Воздействие горнодобывающей промышленности

1.

Воздействие горнодобывающей промышленности
Опекунов Анатолий Юрьевич
доктор геолого-минералогических наук,. профессор
кафедры геоэкологии и природопользования

2.

Полезные ископаемые
В литосфере формируются
месторождения полезных
ископаемых.
Добыча каменного угля
2

3.

Количество видов сырья
Разработка медноцинковых руд в
Камаганском карьере
(Южный Урал)
3
Человечество использует
минерально-сырьевые
ресурсы несколько
тысячелетий. 11-12 тыс.
лет до н.э. началось
использование Cu. Затем
Sn, Au, Ag, позже Fe. В
настоящее время горное
производство охватывает
практически все элементы,
которые находятся в
литосфере — общее
количество
разрабатываемых видов
сырья достигло 2000, из
них 200 видов относятся к
основным.
Добыча природного газа
(север Западной Сибири)

4.

Полезные ископаемые России
Недра России чрезвычайно богаты минеральным
сырьем. Здесь сосредоточено 30% мировых
запасов природного газа, 50% алмазов, 25%
запасов никеля, 17% олова, почти 10% запасов
нефти. На территории нашей страны обнаружены
залежи практически всех известных человечеству
полезных ископаемых. Запасы полезных
ископаемых России оцениваются в 55,2 трлн
рублей.
прочие
8.3%
цветные
металлы
10.4%
УВ сырье
76.8%
4
благородные
металлы и
алмазы
4.5%
Структура российского экспорта продукции
минерально-сырьевого комплекса, %

5.

Горнодобывающая промышленность
В настоящее время горнодобывающая промышленность:
- более 100 000 предприятий;
- более 41 000 месторождений нефти;
- 6000 буровых платформ;
- 26 600 газовых месторождений;
- более 100 000 скважин;
- более 1000 газоперерабатывающих завода;
- протяженность трубопроводов около 4 млн км.
5

6.

Классификация полезных ископаемых
6
Вид ресурсов, сырья
Полезные ископаемые
Преимущественное
происхождение
Топливные
Нефть, газ, уголь, торф
Осадочное
Рудные черных,
цветных и
благородных металлов
Железо, хром, титан, марганец,
ванадий
Магматическое, осадочное
Медь, цинк, олово, кобальт,
никель и др.
Гидротермальное,
магматическое
Золото, серебро, платина и др.
Гидротермальное,
магматическое, россыпное
Нерудные
Строительные материалы
Осадочное
Горнохимическое
Апатит, фосфаты и др.
Магматическое, осадочное
Камнесамоцветное
Поделочные камни
Магматическое

7.

Стадии освоения месторождений
Рассматриваются три основные стадии освоения
месторождений полезных ископаемых :
1 стадия - Изучение геологической среды, в т.ч. их составной
части - минеральных образований (месторождений полезных
ископаемых).
2 стадия - Освоение (эксплуатация) месторождений полезных
ископаемых. Добыча ТПИ осуществляется открытым и
закрытым (подземным) способами.
3 стадия - Завершение освоения (разработки) месторождений
полезных ископаемых - ликвидация (консервация)
горнодобывающих объектов.
7

8.

Способы освоения месторождений
При разработке применяются следующие способы:
1 группа - Механический способ. Характерен при добыче
преимущественно твердых полезных ископаемых и
осуществляется техническими средствами (угольные
комбайны, драги, отбойные молотки и т.д.).
2 группа - Взрывной способ. Разработка ТПИ при наличия
пород, не поддающихся механическому воздействию.
3 группа - Гидродинамический способ. Использование
гидромониторов для отделения полезного ископаемого от
массива.
4 группа - Скважинная технология. Способ извлечения из
недр жидких, газообразных полезных ископаемых, их
смесей. Он включает методы подземного выщелачивания.
8

9.

Последствия разработки месторождений ТПИ
Ландшафтно-деструктивное воздействие
Горнопромышленные системы занимают около 5% суши.
Землеемкость особенно характерна при открытой добыче:
- при добыче 1 млн т железной руды нарушается от 14 до
640 га земель;
- при добыче 1т угля в шахтах размещается 110-150 м3
продуктов обогащения; при добыче открытым способом –
3,6 м3 вскрышных пород (терриконы в РФ занимают более
1,5 млн га);
- площадь (средняя) карьера по добыче стройматериалов –
300-500 га; марганцевой руды и угля – 1000-2500 га;
железной руды – 2000-3000 га;
- площадь отвалов превышает площадь карьеров в 4-7 раз
9

10.

Последствия разработки ТПИ
Ландшафтно-деструктивное воздействие
Строительство карьеров, шахт и рудников сопровождается :
- деформациями бортов карьера, оползнями, оплывинами;
- оседанием земной поверхности над отработанными
шахтными полями. В скальных породах оно может
достигать десятков миллиметров, в осадочных породах —
десятков сантиметров и даже метров;
- в крайних ситуациях образованием мульд оседания,
прогибов, провалов.
- формированием отвалов горных пород;
- усилением на соседних с горными выработками площадях
процессов эрозии почв, оврагообразования.
10

11.

