Порушення земної поверхні при розробці родовищ корисних копалин

Гірничопромисловий комплекс, як один із видів економічної діяльності, виступає серйозним забруднювачем навколишнього природного середовища, що проявляється в трьох основних напрямках: порушення земної поверхні, викиди в атмосферне повітря газових та пилових шкідливих речовин забруднення водних ресурсів рідкими відходами гірничих підприємств.

Найбільшим фактором негативного впливу на довкілля є порушення земної поверхні при розробці родовищ корисних копалин, що призводить до зміни структури і погіршення якості, або взагалі зникнення родючого шару, до зміни форм рельєфу, ландшафтних порушень. Це викликає, в свою чергу, загибель або деградацію рослинного та тваринного світу. Території, які порушуються при розробці родовищ корисних копалин, внаслідок чого вони втрачають свою господарську цінність або стають джерелом негативного впливу на природне середовище, називаються порушеними землями.

При відкритій розробці покладів корисних копалин у великих обсягах витрачаються земельні ресурси, придатні для сільськогосподарського виробництва. Земля витрачається для безпосереднього проведення відкритих гірничих виробок, для складування відвалів, для прокладання енергетичних і транспортних комунікацій, для спорудження промплощадок та для інших потреб. Кар'єри часто досягають глибини 400-600 м, і відповідно велика кількість гірських порід вивозиться на поверхню. Площі, зайняті відвалами, в декілька разів перевищують площу кар'єру.

При цьому відбуваються не тільки порушення грунтово-рослинного покриву на великих територіях, хоч значна частина його селективно виймається і складується в спеціальні відвали, а й порушується поверхня землі взагалі як гірничими виробками, так і відвалами. Зміни, зумовлені порушенням поверхні, негативно позначаються на її біологічних, ерозійних і естетичних характеристиках.

Значні порушення земної поверхні відбуваються при проведенні відкритих гірничих та резервних робіт і видобуванні корисних копалин в кар’єрах. Випереджуючим процесом при цьому є селективне (роздільне, розмежоване) зняття ґрунтового шару, перед яким проводяться підготовчі роботи: вирубка лісу, корчування пнів, збирання і видалення валунів, вирізання чагарників тощо. Відкриті розробки родовищ корисних копалин характеризуються значними ландшафтними порушеннями, форми яких мають декілька класифікацій. Одна з них наведена у таблиці 2.7.

Таблиця 2.7.

Види ландшафтних порушень земної поверхні при розробці родовищ корисних копалин

Відкриті розробки родовищ корисних копалин характеризуються значними ландшафтними порушеннями, форма яких мають декілька класифікацій. На місцях видобування корисних копалин відкритим способом утворюються антропогенні ландшафти, це - кар'єрно-відвальні пустища з насипними пагорбами, глибокими западинами, низинними озерами і болотами. Ці "індустріальні пустелі" характеризуються або голими кам'янистими терасами і грядами, або розрідженою деревно-кущовою рослинністю, типовою для сірчанокислих ландшафтів. Як і природні комплекси, кар'єрно-відвальні пустища можуть існувати невизначно довго. [2]

Окрім перерахованих порушень земної поверхні, зумовлених відкритими гірничими роботами, значні земельні ділянки займаються відвалами сухих хвостів збагачення і хвостосховищами. Результатом таких розробок є появи западин та виїмок на земній поверхні, що призводить до зміни водного режиму і, як наслідок, заболочування місцевості, а залишені без рослинного покриву порушені відслонення породи - до інтенсивної водної та вітрової ерозії. Досить відзначити, що на Житомирщині відходи підприємств гірничовидобувної промисловості – породи розкривні та супутні – займають 1066 га, де їх заскладовано майже 100 млн. тонн Значні площі земельних відводів під розробку родовищ порушуються в’їзними та розрізними траншеями, характеристика яких визначається геометричними параметрами виробок. Крім того, кожна ділянка землі, порушена при відкритій розробці родовищ, спричиняє шкідливий вплив на ділянку приблизно такої ж площі прилеглої території.

