крупно-площадное расположение внешних отвалов в непосредственной близости от карьеров.

При большой протяженности месторождения с крутой залежью полезного ископаемого, когда внутреннее отвалообразование невозможно, рациональна блочная отработка карьерного поля с размещение пород в выработанное пространство предыдущего блока.

Для сокращения сроков закладки земель при внешнем отвалообразовании целесообразен вариант форсированного возведения отвалов на проектную высоту с односторонним подвиганием фронта от границ земельного участка к его центру с одновременной отсыпкой всех отвальных ярусов и их последующей рекультивацией.

Форма и размер отвалов в плане, рельеф их поверхности и геометрические параметры откосов должны обеспечивать хозяйственное освоение отвалов с максимальной эффективностью. Предпочтение отдается отвалам, имеющим площадь более 10 га и правильную геометрическую форму, максимально приближающуюся к квадрату, прямоугольнику или кругу. Такая форма отвала наиболее приемлема для рекультивации и последующего хозяйственного использования восстановленных земель. Предельная высота отвалов, при которой эффективна сельскохозяйственная рекультивация, в настоящее время еще окончательно не установлена. Однако имеются достаточно представительные результаты опытно-промышленных работ, выполненных Курским сельскохозяйственным институтом, в соответствии с которыми в качестве предельной может быть рекомендована высота отвала, равная 50—60 м.

В процессе отсыпки и последующей технической рекультивации отвалов с учетом направления хозяйственного использования земель возможно создание следующих основных видов рельефа их поверхности:

плоская (платообразная) поверхность с небольшими уклонами (от 2 до 5°) для стоков избыточной воды — при сплошной грубой и чистовой планировке;

волнообразная поверхность, сглаженная или с горизонтальными площадками с перепадами отметок рельефа отвала и чередованием участков с одинаковыми от метками — при частичной планировке, когда срезаются вершины гребней и выполаживаются их откосы;

террасированная поверхность с чередованием террас одинаковой высоты и ширины — при выполаживании откосов одноярусных отвалов большой высоты и многоярусных отвалов, а также бортов карьеров.

Способ отсыпки определяет объем планировочных работ. При планировке плоских (платообразных) отвалов, в том числе гидроотвалов, хвостои шламохранилищ, объем работ незначителен и составляет 0,01—0,05 м3/м². Во всех других случаях объем планировочных работ существенно выше. Выбор форм рельефа рекультивируемых земельных участков определяется прежде всего необходимостью создания оптимальных условий для их последующего эффективного использования.

При рекультивации земель в засушливых районах испытан новый метод, заключающийся в сохранении холмистой поверхности отвалов, что способствует сбору дождевых вод. Незначительную верхнюю часть гребней срезают, а почвенный слой размещают в понижениях между ними. Дождевые воды стекают по откосам гребней, увеличивая таким образом увлажнение почвы. Для предотвращения водной и ветровой эрозии поверхность гребней обрабатывают вяжущими материалами.

Практически не требуют никакой рекультивации выемки, предназначенные для размещения в них пустых пород соседних рудником (разрезов, шахт), а также свалок мусора. Лишь после засыпки эти выемки рекультивируют.

Восстановлению нарушенных земель должны предшествовать работы по геолого-почвенному обследованию нарушаемой и восстанавливаемой территории и обоснованию направления рекультивации.

В соответствии с нормативными документами геологические организации обязаны обеспечить при проведении детальных разведочных работ на месторождениях полезных ископаемых, разработка которых связана с нарушением земной поверхности, исследование физико-механических и химических свойств вскрышных и вмещающих пород и передачу соответствующих данных заинтересованным проектным организациям для составления проектов разработки месторождений с учетом требований рекультивации земель. На основе этих данных оценивается пригодность пород для биологической рекультивации, что позволяет принять решение по формированию отвальных массивов, составу и объемам рекультивационных работ в соответствии с установленным направлением рекультивации или же установить направление рекультивации и последующее использование восстанавливаемых земель в народном хозяйстве в соответствии с группой пригодности пород рекультивационного слоя.

В практике последних лет имеются примеры разнообразного использования карьерных выемок: в качестве водохранилищ и зон отдыха с водоемами и спортивными сооружениями, для лесопосадок, сооружения промышленных объектов, регулирования режима грунтовых вод, слива жидких отходов производства. Загрязненные воды, просачиваясь сквозь грунты, или специально устраиваемые экраны, освобождаются от загрязняющих веществ и чистыми поступают в гидрографическую сеть или в море [11].

