Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вступ. Загальні положення про надрокористування
Одной из наиболее опасных отраслей народного хозяйства является горнодобывающая промышленность. Это базовая отрасль экономики страны, так как добыча и использование полезных ископаемых жизненно важны для функционирования различных систем общества. Разработка месторождений полезных минеральных ресурсов осуществляется различными способами:
- горным, подразделяемым на подземный (шахтный) и открытый (карьерный);
- скважинным (геотехнологическим).
Открытый (карьерный) способ добычи полезных ископаемых является более экономичным, по сравнению с подземным, и получил преимущественное распространение в мире (на его долю приходится до 80% добычи всех твердых ископаемых). Подземным способом целесообразно добывать коксующиеся и ценные энергетические угли, залегающие на больших глубинах (до 2000 и более метров), железные и марганцевые руды, а также жильные руды цветных металлов, каменные соли и часть фосфатного сырья.
Скважинный способ разработки традиционно применяется для жидких и газообразных полезных ископаемых. Однако с развитием техники скважинным (геотехнологическим) способом стали добывать и твердые полезные ископаемые. Отличительная особенность скважинных методов состоит в том, что полезные компоненты за счет какого-либо воздействия переводят в подвижное состояние и в виде пульпы или раствора подают на поверхность.
Горнодобывающая промышленность характеризуется как природо- эксплуатирующая отрасль народного хозяйства, оказывающая отрицательное воздействие на окружающую среду, которое имеет большое социальное и экономическое значение. Такое воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным, являющимся следствием первого. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышают размеры зоны локализации прямого. Как правило, в нее попадают не только элементы биосферы, подвергающиеся непосредственному воздействию, но и другие элементы.
Действующая система охраны окружающей среды в горнодобывающей промышленности сложилась, в основном, на принципах 40-50 летней давности. Она уже не соответствует современной горно-геологической и производственно- технической специфике освоения недр, достигнутой интенсивности и реализуемым масштабам добычи и переработки полезных ископаемых, сложившимся к данному времени состоянию естественных экосистем и тенденциям изменения качества окружающей среды, многим другим новым обстоятельствам. Дальнейшее использование такой системы не позволяет рассчитывать на изменение к лучшему положению дел с экологической безопасностью освоения недр. Нерешенность вопросов проблемы охраны окружающей природной среды обусловлена в горной промышленности рядом причин объективного и субъективного характера:
- недостаточным обоснованием экологических ограничений в технологии добычи и переработки ископаемых;
- качественными различиями кругооборота веществ и энергии в искусственных (хозяйственных) системах по сравнению с естественными (экологическими);
- противоречиями между требованиями улучшения технико-экономических показателей горного производства и необходимостью сохранения биосферы в оптимальном состоянии;
- недостаточной разработанностью методов экономической оценки природных ресурсов и ущерба, наносимого горным производством элементам биосферы;
- ведомственным подходом к охране и рациональному использованию природных ресурсов;
- недостаточной эрудицией работников горного производства в вопросах экологии.
Как показывает накопленный опыт, оптимизация воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнута лишь путем экологизации производства, а также его диверсификации.
Специалисты в области экологии горного производства должны:
1) иметь представления о:
- экологических особенностях основных секторов горнодобывающей промышленности, экологических проблемах на предприятиях и путях их решения на основании системного подхода;
- государственных и региональных программах охраны ОПС и рационального использования природных ресурсов;
2) знать:
- принципы организации и управления природопользованием и охраны ОПС на горнодобывающем предприятии;
- технические направления по снижению загрязнения природной среды промышленными выбросами в атмосферу и сбросами шахтных вод, а также твердыми отходами;
- методы очистки, технологии переработки и утилизации промышленных выбросов и сбросов в окружающую среду, а также твердых отходов;
- нормативно-правовую документацию, стандарты в области охраны атмосферного воздуха, водных объектов и почв на предприятиях;
3) уметь эксплуатировать устройства и оборудование, применяемые для снижения выбросов и сбросов в окружающую среду, а также твердых отходов, их переработки.
[3] с. 137 – 139
1.2 Походження твердих горючих копалин
1.2.1 Вихідний матеріал й умови утворення твердих горючих копалин
У рослинах відбувається утворення багатьох природних вищих молекулярних сполук. У них здійснюється безперервний біохімічний синтез вищих полісахаридів (це люлози) і лігніну. Каталізаторами, які збільшують у сотні тисяч і мільйони разів швид кість реакцій синтезу вищих молекулярних сполук у рослинах, служать ферменти (або ензими) - речовини білкової природи. Якщо рослини являють собою складний ком плекс органічних сполук, основою якого є високомолекулярні вуглеводи, то в основі тваринного світу також лежать вищі молекулярні сполуки - білки.
Ліпіди (бітумоутворювачі). До ліпідів відносять жири, воски, смоли й бальзами, а також (до деякої міри умовно) - спорополеніни, кутин, суберин і фосфатиди. Більша частина ліпідів перебуває переважно усередині клітин організму.
Жири й жирні мастила - це естери триатомного спирту гліцерину СН2ОН-СНОН - СН2ОН і різноманітні жирні кислоти. Серед них можуть бути як граничні ки слоти, наприклад пальмітинова С15Н31СООН і стеаринова С17Н35СООН, так і негранич-ні кислоти з одним подвійним зв'язком, наприклад олеїнова, а також з по трійним зв'язком, наприклад тариринова кислота.
У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але елементний склад їх відносно мало коливається й дорівнює в середньому, %:
С - 76-79 , Н-11-13, О-10-12.
Шляхом гідролізу (омилення) жири легко розщеплюються на гліцерин і жирні кислоти, причому різні кислоти виявляють неоднакову стійкість до дії високих темпе ратур і мікроорганізмів. Так, граничні жирні кислоти досить стійкі не тільки при зви чайних температурах, але й при нагріванні навіть до 400°С вони важко втрачають свою карбоксильну групу й не розкладаються. Досить стійкими є й неграничні жирні кис лоти з одним подвійним зв'язком (типу олеїнової). Неграничні кислоти із двома й бі льшим числом подвійних зв'язків менш стійкі. Вони легко окиснюються й полімери зуються, а при нагріванні до 300 °С розпадаються з розривом вуглецевого ланцюга й утворенням суміші насичених і ненасичених вуглеводнів жирного ряду.
Для хімічної характеристики жирів й інших ліпідів визначаються температура плавлення й числа - йодне, омилення й кислотності.
Віск, кутин, суберин. Воски - складні ефіри (естери) одноосновних жирних ки слот і вищих одноатомних спиртів, наприклад, монтановий віск - це ефір монтанової кислоти С27Н55СООН і церилового спирту С26Н53СООН. Сьогодні відомо близько 300 видів твердих і рідких восків. Вони належать до дуже стійких складових частин рослин, хоча, як і жири, здатні піддаватися гідролізу. Біологічне призначення восків -вкривати найтоншим шаром стебла, листя, оболонки плодів наземних рослин, захи щаючи їх від зовнішніх впливів. У нижчих рослин воски зосереджені в оболонках клі тин. У порівнянні з жирами воски більш багаті вуглецем (80-82%) і воднем (13-14%) і, отже, містять менше кисню (4-7%). Дуже близько до восків стоїть кутин, який просо чує зовнішній шар епідермісу листя і молодих бруньок, утворюючи кутикули, а також суберин - речовина коркової тканини в корі деяких рослин. З хімічної точки зору ку тин є різновидом восків, але утворений жирними кислотами з більш низькою молеку лярною масою. Міститься він у рослинах у невеликій кількості (до 3,5%), головним чином у листі, шкірочці плодів і корових частин. Кутин і суберин дуже стійкі до дії гідролізуючих агентів і мікроорганізмів. Ще більшою стійкістю щодо дії кисню, бакте рій, мінеральних кислот, розчинів лугів і нагрівання (до температури близько 200 °С) наділені близькі до восків, кутину й суберину високомолекулярні речовини - споро нін і поленін, які утворюють оболонки спор та пилку.
До групи ліпідів входять також жироподібні розчинні в спирті речовини - фо сфатиди. Вони, крім вуглецю, водню, кисню, містять також фосфор, азот, іноді сірку. Розглядаються як похідні фосфорної кислоти, пов'язаної з гідроксильними групами багатоатомних спиртів. Зосереджуються фосфатиди переважно в насінні і пилку.
Смоли й бальзами. Смоли мають подібність із восками, оскільки до їх складу входять естери. Але воски належать до числа аліфатичних сполук, а смоли в основному складаються зі сполук циклічних, частина яких має ароматичний характер.
У складі смол розрізняють наступні групи сполук: смоляні кислоти, одно- або бага тоатомні спирти (резиноли), ефіри смоляних кислот і резинолів або одноатомних фенолів (таннолів), інертні вуглеводні (резени). Нерідко в рослинних смолах присутні також речо вини вуглеводного характеру - камеді. Подібні смоли називаються смолокамедями.
Елементний склад смол (%): С - 79, Н - 10, О - 11.
Рослинні смоли хімічно більш стійкі, ніж жири і воски, але деякі з них здатні гідролізуватися, утворюючи ароматичні кислоти (бензойну, коричну) і спирти, напри клад, бензиловий. Частина смол може окиснюватися, полімеризуватися й здобувати при цьому ще більшу стійкість.
Смоли - це секреторні виділення вищих (головним чином хвойних) рослин. їх при значення полягає в тому, щоб служити пластиром у випадку поранення рослин, причому смоли виділяються у вигляді бальзамів, тобто в суміші з ефірними маслами. При витіканні бальзаму з пораненого дерева легколеткі ефірні масла випаровуються, а на рослинах нако пичуються напливи смол - майбутні конкреції смол у викопному вугіллі.
Вуглеводи. Поширена в природі група багатоатомних спиртів (цукрів, целюлози, крохмалю тощо). У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речо вин. Деревина, наприклад, містить понад 50% найбільш складних вуглеводів, до яких належить целюлоза. Водночас у деревині містяться прості вуглеводи, пектинові речо вини й геміцелюлози.
Прості вуглеводи. До цієї групи вуглеводів належать розчинні в холодній воді найпростіші моносахариди - гексози і пентози С5Н10О6. Пентози поширені в рослинах, входять до складу речовини клітин.
Пектинові речовини здатні розчинятися в гарячій воді до 100°С. Вони містяться як у багатоклітинних, так і в нижчих рослинах, а також в альгах (водоростях). У хімічному відношенні пектинові речовини - високомолекулярні ангід риди пентоз і гексоз. Вони досить стійкі до дії бактерій, але піддаються гідролітично му розщепленню в природних умовах під впливом ферментів, у результаті чого утво рюються пентозани і гексозани.
Геміцелюлози є супутниками целюлози в стінках рослинних клітин, в деяких рослинах складають переважну частину вуглеводів. Геміцелюлози зараховують до ви щих молекулярних сполук, вони займають проміжне місце між целюлозою й крохма лем. Геміцелюлози здатні гідролізуватися 2-4%-м розчином НС1 з утворенням пентоза нів, гексозанів і поліуронідів, причому, у свою чергу, пентозани й гексозани при пода льшому гідролізі утворюють відповідно пентози й гексози.
Целюлоза, або клітковина належить до полісахаридів, гетерола-нцюгових вищих молекулярних сполук з макромолекулярною будовою. Вона - голо вна складова частина деревини. Целюлоза являє собою лінійний стереорегулярний (синдіотактичний) природний полісахарид, побудований з ангідридів Б-глюкопіранози. Стереорегулярна будова макромолекули й стійкість конфірмаційної форми її елементарної ланки виділяє целюлозу із усього ряду полісахаридів, у тому числі й найбільшою стійкістю до хімічних впливів.
Лігнін. Поряд із целюлозою в стінках клітин більшості вищих рослин перебуває лігнін, будова якого ще не повністю з'ясована. Вважають, що лігнін - нерегулярно по будована вища молекулярна сполука із тривимірною структурою розгалужених мак ромолекул. Початі спроби представити будову лігніну у вигляді хімічних формул від бивають лише загальні принципи його будови. Не з'ясовано ще, чи складається лігнін із цілком ідентичних макромолекул, а також не встановлена його молекулярна маса; приймають від 682 до 1 000 000.
Тема 1.2.2 Процеси утворення твердих горючих копалин
Для перетворень відмерлих рослинних матеріалів, занурених у воду, певне зна чення мало хімічне середовище, у якому вони перебували; важливу роль відіграли, можливо, і фізико-хімічні фактори. Однак найважливішими є фактори, пов'язані з бак теріальними процесами - з діяльністю ферментів мікроорганізмів, що викликають і спрямовують хід хімічних перетворень і реакцій (гідроліз, окиснювання, відновлення, полімеризація, поліконденсація й ін.).
Існують також аеробні й анаеробні мікроор ганізми. Через порівняно малу вивченість впливу аеробних і анаеробних мікроорганіз мів на процеси перетворень рослинних залишків, Г. Потоньє розглядав ці перетворен ня тільки залежно від більшої або меншої участі в них кисню повітря, а також від воло гості середовища, де протікали розглянуті процеси. З урахуванням цих факторів, Г. Потоньє розрізняв наступні основні види первинних перетворень рослинних залиш ків:
3.Оторфеніння (торфоутворення) - досить розповсюджений у природі процес.
Протікає при великий вологості, спочатку при недостатньому доступі кисню повітря, а потім - при майже повній ізоляції від нього. Отже, лише в початковій стадії процес оторфеніння подібний до гниття, а надалі він має специфічні особливості: внаслідок перекриття рослинних залишків, що нагромадилися, більш-менш товстим шаром води припиняється доступ повітря до них, а на їхній поверхні знову розвивається багата рослинність, яка утворює, у свою чергу шар, що ізолює від повітря. Окисні процеси під цим шаром тривають як з виділенням Н2О і СО, так і з утворенням твердого залишку (болотного торфу), але вони дуже уповільнені, і джерелом необхідного для цього кисню є, очевидно, сам перетворюваний рослинний матеріал.
Процес оторфеніння, як і гниття, зводиться в основному до підвищення віднос ного вмісту вуглецю в гумусових твердих продуктах, які можуть накопичуватися у ве ликих кількостях.
4.Гнильне шумування, або бродіння - це своєрідний вид перетворень рослин-
них залишків, при якому процес здійснюється в спокійній воді при повній ізоляції від
кисню повітря. Для цього процесу характерна перевага відновних реакцій, причому
тверді продукти, що утворюються (гнильний мул, або сапропель) збагачуються не стільки вуглецем, як у раніше описаних процесах, скільки воднем. Гниттю піддаються в основному нижчі рослини - (водорості) і тваринні рештки.
Розглянуті види процесів зміни рослинних матеріалів, що накопичуються в природі, являють собою лише перші стадії вуглеутворення. У природних умовах вони тільки в рідкісних випадках протікають окремо: одні з цих процесів обов'язково супро воджують інші, завдяки чому вони переплітаються й накладаються.
Характер основних змін окремих хімічних складових частин рослини на різних стадіях первинних перетворень.
Білки в аеробних умовах швидко піддаються повному розкладу з утворенням газоподібних продуктів (аміаку), а також, можливо, амінокислот. В анаеробних умовах відбувається гідролітичне розщеплення білків, у результаті чого виходять в основному також амінокислоти, подальше перетворення яких може йти різними шляхами залежно від характеру навколишнього середовища. Частина амінокислот розчинна у воді й, от же, може легко видалятися з перетворених залишків рослин. Завдяки властивій аміно кислотам високій реакційній здатності вони через аміногрупу або оксигрупу можуть легко вступати також у реакції конденсації, наприклад, із продуктами гідролізу деяких вуглеводів, утворюючи при цьому стійкі азотисті й сірчисті сполуки. Таким чином, не виключена можливість протікання реакцій синтезу між продуктами змін білків й ін ших складових частин рослинних залишків.
Що стосується жирів, то в умовах природного нагромадження відмерлих рос лин вони здатні швидко піддаватися омиленню й перетворюватися на суміші жирних кислот і гліцерину. В аеробних умовах жирні кислоти, як і жири, розкладаються порі вняно легко. В анаеробних же умовах жирні кислоти змінюються в значно меншій мірі: винятково стійкими є насичені жирні кислоти й ті з ненасичених, які містять один по двійний зв'язок.
У порівнянні з жирами воски значно більш стійкі як в аеробних, так і в анаеро бних умовах, чим пояснюється те, що вони виявляються в торф'яних покладах і навіть у бурому вугіллі.
Спорополенін, кутин і суберин у природних умовах є також досить стійкими до дії біохімічних агентів. Дуже стійкими щодо дії мікроорганізмів в аеробних й анае робних умовах є смоли й продукти їх перетворень. Після втрати ефірних масел, у яких звичайно розчинені смоли, в останніх протікали процеси полімеризації, при яких ускладнювалися молекули, смоли перетворювалися на тверді, ще більш стійкі, нероз чинні й тугоплавкі речовини.
Усі менш складні вуглеводи в аеробних умовах легко розкладаються; у першу чергу це стосується найпростіших вуглеводів, причому вони малостійкі й в анаеробних умовах. Відносно більш стійкими в цих умовах виявляються геміцелюлози й пектинові речовини. Ще частіше в скупченнях перетворених рослинних залишків виявляють продукти гідролі тичного розщеплення геміцелюлоз і пектинових речовин - пентозани й ексозани.
Трохи відрізняється від розглянутої теорії Потоньє генетична класифікація ви копних палив Ю.А. Жемчужникова, базована на їх природі й походженні.
За Жемчужниковим, нагромадження вищих рослин складаються головним чином із двох типів речовин: 1) лігніноцелюлозних тканин; 2) кутинізованих елементів (кутику ла, оболонки спор, пилок, коркова тканина). Ці два типи речовин можуть переважати або мати підлегле значення як матеріал, з якого утворилися ті або інші викопні палива, але у всіх випадках таким матеріалом будуть речовини вищих рослин, що дають на певній стадії розкладання гумус.
1.3.1 Класифікація підземних порожнин
1 Классификацию естественных подземных полостей в приведенной таблице 1 открывает эндогенный класс. К нему относятся полости трех подклассов: магматогенного, вулканогенного и тектогенного (табл. 1). Их образование связано с геологическими процессами, происходящими внутри Земли.
Магматогенный подкласс полостей возникает при остывании магмы, сопровождающейся ее кристаллизацией. Отсюда название типа полостей - кристаллизационные (гр. kristallos однородное, твердое тело). Чаще всего они встречаются в габбро, диоритах и гранитах. Имеют щелевидную форму, нередко кулисообразно примыкают друг к другу.
Вулканогенный подкласс полостей хорошо знаком широкому кругу читателей по романам Жюля Верна "Путешествие к центру Земли" и "Таинственный остров". Полости экструзионного типа (лат. extrusio извержение) образуются при извержении вулканов и представляют собой протяженные и глубокие трещины (Сицилия) или шахты с крутыми стенами глубиной 100-200 м (Исландия, Гавайи и пр.). Сложная морфология полости объясняется ее заложением в лаве разного возраста и состава.
Полости эксплозионного типа (лат. explosie взрыв, выброс с шумом) образуются при истечении вязкой лавы, в которой образуются газовые пузыри - онкосы или (при быстром выделении газов) шахты - спиракулы. Пузыри достигают нескольких метров в диаметре. Онкосы в долеритах Армении использовались как жилища. При натекании лавы на влажную поверхность образуются слепые или сквозные спиракулы, имеющие глубину до 30 м и диаметр 7-8 м.
Полости флюационного типа (лат. fluo течь) характерны для лав низкой вязкости и газонасыщенности. Поверхность лавового потока быстро твердеет, и жидкая лава вытекает из застывшего чехла. Пещеры-тоннели чаще всего образуются в породах базальтового и андезитового состава.
Тектоногенный подкласс включает полости, образованные при напряжениях растяжения или сжатия, возникающих в горной породе после ее формирования. Полости дизъюнкционного типа (лат. disjunctio разобщение) образуются при тектонических движениях, приводящих к раскрытию трещин. Они имеют клиновидное сечение и суживаются кверху или книзу. Сами трещины могут иметь протяженность несколько километров, но полости обычно не превышают по длине и глубине несколько сотен метров. Иногда вдоль разрыва образуются залы, заполненные на глубину 100-150 м глыбовым завалом, напоминающие стаканы с колотым сахаром.
Полости этого типа образуются в любых горных породах. Иногда их довольно трудно отделить от гравитационных пещер; основным критерием можно считать их расположение в рельефе - не на склоне карстового массива, а в его внутренней части. Полости контракционного типа (лат. contractio сжатие) образуются при напряжениях сжатия, при которых возникают горизонтальные и вертикальные смещения пород. Обычно они невелики, имеют простое строение и состоят из нескольких кулисообразно расположенных галерей.
2 Экзогенный класс объединяет 14 типов полостей, образование которых вызвано в основном внешними по отношению к Земле силами и происходит в самой верхней части литосферы. Здесь формируется большое количество различных по происхождению полостей, общим признаком которых является небольшая глубина заложения и незначительные размеры
Гипергенный подкласс включает три типа полостей. Дилатансионный тип (лат. dilato расширение) образуется при уменьшении нагрузок на горный массив (таяние ледников, формирование речных долин, обрывистых морских берегов и пр.). При этом образуются клиновидные полости, обращенные острием вниз, внешне схожие с полостями дизъюнкционного типа. Протяженность их может достигать 500-600 м, а глубина - 100 м. Гравитационный тип (лат. gravitas тяжесть) образуется в этих же условиях, но в результате действия силы тяжести. При сползании отдельных блоков между ними и коренным массивом возникают полости клиновидной формы, обращенные острием вверх или имеющие неправильную форму. Распространены они очень широко, но невелики.
Денудационный тип (лат. denude обнажать) объединяет многочисленные, но небольшие полости, развивающиеся за счет доледникового и послеледникового расширения и углубления трещин в осадочных и, в особенности в магматических породах.
Гидратационный тип (гр. hydor вода) полостей возникает в результате коробления пластов ангидритов при их гидратации и переходе в гіпс. Механизм их образования до конца не выяснен, так как, по последним данным, гидратация может происходить и без увеличения объема породы.
Эологенный подкласс полостей возникает под действием ветра и включает в себя два подтипа полостей. Корразионный тип (лат. korradere сгребать) представлен нишами в нижней части склонов, иногда преобразующимися в небольшие (менее 10 м длиной) пещеры. Они часто встречаются в осадочных и магматических крупнозернистых породах, сложенных частицами разных размеров и цветов. Эти полости имеют округлые, очень прихотливые формы. Дефляционный тип (лат. deflatio сдувать). Такие полости имеют вид небольших ниш в средней части склона, часто преобразующихся в сквозные "окна" и арки. Характерны для полупустынь и пустынь, но встречаются также и в других природных зонах.
Суффозиогенный подкласс возникает при химическом (выщелачивание) и механическом (вынос) разрушении глинистых и песчаных пород. Суффозионный тип (лат. suffodio подкапывать) полостей представлен неглубокими (15-20 м) колодцами, небольшими зало- и тоннелеподобными пещерами. Пещеры и колодцы суффозионного типа - эфемерные образования, быстро (за несколько лет) возникающие и столь же быстро разрушающиеся.
Биогенный подкласс объединяет разнородные по происхождению полости. Вегетационный тип (лат. vegetatio произрастание) представлен полостями, возникающими при срастании шляпок грибообразных или сплетении мадрепоровых кораллов. Такие подводные пещеры широко распространены в барьерных и аттоловых рифах. Они имеют причудливые очертания и небольшие (до 100 м) размеры. Чтобы проникнуть в них, необходимо водолазное снаряжение. При попадании в зону прибоя вследствие изменений уровня океана или тектонических поднятий такие пещеры быстро разрушаются. Эксенционный тип (лат. exencio изымать) полостей формируется в результате деятельности животных: норы лис и барсуков могут иметь значительные размеры (десятки метров), но малый срок существования.
Полости всех этих типов представляют значительную опасность при строительном освоении территорий. Многие из них благодаря причудливым очертаниям являются объектами туризма.
Флювиогенный подкласс объединяет объекты, образование которых связано с поверхностными водами. Эрозионный тип (лат. erodere разъедать) обычно образуется в слабосцементированных осадочных (песчаники) или метаморфических (сланцы) породах. Такие образования имеют типичную морфологию (вытянутый, иногда меандрирующий канал с желобками и нишами на стенах), а в составе отложений на дне - аллохтонный (чуждый вмещающим породам) материал, принесенный потоком с поверхности. Обычно они сравнительно невелики (100-2000 м) и недолговечны.
Абразионный тип (лат. abrasio соскабливать). В результате приливов и отливов, волнения, течений происходит разрушение любых горных пород, слагающих берег, и образование пещер протяженностью в сотни метров. Так как на протяжении последнего миллиона лет уровень океана испытывал значительные колебания, пещеры абразионного типа сейчас можно встретить и глубоко под водой (до -200 м), и выше сегодняшней ее поверхности (+20 м).
Гляциогенный подкласс включает два типа полостей. Дислокационный тип (фр. dislocatio перемещение) образуется в результате движения покровных ледников. Они обладают такой энергией, что могут не только перемещать на себе огромные обломки горной породы, но и смещать ее пласты по отношению друг к другу.
Абляционный тип (лат. ablatio таяние ледника) включает несколько разновидностей. Эфемерные полости, иногда достигающие значительных размеров (100 и более м), ежегодно возникают под снежниками, лавинными телами и наледями в результате размыва талыми или речными водами. Они имеют тоннелеобразную, реже - древовидную форму и сводчатые потолки с лунками таяния. Более интересны, хотя почти не изучены, термокарстовые полости (гроты, пещеры, колодцы), образующиеся при вытаивании подземного льда. Они довольно широко распространены во многолетнемерзлых породах, достигая глубины 15-20 м.
Пирогенный подкласс пока включает только пиролизионный тип (лат pyrolysic разложение огнем). Полости образуются при выгорании угля, торфа, сланца (Максимович, 1969).
Таблица 1 Классификация подземных полостей (по В.Н. Дублянскому, В.Н. Андречуку)
|
Группа |
Класс |
Подкласс |
Тип |
|
Естественные |
Эндогенные |
Магматогенные |
Кристаллизационные |
|
Вулканогенные |
Экструзионные |
||
|
Эксплозионные |
|||
|
Флюационные |
|||
|
Тектоногенные |
Дизъюнкционные |
||
|
Контракционные |
|||
|
Экзогенные |
Гипергенные |
Дилатансионные |
|
|
Гравитационные |
|||
|
Денудационные |
|||
|
Гидратационные |
|||
|
Эологенные |
Корразионные |
||
|
Дефляционные |
|||
|
Флювиогенные |
Эрозионные |
||
|
Абразионные |
|||
|
Карстогенные |
Коррозионные |
||
|
Суффозиогенные |
Суффозионные |
||
|
Гляциогенные |
Дислокационные |
||
|
Абляционные |
|||
|
Пирогенные |
Пиролизионные |
||
|
Биогенные |
Вегетационные |
||
|
Эксенционные |
|||
|
Искусственные |
Антропогенные |
Механогенные |
Экскавационные |
|
Хемогенные |
Сольвационные |
||
|
Ликвационные |
|||
|
Кремационные |
|||
|
Эрупционные |
|||
|
Петрогенные |
Конструкционные |
2.1 Класифікація шкідливих впливів виїмки вугілля на НПС
Как видно из табл. 1, основными процессами, воздействующими на природную среду, связанными с подземной добычей угля, являются: про ведение подготовительных выработок и очистной выемки угля; выдача на поверхность горной массы и ее обогащение; выдача шахтных вод на по верхность; добыча закладочного материала.
Нарушение равновесного состояния массивов горных пород, которые на угольных месторождениях состоят их твердых веществ неорганическо го и органического происхождения, различных газов и рассолов, приводит к большому разнообразию взаимосвязанных механических, физических и химических процессов в этих массивах.
Таблица 1 - Воздействие подземной добычи угля на окружающую природную среду
|
Технологи ческий процесс |
Возможные воздействия на окружающую природную среду |
|
Выемка угля |
Нарушения равновесного состояния массивов горных пород: раскры тие естественных трещин и дополнительное трещинообразование, осу шение водоносных горизонтов, миграция воды в горные выработки, миграция газа в горные выработки и на дневную поверхность. Сдвижения поверхности земли над горными работами, вызывающие образование провалов, заболачивание подработанной поверхности зем ли, нарушение естественного равновесия в растительном и животном мире, дефекты зданий, сооружений, дорог, водоемов и т. д. |
|
Выдача на поверхность горной мас сы и ее обо гащение |
Создание техногенных ландшафтов за счет отсыпки породных отвалов с занятием земель под отвалы, карьеры по добыче инертных материа лов для профилактики самовозгорания отвалов, обогатительные комп лексы и дороги к ним. Заболачивание низменных мест у подножий отвалов. Выделение в атмосферу пыли и продуктов горения. Загрязнение промплощадки и прилегающих к ней участков шламами. Загрязнение водоемов шламовыми водами. |
|
Выдача шахтных вод на по верхность |
Нарушение естественного гидрогеологического режима на подрабо танных и прилегающих к ним площадях. Загрязнение шахтными водами бассейнов, рек и морей. Занятие земель под очистные сооружения. |
|
Закладка выработан ных прост ранств |
Нарушение естественного ландшафта за счет создания и эксплуатации карьеров и дорог к ним. Занятие земель под дороги к отвалам при добыче закладочного мате риала из отвалов пород. Выделение пыли в атмосферу при добыче и транспортировке закла дочного материала. |
Миграция газа на земную поверх ность может представлять большую опасность для людей и животных, а также изменять газовый состав почвенного слоя.
Выделяющийся в огромных количествах в горные выработки метан выносится вентиляционными струями и выбрасывается в атмосферу. Это ценное топливо и сырье для химической промышленности бесследно теря ется в атмосфере, чего нельзя допускать в соответствии с современными требованиями о комплексном использовании природных ресурсов.
Над разрабатываемыми угольными пластами, как правило, залегают несколько водоносных горизонтов, солевой состав и качество воды в ко торых различен.
Сдвижение массивов горных пород приводит к тому, что трещинами водоносные горизонты соединяются между собой и с поверхностными осадковыми водами. В результате этого происходит смешивание и хими ческое взаимодействие между растворенными веществами вод различных горизонтов.
Солевой состав и количество содержащихся растворенных солей в шахт ной воде в большинстве случаев неблагоприятны для водоемов, в которые она сбрасывается.
Величины сдвижений земной поверхности над горными работами зави сят от горно-геологических и горнотехнических условий подземной разра ботки угля. Они определяют степень воздействия на окружающую природ ную среду, промышленные здания и сооружения, водоемы, дороги и т. д.
Существенное влияние на природную окружающую среду оказывает выдача и переработка горной массы и пород от проведения горных выра боток, которые выражаются в занятии земель под отвалы, нарушении естественного ландшафта земной поверхности, загрязнении атмосферы твердыми и газообразными примесями, загрязнении водоемов шламо выми водами и т. д.
С увеличением добычи угля подземным способом увеличивается и воз действие ее на природные ландшафты.
2.4 Класифікація основних форм техногенного рельєфу земної поверхні при підземному видобутку вугілля
В соответствии с рассмотренными воздействиями на природный ландшафт подземной разработки угольных месторождений классификацию основных форм техногенного рельефа земной поверхности применительно к подземной добыче угля можно представить в следующем виде.
Таблица 2- Классификация основных форм техногенного рельефа земной поверхности применительно к технологии подземной добычи угля
|
Типы нарушен ных земель |
Формы рельефа |
Факторы, определяющие возникновение техно генного рельефа |
|
Подземная разработка угля и его обогащение |
||
|
Денудационные |
||
|
Провалы |
Мульдообразные |
Разработка горизонтальных и пологих пластов |
|
заболоченные |
угля мощностью от 0,7 м и более при примене нии способа управления кровлей полным обру шением, при близком расположении водонос ных горизонтов |
|
|
Мульдообразные |
Разработка одиночных или свит пологих и на- |
|
|
террасированные |
клонных пластов с управлением кровлей пол ным обрушением |
|
|
Каньон ообразные |
Разработка мощных и средней мощности крутых пластов с устойчивыми к обрушению угленосными породами |
|
|
Каньонообразные |
То же, при разработке сближенных пластов уг- |
|
|
с останцами |
ля с устойчивыми к обрушению и выветрива нию породами |
|
|
Ак кумулятивные |
||
|
Шахтные отва- |
Плоские (плато- |
Отсыпка одноярусных отвалов шахтных пород |
|
лы и отвалы |
образные) |
на горизонтальных или слабонаклонных участ- |
|
обогатительных |
ках земли с применением автомобильного |
|
|
фабрик |
транспорта |
|
|
Плоские (плато- |
Отсыпка многоярусных отвалов на таких же |
|
|
образные) тер- |
участках земли и при той же технологии |
|
|
расированные |
||
|
Плоские с одно- |
Отсыпка отвалов шахтных пород на склонах |
|
|
сторонним накло- |
балок с углами более 10 с применением авто- |
|
|
ном оснований |
мобильного транспорта |
|
|
Плоские с двух- |
Отсыпка отвалов шахтных пород в виде пло- |
|
|
сторонним нак- |
тин большой ширины, перегораживающих |
|
|
лоном оснований |
балку (доставка породы в отвал ведется авто мобильным транспортом; паводковые и дру гие воды фильтруются через отвал без зарегу лирования) |
|
|
Плоские с двух- сторонним . наклоном осно- ваний и зарегу- лированием воды |
То же, но с зарегулированием воды |
|
|
Плоские с трех- |
Отсыпка отвалов шахтных пород в верховьях |
|
|
сторонним нак- |
балок с применением автомобильного транс- |
|
|
лоном оснований |
порта |
|
|
Гребневидные |
Отсыпка отвалов шахтных пород с применени- |
|
|
ем для транспортирования пород подвесных |
||
|
канатных дорог |
||
|
Конические |
То же, с применением скипов или опрокидных |
|
|
(терриконики) |
вагонеток |
|
|
Коническо- |
Отсыпка конических отвалов шахтных пород |
|
|
плоские |
с применением для транспортирования скипов |
|
|
или опрокидных вагонеток и автомобильного |
||
|
транспорта при формировании плоского отва- |
||
|
ла совместно с коническим |
||
|
Гидроотвалы |
Отвалообразование с применением гидро- |
|
|
транспорта пород |
||
|
Насыпи, дамбы |
Валы трапециевид- |
Строительство транспортных магистралей, во- |
|
ного сечения |
дозащитных сооружений |
|
|
Открытая разработка закладочных и инертных |
||
|
материалов |
||
|
Денудационные |
||
|
Карьеры |
Выравненные |
Разработка площадных залежей песка и гравия |
|
мульдообраз- |
поверхностного типа мощностью до 10 м |
|
|
ные |
(вскрыша отсутствует или весьма малой мощ- |
|
|
ности; глубина карьера до 10 м) |
||
|
Мульдообразные |
Разработка указанных выше залежей с разме- |
|
|
гребневидные |
щением вскрыши отдельными грядами на дне |
|
|
карьера |
||
|
Траншеи |
Трапециевидные |
Вскрытие залежей глубинного типа |
|
вытянутые |
||
|
Аккумулятив- |
||
|
ные |
||
|
Насыпи, дамбы |
Валы трапециевид- |
Строительство транспортных коммуникаций, |
|
ного сечения |
водозащитных сооружений |
|
|
Шламовое хозяйство обогатительных фабрик |
||
|
Отстойники |
То же |
Обваловывание резервуаров грунтом или |
|
шламовые |
грунтом смешанным с породами |
|
|
Пруды-отстойники |
Мульдообразные |
Выемка грунта под искусственные резервуары или для плотин на естественных балках |
2.7 Класифікація заходів боротьби з рудничним пилом
Борьба с рудничной пылью является основной технической задачей по созданию нормальных санитарно-гигиенических условий труда для рабочих, занятых на подземных работах. Основными источниками происхождения пыли в подземных выработках являются следующие операции:
1) бурение шпуров и скважин;
2) взрывные работы;
3) погрузо-разгрузочные работы;
4) транспортные операции.
Основная масса пыли образуется при ведении горных работ по погрузке-разгрузке, работ при бурении. Количество образующейся пыли при буровзрывных работах в основном зависит от крепости породы и руды, их структуры, способов бурения, а также от количества и качества ВВ. Пыль, образующаяся при бурении очень мелких фракций, является самой вредной для здоровья рабочих. Пыль, образующаяся при взрывных работах в очень больших количествах, очень опасна, так как продукты взрыва, присутствующие в газово-пылевом облаке, значительно усиливают вредное воздействие пыли. Пыль, образующаяся при уборке породы и руды, при погрузке-разгрузке, при транспортировании и более крупная, но при значительной интенсивности её образования, в условиях комплексной механизации горных работ с применением высокопроизводительного оборудования и механизмов на всех технологических процессах, работах по добыче руды, является вредной. Причём поступление пыли в рудничную атмосферу идёт постоянно, в течение всей рабочей смены.
Для эффективного использования общешахтной вентиляции в борьбе с рудничной пылью соблюдаются следующие условия проветривания:
Чтобы снизить запыленность рудничного воздуха до санитарной нормы, необходимо проводить комплекс мероприятий по борьбе с пылью, так как применение отдельных мероприятий не дает нужного эффекта.
Несмотря на то, что рудник не является силикозноопасным, проектом предусматривается мероприятия по борьбе с пылью для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда подземных рабочих.
При буровых работах предусмотрены следующие меры пылеподавления:
При взрывных работах предусматриваются следующие мероприятия:
Тема 2.9 Фактори, які вливають на самозаймання породних відвалів
1 Стадии самовозгорания и горения отвалов горных пород
Говоря о пожаре породных отвалов, следует кратко рассмотреть природу возникновения и процессы протекания горения в массиве отвала, что напрямую влияет на меры по предупреждению и борьбе с данным явлением.
Прежде всего отметим, что горение отвальных пород является процессом окисления их воздухом, протекающим с выделением большого количества тепловой энергии. В процессе окисления отвальных пород можно выделить следующие основные стадии:
1. Начальный этап. Химическое и биохимическое окисление пирита. Период длился после начала отсыпки несколько месяцев, объем породы в отвале достиг критической массы и под действием атмосферных осадков начались процессы химического и биохимического окисления пирита. Биохимическое окисление пирита происходит с помощью бактерий Thiobacillus ferrooxidaus, которые вызывают деструкцию пирита и окисляют сульфидную серу до сульфат-ионов.
3FeS2+8,25O2+2,5H2O=Fe2(SO4)3+Fe(OH)3+H2SO4+2S (реакция может протекать при t от О до 100°С).
Среда оптимальная для жизнедеятельности бактерий: t=28-37°С, рН=1,5-4, Еh=0,5-0,7. На 1 моль пирита выделяется 1128,2 кДж тепла, происходит выделение сероводорода, прогревание поверхностного слоя горных пород и обогащение его серой. Необходимая для этого критическая масса пород террикона составляет около 105 т. При рН=1,5 и t около 100оС микроорганизмы прекращают свою жизнедеятельность.
2. Образование очагов горения - Самонагревание горных пород переходит в возгорание под воздействием самовоспламененяющихся паров сероводорода и метана (концентрация до 10%) на воздухе возле нагретой до t=260оС поверхности горной породы. Происходит увеличение пористости приповерхностного слоя за счет выноса газовыми потоками мелких фракций, проникновение атмосферного воздуха, смещение фронта горения вглубь скопления пород по мере отсыпки отвала.
3. Термальный метаморфизм и псевдофумарольная деятельность - При температурах более 300оС происходит разложение минеральной части и углефицированного вещества горных пород с выделением CO, CO2, N2, SO2; 480-520°С – образование NH3; 500-550°С – выделение H2, CO и тяжелых углеводородов; 900-1.200°С – образование CS2, COS, C4H4S. При температуре 800-1200оС породы испытывают термальный метаморфизм (частичное плавление, обжиг и спекание пород в виде брекчиевидных масс). Происходит образование гематита (t=450°С), муллита (t=950°С), шпинели, кристобаллита и др.
