профессор, д.г.-м.н. Язиков Егор Григорьевич; ст. препод., к.г-м.н. Азарова Светлана Валерьевна Лекция 2-3. Мониторинг в районах ГДП. Геоэкологический мониторинг. Часть 2

Мониторинг в районах развития горнодобывающей промышленности

Из всех видов хозяйственной деятельности горнодобывающая промышленность оказывает наиболее существенное техногенное воздействие на геологическую среду, вследствие чего организация мониторинга в районах развития этого производства является актуальной и важной задачей. Для правильной организации мониторинга геологической среды в таких районах необходимо учитывать различные особенности горнодобывающих предприятий, которые обусловливают характерные черты их техногенного воздействия.

Горнодобывающие предприятия представляют собой обычно комплекс сооружений: Зона сосредоточения горных разработок (шахт, карьеров) или эксплуатационных скважин Зона отвального хозяйства и вспомогательных сооружений Зона размещения объектов переработки сырья (ОФ, отстойники, хвостохранилища, склады готовой продукции) Транспортные сооружения в пределах горного отводаВодохранилищаВнешние продуктопроводы (нефте- и газопроводы)

Весь этот комплекс горнодобывающего предприятия оказывает техногенное воздействие на геологическую среду. Причем влияние от них, согласно Г.А. Голодковской (1983), определяется двумя группами факторов: 1. Природными условиями данного месторождения (строением геологической среды). 2. Способом разработки месторождения.

Размеры зон влияния объектов различных отраслей горнодобывающей промышленности (по Королеву В.А., 1995) Отрасли горнодобывающей промышленности по добыче полезных ископаемых Зона химического загрязнения, км Руды цветных металлов: свинцово-цинковые1-100 медные1-100 никелевые1-100 ртутные1-100 золотые1-16 Железные руды0,5-5 Уголь2,5-50 Нефть и газ1-3 Горючие сланцы4-16 Сера0,5-10 Соли3-15

Размеры зон влияния горнодобывающих предприятий (по Королеву В.А., 1995) Источник (или способ) воздействия Размеры зон влияния площадные, км 2 линейные, км Открытая разработка, ГОКи, терриконы, хвостохранилища 0,1-1000,1-20 Подземная скважинная и специальная разработка, водопонижение 0, Сбросы шахтных вод и ГОКов, дражные и гидромониторные способы разрушения пород Закачка в недра реагентов и др., смешение вод разных горизонтов

Вынос минеральных веществ в атмосферу в сравнении с некоторыми другими потоками вещества, млрд.т. (по Л.Г.Бондареву)

Мониторинг месторождений твердых полезных ископаемых (ММТПИ) является подсистемой мониторинга состояния недр (геологической среды) и представляет собой объектный уровень мониторинга (Требования …, 2000). Разработка месторождений твердых полезных может осуществляться только на основании лицензии на пользование недрами. В условиях лицензии, по согласованию с органами Госгортехнадзора России, должны быть установлены основные требования к мониторингу месторождения, выполнение которых является обязательным для владельцев лицензии. Целью ведения мониторинга является информационное обеспечение органов управления государственным фондом недр и недропользователей при геологическом изучении и разработке месторождений полезных ископаемых.

Задачи мониторинга: оценка текущего состояния геологической среды на месторождении, включая зону существенного влияния его эксплуатации, а также связанных с ним других компонентов окружающей природной среды, и соответствия этого состояния требованиям нормативов, стандартов и условий лицензий на пользование недрами для геологического изучения недр и добычи полезного ископаемого; составление текущих, оперативных и долгосрочных прогнозов изменения состояния геологической среды на месторождении и в зоне существенного влияния его отработки; экономическая оценка ущерба с определением затрат на предупреждение отрицательного воздействия разработки месторождения на окружающую природную среду (осуществление природоохранных мероприятий и компенсационных выплат); разработка мероприятий по рационализации способов добычи полезного ископаемого, предотвращению аварийных ситуаций и ослаблению негативных последствий эксплуатационных работ на массивы горных пород, подземные воды, связанные с ними физические поля, геологические процессы и другие компоненты окружающей природной среды; предоставление органам Госгортехнадзора России и другим государственным органам власти информации о состоянии геологической среды на месторождении полезного ископаемого и в зоне существенного влияния его отработки, а также взаимосвязанных с ней компонентов окружающей природной среды; предоставление территориальным органам управления государственным фондом недр данных мониторинга для включения в систему государственного мониторинга состояния недр; контроль и оценка эффективности мероприятий по рациональному способу добычи полезного ископаемого, обеспечивающему, при прочих равных условиях, полноту его выемки и сокращение нерациональных потерь.

