24.1. Основные положения охраны окружающей среды при производстве горных работ
Развитие горных работ определяется, главным образом, решением проблем сохранения окружающей среды на всем этапе горного производства.
Охрана недр регламентируется «Основами законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах».
В области охраны недр основными требованиями являются обеспечение полного и комплексного геологического изучения недр; максимальное извлечение из недр и рациональное использование основных и попутно с ними залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них всех компонентов; недопущение отрицательного влияния работ, связанных с использованием недр, и полная сохранность запасов полезных ископаемых; охрана месторождений полезных ископаемых от факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку; предотвращение загрязнения недр от захоронения различных вредных веществ и отходов производства.
Основами законодательства регламентируются вопросы государственного учета запасов и месторождений полезных ископаемых и участков недр, представляемых в пользование, не связанное с добычей полезных ископаемых.
Основы законодательства требуют при разработке полезных ископаемых:
- применение рациональных и эффективных методов добычи основных и сопутствующих полезных ископаемых, недопущение сверхнормативных потерь и разубоживания ископаемых, а также выборочной отработки богатых участков месторождений, которые могут привести к излишним потерям балансовых запасов полезных ископаемых;
- сохранение и учет попутно добываемых временно не используемых полезных ископаемых, а также отходов производства, содержащих полезные компоненты;
- рациональное использование вскрышных пород и отходов производства.
24.2. Влияние горных работ на окружающую среду при проходке стволов шахт
Промышленная площадка горных предприятий и основная вскрывающая выработка (ствол шахты) должны располагаться, как правило, на безрудных участках или на площадях залегания некондиционных или пониженного качества полезных ископаемых с малым количеством балансовых запасов, которые могут быть извлечены с минимальными потерями в последующем при ликвидации предприятия.
В том случае, когда подобное требование не может быть выполнено, промышленные площадки под стволы, в порядке исключения, допускается располагать на площадях залегания полезных ископаемых при условии, что под ними в охранных целиках будет законсервировано минимальное количество балансовых запасов, которые будут извлечены с минимальными потерями при ликвидации предприятий.
При всех вариантах размещения вертикальных стволов должно исключаться вредное влияние на них разработок.
Выбранные способы и сроки строительства вертикальных стволов должны обеспечивать установленное количество вскрытых запасов.
При проходке стволов необходимо проводить наблюдения за проявлением горного давления, сдвижением массива горных пород и другими явлениями, возникающими при разработке месторождений.
Наиболее целесообразным средством по защите от загрязнении на прилегающих к стволам площадях является обеспечение достаточных но размерам санитарно-защитных зон.
Класс I. Санитарно-защитная зона размером 1000 м.
- Предприятия по добыче свинцовых руд, ртути, мышьяка, марганца.
Класс II. Санитарно-защитная зона размером 500 м.
- Предприятия по добыче фосфоритов, апатитов, колчеданов без химической обработки.
- Предприятия по добыче горючих сланцев.
- Предприятия каменного, бурого и других углей.
- Предприятия по добыче железных и полиметаллических руд за исключением свинцовых, ртути, мышьяка и марганца.
Класс III. Санитарно-защитная зона размером 300 м.
- Гидрошахты и обогатительные фабрики с мокрым процессом обогащения.
Класс IV. Санитарно-защитная зона размером 100 м.
- Предприятия по добыче каменной поваренной соли.
- Предприятия по добыче руд металлов и металлоидов шахтным способом за исключением свинцовых руд, ртути, мышьяка и марганца.
Санитарно-защитная зона или какая-либо ее часть не могут рассматриваться как резервная территория предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки.
24.3. Главные причины, вызывающие нарушения окружающей среды
Горно-геологические. Проходка стволов шахт, отсыпка отвалов, складирование разубоженных полезных ископаемых— эти факторы влияют на изменение морфологии местности, вызывают нарушение или уничтожение почвенного горизонта.
Гидрогеологические. Осушение шахтных полей вызывает истощение запасов подземных вод, нарушение потоков поверхностных вод, подтопление территорий и засоление почв.
Гидрологические. Изменение русловых водотоков, сооружение искусственных мелких водоемов и других гидротехнических сооружений наносит ущерб гидрографической сети, вызывает эрозию почв и рост оврагов.