4. Техногенное минерало-образование - 1)Высокотемпературный парогазовый поток устремляется по трещинам к поверхности. Он обогащен за счет выщелачивания из вмещающих пород Mg, Na, Al, Fe, K и др, а также летучими элементами - S, F, Cl, As и др. На поверхности – резкое снижение температуры и давления – образование на геохимическом барьере нашатыря, самородной серы, масканьита, летовицита, реальгара, аммонистой селитры и других минералов. 2) Выщелачивание и сернокислотное разложение пород. Взаимодействие серной кислоты с карбонатами, силикатами, высвобождение Fe, K, Na, Ca, Mg, Al – образование гипса, квасцов, пиккерингита, алуногена, тамаругита, халькантита и др. Испарение сернокислотных растворов – образование эпсомита и гегсагидрита.
5. Выветривание пород на поверхности отвала - На поверхности происходят процессы выветривания горных пород (гидратация, гидролиз, растворение и др.): FeS2 > FeSO4 > Fe(SO4)3 > Fe(OH)3 – лимонит, гетит, гидрогетит и др.
Конец отсыпки отвала – 1969 г, на 2002 г: высота отвала – 65 м, площадь основания – 5,2 га, объем породы в отвале – 1256 тыс. м3, масса пород - 2261 тыс. т. Отвал практически весь перегорел, характерны “останцы” плотно сцементированных спекшихся пород. Происходит образование техногенных минералов.
2 Факторы влияющие на самовозгорание отвалов
Причины возгорания породных отвалов можно разделить на две основные группы: эндогенные и экзогенные. Последние главным образом обусловлены наличием открытых источников огня в непосредственной близости от отвала, хотя в определенной степени к экзогенным можно отнести и ряд факторов, способствующих самовозгоранию пород. Среди факторов, напрямую влияющих на опасность возгорания породных отвалов, выделим:
Восстановленность углистых компонентов. Наиболее склонны к окислению при низких температурах восстановленные угли и углистые породы, кровли которых образовались в морских условиях, менее склонны- маловосстановленные;
Зольность углей. Низкозольный уголь не оказывает существенного влияния на развитие процессов окисления отвальной массы из-за меньшего количества пирита – “стартового” фактора процессов горения терриконов и минералообразования, многозольные угли (зольность свыше 16%) наиболее склонны к самовозгоранию;
Наличие в угольных пластах сульфидной серы, которая входит, в основном, в состав тонкодисперсного пирита, обладающего большой окислительной способностью при низких температурах. Содержание пирита в углях исследуемой шахты – 5%. Таким образом, высокосернистые угли (содержание серы более 4%) более склонны к самовозгоранию, чем низкосернистые;
Присутствие в углистом материале веществ, тормозящих процессы окисления. На шахтах с не горящими отвалами угли содержат значительное количество галогенов (Cl, F, Br и др.) (до 0,25% в пересчете на горючую массу), с горящими – не более 0,06% ;
Минералогический состав осадочных горных пород, поступающих на терриконы из горных выработок шахт. Из всех пород, поступающих на терриконы к самовозгоранию склонны угли и углисто-глинистые породы, содержащие до 2-5% пирита, который находится в глинистых осадках, обогащенных органическим веществом, в тонкодисперсном состоянии. Содержания пирита в углистом аргиллите – 5%, в углистом алевролите – 2%. Углисто-глинистые породы в зонах локальной пиритизации имеют хорошую пористость, что способствует свободному проникновению вод в пиритизированные горные породы. В отличие от глинистых пород пиритизированные песчаники отмечены только в единичных случаях и случаев самовозгорания песчаников не известно. Поэтому, наиболее интенсивные процессы горения отвалов будут происходить при наличии в породах терриконов углистых аргиллитов в количестве 10% и более, содержащих 2-5% пирита; а при наличии в составе пород терриконов углистых пород в количестве менее 10% и преобладании песчаных пород – горение отвалов маловероятно;
Критическая масса пород терриконов, при которой происходит самовозгорание отвальной массы и которая составляет десятки тысяч тонн (в нашем примере - около 105 т);
Крупность обломков породы, влияющих на скорость окислительных процессов с точки зрения газообмена. Вероятность самовозгорания и интенсивность горения выше, если безуглистые породы крупнообломочные и медленно выветриваются, в результате чего создаются условия для доступа кислорода в глубинные зоны отвала. Кроме этого, трещиноватость и пористость среды обеспечивает циркуляцию газов под давлением к местам разгрузки;
Размер и форма отвалов, влияющих на интенсивность теплообмена в глубинных зонах. Эти факторы определяют фильтрующие свойства отвалов и способствуют или препятствуют генерации и аккумуляции тепла. Наиболее интенсивные процессы протекают на гребнях плоских и на вершинах конических отвалов, которые легко обдуваются потоками атмосферного воздуха. Вместе с тем, имеет место очаговое горение породы на поверхности отвалов различной конфигурации. Отвалы Донецко-Макеевского района с высотой менее 30 м практически не горят, с высотой до 50 м горят 60% отвалов, до 90 м – 87%, свыше 90 м – горят практически все отвалы.
Содержание различных микроэлементов и петрогенных компонентов в горных породах и угле. При горении пород происходит снижение содержания ряда элементов (As, Hg, Pb, Mn) и накопление других (P, Bi, Ba, Zn, B и др.) [1]. Освобожденные при горении пород и углей элементы могут входить в в состав техногенных минералов;
Жизнедеятельность микроорганизмов (тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidaus), которые вызывают деструкцию сульфидов и окисляют сульфидную серу до сульфат-ионов. Необходимая для их жизнедеятельности среда характеризуется следующими параметрами: t=20-37oC, pH=1,5-4, Eh=0,5-0,7;
Термодинамические условия окисления и выщелачивания пирита, приводящие к нагреванию пород и их самовозгоранию;
Физико-химические условия окисления и выщелачивания пирита (pH и Еh поровых растворов, наличие O2, H2O, CO2, H2SO4, газов атмосферного воздуха и др.);
С – состав парогазового потока (многокомпонентный, насыщенный H2S, SO2, CO, CO2, NH3, H2O, CH4, F, Cl, As и другими летучими соединениями, а также обогащенный за счет выщелачивания из вмещающих пород различными элементами – Al, Mg, Na, K и др.). Образование этих газов происходит в результате разложения углефицированного вещества, что зависит от марки угля.
Условия отложения техногенных минералов (в трещинах, пустотах, на поверхности пород и т.д.), зональность минералообразования, переотложение минералов и их наложение друг на друга, изменение под действием атмосферных осадков, влажности, ветра и т.д. На этот параметр оказывают влияния наличие на поверхности отвалов многочисленных трещин, пустот, впадин и других хорошо защищенных от влаги и ветра мест. Если таких мест немного (склоны конусных отвалов и т.д.), то минералы, образуясь в таких условиях, будут существовать недолго.
Гасіння породних відвалів, що горять
Гасіння териконів та хребтовидних відвалів, що горять, проводиться переформуванням їх у відвали плоскої форми або промуленням поверхневого шару порід.
Гасіння плоских відвалів, що горять, здійснюється промуленням поверхневого шару порід або зрізанням укосів у верхній частині відвалу.
Окремі поверхневі осередки горіння на відвалах усіх форм знищуються засипанням негорючими матеріалами або промуленням, а на відвалах плоскої форми ліквідуються ще й вийманням.
Роботи з гасіння породних відвалів дозволяється здійснювати після обстеження робочих місць щупами з метою виявлення тріщин, порожнин т. ін. Виявлені небезпечні ділянки повинні оконтурюватися попереджувальними знаками.
Гасіння породних відвалів, що горять, починається із зрошення водою для охолодження порід поверхневого шару на глибину 0,1–0,2 м до температури нижче як 80°С. При цьому витрати води приймаються з розрахунку не менше як 50 л/м2 поверхні, що горить.
Для відведення дренуючої води передбачається риття канав на відстані 10–30 м від підніжжя відвалу.
Відвал вважається загашеним, коли температура порід на глибині до 2,5 м від поверхні не перевищує 80°С та на глибині від 1,0 до 2,5 м не збільшується до наступної планової зйомки.
Гасіння териконів та хребтовидних відвалів
Технологія гасіння териконів і хребтовидних відвалів, що горять, переформуванням їх у відвали плоскої форми включає в себе змивання порід з їх вершини гідромонітором, зниження висоти відвалів переміщенням попередньо охолоджених порід під укіс, охолодження інших порід через верхній горизонтальний майданчик.
Якщо вершина відвалу складена розпеченими породами та такими, що горять, то їх перед змиванням додатково охолоджують зрошенням водою до температури 150С на глибину 2,5–3,0 м; витрати води при цьому приймаються не менше як 300 л на 1м2 поверхні відвалу.
Змивання порід здійснюється гідромонітором із дистанційним управлінням, який установлюється безпосередньо біля вершини терикона. Вершина розмивається шарами товщиною не більшою як 2,5 м до зниження висоти відвалу на 5–10 м.
Зниження відвалу здійснюється горизонтальними шарами шляхом переміщення породи під укіс бульдозером (екскаватором). Улаштування початкового в’їзду дозволяється лише по хвостовій частині терикона.
Порода кожного з горизонтальних шарів перед переміщенням під укіс охолоджується до температури 80С. Витрата води складає в середньому 1500 л/м3 нагрітої породи.
Технологія гасіння териконів та хребтоподібних відвалів, що горять, промуленням включає ін’єктування води, глинистої пульпи, розчину (суспензії) антипірогену у поверхневий шар середньої та верхньої частини відвалу та ізоляцію його нижньої частини породою дрібних класів або ґрунтом (негорючим матеріалом).Технологія використовується під час гасіння териконів та хребтоподібних відвалів висотою до 40 м, які не схильні до інтенсивного горіння.
Ін’єктування води, глинистої пульпи, розчину (суспензії) антипірогену у поверхневий шар здійснюється у напрямі від хвостової частини терикона до лобової. Гасіння осередків горіння здійснюється у напрямі від їхньої периферії до центру. Встановлення ін‘єкторів у центрі осередку або в зоні горіння не дозволяється.
Ін’єктори розміщуються по сітці 22 або 33 м та забиваються у відвал на глибину 1,8–2,0 м.
Ізоляція нижньої пористої частини териконів і хребтоподібних відвалів здійснюється шляхом ущільнення породою дрібних класів, що змивається струменем глинистої пульпи (суспензії) з їх гребеня.
Гасіння плоских відвалів
Технологія гасіння плоских породних відвалів промуленням включає ін’єктування води, глинистої пульпи, розчину (суспензії) антипірогену у поверхневий шар укосів та горизонтальної поверхні на відстань до 6 м від бровки укосу, а також фільтрацію зазначених вище матеріалів через траншеї на горизонтальній частині відвалу. Ін’єктування плоских породних відвалів проводиться відповідно до параметрів, указаних для териконів та хребтоподібних відвалів.
2.11 Утилізація шахтних відвалів
На каждый породный отвал, подлежащий тушению, составляется про ект, который включает:
Наибольшее распростране ние в настоящее время получил способ тушения конических и хребтовидных породных от валов переформированием их в отвалы плоской формы.
Технология тушения отва лов этим способом включает в себя смыв пород с их вершины гидромонитором, понижение высоты отвалов перемещением предварительно охлажденных пород под откос бульдозерами, охлаждение остальных пород водой через вскрытую горизон тальную площадку.
Если вершина отвала сложена горящими и раскаленными породами, то их перед смывом предвари тельно охлаждают орошением водой до температуры 150°С на глубину 2,5—3 м; расход воды при этом принимается не менее 300 л на 1 м2 поверхности отвала. Смыв пород производится гидромонитором с дистан ционным управлением, при расходе воды не менее 100 м3/ч на каждый гидромонитор, при напоре перед ним не менее 14,7*105 Па.
При смыве пород с вершины гидромонитором разрушаемому забою придают наклонную форму, что облегчает транспортировку пород на от кос.
Окончательное понижение высоты отвала осуществляется бульдозера ми.
Устройство въезда для бульдозеров к вершине конических отвалов допускается только по их хвостовой части.
Породы перед перемещением их бульдозером охлаждаются до 80°С.
Переформирование отвала заканчивается понижением его первоначаль ной высоты не менее чем наполовину, обваловкой горизонтальной площад ки по контуру породой и заполнением ее водой; ширина обваловки при нимается 2 м, высота — 1 м.
При заполнении горизонтальных площадок водой необходимо следить за уровнем воды с целью предотвращения прорыва обваловки и образова ния селя, который может представлять опасность для сооружений, рас положенных вблизи отвала и людей, выполняющих работы по тушению.
Для технической и последующей биологической рекультивации поверх ности породного отвала после остывания на нее необходимо с помощью гидротранспорта подать растительный грунт. Гидротранспортирование грунта осуществляется насосами или гидроэлеваторами, причем, опыт работы показал, что использование гидроэлеваторов, несмотря на их низкий к.п.д., более целесообразно, так как они просты по устройству, могут быть изготовлены в шахтных мастерских и позволяют использовать центробежные насосы, которые были установлены для питания гидромо ниторов. Избыток воды, который поступает на площадку отвала, способ ствует более надежному охлаждению внутренней части отвала.
В зависимости от интенсивности горения отвалов и мест размещения очагов пожара возможно применить комбинированный метод тушения — переформированием и террасированием с охлаждением пород по террасам и последующим их заиливанием грунтом для биологической рекульти вации. Этот метод значительно сокращает объем работ по перемещению пород на склоны отвала.
Технологию тушения горящих конических и хребтовидных отвалов инъектированием пульпы рекомендуется применять на отвалах высотой до 40 м, не подверженных интенсивному горению, с использованием насо сов 9МГР или БН-150. Нагнетание пульпы производится в поверхностный слой верхней и средней частей отвала. Нижняя часть отвала уплотняется мелкой породой, смываемой струей глинистой пульпы с вершины.
Тушение очагов горения осуществляется от их периферии к центру. Установка инъекторов в центре очага или в зоне горения не допускается.
Контроль за состоянием отвалов во время их тушения осуществляется замерами температуры и анализов газов.
К недостаткам этого метода следует отнести:
Не исключены рецедивы горения отвалов после прекращения тушения. Существенным недостатком является и то, что при подаче пульпы в интенсивно горящую отвальную массу образуется боль шое количество водорода и окиси углерода, которые могут образовывать с воздухом взрывчатые смеси. При тушении отвалов методом заиливания через инъекторы необходимо регулярно и тщательно контро лировать температуру пород и газовый состав в пустотах отвальной мас сы.
Технология проиливания отвалов через инъекторы может применяться для откосов плоских отвалов и прилегающих к ним горизонтальных участков шириной 5—6 м.
Однако, как показал опыт тушения плоских отвалов более эффективным является способ вскрытия и охлаждения пожарных участков с помощью гидромониторов, устанав ливаемых сбоку пожарного очага. В процессе вскрытия очага идет ох лаждение и перемещение пород на негорящие участки. При этом вымывае мые породы очень хорошо уплотняются и уменьшают приток воздуха к очагам горения через примыкающие к ним участки пород.
[4] с. 109-112
Тема 2.12 Порушення земної поверхні при будівництві та експлуатації гірських підприємств
1 Нарушение земель открытыми горными работами
Воздействие на ландшафты открытых горных работ проявляется, в коренном переустройстве рельефа, с образованием техногенных отрицательных (денудационных) и положительных (аккумулятивных) форм.
Положительными формами рельефа, остающимися после производства открытых горных работ, являются отвалы, которые по отношению к контуру карьера подразделяются на внутренние, находящиеся внутри этого контура и внешние, располагающиеся вне контура карьера.
По форме, внешние отвалы могут быть:
Отрицательными формами рельефа, остающимися после открытых разработок являются карьеры, траншеи и канавы, весьма различные по своим параметрам.
Карьер охватывает собой совокупность горных выработок, образованных при добычи полезного ископаемого открытым способом. В угольной промышленности карьер обычно называют разрезом, в практике разработки россыпей - полигоном.
Открытый способ разработки является основным направлением развития горной промышленности, что вызывает увеличение территорий, которые частично или полностью подвергаются нарушению. Интенсивное развитие открытых работ сопровождается ростом объемов и, соответственно, отвалов вскрышных пород.
Глубина рудных карьеров в настоящее время достигает 250 м. Текущий коэффициент вскрыши (количество вскрышных пород, приходящихся на единицу полезного ископаемого при открытых горных работах в т/т или м3/м3) составляет на железорудных карьерах 15 т/т, а на меднорудных достигает 20 т/т. В горнотехнической литературе отмечается, что через 30 лет глубина карьеров увеличится до 1000 м. С углублением карьеров изменится текущий коэффициент вскрыши до 30-50 т/т. Так как высота отвалов обычно не превышает 50 м и вряд ли может быть более 100 м, то для размещения такого большого объема вскрышных пород на поверхности земли потребуются значительно большие территории. Расчеты показывают, что при глубине открытых работ 500-1000 м площадь отвала будет превышать площадь карьера в 4-7 раз.
2 Нарушения земель подземными горными работами
Воздействие на ландшафты подземных горных разработок проявляется в образовании на поверхности Земли:
Размеры и форма отвалов определяются несколькими обстоятельствами, в частности - технологией разработки месторождений и отвалообразования.
Провалы и впадины, образующиеся на поверхности земли в результате обрушения кровли подземных выработок, весьма различны по форме и размерам, определяющимися глубиной разработки, объемами извлекаемых из недр горных пород и руд, геометрией рудных залежей или угольных пластов.
Обнаженные горные породы в бортах провалов, поверхность терриконов, хвосто и шламохранилищ нередко становятся источником пылеобразования, а при разработке горючих полезных ископаемых дыма, причем в составе пыли и дыма в воздух могут попадать фитотоксчичные компоненты. Они же могут оказаться и в грунтовых водах, формирующих свой химический состав в провальных мульдах и отвальных породах. Таким образом, помимо воздействия на рельеф поверхности земли, подземные горные разработки могут также приводить к загрязнению поверхности почвы, растительности и подземных вод.
3 Воздействие на ландшафты геологоразведочных работ
Влияние геологоразведочных работ состоит в нарушении поверхности и почвенно-растительного покрова при организации и обустройстве площадок буровых работ, строительстве и эксплуатации временных дорог и поселков разведчиков, прокладке дорожных трасс и зимников гусеничного транспорта, неорганизованной езды гусеничного транспорта. Подсчитано, что при сооружении простейшей дороги шириной всего 4 м, размеры занимаемой ею площади составят 1 га на каждые 2,5 км трассы. Между тем, дороги геологоразведочных партий обычно измеряются десятками, а в северных регионах - сотнями километров, причем нередко прокрадывается не одна, а несколько трасс, соответственно для сухого времени года и распутицы.
Еще большие разрушения ландшафтов вызывает транспортировка тракторами не разобранных буровых вышек: при передвижении буровой вышки на 15 км нарушается до 100 га поверхности, подверженной, в последующем, активизации различных экзогенных, в т.ч. криогенных процессов.
Полной переработке подвергаются земельные участки, на которых непосредственно производятся геологоразведочные работы.
Помимо загрязнения поверхности, буровые работы вызывают и механические нарушения тундровых ландшафтов, прямые при планировании буровой площадки и рытье котлованов под различные технические нужды и косвенные, проявляющиеся в развитии термоэрозионных и термокарстовых процессов по нарушенной поверхности, подстилаемой высокольдистыми грунтами.
3.1 Охорона споруд і природних об’єктів при підробці
В результате ведения добычных работ в горном массиве происходит активизация геомеханических процессов, следствием которых является нарушение земной поверхности, возникновение зоны экологических изменений. Для защиты поверхности сооружений и природных объектов применяют различные меры, которые делят на две группы:
- профилактические, применяющиеся в период составления генеральных планов застройки;
- текущие, выполняющиеся при выборе конкретной строительной площадки горного предприятия и в процессе ведения подземных горных работ.
Профилактические меры направлены на предотвращение вредных последствий подработки путем увязывания горных работ и строительства поверхностных объектов или функционирования действующих природных, и антропогенных объектов.
В состав профилактических мероприятий входят:
- разработка расчетной модели прогноза геомеханических нарушений;
- специальные мероприятии предохранительного характера защиты земной поверхности от негативных геомеханических проявлений.
Прогноз геомеханических проявлений предназначен для оценки величин возможных сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности. Он основан на теоретической схематизации этих процессов с применением точных и приближенных методов, различного рода допущений. Для проверки результатов теоретического прогноза и установления действительного характера проявления сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности проводят экспериментальные исследования в лабораторных и натурных условиях.
Лабораторные исследования выполняют на физических моделях уменьшенного масштаба с соблюдением условий подобия между моделью и натурным объектом и применением методов эквивалентных материалов, структурных моделей.
Экспериментальные исследования в натурных условиях включают в себя систематические наблюдения за процессом сдвижения и деформаций породной толщи, а также поверхностных зданий по трассе подземных работ. Определяют основные параметры процесса сдвижения: граничные углы, наклоны и кривизну мульды сдвижения, горизонтальные деформации растяжения и сжатия, скорость оседания и др. Одновременно фиксируются видимые дефекты поверхностных зданий.
Измерения проводят с помощью наблюдательных станций, оснащенных специальными измерительными приборами и оборудованием скважинного акустического каротажа, гравиметрии, сейсмометрии, магнитометрии и др., позволяющих осуществлять автоматизированный контроль за нарушениями земной поверхности по линиям установки реперов и приборов.
Результаты натурных наблюдений оформляют в виде графического материала, который позволяет оценить характер и интенсивность отрицательных проявлений геомеханических процессов и вносить необходимые коррективы в технологию ведения подземных горных работ для минимизации таких проявлений. Обычно измерения сдвижений и деформаций начинают до начала подземных работ и прекращают через несколько лет после ввода предприятия в эксплуатацию.
Результаты прогнозирования характера и интенсивности процессов сдвижения и деформаций горного массива являются основанием для правильного выбора необходимых мероприятий защиты земной поверхности от негативных геомеханических проявлений.
В соответствии с требованиями Правил охраны сооружений и природных объектов, вначале рассчитываются возможные деформации горного массива, определяются границы зон влияния подземных выработок и устанавливается продолжительность процесса сдвижения горных пород. Затем рассматриваются варианты раздельного или совместного применения мер охраны земной поверхности для обеспечения безопасной эксплуатации объектов, а именно:
- создания благоприятных экологических условий при ведении сельскохозяйственных работ на пахотных землях;
- устойчивости промышленных и гражданских зданий, дорог, инженерных коммуникаций;
- сохранения наземных водных объектов и лесонасаждений;
- сохранения запасов, состояния и режима грунтовых и подземных вод, а также их рационального использования.
Выделяют следующие группы мероприятий предохранительного характера по сокращению прямого и косвенного воздействия на земли: планировочные, горнотехнические, конструктивные, технологические, комплексные. Перечисленные меры разрабатываются проектными организациями при проектировании как новых, так и действующих шахт.
Планировочные меры предполагают:
- разработку и внедрение прогрессивных норм возможных нарушений территорий при промышленном и гражданском строительстве;
- целесообразное планирование размещения промышленных предприятий и отдельных объектов, в частности отвалов пустых пород;
- планирование расположения подземных горных выработок преимущественно под территориями малозастроенных участков населенных пунктов с малоценной застройкой и зданиями, подготовленными к сносу, под скверами, парками, площадями и т.д.;
- строгое соблюдение строительных норм и правил (СНиП), регламентирующих взаимное расположение зданий и сооружений, линий электропередачи, дорог, инженерных коммуникаций.
Горнотехнические меры назначаются в соответствии с Правилами охраны сооружений и природных объектов. Их применение является обязательным при решении вопросов о выемке пластов выше горизонта предельной глубины (когда горные работы могут вызвать появление предельных деформаций в зданиях населенных пунктов и природных объектов), а также при подработке водных объектов, лесонасаждений и сельскохозяйственных земель. К этим мерам относятся:
- применение закладки выработанного пространства породой, доставленной извне зоны горных работ;
- частичная выемка полезного ископаемого по площади горного отвода;
- уменьшение вынимаемой мощности пласта или оставление по отдельным пластам предохранительных (опорных) целиков (для оставления целиков необходимо наличие устойчивых вмещающих пород);
- применение специального порядка оптимальной отработки запасов полезного ископаемого под охраняемыми сооружениями и природными объектами;
- другие.
Практически все перечисленные меры имеют выраженную технологическую направленность. Они определяются последовательностью технологических операций добычи полезного ископаемого, проходческих работ, управления кровлей, крепления выработок и являются весьма действенными, так как направлены на устранение причин возникновения и развития сдвижений и деформаций.
Наиболее эффективной среди них мерой является управление кровлей путем полной закладки выработного пространства. В определенных горно-геологических условиях она не только технически целесообразна, но и экономически оправдана.
Существует два основных способа закладки: пневматический и гидравлический. В качестве закладочного материала используется песок, а также любые дроблёные породы, добываемые как под землей (в процессе проведения подготовительных выработок и ремонта действующих горных выработок), так и складированные в отвал на поверхности земли. Два последних источника могут, например, в условиях Донбасса могут покрыть потребность в закладочном материале на 15 – 20 лет.
Помимо охраны поверхностных сооружений и природных объектов закладка имеет еще другие преимущества, в части охраны других компонентов ОПС:
- обеспечивается рациональное использование и охрана недр благодаря полному извлечению запасов полезного ископаемого (неоставление опорных целиков и др.);
- имеет место высвобождение земельных площадей и использование их по прямому назначению благодаря сокращению или полному прекращению выдачи породы и ликвидации имеющихся отвалов на поверхности земли;
- уменьшается (предотвращается) загрязнение воздушного и водного бассейнов вредными веществами, образующимися при горении, воздушной эрозии и размывании породных отвалов;
- значительно уменьшается количество лесных материалов для крепления выработок, а следовательно заготовок леса для нужд угольной промышленности;
- предотвращается истощение запасов подземных вод, благодаря сокращению их поступления в горные выработки вследствие неразвития трещиноватости горного массива.
Недостатки закладки выработанного пространства и оставление предохранительных целиков заключаются в затрудненности исполнения и дороговизне первого способа; потерях угля; уменьшении срока службы действующего горизонта, а также шахты в целом (что сопровождается экономическим ущербом); усложнении процесса ведения горных работ; увеличении опасности самовозгорания угля при использовании второго способа.
Конструктивные меры. Если горнотехнические меры являются мерами общего характера и предназначены для предотвращения повреждений и разрушений зданий населенных пунктов, природных объектов, то конструктивные меры приспосабливают, в основном, промышленные здания, сооружения и коммуникации к восприятию деформаций с минимальным отрицательным эффектом. Различают полные и сокращенные конструктивные меры. Полные рассчитаны на весь срок службы подземных выработок, а к сокращенным прибегают по мере необходимости.
Полные конструктивные меры ограничивают нарушения устойчивости подземного массива в процессе строительства подземного сооружения с помощью обделок из набрызгбетона, сборных чугунных и железобетонных обделок.
К сокращенным конструктивным мерам относятся:
- разделение промышленного здания деформационными швами, которые, деформируясь, растягиваются, сохраняя целостность здания;
- выравнивание (поддомкрачивание) поверхностных зданий путем усиления их отдельных конструктивных элементов или здания в целом с помощью тяжей и железобетонных поясов, а также путем установки связей;
- установка компенсаторов для защиты коммуникаций (транспортных подземных трубопроводов);
Для получения более полного эффекта в обоих случаях применяют комплексные меры, которые сочетают любые из перечисленных выше мер.
Горное предприятие не менее чем за шесть месяцев до начала работ в районе влияния подземного производства на охраняемый объект обязано известить об этом организацию, ответственную за сохранность и эксплуатацию объекта. Подрабатываемые здания, сооружения и другие объекты до начала, а при необходимости, и во время подработки, и после окончания воздействия на них горных работ обследуются комиссией в составе представителей шахты и организации, эксплуатирующей объект. При этом на каждом этапе составляется акт обследования.
Тема 5.2 Технологічна рекультивація земель при гірських розробках
Рекультивация нарушенных земель заключается в засыпке провалов, прогибов инертными материалами, их планировке, выполнении мелиоративных работ и т. д. Помимо того, что принятая система разработки угольных пластов должна способствовать максимальному сохранению земной поверхности, сооружений, природных объектов, она же должна обеспе чивать минимальные объемы выдаваемой из шахт породы. Отвалы, предназначенные для ее складирования, следует размещать на непригодных для сельского хозяйства землях (балки, овраги, провалы, заболоченные площади и др.). Наиболее благоприятные условия рекультивационных работ создаются при размещении отвалов в природных или техногенных формах рельефа (рис. 5.2.1). Если такие формы использовать нельзя, рекомендуется применять крупноплощадные многоярусные отвалы для обслуживания группы угольных предприятий.
|
|
Рис.5.2.1. Схема заполнения шахтной породой естественного понижения рельефа (балки, овраги) |
Снятие, складирование и нанесение плодородного почвенного слоя и потенциально плодородных пород должно на полгода и более опережать фронт очистных работ на данном участке. Существует несколько вариантов снятия и использования ППС и ППП:
От складирования отказываются, если длительное хранение почвы и пород экономически нецелесообразно. В этом случае ППС и ППП транспортируют на соседние рекультивируемые участки или по согласованию с землепользователем на угодья, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве после нанесения на них плодородного почвенного слоя. ППС можно также употребить для городского зеленого строительства, парников, садов, огородов и других целей.
Если ППС и ППП складируют, то для сохранения их физико-химических свойств склады должны размещаться на неподрабатывамых сухих возвышенных (водораздельных) участках, защищенных от водной и ветровой эрозии, от зарастания сорняками, и быть спланированными. Для борьбы с эрозией и сорняками поверхность складов засевают многолетними травами.
Технологические операции по снятию плодородного слоя, его складированию, нанесению на рекультивируемые участки и территории выполняют с помощью скреперов, автоскреперов, экскаваторов с ковшами вместимостью 0,4 – 4,0 м3, грейдеров, бульдозеров, различных рыхлителей и автосамосвалов. Доставляют почвенный слой на небольшие расстояния автоскреперами и бульдозерами. Чаще всего это бывает при транспортировании почвы с участка шахтного поля, намечаемого к подработке, на соседний, уже подработанный, поверхность которого спланирована после засыпки провалов и ликвидации трещин. ППС снимают, транспортируют и укладывают на подготовленную поверхность за один цикл. Распределение и выравнивание почвы осуществляется бульдозером. Совместная работа экскаваторов, автосамосвалов, бульдозеров применяется при транспортировании плодородного почвенного слоя на значительные расстояния.
В зависимости от мощности слоя, производительности средств механизации для ведения рекультивационных работ применяют два варианта технологической схемы:
- выемку почвы экскаватором, погрузку ее в автосамосвалы, обработку бульдозером после разгрузки;
- снятие почвы бульдозером в навал, погрузку ее экскаватором в автосамосвалы, обработку бульдозером после разгрузки.
Второй вариант более распространен, так как формирование разрабатываемого плодородного почвенного слоя во временный склад (в навал) с последующей погрузкой его в транспортные средства экскаваторами значительно повышает эффективность последних. Почвенный слой во временный склад (отвал) перемещает бульдозер последовательными заходами. Двигаясь по прямой, он срезает и перемещает почву к временному отвалу, а затем возвращается задним ходом в исходное положение (рис. 5.2.2).
|
|
Рис. 5.2.2 Схема снятия плодородного слоя почвы и складирование его во временный отвал: 1 - бульдозер; 2 – автосамосвал; 3 – экскаватор. |
При ликвидации нарушений на подработанной земной поверхности рекультивационные работы выполняют на сухих территориях, а также обводненных, заболоченных участках. Необходимым предварительным условием восстановления как сухих, так и обводненных подработанных территорий является снятие плодородного почвенного слоя и потенциально плодородных пород. Практически все дальнейшие работы по рекультивации нарушенной поверхности включают технологическую операцию — заполнение отрицательных техногенных форм рельефа инертными материалами. Не заполняют лишь небольшие по площади прогибы от плавного опускания земной поверхности при подработке, а также незначительные нарушения (котлованы от приготовления заиловочного материала, провальные воронки, водоотводные и другие канавы), если нет в непосредственной близости источников инертной массы для их заполнения. Однако следует учитывать, что плавное опускание земной поверхности на любой площади сопровождается появлением трещин на границах мульды оседания, которые приводят к обезвоживанию почвенного слоя. Поэтому при рекультивации необходимо предусматривать создание искусственного водоупора из глинистых пород требуемой мощности. Образование изолирующего слоя (толщина его должна быть не менее 3 м от отметки коренных пород) позволяет ликвидировать аэро- и гидродинамическую связь горных работ с поверхностью, уменьшить вероятность возникновения эндогенных пожаров, просачивание в горные выработки поверхностных вод и др.
Для засыпки провалов и прогибов при образовании изолирующего слоя в качестве инертных материалов используют: рыхлые четвертичные отложения, перекрывающие коренные породы; коренные породы, добытые в специальных карьерах; выдаваемую из шахт породу; перегоревшую породу шахтных отвалов и природных горельников; отходы обогащения угля, котельных, остатки строительного мусора, металлургические шлаки и др.
Технологию засыпки провалов и оформление рельефа в зависимости от используемого материала выбирают для каждого конкретного случая отдельно. При этом учитывают химические и физико-механические свойства материалов. Так, фитотоксичные породы повышенной кислотности следует укладывать в нижней части провалов с последующим перекрытием их слоем ППП толщиной не менее 2 м или предусматривать химическую мелиорацию кислых пород. В качестве мелиорантов используют обычно известь, однако могут применять и другие вещества. Вносят их не ранее чем через год после завершения работ по засыпке, учитывая, что рыхлые отложения (наносы), содержащие глинистые породы, становятся при большом давлении пластичными и угрожают прорывами в подземные выработки. Чтобы избежать таких явлений, применяют смесь наносов с привозными коренными породами, перегоревшей породой терриконов. Технологические схемы засыпки провалов приведены на рис. 5.2.3 и 5.2.4.
|
|
|
|
Рис. 5.2.3. Схема засыпки провалов четвертичными отложениями (наносами), взятыми непосред-ственно в районе провалов |
Рис. 5.2.4. Схема засыпки провалов смесью наносов и привозных скальных пород |
Если провалы засыпают породой, выдаваемой из шахт, или другими материалами, склонными к самовозгоранию, то необходимо проводить в соответствии с «Правилами безопасности» и специальные мероприятия по его предупреждению.
Для заполнения провалов рыхлыми породами (наносами) используют бульдозеры, привозным материалом - экскаваторы, автомобильный транспорт.
Мелиоранты на рекультивируемую поверхность вносят сельскохозяйственными машинами (разбрасыватели извести, дисковые бороны, ярусные навесные рыхлители - щелеватели и др.).
Одной из важных технологических операций по восстановлению нарушенных территорий является окончательная планировка рекультивируемых поверхностей. Ее выполняют после засыпки отрицательных форм рельефа инертными материалами, ППП и выполаживания склонов поверхности по верхней границе мульды (рис. 5.2.5) с последующим разравниванием укладываемого слоя ППП.
|
|
Рис. 5.2.5. Схема заделки трещин и выполаживания склонов мульды оседания: 1 - зона трещин; 2 - отвал ППС. |
Во всех случаях планировку сухих рекультивируемых поверхностей производят с расчетом предотвращения их заболачивания. Для этого (по возможности) окончательные отметки поверхностей должны быть не менее чем на 1 м выше уровня грунтовых вод, существовавшего до начала подземных работ. Кроме того, рекультивируемым поверхностям придают равные уклоны в сторону логов, ручьев, рек без микрорельефа с таким расчетом, чтобы осадки не скапливались на отдельных площадях, а распределялись равномерно, а излишки их стекали в пониженные места. Если данные условия выполнить невозможно, то проводят профилактические мелиоративные работы: строят вертикальные дренажи для понижения уровня грунтовых вод; создают водоемы с целью сбора паводковых вод; подсыпают мелководные участки шахтной породой или другими материалами с последующим покрытием слоем ППП и ППС для биологического этапа рекультивации.
Профилактические мелиоративные работы выбирают в зависимости от анализа прогноза изменений гидрогеологического и гидрохимического режимов района с учетом физико-химических, агротехнических и других показателей пород, используемых для подсыпки понижений рельефа.
Заключительной технологической операцией по ликвидации нарушений на подработанной сухой территории является транспортирование и нанесение на спланированную поверхность ППС. Типичная технология рекультивации неглубоких (до 5 м), но значительных по площади провалов, прогибов и мульд оседания представлена на рис. 5.2.6.
Рис.5.2.6. Технология рекультивации мульд оседания и неглубоких провалов: 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородные земли; 3 – слой из шахтной породы.
При этом предполагается, что ППС и ППП предварительно сняты и складированы во временном отвале на ненарушенном участке поверхности.
Технический этап рекультивации обводненных или заболоченных понижений рельефа включает следующие технологические операции:
- осушение подработанной территории путем устройства системы горизонтального закрытого и открытого дренажа;
- снятие ППС и выемка ППП на участках, где позволяет рельеф местности и перемещение их во временные отвалы;
- подвоз инертной породы, подсыпка ею отрицательных форм рельефа, уплотнение и планировка изолирующего слоя;
- нанесение уплотнения и планировка слоя ППП;
- нанесение, разравнивание и окончательная планировка ППС.
|
|
Рис.5.2.1. Схема заполнения шахтной породой естественного понижения рельефа (балки, овраги) |
|
|
Рис. 5.2.2 Схема снятия плодородного слоя почвы и складирование его во временный отвал: 1 - бульдозер; 2 – автосамосвал; 3 – экскаватор. |
|
|
|
|
Рис. 5.2.3. Схема засыпки провалов четвертичными отложениями (наносами), взятыми непосред-ственно в районе провалов |
Рис. 5.2.4. Схема засыпки провалов смесью наносов и привозных скальных пород |
|
|
Рис. 5.2.5. Схема заделки трещин и выполаживания склонов мульды оседания: 1 - зона трещин; 2 - отвал ППС. |
Рис.5.2.6. Технология рекультивации мульд оседания и неглубоких провалов: 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородные земли; 3 – слой из шахтной породы.
5.3 Біологічна рекультивація земель при гірських розробках
Биологический этап (биологическая рекультивация) включает комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на восстановление и улучшение структуры грунтов, повышение их плодородия, создание лесов и зеленых насаждений, освоение водоемов, разведение дичи и животных. Биологическая рекультивация осуществляется землепользователями, которым передаются земли после их технической рекультивации, выполненной предприятиями и организациями Минуглепрома Украины, которые ранее нарушили эти земли.
Для выполнения этого этапа рекультивации, используются плуги различной конструкции, бороны, культиваторы, рыхлители, фрезы, катки, машины для внесения удобрений, навесные ямокопатели, лесопосадочные машины, дождевики и поливочные машины, косилки, комбайны.
Анализ направлений рекультивации земель показывает, что большинство из них носит биологический характер. Поэтому, требования биологической рекультивации определяют во многом выбор способов и средств для осуществления ее технического этапа.
Требования биологической рекультивации к техническому этапу наиболее полно разработаны по двум основным направлениям рекультивации - сельскохозяйственному и лесохозяйственному.
Различают общие требования биологической рекультивации к техническому этапу и специальные, выставляемые при рекультивации отвалов. При рассмотрении общих требований, предъявляемых к сельскохозяйственному и лесохозяйственному направлениям, можно выделить три основных:
- почвенный слой в результате рекультивации возвращается на прежнее место;
- смешение пород и почв производится с целью создания благоприятных условий для приживаемости растительности;
- использование только отвальных пород в качестве среды для выращивания растений.