Виды и источники антропогенного воздействия связанные непосредственно со вскрытием и разработкой месторождения (1) связанные с сопутствующей добыче инфраструктурой горнодобывающего предприятия (2)

1 Открытые и подземные горные выработки сооружения шахтного или карьерного водоотлива сооружения по закачке в недра извлеченных при добыче полезных ископаемых подземных вод фильтрационные завесы, связанные с закачкой в недра специальных растворов газо-аэрозольные и пылевые выбросы сооружения по инженерной защите горных выработок от негативного воздействия опасных геологических процессов автономные водозаборы подземных вод, расположенные на площади месторождения 2 отвалы горных пород каналы и трубопроводы отвода рек и ручьев сбросы дренажных и сточных вод в поверхностные водотоки технологические и бытовые коммуникации участки рекультивации земель опасные инженерно-геологические процессы, сформировавшиеся под воздействием антропогенной деятельности сооружения по инженерной защите объектов инфраструктуры от негативного воздействия опасных геологических процессов

Влияние разработки карьера на окружающую среду (Певзнер, 1990)

Общий вид Калгутинского W-Mo месторождения штольня автотранспорт

Пункт погрузки (Калгутинское месторождение) железная дорога транспорт

Отстойник (Калгутинское месторождение )

Функции мониторинга регулярные наблюдения за элементами геологической среды, регистрация наблюдаемых показателей и обработка полученной информации; создание и ведение информационных фактографических и картографических баз данных, включающих в себя весь набор ретроспективной и текущей геологической и технологической информации, позволяющей осуществлять: оценку пространственно-временных изменений состояния геологической среды и связанных с ней компонентов окружающей природной среды на основе полученных в процессе мониторинга данных; учет движения запасов полезных ископаемых и потерь при их добыче и переработке; учет извлеченных (перемещенных) горных пород; прогнозирование изменения состояния объектов горных работ и связанных с ними компонентов окружающей среды под влиянием добычи полезного ископаемого, дренажных мероприятий и других антропогенных факторов; предупреждения о вероятных негативных изменениях состояния геологической среды и необходимой корректировке технологии добычи запасов полезных ископаемых; разработку рекомендаций по ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с изменениями состояния геологической среды.

Мониторинг должен охватывать как непосредственно площадь ведения горных работ, так и зону существенного влияния разработки месторождения и сопутствующих ей процессов на состояние недр и других компонентов окружающей природной среды. Поэтому на площади проведения мониторинга предлагается выделять 3 зоны: Зона I – зона непосредственного ведения горных работ и размещения других технологических объектов, влияющих на изменение состояния недр в пределах границ горного отвода Зона II – зона существенного влияния разработки месторождения на различные компоненты геологической среды Зона III – периферийная зона, примыкающая к зоне существенного влияния разработки месторождения (зона фонового мониторинга)

В связи с различным характером проявления процессов изменения состояния геологической среды на разрабатываемых месторождениях твердых полезных ископаемых, и связанных с ними процессов изменения других компонентов окружающей природной среды, структура и содержание мониторинга на каждом конкретном объекте в значительной степени будет определяться сложностью геолого- гидрогеологических, инженерно-геологических, геокриологических условий месторождения и условий его освоения (системой отработки месторождений и системой защиты горных выработок от подземных вод).