При определении направления рекультивации принято учитывать следующие факторы:

физический — проводятся исследования физико-механических свойств, минерального и химического состава пород, слагающих отвалы, оценивается наличие токсичных и питательных веществ (содержание калия, фосфора, азота), проводятся биологические исследования;

экономический — оцениваются затраты на выполнение рекультивационных работ различных направлений и эффективность от их использования;

социальный — оцениваются расположение и близость населенных пунктов, рабочая сила, необходимая для выполнения рекультивационных работ, занятость населения, влияние нарушения и восстановления земель на занятость населения, влияние того или иного направления рекультивации на состояние окружающей среды;

¦ эстетический — оценивается соответствие рекультивируемых земель ландшафту окружающей местности.

Сроки горнотехнической рекультивации определяются условиями работы горного предприятия, и обычно выполняются сразу после окончания основных работ, но не позже одного месяца после завершения деятельности производства. При этом завершение основных работ по горнотехнической рекультивации должны быть завершены в течение года после их начала.

Затраты на рекультивацию изменяются в широких пределах в зависимости от состояния нарушенности земель и направления их последующего использования. Так, например, в США удельные затраты на планировку поверхности отвалов колеблются от 123 до 1000 дол/га. Стоимость нанесения 15—30-сантиметрового слоя почвы, ранее снятой и заскладированной в буртах карьеров, составляет 970—1450 дол/га, затраты на выполнение биологического этапа рекультивации, включающего высев трав, посадку кустарников или деревьев, — 80—320 дол/га. Например, общая стоимость рекультивации в штате Нью-Мексико в среднем составляет 2000 дол/га. По мнению американских специалистов, наиболее трудоемкой и дорогостоящей из всех операций является планировка отвалов. По данным горного бюро США, рекультивация земель на разрезах США приводит к удорожанию себестоимости 1 т угля на 10—30%. По этой причине некоторые компании вынуждены сократить объем добычи полезных ископаемых.

Выбор направления биологической рекультивации и его целесообразность определяются почвенно-климатическими условиями районов ведения горных работ, интенсивностью развития в них сельского хозяйства и промышленности.

В соответствии с ГОСТом «Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель» пригодность пород для биологической рекультивации оценивается по восьми показателям, характеризующим содержание питательных веществ, реакцию среды, содержание токсичных веществ, водно-физические свойства. На основе оценки характера динамики природных процессов, эволюции техногенных ландшафтных комплексов, выявления неблагоприятных экологических факторов и причин их возникновения возможно внести соответствующие коррективы в решение по формированию техногенных ландшафтов и технологии выполнения рекультивационных работ при освоении очередного участка месторождения.

Наиболее распространенным направлением биологической pекультивации является подготовка земель для возделывания сельскохозяйственных культур и пастбищных угодий, овощных и плодово-ягодных культур; лесонасаждений, в том числе парковых и защитно-декоративных [10].

В начальный период биологической рекультивации возвращенные в сельскохозяйственный оборот земли приходится восстанавливать повторно (ремонтировать): неравномерная усадка влечет за собой образование впадин, порой значительных размеров. В этот период не следует высевать многолетние травы или высаживать растения, так как они неизбежно будут уничтожены в процессе ремонтных работ.

Важной практической целью горнотехнической и биологической рекультивации является сокращение разрыва между началом отчуждения земель и их последующим использованием в преобразованном виде.

Продолжительность периода биологической рекультивации обычно составляет 15—30 лет.

Процесс биологической рекультивации заканчивается только в том случае, если содержание гумуса в новой почве будет соответствовать условиям нормального произрастания высаженных растений.

При постановке задач рекультивации нарушенных земель необходимо, прежде всего, учитывать факторы, определяющие возможность восстановления земель: рельеф местности, литологию, гидрологический и водный режимы, климатические условия.

Проект рекультивации земель, нарушенных горным производством, должен разрабатываться в строгом соответствии с представленными техническими условиями.

Выделяются следующие направления рекультивации:

сельскохозяйственное — с целью создания на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий;

лесохозяйственное — с целью создания лесных насаждений различного типа;

рыбохозяйственное — с целью создания в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов;

водохозяйственное — с целью создания в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения;

рекреационное — с целью создания на нарушенных землях объектов отдыха;

санитарно-гигиеническое — с целью биологической или технической консервации нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически неэффективна или нецелесообразна в связи с относительной кратковременностью существования и последующей утилизацией этих объектов (техногенных образований);

¦ строительное — с целью приведения нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.

Выбор направления рекультивации земель осуществляется с учетом следующих факторов:

природных условий района (климат, почвы, геологические, гидрогеологические и гидрологические условия, растительность, рельеф, определяющие геосистемы илиландшафтные комплексы);

агрохимических и агрофизических свойств пород и их смесей в отвалах, гидроотвалах, хвостохранилищах;

хозяйственных, социально-экономических и санитарно-гигиенических условий в районе размещения нарушенных земель;

срока существования рекультивированных земель и возможности их повторных нарушений;

технологии производства комплекса горных и рекультивационных работ;

требований по охране окружающей среды;

планов перспективного развития территории района горных разработок;

состояния ранее нарушенных земель, т. е. состояния техногенных ландшафтов карьерно-отвального типа, степени и интенсивности их самозарастания.