По данным исследований, для успешного проведения биологической рекультивации необходимо:
1) на землях, подлежащих нарушениям горными работами, снимать верхний, самый плодородный гумусовый слой почвы вместе с потенциально плодородными породами;
2) плодородный слой почвы до укладки на спланированные отвалы или малопригодные угодья хранить в отвалах-складах;
3) при снятии, складировании и хранении ППС и ППП принимать меры, исключающие ухудшение их качества и предупреждающие размывание и выдувание;
4) учитывать данные физико-химического анализа пород нарушаемых территорий при выборе технологии разработки;
5) планируемым участкам поверхности в процессе рекультивации придавать правильные геометрические контуры;
6) гумусовый слой, доставляемый на рекультивируемые площади, укладывать ровным слоем (0,3 - 0,5 м.), не допуская переуплотнения грунта;
7) обеспечить корнеобитаемый слой мощностью не менее 1м. Он должен иметь следующие физические и агрохимические свойства: объемную массу грунта не более 1,5г/см; гранулометрический состав по соотношению глина-песок - 1:3 или 1:2 (при карбонатных глинах); пористость капиллярную не менее 40 - 45%; содержание гумуса в корнеобитаемом слое при сельскохозяйственном использовании не менее 2%, при лесном - 1%; содержание водорастворимых сульфатов натрия и магния (в водной вытяжке) - не более 0,5%, хлоридов - не более 0,01%; реакцию грунтопочвенной среды (в водной суспензии) - рН=68.
Специальные требования биологического этапа предъявляются к технической рекультивации отвалов, что определяется их особой ландшафтной формой, физико-химическим составом слагающих пород, склонностью к самовозгоранию. Сущность требований заключается в следующем. Отвалы, параметры которых соответствуют архитектурно-ландшафтным требованиям и принципам антропогенной совместимости и имеют поверхностный слой, обеспечивающий биологическое самовосстановление, не нуждаются в технической рекультивации.
Если высота рекультивируемых отвалов лимитируется условиями, предупреждающими самовозгорание, то отвалы должны быть понижены в соответствии с этими требованиями.
При низкой фильтрационной способности пород отвала следует устраивать оградительный вал высотой 0,6 - 1,5 м. и отводящие канавы во избежание размыва откосов атмосферными осадками и сноса пород.
Откосы отвалов должны быть выположены. На выположенных откосах пониженных отвалов (крутизна склона более 120) для задержания и поглощения атмосферных осадков, прекращения или значительного ослабления эрозионных процессов можно нарезать террасы. Плоские, выположенные и террасированные отвалы наиболее удобны для сельскохозяйственной рекультивации. Их рекомендуется использовать под сады, пашню и пастбища. В таких случаях, мощность наносимого на отвал гумусового слоя должна составлять не менее 20 см.
Не допускается нанесение гумусового слоя на отвалы из токсичных пород без коренной химической мелиорации (глинование, пескование, известкование, внесение золы и т.д.), а также без экрана из нетоксичных пород.
Рекреационное направление рекультивации предусматривает улучшение ландшафтной архитектуры городов, создание для населения благоприятных оздоровительных условий, а санитарно-гигиеническое направление - озеленение шахтных отвалов различными способами для сокращения вредного влияния их на ОПС. При озеленении отвалов техническая рекультивация с целью улучшения физико-химических свойств грунтов должна заканчиваться не позже, чем за год до начала биологической.
Завершающая стадия рекультивационных мероприятий - строительные работы. Их проводят на нарушенных территориях для создания промышленных и жилых районов, зон отдыха. Строительная рекультивация в некоторых случаях, может быть применена вместо биологической, например, при рекультивации отвалов, находящихся в черте населенных пунктов.
Проектирование рекультивации. Для каждой действующей угольной шахты разрабатывается и утверждается в установленном порядке проект рекультивации нарушенных и нарушаемых земель, в строгом соответствии с которым должны выполняться все необходимые работы.
При разработке проектов рекультивации и их осуществлении, должны учитываться следующие факторы:
- природные условия района;
- расположение нарушенного (нарушаемого) участка;
- перспективы развития района разработок;
- фактическое или прогнозируемое состояние нарушенных земель к моменту рекультивации;
- химический и гранулометрический состав, агрохимические и агрофизические свойства, инженерно-геологическая характеристика вскрышных и вмещающих пород и их смесей в отвалах;
-хозяйственные, социально-экономические и санитарно-гигиенические условия района размещения нарушенных земель;
- срок использования рекультивированных земель;
- охрана окружающей среды от загрязнении ее пылью, газовыми выбросами и сточными водами до установленных норм.
В приведенном перечне, важное место отводится геолого-почвенному обследованию нарушаемой и восстанавливаемой территории, которое проводится геологическими службами на стадии детальных разведочных работ. Полученные данные характеризуют:
- содержание питательных веществ в почве;
- реакцию среды;
- содержание токсичных веществ в почве;
- водно-физические, агрохимические свойства и минералогический состав пород, их физико-технические характеристики и механические характеристики.
На основе полученных данных дается предварительная оценка пригодности пород для биологической рекультивации. Все породы делятся на три группы: пригодные, малопригодные, непригодные.
Пригодные - это плодородные и потенциально плодородные породы.
К плодородным относятся: плодородный слой почвы, гумусовые горизонты различных типов почв, значение рН которых не выходит за пределы 5,5 - 8,2, сумма токсичных солей в водной вытяжке не превышает 0,2%. Они используются под пашню, сенокосы и пастбища, землевание малопродуктивных земель.
К потенциально-плодородным относятся: почвообразующие и другие несвязанные породы с активной реакцией от слабокислой до щелочной, незасоленные, супесчаного, суглинистого, легкоглинистого механического состава.
Малопригодные для биологической рекультивации породы те, на которых рост и развитие растений ограничивается либо физическими или механическими свойствами, либо химическим составом.
Малопригодные по физическим свойствам – пески, рыхлые и связанные породы, утяжеленные содержанием физической глины более чем на 75 %. Сюда же относятся бесструктурные породы легкого механического состава, подверженные водной и ветровой эрозии.
Малопригодные по химическому составу - кислые, среднезасоленные и солонцеватые почвы и породы с рН = 3,5 - 5,5.
Непригодные к биологической рекультивации породы делятся на две группы:
- по физическим свойствам - это трудновыветриваемые скальные, полускальные магматические и метаморфические породы (с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова более 3 - 4);
- по химическому составу - это сильно кислые (в основном сульфидосодержащие) породы с рН<3,5; сильнощелочные с рН>9; сильнозасоленные породы с показателем сухого остатка более 0,8% и концентрацией анионов в водной вытяжке, значительно превышающей пороги их токсичности. Пороги токсичности анионов: СО32- - 0,05 мг·экв., НСО3- - (Mg2+ и Са2+) - 0,3 мг·экв, SO42- - (Mg2+ и Са2+) - 1,7 мг·экв (на 100 проб пород). Сюда также относятся породы содержащие сульфаты, легкорастворимые соли, гипс, карбонаты.
Рекультивация нарушенных земель, представленных малопригодными и непригодными для биологической рекультивации породами, имеет значительные трудности. Поэтому при формировании отвалов из таких пород должен соблюдаться следующий порядок их размещения: в самом нижнем слое располагаются непригодные породы, затем малопригодные, потенциально плодородные и плодородные.
Тема 5.4 Озеленення шахтних териконів і плоских породних відвалів
Технологически разборка отвалов выполняется при использовании пород отвала в строительной индустрии при необходимости освобождения площади земельных ресурсов участка для размещения на месте отвала каких-либо объектов или угодий, восстановления ландшафта местности и других целей.
Разборке породного отвала предшествует устройство подъездных автомобильных дорог, нарезка въездной полутраншеи в отвале, устройство обочин и кюветов. Въездная полутраншея проходится к вершине отвала и должна иметь вид полуспирали и по хвостовой части она нарезается бульдозером (террасером), экскаватором, бульдозером и экскаватором.
|
|
Рис. 5.3.1. Схема понижения отвала скрепером и бульдозером |
При нарезке полутраншеи бульдозером (террасером) путем параллельных проходов под углом к откосу расширяется полотно полутраншеи, порода при этом сталкивается под откос. Процесс нарезки предпочтительно осуществлять сверху вниз.
При разборке негорящих и горящих отвалов имеются отличия. Если вершина породного отвала сложена горящими и раскаленными породами, то их перед смывом дополнительно охлаждают орошением водой до температуры 150 оС на глубину от 2,5 до 3,0 м. Расход воды при этом составляет не менее 300л на 1м2 поверхности отвала. Смыв породы производится гидромонитором с дистанционным управлением. Расход воды при смыве не менее 100 м3/ч. Вершина породного отвала должна размываться слоями толщиной не более 2,5 м до понижения высоты породного отвала от 5 до 10 м. Дальнейшее понижение высоты породного отвала путем перемещения породы под откос осуществляется бульдозером. Порода каждого горизонтального слоя перед перемещением под откос должна охлаждаться до температуры не менее 80°С. Расход воды составляет в среднем 1500 л/м3.
В процессе разборки разогретых пород необходимо производить их охлаждение следующими способами:
- орошением водой;
- периодическим переформированием охлаждаемого слоя;
- обвалованием отдельных участков и заливкой их водой;
- нарезкой траншеи на ширину бульдозерного ножа;
- устройство в траншеях перемычек и заливкой их водой.
Разборка горящих конических и гребневидных отвалов производится способом переформирования (понижения) до высоты, с которой предусмотрена погрузка и вывоз породы. При этом температура транспортируемых пород должна быть не более 80оС, если дополнительно не предъявляются более жесткие требования.
Основной способ разборки отвалов любой высоты вывозкой породы за пределы данного района - экскаваторный (вместимость ковша 0,65-4,6 м3). Для установки экскаватора на отвале он своим ходом поднимается к вершине и подготавливает себе рабочую площадку. Экскавация породы вершины породного отвала возможна как под откос, так и в автотранспорт. Породы отвала должны быть не выше II категории по экскавации.
При разборке породного отвала с помощью экскаватора и автотранспорта для установки и размещения оборудования должны устраиваться рабочие площадки, при этом высота уступа должна быть не более 4 м. Размеры рабочих площадок определяются шириной заходки экскаватора, шириной транспортных полос и шириной полосы безопасности.
Геометрические размеры площадки должны определяться с учетом физико-механических свойств пород и параметров оборудования. Ширина рабочей площадки колеблется от 9,0 до 16,0 м.
Работам по подготовке и устройству рабочей площадки предшествует разбивка отвала на ярусы, высота которых должна соответствовать высоте разбираемого уступа, но не выше их. Разборка отвала начинается с верхнего яруса и осуществляется поуступно сверху вниз. Рабочая площадка готовится путём переэкскавации породы экскаватором под откос.
После подготовки рабочей площадки начинается разборка породного отвала, при этом длина экскаваторной заходки первого яруса (уступа) должна быть равна длине спланированной вершины. При отработке первой заходки автосамосвалы подаются под погрузку по схемам, представленным на рис. 5.3.2в,г.
При работе экскаватора на второй и последующих заходках подача автосамосвалов под погрузку может производиться по любой схеме:
- петлевой в забое и вне забоя;
- с постановкой самосвалов в забое и параллельно оси забоя;
- тупиковой при установке автосамосвалов в забое и параллельно оси забоя.
Возможны две технологические схемы поярусной разборки отвала экскаватором: челноковая (рис. 5.3.3) и кольцевая (рис. 5.3.4).
Рис. 5.3.2. Схемы подачи автотранспорта под погрузку: а, б – петлевая; в, г – тупиковая.
Рис. 5.3.3. Челноковая схема разработки ярусов: 1 - валы охлаждения, 2 - экскаватор на отсыпке породы в отвал охлаждения; 3 – заходки; 4 – въездная полутраншея; 5 – автосамосвал; 6 - экскаватор на погрузке породы из вала охлаждения в автосамосвалы.
Рис. 5.3.4. Кольцевая схема разработки ярусов: 1 – въездная полутраншея; 2 - вал охлаждения; 3, 5 – экскаватор; 4 – заходки; 5 – автосамосвал.
Применение конкретной схемы по разборке очередного яруса отвала зависит от температуры пород, которую контролируют систематически. Челноковая схема разборки рекомендуется, главным образом, при температуре пород более 80°С. В этом случае экскаватор перемещает породу сначала в вал охлаждения, а из него при достижении породой температуры 80 оС и менее - в автосамосвалы. Разборка раскаленной или горящей породы отвала при высокой запыленности допускается только с наветренной стороны.
Практически установлено, что необходимость в проведении дополнительных мероприятий по охлаждению разогретых пород отпадает уже после понижения отвала на одну треть первоначальной высоты, поскольку горящая или разогретая порода находится именно в этой области отвала.
Поярусная разборка отвалов возможна не только с помощью экскаватора типа прямой лопаты, но и драглайнов.
Следует отметить, что разборка и вывозка пород отвалов для их складирования на новом месте или использования в народнохозяйственных целях требует значительных материальных затрат.
Разборка и вывоз пород отвалов
|
|
Рис. 5.3.1. Схема понижения отвала скрепером и бульдозером |
Рис. 5.3.2. Схемы подачи автотранспорта под погрузку: а, б – петлевая; в, г – тупиковая.
Рис. 5.3.3. Челноковая схема разработки ярусов: 1 - валы охлаждения, 2 - экскаватор на отсыпке породы в отвал охлаждения; 3 – заходки; 4 – въездная полутраншея; 5 – автосамосвал; 6 - экскаватор на погрузке породы из вала охлаждения в автосамосвалы.
Рис. 5.3.4. Кольцевая схема разработки ярусов: 1 – въездная полутраншея; 2 - вал охлаждения; 3, 5 – экскаватор; 4 – заходки; 5 – автосамосвал.
Тема 5.5 Використання земель, порушених підробкою
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШАХТНЫХ ВОД В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Промышленные сточные воды, к которым относятся также шахтные воды, являются наиболее мощным антропогенным источником загрязнения природных вод. Они характеризуются большими объемами истечения, непостоянством химического состава и могут образовываться несистемно, что усложняет проблему их утилизации.
Решение проблемы промышленных сточных вод возможно различными путями:
Что касается первого пути, т.е. создания безотходных производств, то оно является приоритетным направлением будущего. Внедрение таких технологий требует значительных капиталовложений. В то же время следует иметь в виду, что абсолютно безотходной технологии быть не может.
Второй путь – непосредственный сброс сточных вод в водные объекты, даже при соблюдении санитарно-гигиенических требований, является нежелательным. Это объясняется как постепенным ухудшением качества вод водных объектов, так и тем, что в связи с изменением фонового состава водного источника, для обеспечения требований ПДК необходимо будет так или иначе проводить очистку промышленных сточных вод.
В современных условиях в большинстве случаев пока еще неизбежен третий путь, когда промышленные сточные воды, которые не отвечают требованиям нормативов качества, подвергаются предварительной очистке. Как правило, последнее проводится в несколько этапов, что позволяет достигать необходимой степени очистки.
В настоящее время известны множество методов очистки сточных вод с различными возможностями и аппаратурным оформлением. Кроме экологических требований к степени очистки сточных вод, большое значение имеет экономическая целесообразность этого процесса, что является одним из критериев выбора метода и технологии очистки шахтных вод.
Использование шахтных вод с целью их утилизации необходимо рассматривать как важное природоохранное мероприятие, так как оно, во-первых, способствует предотвращению загрязнения гидросферы, а, во-вторых, уменьшает истощение гидросферы.
Внастоящее время они щироко используются в отрасли для пылеподавления, отвода тепла от шахтных кондиционеров, гидротранспортирования закла дочного материала и угля, гидродобычи и обогащения угля, для поливки дорог, зарегулирования воды и организации баз отдыха и т. д.
Значительная часть шахтных вод используется в сельском хозяйстве для полива, для технического водоснабжения животноводческих комп лексов, разведения рыбы и водоплавающей птицы.
В связи с упорядочением водопользования промышленных предприя тий шахтные воды начинают использовать предприятия стройиндустрии, разрабатываются проекты использовании шахтных вод в металлургичес кой промышленности и других отраслях народного хозяйства.
В целом на Украине используется не более 25% шахтных вод.
Шахтные воды, применяемые для полива, по солевому составу должны быть близки к почвенным водам.
Согласно рекомендациям М.Ф. Буданова для южной части Украи ны воды с солесодержанием от 1000 до 3000 мг/л могут применяться для орошения при условиях:
Шахтные воды при тех же показателях, но с минерализацией свыше 3000 мг/л подлежат разбавлению.
Таким об разом, в основе принятого метода оценки лежит естественное соотноше ние солевых ингредиентов в природных водах, что очень важно для объективности принимаемых решений, связанных с выдачей рекомен даций о применении шахтных вод для целей орошения сельскохозяйствен ных культур.
В качестве дополнительного метода ирригационной характеристики оросительной воды можно принять метод А.М. Можейко.
Качественная ирригационная оценка шахтных вод 74 шахт Восточного Донбасса показывает, что только шахтные воды пяти шахт, по М.Ф. Буда нову, могут использоваться без предварительной мелиорации для ороше ния сельскохозяйственных культур, а по А.М. Можейко — воды 42 шахт.
При оценке оросительной воды требуется учитывать все природные условия и мелиоративную обстановку: состав почвы, степень дренированности, глубину залегания грунтовых вод, рельеф местности, климатичес кие условия и т. п.
Если процессы осолонцевания связаны с поглощением натрия почвен ным поглощающим комплексом, то процессы засоления почвы опреде ляются повышенным содержанием водорастворимых солей, главным образом, хлористых и сернокислых солей натрия, кальция и магния, реже —углекислого натрия и еще реже — азотнокислых солей натрия и калия.
При этом, главным фактором образования засоленных почв служат близко залегающие от поверхности минерализованные грунтовые воды. Поэтому при применении минерализованных вод на орошение очень важно обращать внимание на степень дренированное™ почвы и поливные нормы. Если последние будут соответствовать дефициту влаги корнеобитаемого слоя, то неизбежно будет происходить процесс накопления солей в этом слое. Во избежание этого явления при хорошем дренаже необходимо да вать повышенные поливные нормы.
Необходимо учитывать, что на хорошо дренируемых почвах возможно применение вод более повышенной минерализации. На бессточных или плохо дренируемых участках, при орошении минерализованной водой почва может быстро засоляться.
Тема 5.6 Використання тепла повітря, яке надходить з шахти
Горные отводы шахт Украины расположены среди плодородных земель. На этих землях размещены земельные отводы много численных шурфов и вентиляционных стволов, по каждому из которых ежесуточно выдается от 1,5 до 20 млн. м3 рудничного воздуха, содержа щего большое количество тепла.
Температура воздуха, исходящего из подавляющего большинства шахт Донбасса, составляет 15-24°С, влажность 95-99 %, запыленность 5- 10 мг/м3.
Опыт, накопленный при выращивании овощей и фруктов в теплицах, показывает, что благоприятная температура воздуха в теплицах находит ся в пределах 22 - 26 °С.
Температура исходящих вентиляционных струй многих глубоких шахт Донбасса находится в течение всего года (зима и лето) в пределах темпе ратур, необходимых для теплиц. В тех случаях, когда температура исходя щего воздуха ниже требуемой, для теплицы он может быть подогрет ка лорифером, при этом затраты топлива на подогрев будут значительно ни же, чем при подогреве холодного атмосферного воздуха.
Приведенные температуры исходящего воздуха (15 - 24 °С) замерены в шахте под вентиляционными стволами, где давление на 1500-3000 Па ниже атмосферного. Повышение давления этого воздуха на поверхности до атмосферного, а также нагрев воздуха в вентиляторе приведут к допол нительному повышению температуры его на 2—5°С. Однако из-за подсоса холодного воздуха в вентиляционные стволы температура исходящего из шахты воздуха может резко снизиться.
С учетом этого обстоятельства на первом этапе могут быть предложены четыре схемы использования исходящего из шахт воздуха для обогрева теплиц.
Первая схема, когда весь или большая часть воздуха непосредственно вентилятором главного проветривания направляется в теплицу (рис. 5.6.1,а).
Эта схема может быть применена в тех случаях, когда исходящий воздух поступает по вентиляционному стволу или скважине, которые исполь зуются только для проветривания шахты и не служат для подачи материа лов и постоянного спуска-подъема людей. Подсосы воздуха с поверхности в этом случае не должны превышать 10—15 % от количества воздуха, проходящего по стволу, шурфу или скважине.
В тех случаях, когда подсосы холодного воздуха с поверхности значи тельны и снижают температуру воздуха, исключая возможность его ис пользования в теплицах, целесообразно установить дополнительный вентилятор, забирающий воздух ниже сопряжения канала вентилятора со стволом и подающий для обогрева теплицы (рис. 5.6.1, б), - это вторая схема.
Дополнительный вентилятор может быть установлен на поверхности земли или в камере, расположенной ниже уровня земли.
По третьей схеме (рис. 5.6.1, в) предусматривается подогрев всего воз духа, выдаваемого вентилятором 7, или части его с помощью калорифера, установленного на нагнетательной стороне вентилятора главного провет ривания. Эта схема может быть применена, когда температура исходящего воздуха под стволом ниже эффективной для теплицы и подсосы холодно го воздуха с поверхности незначительны. При этих же условиях и больших подсосах холодного воздуха с поверхности может быть использована четвертая схема (рис. 5.6.1, г), по которой исходящий воздух забирается от сопряжения ствола с вентиляционным каналом 5, с помощью специально го вентилятора 6, подающего через калорифер 8 в теплицу.
Реализация предложенных схем позволит эффективно использовать тепло исходящих из шахт вентиляционных струй и снизить или исклю чить расходы на строительство и эксплуатацию котельных для теплиц.
Применение первой или второй схем обогрева теплиц, по предваритель ным подсчетам, позволит получить годовой экономический эффект около 60 тыс. грн. на 10000 м2 теплиц.
Рис. 45. Схемы обогрева теплицы воздухом, исходящим из шахты:
7 — вентиляционный ствол; 2 — подсос воздуха с поверхности; 3 — вентилятор глав ного проветривания; 4 — теплица; 5 — воздухозаборная труба; 6— дополнительный вентилятор; 7 — камера дополнительного вентилятора; 8 — калорифер
Тема 5.7 Утилізація метану, що отримують при підземній розробці вугілля
Идея утилизации метана, в изобилии присутствующего в угольных пластах Украины, возникла около 50 лет назад. Ее реализация могла бы решить сразу две важнейшие задачи: обезопасить процесс добычи угля и предоставить дополнительный источник энергоносителей.
Однако до недавнего времени эта идея не получила практического воплощения в промышленных масштабах. Хотя, по разным оценкам, в Донбассе залегает 14-22 трлн куб м метана, лишь немногие предприятия используют его в котельных, отапливающих шахтные помещения, или для выработки электроэнергии. Правда, кое-где появились АЗС для заправки автотранспорта шахтным метаном.
Первая из этих задач была актуальной всегда: дегазация шахт — это на сегодняшний день, фактически, единственный способ обезопасить труд шахтеров. Из этих соображений откачке газа из пластов с повышенным содержанием метана всегда старались уделять серьезное внимание. По данным Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), в 1990 г. в Донбассе эта процедура применялась на 92 шахтах, но по мере их ликвидации, это число сократилось до 43.
Были попытки решить и вторую задачу — использование добытого метана. Так, на шахте им.Горького в 80-х этим газом нагревали воду для шахтерской бани. В конце 90-х в поселке Угледар построили первую в регионе газонаполнительную автостанцию, на которую подавали метан, добытый в порядке подготовки к разработке новых угольных полей. Но все это — капля в море…
В 2001 г. в Украину пришли иностранные компании, которые были готовы инвестировать в добычу метана. Этот газ можно было бы использовать либо для нужд региона (американское предложение), либо для производства э/э на экспорт (японский проект).
Однако предложенные ими условия не понравились местным властям. Поэтому первый в Украине проект полномасштабного промышленного использования шахтного метана был реализован гораздо позже, на шахте им.Засядько, где решили приобрести модульную станцию утилизации метана австро-американского производства. Сейчас этот газ используется для выработки э/э, отопления и заправки грузового автотранспорта.
Тем не менее, широкомасштабное внедрение подобных технологий в промышленность задержится, скорее всего, надолгоиз-за сибистоимости в трое превышающей закупочные цены.
Поэтому все зависит от целей. Если речь идет о дегазации угольных пластов с целью обезопасить труд шахтеров, то использование добытого газа обеспечит определенную экономию затрат на эти жизненно необходимые мероприятия.
Однако все же главная проблема — геологические особенности Донецкого региона и связанные с ними физические характеристики угольных пластов. Которое ставит под вопрос возможность использования зарубежного опыта.
По словам специалистов МакНИИ, наличие огромных запасов метана в Донбассе создает обманчивое впечатление, что существует реальная возможность его добывать. Однако это возможно, на самом деле, только одновременно с добычей угля, в порах которого находится газ.
Дело в том, что в США и Китае толщина угольных пластов обычно составляет около 20 м, и они обладают высокой проницаемостью. Поэтому в этих странах метан добывают не шахтным способом, а через скважины, которые бурят прямо с поверхности. По этой технологии производится гидравлический удар на угольный массив, и в нем образуются микротрещины. Затем в массив под большим давлением закачивают воду, которая заполняет трещины песком. Далее воду откачивают, а песок свободно пропускает метан по расширенным трещинам к скважине, по которой газ поступает на поверхность.
*Однако в Донбассе максимальная мощность пласта угля составляет 2 м. Кроме того, у украинских пластов проницаемость, как правило, очень низкая. Поэтому традиционные американские технологии в данной геологии непригодны.
В МакНИИ уверены, что добывать газ можно только при проведении горных работ. При добыче угля на глубинах около 1000 м метан в пластах подвергается давлению около 100 атм. При разработке угольного массива, находящиеся над ним пласты смещаются, и давление снижается до 10-50 атм. При этом из пор выделяется метан, который по трещинам и пустотам двигается в сторону меньшего давления — к выработке. Чтобы газ не попал в забой, из шахты бурят скважины, пересекающие зоны его движения, и до 70% газа уходит в эти скважины. При помощи вакуумного насоса его по системе труб откачивают на-гора.
В вентиляционной струе концентрация метана слишком низкая для промышленного использования. Однако эта проблема, в принципе, разрешима. Так, краснодарская фирма "Роском", основываясь на разработках Краснодарского политехнического института, начатых еще в 60-е годы, предложила шахте им.Засядько оптимальные технические решения этой проблемы.
Компания выиграла тендер, предложив использовать в проекте ее центробежный вихревой газожидкостный сепаратор (СЦВ), который дает возможность быстро и дешево выделить из любого потока его составляющие. Один сепаратор предназначен для отделения метана от шахтного воздуха с последующей его концентрацией до уровня, достаточного для сжижения или сжигания на тепловой электростанции. Второй был установлен в шахтный ствол, чтобы вентилируемый из лавы воздух поступал в "метановый" сепаратор уже очищенным от угольной пыли и влаги. Это необходимо, поскольку скапливаясь в грязевую смесь, данные компоненты регулярно забивают шахтные стволы, из-за чего насосная станция перестает справляться с прокачкой воздушно-грязевой массы с километровой глубины.
Разумеется, идея промышленной добычи метана до разработки угольных пластов гораздо более привлекательна со всех точек зрения. Однако технологических решений, пригодных для Украины, пока не существует. Возможно, они появятся в будущем, а пока все проекты добычи метана, которые реализуются в Украине, ориентированы, в первую очередь, на безопасность труда шахтеров.
Фактически, в рамках подобных проектов можно обеспечивать газом энергетические потребности только самой шахты.
Тема 5.8.2. Умови утворення твердих горючих копалин
При розгляді умов утворення гумітів найбільший інтерес становлять процеси торфоутворення й вуглеутворення. За даними Ю.А. Жемчужникова, весь процес вуг-леутворення варто поділити, у свою чергу, на дві послідовні стадії:
а) діагенез;
б)метаморфізм.
Відповідно до цього, найпоширеніший у природі процес утворення гумітів мо же бути представлений наступною схемою:
1. Торфоутворення - відбувається в основному на базі болотної рослинності.
2. Вуглеутворення:
а) діагенез, тобто перетворення торфу на щільне буре вугілля,
б) метаморфізм, тобто еволюція бурого вугілля, перехід його у кам'яне вугілля, еволюція кам'яного вугілля і перетворення його на антрацит.
Про характер і напрямок процесів, які протікають при діагенезі, можна судити на підставі порівняння властивостей типових зразків торфів і бурого вугілля. Найбільш помітно ці розходження виявляються в груповому хімічному складі. Так, у той час, як у торфі містяться складові частини рослин (вуглеводи, лігнін й ін.), у бурому вугіллі вони вже майже відсутні.
Гумінові кислоти виявляються як у торфі, так і в бурому вугіллі, але при торфоут воренні відбувається нагромадження гумінових кислот, а в бурому вугіллі коли його зрі лість збільшується, кількість гумінових кислот зменшується. Вміст вуглецю в органічній масі бурого вугілля більший, ніж у торфах, а кисню - відповідно, менший. Буре вугілля завжди більш щільне, ніж торф, і відрізняється помітно меншою вологістю.
Все це дозволяє зрозуміти особливості процесів діагенезу, які повинні бути роз глянуті в прямому зв'язку з умовами, що мали місце в торфовищах.
Після того, як набряклу у воді торф'яну масу покриють мінеральні породи, по ховане торфовище починає поступово зневоднюватися й ущільнюватися під тиском покрівлі. Поряд із цим, у торф'яній масі протікають хімічні процеси дегідратації й декарбоксилування за рахунок відщеплення карбоксильних груп з гумінових кислот з утворенням води й вуглекислоти. Це свідчить про те, що при діагенезі переважали хі мічні реакції відновного характеру, на відміну від умов при торфоутворенні, коли мали місце головним чином окисні процеси. Одночасно з дегідратацією й декарбоксилуванням, при діагенезі мали місце також процеси дегідрогенізації з утворенням, зокре ма, метану й сірководню. Виняткове значення мали також інші фактори, що впливали на процеси торфоутворення й діагенезу. У той час як при процесах торфоутворення головна роль належала дії мікроорганізмів, при діагенезі бактеріальна діяльність по ступово припинялася внаслідок настання асептичних умов, і головного значення набу вали такі фізико-хімічні фактори, як тиск, підвищення температури в результаті дії термофільних бактерій, каталітична дія мінеральних домішок і хімічні особливості на вколишнього середовища (сольовий склад вод, наявність газів й ін.). Подальший пере біг процесів вуглеутворення - метаморфізм - зумовлював поступове перетворення бу рого вугілля на кам'яне, а кам'яного вугілля - на антрацити, причому проміжними продуктами цих перетворень є різноманітні види бурого і кам'яного вугілля (тобто ме таморфічні й генетичні ряди).
Говорячи про суть процесів метаморфізму, не можна не відзначити труднощі їх вивчення - головним чином через неможливість спостереження за ними в природних умовах і моделювання цих процесів у лабораторіях. Тому доводиться обмежуватися порівнянням наявних властивостей бурого і кам'яного вугілля при метаморфічних пе ретвореннях.
Насамперед, необхідно відзначити, що в кам'яному вугіллі уже не виявляються характерні для бурого вугілля речовини, наділені кислотними функціями (гумінові кислоти), і воно стає хімічно нейтральним в результаті перетворення гумінових кислот на нейтральні гумінові речовини. Крім цього, бітумні компоненти кам'яного вугілля також втрачають подібність (кількісну і якісну) з бітумами бурого вугілля. Спостеріга ються також інші розходження властивостей бурого і кам'яного вугілля, що свідчать про закономірну спрямованість метаморфічних перетворень зі зрілістю, що збільшу ється: зменшується вологість і підвищується щільність та густина вугілля, бурі кольори переходять у чорний, збільшується також вміст вуглецю й знижується вміст водню й кисню.
Все це дозволяє припускати, що перетворення при метаморфізмі відбуваються в тому ж напрямку, що й при діагенезі, тобто продовжують розвиватися в основному відновні процеси - реакції дегідратації й декарбоксилування.
Щодо причин різного протікання процесів при метаморфізмі й ролі тих або ін ших факторів, то з цих питань висловлювалися різні припущення. У першу чергу, вар то розглянути вплив геологічних факторів на протікання процесів метаморфізму. До таких факторів зазвичай відносять тривалість процесів за часом, температуру, а також тиск гірських порід.
Що стосується тривалості процесів, тобто геологічного віку вугілля, то вже від значалося, що цей фактор має лише другорядне значення. Тому при розгляді головних причин метаморфізму вугілля геологічний вік порівняно мало береться до уваги, бі льшого значення надають впливу підвищеного тиску й температури, які найчастіше тісно пов'язані між собою й супроводжують одне одного, у зв'язку з чим виділити роль кожного зокрема виявляється не завжди можливим. Ю.А. Жемчужников розглядає не безпосередньо самі ці фактори (тиск, температуру), а пов'язані з ними окремі види ме таморфізму: а) контактовий, або термічний; б) тектонічний, або динамометаморфізм; в) регіональний, або глибинний, метаморфізм.
Підвищення ступеня метаморфізму вугілля могло відбуватися при контакті з виверженими вулканічними масами, що несуть звичайно величезні кількості тепла: так, наприклад, температура лави при виливі досягає 1300°С.
Підводячи загальні підсумки розглянутих вище положень про метаморфізм ву гілля зауважимо, що не можна надавати вирішального значення дії тільки одного з фа кторів вуглеутворення, ігноруючи інші. На напрямок і кінцевий результат процесів торфо- і вуглеутворення впливала сукупність багатьох разом узятих факторів. Залежно від варіювання дії тих або інших факторів й умов, утворилося різне вугілля, що відріз няється за складом і властивостями. Необхідно лише виділити із цих факторів й умов найбільш істотні для утворення кожного класу твердих горючих копалин.
Що стосується гумітів, то цілком обґрунтованими є припущення про стадій ність їх утворення. Перша стадія - торфоутворення, при якому головна роль належить біохімічним факторам. До другої стадії можна віднести діагенез, при якому ще продо вжують діяти біохімічні фактори, але, поряд з ними, стає усе більш помітним вплив факторів геологічного характеру (відносно невисокі температури й тиск). Нарешті, третьою стадією є метаморфізм, при якому хімічні перетворення вугілля зумовлені впливом переважно фізико-хімічних або геологічних факторів, що діють на глибині, тобто високих тисків і підвищених температур.
Тема 5.8.3 Систематизація і класифікація твердих горючих копалин
Класифікація твердих горючих копалин (ТГК), як систематика всіх їх видів, що зустрічаються, за найважливішими характерними ознаками і властивостями, є однією з найскладніших проблем науки про ТГК.
Існуючі класифікації ТГК можна поділити на три основні типи:
Різноманіття в природі видів ТГК зумовило необхідність систематизації їх за найбільш загальними, характерними ознаками. У зв'язку з цим велику увагу надавали розробці так званих загальних наукових класифікацій ТГК (табл. 1.1).
Відповідно до загальної систематики ТГК, перше ознайомлення проводиться спочатку за найпростішими і найбільш характерними особливостями.
Таблиця 2.2 - Загальна наукова класифікація ТГК
|
Стадії хімічної зрі лості Класи ТГК |
Торф'яна |
Буровугільна |
Кам'яновугільна |
Антрацитна |
|
І. Гуміти (переважно з ви щих рослин) |
Торфи: а) верхових боліт б) низинних в)захоронені |
Буре вугілля: а) землисте б) щільне (блискуче, матове в) лігніти |
Кам' яне вугілля: а) зовні однорідне (блискуче, сажа) б) зовні неоднорідне |
Антрацити |
|
II. Ліптобіоліти (із стійких формівних елементів вищих рослин) |
а) фіхтеліт - б) копали – із смол в) фіменіт - |
а) піропісит - з воску б) янтар - зі смол в) спорове вугілля г) кутикулове вугілля (підмосковне д) барзаське вугілля |
а) рабдопісит - із смол б) ткібульське смоляне в) концентрації смол г) спорове (кізеловське) д) кутикуліт (Іркутське) е) "листувате" вугілля ж) "кеннелі" з) лопініт - з кори |
|
|
III. Сапропеліти (з нижчих рослин, водоростей (альг), залишків живих організмів - план ктону) 1. Власне сапропеліти (стійкі елеме- 2. Сапроколіти |
а)сапропелі (прісноводні) б) куронгіт в) балхашит |
а) богхеди б) торбаніт в) марагуніт г)сапропеліти серед бурого вугілля Сапроколіти серед бурого вугілля |
а) вугілля з Люгау б) саропеліти серед Сапроколіти серед Іркутського кам'яного вугілля (хахарейські, матаганські) |
Сапропеліти серед донець ких антрацитів |
|
IV. Група особли вих видів ТГК |
а) змішані сапропе б) змішане гуміто- в) кенелі |
а) змішані гуміто- сапропеліти серед Іркутського кам'яного б) змішані гуміто— в) кеннелі |
Антрацити змішаного по ходження і складу серед донецьких гумусних ан трацитів |
Буре вугілля - це вугілля, що отримало свою назву від звичайного бурого ко льору (хоча є буре вугілля і чорного кольору). Воно характеризується частіше за все зовні повною відсутністю залишків рослин, що не розклалися, і не має того аморфного вигляду, який властивий свіжовидобутому торфу. Відома велика кількість типів бурого вугілля з різними специфічними зовнішніми ознаками.
Землисте буре вугілля. В природному стані землисте буре вугілля сильно обво днене (вологість 35-65%) і при зберіганні в природних умовах поволі втрачає вологу до її вмісту 15-25%. Свіжовидобуте землисте буре вугілля є зовні однорідною зернистою грудкуватою бурою масою. Грудки підсушеного вугілля легко роздавлюються і розти раються рукою на дрібні крихти.
Щільне буре вугілля зустрічається у вигляді блискучих, матових і смужкуватих різновидів. Блискуче щільне буре вугілля містить, в порівнянні із землистим, менше вологи (7-12%) і зовні має велику схожість з кам'яним вугіллям, унаслідок чорного ко льору, характерного блиску і значної механічної міцності і твердості.
Кам'яне вугілля відрізняється від торфу і бурого вугілля більшою твердістю, завжди чорним кольором, меншою вологістю і більш високою дійсною густиною. Звичайно для кам'яного вугілля характерний більший або мен ший ступінь блиску. Відповідно до цього розрізняють блискуче, напівблискуче, матове і сажу.
Найчастіше в природі зустрічається напівблискуче і зовні неоднорідне, щільне, чорного або чорно-сірого ко льору матове вугілля. Рідше зустріча ються однорідне блискуче кам'яне вугілля і сажа.
Антрацити належать до найбільш зрілих гумітів. В порівнянні з кам'яним ву гіллям, антрацити є найблискучішими і найбільш твердими утвореннями. Колір антрацитів сірувато-чорний, блиск металічний, з жовтим відтінком. Антрацити розрізняються за характером будови: масивні, грубо-, середньо- і дрібнозернисті. Типові антрацити виявляють деякі властивості, не характе рні для кам'яного вугілля, наприклад, підвищену електропровідність. Антрацити - це не остання стадія перетворення гумітів. Вважається, що у відповідних умовах антрацит може через проміжні стадії перетворитися на графіт.
Горючі і вуглисті сланці. Під сланцями взагалі (як горючими, так і вуглистими) розуміють такі викопні матеріали, в яких разом з органічними речовинами міститься велика кількість мінеральних речовин (умовно понад 40%). Термін «горючі сланці» прийнято поширювати на сланці з органічною масою лише сапро пелевої природи. Високозольні ТГК з органічною масою гумусної природи називають звичайно «вуглистими сланцями». Слід враховувати, що за характером органічної маси в природі зустрічаються сланці як гумусного і сапропелевого, так і ліптобіолітового, а також змішаного походження.