Основные факторы, определяющие структуру и содержание мониторинга месторождений: характер залегания горных пород, степень изменчивости их состава и свойств, особенности тектонического строения, наличие трещиноватости и закарстованности; наличие в пределах площади разработки месторождений полезных ископаемых потенциально неустойчивых, легко деформируемых массивов горных пород, предрасположенных к развитию экзогенных геологических процессов; характер залегания и условия распространения водоносных горизонтов, изменчивость мощностей и фильтрационных свойств водовмещающих пород, величина водопритока в горные выработки; глубина и характер залегания полезного ископаемого; сложность гидрохимической обстановки, наличие высокоминерализованных и газированных подземных вод, участвующих в обводнении месторождения; наличие или отсутствие постоянно действующего источника поступления воды в горные выработки (река, обводненный высокопроницаемый водоносный перекрывающий разрабатываемое полезное ископаемое горизонт); наличие и характер залегания многолетнемерзлых пород; характер изменчивости физико-механических и водно-физических свойств горных пород, определяющих устойчивость бортов карьеров и подземных горных выработок, активизацию или возникновение экзогенных геологических процессов; технологическая схема вскрытия, система и технология отработки месторождения, скорость ведения горных работ и их развития по площади и глубине; характер и интенсивность влияния отработки месторождения на ландшафтные условия, поверхностные воды и другие компоненты окружающей природной среды; необходимость (или ее отсутствие) применения специальных методов проходки горных выработок и специальных схем борьбы с подземными водами (фильтрационные завесы, системы закачки добычных вод и др.); наличие водозаборов подземных вод в пределах площади влияния осушения месторождения твердых полезных ископаемых; наличие сооружений по хранению, переработке и транспортировке полезных ископаемых и отходов горнодобывающего производства; необходимость проведения специальных мероприятий по инженерной защите от опасных геологических процессов.

Основным источником информации о состоянии геологической среды и других компонентов природной среды являются наблюдательные сети, состоящие из пунктов наблюдений (капитальные и эксплуатационные горные выработки, водозаборные скважины, специальные сооружения для наблюдения за подземными водами и т.д.: наблюдательные скважины, родники, репера и др.). Также могут привлекаться материалы, полученные с использованием средств дистанционного зондирования. Система мониторинга подсистема проведения и документации наблюдений и сбора информации подсистема обработки информации и прогнозирования

Наблюдательные пункты и сети мониторинга Количество и схема расположения наблюдательных пунктов, частота и методика наблюдений определяются многими геолого-технологическими и природными факторами и должны устанавливаться индивидуально в каждом конкретном случае. Наблюдательные сети могут быть: 1.Точечными 2. Линейными 3.Векторными (радиальными) 4.Площадными

Проект мониторинга территории влияния Сорского ГОКа

Основные принципы расположения наблюдательных пунктов мониторинга: 1. Начало формирования сетей на стадии геологоразведочных работ. Их расширение и трансформация в процессе разработки месторождения. 2. Сеть должна формироваться с учетом геологических условий мониторинга, принятой системы его вскрытия и разработки, системы размещения сооружений по хранению переработке и транспортировке полезных ископаемых и отходов горнодобывающего производства и обеспечивать получение информации для прогнозирования и принятия управленческих решений. 3. Пункты наблюдений за гидрогеологическими, инженерно-геологическими и геокриологическими показателями и наблюдения на этих пунктах должны быть взаимоувязаны. 4. Все наблюдательные пункты должны быть защищены от несанкционированного доступа и иметь инструментальную привязку в плановом и высотном отношении.