Відводи земель під гірниче виробництво пов'язані з вилученням більшої чи меншої земельної ділянки у землекористувачів на певний період часу, і, відповідно, скороченням земельних ресурсів країни. Характерно те, що вилучені у інших землекористувачів і порушені землі стають малопридатними для продуктивного використання в сільському і лісовому господарстві, та для інших цілей. При цьому процеси природного відновлення рослинних покривів, ґрунтів і рельєфів порушених земель протікають повільно або взагалі не відбуваються. Самі ж порушення земної поверхні, як правило, не зникають і стають сталими техногенними формуваннями, тому такі землі підлягають штучному відновленню.

Комплекс робіт, направлених на відновлення продуктивності і господарської цінності порушених земель, називається рекультивацією.

До складу комплексу робіт з відновлення ґрунтового шару і рослинності входять:

- гірничі роботи по зняттю, збереженню і повторному використанню ґрунту;

- біомеліоративні роботи з відновлення родючого шару ґрунтів, що переміщується;

- біологічне освоєння відновлених земель.

Завдання гірничої рекультивації полягає в тому, що при розкривних роботах верхній шар земельної ділянки знімається селективно, окремо складується, а після завершення видобутку корисних копалин знову наноситься на порушену площу. Нанесенням ґрунтового покриву завершується технічний етап рекультивації. При всій різноманітності форм і розмірів порідних відвалів, що споруджуються при відкритій і підземній розробках, а також при розвідці родовищ, роботи по рекультивації зводяться до оптимізації геометричних елементів і біологічних характеристик утвореного техногенного ландшафту. Основні процеси зводяться до вирівнювання відкосів відвалів і бортів кар'єрів, планування верхньої поверхні відвалів або дна кар'єрів і покриття, в разі необхідності, сформованих похилих і горизонтальних поверхонь родючими ґрунтами. [6]

Найбільш великі площі земельної поверхні займають зовнішні відвали розкривних порід на рудних та вугільних кар'єрах. Їх відсипають до одно -, дво -, і, рідше, - багатоярусних відвалів. При цьому вирівнювання відкосів в процесі рекультивації відвалу призводить до суттєвих змін його основних параметрів: окрім збільшення площі відкосів, збільшуються розміри верхньої поверхні відвалів; при способі вирівнювання, що здійснюється згори донизу, збільшуються розміри площі, яку займають відвали; при вирівнюванні знизу догори площа основи відвалу залишається незмінною, а висота всього відвалу або його "привідкосних" частин збільшується.

Біологічний етап рекультивації починається організацією і виконанням біомеліоративних робіт з відновлення родючості нанесеного шару ґрунту або ж створення на материнських ґрунтах родючих субстратів. За умови сільськогосподарського напрямку використання порушених земель на біологічному етапі рекультивації вирішуються такі питання:

- підбір меліоративних сівозмін;

- обирається технологія обробітку ґрунту;

- встановлюються норми та періодичність внесення органічних і мінеральних добрив, а також (за необхідністю) меліорантів.

Тривалість біологічного етапу залежить від конкретних умов рекультивації земель. Слід зазначити, що рекультивація порушених земель потребує значних затрат коштів, енергії, часу. В практиці гірничотехнічної рекультивації вартість відновлення 1 га порушених земель коливається від 300 до 13000 дол. США. Це пояснюється різними напрямками рекультивації, характером порушень, топографічними і гідрогеологічними особливостями земель, властивостями порід, застосуванням різних технічних засобів і організаційними факторами. Лісогосподарський напрямок передбачається у випадках, коли економічно недоцільно проводити сільськогосподарську рекультивацію або створення лісонасаджень є пріоритетним.

Окрім перерахованих порушень земної поверхні, зумовлених відкритими гірничими роботами, значні земельні ділянки займаються відвалами сухих хвостів збагачення і хвостосховищами. Результатом таких розробок є появи западин та виїмок на земній поверхні, що призводить до зміни водного режиму і, як наслідок, заболочування місцевості, а залишені без рослинного покриву порушені відслонення породи – до інтенсивної водної та вітрової ерозії.