Горное производство является причиной изъятия из природного кругооборота и нарушения значительной части земель. Нарушение земель – процесс, происходящий при добыче полезных ископаемых, выполнении геологоразведочных, изыскательских, строительных и других работ и приводящий к нарушению почвенного покрова, гидрогеологического режима местности, образованию техногенного рельефа и другим качественным изменениям состояния земель.
Нарушенными считаются земли, которые утратили свою хозяйственную ценность или являются источником отрицательного воздействия на окружающую среду. Их возникновение связано как с разработкой месторождений, так и с геологоразведочными работами.
С появлением на поверхности земли отвалов шахтной породы, содержащей большое количество сульфидов, сформировался сернокислый класс коры выветривания, образовались сернокислые подземные водоносные горизонты, сернокислые почвы и поверхностные воды. Известно, что даже незначительные концентрации серной кислоты снижают биологическую продуктивность почв, вызывают гибель растений, эрозию, разрушение экосистем водоемов.
Различают прямое (непосредственное) и косвенное (опосредованное) воздействие горных работ на земли (ландшафт). К первой группе относятся воздействия, связанные с возникновением деформаций земной поверхности в зоне горных выработок при подземном способе разработки месторождений, возведением отвалов пустых пород, сооружением хвостохранилищ, строительством промышленных зданий. Прямое воздействие приводит к нарушению почвенного покрова, изменению режима почвенных и подземных вод, изменению облика территории, сокращению площадей сельскохозяйственных и лесных угодий, то есть к образованию нового техногенного ландшафта в зоне горного производства.
Ко второй группе относятся воздействия, связанные с изменением состояния и режима грунтовых вод, возникающими вследствие прямого воздействия горного производства, осаждения пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, а также накопления токсичных веществ при инфильтрации минерализованных шахтных вод из хвостохранилищ, выноса и осаждения продуктов эрозии нарушенных земель, подтопления и заболачивания участков земель вследствие изменения состояния и режима грунтовых вод на деформированных участках горного массива, и наконец, ухудшения качества вод поверхностных водоемов и водотоков. Косвенное воздействие приводит к ухудшению качества почвы, снижению продуктивности земель, условий произрастания растений и обитания животных, т.е. к деградации природных территорий.
В общем случае, следствием прямого и косвенного воздействия горных работ на земли является возникновение неблагоприятных экологических факторов: сокращение площадей ландшафтов, водная и ветровая эрозия, разрушение почвенной структуры, минерализация (засоление), переувлажнение (подтопление) и, наоборот, осушение почв в связи с образованием депрессионных воронок, их уплотнение.
Особенно стимулирует интенсивное нарушение земной поверхности процесс непосредственного изъятия (добычи) из горного массива полезного ископаемого. Наибольшие площади плодородных земель отчуждаются и нарушаются при открытом способе разработки месторождений, обеспечивающем добычу наиболее объемных масс полезных ископаемых: топливных, железорудных, строительных.
При подземном способе отработки месторождения таких нарушений значительно меньше, но вместе с тем он оказывает существенное воздействие на состояние земель в окрестности горного предприятия. При этом формируется провально-терриконовый тип местности, т.е. имеют место как отрицательные (провалы, прогибы, впадины), так и положительные (отвалы) эффекты изменения уровня земной поверхности.
Особое значение для состояния земной поверхности имеют отрицательные эффекты, которые вызываются деформациями массивов залегающих горных пород. В горном массиве в пределах влияния горных выработок (прежде всего выработанного пространства) в направлении земной поверхности выделяют зоны: обрушения пород над выработанным пространством (порядка 6m, где m – мощность угольного пласта), трещин (до 40m), опорного давления и плавного прогиба пород. Последняя может достигать земной поверхности, образуя мульды сдвижения. Отдельные точки таких мульд сдвигаются неодинаково, в результате чего возникают вертикальные (наклоны, кривизна) и горизонтальные (растяжение, сжатие) деформации, а также сдвижения.
Вредное влияние подработки земной поверхности оценивается по величинам названных оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и деформаций. Ожидаемые величины деформаций земной поверхности определяются по общепринятой методике.
Размеры зоны влияния подземных выработок на состояние горного массива зависят от различных факторов, к которым относятся: мощность, угол падения и глубина расположения разрабатываемых пластов; размеры очистных выработок; расположение и размеры оставляемых в очистной выработке целиков; способ управления горным давлением; скорость подвигания забоя; наличие вблизи очистной выработки ранее отработанных площадей; физико-механические свойства пород; структурные особенности массива горных пород (мощность слоев, геологические нарушения и др.).
Наибольший интерес (с точки зрения разработки эффективных природоохранных мероприятий) представляют факторы, которые поддаются регулированию. К ним относятся способ управления горным давлением, скорость подвигания забоя, система расположения выработок и др. Изменяя эти факторы, можно влиять на величину деформаций, следовательно, на нарушение земной поверхности при подработке.
Глубина, площадь оседаний и скорость сдвижения горных пород находятся в прямой зависимости от мощности вынимаемого пласта.
От способа управления кровлей существенно зависит процесс сдвижения подработанного горного массива. Наиболее неблагоприятны последствия при разработке полезного ископаемого с полным обрушением пород, поскольку возможны следующие ситуации: зона обрушений достигнет поверхности шахтного поля и произойдет образование провалов и трещин; до поверхности доходит только зона оседания пород, при этом отдельные участки территории плавно прогибаются и опускаются; поверхность шахтного поля не испытывает ни деформаций, ни смещений.
Размеры выработанного пространства существенно влияют (до определенного предела) на абсолютные величины сдвижения пород и в меньшей степени – на относительные деформации. Продолжительность и интенсивность процесса сдвижения обусловливает скорость подвигания очистного забоя. Чем последняя выше, тем меньше продолжительность процесса сдвижения пород. Следовательно, сроки его отрицательного влияния на подрабатываемую поверхность земли сокращаются.
Порядок ведения горных работ и расположение выработок комплексно воздействуют на параметры и характер процесса сдвижения. В зависимости от того, в какие зоны попадают последующие (после проведения первой) очистные выработки, а также от расположения и размеров оставляемых целиков деформация пород может уменьшаться или возрастать.
Угол падения пород – один из основных факторов, определяющих угловые параметры процесса сдвижения и распределения деформаций в мульде. При больших углах падения происходит сползание пород лежачего бока и резкое выполаживание угла сдвижения у верхней границы выработки, при малых (до 5о) мульда сдвижения симметрична относительно плоскости, проведенной через точку максимального оседания параллельно простиранию пластов. С увеличением глубины разработки все виды деформаций земной поверхности уменьшаются.
При разработке пластов с углами падения α ≤ 45о на глубине менее 12m (m – вынимаемая мощность пласта) на земной поверхности могут образоваться провалы (воронки). Границей зоны возможных провалов принимается контур, отстоящий в плане от контура очистных выработок на 5м. Если нижняя граница очистных выработок расположена на глубине более 12m, то границей зоны провалов со стороны падения пласта принимается контур, который в плане на 5 м сдвинут в сторону нижней границы выработки от проекции изогипсы пласта, проведенной на глубине 12m.
К зоне провалов прилегает зона больших трещин, ширина которой принимается равной 10м. Ее граница в сторону падения пласта располагается в плане не дальше проекции изогипсы пласта, проведенной на глубине 20m.
К зоне провалов прилегает зона больших трещин. Ее ширина со стороны висячего бока принимается равной 30 м, со стороны лежачего бока и по простиранию – 20 м.
Процесс сдвижения земной поверхности в зоне влияния подземных разработок протекает неравномерно и характеризуется общей продолжительностью и периодом опасных деформаций. Общая продолжительность процесса сдвижения – это период, в течение которого земная поверхность над выработанным пространством находится в состоянии сдвижения. Под периодом опасных деформаций понимается период сдвижения земной поверхности, в течение которого проявляется вредное влияние подземных разработок на сооружения и природные объекты.
Началом процесса сдвижения точки земной поверхности считается дата, когда оседание точки достигает 15 мм, окончанием – дата, после которой суммарные оседания на протяжении 6 месяцев не превышают 10% максимальных (но не более 30 мм).
К характерным видам сдвижения относятся:
- плавное без нарушения сплошности пород;
- блоками с нарушением сплошности пород;
- обрушение пород.
При плавном сдвижении массива образуются мульды оседания и прогибы земной поверхности на больших площадях с глубиной проседания до горизонтов очистных работ. В пределах мульд оседания возникают зоны сжатия и растяжения. В зонах растяжения имеют место разрушения растительного покрова земли, разрыв корневой системы растений, скрепляющий почву, образование трещин и провалов. Эти явления способствуют развитию эрозии почв, образованию оврагов, инфильтрации поверхностных вод в подземные выработки, осушению грунтов земной поверхности, тем самым снижая биологическую продуктивность земель.
При разрыве сплошности на земной поверхности появляются провальные образования (каньоны, воронки, а также менее заметные смещения вокруг провалов). Эти изменения приводят к нарушениям ланшафта и гидрогеологическим процессам подземных вод. Они занимают меньше площади (менее значительные, чем мульды и прогибы), но доставляют немало хлопот, поскольку:
- во-первых, земли на долгое время исключаются из сельскохозяйственного оборота;
- во-вторых, деформированная поверхность может подтапливаться, на ней происходят оползни, обрушения и обвалы.
Как плавные, так и разрывные сдвижения имеют дополнительно несколько отрицательных следствий:
1) наносят повреждения, а иногда и разрушают наземные объекты и подземные коммуникации;
2) отрицательно влияют на гидрогеологическую обстановку прилегающих территорий (особенно характерно для систем разработки с обрушенем), что проявляется:
- в дренаже водоносных горизонтов, что приводит к образованию огромных депрессионных воронок, истощению запасов подземных водных ресурсов;
- в возможном исчезновении наземных прудов, озер, ручьев, малых рек вследствие инфильтрации воды в подземные выработки;
- в нарушении при подработке пойм рек водного режима почвенного слоя, что снижает продуктивность плодородия сельскохозяйственных земель;
- в возможном недопустимом увеличении притока воды в горные выработки, прорыве воды и затоплении выработок;
- в дополнительной просадке поверхности вследствие истощения подземных вод;
- в обводнении и заболачивании пониженных участков грунтовыми водами;
- в обеднении и даже исчезновении экологических систем. Восстановление гидрогеологических условий после окончания горных работ может протекать в течение многих десятилетий;
3) отрицательно влияют на лесонасаждения; а именно: при больших наклонах краев мульд имеет место повал деревьев; нарушается водный режим в корнеобитаемом слое растительности (лес затапливается на пониженных и даже равнинных участках рельефа паводковыми, атмосферными водами, а также в результате опускания земной поверхности ниже зеркала воды ближайших водоемов; кроме того, водный режим нарушается из-за повышения уровня грунтовых вод относительно корнеобитаемого слоя или, наоборот, из-за осушения);
4) сдвижение пород может сопровождаться эндогенными пожарами, выгорание угля ведет к дальнейшему развитию обрушения налегающих пород (провалам) и загрязнению атмосферы вредными продуктами горения.
Следует отметить, что проседание земной поверхности при подземной добыче полезного ископаемого – наиболее распространенная форма нарушений земной поверхности. И хотя технология ведения подземных работ совершенствуется, распространенность данного явления не снижается, оно остается острой проблемой во всех угольных бассейнах мира.
Отрицательное влияние подземных горных работ заключается также в засорении и отчуждении земли породными отвалами. В процессе добычи угля подземным способом на поверхность выдается порода от проведения подготовительных и очистных работ, зачистки и восстановления горных выработок, которая отсыпается обычно в один отвал. Количество ее зависит от системы разработки, горно-геологических условий, способа выемки угля и т.д. Выданная на поверхность порода складируется в различные по размерам и форме отвалы (конические, гребневидные, платообразные (плоские), комбинированные). Они занимают большие площади ценных сельскохозяйственных земель, снижают продуктивность соседних земель, загрязняют атмосферу газами и пылью, нарушают гидрогеологический режим местности. Кроме того, воды (преимущественно токсичные), стекающие с отвалов, уничтожают растительность на прилегающей территории. Отвалы, расположенные вблизи населенных пунктов, ухудшают санитарно-гигиенические условия жизни людей.
Нарушения земной поверхности, непосредственно связанные с производством горных работ, не ограничиваются только площадями горных отводов и территориями, выделяемыми для размещения отходов производства, но и оказывают влияние за их пределами. Фактически размеры зон нарушенных земель значительно превышают площади, занятые собственно объектами горного предприятия.
Оценка эффективности использования и охраны природных земель при добыче и переработке полезных ископаемых осуществляется целым рядом показателей. К ним относятся общая площадь земель, используемая, нарушаемая и загрязняемая при добыче и переработке полезного ископаемого, показатель удельной землеёмкости, коэффициент эффективности использования земель в пределах земельного отвода.
Тема 6.1. Гіпотези неорганічного походження
Основними труднощами, що стоять перед дослідниками питання про похо дження «природної нафти» (розуміючи під цією назвою широкий комплекс газоподіб них, рідких і твердих вуглеводних сполук) є вторинний характер залягання нафтових бітумів і відсутність у самій нафті залишків вихідної органічної тканини. Позбавлений прямих і переконливих фактів, що належать безпосередньо до досліджуваного об'єкта, дослідник змушений оперувати непрямими міркуваннями і фактами, що допускають різне тлумачення. У зв'язку з цим немає єдності думок навіть у такому кардинальному питанні, як питання про органічне чи неорганічне походження нафти. Переважна бі льшість геологів підтримують думку про утворення нафти з залишків живої матерії, але переконання це аж ніяк не може вважатися науково аргументованим і безпереч ним. На захист концепції неорганічного походження нафти також можна привести ва гомі міркування як геологічного, так і хімічного порядку.
Бурхливий науково-технічний прогрес і високі темпи розвитку різних галузей науки і світового господарства в XX столітті привели до різкого збільшення споживан ня різних корисних копалин, особливе місце серед яких зайняла нафта.
Вважають, що сучасний термін "нафта" є похідним від слова "нафата", що мовою народів Малої Азії означає "просочуватися".
Нафту почали добувати на березі Євфрату за 6-4 тис. років до нашої ери. Засто совувалася вона і як ліки. Древні єгиптяни використовували асфальт (окиснену нафту) для бальзамування. Нафтові бітуми використовувалися для приготування будівельних розчинів. Нафта входила до складу "грецького вогню".
Сучасний рівень цивілізації і технології був би немислимий без енергії та ряду хімічних продуктів, що дає нафта.
Проблема походження нафти і формування її родовищ має велике практичне значення, тому що її вирішення дозволить обґрунтовано підходити до пошуку і розвід ки нафтових родовищ і оцінювання їх запасів, однак і зараз серед геологів і хіміків є прихильники як гіпотез неорганічного, так і гіпотез органічного походження нафти.
Можливість протікання хімічних реакцій, що приводять до утворення суміші вуглеводнів, експериментально підтвердив Д.І.Менделєєв. Це ніким не спростовуєть ся. Однак ця гіпотеза не пояснює причини різноманіття складу нафт, що зустрічаються в різних і навіть у тому самому родовищі. Висловлювалися заперечення проти мінера льних гіпотез і в зв'язку з тим, що майже усі нафти здатні обертати площину поляриза ції світла, а цю властивість мають лише речовини органічного походження. Геологи заперечували можливість присутності карбідів металів у надрах Землі на глибинах ме нше 70 км, де температура досягає 2000 °С, однак туди не може проникнути вода. Мі неральні гіпотези не дають відповіді на питання - чому нафту завжди виявляють в оса дових породах, що містять залишки живих організмів (1951 р.).
3. Магматична гіпотеза Кудрявцева, за якою нафта утворюється в магмі в неве ликих кількостях, а потім піднімається нагору по тріщинах і розломах, заповнюючи пористі пісковики.
Тема 6.2. Гіпотеза органічного осадово-міграційного походження нафти
Ідея органічного походження нафти вперше була викладена М.Ломоносовим (1763 р.). Відомий ряд гіпотез органічного походження нафти, які по-різному тракту ють склад вихідного матеріалу, умови і форму його нагромадження і поховання, ба ланс процесу, умови і фактори перетворення на нафту, фактори і види її міграції. Всі вони базуються на тезах про органічний характер вихідного матеріалу, генетичний зв'язок його нагромадження і перетворення з осадовими породами, сприятливою фаціальною обстановкою і перетворенням на нафту похованого матеріалу в осадовій обо лонці Землі. У зв'язку з цим М.Б.Вассоєвич назвав гіпотезу про походження нафти ор ганічною осадово-міграційною.
Джерелом утворення нафти за цією гіпотезою є органічні залишки переважно нижчих рослинних і тваринних організмів, що жили в товщі води (планктон) і на дні водойм (бентос). Розпад відмерлих організмів - одна зі стадій їх перетворення на наф ту, причому ступінь участі різних хімічних компонентів відмерлих організмів неодна кова.
Розрізняють стадії:
а) діагенетичну - анаеробно-бактеріальні процеси;
б) катагенетичну - фізико-хімічні перетворення, зумовлені температурою і тиском у надрах.
Процес утворення нафти протікав на глибині, при 100-200 °С, можливо, термі чно - каталітично, під впливом глин, що є природними алюмосилікатними каталізато рами і стимулюють реакції дегідратації спиртів та декарбоксилування кислот у вуглеводні, ізомеризації і полімеризації алкенів, деструкції і перерозподілу (диспропорціо- нування) водню й ін. Нафта являє собою поєднання двох груп сполук: з успадкованою структурою молекул вихідної органічної речовини і сполук, що утворилися в резуль таті глибоких перетворень.
На сьогодні найбільше поширення одержала гіпотеза парагенезису горючих копалин, відповідно до якої шляхи перетворення органічних залишків обумовлюються материнською речовиною й умовами перетворення. Прийнято, що органічні речовини (ОР) гумусового ряду генерують переважно газ, у той час як ОР планктогенного (сап ропелевого) типу генерують і нафту, і газ, причому після того, як ОР планктогенного типу вичерпає свій нафтоматеринський потенціал, вона мало відрізняється за своїми властивостями від гумусової і при по дальшому зануренні генерує газоподібні речовини. На стадії діагенезу ОР обох типів генерують багато біогенного метану. Звичайно цей метан розсіюється, але в умовах окраїнних шельфів, поблизу континентального рівня, на глибинах понад 250 м, у зоні низьких температур можуть утворюватися гідрати метану, здатні дати початок родо вищам природного газу (ПГ).
Нерівномірність процесу катагенетичного перетворення ОР дозволила виділи ти головну фазу нафтоутворення як етапу максимальної реалізації нафтоматеринського потенціалу порід, що відповідає певному ступеню метаморфізму порід. У зв'язку з тим, що газоутворення супроводжує всі етапи перетво рення ОР, незрозуміло, чи існує головна зона газоутворення. Деякі дослідники вважа ють, що гумусова органіка має єдиний ранній максимум, що припадає на торф'яну, бу-ровугільну і початок довгополуменевої стадії катагенезу, інші відносять зону максима льного газоутворення до великих глибин, тобто до більш жорстких термобаричних умов, ніж при нафтоутворенні, а треті вважають, що при перетворенні ОР гумусового типу виявляється два максимуми газоутворення.
З огляду на поширеність процесу газоутворення, можна вважати, що були б па стки, а гази завжди знайдуться. Такі пастки практично відсутні у вугленосних басей нах, але коли вугленосні відклади перекриті надійними покришками, то у випадку до сягнення вугленосними відкладами головної зони газоутворення утворюються великі скупчення газу.
Для збереження родовищ природного газу за інших однакових умов величезне значення має тривалість часу, що відділяє етап його формування від наших днів, у зв'я зку з чим у давніх відкладеннях газові скупчення не збереглися - вуглеводні з них роз сіялися внаслідок багатолітньої дифузії й ефузії, тобто геологічний час на збереженість газових скупчень впливає негативно.
Утворення газу в процесі перетворення ОР відбувається безупинно унаслідок біохімічних, термолітичних, термокаталітичних і пірогідрогенізаційних процесів, ко жний з яких діє на різних рівнях у межах всієї осадової оболонки земної кори, у той час як нафта утворюється в чітко визначеному інтервалі, якому властива зміна порід і ОР довгополуменево-коксової стадії. Таким чином, нафту можна вважати лише побіч ним продуктом газоутворення й вуглефікації, більш обмеженим у своєму утворенні просторово й фізико-хімічно, який потребує спеціальних умов стосовно первинної і вторинної міграцій.
Однак, незважаючи на це, кількості нафти в скупченнях превалюють над газо вими, що зумовлено наступними причинами:
На підставі виявлених закономірностей зміни ОР у процесі катагенезу і генети чних зв'язків усіх видів горючих копалин (горючі сланці, вугілля, нафта, газ) прихиль ники органічної гіпотези припускають, що в природі відбувається єдиний процес вуглеутворення в широкому розумінні, в якому нафта і газ є побічними продуктами, а ос новна маса ОР перетворюється шляхом вуглефікації.
Тема 6.3. Осадово-неорганічна гіпотеза формування нафтових і газових родовищ
Останнім часом в Інституті геологічних наук НАН України вченими під керів ництвом академіка НАН України І.І.Чабаненка запропонована нова, осадово-неорганічна гіпотеза формування нафтових і газових родовищ. Вона побудована на основі теоретичних уявлень про нафту як продукт синтезу водню і вуглецю в припо верхневих ділянках Землі. Згідно з цією гіпотезою, нафтові вуглеводні формуються у верхніх ділянках земної кори, де глибинний водень взаємодіє із седиментогенним вуг лецем.
Щоб повніше розкрити суть нової нафтової гіпотези, треба порівняти її з двома вже існуючими. З цією метою складені принципові схеми формування нафтових і га зових родовищ окремо за кожною з них (рис. 6.1).
На рис. 6.1 а наведено принципову геологічну схему утворення нафтових і га зових родовищ стосовно вихідного положення органічної теорії, її основні теоретичні принципи такі:
1. Нафтова речовина має виключно біогенне походження.
Зазначимо уразливі місця деяких положень органічної теорії:
1) недоведеність лабораторними експериментальними дослідженнями можливостей перетворення реш ток похованих рослин і тварин безпосередньо на вже готову нафтову речовину;
2) відсутність у "материнських" осадових породах залишків рослин і тварин, які не мо гли повністю перетворитися на нафту (целюлоза, хітин, кістки тощо); 3) відсутність у тих самих нафтотвірних шарах осадових порід не тільки залишкових краплинок мікро нафти, які нібито утворювалися там, а й слідів перебування в них нафтової речовини;
4) фізична неможливість повного виходу дисперсно-розсіяних краплинок нафтової речовини із нафтотвірних шарів;
5) відсутність родовищ нафти і газу в самих нафтоматеринських породах.
Ці та інші невідповідності органічної теорії законам фізико-хімії та фактичним даним змусили деяких теоретиків нафтової геології шукати інші можливі геолого-геохімічні процеси, які могли б зумовлювати виникнення нафтової речовини та фор мування родовищ.
На рис. 6.1, б наведено принципову схему утворення нафтових і газових родо вищ, що складена на основі гіпотези про неорганічне походження нафти, її основні засади такі:
- нафтова речовина виникає в процесі сполучення водню і вуглецю, які мають неорганічну природу;
- нафтові вуглеводні утворюються всередині Землі;
- із глибин Землі метан, етан та інші нафтові вуглеводні підіймаються по трі щинах розривних порушень під час її дегазації, а досягнувши верхніх частин земної кори, перетворюються на нафтові та газові родовища.
Рисунок 6.1. - Принципові схеми формування нафтових і газових родовищ за різ ними теоретичними уявленнями
а - за органічною теорією; б - за магматично-неорганічною теорією; в - за осадово-неорганічною теорією 1.1. Чебаненка, М.І. Євдощука, В.П. Клочка, В.С. Токовенка (Умовні позначення: 1 - кристалічні породи; 2 -те саме з включеннями нагромаджень абіоген ної нафти; З - піщано-глинисті породи з включеннями біогенної нафти; 4 - те саме без вклю чень біонафти; 5 - вапнякові породи; 6 - породи-колектори; 7- нагромадження нафти в проми слових розмірах; 8 - глинисті та інші щільні породи-покришки; НМС - нафтоматеринська, або нафтотвірна світа)
Уразливі місця глибинної, або магматичної гіпотези про неорганічне похо дження нафти такі:
На рис. 6.1 в показано принципову схему формування нафтових і газових родо вищ, яку побудовано на основі теоретичних уявлень про нафту як продукт синтезу во дню і вуглецю, що відбувається не в глибинних, а в приповерхневих ділянках Землі. Ця гіпотеза є компромісною між двома попередніми - органічною та магматично-неорганічною. У ній немає ні нафтоматеринських шарів, ні готових нафтових вуглево днів, що підіймаються з глибинних частин Землі. Ця гіпотеза ґрунтується на уявленні, що нафтові вуглеводні формуються у верхніх ділянках земної кори, де глибинний во день сполучається з седиментогенним вуглецем.
Ця гіпотеза дає відповідь на запитання, чому переважна більшість нафтових і газових родовищ світу розміщена в місцях великих нагромаджень осадових порід. По-перше, тому, що саме в цих геоструктурах зосереджені великі маси вуглецю, необхідного для з'єднання з воднем. По-друге, саме до цих геологічних регіонів по зонах глибинних розломів надходять найбільші кількості ювенільного водню.
Перевагою осадово-неорганічної гіпотези перед магматично-неорганічною є те, що в ній використовується лише водень, тоді як механізм «магматичної» гіпотези пра цює лише за умов надходження із надр Землі вже готових нафтових вуглеводнів. Це ще раз потребує підтвердження, особливо в їх якісному та кількісному відношенні.
Гіпотеза осадово-неорганічного утворення нафти має більш значну ресурсну базу, ніж органічна. Геологи-нафтовики сьогодні вже встановили, що якщо обчислен ня ресурсів вуглеводнів виконувати на основі органічної теорії, то висновок буде та кий: нафти вистачить людству не більше як на 100 років. З позицій осадово-неорганічної гіпотези ресурси вуглеводнів є значно більшими, а можливо, й взагалі виявляться невичерпними. Процес сполучення водню з вуглецем, що є основою цієї гіпотези, відбувається на нашій планеті постійно.
У нафтовій геології давно помічено таке цікаве явище, як часткове, а можливо, й повне «відновлення» нафтових і газових родовищ, що були колись використані й за лишені. Виникає запитання: звідки з'являються нові порції нафти та газу в «старих», тобто вже відпрацьованих родовищах? Можливо, що існуючі родовища нафти і газу є постійно діючими геолого-геохімічними генераторами нових порцій нафтових вугле воднів. З позицій цієї наукової ідеї можна дійти висновку, що людству не загрожує "нафтовий голод", як це випливає із обмежених можливостей нафтотворення за органі чною гіпотезою.
Тема 6.4. Груповий хімічний склад нафт і нафтопродуктів
Визначення хімічного складу нафт і їх фракцій - трудомістке і до кінця нездій сненне нині завдання. Навіть склад бензинів відомий лише на 80%. Тому зараз викори стовуються методи аналізу, що дозволяють визначити груповий хімічний чи структур но-груповий склад нафти і її фракцій.
Найменш вивчені компоненти висококиплячих фракцій нафти. При складанні матеріального балансу групового складу враховуються тільки три класи вуглеводнів: насичені аліфатичні (алкани), нафтенові (циклани) і ароматичні (арени). Крім того, іноді наводять деталізований груповий склад, що відображає також вміст різних інди відуальних вуглеводнів, що входять до складу кожної з груп.
Гібридні вуглеводні сконцентровані переважно у висококиплячих фракціях нафти, що ускладнює визначення їх групового хімічного складу.
Алкани та ізоалкани є у всіх нафтах у кількостях від 3-5 до 50-60% і більше. Алкани при кімнатній температурі інертні до дії багатьох хімічних реагентів і здатні тіль ки до реакцій заміщення.
До групи рідких при звичайних температурах алканів входять гомологи метану від пентану до гексадекану як нормальної, так і ізоструктури. Багато з них, що киплять від 28 (ізопентан) до 300 °С, входять до складу головної маси нафт, од нак максимальна їхня кількість міститься у фракціях, що википають від 200 до 300°С.
Розроблено карбамідний метод визначення і виділення нормальних алканів, оснований на здатності карбаміду утворювати при звичайній температурі тверді комплексні сполуки з алканами. Ізоалкани можна також виділити з суміші з нормальними алканами хлорсульфоновою кислотою, з якою вони взаємодіють при кімнатній температурі.
Рідкі алкани є основним компонентом товарних нафтопродуктів і сировиною для хімічної переробки. Найбільш легкокиплячі рідкі алкани широко застосовують як розчинники.
До твердих алканів відносять як нормальні, так і ізоалкани. Суміші твердих алканів входять до складу нафтових парафінів.
Добре очищений парафін являє собою білу, напівпрозору, аморфну масу з ма товим зламом, без запаху і смаку.
Ароматичні вуглеводні (арени) представлені в нафтах в основному моноциклічними вуглеводнями, а також невеликими кількостями біциклічного ряду нафталіну, трициклічного ряду антрацену і більш конденсованих вуглеводнів. Арени відрізня ються високою реакційною здатністю, вступаючи в реакції заміщення, приєднання і конденсації.
Для кількісного визначення аренів у світлих нафтових фракціях рекомендуєть ся метод сульфування.
Реакція сульфування протікає вже при кімнатній температурі при збовтуванні вихідного продукту з чотирма об'ємами концентрованої (не менше 99%) сірчаної кис лоти. Сульфокислоти, що утворюються, переходять у кислотний шар і за зменшенням об'єму вуглеводневого шару після відстоювання визначають вміст аренів. Для вида лення з нафтопродуктів ненасичених вуглеводнів їх попередньо обробляють однако вим об'ємом 80-85% розчину сірчаної кислоти, що не взаємодіє з аренами.
У нафтах міститься від 1 до 35% аренів, у деяких фракціях до 70%.
Ароматичні вуглеводні - надзвичайно цінна сировина для промисловості орга нічного синтезу, після виділення їх з нафти. Інший напрямок використання - безпосе редньо в складі нафтових фракцій, що складають моторні палива, тому що вони най менш схильні до детонації.
Нафтенові вуглеводні за хімічними властивостями близькі до представників вуглеводнів жирного ряду, а за циклічною будовою нагадують вуглеводні ароматичного ряду.
Найбільш характерними хімічними реакціями для нафтенів є реакції заміщен ня: хлорування, нітрування азотною кислотою при нагріванні, окислювання азотною кислотою середньої концентрації з утворенням двоосновних кислот.
Нафтени здатні утворювати комплекси з тіосечовиною, що дозволяє відокреми ти моноциклічні нафтени від поліциклічних, які утворюють з тіосечовиною більш мі цні комплекси.
Визначення кількісного вмісту нафтенів у сумішах вуглеводнів проводиться пі сля попереднього видалення неграничних і ароматичних вуглеводнів, у результаті чо го завдання зводиться до визначення нафтенів у суміші з алканами. Цю суміш назива ють граничним залишком. Вміст нафтенів у граничному залишку визначається мето дом анілінових точок чи методом питомих рефракцій.
Неграничних вуглеводнів природні нафти не містять чи містять дуже мало, але вони часто складають значну частину рідких і газоподібних продуктів термічної де структивної переробки нафти і її фракцій. Висока реакційна здатність неграничних вуглеводнів дозволяє використовувати їх як сировину для органічного синтезу, однак вони знижують хімічну стабільність нафтопродуктів.
Асфальтосмолисті речовини є невід'ємним компонентом майже всіх нафт. Піс ля відгону з нафти світлих фракцій, легких олій, а також важких мазутних фракцій за лишається складна суміш смолистих продуктів, що представляють собою темну і густу масу - гудрон, кількість якого в смолистих нафтах може досягати 40%. Смолисті й ас фальтові речовини, що складають гудрон, розглядаються як високомолекулярні гетероорганічні сполуки складної гібридної будови, що включають вуглець, водень, кисень, сірку й азот.
За розчинністю смолисті й асфальтові речовини поділяють на групи:
нейтральні нафтові смоли - розчинні в петролейному етері, який не має аро матичних вуглеводнів;
нафтові нейтральні асфальтени - розчинні в бензолі, але не розчинні в петро лейному етері;
асфальтенові кислоти і їхні ангідриди - смолисті речовини кислотного харак теру, розчинні в спирті і не розчинні в петролейному етері;
карбени - речовини, частково розчинні в піридині і сірковуглеці;
карбоїди - речовини, не розчинні ні в яких розчинниках.
До кисневих сполук нафти відносять нафтенові і жирні кислоти, феноли. Наф тенові кислоти є у всіх нафтах (0,07-5%), однак найбільше їх у нафтенових нафтах. На фтенові кислоти утворюють солі з металами, і таким чином руйнують їх. У зв'язку з цим нафтенові кислоти з нафтопродуктів намагаються видалити у вигляді лужних со лей, наприклад, натрієвих мил, відомих під назвою "милонафт".
Жирних кислот і фенолів у нафтах дуже мало, за винятком бориславської наф ти, у якій частка цих речовин складає до 30% від усіх кислих сполук.
Сірка в нафті присутня у різній формі, від елементної сірки і сірководню до сі рчистої органіки, що включає понад 120 сполук.
Під мінеральними речовинами нафти розуміють речовини, що входять до скла ду золи від спалювання нафти, і воду. При зберіганні нафти більша частина води і ме ханічних мінеральних домішок відстоюються, проте вода (до 4%) з розчиненими в ній солями і домішки залишаються в нафті. Мінеральні домішки, що залишаються після відстоювання в нафті, називають "внутрішньою золою", про кількість якої судять по горючим прожареним залишком після спалювання наважки відфільтрованої нафти. Внутрішня зольність нафти невелика - від тисячних до десятих часток відсотка, при чому, чим більш насичена нафта кислотними компонентами і смолистими речовина ми, тим більша її зольність.
Тема 6.5. Природні горючі гази
Природні горючі гази являють собою суміш газоподібних сполук і елементів, таких, як вуглеводні парафінового ряду від СН4 до С5Н12, СО2, N2, Н2, CO, SO2 і рідкісних газів - аргону, ксенону, неону, криптону, гелію. Особливістю природних газів є різноманіття утворюючих їх процесів, яке зумовлює відмінність їх складу, форм існування і виявів у природі. Найбільше значення для життя людини серед природних газів мають горючі (вуглеводневі) гази, що є джерелом теплової енергії, а також ряду цінних хімічних продуктів. Ці гази утворюють в гірських породах великі скупчення, або поклади, з яких видають на поверхню мільйони кубометрів газу на добу іноді протягом багатьох років. Частка решти природних газів незначна. Тому на практиці часто під природними газами розуміють саме горючі гази. Природні горючі гази зустрічаються у вільному вигляді, в порожнинах гірських порід земної кори, у розчиненому вигляді (в підземних водах, нафті), а також у вигляді газових потоків, що переміщуються в земній корі.
Гази не утворюють чистих генетичних груп, а мають змішаний характер. Так, найпоширеніші вуглеводневі гази в своєму складі, окрім вуглеводневих компонентів, містять звичайно діоксид вуглецю, азот, сірководень, інертні гази і т.д. Кількість індивідуальних компонентів у складі природних газів досягає іноді 20, включаючи ізосполуки. Генезис складових природних газів може бути різним, крім того, гази володіють дуже високою міграційною здатністю. Все це створює великі складнощі при їх класифікації.
Так, наприклад, класифікація К. П. Кофанова не об'єднує всі природні гази, а стосується тільки вуглеводневої їх частини. Автор поділяє всі поклади газів за вмістом в них етану і пропану на групи:
1) етан-пропанова (С2>С4) - найбільш поширена і зустрічається у всіх видах покладів «сухих» газових, газонафтових і газоконденсатних родовищ;
2) пропан-етанова (С4>С2) - властива тільки газоконденсатним покладам;
3) змішана, що характеризується однаковими або близькими співвідношеннями С2 і С4 - поширена менше і зустрічається як в нафтових, так і в газових родовищах.
Генетична класифікація природних газів, зокрема вуглеводневих, будується авторами залежно від їх поглядів на походження нафти і газу. Тому будь-яка генетична класифікація є суб'єктивною.
Дж. Амікс і ін. виділяють 5 різновидів пластових флюїдів (за фазовим станом).
Відмінність між «нафтою з високою усадкою» і «нафтою з низькою усадкою» у тому, що в першому флюїді міститься більше легких вуглеводнів. Критична температура для цих нафт звичайно ближча до пластової, ніж для «нафти з низькою усадкою». В пластових умовах нафти знаходяться в рідкій фазі.
Основною сировиною для одержання зріджених вуглеводних газів є штучні і природні нафтові гази:
а) попутний нафтовий газ на газобензинових заводах;
б)газ термічної і термокаталітичної переробки нафти і нафтопродуктів на
установках термічного і каталітичного крекінгу, піролізу і коксування, алкілювання й
інших процесів;
в)штучні гази на заводах синтетичного моторного палива (заводи
деструктивно-гідрогенізаційної переробки вугілля і важких нафтопродуктів, синтезу
моторного палива з оксиду вуглецю і водню й ін.);
г) природні гази, які містять, крім метану, певну кількість більш важких
вуглеводнів. У природних газах вміст більш важких вуглеводнів (пропану і бутану)
невеликий, тому зріджений газ одержують з них дуже рідко;
д) газоконденсатні родовища промислового значення.
Найбільшу цінність для одержання рідких вуглеводневих газів мають попутні нафтові гази. Нафта на виході сепараторів, в залежності від режиму сепарації, також містить значну кількість розчинених у ній важких вуглеводневих газів. Гази, які виділяються з нафти після сепараторів, містять близько 30% пропану, 30-35% бутану і близько 30% газового бензину. Ці отримані в результаті стабілізації нафти гази є цінними для виробництва зріджених газів, які, як правило, вилучаються на газобензинових заводах.
Закономірності формування газоносних шарів Донбасу
Газова зональність Донбасу сформувалася в два етапи.
Перший етап -доінверсійний період розвитку басейну - характеризується потужним осадонакопиченням з інтенсивним процесом газогенізації і формуванням первинної вертикальної газової зональності, що відображає газопродукуючі здатності вугленосної товщі і ступінь насичення вугілля і самих газів в залежності від існуючих термодинамічних умов.
Другий етап - період геологічного розвитку прогину - характеризується інтенсивним перерозподілом газів в осадовій товщі басейну і руйнуванням первинної газової зональності з трансформуванням її в сучасну вертикальну і площинну зональність. Вона обумовлена закономірними змінами колекторських властивостей вмісних порід.
Незважаючи на значні запаси метану у вуглегазових родовищах, добування його з використанням традиційних технологій видобутку, застосовуваних у газовидобувній галузі, практично неможливе через особливий характер зв'язку метану з вугільною речовиною в порівнянні зі зв'язками природного газу з газовмісними породами.
Тема 6.6 Охорона навколишнього середовища нафтових і газових родовищ
Тема6.6.1 Нафтогазова галузь і охорона навколишнього середовища
Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии – ниже земной поверхности и дна водоемов и водостоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения. Закон регулирует отношения, возникающие в связи с геологическим изучением, использованием и охраной недр. Углеводородные ресурсы имеют стратегическое значение. Поэтому большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей природной среды при поисках, разведке и эксплуатации нефтегазовых месторождений с использованием научно-методического аппарата экологической геологии.
Коллекторами называются породы, которые могут содержать в себе нефть и газ и отдавать их, хотя бы частично, при разработке. Нефть и газ, скапливаясь в ловушке, образуют залежь, под которой подразумевают любое элементарное их скопление. Скопление образуется потому, что ловушки обычно являются участками пониженного гидростатического давления в резервуаре. Большая часть известных в настоящее время залежей приурочена к свободным изгибам пластов – антиклинальным формам.