Наблюдения за качественными и количественными показателями состояния геологической и других компонентов окружающей природной среды: Стандартные (обязательные) данные по приросту запасов полезных ископаемых количество и качество извлекаемых из недр полезных ископаемых; объем извлекаемых из недр горных пород; ход развития горных работ и состояния горных выработок; величина отбора шахтных и дренажных вод из внешних и внутренних водоприемных систем; величина сброса откачиваемых и сточных вод в различные элементы системы водоотведения, в т.ч. объем (расход) закачиваемых вод в системах обратной закачки; утечки из прудов-отстойников, накопителей сточных вод и других аналогичных сооружений; уровни подземных вод всех водоносных горизонтов, участвующих в обводнении горных выработок и испытывающих воздействие хозяйственной деятельности; физические свойства, химический состав и температура подземных и шахтных вод; физические свойства, химический состав и температура всех видов сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты, а также качество поверхностных вод выше и ниже точек сброса. Специальные (дополнительные) расходы родников; уровни подземных вод в горизонтах смежных с участвующими в обводнении горных выработок и в первом от поверхности горизонте грунтовых вод (в случаях, когда он не участвует непосредственно в обводнении горных выработок); расходы и уровни поверхностных вод; пересыхание и перемерзание, наледный сток; состояние горных выработок и их крепление; состояние устьев, фильтров и обсадных труб водозаборных и наблюдательных скважин, состояние насосного оборудования; физико-механические свойства и трещиноватость пород; количество и величина карстовых воронок, изменение их размеров; планово-вертикальные деформации дневной поверхности для оценки оседания подрабатываемых территорий; данные геодезических и маркшейдерских наблюдений за деформациями склонов и бортов карьеров для оценки развития оползне-обвальных процессов; изменение состояния болот, видового состава и габитуса растительности; загрязнение атмосферного воздуха; техногенные землетрясения и горные удары; температура многолетнемерзлых пород, а также их физико- механические и теплофизические свойства. В конкретных условиях перечень наблюдаемых специальных показателей может уточняться.

Обработка данных мониторинга заключается в подготовке материалов для анализа наблюдений за изучаемыми показателями состояния недр и других компонентов окружающей природной среды. Она заключается в построении необходимых карт и разрезов, графиков и таблиц, статистической обработке данных наблюдений, включая использование статистических методов анализа временных рядов, а также корреляционный анализ. Прогнозирование можно подразделить на три вида: текущее, оперативное и долгосрочное. Текущее прогнозирование проводится на весьма короткий последующий период эксплуатации (до нескольких месяцев) в связи с развитием хода горных работ и изменениями их технологии, а также изменениями водохозяйственной и климатической обстановки. Долгосрочное прогнозирование осуществляется при выявленных неблагоприятных тенденциях изменения состояния геологической среды и других компонентов окружающей среды, а также в связи с долгосрочными планами развития горных работ. Оперативное прогнозирование проводится систематически по результатам ежегодной эксплуатации на кратковременный (1-3 года) период.

Классы мониторинга Мониторинг класса I осуществляется на месторождениях твердых полезных ископаемых, характеризующимися простыми гидрогеологическими, инженерно- геологическими, геокриологическими, горно-геологическими и другими условиями разработки. Отработка полезных ископаемых на таких месторождениях не оказывает существенного влияния на окружающую среду. Мониторинг класса II осуществляется на месторождениях, разработка которых может оказать существенное влияние на компоненты окружающей среды (массивы горных пород, поверхностные водные объекты, и др.). В составе мониторинга класса II кроме стандартных наблюдаемых объектов могут входить специальные наблюдаемые объекты (массивы горных пород, поверхностные водные объекты и др.). Состав стандартных наблюдений аналогичен мониторингу класса I. Мониторинг класса III осуществляется на месторождениях, где сочетание осложняющих факторов несет угрозу крупных аварий (затопление, взрывы и пр.) на горнодобывающем предприятии или ведет к тяжелым экологическим последствиям на прилегающей к нему территории. Создание мониторинга сложных месторождений (II и III класса) целесообразно осуществлять поэтапно на базе специально разработанных программ.

Программы и проекты мониторинга Этап 1. Разработка программы создания и ведения мониторинга. (Программа создания и ведения мониторинга месторождения разрабатывается в соответствии с требованиями к мониторингу, установленными в лицензии.) Этап 2. Составление проекта работ по созданию и ведению мониторинга. (В отличие от программы, проект работ по созданию и ведению мониторинга месторождения составляется на определенный срок (от 1 года до 3-5 лет). Этап 3. Создание сети пунктов наблюдений, их оборудование измерительными устройствами, проведение наблюдений, организация базы данных. Этап 4. Проведение наблюдений, ведение банка данных, оценка состояния геологической среды месторождения и примыкающей к нему территории и прогнозирования его изменений, при необходимости корректировка структуры наблюдательной сети и состава наблюдаемых показателей. (Язиков, 2006)