В связи с необходимостью восполнения сельскохозяйственных угодий, особенно в густонаселенных районах, где производство сельскохозяйственной продукции имеет большое народнохозяйственное значение, предпочтение при прочих равных условиях отдается сельскохозяйственному направлению рекультивации нарушенных земель.

Лесохозяйственная рекультивация выполняется в тех случаях, где сельскохозяйственная рекультивация в силу природных или хозяйственных факторов нецелесообразна, где требуется воспроизводство лесов как из хозяйственных потребностей, так и по необходимости улучшения состояния окружающей среды, создания рекреационных зон в промышленных районах или защиты земель от эрозии.

Карьерные выемки, глубокие прогибы и провалы, засыпка которых технически невыполнима и экономически неоправдана, могут быть использованы под водоемы различного назначения, для создания рекреационных зон, а также размещения различных промышленных и гражданских объектов.

Санитарно-гигиеническая рекультивация биологическими или техническими методами выполняется при необходимости консервации нарушенных земель (техногенных образований — отвалов пустых порода отходов обогащения и переработки, временных складов минерального сырья и пр.), оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, в следующих случаях;

¦ если приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для использования в народном хозяйстве, экономически неэффективно;

если направление использования этих земель в народном хозяйстве временно не установлено;

если породы, из которых сложены эти техногенные образования, подлежат переработке или использованию в качестве вторичного ресурса;

если эти техногенные объекты подлежат переформированию или перемещению.

Целесообразность использования нарушенных земель для промышленного и гражданского строительства устанавливается на основе региональных схем землеустройства и рекультивации земель, генеральных планов застройки территорий, результатов инженерно-геологических изысканий на территории нарушенных земель и соответствующих технико-экономических расчетов.

Таким образом, как отмечает В. А. Овчинников, рекультивация является многоцелевым мероприятием с природоохранной, природовосстановителыюй, хозяйственно-восстановительной и территориально-планировочной функциями.

Необходимо иметь в виду, что рекультивация нарушенных земель направлена не только на их возврат в сельскохозяйственный или лесной фонд, на предотвращение оползней или эрозии, но и на создание экологически сбалансированной системы, представляющей экономическую и эстетическую ценность.

Как уже отмечалось, сама по себе, с точки зрения обычной бухгалтерии, рекультивация часто бывает нерентабельной, так как окупается через многие годы. Но надо всегда помнить, что, добывая полезное ископаемое из недр, человек нарушает землю, на которой живет сам, на которой будут жить его потомки. Поэтому к вопросам рекультивации совершенно неприложимы обычные понятия о рентабельности и окупаемости затрат. Землю надо оценивать не в денежных знаках, а в общественной ее ценности и полезности в будущем.

Рациональное и комплексное использование недр. Обеспечению сохранности природных ландшафтов и снижению техногенной нагрузки способствует рациональное использование недр.

Под рациональным использованием недр понимают систему мероприятий научного, производственно-технического и организационного характера, обеспечивающих полное и комплексное использование ресурсов недр для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества.

Рациональное использование недр — комплексная проблема, и ее решают в следующих направлениях: геологическом, горно-техническом, технологическом, экономическом и организационном.

Законом РФ «О недрах» предъявляются следующие требования в геологическом направлении (статья 23):

обеспечение полноты геологического изучения недр;

проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающего достоверную оценку запасов полезных ископаемых или свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;

проведение государственной экспертизы и государственного учета запасов полезных ископаемых, а также участков недр, используемых в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых.

Для выполнения этих требований необходимо проводить совершенствование методов разведки и подсчета запасов полезных ископаемых (в первую очередь, в действующих горно-промышленных регионах), изучение вещественного состава полезных ископаемых и вмещающих пород, геолого-технологическое картирование, разработку научно обоснованных методов прогноза инженерно-геологических и гидрогеологических условий эксплуатации месторождений.

Требования Закона РФ «О недрах» в рамках горно-технического направления включают (статья 23):

обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;

достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых.

Для выполнения этих требований необходимо проведение работ с созданием новой и совершенствованием существующей техники и технологии разработки месторождений, обеспечивающих повышение полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр.