Нефть является природным горючим полезным ископаемым, относящимся к классу каустобиолитов. Месторождения нефти, горючего газа, углей и горючих сланцев большинство исследователей относит к биохимическим осадочным отложениям. По типу использования они принадлежат к топливно-энергетическим ресурсам. Нефть состоит из органических соединений, основными являются три группы или компоненты: углеводороды, смолы и минеральные вещества. 80–90 % нефти составляют углеводороды с примесью соединений серы, азота и кислорода.
Большинство современных исследователей придерживаются гипотезы органического происхождения нефти. Приуроченность нефтяных и газовых залежей к осадочным породам и химическое сходство с углем и живыми веществами свидетельство о том, что она представляет собой продукт органического вещества. Исходной органикой является древесина, угли, торф, морские растения, диатомовые илы, растительные и животные жиры, биогенные илы – смешанный растительно-животный материал. Выделяется ряд стадий преобразования органического вещества в нефть. Процесс преобразования состоит в разрыве связи высокомолекулярных соединений и глубоком восстановлении органического вещества под влиянием физических, химических и биологических факторов.
Нефтематеринской называется осадочная порода, отложившаяся в восстановительных условиях при длительном и быстром прогибании дна водоема. В ней накапливается органический материал, дающий начало нефтяным углеводородам. Основным признаком нефтематеринской породы является повышенное содержание углеводородов битумной части органического вещества. Главным условием для образования такой породы является субаквальное отложение и восстановительная среда.
Таким образом, нефть и газ, вмещающие их породы в совокупности представляют эколого-геологическую систему. Главное их отличие – наличие живого и неживого компонента. Биота, как живое, живет и функционирует в литосфере или непосредственно на ее поверхности. «Литосфера–биота» – объект исследования экологической геологии. Поэтому методический аппарат экологической геологии может быть использован в новой для нее области – формировании залежей и месторождений нефти и газа.
Залежи нефти, сформировавшиеся в ловушках, существуют не вечно. Причин их разрушения много, в том числе бактериальное окисление углеводородов.
Разведка и эксплуатация нефтегазовых месторождений с позиций экологической геологии относится к системе «литосфера – инженерные сооружения (техногенное воздействие) – биота».
Предприятия нефтяной и газовой отраслей рассматриваются как источники комплексного и концентрированного воздействия на окружающую среду. Прежде всего, через лито-, гидро- и атмосферу. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источников. Обмениваясь с окружающей средой веществом, энергией и информацией, промышленные предприятия формируют природно-техногенную систему или технобиогеоценоз.
Воздействие объектов нефтегазового комплекса обусловлено токсичностью природных углеводородов и сопутствующих им ресурсов, разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также спецификой добычи, подготовки, транспорта, хранения, переработки и разнообразного использования нефти и газа. Например, на участке опытно-промышленной эксплуатации Ковыктинского газоконденсатного месторождения наибольшее воздействие на окружающую среду оказывают буровые работы. Особенно скважины кустового бурения с наклонно и горизонтально ориентированным стволом, глубина которых превышает 3 тыс. м. Эти особенности определяют специфику эколого-геологического подхода при проектировании и строительстве инженерных сооружений, оценке воздействия на окружающую среду и ее охране.
Тема 6.6.2 Охорона повітряного середовища, поверхневих і підземних вод, геологічного середовища й надр, ґрунтів, рослинності, тваринного миру
Нефтегазовая отрасль, занимая базовое положение в экономике страны, одновременно относится к числу производств, оказывающих наиболее сильное воздействие на окружающую среду. Поэтому особое значение приобретает проблема обеспечения экологической безопасности этой отрасли. Эффективным приемом ее достижения являются технологии кустового безамбарного бурения, экологическое проектирование, учитывающее особенности окружающей среды в регионах.
В качестве критериев оценки воздействия на окружающую среду объектов нефтегазовой промышленности применяется ряд параметров, выделяемых для каждого компонента окружающей среды. В последствии может быть проведен анализ того, как изменения в различных средах могут взаимодействовать друг с другом, а также анализ общей значимости воздействия на окружающую среду по всем компонентам.
Для атмосферного воздуха учитываются аккумуляция загрязняющих веществ; их разложение в атмосфере; вынос загрязняющих веществ; разбавление загрязняющих веществ за счет воспроизводства кислорода. Анализируются метеоусловия, способствующие концентрации вредных веществ в приземном слое. Проводятся расчеты климатических параметров по потенциальному загрязнению атмосферы для различных зон. Относительная оценка техногенного воздействия по зонам выглядит следующим образом. Зона, в пределах которой концентрации загрязняющих веществ превышают уровни чрезвычайно опасного состояния воздушного бассейна, считается зоной крайне сильного антропогенного воздействия. Зона, в пределах которой достигается предельно допустимая концентрация (ПДК) – сильного воздействия, от ПДК до 0,5 ПДК – среднего и менше; 0,5 ПДК – слабого воздействия. Необходимо при этом учитывать суммарный эффект загрязнения. Гигиеническая оценка состояния воздушного бассейна проводится путем сравнения реальных концентраций основных загрязнителей с санитарно-гигиеническими нормами ПДК.
Для поверхностных и подземных вод оценка их состояния включает – санитарно-гигиенические требования, пригодность для питьевого и технического водоснабжения, самоочищающая способность, ресурсы, напряженность водного баланса, коэффициент нормативной нагрузки сточными водами на водоемы, куда предлагается сброс сточных вод. Качественное состояние водных объектов определяется путем сравнения концентрации нормируемых загрязняющих веществ в воде со значениями ПДК для данной категории водоема.
Необходимым элементом оценки геологической среды является характеристика грунтовых условий и проявления геологических процессов при освоении территории. Выявляются участки различной степени устойчивости горных пород и степени проявления процессов. Региональные факторы геологической защищенности грунтовых вод определяются мощностью водоупорных пород в разрезе зоны аэрации. К региональным факторам защищенности напорных вод первого от поверхности напорного горизонта относятся мощность глин первого регионально выдержанного водоупора. Локальные факторы, нарушающие защищенность подземных вод, это линзы песков, погребенные долины, участки питания грунтовых вод, литология пород зоны аэрации, мощность слабопроницаемых отложений в разрезе зоны аэрации.
При оценке устойчивости геологической среды особое значение придается физико-механическим свойствам грунтов и гидрогеологическим условиям для карста. При оценке селевых процессов используются такие критерии, как частота схода и масштабность процессов.
Для оценки оползнеопасных явлений учитываются формы рельефа, условия залегания ослабленных зон, прочность на сдвиг, тип механизма смещения, льдистость ММП, температурный режим, техническая нарушенность пород, гидрогеологические условия разгрузки подземных вод.
Строительство и эксплуатация объектов нефтегазового комплекса оказывает сильное воздействие на почвенно-растительный покров и животный мир. Поэтому проводятся измерение, оценка и прогноз изменений абиотической составляющей и ответной реакции биоты на эти изменения.
Решающее значение в поддержании устойчивого состояния почвы оказывает жизнедеятельность почвообразующих организмов. К наиболее важным почвенно-биологическим процессам относятся превращение органической составляющей почвы, превращение минеральной составляющей почвы, ее разрушение, создание биологической массы. Функциональные связи между органической и минеральной составляющими почвы осуществляются ферментативно. Для оценки химического состояния, формирования и развития почв может быть использована система показателей, включающая совокупность химических и биологических параметров: содержание аммонийного и нитратного азота, подвижных фосфатов, гумуса, величина рН. Показателем производительности почвы служит масса полезного биологического вещества.
Показателем загрязненности служит процентное содержание нефтяных углеводородов, хлорид – и сульфат-ионов. Загрязненность почвы нефтяными углеводородами, высокоминерализованными водами и другими загрязняющими веществами может быть установлена путем сравнения фактического количества загрязняющего вещества в почве с предельно-допустимыми нормами или фоновым их содержанием. Оценка почвенно-мелиоративного состояния земель по загрязненности высоко минерализованными водами производится по данным анализа по плотному осадку, содержанию хлора и сульфатов. Для оценки фауны используются показатели видового состава, встречаемости, распространения, продуктивности, промысловой значимости. Учитываются границы популяций или ареалов, наличие редких и краснокнижных видов, типы угодий или местообитаний, наличие кормовых, защитных, гнездовых и других стаций.
Большое значение для нефтегазовой отрасли придается социальным и эколого-экономическим вопросам. При оценке альтернативных проектных решений могут быть использованы следующие критерии: комплексное социально-экономическое развитие региона на базе отрасли; повышение жизненного уровня населения, комфортности его проживания, уровня культурно-бытового обслуживания, архитектурно-ландшафтных, рекреационных и санитарно- гигиенических условий, состояния здоровья.
Тема 6.6.3 Оцінка екологічного ризику й аварійних ситуацій
Опасность и риск – связанные между собой и взаимно зависимые понятия. Опасность – возможность, угроза чего-либо неблагоприятного, способного принести вред. Опасность определяется ущербом, который может оцениваться качественно и количественно, в натуральных или денежных показателях. Риск – это действие на удачу в надежде на успех задуманного мероприятия. Риск – вероятность опасности. Вероятность наступления неблагоприятно события определяется от 0 до 1, или от 0 до 100 %. Риск и опасность – понятия социальные. Они возникают в различных общественных отношениях. Рассматривают экономические, производственные, политические, экономические, экологические и другие критерии риска. Опасность и риск проявляются в определенной ситуации. Для их оценки обязательна целевая установка, направленная на решение поставленной задачи, достижение намеченной цели.
Экологическая опасность (ЭО) и экологический риск (ЭР) находятся в сфере взаимодействия общества и природы. Взаимоотношения человека и его действия, происходящие вне окружающей природной среды, к экологическим отношениям не относятся. Критериями ЭО и ЭР является связь человека с природой, протекающие между ними процессы.
Основой возникновения таких отношений служат экологические факторы, подразделяемые на события и действия.
Факторы, или условия, в которых протекает человеческая деятельность, могут быть природными и социально-хозяйственными.
События, которые возникают и порождают экологические отношения, происходят как с участием человека, так и помимо его воли. К первым относятся преднамеренные и случайные действия, например, не продуманные и совершенные по неосторожности. Вторые выступают как природные явления. Но и они часто являются следствием непродуманной деятельности человека. Это стихийные бедствия, возникающие по чисто естественным причинам, но усугубляющиеся вследствие бездействия или неправильных действий людей. Таким образом, ЭР является следствие двух факторов – воздействия человека на окружающую природную среду, и природы на человека. ЭР может, также, проявиться при совместном участии двух указанных факторов, внешней и внутренней среды.
Действия, или антропогенная деятельность, рассматриваются как основная причина возникновения ЭР. В результате природопользования наносится вред окружающей среде, а через нее прямо (непосредственно) или косвенно (опосредованно) человеку. Действия или поступки человека могут быть экологически позитивными и негативными. В результате первых ЭР снижается. Такие действия направлены на охрану, рациональное использование, восстановление или снижение нагрузок на окружающую природную среду. К увеличению ЭР приводят нарушения правил природопользования, конфликтные или противоречивые отношения между хозяйствующими субъектами. В том случае, если отношения природопользования носят дополнительный характер, например, сбросы загрязнителей или отходы одного предприятия является сырьем для другого, ЭР снижается.
В общем, ЭР определяется взаимодействием трех факторов: свойств природных объектов, условий и ресурсов; вида природопользования и уровня научно-технического прогресса.
Природные условия, в которых протекает человеческая деятельность, могут быть благоприятными и неблагоприятными. ЭР зависит от двух главных свойств компонентов ландшафта – устойчивости и значимости.
Устойчивость определяется чувствительностью и восстанавливаемостью тех либо иных компонентов в отношении определенных видов воздействия. Значимость подразделяется на экологическую и ресурсную. Экологическая значимость связана с природными функциями ландшафта, такими как средозащитными, средо- формирующими, средостабилизирующими, средовосстановительными и др. Они трудно поддаются экономической оценке. Ресурсная или социально-хозяйственная значимость обусловлена потребительскими свойствами природных объектов и возможностями их использования. ЭР уменьшается, если в хозяйственный оборот вовлекаются территории с устойчивыми ландшафтами, их использование не приводит к снижению экологических функций.
Наибольшим экологическим риском характеризуется ситуация, при которой в сферу техногенного воздействия попадают ландшафты с низкой устойчивостью и высокой значимостью. Наименьший риск при высокой устойчивости и низкой их значимости.
Управление ЭР осуществляется посредством использования процедуры нормирования. Экологическая безопасность в системе природопользования достигается выполнением субъектами хозяйственной деятельности эколого-правовых норм. В качестве эталона или объекта сравнения существующего (наблюдаемого) и требуемого качества экологического состояния обычно используются базовые государственные стандарты и требования, выраженные в виде природоохранных норм и правил. Чтобы конкретизировать местные экологические условия и привязать их к определенной хозяйственной или иной деятельности, воздействующей на природу, разрабатываются и применяются региональные нормативы допустимого ЭР.
Анализ аварийных ситуаций. Существенный ущерб при добыче газа наносится атмосферному воздуху. В связи с этим ряд населенных пунктов, расположенных в местах добычи и переработки газа, входили в перечень городов с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха.
В работе А. А. Земцова и В. А. Земцова (1997) анализируются причины возникновения как существующих, так и возможных экологических катастроф. Самый большой вред в этих районах причиняют аварийные разливы нефти, залповые выбросы газа из скважин и трубопроводов. Причина аварий – прорывы трубопроводов из-за коррозии и наездов на них гусеничной техники.
Практически все глубокие скважины на разных уровнях вскрывают рассоло- и газоносные высоконапорные горизонты. На некоторых происходили аварийные ситуации, сопровождающиеся фонтанированием и изливом рассолов, которые привели к значительным материальным ущербам.
Исключительно высокие требования к экологической безопасности выдвигаются при глубоком бурении высоконапорных горизонтов, поскольку в этом случае резко возрастает риск аварийности при вскрытии пластов. Возникающие чрезвычайные ситуации (аварии) сопровождаются загрязнением или частичным уничтожением окружающей природной среды, выходом из строя промышленного оборудования, установок, технических узлов и целых циклов, порою человеческими жертвами. Это обусловливает значительные финансовые затраты на ликвидацию аварий, рекультивацию земель, компенсационные и страховые выплаты, судебные издержки и т. д. Поэтому в качестве главного условия экологической безопасности в процессе буровых работ следует рассматривать профилактику аварийных ситуаций.
Тема 6.6.4 Оцінка величини й значимості техногенного впливу
Описание видов и характера техногенного воздействия на окружающую среду должно сопровождаться количественной оценкой. Величина или интенсивность воздействия не всегда прямо пропорциональна негативным последствиям. Последние зависят как от характера самого источника воздействия, так и свойств окружающей среды, на которую направлено воздействие.
Существует несколько методов выявления значимых воздействий. К ним относится метод списка, метод систематического выявления воздействий (метод сети) и метод матрицы, предложенной американским ученым экологом Леопольдом. Значимые воздействия выявляются с помощью матрицы, в которой столбцы соответствуют различным видам деятельности в ходе осуществления проекта, а строки – компонентам окружающей среды. На пересечении строк и столбцов указывается значимость воздействия.
Количественно оценить значимость воздействия можно с помощь или натурных исследований и изысканий, или экспертной оценки. Натурные исследования точнее, но требуют привлечения крупных средств и охвата большого количества промыслов в разных природных зонах для репрезентативности выборки. Экспертный метод позволяет добиться результата хотя и с меньшей точностью, но и со значительно меньшими финансовыми и временными затратами.
Значимость воздействия производственной инфраструктуры КГКМ (конторолируемый гозодобывающий комплекс) на окружающую среду определялась с помощью матрицы Леопольда. Матрица представляет собой таблицу, где по вертикали расположены основные компоненты природных сред, а по горизонтали – факторы воздействия.
Все техногенные объекты ранжировались по величине и значимости воздействий. В таблицу были включены объекты проектируемого газодобывающего комплекса КГКМ, оказывающие воздействие на компоненты ландшафта.
Оценка воздействия проводилась по методу балльных оценок, где наиболее значимым воздействиям на компоненты ландшафта соответствует 1 баллу, наименее значимым – 5 баллов. Арабскими цифрами обозначались простые баллы, римскими – сложные баллы. Суммарные значения простых баллов определяют интегральную оценку воздействия, соответствующую степени экологического риска в значениях от I балла (максимальный риск) до V баллов (минимальный риск). Оценивались техногенные воздействия объектов обустройства на компоненты окружающей природной среды для различных стадий освоения и ситуаций (С – строительство, Э – эксплуатация, А – аварийные ситуации).
В качестве оценочных показателей выступали устойчивость и значимость компонентов окружающей природной среды. Ее устойчивость к техногенному воздействию оценивалась по значениям чувствительности и восстанавливаемости. Чувствительность – это реакция на воздействие. Восстанавливаемость – способность приходить в исходное состояние после прекращения воздействия. Значимость подразделяется на экологическую и ресурсную. Первая определяет роль того или иного компонента природной среды как фактора жизнедеятельности растений и животных, выполнения различных средообразующих и средозащитных функций. Ресурсное значение связывается с потребительскими свойствами, их способностью удовлетворять различные материальные и духовные запросы человека. При высокой чувствительности и низкой восстанавливаемости устойчивость минимальная; в сочетании с высокой экологической и ресурсной значимостью экологический риск техногенного воздейстия наибольший. При противоположном значении показателей – наименьший.
Полученная таблица давала реальное представление о степени экологической опасности отдельных технологических объектов газовой промышленности. Согласно данным, их ранжирование по степени экологической опасности в целом выглядит следующим образом. Наиболее сильными источниками воздействия на окружающую среду в период строительства являются линейные объекты: шлейфы внутрипромысловых трубопроводов, автодороги, а также промбаза, наименее сильными – точечные объекты: насосные станции, буровые скважины. В период эксплуатации наибольшее воздействие оказывают буровые скважины, установки комплексной переработки газа, промбаза, наименьшее – ЛЭП, карьеры, шлейфы внутрипромысловых трубопроводов. Наибольшую опасность при аварийных ситуациях представляют буровые скважины, шлейфы трубопроводов, установка комплексной переработки газа.
Ранжирование технологических объектов дает представление о реальном влиянии отдельных объектов на состояние окружающей среды. Вместе с тем, очевидно, что «опасность» объекта зависит и от частоты их встречаемости в технологической сети. По этому показателю и на других месторождениях нефти и газа лидируют кусты скважин, трубопроводные и автодорожные системы.
Тема 6.7 Екологічне картографування нафтових і газових родовищ
Тема 6.7.1 Поняття екологічного картографування. Види екологічних карт
Одним из практически важных информационных методов управления природопользованием является экологическое картографирование, основанное на использовании в этих целях топографической информации общего и тематического характера, а также составлении специальных экологических карт.
В. А. Пересадько делит карты :
Т. В. Верещака классифицирует карты на:
Масштабы рекомендует в зависимости от уровней картографирования.
Г. А. Исаченко предлагает следующие принципы типизации карт:
При создании каталога картографических произведений в Институте географии РАН (Комедчиков, Лютый, 1993) к экологическим отнесены карты семи тематических групп:
Приведенные карты охватывают широкий диапазон экологических ситуаций, рассматривая различные экологические аспекты взаимодействия природы, населения и хозяйства на различных территориях, поэтому в целом их можно отнести к категории геоэкологических карт.
Тема 6.7.2 Геоэкологическое картографування
В настоящее время не существует единых принципов составления геоэкологических карт по причинам как неоднозначного толкования термина «геоэкология» и различных подходов к геоэкологическим оценкам, так и к их графическому представлению. Вопрос, какие карты могут называться геоэкологическими, до сих пор остается актуальным для геологов, географов, геохимиков, геофизиков, почвоведов, ландшафтоведов.
На геоэкологических картах должна отражаться степень отклонения состояния природных и природно-техногенных систем от естественного или нормативного состояния, иными словами, это устойчивость геологической среды или стабильность геосистем. В таком случае картографированию должно предшествовать инженерно-геологическое или физико-географическое районирование с характеристикой каждого выдела, ранг которого определяется масштабом карты.
Исходя из предлагаемого методического подхода, основанного на геосистемном принципе, объектом геоэкологического картографирования являются геосистемы – природный комплекс, состоящий из литогенной основы, гидросферы, атмосферы, растительного и животного мира, а также природно-техногенные системы, в которых природные компоненты претерпели коренное изменение под влиянием хозяйственной деятельности. Отсюда выделяются два типа карт геоэкологических оценок: карты оценки геоэкологической опасности функционирования природно-техногенных систем и карты геоэкологической стабильности геосистем.
На геоэкологических картах отражаются результаты взаимодействия человека с окружающей средой, т. е. они должны быть оценочными.
Так как на геоэкологических картах обычно отображается информация, необходимая для решения конкретных оценочных задач, их следует относить к числу специальных карт. На специальных картах однородность условий выделяемых таксонов определяется в соответствии с той классификацией, которая в наибольшей степени отвечает решению поставленной задачи.
Область применения геоэкологических карт, относящихся к категории специальных, обширна. Геоэкологические карты являются уникальным информационным документом, позволяющим на основе их ситуационного анализа не только проводить различного рода исследования, но и давать рекомендации по дальнейшему использованию изучаемой территории, прогнозировать возможное изменение состояния природных и природно-техногенных систем.
Многоаспектность геоэкологического картографирования требует подразделения карт по нескольким признакам. Одним из основных признаков является пространственно-территориальная единица районирования картографирования. Применительно к геоэкологическому районированию можно назвать три принципа: структурно-морфогенетический, бассейновый, ландшафтный.
Структурно-морфогенетический принцип районирования заключается в выделении территорий с различной литогенной основой ландшафта с учетом генезиса этой основы, геологической структуры и рельефа. В большинстве случаев морфогенетические комплексы, являющиеся основной единицей районирования, совпадают с соответствующими формами современного рельефа. Этот принцип районирования в наибольшей степени отвечает решению задачи картографирования геологической среды, но он не учитывает ландшафтную зональность, влияющую на условия миграции вещества, типы и интенсивность проявления экзогенных геологических процессов. Однако в практике геоэкологического районирования в настоящее время предпочтение отдается именно этому принципу.
Бассейновый принцип районирования заключается в выделении бассейнов поверхностного и подземного стоков, в пределах которых происходят миграция, аккумуляция, вынос химических веществ, в том числе токсичных. При применении этого принципа районирование осуществляется только по морфологии рельефа без учета строения геологической среды и других факторов. Бассейновый принцип широко используется при геохимических работах и позволяет определить расположение источников поступления в геологическую среду повышенных концентраций токсичных элементов.
Ландшафтный принцип позволяет районирование территории дифференцируются по типам ландшафтов с учетом не только рельефа и литологического состава почвообразующих пород, но и почв, растительности и других компонентов ландшафтов. Кроме того, границы участков с разными уровнями загрязненности во многих случаях совпадают с контурами ландшафтов, так как последние часто различаются и по условиям транспортировки, депонирования и деконцентрации поллютантов. Поэтому результаты геоэкологических оценок должны отражаться на карте, в основе которой лежит комплексное природное районирование – физико-географическое, ландшафтное или инженерно-геологическое (для городских территорий) с учетом современной структуры землепользования или функционального зонирования территории.
Районирование представляет собой объединение по однородным признакам участков территорий, методологически можно рассматривать и как задачу построения тематических карт. Следовательно, задача районирования с самого начала тесно сомкнулась с картографией и во многом использовала ее методы исследований и отображения полученных результатов.
Можно выделить следующие этапы создания геоэкологической карты.
1. Полевые изыскания или обследование территории, изучение картографических, фондовых и литературных материалов для целей природного районирования территории.
2. Физико-географическое или инженерно-геологическое районирование территории. Выделенные таксоны являются объектом картографирования.
3. Сбор и обработка исходных данных для последующих оценок природно-ресурсного потенциала геосистем.
4. Установление природного и хозяйственного негативного воздействия на компоненты и объекты природных и природно-техногенных систем на основании анализа геодинамической обстановки (площадь распространения, мощность, тип режимов геологических процессов), а также выявления источников, видов и параметров техногенных нагрузок, структуры землепользования и функционального зонирования территории.
5. Оценка современного природно-ресурсного потенциала геосистем на основании природной дифференциации территории и изучения состояния отдельных природных компонентов или оценка состояния ГС, геофизического состояния территории, геохимического состояния депонирующих сред.
6. Оценка ущерба, причиняемого негативным воздействием на природные компоненты и инженерно-технические объекты.
7. Оценка современной геоэкологической стабильности геосистем или геоэкологической опасности функционирования природно-техногенных систем.
8. Прогноз геоэкологической стабильности геосистем или геоэкологической опасности функционирования природно-техногенных систем на основе данных о динамике изменения природных компонентов систем, перспективах развития хозяйственной деятельности, планируемой техногенной нагрузки на территорию и прогнозе появления и активизации негативных геологических процессов.
Таким образом, оценочные геоэкологические карты отражают результат взаимодействия природы и общества, потенциальную адаптационную способность геосистем к антропогенному воздействию, современное состояние систем, степень опасности для функционирования природно-техногенных систем и человека в них, стабильность геосистем.
Общая схема геоэкологических работ состоит из четырех этапов. На первом этапе выполняют рекогносцировочные работы. Проводят мелкомасштабные исследования (1:1 000 000–1:1 500 000) для определения регионального экологического фона, выявляют основные признаки и локальное размещение природных и антропогенных аномалий. Конечным результатом первого этапа работ является определение размещения опасных геологических явлений эндогенного и экзогенного происхождения.
На втором этапе проводят среднемасштабные геоэкологические работы (1:200 000–1:100 000). При этом выделяют природные и антропогенные аномалии в местах расположения крупных объектов хозяйственно-бытовой деятельности. На картах отражены степень экологической опасности загрязнения окружающей среды, прогноз ее изменения, очередность природоохранных работ.
На третьем этапе крупномасштабных геоэкологических работ (1:50 000–1:25 000) выявляют очаги загрязнения размером до 100 км2 определяют пространственную структуру установленных аномалий, уровень концентраций химических элементов. Цель работ, проводимых на этом этапе, состоит в том, чтобы определить геоэкологическую обстановку на территориях, обладающих большой социальной значимостью, и одновременно выделить территории с высокой техногенной нагрузкой.
На четвертом этапе при составлении карт масштаба 1:10 000– 1:5 000 и крупнее выявляют техногенно-геохимические ореолы площадью до 10 км2, изучают причинно-следственные связи в системе «источник загрязнения—окружающая среда—живые организмы» в пределах выявленных потенциально опасных аномалий. При таких исследованиях выясняют и оценивают степень опасности сложившегося уровня загрязнения для живых организмов, потенциальную опасность геологических явлений для городских сооружений и отдельных построек и определяют направления практических мероприятий по улучшению качества окружающей среды, а также мероприятий по ликвидации опасных геологических явлений или снижению их негативного уровня.
На основе разработанных мероприятий можно проводить и прогнозные работы по определению состояния геологической среды. Исследования детального масштаба выполняют на конкретных локальных объектах и решают задачи, аналогичные задачам экологической экспертизы.
Для создания электронных версий карт и необходимой базы данных формируются геоинформационные системы (ГИС), обладающие эффективными возможностями анализа, обработки и преобразования информации. Накопление тематической информации в электронном виде делает возможным создание прогнозных карт.
Тема 6.7.3 Еколого-геологічне картографування
Для экологически ориентированных геологических карт наметилось близкое понимание их содержания по двум следующим позициям:
Цель исследования и картирования – определение состояния геологической среды и составляющих ее компонентов, выявление техногенных нарушений геологической среды, оценка активности и определение направленности природных и техногенных процессов, осуществляемых для правильного планирования и необходимых при разработке технико-экономического обоснования (ТЭО) территориальных природоохранных мероприятий.
Задачами геолого-экологического картирования являются:
К основным объектам изучения относятся:
Исследовательские работы разбиваются на три периода: подготовительный, полевой, камеральный.
Картографирование геодинамических процессов
Практические вопросы картографирования процессов современной геодинамики решаются с их подразделением на естественную и техногенную составляющие. Считают, что имеются достаточные основания сопоставлять основной период проявления современных процессов с временем научно-технической революции.
Картографирование интенсивности и результатов развития процессов может проводиться на основе специально разработанных классификаций, показателей и способов изображения, либо путем показа состояний явлений в разные интервалы времени, т. е. на качественном или количественном уровне изучения.
Качественное картографирование включает выявление факта протекания процесса, его локализацию и балльную оценку интенсивности.
Процессы современной геодинамики затрагивают рельеф, почвы, растительность, поверхностные и подземные воды; каждое изменение геокомпонентов может рассматриваться как дешифровочный признак.
Существует два возможных подхода к качественному картографированию геодинамических процессов:
– характеристика отдешифрированных контуров (перечень процессов, выделение среди них ведущих, оценка интенсивности);
– прослеживание контуров проявления процессов, иногда с выделением участков их наиболее активного протекания.
Первый подход отвечает задачам комплексных исследований, второй предпочтительнее при выполнении специализированных работ по изучению одного или нескольких процессов. При картографировании по контурам наиболее употребителен способ качественного фона; при прослеживании контуров проявления процессов используются ареалы.
Количественное картографирование может опираться на натурные измерения проявлений процессов за определенные интервалы времени, проводимые при экспедиционных, стационарных и полевых экспериментальных исследованиях.
Методы количественной характеристики геодинамических процессов по техническому уровню применяемой аппаратуры подразделяются на простые, средние и сложные; при этом первые численно преобладают и наиболее применимы в исследованиях, нацеленных на территориально непрерывное картографирование. Характеристиками их интенсивности служат:
– объем смытого материала (определяемый с помощью метода шпилек при изучении плоскостного смыва, путем наблюдений за продвижением вершин оврагов и денудационных уступов);
– интенсивность транспорта наносов и растворенного вещества;
– объем и/или мощность новообразованных отложений;
– остаточное содержание гумуса.
Важнейшее условие сопоставимости результатов — нормирование их на интервалы времени с определением соответствующих количественных характеристик, таких как модули твердого стока.
При наличии больших объемов эмпирических данных о факторах развития и интенсивности геодинамических процессов становится возможным их прогнозирование.
Эколого-геологическое картографирование на основе анализа экологических функций литосферы
Для экологической геологии метод картографирования также является значимым. При этом возникла необходимость создания нового класса карт, которые были названы эколого-геологическими. Они представляют собой графическую модель эколого-геологической обстановки, дающую обобщенное изображение на топографической основе состояния компонентов литосферы, отражающих ее экологические функции. Основным показателем должна быть интегральная или покомпонентная оценка состояния эколого-геологических условий литосферы, ранжированная по классам состояний, выполненная на основе анализа ее эколого-геологических функций: ресурсной, геодинамической, геофизической и геохимической.
На эколого-геологических картах отражаются два блока информации: о состоянии эколого-геологических условий литосферы и ее компонентов и о состоянии экосистемы, комфортности и безопасности проживания человека.
Классификация эколого-геологических карт по содержанию.
Эколого-геологические карты относятся к категории тематических геологических карт. По содержанию их подразделяют на четыре типа:
– карты эколого-геологических ситуаций;
– карты эколого-геологического районирования;
– карты эколого-геологические прогнозные;
– карты эколого-геологические рекомендательные.
Первый из этих типов должен относиться к категории фактологических карт, однако часто такие карты составляются как фактолого-оценочные. Второй тип эколого-геологических карт представляет собой карты сугубо оценочные, третий – прогнозные, а четвертый – содержит природоохранные, точнее литоохранные, рекомендации, направленные на регулирование эколого-геологи-ческих условий с целью их сохранения или улучшения.
Каждый из названных четырех типов карт подразделяется по характеру передаваемой содержательной информации на два вида: аналитические и синтетические. Первые характеризуют или на них оценивается, прогнозируется один или несколько показателей эколого-геологических условий, а на синтетических картах отображается весь их комплекс, в совокупности определяющий современную или прогнозируемую эколого-геологическую обстановку.
Для экологически ориентированных геологических карт наметилось близкое понимание их содержания по двум следующим позициям:
– обязательность показа источников техногенного воздействия на литосферу с указанием вида, объема и режима выбросов;
– проведение функционального зонирования территории и составление таких карт на основе ландшафтной карты, карты типологического инженерно-геологического районирования или карты чувствительности (устойчивости) приповерхностной части литосферы к техногенному загрязнению.
Концептуальные основы составления эколого-геологичес-ких карт
В основу методики составления эколого-геологических карт положено учение об экологических функциях литосферы. Оно позволяет вычленить объект эколого-геологических исследований в виде эколого-геологических свойств литосферы и их взаимосвязей с биотой и техногенезом.
Опираясь на эти представления, Н. С. Красиловой, В. Т. Трофимовым и Д. Г. Зилингом (2002) были разработаны и предложены концептуальные основы эколого-геологического картографирования, которые можно рассматривать в качестве его методической базы, отвечающей требованиям, изложенным выше. Они включают следующие позиции:
1) ранжирование состояния эколого-геологических условий литосферы в целом или ее компонентов должно производиться на согласованное число классов;
2) критериями выделения классов состояния эколого-геологических условий литосферы и связанных с ними зон экологического состояния экосистем на картах служат показатели, которые разделяются на тематические, пространственные и динамические;
3) выделение классов состояния эколого-геологических условий литосферы и зон состояния экосистемы может и должно осуществляться на основе небольшого числа наиболее представительных показателей, но обязательно с использованием и взаимным учетом тематических, пространственных и динамических критериев оценки;
4) основные требования к геологической основе эколого-геологической карты – отображение на ней показателей, на базе которых возможна площадная оценка экологического состояния картируемого объема литосферы и разработка прогнозных оценок;
5) классификация эколого-геологических карт по содержанию и масштабу должна учитывать все их многообразие и обеспечивать возможность учета эколого-геологической обстановки при реальном проектировании экологически ориентированных мероприятий;
6) характеристика состояния эколого-геологических условий литосферы или их оценка в тех или иных категориях должны отображаться на эколого-геологических картах всех типов фоновой цветовой закраской;
7) выбор способов отображения на карте интегральной оценки состояния эколого-геологических условий литосферы может проводиться на основе «суммирования» оценок различных экологических свойств отдельных компонентов литосферы разными способами.
Тема 6.7.4 Геоинформационное картографування
Информационное обеспечение ГИС (геоинформационных систем) нефтяных и газовых месторождений подразумевает комплексное использование различных массивов информации о состоянии природных и природно-техногенных территориальных систем на единой топографо-геодезической основе и интеграцию аэрокосмической и других видов информации в едином банке данных для подготовки вариантов решений управленческих задач.
Информационное обеспечение составляют:
Основу информационных ресурсов документальной базы данных составляют материалы и тематические карты, создаваемые на основе дешифрирования АКС (аэрокосмические системы), предусматриваемые технологией мониторинга, а также данные полевых изыскательских работ. Определяющая специфическая особенность ГИС состоит в том, что основой этой базы данных являются не только исходные материалы в виде базовых региональных карт, аэро- и космических фотоснимков и табличных данных полевых изысканий, но и результаты их тематической обработки, т.е. специализированные карты, составляемые по данным дешифрирования материалов дистанционного зондирования (ДЗ) Земли и полевых изыскательских работ. Поскольку эти карты по направленности и содержанию являются оценочными и содержат в структуре качественные и количественные оценочные показатели, то они могут являться объективной информационной основой для разработки управленческих решений.
В состав исходной информации включаются также материалы ДЗ, но в ограниченном объеме, определяемом по картам (сложности ландшафтно- экологических условий – участки сложных категорий; социально-экологического риска – с высокими степенями риска; динамики состояния природной окружающей среды, наиболее динамичные участки потенциальных аварийных ситуаций). Кроме того, в состав документальной базы данных включаются материалы крупномасштабных аэрофотосъемок по объектам индивидуального проектирования.
Цифровая информационная база данных включает цифровые тематические карты, отражающие следующие показатели:
В качестве входной информации и цифровую базу данных вводятся:
При разработке и формировании пространственной информации о базах данных необходимо учитывать следующие обстоятельства:
В ГИС должна быть обеспечена возможность чтения содержательной информации, подготовленной в соответствии с международными стандартами на обмен информацией, а также возможность взаимодействия с другими информационными системами. Геоинформационное картографирование лежит в основе поддержки производственного экологического мониторинга.
Тема 6.7.5 Картографування поясів екологічної безпеки нафтогазових родовищ
Пояса экологической безопасности (ПЭБ) представляют собой участки территории с различным уровнем природоохранных ограничений промышленного строительства.
ПЭБ выделяются для обоснования допустимого воздействия на окружающую природную среду различных хозяйственных объектов, в том числе нефтегазодобывающего комплекса.
ПЭБ позволяют оценить исходное состояние территории и возможное изменение экосистем под воздействием различных техногенных факторов на различных этапах освоения месторождений в зависимости от видов и параметров техногенного воздействия.
Можно представить перечень следующих видов ПЭБ:
1) ПЭБ крупных городов, трансформирующих фоновые природные условия с основными вариантами: исторические центры, молодые промышленные города, города-спутники индустриальных центров-гигантов;
2) ПЭБ крупных промышленных объектов: санитарно-защитные зоны отдельных предприятий или их компактных комплексов, защитные пояса линейных объектов промышленной инфраструктуры;
3) ПЭБ различных проектируемых, строящихся, реконструируемых, расширяющихся, конвертируемых, ликвидируемых и консервируемых промышленных объектов: шахт, рудников, открытых карьеров, военных полигонов, космодромов и т.д.
Организация поясов экологической безопасности осуществляется на принципах:
На основе концепции ПЭБ проводится покомпонентная и интегральная оценка как отдельных природных и антропогенных экосистем, так и их комплексов в отношении различных видов хозяйственной деятельности.
ПЭБ – это зоны природоохранной регламентации хозяйственной деятельности. Зонирование проведено по пятибалльной шкале. Баллы рассматриваются как классы экологического бонитета.
Пояса I класса бонитета характеризуются крайне неблагоприятными (критическими) условиями освоения.
Пояса V класса бонитета включают благоприятные с точки зрения освоения и состояния окружающей природной среды участки территории.
Пояса III–IV класса характеризуются промежуточными значениями. В связи с промышленным характером хозяйственной деятельности пояса рассматриваются как инженерно-экологические зоны.
Методология бонитировки, принятая в работе, является «обратной» существующим бонитировочным шкалам почв или леса, где I бонитет (продуктивность) – самый высокий, а V – самый низкий. Это сделано с той целью, чтобы не противоречить исходным понятиям лесо-почвоведения. Вывод балла осуществляется на основе специальных оценочных показателей, которые разработаны для всех компонентов окружающей среды.
В процессе создания серии карт используется эколого-геологический подход. На первом этапе создания эколого-геологической основы разрабатываются две каркасные схемы: живой (растительность) и неживой (геология и рельеф) природы. Выделение составляющих элементов каркасов производится с помощью системного анализа исследуемой территории.
Геолого-геоморфологический каркас дает представление о составе горных пород, их свойствах и рельефе. Основой растительного каркаса является породный состав лесопокрытых территорий, который отражает наиболее ценные в экологическом и ресурсном отношении растительные сообщества.
На втором этапе работ составляется ряд аналитических карт геолого-экологического и биоэкологического содержания, в которых содержится информация об элементах неживой и живой природы.
На третьем этапе составляется совмещенный каркас путем наложения геолого-геоморфологического и растительного каркасов. На основе получаемого комбинированного каркаса составляются синтетические карты. На них одновременно рассматриваются несколько элементов живой и неживой природы, либо в целом природный территориальный комплекс, дается его эколого-хозяйственная или социально-экономическая оценка. В зависимости от конкретной ситуации на местности некоторые границы комбинированного каркаса могут уточняться. Серия экологических карт, выполненных на единой картографической основе и взаимосвязанных между собой в контурной и содержательной частях, является важнейшим картографическим документом, содержащим сведения об условиях окружающей среды, ее динамике и возможных негативных изменениях.