Наиболее полно системы мониторинга окружающей среды и соотношение различных видов мониторинга показано на рисунке (Трофимов, 1997)

Суть и содержание эколого- геологического мониторинга составляет система целенаправленной инженерно- геологической, гидрогеологической и другой специальной геологической и эколого-геологической деятельности, состоящей из упорядоченного набора процедур, организованного в циклы: эколого-геологических наблюдений (Н 1 ), оценки состояния системы по результатам наблюдений (О 1 ), эколого- геологического прогноза развития системы (П 1 ) и управления (У 1 ). Затем эколого-геологические наблюдения дополняются новыми данными, на новом цикле, и далее циклы повторяются на новом временном отрезке. Н 2, О 2,П 2,У 2 и т.д. (Трофимов, 1997)

Классификация состояний природной среды, реакций природных систем, источников и факторов воздействия, которые учитывает мониторинг. ( Певзнер, 1990 ) Раздел наблюденийОбъекты наблюдения АИсточник и факторы воздействия А1Локальные источники загрязнений и воздействий А2Факторы воздействия (загрязнители, излучения) БСостояние окружающей природной среды Б1Состояние среды, характеризуемое физическими и физико-географическими данными Б2Состояние среды, характеризуемое геохимическими данными о составе и концентрации загрязнений ВСостояние биотической составляющей биосферы В1Реакция отдельного организма, популяции, сообщества, экосистемы ГРеакция крупных систем и биосферы в целом Г1Реакция крупных систем (погода и климат) Г2Реакция биосферы в целом

Составной частью Государственного мониторинга геологической среды является государственный мониторинг экзогенных геологических процессов. Мониторинг экзогенных геологических процессов – это система регулярных наблюдений за режимом этих процессов и прогноза их развития под воздействием природных и антропогенных факторов. Она предусматривает также разработку рекомендаций по предотвращению или ослаблению негативных последствий от проявления экзогенных геологических процессов, особенно по обеспечению безопасности людей, проживающих в зонах интенсивного проявления этих процессов. Целью ГМ ЭГП является информационное обеспечение органов представительной и исполнительной власти, управления государственным фондом недр о проявлении опасных экзогенных геологических процессов для обоснования мероприятий по предотвращению или ослаблению их негативных последствий. Объектом ГМ ЭГП является участок недр, в пределах которого осуществляются изучение режима, оценка состояния и прогноз развития опасных экзогенных геологических процессов. (Методические…, 1997)

В соответствии с общей схемой проведения мониторинга, где выделено три этапа организации и ведения мониторинга ЭГП (подготовительные работы, наблюдения, прогноз), все работы, связанные с мониторингом можно разделить на 4 последовательных стадии: 1.Инженерно-геологическое обследование, и другие региональные работы, необходимые для обоснования размещения наблюдательной сети; 2.Организация наблюдательной сети, подготовка и оборудование участков для режимных наблюдений; 3.Изучение режима; 4.Составление прогнозов. (Методические…, 1997)

Методика эколого-геохимических исследований Геохимические данные по окружающей среде показывают, что только комплексное изучение дает возможность всесторонней оценки ее состояния. Результаты геохимических исследований должны дать рекомендации по экологически безопасным условиям природопользования для населения, уже проживающего в изучаемом районе и для поселений геологоразведочных предприятий, создающихся на геологически перспективных территориях, а также дать материалы для обоснования природоохранных мероприятий и схем функционального использования расчет баланса распределения химических земель для проектируемого горно-обогатительного производства. Оценка месторождения как потенциального источника загрязнения ОС включает: 1) получение данных по первичным ореолам химических элементов в рудовмещающих горных породах; 2) получение геохимических данных по составу рудной массы, поступающей на обогащение; 3) расчет баланса распределения химических элементов в цепи технологической переработки руды разрабатываемой схемы обогащения. (Cает и др., 1990)

Примеры проектов мониторинга на территориях горнодобывающих предприятий

Проект мониторинга территории влияния Сорского ГОКа

Проект детального мониторинга в районе Калгутинского редкометалльного месторождения