Последствия разработки ТПИ
Ландшафтно-деструктивное воздействие
В районе шахтных формируются депрессионные воронки
площадью 100-3500 км2.
Подмосковный угольный бассейн имеет воронку D=3000
км, глубиной 10-20 м.
11

12.

Последствия разработки ТПИ
Эмиссионное воздействие
Добыча ТПИ становится причиной:
- в выработках и отвалах активизации процессов
выветривания, интенсивного окисления рудных
минералов и их выщелачивания, увеличения скорости
миграции химических элементов;
- образование загрязненных шахтных вод (при
подземной разработке образуется 1,4 млрд м3 в год; на 1
т угля 5 м3 сточных вод);
- образование и сброс карьерных и подотвальных вод;
- изменение режима поверхностных и подземных вод
(выправление русел рек, открытый и глубинный дренаж
подземных вод, изменение водного режима при сбросе
шахтных и карьерных вод)
12

13.

Последствия разработки ТПИ
Эмиссионное воздействие
Воздействие на атмосферу:
- выбросы в атмосферу при взрывных работах (облако 1520 млн м3 на высоту до 1500 м, выброс пыли 100-200 т.);
- и пылении автотранспорта (при погрузке пылевыделение
от 0,5 до 8 г/с);
- выбросы вентиляционного шахтного воздуха (на 1000 т
добытого угля из шахт поступает 20-70 тыс. м3 газа -5575% CH4);
- самовозгорание терриконов, пиритных залежей и др. (до
3
2
180 м /м в год);
- пыление с отвалов, хвостохранилищ (шламохранилищ);
- Процесс дегазации пород для обеспечения
взрывобезопасности ежегодно только в РФ получают
около 1 млрд м3 CH4, но используют 10%).
13

14.

Последствия разработки ТПИ
Эмиссионное воздействие
- Образование сернокислого алюминия на терриконах в
результате окисления пирита и его подвижность
обусловливает отсутствие растительности - только 4%
поверхности занято растительностью.
- в радиусе нескольких сот метров, а иногда и километров,
происходит загрязнение почв тяжелыми металлами при
транспортировке, ветровом и водном разносе, почвы
также загрязняются нефтепродуктами, строительным и
промышленным мусором.
В конечном счете, вокруг крупных горных выработок
возникает техногенная пустыня.
14

15.

Последствия разработки нефти и газа
Ландшафтно-деструктивное воздействие
Строительство скважин сопровождается:
- Строительством песчаных карьеров
- Отсыпкой дорог и площадок для бурения скважин и
строительства производственных объектов, результатом
которых может быть заболачивание;
- При добыче газа возможны просадки поверхности при
снижении пластового давления;
- нарушение земель, почвенного и растительного
покрова, активизация экзогенных геологических
процессов
15

16.

Подтопление
Вторичное заболачивание
Эрозия и дефляция почв в
карьере

17.

Солифлюкционные процессы по трассе трубопровода
Термоабрази
я берегов
Активизация
термокарстовых явлений

18.

Последствия разработки нефти и газа
Ландшафтно-деструктивное воздействие
Строительство нефтяных и газовых трубопроводов –
нарушение почв и растительного покрова, активизация
экзогенных геологических процессов.
Строительство подземных хранилищ газа – нарушение
растительного и почвенного покрова, воздействие на
недра.
18

19.

Последствия разработки нефти и газа
Эмиссионное воздействие
При бурении:
- образование буровых жидких и твердых отходов –
буровых шламов.
- извлечение и сброс пластовых высокоминерализованных
вод;
- выбросы в атмосферу при технологическом прожиге газа
и подготовке газа (нефти) к транспортировке
Попутный нефтяной газ.
В России более 160 000 скважин, из них 59 000 простаивает.
19

20.

Шламовые амбары – один из основных источников воздействия
при нарушении правил эксплуатации и рекультивации

21.

Сброс пластовых вод
Величина удельной
электропроводности
природных вод в
районе мониторинга
составляет 7,5-30,2
мкСм/см.
В озере вблизи сброса
она достигает 2980
мкСм/см

22.

2014 г.
2017 г.
2018 г.

23.

Последствия разработки нефти и газа
Параметрическое воздействие
При сжигании газа:
- тепловое загрязнение
- температурное воздействие на
растительность в радиусе до 100
метров
- возможно радиоактивное
загрязнение буровых шламов и
бурового оборудования
23

24.

Последствия
разработки
нефти и газа
24

25.

Транспортировка
нефти
и газа
25

26.

Хранение
газа
26

27.