Вплив гірничого виробництва на землі і ландшафт:

I. Прямий вплив. Будівництво кар’єрів і розрізів, формування внутрішніх відвалів, спорудження водосховищ, будівництво промислових та цивільних споруд, прокладання доріг і різного виду комунікацій і, як наслідок, деформація земної поверхні в межах самого земельного відводу, порушення рослинного покриву, зміна зовнішнього вигляду території, зменшення площ сільськогосподарських та лісових угідь, міграція тварин виникнення гірничо промислового ландшафту.

II. Опосередкований. Зміна стану і режиму ґрунтових і артезіанських вод під час осушення родовищ, осадження пилу та хімічних з’єднань із викидів в атмосферу, інфільтрація забруднених або засолених вод через дамби та основи водосховищ, винесення та осадження продуктів ерозії порушених земель, підтоплення та заболочення ділянок земель із близько розташованим рівнем ґрунтових вод, погіршення якості води і режиму поверхневих водотоків та водойм. І, як наслідок, погіршення стану та родючості земель, погіршення умов розвитку рослин та існування тварин, тобто деградація природного ландшафту.

В наслідок прямого та опосередкованого впливу ВГР на землі (ландшафти) виникають негативні екологічні наслідки:

1) скорочення площ природних та культурних антропогенних ландшафтів;

2) водна та вітрова ерозія;

3) руйнування структури ґрунту;

4) мінералізація ґрунтів;

5) засолення ґрунтів;

6) інтоксикація ґрунтів;

7) перезволоження ґрунтів (заболочення чи підтоплення);

8) формування карсту;

9) зміна мікроклімату даної території.

В залежності від масштабів та інтенсивності антропогенного впливу виділяють наступні зміни ландшафтів:

* Глобальні зміни – відбувається зміна природного середовища на великих територіях в сукупності з змінами якості атмосферного повітря та вод світового океану;

* Зональні зміни - в результаті тривалого антропогенного впливу формуються нові форми ландшафтних одиниць (гірничо - промисловий ландшафт);

* Регіональні зміни – інтенсивному впливові підлягають природні географічні, господарські, економічні та соціально демографічні комплексів межах адміністративного поділу території даної держави;

* Локальні зміни – ландшафтні зміни відбуваються в межах земельного відводу одного підприємства.

Поняття гірничий відвід обмежує частину надр, що надана підприємству або організації для розробки корисних копалин, що містяться в них, але не дає права на використання поверхні землі в межах цього підприємства з іншою метою.

Земельний відвід гірничого підприємства являє собою площу земельної поверхні за контуром гірничого відводу яка призначена для розміщення об’єктів гірничого виробництва, які необхідні при будівництві та експлуатації кар’єру.

В земельному відводі гірничого підприємства виділяють наступні групи ділянок:

I. Для проведення безпосередньо гірничих робіт (ділянки виділяють у тимчасове користування крім площ під зовнішні відвали, які виділяються у довгострокове користування).

II. Ділянки під розміщення основних технологічних та допоміжних промислових споруд у тому числі очисні та водозабірні споруди, склади вибухівки (ці ділянки надаються підприємству в постійне чи у довготривале користування).

III. Для розміщення цивільних та житлових будов для потреб гірничого підприємства (постійне користування).

IV. Ділянки для розміщення різного роду комунікацій: ЛЕП, дороги, водопроводи, нафтопроводи, каналізація (постійне або тимчасове користування в залежності від призначення).

