Актуальность работы. Масштабы негативного влияния хозяйственной деятельности человека в горнопромышленных районах добычи полезных ископаемых в регионах Северного Кавказа значительно превосходят размеры последствий природных геологических и геохимических процессов, протекающих на Земле. Влияние горного производства многократно усиливается в специфических условиях горных регионов Кавказа.
Так, в горной Осетии добыча и переработка полиметаллических руд ведутся с древних времен, особенно активно с середины XIX века. Садонские рудники обеспечивали почти полное удовлетворение потребности России в свинце, а затем и в цинке. Здесь накоплено большое количество хвостов горной добычи и переработки, что определяет образование вторичных ореолов рассеяния в пределах предприятий и их окрестностей.
Хвосты почти 200-летней организованной добычи и переработки руд определяют показатели промышленной безопасности, поскольку они постоянно хранятся, увеличиваясь со временем. Проблема защиты окружающей среды от многофакторного воздействия г горногопроизводства •*' «'» '<' ' ' 4 и ' ' •. 1 1, > ?1/ йЛ щ приобрела глобальный характер, и носит черты катастрофы. , — - - '!
Техногенная нагрузка на горнопромышленные районы РСО-Алания определяется использованием естественных ресурсов, эмиссией производственных отходов в окружающую среду, сбросом сточных вод в поверхностные водоемы, размещением твердых отходов на поверхности ландшафтовза1рязнением почвы тяжелыми металлами и химическими соединениями.
Продолжающееся ухудшение качества природной среды в горнодобывающих районах Северного Кавказа вызывает необходимость поиска путей и методов преодоления отрицательных последствий вмешательства человека в функционирование природных систем, включая эколого-геологические системы. В связи с этим весьма важными этапами являются разработка и реализация экологически сбалансированного подхода к освоению минеральных ресурсов региона.
Для оздоровления региона необходимы формирование эффективной системы недропользования на основе комплексного освоения и использования ресурсов недр, применения малоотходных ресурсосберегающих технологий, экологизации производства при обеспечении конкурентоспособности продукции минерально-сырьевого комплекса на мировом рынке.
Одним из аспектов проблемы является оценка способности окружающей среды восстанавливать свои свойства при уменьшении техногенной нагрузки на нее.
Предмет исследования. Эколого-географические особенности техногенной трансформации геологической среды Садонской рудной провинции под воздействием горнопромышленного комплекса в условиях возрастающих антропогенных нагрузок.
Цели и задачи исследования. Цель работы — разработка рекомендаций по оптимизации недропользования в горнопромышленном комплексе РСО-А 1 I — I * У V на основе анализа эколого-географических закономерностей техногенной'?От.
6 И< 1 I I ' *, , • ч ><�"/ V 1* <" ! ' Л у ' 1 м и '?I — ,"к. трансформации геологической среды и особенностей развития техногенеза с} - ^ учетом изменения техногенной нагрузки во времени.
Указанные цели достигаются решением задач:
— многофакторный анализ ресурсной и экологической функции геологической среды и оценка экологической обстановки в исследуемом регионе;
— разработка методологии комплексной геоэкологической оценки состояния окружающей среды, в том числе геологической среды применительно к территории Садонской рудной провинции;
— разработка направлений экологически сбалансированного недропользования в РСО-А, включающих рекомендации по предотвращению или снижению негативного промышленного воздействия на окружающую среду, рациональному и безопасному использованию полезных ископаемых, защите окружающей среды и населения от вредного воздействия техногенных процессов;
— внедрение в производство научно обоснованных методических и технологических приемов снижения техногенной нагрузки на геологическую среду региона.
Фактический материал и личный вклад автора. Диссертационная работа является итогом 4-летней научной деятельности автора. В ее основу положены результаты эколого-географических и инженерно-геологических исследований Садонской рудной провинции, в том числе, в рамках гранта по программе Российского Фонда Фундаментальных исследований (РФФИ), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 20 092 013 г.», а также 5 хоздоговорных тем, посвященных рассматриваемой проблематике.
Автору лично принадлежат комплексный анализ состояния минерально-сырьевой базы Садонской рудной провинции и ее экологических проблем, классификация факторов техногенной трансформации окружающей среды, в том числе хвостохранилищ Садонского свинцово-цинкового комбинатаи * Владикавказского металлургического завода, оценка и картографирование 1' опасных технологических процессов в массивах хранилищ отходов переработки руд, разработка технологии утилизации хвостов переработки.