Технологические. Применение взрывчатых веществ, газодымовые выбросы в атмосферу и др.
24.4. Охрана атмосферы
Загрязнители, попадаемые в воздух, обычно распространяются на значительные расстояния от источника, образуя ареал рассеяния, площадь которого зависит от целого ряда параметров:
- характеристик источника выброса (высоты, диаметра выходного сечения);
- характеристик выбрасываемой газовоздушной смеси (состава, температуры, скорости, концентрации загрязняющих веществ);
- некоторых физико-географических характеристик (температуры воздуха, преобладающих скоростей и направления ветров* стратификационного режима и др.).
Ориентировочной границей ареала рассеяния условно можно считать линию, на которой сохраняется концентрация загрязнения 0,5 предельно допустимой концентрации.
При отсутствии исходных данных ареалы рассеяния выбросов устанавливаются по аналогии с районами с идентичными данными. Нормы, действующие в СССР, учитывают возможность комплексного влияния на организм ряда веществ и общего их вредного воздействия. В частности, рекомендуется учитывать суммарный эффект следующих основных веществ:
- ацетона и фенола;
- ацетальдегида и винил ацетата;
- валериановой и капроновой масляной кислот;
- озона и двуоксида азота и формальдегида;
- сернистого газа и фенола;
- сернистого газа и фтористого водорода;
- сернистого газа и аэрозоля1 серной кислоты;
- сероводорода и фенола;
- сероводорода, сернистого газа и др.
Основные загрязнители атмосферного воздуха приведены в табл. 24.1.
Значения среднесуточных концентраций загрязнителей по градациям состояния воздушного бассейна приведены в табл. 24.2.
При перечисленных совокупностях веществ сумма отношений их значений к предельно допустимым концентрациям (ПДК) не должна превышать единицы.
Гигиеническую оценку состояния воздушного бассейна в населенных пунктах производят путем сравнения реальных концентраций основных загрязнителей с санитарно-гигиеническими нормами ПДК.
Горные работы вызывают два вида загрязнения атмосферного воздуха: запыленность и загазованность.
В табл. 24.3 приведен основной перечень мероприятий по охране воздушного бассейна от запыленности в зависимости от вида источника загрязнения.
Для снижения запыленности в забое рудничного воздуха, выходящего из ствола на поверхность, организуется установка специальных очистных устройств в местах, где рудничный воздух выбрасывается в атмосферу.
Кроме того, можно предусматривать улучшение рудничного воздуха в стволе посредством подавления пыли при выполнении технологических процессов, например использования устройств для отсоса пыли при бурении шпуров и скважин. Подавление пыли может осуществляться и благодаря орошению у забоя, особенно солеными шахтными водами хлорнатриевого тина. Для этой цели иногда применяют специальные пасты, которые наносят на крепь горных выработок. В состав паст входят водный раствор хлористого натрия и гидрооксид магния.
Горнопромышленные выбросы наносят большой ущерб растительности, особенно древесной. Они вызывают нарушение функций ассимилирующего аппарата (опадают листья, угнетается корневая система).
Наиболее подвержены вредному действию хвойные деревья: сосна, ель, пихта, кедр. Вредные выбросы в атмосферу увеличивают скорость коррозии железа (в 10—20 раз).
Очагами загрязнения окружающей воздушной среды в угольной и горнорудной промышленности являются вентиляторы главного проветривания шахт, породные отвалы, особенно горящие отвалы и др. Основные вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу, это пыль, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота, а также сероводород, выделяемый горящими породными отвалами, на долю которых приходится около 50 % выбросов в атмосферу2.
По климатическим признакам, способствующим концентрации вредных примесей в нижних слоях тропосферы, территорию СССР делят на пять зон:
I зона самого низкого загрязнения характеризуется весьма редкими приземными инверсиями температуры летом, а зимой при повторяемости инверсии до 70%—значительными скоростями ветров. Скорость ветра 0—1 м/с наблюдается редко во все сезоны.
Застой воздуха не отмечается, скорость ветра 2—4 м/с на высоте 500 м в течение года не превышает 30 %.