Характеристика вилучених земель гірничого підприємства (технологічна характеристика):

Клас 1.Земельний відвід:

1.1 Капітальна траншея

1.2 Відвал від проведення капітальної траншеї

1.3 Відвал від проведення розрізної траншеї

1.4 Склад родючих порід (рекультиваційний склад)

Клас 2.Гірничий відвід

2.1 Внутрішній відвал

2.2 Виїзна траншея

2.3 Залишковий відпрацьований простір

2.4.3. Ефективність використання земель

Кожне гірниче підприємство використовує земельну ділянку, що виділяється йому в порядку, встановленому Основами земельного законодавства. В межах земельного відводу виділяються ділянки, зайняті промисловими будовами та спорудами і житловими масивами, що використовується постійно (постійний земельний відвід).

Кар’єрні виїмки, внутрішні й зовнішні відвали, зони осідання, дороги та іншу технологічні об’єкти, зв’язані з короткостроковим використанням земель, розташовуються на земельних відводах, що надаються підприємству на певний період – від 3 до 10 років.

Площі земельних відводів, що виділяються гірничодобувному підприємству, залежить від гірничогеологічних умов, обраного способу розробки родовища, параметрів схем розкриття, підготовки, розробки, засобів відвалоутварення та ряду інших технологічних чинників. Основними землемісткими технологічними об’єктами при відкритому способі розробки родовищ є: розкривні траншеї, відвали порід, хвостосховища, технологічні дороги, лінії електропередач тощо. Виділені на тривалий термін, земельні площі виключаються з господарського користування і є ерозійнонебезпечними територіями, що сприяють забрудненню прилягаючих до них земельних угіддь. Частина земель в межах земельних відводів не використовується для технологічних потреб, що знижує ефективність їх застосування в цілому.

Коефіцієнт ефективності використання земель в межах земельного відведення визначається співвідношенням

де — площа земель, зайнятих і-м технологічним об'єктом, га; — площа земель в межах санітарно-захисної зони і-ої споруди, технологічного об'єкту, га; S_від — площа земельного відведення підприємства, га.

Якщо КЕВЗ>1 – використання землі нераціональне; КЕВЗ 1 – землі використовуються ефективно.

Коефіцієнт ефективності в межах земельного відводу уможливлює дати оцінку повноти використання земель на діючих підприємствах і виявити ділянки, які можна достроково повернути попереднім землекористувачам або використати для задоволення потреб самого підприємства, наприклад, для організації власного підсобного господарства з виробництва сільськогосподарської продукції. При проектуванні нових і реконструкції діючих гірничих підприємств за значенням коефіцієнта ефективності використання земель можна оцінювати різноманітні варіанти розміщення технологічних об’єктів і визначати оптимальні форма і розміри земельних відводів. [4]

Загальна площа земель, використовувана, порушувана і забруднювана при видобуванні та переробці корисної копалини, включає території, зайняті земельними відведеннями підприємств, окремих технологічних об'єктів S_з.в.; санітарно-захисні зони навколо технологічних об'єктів , зони екологічної зміни (шкідливої дії технологічних об'єктів на природне середовище) S_з.е.з.. Таким чином, загальна площа, займана природно-промисловим комплексом,

де n — число технологічних об'єктів, що мають відособлену зону екологічних змін.

Знання і уміле використання подібних закономірностей дозволяє управляти розмірами і конфігурацією санітарно-захисної зони в межах споруди або технологічного об'єкту, створюючи ефективний інженерний захист навколишнього середовища від негативних наслідків гірських розробок, причому в роботу включаються не тільки штучні інженерні прийоми, але і окремі елементи природи, в даному випадку земельні ділянки, зайняті під санітарну зону. [4]

Коефіцієнт землеємності. Ефективність використання земель характеризує випуск готової продукції на 1 м² зайнятої площі. При розрахунку цього показника враховують загальну площу всіх виробничих та допоміжних споруд, цехів підприємства. Співставлення значень отриманих показників дає нам уявлення на скільки розвинені допоміжні служби кар’єру. У випадку наявності великих виробничих площ, які не використовуються можливі 2 наступні варіанти:

→ підвищення виробництва продукції;

→ ліквідація частини допоміжних споруд, як наслідок повернення земель попереднім землекористувачам.