CC BY
51
гии, увеличивается с ростом мощности экскаваторов однотипного класса.
И в заключении отметим возможную область применения результатов представленных исследований. Они выполнялись для целей решения перспективных задач. И, автор полагает, что они отвечают такому требованию. Например, исходя даже из приведенных здесь данных об энергоемкости производства машин, и задавшись объемами экскавации, затраты энергии, которые потребуются в стране на
создание машин. Данные по эксплуатационной удельной энергоемкости позволяют рассчитать количество энергии необходимой для поддержания процесса с учетом потребления ее не только горным предприятием, но и в сопутствующих отраслях промышленности. И, наконец, основное применение показателей обобщенных энергозатрат задач проектирования карьеров в задачах обоснования основных параметров.
1.КурленяМ.В., Танайно A.C. Развитие энергетического анализа открытой угледобычи. 4.1. Методологические основы.// ФТПРПИ. -1996, № 6.
2. Танайно A.C. Развитие энергетического анализа отркрытой угле-
добычи. 4.111. Методика оценки технологических процессов.// ФТПРПИ. -1998, № 6.
3. Беляков Ю.И. Проектирование экскаваторных работ. М., Недра 1983.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Медведева Е.А., Никитин ВМ. Энергопотребление и уровень жизни. Новосибирск: Наука, 1991.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Танайно A.C. - ИГД СО РАН, г. Новосибирск.
© Н.И. Грехнев, Г.В. Секисов, 2003
УАК 622. 271 (576.6): 502
Н.И. Грехнев, Г.В. Секисов
МИНЕРАЛЬНЫЕ ОТХОАЫ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ЭКОСИСТЕМ ПРИАМУРЬЯ
|дни» из приоритетных видов гйриодобывающей деятельности в Приамурье исторически является разработка россыпных месторождений золота, платины и цветных металлов. За время освоения россыпных месторождений в пределах Приамурья добыто более 800 т. золота и более 20 т платины. В структуре разрабатываемых месторождений в Приамурье преобладают золотоносные россыпи (около 80%), хотя по балансовым запасам они составляют не более 30% [1]. Проведенный нами анализ пространственного распределения отработанных и разрабатываемых в
настоящее время золотоносных россыпей показал, что они сосредоточены в пределах 99 золотороссыпных узлов, общей площадью около 96 тыс. км2. Общая длина гидросети выделенных узлов составляет около 19 тыс. км., при этом длина нарушенных долин, измеренная прямым способом в пределах этих узлов, достигает 5.5 тыс. км., что составляет почти четвертую часть общей длины речных долин ¡-IV порядков. За время разработки золотоносных россыпей накоплено свыше 4 млн м3 твердых минеральных отходов, в т.ч. 3.3 млн м3 торфов и около 700 тыс. м3 промытых песков
(таблица). Учитывая то, что рекультивация нарушенных долин практически не проводится, из оборота выведены огромные площади лесных земель, пастбищ и т.д.
В связи с низким извлечением золота из россыпей большинство из них в настоящее время вовлекается в новый, повторный этап разработки, как техногенные россыпные месторождения. Это влечет за собой появление новых проблем, связанных с загрязнением речных долин металлической ртутью, которая ранее повсеместно использовалась в технологии извлечения золота на шлихообогатительных фабриках и установках. Далеко не полный подсчет объемов потери ртути в технологических процессах показывает, что за время разработки золотоносных россыпей в Приамурье в долинные ландшафты привнесено около 100 т. металлической ртути. Проведенные статистические расчеты по ряду отработанных золотоносных россыпей позволяют считать, что
Административный регион Кол-во и площадь россыпных узлов (п/тыс. км2 ) Коэф. нарушенности долин 1-3 порядков * Объем техногенный образо- V 3 ваний, тыс.м3 Показатель нарушения природной среды ** Показатель загрязнения долин, (кг/км) и потери Ия (кг.)