II зона умеренного загрязнения воздуха характеризуется повторяемостью нижних слоев инверсий до 60 % при их мощности зимой от 0,6 до 0,8 км, а летом максимально — 0,4 км. Во все сезоны обычно повторяемость скорости ветра 0—4 м/с на высоте 500 м составляет 20—30 % в результате равновероятных условий как для рассеивания примесей, так и для их накопления.
III зона повышенного потенциала загрязнения воздуха характеризуется повторяемостью слабых ветров до 15 % зимой, до 30%—летом. Повторяемость нижних слоев инверсий примерно такая же, как во II зоне. Накопление примесей в атмосфере обуславливается частыми туманами, а в засушливых районах Средней Азии редкие осадки не могут быть фактором самоочищения атмосферы. Общий фон естественной запыленности воздуха повышен.
В IV зоне высокого потенциала загрязнения воздуха наблюдается частая повторяемость инверсии в нижних слоях воздуха, обычно превышающая 80 %. Мощность слоя инверсии до 1000 м, а перепад температур до 10°С. В зимнее время этот район отличается малоподвижностью антициклональности, по-видимому обусловливается это слабыми ветрами. Повторяемость зимой (слабых ветров) от поверхности на высоту до 500 м составляет 50—70 %. Летом она значительно уменьшается. В течение года часто наблюдаются застои воздуха, а зимой на северной части наблюдаются туманы. В этой зоне плохо рассеиваются промышленные выбросы, а следовательно, происходит слабое самоочищение атмосферы.
V зона представляет собой опасный потенциал загрязнения воздуха. Характеризуется она. главным образом, режимом ветра, обусловленным мощным антициклоном. Имеет хорошо выраженный годовой ход слабых ветров с максимумом повторяемости 90 % зимой и 40—60 % летом. Застой воздуха иногда бывает по всей толще пограничного слоя. Мощные приземные инверсии в сочетании с длительными периодами слабых ветров составляют 10—15 дней в месяц, а иногда доходят до 25 дней. Инверсия характеризуется мощностью более 1000 м и с перепадом температур более 10°С. В теплое время года повторяемость слабых ветров обычно выше, чем зимой.
При проектировании горнопромышленных предприятий в пределах территорий IV и V зон следует принимать во внимание не только учет годовой розы ветров, но также и периоды наибольших температурных инверсий.
В V зоне запрещается допускать аварийные выбросы, которые могут создать опасный уровень загрязнения.
24.5. Состояние и охрана атмосферы в подземных горных выработках
При всех видах горных работ различную степень опасности имеют запыленность и загазованность шахтной атмосферы. Шахтная пыль носит высокодисперсный характер. Частицы диаметром до 5 мкм составляют 90,7—93,3 % при бурении, 93,6— 99,6 % при взрывных работах, 88,4 % при погрузке под землей. Среди газов, загрязняющих рудничную атмосферу и представляющих опасность отравлений при плохой вентиляции, наибольшее значение имеют образующиеся при взрыве оксиды азота и углерода.
Продукты взрыва всегда содержат ядовитые газы: оксид углерода — при взрыве ВВ с отрицательным кислородным балансом; оксид азота — при взрыве ВВ с положительным кислородным балансом; оксид азота — при взрыве ВВ с положительным кислородным балансом; сернистый газ и сероводород — при взрывании по породам, содержащим элементарную серу или сернистые соединения.
При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом причинами образования ядовитых газов являются: наличие бумажной обертки и гидроизолирующего покрытия на оболочке ВВ, участие которых в реакции взрыва приводит к возможности дополнительного образования оксида углерода; повышенная влажность ВВ (содержащих аммиачную селитру), способствующая образованию оксидов азота; возможная обратимость реакций:
Иногда опасность создает выделение природных газов: сероводорода, метана, радона и др.
Согласно Единым правилам безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых в атмосфере подземных горных выработок должно содержаться по объему не менее 20 % кислорода и не более 0,5 % углекислого газа, что касается содержания других вредных газов, то они не должны превышать ПДК, которые регламентируются СМ 245—71.
Предельно допустимая концентрация (мг/м3) основных вредных примесей, за которыми необходимо производить наблюдения, приведена ниже.
Предельно допустимая концентрация пыли (мг/м3) на рабочих местах не должна превышать допустимых (СН 245—71) уровней:
При погружении горных работ на большие глубины необходимо учитывать геотермальный фактор.