Использование карты экзогенных геологических процессов предполагает изображение возможных изменений геосистем (прежде всего рельефа) под действием тех либо иных процессов, которые в свою очередь влияют на планирование мероприятий по хозяйственному освоению территории.
Карта инженерно-геологических условий отражает предполагаемые изменения геологической среды под воздействием существующих природных и антропогенных процессов, либо планируемых мероприятий.
Создание гидрогеологических карт в серии является бесспорным. Влияние подземных вод (уровня залегания и их химизма) представляет один из важнейших экологических факторов, определяющих условия существования и распределения живых организмов.
Карта защищенности подземных вод отображает их происхождение, состав, свойства, закономерности распределения и движения, взаимодействия с горными породами, а также содержит оценку и прогноз результатов антропогенного вмешательства с целью обеспечения сохранности подземных вод от количественного и качественного истощения.
Карта водоохранного зонирования призвана обеспечить информацией о возможности экологического риска в процессе размещения и эксплуатации объектов промышленности, расположенных в долинах рек и ручьев. Для этого выделяются зоны с различными уровнями водоохранных ограничений, регламентированными нормативными законодательными актами и научными рекомендациями.
Почвенно-геохимическая карта отражает закономерности распространения определенных генетических категорий почв, их особенности и свойства в зависимости от условий геохимического ландшафта и почвообразования. На основе данной карты дается прогноз изменений почв под действием антропогенных факторов.
В целях получения объективной и сопоставимой информации о состоянии природной среды исследуемой территории, ее изменениях в результате влияния антропогенных факторов необходимо создание карты мониторинга окружающей среды. С их помощью определяется перечень необходимых показателей, уточняются районы, пункты наблюдений, число станций, время и частота наблюдений.
Таким образом, выделение ПЭБ являются одним из способов проведения комплексной экологической оценки. Целью такой оценки являются экологическое обоснование проектов и схем развития нефтегазодобывающей отрасли. Экологическая оценка вносит вклад в обеспечение устойчивого развития, решение или предотвращение возникновения экологических проблем путем включения экологических соображений в формулировки целей развития.
214-225
Тема 6.8 Екологічно орієнтовані технології розробки нафтогазових родовищ
Тема 6.8.1 Технологія кущового наклонно-ориентированного буравлення з використанням безкомірних технологій
Кустовое безамбарное бурение с наклонной и горизонтальной проводкой ствола рассматривается как средство организации экономически и экологически эффективного бурения поисково-разведочных и эксплуатационных скважин. Оно позволяет более полно, рационально и комплексно осуществлять освоение и охрану недр, решать природоохранные задачи.
Кустовое бурение заключается в проходке с одной площадки пучка скважин. Осуществляется бурение, чаще всего, одной вертикальной и нескольких, обычно 4–8, наклонных, в том числе с горизонтальным стволом. Впервые его стали применять при бурении с морских платформ на шельфе. Однако впоследствии такой способ нашел применение и на суше. Существует богатый мировой опыт разработки месторождений полезных ископаемых методами глубокого кустового бурения с соблюдением норм экологической безопасности. Принципиальная схема проходки наклонно- горизонтальных буровых скважин и наиболее характерные ситуации, в которых эта технология наиболее эффективна, представлены на рисунке 6.1.1.
Рис. 10.1.1. Принципиальная схема эффективных вариантов наклонно-направленного и горизонтального бурения (по Baker Hughes company)
Строительство, проходка и эксплуатация кустов скважин позволяет сократить производственные расходы за счет обустройства одной площадки, вместо нескольких при традиционном вертикальном бурении. За счет централизации происходит упрощение производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры, связанной со строительством и эксплуатацией инженерных сооружений и обслуживанием персонала. Это также дает возможность избежать проходки скважин в зонах разломов и аномально-высокого давления рассолов, в местах, слабо изученных поисково-разведочным бурением и геофизическими методами.
К ограничениям кустового наклонного бурения на КГКМ относятся: удлинение ствола наклонной скважины, недостаток мощности отечественных буровых станков для бурения скважин длиной более 6 тыс. м, необходимой для достижения глубины забоя 3 тыс. м в радиусе забора газа 2 тыс. м.
В течение длительного времени шламовые амбары являются источником повышенной опасности для окружающей среды. Исследование буровых шламов (БШ) из нерекультивированных и рекультивированных амбаров разного срока хранения показало, что способ и длительность хранения влияют на токсичность и характер трансформации компонентов нефти.
Поступления токсических веществ из шламовых амбаров, в которых скапливаются отходы бурения, в грунты зоны аэрации и грунтовые воды обычно происходит вследствие отсутствия или некачественной гидроизоляции дна и стенок амбаров.
Целью безамбарного бурения является создание системы замкнутого водоснабжения, максимального извлечения твердой фазы при минимальных потерях жидкой фазы. Эта цель достигается путем возврата в систему максимально возможного объема жидкой фазы и сброса как можно больше сухого шлама. Этой целью руководствуются при выборе очистного оборудования. Только вибросита, центрифуги и обезвоживающая установка способны сбрасывать «относительно» сухой шлам.
Существует несколько способов утилизации жидких и твердых сбросов. Шлам на водной основе обычно рассеивается, разбавляется и сваливается на площадке.
Растворы на нефтяной основе создают дополнительные проблемы, так как экологические ограничения не допускают сброса шлама с нефтью. Перед сбросом содержание нефти снижается до разрешенного уровня. Установка утилизации позволяет производить эффективную обработку наработанного раствора, нефтесодержащего шлама и других загрязненных продуктов бурения. Исключение использования нефти в качестве смазывающей добавки позволяет уменьшить отрицательные воздействие отходов бурения на окружающую среду. После очистки экологически безопасные сухие материалы могут быть захоронены на площадке, использованы в качестве подсыпки или вывезены на специальное место.
Наиболее рациональным и экологически оправданным направлением утилизации сточных вод является переход на полностью или частично замкнутый цикл водообеспечения буровой. Его основу составляет максимально возможное вовлечение буровых сточных вод (БСВ) в систему оборотного водоснабжения с ориентацией на их использование для технических нужд бурения. Основными направлениями утилизации БСВ в оборотном водоснабжении буровой являются:
– обмыв механизмов системы очистки и регенерации буровых растворов;
– обмыв бурильного инструмента при выполнении спуско-подъемных операций;
– обмыв оборудования и рабочих площадок буровой, насосной и желобной систем;
– охлаждение штоков буровых насосов;
– приготовление химреагентов и бурового раствора;
– приготовление тампонажных растворов и буферных жидкостей при цементировании скважин;
– опрессовка обсадных труб.
Основным направлением утилизации отработанного бурового раствора (ОБР) остается их повторное использование для бурения новых скважин.
При работе по традиционной амбарной технологии, с целью сбора отходов рядом с буровой установкой роются или насыпаются отстойные котлованы (амбары) объемом от 1000 до 5000 м3 в зависимости от количества скважин в кусте, глубин и продолжительности бурения скважин. Эти амбары занимают площади до 2500 м2 только для одной буровой установки.
Как правило, строительство котлованов, а затем их рекультивация сопряжены с большими сложностями:
– отсутствие, либо отдаленность строительного материала (песка) при строительстве в тундре и болотистых местностях;
– негерметичность котлованов;
– значительные затраты по устройству и рекультивации амбаров. Кроме того, наносится невосполнимый ущерб природе за счет отторжения земель, разработки карьеров и других мероприятий. Также существуют месторождения, которые находятся в природоохранных зонах, где бурение по амбарной технологии просто запрещено.
Схема циркуляции раствора системы безамбарного бурения может быть адаптирована к буровой установке.
Из скважины неочищенный буровой раствор поступает на вибросита, где осуществляется первая ступень очистки бурового раствора от шлама. С вибросит шлам попадает в отдельную емкость-накопитель шлама.
Для второй степени очистки раствор после первой обработки на виброситах подается на гидроциклон. Шлам направляется в накопитель. Оставшийся раствор может идти по желобам в рабочую емкость, либо же для обработки на третьей стадии очистки через центрифуги (ЦФ). После очистки на ЦФ раствор идет в рабочие емкости, а шлам – в накопитель.
Для полной очистки воды от химических примесей применяется блок флокулянтной очистки (ФCУ). После блока ФCУ очищенная вода снова идет на приготовление буровых растворов, либо закачивается в сбросовые скважины. Возможен после соответствующей обработки и согласования в природоохранных органах слив на рельеф или сброс в водоем.
Экологический контроль осуществляется методами биологической индикации и тестирования продуктов очистки.
Имеется только одно место сбора шлама – металлический шламосборник, куда выведены лотки сброса шлама от вибросит, гидроциклонного пескоотделителя и центрифуги. При наличии разрешения шлам может быть использован для отсыпки дорог и развития площадки в смеси с песком.
Вода после обезвоживания раствора используется для приготовления и обработки раствора, а также для приготовления растворов флокулянта и коагулянта. Вода, которая остается после окончания бурения, может быть использована для бурения последующих скважин, закачана в сбросовые скважины, или после соответствующей обработки и получения разрешения природоохранных органов слива на рельеф.
Применение безамбарной технологии бурения позволяет решить как экологические, так и технологические проблемы:
– отказаться от строительства амбаров для сбора отходов бурения;
– исключить сброс жидких отходов на рельеф;
– сократить потребление технической воды за счет оборотного водоснабжения;
– за счет эффективного регулирования состава твердой фазы улучшить качество буровых растворов и снизить затраты на их приготовление и обработку;
– улучшить отработку долот и соответственно сократить сроки строительства скважин;
– улучшить вскрытие продуктивного пласта за счет низкого содержания твердой фазы;
– отказаться от применения в качестве смазочной добавки нефти.
Самым существенным фактором минимизации воздействия на окружающую природную среду является ведение буровых работ безамбарным методом без применения нефти.
Это обеспечивает практически замкнутый оборот воды, и следовательно резкое сокращение водопотребления при бурении. Замкнутая циркуляция бурового раствора исключает образование технологических излишков бурового раствора.
228 - 238
Тема 6.8.2 Проектування й освоєння обріїв з високим тиском
Опыт разведки подсолевых нефтегазоносных отложений показывает, что бурение поисковых и разведочных скважин в мощных солевых толщах – покрышках над залежами нефти и газа нередко осложняется и даже становится невозможным из-за наличия рапопроявлений – высоконапорных фонтанов внутрисолевых рассолов. Основные причины возникновения таких аварий следующие:
До начала бурения в недрах существует динамическое равновесие между пластовым давлением и горным (геостатическим). Бурением это равновесие нарушается, что особенно сильно сказывается на геодинамике недр при вскрытии скважиной зоны АВПД.
Огромный ущерб окружающей среде может быть нанесен в результате аварийных выбросов и неконтролируемого фонтанирования скважин подземными флюидами – водой, газом и особенно нефтью. В подавляющем большинстве случаев аварийные ситуации возникают при неожиданном вскрытии скважиной зоны АВПД.
Рапопроявления, отмечавшиеся при бурении глубоких поисковых скважин на нефть и газ в характеризуются различной интенсивностью: от незначительных, вызывающих коагуляцию бурового раствора и повышенный расход химических реагентов для их обработки, до нескольких тысяч кубических метров в сутки. Максимальными дебитами характеризуются рапопроявления, приуроченные к галогенно-карбонатной гидрогеологической формации, объединяющей проницаемые интервалы разреза в пределах соленосной толщи нижнекембрийского возраста, в основном к осинскому, реже к балыхтинскому горизонтам усольской свиты. В меньшей степени это относится к горизонтам бельской, булайской и ангарской свит нижнего кембрия.
Несмотря на огромный интерес к проблеме АВПД широкого круга специалистов – геологов, геофизиков, геохимиков и инженеров, занимающихся поисками, разведкой и разработкой нефтяных и газовых месторождений, очень мало внимания до сих пор уделяется изучению АВПД с точки зрения охраны окружающей среды, хотя огромное значение АВПД в этом аспекте очевидно. АВПД – потенциальный источник аварий в процессе бурения. Из краткого обзора видно, что неожиданное вскрытие зон АВПД – основная причина открытых фонтанов и выбросов пластовых флюидов. Зачастую это приводит к загрязнению окружающей среды, большим материальным затратам, а часто и к человеческим жертвам.
Подведем краткие итоги. Объекты с АВПД представляют наиболее серьезную опасность из-за масштаба связанных с ними явлений, по существу технических катастроф. На первом этапе – разведки и пионерного освоения КГКМ – это один из наиболее значимых факторов, требующий всестороннего осмысления. Недоучет этих факторов приводит:
– к аварии и затратам на перебуривание, замене оборудования;
– к серьезным экологическим последствиям, иногда катастрофического масштаба;
– гораздо позже – может происходить смятие обсадной колонны (недостаточная толщина стенки, некачественный цементаж заколонного пространства), – с активизацией перетоков из зоны АВПД в зоны с гидростатическим давленим на АНПД – т. е. в верхние водоносные горизонты, либо вниз – в продуктивный горизонт – газовую залежь.
Для формирования системы экологической безопасности на КГКМ актуально:
– опережающее изучение АВПД и разработка методики геолого-геофизического прогноза зон локализации АВПД в плане и разрезе;
– постановка специальных геологоразведочных работ (ГРР) – комплекса полевой электроразведки и сейсморазведки и дополнительного объема переинтерпретации существующих полевых геофизических материалов;
– построение прогнозных карт на АВПД на территории производства ГРР и пионерного освоения КГКМ (прогнозирование горно-геологических условий строительства скважин в соленосной части разреза осадочного чехла);
– проектирование буровых работ:
а) с учетом прогноза зон АВПД;
б) введением дополнительных изменений конструкции глубоких скважин;
в) разработкой регламентов вскрытия и проходки зон АВПД;
г) разработкой методики изоляции пластов-коллекторов с АВПД и устья скважин, центрированием обсадных колонн, и цементажом заколонного пространства, составом цемента и регламентом этих работ;
д) оперативным контролем ИТР за процессом ведения буровых работ;
е) разработка дополнительных мер по экологической безопасности через формирование полигонов захоронения.
Тема 6.9 Екологічне проектування нафтових і газових родовищ
Тема 6.9.1 Екологічна оцінка
Экологическая оценка намечаемой деятельности – превентивный, упреждающий инструмент экологического регулирования, нацеленный на учет экологических последствий намечаемой деятельности до начала ее осуществления. Особую важность такой подход приобретает в связи с распространением представлений об устойчивом развитии, способном наилучшим образом обеспечить потребности нынешнего и будущих поколений. Системы экологической оценки (ЭО) намечаемой деятельности сегодня используются практически во всех странах мира и во многих международных организациях, как «превентивный», упреждающий инструмент экологической политики.
В изложении стадий процесса ЭОП мы следуем схеме, приведенной на рисунке 6.2.
Процесс экологической оценки проектов начинается с принятия решения о необходимости ЭО. Это решение может приниматься инициатором деятельности или государственными органами на основе списков деятельности, подлежащих ЭО, в явном виде сформулированных в нормативно-правовых актах и предварительной оценки воздействий намечаемой деятельности на окружающую среду. Такая оценка может проводиться как неформально, так и в виде специального регламентированного процесса.
На этой же стадии может происходить более точное определение объекта экологической оценки. Это необходимо для того, чтобы избежать ситуации, когда оценке подвергается только часть реального замысла. Решение о проведении экологической оценки в некоторых системах принимается непосредственно инициатором деятельности на основе действующего законодательства и других правил. Однако во многих национальных системах отбор объектов ЭО проводится органами охраны окружающей среды, часто при участии заинтересованных сторон и общественности.
Следующей стадией является определение задач ЭО. На этой стадии выявляются потенциально важные воздействия, которые должны детально изучаться впоследствии. Здесь же может происходить определение принципиальных альтернатив намечаемой деятельности, которые будут анализироваться и сравниваться в процессе дальнейшей оценки. Как правило, на этой же стадии готовится план работ по дальнейшему прове-дению ЭО. Этот план может также охватывать получение необходимых согласований, консультации с общественностью и другие мероприятия.
Определение задач и планирование ЭО может осуществляться как непосредственно инициатором и разработчиком, так и при участии органов государственной власти и заинтересованных сторон. В ряде систем соответствующий документ носит официальный характер.
Прогноз, анализ и оценка значимости ожидаемых воздействий на окружающую среду является основной стадией процесса экологической оценки. При этом должна быть изучена не только физическая величина непосредственных воздействий, но и ожидаемые изменения в различных компонентах окружающей среды, взаимосвязи между всеми этими факторами.
Данная стадия экологической оценки в большинстве национальных систем выполняется инициатором деятельности или, по его поручению, специализированными организациями.
Разработка мероприятий по смягчению воздействий. В процессе проведения экологической оценки проектов информация о существенных экологических воздействиях должна приводить к выбору между предложенными альтернативами или поиску новых проектных решений, направленных на их смягчение. Выбор мер должен быть обоснован и их экологическая эффективность описана в документации по ЭО – это обычно является ответственностью инициатора и разработчика.
Составление итогового документа экологической оценки в большинстве национальных систем ЭО является обязанностью инициатора деятельности и, как правило, осуществляется по его поручению разработчиком проектной документации или специализированными организациями. Документация по ЭО должна в первую очередь способствовать принятию информированного решения по намечаемой деятельности. Другая важная функция – представить информацию о намечаемой деятельности и ее предполагаемых воздействиях для заинтересованных лиц и организаций, в том числе, для затрагиваемых этими воздействиями.
Консультации и участие общественности. Взаимодействие с заинтересованными сторонами – консультации и участие общественности – целесообразно на многих или даже на всех стадиях экологической оценки (как и показано на рис.6.2).
Оценка полноты и качества ЭО. Поскольку лица, использующие результаты экологической оценки, во многих случаях не имеют возможности оценить, насколько качественно она проведена, большинство национальных систем требуют предварительной проверки качества документации по экологической оценке. Такая проверка может проводиться постоянной независимой комиссией, спеціально создаваемой для этой цели, экспертами, назначаемыми министерством экологии из числа профессионалов, имеющих лицензию.
Рис. 6.2. Общая схема процесса экологической оценки проектов
Учет результатов экологической оценки в принятии решений. Промежуточные и окончательные результаты экологической оценки проектов могут использоваться различными сторонами, например:
– проектировщиками при выборе проектных решений, связанных с наименьшим воздействием на окружающую среду и при планировании мер по смягчению воздействий;
– инициатором при выборе альтернатив осуществления намечаемой деятельности;
– кредитно-финансовыми организациями при принятии решений о выделении средств на осуществление намечаемой деятельности;
– органами, ответственными за охрану окружающей среды при выдаче разрешений на природопользование и согласовании условий природопользования;
– другими органами государственного надзора и контроля, при принятии решений о разрешении или лицензировании намечаемой деятельности.
Послепроектный анализ. Одним из основных достоинств ЭОП является превентивность, основанная на предсказании воздействий. Обратной стороной этой особенности является низкая точность сделанных предсказаний. Поскольку многие выводы ЭО могут быть недостаточно точными, важна проверка их соответствия реальным воздействиям. В случае существенных расхождений необходимо принятие соответствующих мер для корректировки способов осуществления намечаемой деятельности. В некоторых системах такая проверка закреплена законодательно, в других она проводится на добровольных началах инициатором деятельности, природоохранными органами или исследовательскими организациями. Для обозначения различных видов такой деятель-ности часто употребляется общий термин «послепроектный анализ». Законодательство определяет содержание экологической экспертизы следующим образом: предусмотренные проектом технические решения направлены на обеспечение технической эффективности и надежности проектируемых сооружений, что в свою очередь является и основой экологической безопасности. Для решения этих и некоторых других вопросов выполнялись специализированные работы, отвечающие стадии инженерно-экологических изысканий (ИЭИ).
[6] с. 244-252
Тема 6.9.2 Інженерно-екологічні вишукування
Общие требования
Инженерно-экологические изыскания выполняются для экологического обоснования строительства и другой хозяйственной деятельности с целью предотвращения, снижения или ликвидации неблагоприятных последствий и связанных с ними социальных, экономических и других последствий для сохранения оптимальных условий жизни населения.
В Строительных нормах и правилах (СНиП 11-02-96 «Инженерно-экологические изыскания для разработки прединвестиций, обоснования инвестиций проектов») ИЭИ рассматриваются как вид строительной деятельности, обеспечивающий комплексное изучение природных и техногенных условий территории объектов строительства, составление прогнозов взаимодействия этих объектов с окружающей средой, обоснование их инженерной защиты и безопасных условий жизни населения. На основе материалов ИЭИ в дальнейшем разрабатывается предпроектные и проектные документы, в том числе и экологического содержания, такие как проекты оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и охраны окружающей среды (ООС). Основными нормативными документами, используемыми для проведения ИЭИ, являются СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства» и СНиП 11-02-96 «Инженерно-экологические изыскания» – самостоятельный вид комплексных инженерных исследований, который выполняется согласовано с другими видами изысканий – инженерно-геодезическими, инженерно-геологическими, инженерно-гидрогеологическими.
Инженерно-экологические изыскания – комплексное исследование компонентов окружающей природной среды, техногенных и социально-экономических условий в районе расположения проектируемого объекта. Инженерно-экологические изыскания следует выполнять для предпроектной документации с целью обеспечения своевременного принятия объемно-планировочных, пространственных и конструктивных решений, гарантирующих минимизацию экологического риска и предотвращения неблагоприятных или необратимых экологических последствий.
При разработке предынвестиционной документации осуществляется:
При этом используются материалы специально уполномоченных государственных органов в области охраны окружающей среды и их территориальных подразделений, служб санитарно-эпидемиологического надзора Минздрава, Укргидромета, Укркартографии, данные инженерно-экологических изысканий и исследований прошлых лет. При отсутствии или недостаточности имеющихся материалов для экологического обоснования предынвестиционной документации может проводиться рекогносцировочное обследование территории или, при необходимости, комплекс полевых ин-женерно-экологических работ, состав и объем которых устанавливается программой инженерных изысканий в соответствии с техническим заданием заказчика.
Инженерно-экологические изыскания для экологического обоснования градостроительной документации проводятся с целью обеспечения экологической безопасности проживания населения и оптимальности градостроительных и иных проектных решений с учетом мероприятий по охране природы и сохранению историко-культурного наследия в районе размещения города.
Они включают в себя:
При инженерно-экологических изысканиях для обоснования инвестиций изучают природные и техногенные условия всех намечаемых конкурентоспособных вариантов размещения площадок с учетом существующих и проектируемых источников воздействия, дают оценку состояния экосистем, условий проживания населения и возможных последствий их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Также получают необходимые и достаточные материалы для обоснованного выбора варианта размещения и принятия принципиальных решений, при которых прогнозируемый экологический риск будет минимальным.
При инженерно-экологических изысканиях для реконструкции и расширения предприятий устанавливаются изменения природной среды за период эксплуатации. При ликвидации объекта проводят оценку деградации природной среды в результате деятельности объекта, оценку последствий ухудшения экологической ситуации и их влияния на здоровье населения. Инженерно-экологические изыскания проводятся по разработанному заказчиком техническому заданию на их выполнение.
В состав инженерно-экологических изысканий входят:
– сбор, обработка, анализ опубликованных фондовых материалов и данных о состоянии природной среды, поиск объектов-аналогов для разработки прогнозов;
– экологическое дешифрирование аэрокосмических материалов с использованием различных видов съемок;
– маршрутные наблюдения с покомпонентным описанием природной среды и ландшафтов в целом, состояния наземных и водных экосистем, источников и визуальных признаков загрязнения;
– проходка горных выработок для установления условий распространения загрязнений и геоэкологического опробования;
– опробование почво-грунтов, поверхностных и подземных вод и определение в них комплексов загрязнителей;
– газо-геохимические исследования;
– исследование и оценка физических воздействий;
– эколого-гидрогеологические исследования (оценка влияния техногенных факторов, изменения гидрогеологических условий);
– почвенные исследования;
– изучение растительного и животного мира;
– социально-экономические исследования;
– санитарно-эпидемиологические и медико-биологические исследования;
– стационарные наблюдения (экологический мониторинг);
– камеральная обработка материалов;
– составление технического отчета.
Назначение и необходимость отдельных видов работ и исследований, условия их взаимозаменяемости устанавливается в программе инженерно-экологических изысканий на основе – маршрутные наблюдения с покомпонентным описанием природной среды и ландшафтов в целом, состояния наземных и водных экосистем, источников и признаков загрязнения; технического задания заказчика, в зависимости от вида строительства, характера и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений, особенностей природно-техногенной обстановки, степени экологической изученности территории и стадии проектных работ.
Инженерно-экологические изыскания для строительства должны проводиться в три этапа:
– подготовительный – сбор и анализ фондовых и опубликованных материалов и предполевое дешифрирование;
– полевые исследования – маршрутные наблюдения, полевое дешифрирование, проходка горных выработок, опробование, радиометрические, газо-геохимические и другие натурные исследования;
– камеральная обработка материалов – проведение химико-аналитических и других лабораторных исследований, анализ полученных данных, разработка прогнозов и рекомендаций, составление технического отчета.
[6] с. 252-257
Тема 6.9.3 Розробка проектів "Оцінка впливу на навколишнє середовище" (ОВНС)
Оценка воздействия на окружающую среду, проводимая заказчиком, является одной из важнейших составляющих российской системы экологической оценки. В частности, Закон «Об экологической экспертизе» говорит о том, что в составе документации, представляемой на государственную экологическую экспертизу, должны быть «Материалы оценки воздействия на окружающую среду». Однако Закон не определяет и не раскрывает понятие «оценка воздействия на окружающую среду», никак не регламентирует соответствующую процедуру. Более детальные требования к заказчику в этой области следуют из «Инструкции по экологическому обоснованию» принятых Госкомэкологией, а также из ряда инструкций Госстроя. Эти нормативно-правовые документы рассматриваются в данном разделе.
Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) – процедура учета экологических требований законодательства Российской Федерации при подготовке и принятии решений о социально-экономическом развитии общества.
Положение устанавливает ответственность заказчика за проведение ОВОС. Положение требует обязательного проведения ОВОС только для проектов объектов определенных категорий, и именно для этих видов деятельности ОВОС, как правило, осуществляется на практике. Для остальных объектов ОВОС может проводиться по решению региональных органов исполнительной власти по представлению соответствующих комитетов по охране окружающей среды.
«Положение об ОВОС», в частности, устанавливает необходимость рассмотрения альтернатив намечаемой деятельности, а также организации общественных слушаний или других форм участия общественности.
В отличие от нормативных актов, регулирующих процесс государственной экологической экспертизы, Положение не содержит детального описания процедур проведения ОВОС, требований к составу, содержанию и форме документации по оценке воздействия, ничего не говорит об ее использовании в дальнейшем процессе принятия решений. Для выявления и принятия необходимых и достаточных мер по предупреждению возможных неприемлемых последствий в процессе анализа и оценки воздействия намечаемой деятельности на окружающую среду разработчиком обосновывающей документации должны быть рассмотрены:
– цели реализации замысла или предполагаемого проекта;
– разумные альтернативы намечаемой деятельности;
– характеристика проектных и иных предложений в контексте существующей экологической ситуации на конкретной территории с учетом ранее принятых решений о ее социально-экономическом развитии;
– сведения о состоянии окружающей среды на территории предполагаемой реализации намечаемой деятельности в соответствующих пространственных и временных рамках;
– возможные последствия реализации намечаемой деятельности и ее альтернатив;
– меры и мероприятия по предотвращению неприемлемых для общества последствий осуществления принимаемых решений;
– предложения по разработке программы мониторинга реализации подготавливаемых решений и плана послепроектного экологического анализа.
Процедура ОВОС, отвечающая приведенным требованиям, проводится чаще всего для проектов, осуществляемых крупными компаниями, заботящимися о своем международном имидже, для крупных проектов с участием иностранного капитала, а также для проектов, финансируемых международными организациями – ЕБРР, Всемирный банк и т. п. При этом в качестве нормативных документов, регулирующих процедуру ОВОС, используются внутренние инструкции данных организаций, иногда адаптированные для российских условий.
Помимо «Положения об ОВОС» и «Инструкции по экологическому обоснованию...», существует ряд других нормативных документов, регулирующих проведение заказчиком оценки воздействия на окружающую среду. Как показывает практика, в той или иной форме эти элементы присутствуют в большинстве существующих систем экологической оценки. Во многих системах их наличие закреплено нормативными документами. Там где такая регламентация отсутствует, эти элементы, тем не менее, могут существовать в неявном виде, неформальным образом. Отсутствие же каких-либо из этих элементов, как правило, приводит к недостаточной эффективности системы ЭО. Многие из них часто присутствуют в форме специального этапа или процедуры, другие прин-ципиально связаны с несколькими этапами или процессом ЭО в целом.
Схема процесса отражает сложившиеся представления об экологической оценке, но не является единственно возможной. Более того, эта схема представляет собой результат обобщения, и в точности такая процедура не существует ни в одной стране. Однако эта схема содержит основные элементы процесса экологической оценки. В конкретных системах могут различаться названия этих элементов, их относительная значимость; несколько последовательных этапов могут сливаться в один или выполняться параллельно. Одни и те же действия в некоторых системах могут выполняться инициатором деятельности, а в других – государственными органами. Однако, в любом случае, эти элементы важны с точки зрения общей эффективности системы ЭО. Поэтому соответствующие элементы, а также механизмы решения связанных с ними задач присутствуют и в тех системах, где принятая процедура существенно отличается от «классической» системы ЭО.
[6] с. 258-262
Тема 6.9.4 Розробка проектів "Охорона навколишнього середовища" (ОНС)
В соответствии с требованиями «Инструкции о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений», СНиП 11-01-95, в составе проектной документации на строительство объектов различного назначения должен разрабатываться раздел «Охрана окружающей среды» (ООС).
Раздел проекта разрабатывается на основании утвержденного технико-экономического обоснования строительства схем и проектов районной планировки городов и населенных пунктов, схем генеральных планов промышленных объектов с учетом требований территориальных схем охраны природы, бассейновых схем комплексного использования и охраны водных ресурсов, а также материалов инженерно-экологических изысканий, выполненных для подготовки проекта.
Раздел ООС в составе проектной документации должен содержать комплекс предложений по рациональному использованию природных ресурсов в строительстве и технических решений по предупреждению негативного воздействия проектируемого объекта на окружающую природную среду. Состав и содержание раздела могут уточняться применительно к требованиям специфики проектирования предприятий соответствующих отраслей промышленности или параметров жилищно-гражданских объектов.
При разработке раздела ООС для проектируемого объекта следует выполнить:
– оценку современного состояния природной среды и уровня техногенной нагрузки района размещения объекта;
– определение уровня воздействия объекта на окружающую природную среду при различных вариантах реализации проекта;
– оценку изменений природной среды в результате планируемого воздействия;
– оценку последствий воздействия объекта на окружающую среду, социально-бытовые и хозяйственные условия жизни населения;
– определение экологического ущерба;
– разработку мероприятий по предотвращению или снижению возможных неблагоприятных воздействий на среду по основным вариантам,
– разработку мероприятий по организации мониторинга за состоянием окружающей природной среды.
Раздел ООС в проектной документации должен содержать следующие основные подразделы:
– краткие сведения о проектируемом объекте;
– охрана и рациональное использование земельных ресурсов;
– охрана атмосферного воздуха от загрязнения;
– охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения;
– охрана окружающей среды при складировании (утилизации) отходов промышленного производства;
– охрана растительности и животного мира;
– прогноз изменения состояния окружающей среды под воздействием проектируемого объекта:
– эколого-экономическая эффективность строительства, реконструкции, технического перевооружения объекта.
Различными проектными организациями состав и содержание раздела ООС может быть уточнен применительно к требованиям специфики проектирования предприятий соответствующих отраслей промышленности и параметров жилищно-гражданских объектов, возводимых в различных регионах.
Охрана окружающей природной среды и рациональное использование природных ресурсов при разработке раздела ООС должны рассматриваться с учетом природных особенностей района расположения проектируемого объекта и существующей техногенной нагрузки. Все параметры объекта следует оценивать по уровню их воздействия на экологию прилегающего района и возможности предупреждения негативных последствий функционирования предприятия для среды в ближайшей и отдаленной перспективе.
При разработке раздела ООС в составе проектной документации должны быть выявлены:
1) существующие природно-климатические характеристики района расположения объекта;
2) виды, основные источники и интенсивность существующего техногенного воздействия в рассматриваемом районе;
3) характер использования и объем природных ресурсов, вовлекаемых в хозяйственный оборот, условия их транспортировки к проектируемому объекту;
4) характер, объем и интенсивность предполагаемого воздействия проектируемого объекта на атмосферу, воздушную среду и территорию в процессе строительства и эксплуатации;
5) количество отходов производства, степень их токсичности, условия складирования, захоронения или утилизации;
6) возможность использования отходов на других производствах и в других отраслях хозяйства;
7) возможность аварийных ситуаций на объекте и их последствия;
8) изменения параметров окружающей среды под воздействием проектируемого объекта;
9) экологические и социальные последствия строительства и эксплуатации объекта.
В разделе ООС проектной документации должен разрабатываться прогноз изменения состояния природной среды и социально-экономических условий жизни населения в районе размещения объекта.
Разработанный прогноз должен отражать:
– изменения качественного состояния атмосферы с учетом его дополнительного загрязнения от выбросов проектируемого объекта;
– изменения качественного и количественного состояния поверхностных и подземных вод в районе расположения объекта;
– изменения в характере землепользования района расположения объекта;
– характер нарушений геологической среды, возможность активизации опасных геологических процессов и предполагаемый уровень загрязнения почв;
– характер воздействия объекта на растительность и животный мир, и их изменения под влиянием строительства и эксплуатации объекта;
– изменения социально-экономической обстановки и условий жизни населения, проживающего в районе размещения объекта.
[6] с. 262-265
Тема 6.9.5 Екологічна експертиза
Экологическая экспертиза – установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы.
Экологическая экспертиза основывается на принципах:
– презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности;
– обязательности проведения государственной экологической экспертизы до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы;
– комплексности оценки воздействия на окружающую природную среду хозяйственной и иной деятельности и его последствий;
– обязательности учета требований экологической безопасности при проведении экологической экспертизы;
– достоверности и полноты информации, представляемой на экологическую экспертизу;
– независимости экспертов экологической экспертизы при осуществлении ими своих полномочий в области экологической экспертизы;
– научной обоснованности, объективности и законности заключений экологической экспертизы;
– гласности, участия общественных организаций (объединений), учета общественного мнения;
– ответственности участников экологической экспертизы и заинтересованных лиц за организацию, проведение, качество экологической экспертизы».
Объектом экологической экспертизы является предпроектная, проектная или иная документация, описывающая намечаемую деятельность. Она должна содержать в своем составе:
– материалы оценки воздействия на окружающую природную среду;
– положительные заключения и (или) документы согласований органов федерального надзора и контроля с органами местного самоуправления, получаемых в установленном законодательством Российской Федерации порядке;
– заключения федеральных органов исполнительной власти по объекту государственной экологической экспертизы в случае его рассмотрения указанными органами и заключений общественной экологической экспертизы в случае ее проведения;
– материалы обсуждений объекта государственной экологической экспертизы с гражданами и общественными организациями (объединениями), организованных органами местного самоуправления».
Законом предусмотрена также возможность проведения общественной экологической экспертизы. Этот вид экспертизы может проводиться общественными организациями, устав которых предполагает такой вид деятельности. Результатом общественной экологической экспертизы является заключение рекомендательного характера, которое приобретает юридическую силу в случае его утверждения специально уполномоченным органом в области экологической экспертизы. В остальном, Закон предполагает сходство процедур общественной и государственной экологических экспертиз (требования к экспертам, их ответственность, и проч.), хотя отношения сторон в области общественной экологической экспертизы определены значительно менее детально.
Государственной экспертизе подлежат проектная документация объектов капитального строительства и результаты инженерных изысканий, выполненных для подготовки такой проектной документации
Государственная экспертиза проводится в отношении следующих видов объектов капитального строительства:
а) объекты, строительство, реконструкцию и (или) капитальный ремонт которых предполагается осуществлять на территориях двух и более субъектов;
б) объекты обороны и безопасности, иные объекты, сведения о которых составляют государственную тайну;
в) объекты культурного наследия государственного значения;
г) особо опасные и технически сложные объекты;
д) уникальные объекты.
К особо опасным и технически сложным объектам относятся:
а) объекты использования атомной энергии, в том числе ядерные установки, пункты хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ;
б) гидротехнические сооружения первого и второго классов, устанавливаемые в соответствии с законодательством о безопасности гидротехнических сооружений;
в) линейно-кабельные сооружения связи и сооружения связи, определяемые в соответствии с законодательством;
г) линии электропередачи и иные объекты электросетевого хозяйства напряжением 330 киловольт и более;
д) объекты космической инфраструктуры;
е) аэропорты и иные объекты авиационной инфраструктуры;
ж) объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования;
з) метрополитены;
и) морские порты, за исключением морских специализированных портов, предназначенных для обслуживания спортивных и прогулочных судов;
к) автомобильные дороги общего пользования федерального значения и относящиеся к ним транспортные инженерные сооружения;
В соответствии с положениями этого Постановления к объектам нефтегазового комплекса, подлежащим экспертизе, могут быть отнесены следующие виды инженерных сооружений, относящихся к объектам капитального строительства и отличающихся повышенной опасностью:
– поисково-разведочные и эксплуатационные скважины на нефть и газ глубокого бурения, в том числе скважины кустового бурения с наклонно-горизонтальной проходкой ствола;
– установки комплексной подготовки нефти и газа;
– магистральные нефте- и газопроводы.
– предприятия и заводы по переработке нефти и газа.
[6] с. 265-271
Тема 6.9.6 Участь громадськості
Мы коротко рассмотрели основные элементы процесса экологической оценки. Некоторые из них – участие общественности и рассмотрение альтернатив – не могут быть связаны с каким-либо одним этапом процесса экологической оценки (ЭО). Их присутствие на большинстве этапов является важным условием эффективности всего процесса.
Одним из важнейших элементов экологической оценки является участие общественности. Как уже было сказано, в процессе экологической оценки участвуют три основные группы, различающиеся по степени и характеру заинтересованности в тех или иных результатах проекта:
При этом инициатор деятельности и группа участников, представляющая интересы государства, достаточно легко определяются по формальным признакам, их права и обязанности, как правило, регламентированы нормативными документами.
В то же время группа, условно названная «другие заинтересованные стороны», и, прежде всего, та ее часть, которую можно охарактеризовать как «общественность», поддается идентификации гораздо труднее. При этом сама общественность имеет сложную внутреннюю структуру, включает множество групп интересов. По этим причинам организация взаимодействия с ней в рамках процесса ЭО представляет наибольшую сложность.
Во-первых, участие общественности может служить инструментом согласования интересов различных групп. Противоречия, возникающие между интересами этих групп, являются наиболее частым источником конфликтов, возникающих вокруг проекта. Поэтому поиск таких проектных решений, которые в наибольшей степени отвечали бы интересам всех этих сторон, в значительной степени определяет содержание процесса участия общественности. Можно сказать, что одной из основных целей участия общественности в процессе ЭО является выработка взаимоприемлемых решений и, как следствие, уменьшение конфликтности проекта в целом.
Во-вторых, общественное участие может использоваться в качестве инструмента для решенияразличных задач экологической оценки, таких как выявление возможных воздействий, изучение социальной значимости проекта и определение наиболее значимых воздействий, изучение альтернатив, планирование мер по уменьшению и смягчению воздействий. В целом общественное участие должно содействовать улучшению качества принимаемых решений.
И, наконец, участие общественности в процессе ЭО представляет самостоятельную ценность, поскольку оно является инструментом осуществления прав граждан.