Методология и методы исследования. Исходной теоретической базой диссер-тационной работы явились: учение о геологической среде, ресурсной и экологической функциях литосферы, разработанное в трудах Е. М. Сергеева, В. И. Осипова, Г. К. Бондарика, В. Т. Трофимова, Д. Г. Зилинга, Ф. В. Котлова, Г. А. Голодковской, Ю. Б. Елисеева, В. А. Королева, А. Н. Бармина, А. Н. Петина, В. Б. Заалишвили и др.- учение о природно-технических и геотехнических системах А. Л. Ревзона, A.A. Церната, АП. Камышева, А. Е. Ретеюма, К. Н. Дьяконова и др.- теоретические основы эколого-геологического и геоэкологического картографирования М. Г. Бергера, В. Т. Трофимова, Д. Г. Зилинга, М. А. Харькиной, Т. А. Барабошкиной, И.И.
Косиновойтеоретические основы рационального недропользования и экологической безопасности недр, разработанные в трудах В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, М. И. Агошкова, А. Д. Верхотурова, В .Т. Калинникова, Д. Р. Каплунова, H.H. Мельникова, В. А. Чантурия, H.H. Чаплыгина, В. И. Голика и Др.
Методы исследования: системного анализа, ландшафтно-геохимический, картографический, ГИС-технологий, ретроспективного анализа, моделирования, аналитические исследования, физическое и математическое моделирование, экономические расчеты с использованием приемов математической статистики, анализ и обобщение литературных источников и опыта передовых предприятий.
Научная новизна результатов исследований.
1. Проведена обобщающая комплексная геоэкологическая оценка современного состояния геологической среды в Садонской рудной провинции и дана оценка вариантов ее изменения при дальнейшем освоении минеральносырьевых ресурсов. — <, 1.
2.Дана оценка влияния современных технологий добычи и переработки .- .
V, ' ' ' ^ | skA V, r* / ''С ч, ' ' 4 ' * 7/ i ' 7*t.
1 ¦ V1 / и,<�ч."<�¦ 4, ¦ * • rJ1 l / i" *?t itf * w/.sft'f полиметаллического сырья на экологическую обстановку и техноген!1ую трансформацию естественных ландшафтов региона.
3.Составлена карта экологических ситуаций региона (М 1:200 000) с выделением на них ареалов геоэкологических ситуаций разной степени напряженности.
4. Разработаны теоретические основы рационального недропользования, пригодные к использованию в региональной концепции экологически сбалансированного недропользования.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Оценка геоэкологической потенциальной опасности освоения полиметаллических месторождений региона, возникновения и развития комплекса негативных геодинамических и экзогенных геологических процессов, включающего хранение больших объемов горных масс с образованием техногенного рельефа, характеризующегося содержанием химически активных компонентов.
2.Геоэкологическое мегарайонирование загрязнений (Владикавказский и Унальский), отличающееся свойствами геологической среды, природно-ландшафтной дифференциацией, технологиями добычи и переработки минерального сырья, степенью антропогенной нагрузки, распространением неблагоприятных геологических процессов и остроте экологической ситуации, не уменьшающимся при снижении темпов добычи в течение десятилетнего периода времени.
З.Основы реального уменьшения ущерба окружающей среде гпосле извлечения металлов до норм ПДК комбинированными технологиями выщелачивания и активации в дезинтеграторах.
4.Теоретическая основа безопасной жизнедеятельности населения горнодобывающих регионов Северного Кавказа и региональное управление комплексным освоением недр, охватывающее наряду с горнотехнической, социально-экономическую, геоэкологическую и производственную сферы. /, Достоверность научных положений, выводов и результатов Ащ.
•й- 1 'и >, 1 > 1″ ' 1 ' уч ! I.
I ' исследования обеспечивается представительностью, и надежностью * ¦ ' исходных данных, полученных в ходе долговременных наблюдений, сопоставимостью результатов исследований и практики, использованием современных способов исследований и практикой их применения на технологически прогрессивных предприятиях.