24.6. Рекультивация поверхности нарушенных земель
Развитие горнодобывающей промышленности приводит к нарушению определенной части поверхности Земли и изъятию ее из природного кругооборота. Нарушенными следует считать земли, которые теряют свою хозяйственную ценность и отрицательно воздействуют на окружающую среду.
Если при добыче полезных ископаемых невозможно избежать нарушения земной поверхности, то ее обычно доводят до нормального состояния путем рекультивации. В рекультивацию входят: комплекс горных, мелиоративных, сельскохозяйственных и гидротехнических работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель. Являясь весьма важной составной частью комплекса защитных мер по охране окружающей природной среды, рекультивация сокращает сроки консервации земель для нужд горнодобывающих предприятий.
Основными объектами рекультивации являются различные понижения, породные отвалы шахт, промплощадки, транспортные коммуникации, насыпи, дамбы, нагорные канавы, которые после отработки шахты не могут быть использованы в производственных целях.
Рекультивация освобожденных земель от горных работ может проводиться по следующим направлениям:
- 1. Сельскохозяйственное, с ориентацией на создание пашни, лугов, пастбищ, многолетних насаждений.
- 2. Лесохозяйственные — для различного назначения (лесопосадки эксплуатационного и специального назначения).
- 3. Рыбохозяйственное при условии создания водоемов для разведения рыб.
- 4. Водохозяйственное — для различного назначения (создание в понижениях рельефа мелких водоемов).
- 5. Рекреационное (создание на нарушенных землях объектов отдыха).
- 6. Санитарно-гигиеническая, биологическая или техническая консервация нарушенных земель, оказывающих неблагоприятное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве практически неэффективна.
- 7. Строительное приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.
Выбор направления рекультивации нарушенных земель базируется на перспективах развития района.
Рекультивация должна быть комплексной. Восстановленные земли и окружающие их территории после окончания работ должны представлять собой организованный и экологически сбалансированный ландшафтный участок или район.
Этот комплекс рекультивационных работ включает в себя горнотехнические, инженерно-строительные, гидротехнические и другие мероприятия и осуществляется обычно в два этапа: технический и биологический, которые взаимосвязаны между собой и выполняются последовательно. Техническая рекультивация (или технический этап) направлена на подготовку нарушенных земель к биологическому освоению с последующим использованием в хозяйстве.
Техническая рекультивация выполняется силами горных предприятий.
Биологическая рекультивация включает в себя комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на восстановление и улучшение структуры грунтов, повышение их плодородия, создание лесов и зеленых насаждений, освоение водоемов и возобновление флоры и фауны. Биологическая рекультивация осуществляется землепользователями (колхозами, совхозами и другими организациями).
Различают общие требования биологической рекультивации к техническому этапу и специальные при рекультивации отвалов. При рассмотрении общих требований, предъявляемых к сельскохозяйственному и лесохозяйственному направлениям, выделяют три основных:
- 1) почвенный слой в результате рекультивации должен быть возвращен на прежнее место после отработки месторождений полезных ископаемых;
- 2) перемещение пород и почв производят только с целью создания нормальных условий для приживаемости в последующем растительности;
- 3) использование главным образом, отвальных пород как среды для выращивания растительного покрова.
Для успешного проведения биологической рекультивации ВНИИОСуголь рекомендует:
- 1. На землях, подлежащих нарушениям горными работами, снимать только верхний плодородный гумусовый слой почвы вместе с потенциально плодородными породами.
- 2. Плодородный слой почвы до начала укладки на спланированные отвалы или малопригодные площади хранить в складированных отвалах.
- 3. При снятии, складировании и хранении не допускать смешения с подстилающими породами, а также загрязнение нефтепродуктами и др.
- 4. При выборе технологии разработки необходимо, прежде всего, учитывать данные физико-химического анализа пород нарушаемых территорий.
- 5. В процессе рекультивации придавать правильные геометрические контуры планируемым участкам поверхности.
- 6. Гумусовый слой, доставляемый на рекультивируемые площади, укладывать ровным слоем (0,3—0,5 м) без переуплотнения грунта.
- 7. Обеспечить корнеобитаемый слой мощностью не менее 1 м при всех физических и агрохимических свойствах его.