Морская добыча нефти и газа
Авария в Мексиканском заливе
(!) В результате крупнейшей в истории мировой нефтегазовой
промышленности аварии в апреле 2010 года на скважине МС252 в Мексиканском заливе и последующего разлива нефти
было загрязнено 1770 километров побережья, был введен
запрет на рыбную ловлю, для промысла были закрыты более
трети всей акватории Мексиканского залива. Выход нефти
продолжался 152 дня, за этот период, с апреля по сентябрь - в
море попало около 5 миллионов баррелей нефти.
От разлива нефти пострадали рыболовная, туристическая,
нефтяная отрасли прибрежных штатов США. Общий размер
расходов компании British Petroleum, связанных с ликвидацией
последствий аварии и выплатами штрафов, превысил $ 62
млрд.
Аварийно-спасательное дежурство специальных судов в
акватории морской платформы не предотвратило масштабные
загрязнения морской среды разлившейся нефтью.

28.

Особенности добычи в ХХI веке
1) изучаются и начинают осваиваться
принципиально новые виды сырья –
железомарганцевые конкреции (ЖМК),
глубоководные сульфидные руды (ГПС),
кобальтомарганцевые корки (КМК).
Последствия:
- ландшафтно-деструктивное воздействие на
дно;
- замутнение и загрязнение придонных вод и
фотического слоя океана;
- нарушение кислородного режима в районе
добычи.
28

29.

Особенности добычи
2) вовлекаются в производство
бедные руд
Увеличение извлекаемости
углеводородов и обогащение
бедных руд обусловливают
необходимость использования
активных химических реагентов,
которые попадают в окружающую
среду
29

30.

Особенности добычи
3) осуществляется переработка техногенных
месторождений (отвалов, хвостохранилищ и т. д.);
Ежегодно накапливаемые отходы горнометаллургического производства составляют более 5
млрд т.
По морфологическим признакам подразделяются
на: 1) насыпные, представленные терриконами
угольных шахт и разрезов, отвалами рудников и
карьеров месторождений цветных, черных и редких
металлов, техногенными россыпями, отходами
золотоизвлекательных фабрик, шлакоотвалами
цветной и черной металлургии; 2) наливные,
образующиеся при заполнении впадин поверхности
техногенными отходами обогащения руд
30
Хвостохранилище

31.

Техногенные месторождения
Исчерпание запасов минерального сырья приводит к
необходимости переработки техногенных месторождений.
Они представляют крупный резерв металлов и неметаллов
и одновременно являются источниками загрязнения
окружающей среды. Накопленные в отвалах и
хвостохранилищах массы отходов при средней толщине
слоя 20 м занимают площадь более 1300 км2. Ежегодное
увеличение площади отчуждаемых земель составляет не
менее 85–90 км2.
Переработка вызывает дополнительные нагрузки на
окружающую среду в местах традиционной добычи и
обогащения полезных ископаемых, но ведет к снижению
концентраций рудных элементов в отходах обогащения.
31
Хвостохранилище
(Южный Урал)

32.

Особенности добычи
4) более широко используется радиоактивное сырье.
Из всего уранопроизводящего комплекса добыча и
переработка урановых руд дает самый большой объем
радиоактивных отходов. Обычно промышленное
содержание урана в рудах находится в интервале 0,020,03%. Руды с меньшей концентрацией этого
радиоактивного элемента считаются забалансовыми.
«Пустые» породы содержат тысячные доли % урана.
Они образуют отвалы и относятся к материалам,
представляющим опасность для окружающей среды,
(на расстоянии 10 см от их поверхности они создают
мощность эквивалентной дозы более 0,1 мЗв/ч).
32

33.

Особенности добычи
5) изменяется география добывающей
промышленности — это морская добыча
углеводородов, разработка прибрежно-морских
россыпей, все более активное освоение
месторождений арктических регионов. Идет
увеличение антропогенного пресса в районах с
низкой устойчивостью к техногенному
воздействию.
33

34.

Особенности добычи
6) растет глубина добычи полезных ископаемых
— рудных полезных ископаемых — до 1 км,
углеводородов — до 5–6 км.
Увеличивается глубина проникновения и
нарушения литосферы.
Растут риски деформации поверхности земной
коры и наведенной сейсмичности.
34

35.

Особенности добычи
6) Нетрадиционные методы разработки полезных
ископаемых
Сланцевый газ и метод гидроразрыва.
Последствия:
- Огромные потребление воды: используют от 5000 до
20000 тонн смеси воды, песка и химикатов (объем
рыхлого наполнителя – 500–1000 т), количество
гидроразрывов десятки на одну скважину. Количество
2
скважин 10-15 на 1 км .
- Для одной операции гидроразрыва необходимо 80-300 тонн
химикатов до 500 наименований.
- Значительные потери метана 3,6 -7,9%.
- Разрушительные процессы в грунте и породах, вплоть
до сейсмической нестабильности и землетрясений;
проседание почвы, которое может составить более
десятка метров.
35

36.

Экологические проблемы добычи
Перечисленные особенности развития минеральносырьевой базы требуют привлечения новых
технологий и сопряжены с повышенным
экологическим риском. Например, увеличение
извлекаемости углеводородов и обогащение бедных
руд обусловливают необходимость использования
активных химических реагентов, которые попадают в
окружающую среду. Или добыча сланцевой нефти –
одно из наиболее грязных и разрушающих
горнодобывающих производств.
36
Добыча сланцевой нефти в
Калифорнии