Участие общественности как составная часть взаимодействия с заинтересованными сторонами является одним из важнейших элементов процесса экологической оценки. Оно служит инструментом для согласования интересов различных групп, решения различных задач экологической оценки. Кроме того, независимо от практических задач процесса ЭО, участие общественности в этом процессе имеет самостоятельную ценность как реализация права граждан на получение информации и участие в принятии экологически значимых решений.
Участие общественности является непрерывным процессом, происходит по определенным правилам, известным участникам этого процесса, носит характер диалога – общественность не только получает информацию о намечаемой деятельности, но и сообщает о своей точке зрения. Однако, это определение, с нашей точки зрения, не учитывает еще один важный аспект. Понятие участия подразумевает, помимо диалога, и учет точки зрения общественности в процессе принятия решения. При этом эффективная система ЭО должна включать нормы и механизмы, обеспечивающие такой учет.
На практике степень участия общественности в процессе принятия решений может быть различной. Следует отметить, что не существует одного уровня участия, оптимального для всех возможных ситуаций. Выбор такого уровня в каждом конкретном случае зависит от природы самого проекта, характера и масштабов его воздействия на окружающую среду, требований законодательства, а также от уровня обеспокоенности общественности, демократических традиций, характерных для региона его реализации и прочих причин социально-экологического характера. Можно утверждать, что работа на уровне манипуляции и терапии неэффективна для решения основных задач общественного участия. В то же время, реализация максимально «демократического» варианта в большинстве случаев не является ни оптимальной, ни возможной. Как правило, для проектов, вызывающих серьезную обеспокоенность общественности, целесообразно строить программы участия, ориентируясь на уровень партнерства. Для проектов, вызывающих меньший общественный интерес, часто можно ограничиться информированием и консультациями. Таким образом, значимость проекта для общественности является одним из важных факторов, определяющих предпочтительный уровень участия. Выяснение степени этой значимости составляет одну из важных задач участия общественности на ранних этапах ЭО. Большинство реальных программ общественного участия находится на уровне информирования, консультаций, или, в некоторых случаях, учета мнения общественности.
[6] с. 271-274
Тема 6.9.7 Розгляд альтернатив
Известно, что любой хозяйственный объект, так или иначе, оказывает влияние на окружающую среду. Важнейшей задачей экологической оценки (ЭО) является минимизация этого влияния. При этом само понятие минимизации предполагает сравнение с другими вариантами решений, ведущих к той же цели. Можно сказать, что экологическая оценка на безальтернативной основе вообще не имеет смысла. Кроме того, выбор варианта из числа исследованных альтернатив является одним из способов учета результатов ЭО в принятии решений. В хорошо организованном процессе ЭО рассмотрение альтернатив проходит через большинство стадий – от их определения на ранних этапах процесса, через анализ на стадии прогноза воздействий и обсуждение с заинтересованными сторонами, и до принятия решений по итогам ЭО.
Необходимость рассмотрения альтернатив зафиксирована в законодательстве большинства стран и международных организаций, имеющих системы экологической оценки.
С некоторой долей условности можно выделить следующие основные типы альтернатив, которые могут рассматриваться в ходе экологической оценки.
Отказ от деятельности («no action option»). Рассмотрение этой альтернативы предполагает описание состояния окружающей среды в случае полного отказа от намечаемой деятельности. Строго говоря, этот вариант не является «альтернативой» в смысле приведенного выше определения, поскольку подразумевает отказ от достижения цели. В то же время его рассмотрение очень важно с методической точки зрения – оно позволяет задать «базовую линию», с которой можно сравнить выгоды и издержки, связанные с различными вариантами осуществления намечаемой деятельности. Рассмотрение этого варианта также важно для принятия решения о возможности осуществления намечаемой деятельности в целом.
Различные принципиальные подходы к достижению цели. Например выбор между мероприятиями по энергосбережению, сооружением электростанции и импортом энергии из другого региона.
Различные площадки для осуществления намечаемой деятельности. Воздействия, создаваемые намечаемой деятельностью и, что особенно важно, значимость этих воздействий существенно зависят от места ее осуществления. Значительная часть конфликтов, возникающих вокруг намечаемой деятельности, связана именно с выбором места ее осуществления. Поэтому очень важным является своевременное рассмотрение вариантов размещения с участием заинтересованных сторон. Хотя наличие необходимой инфраструктуры, рельеф местности, характер почв и другие факторы могут существенно ограничивать свободу выбора вариантов, рассмотрение нескольких «альтернативных площадок» возможно практически в любом случае. К этому же типу можно отнести различные варианты прокладки путей сообщения и коммуникаций (дорог, трубопроводов, линий электропередачи и т. п.)
Масштаб намечаемой деятельности в значительной мере определяется ее целью, и существенное его изменение может фактически означать отказ от достижения цели. Тем не менее, в некоторых ситуациях могут быть рассмотрены варианты осуществления деятельности, различающиеся по этому показателю. Это может быть, например, выбор между сооружением одной или двух взлетно-посадочных полос для нового аэропорта. Варианты размера и емкости полигона для размещения отходов, масштаба предполагаемых работ по разработке полезных ископаемых также могут быть предметом сравнительного рассмотрения в процессе ЭО. К этой же группе можно отнести и выбор между сооружением нескольких небольших объектов или одного крупного.
Различные типы производственного процесса и оборудования. Это широкая группа альтернатив, которые могут рассматриваться на различных этапах проектного цикла. С одной стороны, к этой группе можно отнести варианты типа объекта (ГЭС, АЭС или тепловая электростанция). С другой стороны, в нее входят и варианты конкретного производственного процесса, реализуемого в одном из цехов.
План площадки, размещение и конструкция объектов в некоторой степени определяют воздействие намечаемой деятельности. Так, например, производственные здания могут быть большей или меньшей высоты (с чем связано большее или меньшее визуальное воздействие). Значимость выбросов загрязняющих веществ может существенно зависеть от того, расположен ли цех, вносящий в них основной вклад, ближе к жилым кварталам или дальше от них.
Режим функционирования объекта также может влиять на величину и значимости воздействий. Так, режим эксплуатации объекта может предусматривать движение тяжелых грузовиков только в рабочее время или круглосуточно. Время строительства может быть выбрано так, чтобы не создавать препятствий для миграции животных или нереста рыб.
Наконец, следует упомянуть различные варианты смягчения воздействий. Они рассматриваются тогда, когда первоначальный прогноз воздействий уже выполнен, и перед проектировщиками и исполнителями ЭО встает задача их уменьшения или полного предотвращения. К этой группе могут относиться как альтернативы, относящиеся к перечисленным выше типам, так и варианты специальных мероприятий, например строительство очистных сооружений того или иного типа.
[6] с. 274-277
Тема 6.10 Екологічний моніторинг нафтових і газових родовищ
Тема 6.10.1 Поняття екологічного моніторингу
Экологический мониторинг рассматривается как совокупность систем комплексных наблюдений за антропогенными и природными источниками воздействия, состоянием окружающей среды, динамикой происходящих в ней изменений, прогнозом развития ситуаций и управления ими. В качестве основных элементов мониторинг включает наблюдения за факторами воздействия и состоянием окружающей среды, прогноз ее будущего состояния и оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды. Ключевой задачей экологического мониторинга является обеспечение систематических наблюдений за экологическими эффектами взаимодействия природы, населения и хозяйства на определенной территории.
Мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг), согласно Закону «Об охране окружающей среды» – это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) – мониторинг окружающей среды, осуществляемый органами государственной власти и органами государственной власти субъектов. В Украине осуществляется государственный, производственный, муниципальный и общественный контроль в области охраны окружающей среды. Контроль в области охраны окружающей среды проводится в целях обеспечения органами государственной власти , органами государственной власти субъектов , органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами исполнения законодательства и соблюдения требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды, а также обеспечения экологической безопасности.
В Украине сформирована Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая создана с целью:
– информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды;
– рационального использования природных ресурсов;
– обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов;
– ведения государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия.
Основными задачами являются:
1) проведение наблюдений за изменением состояния окружающей среды и экосистемами, источниками антропогенных воздействий с определенным пространственным и временным разрешением;
2) проведение оценок состояния окружающей среды, экосистем территории страны, источников антропогенного воздействия;
3) прогноз состояния окружающей среды, экологической обстановки на территории России, уровней антропогенного воздействия при различных условиях размещения производительных сил, социальных и экономических сценариях развития страны и ее регионов.
Организация и функционирование ведомственной наблюдательной сети осуществляется с соблюдением основных принципов деятельности гидрометеорологической службы:
– репрезентативности пунктов наблюдений;
– единства и сопоставимости методов наблюдений, обработки и обобщения результатов наблюдений;
– обеспечения достоверности получаемых результатов и доступности информации для пользователей.
Ведомственные стационарные и подвижные пункты наблюдений осуществляют свою деятельность на основании лицензий, получаемых от Укргидромета, и с соблюдением требований нормативних документов, регламентирующих производство наблюдений. Укргидромет, его территориальные органы и организации оказывают ведомствам необходимую помощь по организационным, техническим и методическим вопросам обеспечения деятельности пунктов наблюдений на основе договоров.
Информация в рамках экологического мониторинга может представляться:
– в соответствии с порядком, установленным нормативно-методической документацией по ведению государственной статистической отчетности;
– в соответствии с порядком, установленным специально уполномоченными государственными органами по экологическому мониторингу.
Системы экологического мониторинга Украины тесно взаимосвязаны с международным мониторингом, который осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) и охватывает национальные и региональные (межнациональные) системы мониторинга. Эти системы мониторинга являются научно-методической основой для различных отраслевых и ведомственных систем мониторинга, например, нефтегазовой промышленности, или отдельных его сегментов.
[6] с. 277-280
Тема 6.10.2 Структурно-логічна схема
Мониторинг следует обеспечивать на всех иерархических уровнях (рис. 6.1). Каждый уровень мониторинга должен включать три подсистемы:
1) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных отказами объектов различного уровня иерархии;
2) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных ошибочными действиями операторов объектов;
3) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных природными воздействиями.
Локальный (объектный) уровень мониторинга предназначен для оценки и прогнозирования технического состояния и надежности оборудования опасных технических объектов. Он осуществляется посредством мониторинга состояния этого оборудования и получения значений вероятности (или частоты) возникновения инцидентов и аварий, причинно-следственного комплекса формирования инцидентов и аварий, данных о качественном и количественном составе опасных утечек, неорганизованных выбросов и других экологических, экономических и социальных последствиях.
Рис. 6.1. Иерархическая структура мониторинга
Производственный уровень мониторинга предназначен для оценки и сравнения технической безопасности отдельных технических объектов и территориальных производственных подсистем объектов, а также КГК в целом.
Основные задачи субрегионального уровня:
1) получение, накопление и систематизация данных о состоянии опасных объектов КГК;
2) информационное обеспечение долгосрочного и оперативного прогнозирования технической безопасности КГК, в том числе при возникновении чрезвычайных ситуаций;
3) обеспечения эффективного информационного сопряжения с другими подсистемами ПЭМ КГК;
4) информационное обеспечение управления технической и экологической безопасностью КГК.
Сеть режимных наблюдений должна соответствовать технологической схеме объектов КГК и обеспечивать контроль технической безопасности для следующих групп производственных объектов:
– системы жизнеобеспечения – связь, энерго- и теплоснабжение, водоснабжение, защитные сооружения, системы защиты и др.;
– промышленные системы – крупные блоки;
– технические системы – объекты производственного и вспомогательного назначения, площадные и линейные сооружения, инженерные коммуникации и др.;
– механические системы – энергетическое, буровое, подъемно-транспортное, насосно-компрессорное, емкостное оборудование, технологические трубопроводы и др.;
– отдельные технические объекты – компрессор, насос, емкость, участок трубопровода и др.
Система ПЭМ КГК должна включать контроль состояния основных компонентов окружающей среды (природа, социально-хозяйственная сфера) и воздействующих на нее производственных объектов на всех этапах освоения и развития КГК.
Соответственно система ПЭМ КГК должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:
– о состоянии окружающей среды, об источниках и факторах воздействия;
– о причинах наблюдаемых и прогнозируемых изменений состояния ОС и технических объектов;
– о допустимости изменений и нагрузок на ОС и ее элементы (компоненты, экосистемы).
[6] с. 280-284
Тема 6.10.3 Об'єкти екологічного моніторингу: природне й техногенне середовища й сфера взаємодії
К объектам ПЭМ относятся источники техногенного воздействия и элементы социально-хозяйственного назначения КГК, компоненты окружающей среды. В отношении производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры КГК объектами мониторинга источников воздействия на разных уровнях выступают блоки, группы и элементы технических объектов КГК и их техническая безопасность. В качестве факторов воздействия объектами мониторинга являются выбросы, сбросы, изъятия природных ресурсов, геофизические и геохимические нарушения состояния ОС, отходы, воздействие шума, электромагнитного и теплового излучения, радиоволн.
Объектами мониторинга в отношении окружающей среды служат различные компоненты природы, хозяйства и населения. К природным компонентам относятся: атмосферный воздух, поверхностные воды, геологическая среда, в том числе и подземные воды, почвы, растительность, животный мир. Одновременно с мониторингом состояния природных компонентов окружающей среды должен осуществляться мониторинг состояния природных ресурсов, включающий:
– мониторинг водных ресурсов, их оценку;
– мониторинг земельных ресурсов, осуществляемый как землепользователями, так и государственными землеустроительными органами, земельным комитетом района;
– мониторинг минерально-сырьевых ресурсов, осуществляемый в отношении углеводородного сырья на различных стадиях освоения месторождения;
– мониторинг биологических ресурсов, включая мониторинг промысловых видов животных, ценных промысловых рыб, ценных и редких растений, лесов.
В качестве элементов ОС как объекты мониторинга должны рассматриваться функциональные зоны, т. е. нормативные защитные зоны природных и техногенных объектов, попадающих в зону воздействия КГК.
Выбор объектов мониторинга осуществляется исходя из целей и задач, уровня организации, принятых проектных решений, характеристик источников и факторов воздействия и зон их влияния, географического положения территории, особенностей компонентов ОС и их экологического состояния, политики природопользования и нормативно-правовой базы (рис. 6.2). При выборе объектов и пунктов мониторинга должна соблюдаться репрезентативность наблюдения, т. е. представительность выбранной части каких-либо наблюдений данного объекта по отношению ко всей совокупности наблюдений, из которых сделана выборка.
Приоритеты в выборе объектов и пунктов наблюдения определяются исходя из величины воздействия и его последствий. При этом учитывается не только степень нарушенности, отклонение от нормы, но и экологическая и социально-хозяйственная оценка значимости того либо иного компонента окружающей среды. Компоненты окружающей среды также рассматриваются в качестве источников воздействия друг на друга и объекты КГК. Такой подход связывается с представлениями о мере экологической опасности и степени обоснованности риска хозяйственной деятельности.
Значимые воздействия должны выявляться на всех этапах освоения и развития КГК на основе анализа характеристик источников воздействия, оценки современного и прогнозируемого состояния компонентов окружающей среды и экологической ситуации, величины отклонения их показателей. В качестве приоритетных объектов мониторинга выделяются те компоненты и элементы ОС, на которые существующее или планируемое воздействие КГК оказывает или может оказать наиболее значимое влияние.
Рис. 6.2. Объекты мониторинга
[6] с. 284-288
Тема 6.10.4 Формування мережі режимних спостережень
Создание сети наблюдения и разработка принципов процедуры ведения мониторинга является важным этапом мониторинга, на котором с учетом поставленных задач и имеющегося опыта функционирования систем мониторинга определяются основные структурные подразделения сети наблюдений, в том числе территориальные и локальные, с указанием их назначения.
При разработке сети пунктов наблюдения необходимо предусмотреть меры по соблюдению оптимального соотношения между видами наблюдательных сетей.
Наблюдения подразделяются на следующие типы:
– стационарные – проводятся на пунктах, действующих длительное время по определенной относительно неизменной программе;
– территориальные краткосрочные обследования для выявления пространственных аспектов загрязнения;
– интенсивные локальные наблюдения в местах с наибольшей вероятностью и опасностью загрязнения и других негативных последствий воздействия. При этом необходимо решить вопрос о целесообразности и масштабах использования автоматизированных, дистанционных и других подсистем мониторинга.
Пространственные аспекты мониторинга, включая выбор мест расположения пунктов контроля, определяются в зависимости от важности объекта и его состояния, экологической ситуации, предусмотренной проектом производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры, особенностей зонирования территории.Особое значение для обоснования сети мониторинга придается учету географических условий, конкретных местных и региональных факторов, их взаимному влиянию и взаимодействию.
С учетом сказанного принята следующая схема формирования пространственной структуры сети экологического мониторинга (рис. 6.3). Все пункты и маршруты наблюдения должны быть ординированны относительно производственных объектов НГК (нефте-газовых комплексов). Экологический контроль осуществляется в следующих зонах: рабочей, промышленной, санитарно-защитной, буферной и фоновой.
При размещении пунктов наблюдения учитывается взаимное расположение зон экологического контроля газового комплекса, а также защитных и охранных зон природных и социально-хозяйственных объектов, попадающих в сферу влияния комплекса.
Заключительное решение о местоположении пункта наблюдения принимается с учетом свойств окружающей среды, применяемых методов, требуемых периодичности и точности измерения, приборно-аппаратурной базы, технико-экономических возможностей.
Привязка пунктов наблюдения к местности осуществляется как в координатной сети топографических карт, так и в системе землеустройства. Для определения требований к получаемой информации по качеству окружающей среды необходима детализация и взаимоувязка поставленных перед мониторингом задач.
Важную роль играет формулирование представления о требуемом качестве окружающей среды и способах его оценки. На основании четко сформулированных задач, а также с учетом ранее накопленных данных о состоянии окружающей среды, определяются требования к информации, включая тип, форму и сроки ее предоставления потребителям, а также пригодность для управления охранной природы и природопользованием.
Особое значение придается выбору основных статистических методов обработки данных, так как от них в значительной мере зависят частота и сроки наблюдения, а также требования к точности получаемых значений.
[6] с. 288-292
Рис. 6.3 - Объекты производственной инфраструктуры
Тема 6.10.5 Розробка програми організації виробничого екологічного моніторингу
В задачу производственного экологического мониторинга бурения скважин входит сбор информации об исходном состоянии окружающей среды, источниках воздействия и изменениях, которые произойдут в природной и социально-хозяйственных сферах в результате осуществления проекта.
Наблюдения будут проводиться за компонентами окружающей природной среды и техническими объектами, влияющими на экологическую безопасность. Объектами контроля выступают атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, геологическая среда (преимущественно экзогенные геологические процессы и грунты), почвы, растительный и животный мир, земельные отводы и инженерные сооружения.
На поисковом этапе продолжительность работ на буровой площадке около 1 года. Поэтому при стационарном режиме контроль осуществляется в основном расчетными методами. Полевые наблюдения будут проводиться при аварийной ситуации.
Мониторинг воздушной среды. В связи с кратковременностью работ источников выбросов, контроль их величины осуществляется расчетным методом на основе комплекса программных средств. Координаты контрольных точек определяются на границе промзоны и санитарно-защитной зоны. Санитарно-защитная зона составляет для объектов данного класса 1 тыс. м. Промзона определяется границами буровой площадки (175х175 м). Пункты наблюдения вокруг буровой площадки располагаются в пределах рассчитанного поля концентраций вредных веществ по значениям ПДК, но не менее ширины санитарно-защитной зоны. Фоновая проба воздуха отбирается с наветренной стороны с триангуляционного пункта 654 м, расположенного в 1100 м юго-западнее буровой площадки.
Мониторинг снежного покрова проводится в отношении веществ, поступающих из атмосферы в случае аварийной ситуации. Пробы снега отбираются по радиусам загрязнения атмосферного воздуха. Фоновая проба снега отбирается с наветренной стороны у триангуляционного пункта 654 м, расположенного в 1100 м юго-западнее буровой площадки, там же, где и фоновая проба воздуха. Пробы снега на буровой площадке берутся в радиусе атмосферного загрязнения. Пункты мониторинга представляют собой подфакельные посты, которые служат для разовых наблюдений под газовыми факелами и возле факельного амбара.
Мониторинг поверхностных вод. Проводится в зависимости от близости расположения водніх обїектов и вероятности аварійного загрязнения.
Предполагается размещение пунктов наблюдения в створе этих ручьев в местах возможного поступления загрязнителей с площадки по ложбинам стока. Пробы поверхностных вод отбираются и анализируются при возникновении аварийной ситуации.
Мониторинг геологической среды. Объектами наблюдения являются горные породы и экзогенные геологические процессы. В контуре буровой площадки осуществляются профилактические осмотры земляных амбаров, дренажной канавы, заградительного вала и поверхности грунтовой отсыпки с целью своевременного выявления развития техногенной эрозии. Наблюдения за эрозионными процессами проводятся в период весеннего таяния снега и после ливневых дождей. Дополнительные обследования предпринимаются при аварийных ситуациях. За контуром буровой площадки осуществляется контроль дорожной эрозии подъездного пути.
Мониторинг подземных вод. В соответствии с ГОСТ 17.1.З.12-86 предусматривается ведомственный контроль состояния подземных вод.
Исходя из степени защищенности водн в процессе бурения скважины проводится контрольно-предупредительный мониторинг на локальном уровне. Пробы отбираются из гидроскважины, сооружаемой на буровой площадке. Осуществляется отбор следующих загрязняющих веществ: свинец, цинк, марганец, хром, никель, железо общее, азот аммонийный, фосфаты, сульфаты, хлориды, СПАВ, нефть и нефтепродукты, фенолы. Определяются следующие показатели: токсичность, pH, электропроводность, взвешенные вещества и сухой остаток.
Мониторинг почвенного покрова. На площадке возможно загрязнение почв буровыми растворами, природными рассолами и нефтепродуктами. В период бурения и испытания скважины загрязнение ландшафтов может происходить при аварийных ситуациях. Обследованию подлежат почвы на площадке и на пути движения загрязнителей. Анализируется общее состояние почвенного покрова и содержание в нем загрязняющих веществ. Химические анализы выполняются по ГОСТам.
В случае возникновения аварийной ситуации, в местах разлива нефтепродуктов и других вредных веществ отбираются пробы загрязненных почв.
Для контроля экологической ситуации планируется взятие проб после ликвидации скважины и рекультивации.
Мониторинг растительного покрова. Среди лесообразующих пород наиболее чувствительны к техногенному загрязнению хвойные породы, которые первыми реагирует на техногенное ухудшение условий среды произрастания. Наиболее чувствительным видом из живого напочвенного покрова вблизи площадки являются мхи. При загрязнении атмосферного воздуха происходит деградация хвойных деревьев и мхов; поэтому они принимаются в качестве индикатора состояния окружающей среды. Мониторинг растительности осуществляется при нештатных ситуациях. Пункты наблюдения устанавливаются по радиусам загрязнения.
Мониторинг животного мира. Главными факторами беспокойства являются шумовые эффекты при бурении и испытании скважин. Однако наиболее сильное воздействие на животный мир происходит во время аварийной ситуации. В этом случае необходимо осуществлять слежение за динамикой численности промысловых животных. Основным методом является учет численности животных по следам в маршрутах. В районе буровой площадки следует учитывать численность соболя, белки, зайца, медведя, косули, изюбра, рябчика, тетерева, глухаря и др. Учетные маршруты должны проходить по периметру площадки в 1 км от внешнего ее контура по границе санитарно-защитной зоны. Учет проводится до начала и после завершения охотничьего промысла.
Мониторинг землепользования осуществляется с целью контроля целевого использования в границах земельных отводов под буровую и вертолетную площадки, подъездные пути в соответствии с проектными решениями.
Мониторинг инженерных сооружений проводится на буровой скважине. Он включает измерение и регистрацию показателей надежности буровой вышки и оборудования, осадок, смещений грунтовых оснований конструкций, напряжений в металле труб и других в соответствии с техническими нормативами и регламентами. Необходимо постоянное наблюдение за техническим состоянием, правилами и нормами строительства и эксплуатации промышленных объектов на площадке.
[6] с. 292-298
Розділ 7 Економіка надрокористування
Тема 7.1 Еколого - економічна оцінка освоєння рудних копалин
Методология выбора технологии добычи полезных ископаемых, элементы кото рой можно использовать для принятия решений по любому техногенному преобразованию недр, заключается в следующем:
1) системный анализ последствий добычи руды на различных иерархических
уровнях:
региональном - определение свойств и особенностей поведения горного мас сива в масштабе района размещения рудника или карьера по всему промышленно- территориальному комплексу, с учётом геодинамики, неотектоники района, крупных тектонических швов и разломов;
рудничном - определение свойств горного массива в масштабе промпрощадки руд ника или карьера, с учётом свойств отдельных пород, расположения стволов и горизонтов, вскрытия и порядка отработки залежей, системы подготовительных выработок, сдвижений массива и нарушения поверхности, зон разгрузки и концентрации палеонапряжений;
забойном - определение особенностей пород в масштабе очистных блоков и проходческих забоев, с учётом параметров систем разработки, подготовки, нарезки блоков, последовательности очистной выемки и погашения пустот, проявлений горно го давления и прочее.
2) Выбор экономически оптимальных основообразующих технических решений:
способа разработки;
способа вскрытия;
систем разработки;
методов управления горным давлением;
3) Анализ существующего технологического процесса:
определение годовой производительности рудника, блоков;
определение рациональной нагрузки на забой, блок;
расчет движения пустот;
оценка размеров выработок, целиков, устойчивости закладки;
расчёт показателей выпуска для систем с обрушением.
4) Обоснование предложений по комплексному совершенствованию работы гор-
нодобывающего предприятия, повышению качества горных работ.
Такого рода работа сходна с финансовым аудитом деятельности коммерческой фирмы и может быть названа горно-технологическим аудитом.
Аудит - независимая проверка отчетности предприятия (финансовый аудит - бухгалтерской, пла тёжно-расчётной документации, налоговых деклараций и т.п.), с целью установления достоверности, степени точности отчётности и соответствия совершенных финансовых и хозяйственных операций нормативным актам.
Аудит экологический - процесс систематической документированной проверки и оценки объ ективным путём установленных законодательством экологических показателей, включает оцен ку воздействия на окружающую среду (ОВОС).
Аудит горно-технологический - оценка обоснованности ранее принятых на горнодобывающем предприятии решений по технологии ведения горных работ, включает анализ выбора способа разра ботки, вскрытия, систем разработки, методов управления горным давлением, производительности по забою, блоку, предприятию, устойчивости горных выработок, целиков, закладки, сдвижения пород и т.п.
Методологические принципы организации выбора оптимальных технологий освоения сложноструктурных месторождений с последующим использованием подземного пространства бази руются на поэтапном геомеханическом анализе последствий извлечения руды и по следующего использования подземного пространства, а также на эколого-экономическом анализе эффективности предлагаемых технологи ческих и природоохранных мер.
Эколого-экономическая модель, кроме привычного технико-экономического сравнения вариантов технологии по приведённым затратам или по чистому дискон тированному доходу, включает оценку воздействия горного производства на окружающую среду и затраты на природоохранные меры, с учётом значимости и исчерпаемости ресурсов отдельных элементов среды, принципиального доказатель ства экологической допустимости горных работ на данном месторождении.
При этом в основе выбора технологического решения на руднике, шахте должен лежать комплекс геомеханического обеспечения безаварийной и производительной очистной выемки, включающий:
-прогноз геомеханических последствий ведения очистных работ в блоке, выбор ра циональных размеров, мест заложения, последовательности и продолжительности ведения горных работ на основе построения изолиний полей напряжений, деформаций, сдвижений и подсчёта коэффициента статической устойчивости выработок;
- оценку несущей способности, удароопасности рудных целиков (межкаскадных и внутриблоковых) и искусственных;
-выбор достаточного объёма погашения пустот закладкой различного вида, обоснование возможности изоляции полостей и использования разнопрочной заклад ки;
-разработку мероприятий по предотвращению и локализации обрушений в бло ках, включающих сооружение несущих конструкций защитной потолочины, подпор ных стенок и объёмной несущей решетки.
При предпроектных работах необходимо решить две эколого-экономические задачи:
а) оценить удорожание типовых геологоразведочных, добычных работ, вызванное необхо димостью информационного обеспечения прогнозной оценки экологического и эколого-экономического ущерба освоения месторождения;
б) оценить эколого-экономический ущерб освоения рудного месторождения.
2 Оценка удорожания стоимости типовых геологоразведочных работ
В экологическом разделе проекта необходимо предусмотреть затраты не только на реализацию природоохранных мер самих горных работ, но и на экологические ис следования для получения информационного обеспечения и оценки прогнозных эко-лого-экономических последствий освоения рудных месторождений с учётом наличия информации о состоянии месторождения; объема дополнительных камеральных и на турных исследований для обоснования потенциальных источников, видов, индикато ров воздействия, объектов ущерба, т.е. для определения предполагаемых характери стик воздействия на окружающую среду и их последствий в физическом выра жении.
Объём таких исследований зависит от ряда факторов:
Удорожание типовых геологоразведочных работ в силу вышесказанного опреде ляют не в виде установленного процента к стоимости типовых геологоразведочных работ, а обосновывают конкретно, по калькуляции.
3 Оценка вероятного эколого-экономического ущерба освоения месторождения
Прогнозную оценку эколого-экономического ущерба производят в соответствии с указаниями Государственного Комитета по Запасам (ГКЗ) после определения эколо гических последствий освоения месторождения в физическом выражении и отклоне ния от нулевого варианта.
Вероятный эколого-экономический ущерб освоения рудного месторождения представляет денежную сумму, включающую затраты на природоохранные меры, плату за отходы и ущерб объектам ОС. В общем случае оценивают потенциальный, предотвращаемый и остаточный ущербы.
Потенциальный ущерб - это теоретический ущерб в предположении отсутст вия природоохранных мер.
Предотвращаемый ущерб - недопущенный или существенно уменьшенный в процессе производства потенциальный ущерб - благодаря применению превентивных или ограничивающих природоохранных мер.
Остаточный ущерб - реальный непредотвращенный ущерб, оставшийся после завершения производства, ликвидация которого связана с применением реабилитаци онных природоохранных мер.
По возможности, оценку эколого-экономического ущерба необходимо опреде лять в физическом выражении, при нецелесообразности применения количественных методов ущерб оценивают качественно, по аналогии, с привлечением соображений, учитывающих местные условия. Количественные методы оценки величины предот вращаемого ущерба от загрязнения основаны на величинах сокращаемых природо охранными мерами выбросах в атмосферу и воду, а также на учёте уменьшения пло щади загрязненных и нарушенных земель.
[3] с. 94-97
Тема 7.2 Характеристика складноструктурних родовищ
Сложноструктурные месторождения являются наиболее сложными в эксплуатации, и в то же время многочисленными - составляют 70-80% запасов цветных, благородных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов магматогенно-метасоматической генетической группы, включая гидротермальные. Причём не-которые химические элементы исключительно гидротермальный генезис, а другие добываются на гидротермальных месторождениях совместно с примесями. Вместе с тем, некоторые из этих химических элементов обладают высокой гео-токсичностью:
а) супертоксичные - Нg, Cd, Tl, Be, U, Rn, радионуклиды Sr и др.;
б) высокотоксичные - Pb, Se, Te, As, Sb, B, F, Th, V, Co, Ni, Ru;
в) опасные - Cu, Zn, S, Bi, Ag, Ba, Mo, Os, Pt, Yn, Ge, Sr, W, Al, Li, Mn и др.;
г) общетоксичные - Ti, Na, K, Ta, Rb, Ca, Si, Nb.
Сложноструктурные гидротермальные месторождения отличаются вулканическим происхождением, сложной структурой, резкими перепадами устойчивости массива, чередованием зон разгрузки и избыточного горного давления, расчленением массива тектоническими разломами, а также мощной толщей коры выветривания в кальдере. Сложные горно-геологические условия требуют предварительной оценки степени нарушенности массива, выбора наиболее эффективной системы разработки и её оптимальных параметров; или, наоборот, изменения физико-механических характеристик массива с целью применения в разных блоках унифицированной рациональной системы разработки; а также разработки мероприятий по поддержанию очистного пространства, погашению пустот, локализации сдвижений, снижению опорного горного давления, учёта последствий извлечения руды, сохранения и дальнейшего использования подземных пустот в качестве подземных сооружений – объектов промышленного, оборонного, сельскохозяйственного, культурологи-ческого, медицинского назначения, в качестве хранилищ и могильников.
Обладая теоретическими знаниями о мероприятиях по минимизации вредного воздействия горного производства на окружающую среду важно уметь использовать эти знания при практическом внедрении мер охраны среды на конкретном месторождении или его участке. Для оценки же правомерности переноса известных горнотехнологических решений в новую геологическую среду можно использовать принципы подобия, известные в моделировании. А именно:
1) Граничные и начальные геологические характеристики массивов должны совпадать (в первую очередь генезис месторождений).
2) Количественное подобие физико-механических характеристик массивов пород.
3) Одноименные безразмерные параметры должны быть равны.
4) Качественное соответствие характера деформирования и разрушения.
Для качественной и количественной оценки подобия массивов можно использовать общий показатель сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды в эксплуатационном блоке. Этот показатель зависит от характеристики породного массива с учётом типа рудоносного вулканического сооружения, уровня дислокационного метаморфизма, от структурного типа месторождения, от характера контактов рудных и безрудных участков, от характера распределения металла в руде.
[3] с. 100-105
Тема 7.3 Інвестеційне проектування
В международной практике план развития предприятия представляется в виде бизнес-плана, если же проект связан с привлечением инвестиций, то он носит название “инвестиционного проекта”. Обычно любой новый проект предприятия в той или иной мере связан с привлечением новых инвестиций.
Проекты бывают тактические и стратегические. К стратегическим относятся проекты, предусматривающие изменение формы собственности, или кардинальное изменение характера производства. Тактические проекты связаны с изменением объёмов выпускаемой продукции, повышением качества продукции, модернизацией оборудования.
Общая процедура упорядочения инвестиционной деятельности предприятия по отношению к конкретному проекту формализуется в виде так называемого проектного цикла, который имеет следующие этапы.
1. Формулировка проекта. На данном этапе руководство предприятия анализирует текущее состояние предприятия и определяет наиболее приоритетные направления его дальнейшего развития. Результат данного анализа оформляется в виде некоторой бизнес-идеи, которая направлена на решение наиболее важных для предприятия задач.
2. Разработка проекта. После того, как бизнес идея проекта прошла свою первую проверку, необходимо развивать её до того момента, когда можно будет принять твёрдое решение. Это решение может быть как положительным, так и отрицательным. На этом этапе требуется постепенное уточнение и совершенствование плана проекта во всех его измерениях.
3. Экспертиза проекта. Если финансирование проекта проводится с помощью стратегического инвестора, то инвестор сам проведёт эту экспертизу. Если предпри-ятие планирует осуществление инвестиционного проекта преимущественно за счёт собственных средств, то экспертиза проекта также весьма желательна для проверки правильности основных положений проекта.
4. Осуществление проекта. Стадия осуществления охватывает реальное развитие бизнес-идеи до того момента, когда проект полностью входит в эксплуатацию. Сюда включается отслеживание и анализ всех видов деятельности по мере их выполнения и контроль со стороны надзирающих органов, инвестора.
5. Оценка результатов. Оценка результатов производится как по завершению проекта в целом, так и в процессе его выполнения. Основная цель этого вида деятельности заключается в получении реальной обратной связи между заложенными в проект идеями и степенью их фактического выполне-ния, позволяя использовать полученный опыт при разработке других проектов.
Виды инвестиционных проектов
1. Замена устаревшего оборудования, как естественный процесс про-должения существующего бизнеса в неизменных масштабах.
2. Замена оборудования с целью снижения текущих производственных затрат.
3. Увеличение выпуска продукции или расширение рынка услуг.
4. Расширение предприятия с целью выпуска новых продуктов.
5. Проекты, имеющие экологическую нагрузку.
Предварительная стадия разработки и анализа проекта
После формулировки бизнес-идеи будущего инвестиционного проекта естественным образом возникает вопрос, способно ли предприятие реализо-вать эту идею в принципе.
Необходимо установить конкурентоспособность предприятия в рамках отрасли, к которой оно принадлежит, необходимо выяснить сравнительное с другими предприятиями положение данного предприятия на рынке товаров или услуг.
Анализ коммерческой выполнимости проекта
Суть коммерческого анализа заключается в ответе на два простых вопроса:
1. Сможем ли мы продать продукт, являющийся результатом реализации проекта?
2. Сможем ли мы получить от этого достаточный объём прибыли, оправдывающий инвестиционный проект?
Так как проекты осуществляются при уже существующих рынках, в проекте должна быть приведена их характеристика. Маркетинговый анализ должен также включать анализ потребителей и конкурентов. Анализ потрбителей должен определить потребительские запросы, потенциальные сегменты рынка и характер процесса покупки. Маркетинговый анализ включает в себя и прогнозирование спроса. На основе результатов маркетингового анализа разрабатывается маркетинговый план. В нём должны быть определены стратегии разработки продукта, ценообразования, продвижения товара на рынок и сбыта. Маркетинговый план должен также учитывать наличие других продуктов в ассортиментном наборе фирмы, а также организационные, финансовые, производственные и снабженческие аспекты её деятельности. В рамках маркетингового плана желательно спрогнозировать реакцию конкурентов и её последующее влияние на возможность выполнения маркетингового плана.
[3] с. 107-110
Тема 7.4 Технологічний аналіз проектів
Задачей технического анализа инвестиционного проекта является:
1. Определение технологий, наиболее подходящих с точки зрения целей проекта.
2. Анализ местных условий, в том числе доступности и стоимости сырья, энергии, рабочей силы.
3. Проверка наличия потенциальных возможностей планирования и осуществления проекта.
Технический анализ обычно производится группой собственных экспертов предприятия с возможным привлечением узких специалистов. Стандартная процедура технического анализа начинается с анализа собственных существующих технологий. При этом необходимо руководствоваться следующими критериями: 1) технология должна себя хорошо зарекомендовать ранее, то есть быть стандартной; 2) технология не должна быть ориентирована на импортное дорогое оборудование и сырьё.
Если оказывается невозможным использовать собственную технологию, то проводится анализ возможности привлечения зарубежной технологии и оборудования по одной из возможных схем:
• совместное предприятие с иностранной фирмой - частичное инвестирование и полное обеспечение всеми технологиями;
• покупка оборудования, которое реализует технологическое новшество;
• покупка принципиально нового оборудования, постройка завода, наладка технологического процесса;
• предыдущее плюс обучение персонала до тех пор, пока предприятие не произведет необходимый готовый продукт;
• покупка лицензий на производство;
• техническая помощь со стороны зарубежного технолога.
Правило выбора технологии предусматривает комплексный анализ некоторых альтернативных технологий и выбор наилучшего варианта.
Ключевые факторы выбора среди альтернативных технологий сводятся к следующему анализу.
1. Прежнее использование выбранных технологий в сходных масштабах.
2. Доступность сырья.
3. Коммунальные услуги и коммуникации.
4. Нужно быть уверенным, что организация, которая продает технологию, имеет на неё патент или лицензию.
5. По крайней мере, начальное сопровождение производства продавцом технологии.
6. Приспособленность технологии к местным условиям.
7. Загрузочный фактор, время для выхода оборудования на устойчивое состояние с паспортной производительностью.
8. Безопасность и экология.
9. Капитальные и производственные затраты.
[3] с. 110-113
Тема 7.5 Фінансово – економічний аналіз та визначення ризиків
Общая схема финансового раздела инвестиционного проекта следует простой последовательности.
1. Анализ финансового состояния предприятия в течение трехпяти предыдущих лет работы предприятия.