Основные этапы рекультивации нарушенных земель приведены ниже.
I. Техническая (или горнотехническая) рекультивация
- 1. Селективное формирование отвалов с покрытием плодородным слоем
- 2. Планирование поверхности отвалов, формирование террас
- 3. Приведение в устойчивое состояние откосов отвалов
- 4. Упрочнение поверхности отвалов от водной и воздушной эрозии (мелиорирование, химическое укрепление)
- 5. Ремонт рекультивированных земель, их уплотнение и планировка
II. Биологическая (или агробиологическая) рекультивация
- 1. Временное озеленение, нанесение на рекультивируемую поверхность биологически активного слоя
- 2. Нанесение на поверхность отвалов и других рекультивируемых земель плодородного слоя земли, внесение удобрений
- 3. Озеленение восстанавливаемых земель, подбор наиболее благоприятных пород деревьев, кустарников, трав
- 4. Полное восстановление биологического потенциала рекультивируемых земель
- 5. Постоянное проведение противоэрозионных мероприятий
- 6. Восстановление эстетической ценности нарушенных земель
24.7. Просадочность земной поверхности
В связи с интенсивной откачкой подземных вод в процессе проходки стволов и в последующем при эксплуатации могут иметь место оседания поверхности земли. Эти оседания обычно вызывают подтопление и заболачивание территорий. Изменение уровня подземных вод вызывает изменение напряжений в породах, которое в районах распространения рыхлых песчано-глинистых отложений приводит к уплотнению их и оседанию поверхности земли. Оседание земной поверхности вызывается изменениями состояния как водовмещающих, так и разделяющих слоев. Снятие взвешивающего гидростатического давления воды приводит к увеличению сил тяжести и возрастанию эффективного давления слоев. Изменение давления на пласт может быть рассчитано но формуле
где Δр —- приращение движения на скелет породы; δ — удельный вес породы до водопонижения; δh — то же, при снижении уровня на величину h.
Например, при увеличении понижения уровня от 10 до 100 м давление на скелет породы может возрасти примерно в 10 раз (от 0,08 до 0,8 МПа). Размеры оседания пород и изменения давлений на скелет зависят от степени их сжимаемости и величины водопонижения. Наибольшие осадки дают глинистые, суглинистые и сапропелевые породы, особенно когда эти отложения молодые по возрасту, рыхлые, гидрофильные и водонасыщенные. Чем более вязки и менее водопроницаемы глины, тем медленнее идет процесс уплотнения. Переслаивание таких пород с песчаными и гравийно-галечными, которые мало сжимаются, но способствуют быстрому дренированию толщи при эксплуатации, ускоряет процесс оседания. Что касается скальных пород (песчаники, известняки), которые отличаются высокими структурными сцеплениями, то они практически несжимаемы и осадок не дают. Интенсивность процесса оседания земной поверхности зависит от целого ряда факторов, главным образом от гидрогеологических условий района, а именно от степени дренированностн, состава и мощности сжимаемых толщ, разности напорных градиентов и др. В результате размеры оседания в различных районах могут быть разными. Учитывая эти особенности, в каждом конкретном случае должна быть определена необходимость организации специальных наблюдений за оседанием земной поверхности.
На Белозерском месторождении железных руд (УССР) при осушении горных пород были зафиксированы просадки поверхности земли на 2, 1 м и деформация некоторых пройденных стволов шахт. При подготовке на Яковлевском руднике (КМА) к вскрытию месторождения уплотнение толщи налегающих пород н оседание поверхности будет достигать около 2,5 м, а по данным других исследований — около 4 м.
Исследованиями за рубежом (США) установлено, что объем оседания составил около 22 % от объема откачанной воды, заключенной в глинистых породах.
Скорость оседания поверхности составляет в г. Токио — 18 см/год, в Мехико — 24, а в г. Осака на некоторых участках достигало рекордных размеров — 2,2 м в год.
24.8. Гидроресурсы и их охрана
Гидроресурсы играют исключительно важную роль в развитии производительных сил, поэтому рациональное использование их является одной из важнейших задач.
Критерием загрязненности воды является ухудшение ее качества вследствие изменения се органолептических свойств и появления вредных веществ в зависимости от вида водопользования.