Законом РФ «О недрах» предъявляются следующие требования в технологическом направлении (статья 23):

строгое соблюдение технологических схем переработки минерального сырья, обеспечивающих рациональное, комплексное извлечение содержащихся в нем полезных компонентов: учет и контроль распределения полезных компонентов на различных стадиях переработки и степени их извлечения из минерального сырья;

дальнейшее изучение технологических свойств и состава минерального сырья, проведение опытных технологических испытаний с целью совершенствования технологий переработки минерального сырья;

наиболее полное использование продуктов и отходов переработки; складирование, учет и сохранение временно не используемых продуктов и отходов производства, содержащих полезные компоненты.

Для выполнения этих требований необходимо, в первую очередь, создавать новые и совершенствовать существующие технологические процессы переработки минерального сырья, позволяющие наиболее эффективно извлекать все содержащиеся в нем полезные компоненты, вовлекать в переработку бедные и забалансовые руды, утилизировать вмещающие породы и отходы производства.

Законом РФ «О недрах» установлены следующие требования в экономическом направлении (статья 23):

¦ для определения промышленной ценности месторождения полезных ископаемых, наиболее эффективных и безопасных способов их отработки при геологическом изучении недр и при постановке запасов на государственный баланс осуществляется геолого-экономическая и стоимостная оценки запасов месторождения. В этой же статье указаны, что методики оценки по видам полезных ископаемых утверждаются федеральным органом управления государственным фондом недр. В настоящее время таких методик еще не существует, и оценка минеральных ресурсов производится на основе стандарта СТО РОО 23.01.96. «Оценка минерального сырья, разработанного Российским обществом оценщиков». Этот стандарт хотя и был использован компанией «Юником» при оценке стоимости и определения начальной цены продажи акций «Красноярская угольная компания», но имеет очень много недостатков, и поэтому его применение для оценки стоимости месторождений полезных ископаемых представляется нецелесообразным.

В дополнение к этим требованиями необходимо разработать экономический механизм управления (т.е. систему мероприятий по планированию и стимулированию) полным и комплексным использованием ресурсов недр в условиях рыночной экономики.

Хотя в Законе РФ «О недрах» не содержится непосредственных требований в рамках организационного направления работ по рациональному использованию недр, эти работы тем не менее необходимо выполнять в первую очередь для того, чтобы обеспечить успешную реализацию требований Закона в рамках других вышеперечисленных направлений.

К числу таких работ следует отнести создание законодательной и налоговой базы, стимулирующей:

увеличение объемов геолого-разведочных работ в освоенных промышленных регионах, т.к. продление срока деятельности предприятий имеет большое социальное и экономическое значение. Поэтому темпы прироста запасов по горно-промышленным регионам должны быть существенно выше темпов освоения новых минерально-сырьевых баз;

пересмотр действующих и экономическое обоснование новых потребительских стандартов на минеральное сырье.

Необходимо указать, что для инвестора, а в особенности для зарубежного инвестора, неприемлемы, в первую очередь, те правовые нормы российского законодательства, которые закрепляют право государства на вмешательство в хозяйственную деятельность горного предприятия (исключение составляют лишь вопросы экологии, техники безопасности и охраны труда). Собственник горного предприятия, получивший лицензию на право пользования недрами и вложивший значительные средства в это предприятие, обоснованно считает, что только он должен определять: где, когда и сколько добывать полезного ископаемого на принадлежащем ему предприятии. При этом он будет в первую очередь руководствоваться рыночной конъюнктурой при готовности соблюдать разумные (с его точки зрения) условия лицензии.

Таким образом, возникает вопрос о том, должно ли государство в современных условиях реализовывать требование рационального использования минеральных ресурсов и каким образом оно должно это делать?

Вопросы для самоконтроля знаний:

Перечислите основные мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на литосферу.

Перечислите основные мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на атмосферу.

Перечислите основные мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на гидросферу.

Какова схема очистки шахтных вод?

Что такое оборотное водоснабжение, и каким образом оно может быть осуществлено?

Что такое гидронаблюдательные скважины и для чего они могут быть использованы?

Что такое рекультивация нарушенных земель?

Какие существуют виды рекультивационных работ?

Каковы сроки проведения горнотехнической и биологической рекультивации?

В чем суть рационального использования недр?

Каковы основные направления рационального природопользования?

Проектные задания:

Составить схему комплексной очистки шахтных вод.

Разработать предложения по рациональному использованию шахтных породных отвалов.

Литература

: [5], с. 42 — 47; [6], с. 12 — 36; [3], с. 58 -127.; [4], с. 132−154; [17], 133 — 135.

Нормативно-правовые основы охраны окружающей среды.

Данный блок дисциплины объединяет перечень нормативных документов, касающихся обеспечения охраны окружающей среды при проведении геологоразведочных работ. В нем показано, как можно произвести экономическую оценку природного ресурса, каковы требования Закона РФ к охране недр, и в чем состоит процедура лицензирования геологоразведочной деятельности.