Практическое и научно-теоретическое значение результатов исследования заключается в установлении закономерностей возникновения и развитая, опасных для окружающей среды явлений техногенного характера разработке направления предотвращения опасности и механизма регулирования соотношений природных и технологических факторов на основе принципов охраны окружающей среды. Предложены к реализации инновационные технологические схемы, обеспечивающие защиту окружающей среды от негативного воздействия хвостов добычи и i"l переработки руд путем вовлечения их в производство и методика определения реализации этого направления по критерию — прибыль от обеспечения требований промышленной безопасности.
Результаты работы использованы при составлении технического задания I на проектирование комплекса природоохранных сооружений Садонского t.
СЦК, Тырныаузского ВМК, Урупского ГОК, ОАО «Норильский никель» и в курсе лекций для студентов СКГТУ и ЮрГТУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены в Садонском СЦК (2007), на II, III и IV Кавказских международных школах-семинарах молодых ученых «Сейсмическая опасность. Управление сейсмическим риском на Кавказе» (Владикавказ, 2007, 2009, 2011), в Тырныаузском ВМК (2008), на II и III Международных конференциях «Опасные природные и техногенные геологические процессы на горных и, предгорных территориях Северного Кавказа» (Владикавказ, 2007, 2010), на кафедрах ТРМ (2009) и БЖД СКГМИ (2010), АО «Кавказгипроцветмет». 1 (2009), и семинаре РГГУ (2010), Ученом совете УРАН ЦГИ ВНЦ РАН и4 >., {,.
1 I I I I I '''(V, I 1 I ! «И 1 II ||.
Ш («PCO-Алания (2011), на региональной междисциплинарной конференции f.
Ш^г, :¦:<>''11 • «¦ ji—. • ¦'» >< ¦*^ '^йт" '.од,пп > - молодых ученых «Наука — Обществу» ВНЦ РАН и РСО-Алания, ' v. й 1 * 1 1 1 * ' 1 i.
Владикавказ, 2010), II Международной научно-практической конференции 1.
Молодые ученые в решении актуальных проблем науки" (г. Владикавказ,.
2011), Всероссийской IX Национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (Сочи, 2011), конференции, I посвященной 50-летию основания Института геофизики и инженерной сейсмологии им. академика А. Назарова HAH РА, «Современные задачи геофизики» и инженерной сейсмологии" (Гюмри, 2011).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 21 статьях. i.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и.
Основные выводы, отражающие теоретическую и практическую значимость работы, сводятся к следующему.
1.Горнодобывающая отрасль является фактором современного рельефо-образования территории РСО-А. В процессе техногенеза на месте естественных форм рельефа возникли его специфические формы — карьеры, отвалы, выходы на поверхность подземных пустот. Перемещение разрушенных горных масс, изменение базиса эрозии с образованием дисперсных фракций с большой удельной поверхностью определяют скорость и направление экзоморфодинамических процессов (эрозия, дефляция, оползни, суффозия, карст, сдвижения горных масс, горные удары и др.). Совокупность природных и техногенных факторов формирует реакцию природной системы и определяет уровень неблагополучия территории.
2. На основе анализа геолого-экологической информации впервые составлена карта экологического состояния геологической среды Унальского участка и карта экологического состояния геологической среды территории г. Владикавказа с выделением на них ареалов с различной степенью и ' - - ми,! 11 — ' экологической напряженности, обусловленных совокупностью негативного воздействия непосредственных источников загрязнения (хвостохранилшца и т. д.).
3. На основе ретроспективного анализа материалов исследования горнопромышленных участков установлено, что, несмотря на уменьшение с 2000 по 2010 г. г. объема производства на основных промышленных предприятиях региона до 10% от их проектных мощностей, тенденция ухудшения экологического состояния на территории не изменяется.
4. Главным направлением рационального недропользования, обеспечения геоэкологической безопасности территории и принятия эффективных управленческих решений от уровня отдельного региона до межрегионального уровня является создание системы постоянно действующего комплексного геоэкологического мониторинга природно-технических объектов. Это позволяет контролировать геоэкологическую ситуацию территории и минимизировать экологические и технические риски при освоении металлических руд.
5. Разработана технология утилизации хвостов передела руд с выщелачиванием активизированных в дезинтеграторах хвостов, как радикального способа восстановления, утраченных под техногенным влиянием, свойств окружающей среды.
6. Экологическая эффективность утилизации хвостов обогащения и металлургии складывается из снижения величины ущерба от хранения хвостов, стоимости полученных при переработке металлов, сырья для строительной индустрии и попутной товарной продукции, а также сохранения социума и биоты в регионе.