На большинстве рудников с углублением горных работ имеет место увеличение притоков воды. Так, например, если в настоящее время притоки воды в шахты Криворожского железорудного бассейна в пределах около 800 м3/ч и в целом по бассейну откачивается около 4000 м3/ч (около 30 млн м3 в год), то на глубинах 1200—1500 м можно ожидать увеличение притоков в горные выработки до 5000 м3/ч, или около 40 млн. м3/год.
Из опыта работы горнодобывающих предприятий шахтные воды содержат различные загрязнители, которые перед сбросом должны быть очищены, а в крайнем случае их следует перерабатывать как сырье для получения различных металлов и других полезных ископаемых. Наиболее часто в шахтных водах встречаются хлористые соединения и свободная серная кислота, причем, нередко сопутствуют растворимые соли, главным образом, сульфаты тяжелых металлов — железа, меди, цинка, марганца, никеля и др.
По хлористым и сернистым соединениям, а также содержанию Са, Mg, Na и К рудничные воды во много раз превосходят техническую (в 5—15 раз), что лишает возможности использовать их без предварительной очистки и нейтрализации в технологических целях.
Кислые рудничные воды обычно свойственны почти всем рудникам, добывающим сульфидные руды, а также шахтам, разрабатывающим угольные месторождения, содержащие серу в количестве более 2%. В пределах горных отводов к сточным водам горнодобывающих предприятий следует относить абсолютно весь поверхностный сток.
Большую опасность из металлов-загрязнителей представляют тяжелые металлы. Выброшенные в водоем, они обычно включаются в природный кругооборот веществ. Накопленные в почве или в воде тяжелые металлы — такие, как кадмий, никель. молибден, цинк, марганец, ванадий, бериллий, теллур, могут быть весьма опасны для всего живого. Еще более опасно накопление металлов — ядов: ртути, свинца, мышьяка, селена. Ряд металлов относят к канцерогенам, в частности мышьяк и хром.
24.9. Оценка качества шахтнодренажных вод и рациональное использование их
Шахтными обычно считаются воды, которые вторично могут быть загрязнены, попадая в техногенную обстановку при их транспортировке на поверхность.
Условно чистыми дренажными называют воды, перехватываемые дренажными устройствами, специально оборудованными для исключения возможности загрязнения откачиваемых вод при контакте с окружающей средой. К таким устройствам относятся водопонижающие скважины, сквозные фильтры и восстающие скважины при условии приема воды из них в коллектор-трубопровод и откачки ее на поверхность специальной насосной станцией, а также горизонтальные дренажи закрытого типа.
Характеристика качества шахтных вод может быть получена из химического состава дренажных вод с учетом процесса техногенного загрязнения. Из опыта осушения месторождений техногенное загрязнение шахтных вод происходит, главным образом. из-за контакта последних с частями механизмов, грунтами горных выработок, атмосферой и пр. Это все приводит к обогащению шахтных вод взвешенными веществами, нефтепродуктами, азотными соединениями, органическими веществами и наличию биологического загрязнения.
При использовании шахтных вод, главным образом, для технических целей необходимо предусматривать применение очистки. Для очистки вод в качестве коагулянтов обычно используют известь, соду, сернокислый алюминий, железный купорос, которые могут обеспечить очистку от основных загрязняющих примесей на 90—99%, после чего только эти воды могут быть использованы в оборотных циклах технического водоснабжения. Эти воды, как показал опыт в Кривбассе, могут быть использованы для пылеподавления в забоях горных выработок и в карьерах, при дроблении железистых кварцитов на обогатительных фабриках.
Шахтные воды могут быть использованы для приготовления бетонных растворов, для сельскохозяйственного водоснабжения, рыбного хозяйства, однако для этих целей требуется специальное обоснование их качества с последующим поддержанием их в постоянном режиме.
Весьма актуален вопрос возможной утилизации высокоминерализованных вод. Перспективным в этом отношении является организация промышленного извлечения некоторых ценных компонентов. Так, например в Кривбассе минерализация рудничных вод достигает около 200 мг/м3, содержание хлоридов натрия составляет около 95%, калия — 1,5 км/м3, брома — 0,4—0,5 кг/м3, что дает основание извлекать эти компоненты для промышленности.