2. Прогноз прибылей и денежных потоков в процессе реализации инвестиционного проекта:
• определение инвестиционных потребностей предприятия по проекту;
• установление источников финансирования;
• прогноз прибылей и денежных потоков за счёт реализации проекта;
• оценка показателей эффективности проекта.
Финансовый анализ должен предусматривать принцип дисконтирова-ния1: “доллар сейчас стоит больше, чем доллар, полученный через год”, и учитывать инфляцию.
Экономический анализ
Основной вопрос финансового анализа: может ли проект увеличить богатство владельцев предприятия и государства? Экономический анализ проводится для крупных инвестиционных проектов, которые разрабатываются по заказу правительства и призваны решить какую-либо национально значимую задачу. Если предприятие разрабатывает инвестиционный проект по своей собственной инициативе, то экономический анализ проекта можно не производить.
Измерение экономической эффективности производится с учетом стоимости возможной закупки ресурсов и готовой продукции, внутренних цен, и многого другого, что является отличительной особенностью страны и не совпадает с мировыми правилами и расценками.
Институциональный анализ
Институциональный анализ оценивает возможность успешного выполнения инвестиционного проекта с учётом организационной, правовой, политической и административной обстановки, т.е. необходимо оценить совокупность внутренних и внешних факторов, сопровождающих инвестиционный проект.
Оценка внутренних факторов обычно производится по следующей схеме.
1. Анализ возможностей производственного менеджмента:
- опыт и квалификация менеджеров предприятия;
- их мотивация в рамках проекта;
- совместимость менеджеров с целями проекта и основными этическими и культурными ценностями проекта.
2. Анализ трудовых ресурсов, они должны соответствовать уровню используемых в проекте технологий, особенно в случае использования принципиально новой для предприятия технологии, возможно необходимо либо обучать рабочих, либо нанимать новых.
3. Анализ организационной структуры: как происходит на предприятии процесс принятия решений и как осуществляется распределение ответственности за их выполнение. Принятая на предприятии организационная структура не должна тормозить развитие проекта.
Анализ риска
Суть анализа риска состоит в следующем. Вне зависимости от качества допущений, будущее всегда несёт в себе элемент неопределенности. Большая часть данных, необходимых, например, для финансового анализа являются неопределенными. В будущем возможны изменения прогноза как в худшую сторону, так и в лучшую. Анализ риска предлагает учёт всех изменений, как в сторону ухудшения, так и в сторону улучшения, с учётом стоимости сырья и комплектующих, капитальных затрат, обслуживания, продаж, цены и так далее.
В процессе анализа риска ограничиваются анализом трёх схем и сценариев:
1. Выбирают параметры инвестиционного проекта в наибольшей степени неопределенные.
2. Производят анализ эффективности проекта для предельных значений каждого параметра.
3. В инвестиционном проекте представляют три сценария:
- базовый,
- наиболее пессимистичный,
- наиболее оптимистичный.
Стратегический инвестор обычно делает вывод на основе наиболее пессимистичного сценария.
Окончательно инвестиционный проект оформляется в виде бизнес-плана. В этом бизнес-плане, как правило, отражаются все перечисленные выше вопросы, но нет строгих стандартов бизнес-планирования, которым надлежит следовать “во всех случаях жизни”. Бизнес-план инвестиционного проекта, в первую очередь, должен удовлетворить требованиям того субъекта инвестиционной деятельности, от решения которого зависит дальнейшая судьба проекта.
[3] с. 113-114
Тема 7.6 Техніко – економічне порівняння варіантів технології видобутку корисних копалин
Тема 7.6.1 Економічне обґрунтування
Экономические расчёты, в общем виде, заключаются в следующем:
- определение инвестиционных затрат на строительство предприятия и размера производственных фондов на момент сдачи предприятия в эксплуатацию;
- расчёт эксплуатационных затрат на 1 т добытой рудной массы;
- определение удельных инвестиционных затрат на 1 т добытой рудной массы;
- расчёт себестоимости продукции, прибыли, уровня рентабельности производства;
- расчёт по обоснованию технико-экономических показателей работы предприятия;
- определение экономической эффективности технических решений специальной части проекта;
- сравнение технико-экономических показателей.
Расчёт основных производственных процессов добычных работ выполняется отдельно и включает:
- определение объёмов работ по основным процессам и штата рабочих для выполнения работ;
- определение месячного фонда заработной платы и начислений на заработную плату;
- установление месячной потребности: а) во вспомогательных материалах, б) в топливе, в) в электроэнергии;
- расчёт амортизационных отчислений (Амортизация - процесс постепенного переноса стоимости средств производства на производимый продукт );
- учёт прочих расходов;
- сводные затраты на производство горно-капитальных и добычных работ и опреде-ление себестоимости 1 т. Если проектируемый рудник входит в состав горно-обогатительного или горно-металлургического комбината, то кроме общерудничной себестоимости добычи 1 т горной массы необходимо определять также себестоимость 1 т концентрата.
Тематическое содержание и порядок разработки экономических вопросов могут быть представлены следующим алгоритмом действия (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Алгоритм выполнения экономической части проекта
[3] с. 115-116
Тема 7.6.2 Послідовність вибору системи розробки копалин
1 Последовательность выбора системы разработки
Каждую систему можно применять только в определенных горно-геологических условиях, на выбор системы разработки наиболее существенное влияние оказывают:
Учет этих факторов позволяет уточнить и конкретизировать выбор системы разработки, добавить некие детали, элементы в технологию добычи.
В общем виде задача выбора оптимального варианта вскрытия и подготовки шахтного (карьерного) поля решается на основе технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов с учётом горно-геологических условий, затрат на капитальное строительство и эксплуатацию вскрывающих выработок...
В качестве критерия выбора рекомендуется использовать средние за расчетный период удельные приведенные затраты (дисконтированные затраты) по вариантам.
Для выполнения простейших практических расчетов в случае, когда годовые объёмы добычи и себестоимость руды стабильны в период эксплуатации, а срок строительства мал, капитальные вложения на поддержание эксплуатации рудника (карьера) близки по величине отчислениям на реновацию, тогда можно использовать формулу:
Зу = С + Ен * К , грн /т (7.1)
где С - себестоимость добычи, грн/т ;
Ен=0.15 - нормативный коэффициент эффективности (рентабельность), соответствующий нормативному сроку окупаемости капитальных затрат (0,15-1 = 6,7 лет);
К - суммарные дисконтированные удельные капитальные вложения на строительство рудника (карьера), грн/т.
2 Последовательность выбора оптимального варианта вскрытия
Сначала осуществляется конструирование вариантов вскрытия месторождения из отдельных элементов, отвечающих данным горно-геологическим условиям, исключая при этом элементы, несовместимые между собой. Затем производится выбор наилучшего варианта вскрытия и подготовки на основе анализа расчетов затрат и эффектов. Если в результате анализа выявлен не один, а несколько равноценных вариантов, то выбор наилучшего из них следует производить по другим показателям.
Последовательность выбора следующая:
1) сконструировать и выбрать технически возможные и целесообразные для данных горно-геологических условий варианты вскрытия;
2) для каждого варианта определить количественные и качественные параметры:
- размеры основных частей шахтного, карьерного поля (горизонта, выемочного блока, этажа...);
- технические характеристики процессов и объектов (сечение, длину, вид крепи, вид транспорта в капитальных выработках, тип подъемных установок, тип вентилятора главного проветривания...);
3) выполнить эскизы выбранных вариантов, с выделением выработок, проведение которых финансируется за счёт инвестиций на строительство;
4) для каждого варианта определить объёмы работ по периодам их выполнения, а также объемы работ по учитываемым расходам;
5) на основании рассчитанных объёмов работ для каждого варианта по стоимостным параметрам определить поквартальные инвестиционные, эксплуатационные затраты и прибыль при вводе рудника (карьера) в эксплуатацию;
6) подсчитать, с учётом дисконтирования, за весь срок существования рудника (карьера) чистый дисконтированный доход по вариантам и выбрать экономически наивыгоднейший вариант.
[3] с. 116-119
Тема 7.6.3. Порівняння варіантів при виборі схеми вскриття копалин
В общем виде задача выбора оптимального варианта вскрытия месторождения решается на основе технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов с учётом горно-геологических условий, затрат на капитальное строительство и эксплуатацию вскрывающих выработок...
Затраты на капитальное строительство включают расходы на:
1) проведение вскрывающих выработок (стволов, штолен, квершлагов, околоствольных дворов, капитальных рудоспусков и капитальных восстающих).
2) оборудование поверхности шахты (копры, эстакады, бункеры, подъездные пути...);
3) установку горного и электромеханического оборудования.
Затраты на проведение выработок подсчитываются по имеющейся калькуляции себестоимости проходки 1 м3 выработки.
Эксплуатационные расходы подсчитываются на следующие виды работ:
1) ремонт и поддержание выработок;
2) откатка руды по квершлагам, штольням;
3) подъём руды по стволам;
4) водоотлив и вентиляцию;
5) наземный транспорт руды от рудника до обогатительной фабрики.
При определении инвестиционных вложений необходимо учитывать не только первоначальные инвестиционные вложения на строительство рудника (или нового очистного горизонта) для достижения проектной мощности, но также и инвестиционные вложения будущих лет, т.е. дополнительные вложения, осуществляемые в процессе эксплуатации рудника для поддержания его проектной мощности на определенном уровне.
Сравниваемые варианты могут отличаться не только по величине инвестиционных затрат и не только по времени их вложения, но и по срокам ввода рудника в эксплуатацию. В этом случае и инвестиционные вложения и притоки денег должны быть приведены (дисконтированы) к затратам и притокам настоящего времени, обычно они приводятся к началу строительства, тогда ещё все затраты и все притоки денег будут затратами и притоками будущих лет.
Дисконтирование - процедура приведения к базисному моменту времени затрат, результатов и эффектов, возникающих в бу-дущем, за счет умножения затрат, результатов и эффектов на коэффициент дисконтирования, равный
βt = 1 / (1+Е)t , (7.2)
где t - номер шага расчёта, годы (или кварталы) после начала строительства;
Е - норма дисконта, принимается равной приемлемому для инвестора уровню дохода на его капитал, например, 10% . т.е. Е=0.1 .
Шаг расчета в проектах принимается равным кварталу, т.е. трем месяцам (с та-кой периодичностью фирма обязана составлять финансовый отчет).
Если же норма дисконта Е сама меняется во времени и на t-м шаге расчёта равна Еt , то коэффициенты дисконтирования равны:
βо = 1 и βt = 1 / (1+Еt)t , (7.3)
Процедура дисконтирования числено отражает падающую со временем сравнительную значимость для нас затрат и эффектов, возникающих в отдалённом будущем.
[3] с. 119-120
Тема 7.6.4 Визачення собівартості продукції та рентабельності гірничого виробництва
Экономические расчёты по отдельным процессам производятся на основе принятой организации труда, выбранного оборудования, передовых методов производства и рациональной структуры управления рудничным (карьерным) хозяйством.
Эксплуатационные затраты на создание товарной продукции горного предприятия состоят из затрат на горно-капитальные работы и добычные работы, переработку полезного ископаемого, а также включают различные налоги и платежи.
Э=Эд+Эв+Э0+Эпр+Н , (7.4)
где Эд - производственные расходы непосредственно на добычу полезного иско-паемого, по каждому из производственных процессов (табл. 8.2);
Эв - производственные расходы на горно-капитальные работы;
Э0 - производственные расходы на обогащение;
Эпр – расходы на природоохранные меры;
Н – налоги и платежи, включаемые в себестоимость полезного ископаемого и определяемые федеральным и местным законодательством, например:
- предельные уровни регулярных платежей за право на добычу полезных ископаемых на территории Украины;
- нормативы стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяй-ственных угодий для несельскохозяйственных нужд;
- средние размеры ставок земельного налога;
- ставки отчислений на воспроизводство минерально-сырьевой базы;
- плата за древесину, отпускаемую на корню, включает плату на землю и установлена в зависимости от породы и от лесотаксового разряда (1-7 разряд);
- плата за воду…
Расчёты по каждому из эксплуатационных процессов сводятся в таблицу, где отражаются занятые в технологическом процессе рабочие по профессиям, служащие, машины и оборудование
[3] с. 120-122
Тема 7.6.5 Оцінка ефективності інвестицій
Все работы по оценке эффективности любых инвестиционных проектов в настоящее время осуществляют по показателям эффективности инвестиционных проектов (NPV, PI, IRR, tок).
1. Чистый дисконтированный доход инвестиционного проекта (ЧДД - синоним интегральному эффекту NPV):
ЧДД = NPV = Σ (Rt - Зt) * βt , (7.5)
где Rt – результаты (денежные притоки), получаемые на t-м шаге расчётов, грн;
Зt - затраты, осуществляемые на том же шаге, руб.
Чем выше ЧДД, тем выше эффективность проекта, при отрицательном ЧДД проект признают убыточным.
Под затратами Зt понимают как инвестиционные вложения Кt , осуществляемые в этом году, квартале, так и текущие, эксплуатационные издержки Иt данного периода. А под текущими издержками Иt подразумевают себестоимость выпуска готовой продукции Сt за вычетом амортизационных отчислений Аt:
Иt = Сt - Аt и Зt = Кt + Иt , грн (7.6)
Общерудничная себестоимость Сt включает в себя все затраты, связанные с выпуском и реализацией продукции предприятия.
Рентабельность продукции по отношению к общерудничной себестоимости рассчитывается по формуле:
r = Пt / Сt , (7.7)
где Пt - прибыль предприятия, определяемая как разница (Rt - Сt), грн.
В горнорудной промышленности рентабельность r0 = 15% считается хорошей рентабельностью.
Результаты Rt, получаемые в t-м году осуществления проекта, рассчитывают в виде годовой выручки, получаемой в этом году от реализации продукции Qt по ожидаемым ценам Цt , кроме того в состав выручки, получаемой от реализации проекта, может входить также выручка Фв.t от рыночной реализации высвобождаемых технических устройств, зданий, сооружений и т.п.:
Rt = Цt * Qt + Фв.t , грн (7.8)
Зная результаты Rt и планируемую рентабельность продукции (r), например, в 15%, можно ориентировочно получить общерудничную себестоимость Сt :
Сt = Rt /(r + 1) = (Цt * Qt + Фв.t) / (r + 1) , (7.9)
Тогда, окончательно чистый дисконтированный доход определяем по формуле:
ЧДД = NPV = [(Цt * Qt + Фв.t ) - (Кt + Сt - Аt)] * βt =
= [ r * (Цt * Qt + Фв.t ) / (r + 1) + Аt - Кt ] * βt , грн (7.10)
Расчеты ЧДД удобнее всего осуществлять в табличной форме. Если результаты расчётов по чистому дисконтированному доходу по вариантам отличаются друг от друга менее, чем на 10 %, то экономическое сравнение вариантов необходимо продолжать, учитывая эксплуатационные затраты, индекс доходности (PI) и срок окупаемости инвестиций (tок).
Аналогичным образом, оценкой эффективности инвестиций по чистому дисконтированному доходу можно производить технико-экономическое сравнение любых вариантов технологии добычи и вариантов природоохранных мер.
2. Индекс доходности (ИД, синоним - индекс прибыльности PI) - отношение суммы приведенных эффектов к величине инвестиционного капитала:
(7.11)
где Кt – инвестиционный капитал, грн;
Зt - полные затраты по общерудничной себестоимости на t-м шаге расчетов, грн.
Проект считается эффективным в случае, если ИД больше единицы.
3. Внутренняя норма доходности (ВНД, синоним - внутренняя норма прибыли IRR) - та норма дисконта Е, при которой величина приведенных эффектов равна при-веденным инвестиционным вложениям, т.е. та норму, при которой осуществление проекта приносит возврат осуществленных инвестиций точно к концу расчётного пе-риода. Если эта норма выше процентной ставки кредита, то кредит выгодно брать.
4. Срок окупаемости (tок) представляет собой длительность периода, в течение которого первоначальные вложения и другие затраты, связанные с осуществлением проекта, покрываются суммарным денежным эффектом, приносимым проектом, т.е. когда сумма чистых доходов будет равна сумме инвестиций:
(7.12)
Внутренняя ставка доходности r (рентабельность предприятия), должна быть больше величины Еt , иначе инвестиции убыточны.
[3] с. 122-124
Тема 7.6.6 Ресурсозбереження - базова ідея економічної експлуатації й відтворення природно-ресурсного потенціалу
Природные богатства (природно-ресурсный потенциал - ПРП), привлекаемые обществом в хозяйственную деятельность в соответствии с современными техническими и социально-экономическими возможностями, а также по условиям сохранения среды проживания людей, выполняют двойную функцию:
- как объекты природы они выполняют экономическую функцию, удовлетворяя материальные потребности общества;
- будучи одновременно объектами ОПС они осуществляют экологическую функцию.
Состояние ПРП определяется уровнем экологического равновесия биосферы и ее компонентов. Переход за пределы использования ПРП приводит к коллапсу. Природные ресурсы, всвязи с пониманием их исчерпаемости, стали выделять как специфическую экономическую категорию. В практическом плане это требует, их классификации, учета, оценки, контроля их состояния и использования, охраны и воспроизводства.
Удовлетворение этих требований возможно лишь в условиях рациональной деятельности по использованию различных видов природных ресурсов.
Экономическое содержание ресурсосбережения определяется, прежде всего, тем, что они объективно существует и развивается как конкретная сфера экономической деятельности, формируется с учетом специфического значения результатов ресурсосбережения. Одним из важнейших результатов ресурсосбережения оказывается его влияние на экологическую безопасность.
Ресурсосбережение должно быть эффективным. Решение проблемы определения эффективности ресурсосбережения связано с ее теоретико-методологическими обоснованиями на основе совокупного учета экономического и экологического аспектов.
При этом должно быть обращено внимание на то, что помимо связи с ПРП проблема ресурсосбережения охватывает также составляющие в виде антропогенного ресурсного цикла, характерного для промышленных экосистем. Как известно, а результате переработки первичного материального сырья, кроме основной продукции, на всех этапах производства, начиная с разведки, заготовки, добычи, транспортировки и заканчивая потреблением готовой продукции, образуется огромное количество отходов, которые характеризуются как вторичные ресурсы. Накапливаясь в конкретных условиях, они образуют техногенное месторождение полезных ископаемых, использованию которых обществом все более внимание.
Существуют две проблемы вторичных ресурсов это их сбор и переработка. Если сбор вторичных ресурсов считается скорее организационной проблемой, то переработка это чисто технологическая задача, порой не особенно сложная. Однако чаще всего простыми методами получить высококачественную продукцию из вторичного сырья не удается, так как оно отличается низкой химической чистотой. Конечно, существуют методы разделения, селективной очистки химических систем, но все они исключительно энергоемки. Однако энергетическая проблема не менее актуальна, чем сырьевая. Поэтому без решения энергетической проблемы сырьевые ресурсы будут оставаться дефицитными.
Уменьшение количества рассеянных отходов и потребления природных материальных ресурсов можно достичь, используя в хозяйствовании ресурсосбережение, малоотходные технологии. Основываясь на принципе эколого-системного подхода ресурсосбережение должно формироваться на предприятиях в виде организационно экономической системы, процесс функционирования которой включает:
- организацию непосредственной деятельности по ресурсосбережению;
- организацию управления деятельности по ресурсосбережению;
- формирование хозяйственного механизма ресурсосбережения.
Настоящее ресурсосбережение начинается с проектирования, когда оно уже на стадии проектов добывающих, перерабатывающих и производящих продукцию предприятий закладывается во все технологические операции по разведке, оценке, добыче и переработке природного ресурса на всех стадиях его движения к потребителю, а на замыкающих производствах с конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей использования последних.
Под механизмом экономии природных ресурсов предприятия понимается также совокупность всех видов хозяйственной деятельности, обеспечивающая снижение негативного воздействия производства и предотвращение нарушения экологического равновесия в природной среде. Она может осуществляться по следующим направлениям, ресурсосберегающая рационализация хозяйственной деятельности направленная на совершенствование материального производства и непроизводственной сферы, природоохранная деятельность и экологическая ориентация размещения производства. Таким образом, в условиях хозяйственной деятельности промышленного предприятия ресурсосбережение предполагает:
1) экологизацию продукции, то есть разработку таких ее видов, при использовании которых наносится минимальный ущерб окружающей среде;
2) экологизацию технологий производства продукции, разработку безотходных и малоотходных технологий, эффективного очистного оборудования, средств автоматизации, измерений и контроля;
3) разработку вариантов получение новой полезной продукции их побочных отходов отрасли.
Хозяйственный механизм ресурсосбережения требует наполнения его такими необходимыми элементами:
- формы и методы реализации ресурсосбережения;
- системы экономических и правовых регуляторов, которые являются инструментами воздействия на деятельность по ресурсосбережению.
Их обоснование и разработка откроет перспективы в направлении усовершенствования хозяйственного механизма ресурсосбережения в экологическом плане, будет способствовать превращению ресурсосбережения в действенный метод решения проблем ОПС.
[3’] с. 487-493
Тема 7.6.7 Нормування водовідведення
При установлении режима водоотведения необходимо рассчитывать норму водоотведения. Норма водоотведения – это максимально допустимое плановое количество отводимых шахтных вод, образующихся при производстве единицы продукции в определенных горно-геологических и организационно-технических условиях производства. Она устанавливается по признаку очистки сточных вод и включает в себя количество вод, выпускаемых в водный объект: очищенных производственных и бытовых вод; производственных вод, не требующих очистки; фильтрационных вод из прудов-осветлителей; хвостохранилищ и шламонакопителей. Следует учитывать также и дождевые воды. На шахтах основу нормы водоотведения составляет удельная величина шахтных вод и вод от осушения шахтных полей.
Сточные воды, не требующие очистки – это нормативно-чистые сточные воды, допускаемые к сбросу без очистки, отведение которых в водные объекты не приводит к нарушению качества воды в контрольном створе или пункте водопользования.
Шахтные, карьерные воды и воды от осушения шахтных полей – это природные попутно-добытые воды, изменившие или не изменившие свой первоначальный состав или свойства, которые при использовании на производственные нужды классифицируются как свежая техническая вода, а при отведении – как сточная вода.
Индивидуальные нормы водоотведения по направлениям рассчитываются по следующим формулам:
- норма водоотведения от технологических нужд (Нси.техн.) на предприятиях, не добывающих уголь:
(3.53)
- норма водоотведения от технологических нужд (Нси.техн.l) на горнодобывающих предприятиях:
; (3.54)
- норма водоотведения от потребности на нужды вспомогательного производства (Нси всп.) и норма водоотведения от хозяйственно-бытовых нужд
(Нси х-б.):
, (3.55)
где =1;2 – символы признака очистки отводимых вод (1 – требующих очистки, 2 – не требующих очистки);
- нормативы водоотведения, отражающие величину водоотведения от объема потребления свежей воды по отдельному водопотребляющему процессу или группе процессов;
- удельная величина попутно-добываемых вод, отводимых в водоемы, требующих либо не требующих очистки, м3/1000 т добычи.
Удельная величина попутно-добываемых вод на планируемый период принимается на фактически сложившемся уровне по данным многолетних замеров геолого-маркшейдерской службы с учетом гидрогеологической характеристики и расположения выемочных пластов (блоков) в плановом периоде.
Режим водоотведения характеризуется степенью равномерности поступления сточных вод на очистные сооружения и определяется для шахт и разрезов в основном водопритоками в горные выработки и устройством шахтного или карьерного водоотлива. Оценка режима водоотведения выражается коэффициентами часовой, суточной, месячной или годовой неравномерности, представляющими собой отношение максимального расхода сточных вод к среднему за соответствующий промежуток времени.
Органы надзора могут устанавливать лимиты водоотведения для шахт и разрезов на сутки, месяц, квартал и год в зависимости от нормативного объема водопотребления.
Среднесуточные нормативные объемы устанавливаются на основе разработанных индивидуальных норм, с учетом производственной программы предприятия, запланированных мероприятий по рациональному использованию и охране водных ресурсов, коэффициента водоотведения по периодам года.
Среднесуточное нормативное водоотведение на горнодобывающих предприятиях рассчитывается по следующей формуле:
,(3.56)
где Q′ - планируемый суточный объем добычи угля, тыс. т;
- удельная величина попутно-забираемых вод, отводимых в водоемы, м3/1000 т добычи;
Ксб - коэффициент неравномерности водопритоков по периодам года, который определяется геологомаркшейдерской службой на основании многолетних данных о величине колебаний водопритоков;
- норматив водопотребления по i-ому водопотребляющему процессу или группе процессов;
0,85 - нормативный коэффициент водоотведения от хозяйственно-бытовых нужд;
0,95 - нормативный коэффициент водоотведения от непроизводственных потребителей;
Wзсв - планируемое снижение сброса сточных вод по этапам внедрения запланированных мероприятий, м3/сут.
Среднесуточное нормативное водоотведение для недобывающих предприятий рассчитывается по следующей формуле:
(3.57)
Для представления местным водохозяйственным органам среднесуточные объемы водоотведения следует дифференцировать по приемникам и качеству сточных вод. При определении качества сбрасываемых сточных вод необходимо исходить из требований, изложенных в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами». По степени очистки сточные воды должны соответствовать нормативам, предусмотренным в проектах очистных сооружений или установленным местными органами Минздрава Украины.
[3’] с. 281-285
Тема 7.6.8 Раціональне використання й охорона надр при експлуатації родовищ.
Целями рационального использования и охраны недр в период эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых, в частности угля, является решение двух главных проблем:
1) обеспечение предусмотренной проектом экономически целесообразной полноты и комплексности разработки месторождения, а также максимальное использование вскрышных или вмещающих пород;
2) предотвращение сверхнормативных эксплуатационных потерь и разубоживания полезных ископаемых.
Кроме того, требуют решения проблемы предотвращения подземных пожаров, затопления выработок и др.
Из поставленных целей следует, что рациональное использование и охрана недр не ограничивает добычу минерального сырья, как это зачастую делается в отношении живой природы. Напротив, рациональное использование и охрана недр – это, прежде всего, обеспечение полноты выемки запасов минеральных ресурсов. Последняя задача встаёт перед человеческим обществом в связи с перспективой истощения минеральных ресурсов.
Для достижения поставленных целей, прежде всего, необходимо:
- определять и учитывать величину извлечения и потерь полезного ископаемого при добыче;
- совершенствовать технологию процессов добычи и переработки на инновационной основе и технико-экономических расчетах.
С учетом этих положений рассмотрим алгоритм проведения добычных (очистных) работ, обеспечивающий рациональное использование и охрану недр.
Добычные (очистные) работы должны производиться в строгом соответствии с проектом разработки выемочной единицы и планом развития горных работ, а применяемые при добычных работах выемочные механизмы и комплексы соответствовать параметрам разрабатываемых тел полезных ископаемых.
Количество готовых к выемке запасов полезных ископаемых, их качество, нормативы эксплуатационных потерь и разубоживания следует определять по выемочным единицам, шахтам. При этом число одновременно находящихся на предприятии в эксплуатации выемочных единиц должно обеспечивать:
- стабильное выполнение заданий;
- отработку различных по качеству запасов полезных ископаемых в соотношениях, обеспечивающих наиболее полное и комплексное извлечение полезных ископаемых из недр и получение минерального сырья заданного качества;
- концентрацию горных работ.
Запрещается ввод в эксплуатацию дополнительных выемочных единиц с целью выборочной отработки богатых или легкодоступных участков месторождения полезных ископаемых, приводящей к необоснованным потерям полезных ископаемых или к снижению ценности остающихся балансовых запасов.
Недоработка выемочных единиц не допускается. Лишь в исключительных случаях, по согласованию с органами горного надзора, разрешается временно оставлять в выемочных единицах неотработанными балансовые запасы полезных ископаемых при условии, что это не ведет к выборочной отработке других, более богатых участков месторождения или дополнительным потерям полезных ископаемых. После завершения отработки выемочной единицы оформляется акт на ее погашение.
Если предполагается добыча многокомпонентных полезных ископаемых, то оценка полноты и качества их извлечения производится как по основному, так и по попутным компонентам, имеющим промышленное значение. При этом определение показателей извлечения полезных ископаемых из недр, потерь и разубоживания производится на основе первичного учета раздельно по способам и системам разработки, выемочным единицам и в соответствии с требованиями Типовых методических указаний по определению, нормированию, учету и экономической оценке потерь полезных ископаемых при добыче.
В силу того, что потребителями недр, в основном являются предприятия горнодобывающей промышленности, повышение эффективности использования недр, а также обеспечение охраны недр зависят, прежде всего, от правильного ведения работ этими предприятиями. Предприятия обязаны постоянно осуществлять меры по:
- совершенствованию методов доразведки и эксплуатационной разведки, технологий разработки месторождений, методов контроля качества полезных ископаемых в недрах и добытого минерального сырья;
- внедрению прогрессивной новой техники;
- вовлечению в отработку забалансовых запасов, а также запасов локальных участков месторождения, ранее оставленных в недрах или неотрабатываемых по принятой на данном месторождении технологии.
Дополнительно при подземной разработке месторождений целесообразно, кроме того, рассматривать:
- возможность замены целиков полезных ископаемых породными изолирующими зонами;
- целесообразность выемки запасов полезных ископаемых из участков, где потушены пожары;
- возможность выемки запасов из подготовительных и барьерных целиков, надобность в которых миновала;
- применение закладки выработанного пространства для более полной отработки месторождений остродефицитных и полезных ископаемых;
- организация тщательной зачистки почвы выработок;
- меры по очистке дренажных и шахтных вод.
Кроме изложенного, каждым предприятием по добыче полезных ископаемых должна рассматриваться возможность:
- выемки запасов полезных ископаемых, ранее оставленных при разработке месторождения или отдельных его участков;
- выемки закладки, содержащей полезные компоненты;
- выемки участков забалансовых запасов, находящихся в зоне погашенных балансовых запасов;
- выемки полезных ископаемых, оставленных в выработанном пространстве, при системах разработки с обрушением полезного ископаемого и вмещающих пород;
- извлечение полезных ископаемых из отвалов вмещающих и вскрышных пород.
Такие работы должны осуществляться по специальному проекту, составленному проектной организацией и утвержденному вышестоящей организацией по согласованию с органами Госгортехнадзора.
Проект должен содержать:
- технико-экономическую оценку выемки запасов полезных ископаемых;
- методику и технологию подготовительных и очистных робот в увязке с основными горными работами предприятия;
- мероприятия по безопасному ведению горных работ.
Как показывает практика, существенное улучшение показателей полноты и качества извлечения полезных ископаемых может достигаться путем экономического стимулирования. На основании Типовых методических указаний по оценке экономических последствий потерь полезных ископаемых при разработке месторождений разработана отраслевая инструкция. В ней подробно изложены порядок и методы расчета экономических последствий.
При подземном способе добычи угля в данное время преобладают системы разработки с обрушением пород кровли (80-90% от общего объема добычи). Однако их применение сопровождается потерями полезного ископаемого (необходимость оставления охранных целиков), которые часто намного превосходят сверхнормативные. Решение проблемы наиболее полного извлечения угля и использования отходов, образующихся при его добыче, будет способствовать не только охране недр и ОПС, но и повышению эффективности работы угольных предприятий.
Тема7.6.9 Нормативи й порядок визначення норм споживання й водовідведення відповідно до процесів, характерних для шахт
Рациональное и экономное потребление питьевой воды требует правильного, т. е. научно-обоснованного, нормирования водопотребления и водоотведения. Это особенно актуально в настоящее время, когда все более ощутимым становится дефицит воды, а её потребление постоянно возрастает как в быту, так и промышленности.
Нормирование водопотребления (водоотведения) – установление плановой меры потребления воды и отвода сточных вод с учётом качества потребляемой и отводимой воды. Нормирование включает разработку, согласование и утверждение норм, а также контроль их выполнения.
Основная задача нормирования – обеспечить технически и экономически обоснованное водопотребление (а также водоотведение), добиться тем самым эффективного использования водных ресурсов. Нормирование позволяет своевременно определить нормативную потребность в воде на плановые и фактические объемы производства за квартал, полугодие, год и другую перспективу, анализировать причины, принимать меры по экономному потреблению воды.
Нормированию подлежит потребление общего количества воды, необходимого для производства единицы продукции, в том числе потребность в свежей технической и питьевой воде, объём оборотной и повторно-последовательно используемой воды (а также количество отводимых от производства сточных вод).
Различают нормативы и нормы водопотребления (и водоотведения).
Норма водопотребления – это максимально допустимое плановое количество воды требуемого качества, необходимое для производства единицы продукции (или вида работ) установленного качества в определенных горно-геологических и организационно-технических условиях производства.
Основой для расчета норм водопотребления (водоотведения) являются нормативы.
Норматив водопотребления (водоотведения) – это технически обоснованное количество необходимого и рационального потребления (сброса) воды для конкретного технологического процесса, операции, типа оборудования. Измерителем норматива является расход воды в литрах (кубических метрах), отнесенный к соответствующим единицам измерения объёмных показателей, определяющих величину расхода воды в каждом конкретном процессе (л/чел. см; л/гкал; л/м3 сжатого воздуха; л/т выплавки стали и т. п.). Норматив может быть выражен в процентах (размеры безвозвратного потребления воды и потерь на испарение, фильтрацию и т. п.) и в виде коэффициента (коэффициент водоотведения).
Норматив планировать нельзя (это показатель технически необходимый для работы машины, выполнения техпроцесса), а норму можно путём ограничения объемов производства. В этом их отличие. Классификация норм водопотребления и водоотведения осуществляется по одинаковым признакам, за исключением признака очистки, по которому устанавливают нормы водоотведения для сточных вод, требующих и нетребующих очистки. Дополнительно особенности нормирования водоотведения излагаются ниже в специальном разделе.
Нормы водопотребления (и водоотведения) классифицируются следующим образом:
- по степени прогрессивности (балансовые и оценочные);
- по периоду действия (текущие и перспективные);
- по уровням управления (индивидуальные нормы и укрупненные);
- по системам водоснабжения (нормы потребления свежей воды, нормы оборотной воды, нормы повторно-последовательно используемой воды);
- по группам качества воды (питьевой и технической);
- по направлениям использования воды (для технических нужд; для вспомогательного производства; для хозяйственно-бытовых нужд; работающих на производстве и непроизводственных потребителей);
- по признакам очистки сточных вод (нормы водоотведения требующих очистки и нетребующих очистки сточных вод).
Рассмотрим их сущность подробнее.
Балансовые и оценочные нормы. Балансовые нормы определяют максимально допустимое плановое количество потребляемой (отводимой) воды на производство единицы продукции (работы) в планируемых условиях производства.
Оценочные нормы разрабатываются с учётом лучших достижений отечественных и зарубежных предприятий по совершенствованию технологических процессов, оборудования, систем водоснабжения и канализации.
Текущие и перспективные нормы. Текущие нормы – нормы, действующие в данных конкретных производственных условиях. Текущие нормы действуют с момента их установления до изменения условий производства, влияющих на величину норм. С изменением условий производства текущие нормы пересматриваются.
Перспективные нормы – нормы, устанавливаемые на перспективный период, разрабатываются с учетом плана мероприятий дальнейшего совершенствования технологических процессов, применяемого оборудования, систем водоснабжения и канализации, качества используемой и отводимой воды в перспективном периоде.
Индивидуальные и укрупненные нормы. По уровням управления разрабатываются индивидуальные нормы и укрупненные.
Индивидуальные нормы водопотребления (водоотведения) – это расчетное количество потребления (сброса) воды, устанавливаемое для каждой шахты или разреза в отдельности на единицу каждого вида продукции или выполняемой работы. Они предназначены:
- для научно-обоснованного годового или иного планирования потребления (и сброса) воды по предприятиям;
- для организации текущего контроля расходования (и сброса) воды на предприятиях;
- для использования при проектировании систем водоснабжения (и канализации) предприятий.
Укрупненные нормы водопотребления (водоотведения) – это расчетное количество потребления (сброса) воды на производство единицы одноименной продукции или вида работы, устанавливаемое для объединения или министерства в целом.
Укрупненные нормы представляют собой:
- для объединения – средневзвешенные нормы по входящим в его состав предприятиям;
- для отрасли – средневзвешенные нормы по подведомственным объединениям и организациям.
Укрупненные нормы предназначены для составления схем комплексного использования водных ресурсов района и других оценочных расчетов.
Нормы потребления свежей, оборотной и повторно-последовательно используемой воды. При прямоточной системе водоснабжения процессов, характеризующейся однократным использованием воды, разрабатываются нормы потребления свежей воды, которые представляют расход воды, необходимый для нормального протекания технологического процесса.
При оборотной системе водоснабжения процессов, с циркуляцией воды, разрабатываются нормы оборотной воды и потребления свежей воды. Норма потребления свежей воды в этом случае представляет величину необходимого добавочного количества воды, подаваемую для восполнения потерь системы оборотного водоснабжения. Норма оборотной воды представляет величину экономии свежей воды за счет организации оборотной системы водоснабжения процесса.
Нормы водопотребления по группам качества воды. Нормирование водопотребления осуществляется по двум группам качества воды: питьевой и технической.
Питьевая вода – вода по своему качеству, отвечающая требованиям ГОСТ 2874-82. Техническая вода – вода по своему качеству, отвечающая требованиям к качеству её конкретных потребителей.
Вода техническая свежая – вода природного источника, подаваемая для производственных целей (очищенная или неочищенная). Попутно-добытые воды (шахтные воды), используемые для производственных целей, классифицируются как свежая техническая вода.
Нормы водопотребления по направлениям использования воды. По направлениям использования воды нормы подразделяются на нормы для технологических нужд, нормы для нужд вспомогательного производства и нормы для хозяйственно-бытовых нужд работающих на производстве.
В норму на технологические нужды входит объем воды, потребляемый на производство единицы продукции для целей, предусмотренных технологией основного производства.
Норма для нужд вспомогательных производств представляет собой требуемый объем воды вспомогательными производствами, приходящийся на единицу основной продукции.
Норма на технологические нужды и норма для нужд вспомогательного производства в сумме составляют норму потребления воды на производственные нужды.
Норма потребности в воде на хозяйственно-бытовые нужды работающих на производстве определяет количество воды, необходимое для санитарных, бытовых и хозяйственных нужд, отнесенное к единице выпускаемой продукции или выполняемой работы.
Классификация норм водоотведения по признаку очистки сточных вод изложены ниже в специальном разделе.
Общие методические положения расчета норм водопотребления (и водоотведения). В основу разработки норм водопотребления и водоотведения положен расчетно-аналитический метод, который представляет собой метод определения норм на основе технически и экономически обоснованных нормативов с учетом нормообразующих факторов.
Величина удельного водопотребления (и водоотведения), как отдельных производственных объединений, так и отрасли в целом определяется спецификой горного производства. На эти объемы влияют горно-геологические и горнотехнические факторы: глубина залегания угля и принятая система отработки запасов, способы выемки, сортность добываемых углей, их естественная влажность и пылевидность, мощность угольных пластов, крепость углей и вмещающих пород. Влияние этих факторов при расчете укрупненных норм учтено через систему отражающих их технико-экономических показателей:
- структуру добычи угля (из пластов опасных по пыли, газу, самовозгоранию, внезапным выбросом и горным ударам и др.);
- способы выемки угля;
- удельный объем проведения подготовительных работ (коэффициент вскрыши на разрезах);
- численность работников и структура штата;
- источники, уровень и объемы обеспечения шахт водой, паром, сжатым воздухом.
По этим показателям предприятия отрасли значительно отличаются друг от друга, поэтому наряду с общеотраслевыми укрупненными нормами, разработаны нормы по производственным объединениям.
При разработке норм водопотребления (и водоотведения) предусмотрено безусловное выполнение предприятиями правил технической эксплуатации и безопасности работ, осуществление мероприятий по улучшению условий труда, создание рациональных схем водопользования с максимально возможным замкнутым циклом, замена питьевой воды по ряду водопотребляющих процессов технической.
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