Для лакокрасочной промышленности представляют особый интерес охры, которые образуются в местах выхода подземных вод в горных выработках шахт. Имеется некоторый опыт использования хлорнатриевых шахтных вод в бальнеологических целях в профилакториях, грязелечебницах и водолечебницах (города Донецк, Иркутск, Кривой Рог и др.).
Что касается рационального использования условно чистых вод, которые формируются в системах глубинного дренажа, то в данном случае следует отметить, что их запасы (эксплуатационные) и химический состав с погружением горных работ постоянно изменяется в части повышения минерализации.
Режимные наблюдения по всему комплексу шахтных вод показали, что на верхних горизонтах действующих шахт дренажные воды доминировали, главным образом, гидрокарбонатного типа, а на глубинах G00 м и ниже появились воды хлорнатриевого типа. Причем источники их появляются в забоях в рассредоточенном виде, поэтому дифференцированную откачку их вести с последующей подачей на поверхность весьма затруднительно, тем более для питьевого водоснабжения.
24.10. Сброс шахтных и дренажных вод на поверхности в открытые водоемы
Сброс шахтных вод в открытые водные источники строго регламентируется Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик, общими требованиями к составу и свойствам воды водоемов, используемых в народном хозяйстве, а также перечнем предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного водопользования.
Требования к составу сбрасываемой воды (предельно допустимые концентрации) приведены ниже.
Общие требования к составу и свойства воды водоемов у пунктов питьевого, культурно-бытового водопользования и используемых в рыбохозяйственных целях приведены ниже.
Допустимый состав сбрасываемых сточных вод устанавливается в зависимости от целей водопользования органами санитарного надзора и рыбоохраны.
Состав и свойства воды водоемов должны соответствовать нормативам в створе, расположенном на проточных водоемах в 500 м выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на водохранилищах — в 500 м в обе стороны от пункта водопользования. Определяя кратности разбавления стоков, необходимо производить расчеты по максимальным среднечасовым расходам сточных вод и максимальным среднечасовым расходам шахтных вод.
По данным гидрометслужбы следует считать расчетными гидрологическими условиями:
- для незарегулированных рек — наименьший среднемесячный расход воды 95 %-ной обеспеченности;
- для зарегулированных рек — установленный, гарантированный расход ниже плотины;
- для водохранилищ и озер — наименее благоприятный режим, определяемый путем сопоставления расчетов для ветрового воздействия с условиями сработки и заполнения водохранилищ при открытом и подледном режимах.
24.11. Отрицательное воздействие горных работ на водные ресурсы
Мероприятия по предотвращению техногенного влияния горных работ на водные ресурсы заключаются в применении различных инженерно-технических средств:
- создание замкнутых систем хозяйственного водоснабжения и канализации, которое, главным образом, предусматривает необходимость организации оборотных технологических циклов водоснабжения;
- подключение дренажного комплекса к системам хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения.
Введение бессточных технологических циклов заключается в полной ликвидации систем технического оборотного водоснабжения посредством утилизации стоков методами сгущения, выпаривания. Эти мероприятия особенно целесообразны при наличии небольших объемов сильно загрязненных токсичных стоков. которые при потере могут вызвать существенное загрязнение окружающей среды.
Применение очистки сточных вод основано на использовании физических, химических, биологических, физико-химических и биохимических методов. Очистку сточных вод широко применяют в различных отраслях промышленности и практически используют чуть ли не в любых технологических циклах. Довольно перспективным представляется использование этих методов и в горнорудном производстве (пруды-отстойники, флотационные системы очистки, система аэрации, биологической очистки).
Изоляция коммуникаций со сточными водами и локализация промстоков техногенных водоемов предусматривают большой цикл мероприятий:
- гидроизоляцию лотков и других гидравлических систем, связанных с транспортировкой загрязнения вод;
- гидроизоляцию и устройство дренажа в пределах всех сооружений на промышленных площадках для предупреждения попадания технологических и сточных вод в водоносные горизонты и поверхностные водотоки;
- гидроизоляцию ложа техногенных водоемов (хвостохранилищ, шламохранилищ, гидроотвалов, экранов всех разновидностей), устройство противофильтрационных экранов в теле плотины;
- устройство в ложе, бортах и плотинах бассейнов промстоков специального дренажа для перехвата фильтрующихся стоков с последующей перекачкой их обратно;
- сооружение противофильтрационных завес из материалов» обеспечивающих необходимый эффект;
- сооружение вокруг бассейна или на отдельных участках гидрозавес и пневмозавес, обеспечивающих создание на отдельных контурах напоров, задерживающих распространение стоков в водоносном горизонте.
Мероприятия по очистке газодымовых выбросов имеют значение, главным образом, в районах с повышенным количеством атмосферных осадков, так как загрязненные ливневые воды будут увеличивать отрицательное влияние на окружающую среду и особенно на водоемы.
Захоронение особо опасных поверхностных стоков на горизонты большой глубины применяют только в тех случаях, когда другие методы утилизации неэффективны или требуют больших затрат.
Во всех случаях захоронению загрязненных вод обязательно должны предшествовать детальные гидрогеологические исследования с целью выбора пласта-коллектора. Основным условием возможности применения данного метода должна быть полная изоляция закачиваемых стоков от продуктивных водоносных горизонтов, пластов, содержащих полезные ископаемые. Во всех случаях контакт с закачиваемыми стоками не должен приводить к ухудшению качества подземных и поверхностных вод, используемых или намечаемых к использованию.
С целью обеспечения сохранности или увеличения запасов подземных вод в отдельных районах на некоторых участках можно создать систему искусственного пополнения запасов подземных вод, причем может быть частично решен вопрос и утилизации дренажных вод.
Организация зон санитарной охраны предусматривает выделение двух поясов: I пояс — строгого режима, II пояс — ограничений. Назначением I пояса является устранение возможности случайного или умышленного загрязнения подземных и поверхностных вод.
Пояс II примыкает к первому и охватывает более широкую территорию.
Назначением II пояса является устранение возможности появления источников загрязнения в зоне влияния водозаборного сооружения.
Размеры поясов устанавливают в каждом конкретном случае исходя из решения соответствующих миграционных задач. В частности, радиус II пояса может быть оценен по зависимости
где V — средняя скорость фильтрации; Т — расчетный период водозаборного сооружения (обычно Т = 25 лет); nэ — эффективная пористость.
В случае происшедшего загрязнения подземных вод до концентраций, превышающих предельно допустимые, должны применяться ликвидационные мероприятия, которые сводятся к локализации очагов загрязнения или к их полной ликвидации и восстановлению качества подземных и поверхностных вод. Здесь эффективны дренажные мероприятия, гидрозавесы, противофильтрационные завесы, а также химическая нейтрализация вредных компонентов непосредственно в пласте.
Сброс дренажных вод в подземные емкости (песчаные или трещиноватые коллекторы) санкционируется разрешением на специальное водопользование. Его осуществляют двумя способами: путем инфильтрации из открытых емкостей или в поглощающие скважины. Однако, следует отметить, что второй способ в настоящее время не имеет широкого распространения, поэтому распространение получил способ сброса дренажных вод в подземные коллекторы путем инфильтрации из открытых емкостей. В качестве емкостей можно использовать естественные понижения рельефа (овраги, балки, старицы, мертвые долины, заброшенные карьеры, пруды и специально сооружаемые бассейны).
Последние получили широкое распространение в установках искусственного пополнения грунтовых вод в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Инфильтрационные бассейны обычно представляют собой прямоугольные в плане выемки или обвалования со спланированным горизонтальным дном, врезанным в проницаемый грунт. Размер одного бассейна находится в пределах: длина 250—300 м, ширина по дну 10—15 м, глубина до 4 м.
Для получения подземной воды высокого качества, а также для упрощения конструкции инфильтрационных бассейнов и условий их эксплуатации специально разработаны требования к качественному составу воды, подаваемой на инфильтрацию.
Примечания
1. Аэрозоль — дисперсная система, состоящая из частиц твердого тела или капель жидкости, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде (обычно в воздухе).
2. Количество выделяемых вредных веществ определяют при помощи расчетов. выполняемых по действующих отраслевым методикам. Кроме того, для получения достоверных данных о количественном и качественном составах промышленных выбросов по каждому источнику загрязнений проводят периодическую инвентаризацию вредных выбросов.