Торфов Песков Всего
Амурская область 30/54,7 32,1 2141,5 402,1 2543,6 8,6 54,5 0,95 51965
Хабаровский край 59/35,9 26,6 1010,3 170,4 1180,7 5,7 39,4 1,1 39490
Приморский край 10/6,1 43,8 232, 134,3 367,1 22,1 60,4 0,02 122
Всего 99/96,7 3384,6 707,8 4091,4 91577
Примечание: * - определяется отношением нарушенных долин к общей длине долин 1-4 порядков в пределах россыпного узла (в %); ** - в числителе: отношение объема промытых песков к площади узлов; в знаменателе: отношение суммарного объема техногенных образований к площади узлов (в %)
соотношение добытого золота и внесенной в природную среду ртути составляет от 1: 1 до 2:1. Учитывая объемы золотодобычи на Дальнем Востоке, очевидно, что ртутное загрязнение в пределах золотоносных узлов представляет собой опасную техногенную угрозу, масштабы которой до сих пор не оценены.
В структуре минеральных образований при гидравлически-механи-зированном и дражном способах разработки россыпей превалируют недифференцированные песчано-галечно-
щебнистые отложения, которые слагают различной высоты и ширины увалистые гряды, продольные и поперечные перемычки, дамбы и плотины, разделяемые различной конфигурации карма -нами, руслоотводными каналами, прудами-отстойниками и др. При отработке погребенных и глубо-козалегающих россыпей экска-ваторно-гидрав-лическим способом формируются конусовидные гряды вскрышных отвалов высотой 10-20 м. с крутыми откоса -ми, расположенные кольцеобразно вокруг карьера, обрамляемые плащеобразными конусами растекания гидроотвалов промывки. Сложены они также не сортированным галечно-гравийно-песчаным материалов, сменяющимся к периферийной части более тонкими фракциями, которые поступают в пруды-отстойники.
В современной структуре балансовых запасов золотороссыпных месторождений по способам отработки намечается картина с преобладанием россыпей для открытой раздельной добычи
(70%), меньшая доля россыпей запланирована для дражной разработки (24%) и существенно меньше для гидравлической (6%) и подземной добычи (<1%). Поэтому дальнейшее накопление минеральных образований будет связано с гидравлически-механизированной и дражной отработками, как наиболее эффективными для данных типов россыпных месторождений.
По типу оказываемых воздействий на природные системы при освоении россыпей все нарушения подразделяются на геоморфологические, гидрологические и гидродинамические, термодинамические, аэродинамические, биоморфологические, и соответственно наиболее типичными нарушениями природной среды являются [2, 3]:
- уничтожение почвеннорастительного покрова на значительных площадях, изъятие из сельскохозяйственного использования продуктивных сенокосных, пастбищных, лесных и охотничьих угодий;
- нарушение естественного режима поверхностных и подземных вод, сопровождающиеся подтоплением и заболачиванием долин, осушением поверхностных водотоков; геохимическое загрязнение поверхностных и грунтовых вод взвешенными веществами, нефтепродуктами, бытовыми стоками, различными химическими реагентами, солями тяжелых и токсичных металлов;
- формирование на месте естественных ландшафтов характерного техногенного рельефа (карьеров, отвалов разного типа, водоотводных каналов, дамб,
плотин и т.п.), и техногенных субстратов с новыми физикомеханическими свойствами;
практически полное уничтожение коренных биоценозов и естественных ландшафтов как в контурах отработанных блоков, так и далеко за его пределами;
- активизация и развитие эрозионных склоновых, дефляционных и других опасных экзогенных процессов, особенно интенсивных в условиях горных областей и криолитозоны, и, как следствие, потеря устойчивости в развитии природных экосистем.
Большинство исследователей при изучении вопросов и оценке влияния горнодобычных работ на природную среду акцентирует внимание на нарушении таких компонентов среды, как почвы, растительность, воздушный бассейн, используя для этого показатели интенсивности, степени и опасности воздействия технологических процессов или видов работ [2, 3, 4]. При этом если интенсивность воздействия отражает в абсолютном выражении меру или количественную величину нарушения (загрязнения) какого-либо компонента в единицу времени (м2/сек, га/год, г/сек, кг/час, т/год и т.д.), то степень и опасность воздействия характеризуют относительную величину загрязнения и их соотношение с нормативными показателями допустимости нагрузок (ПДК, ПДС, ПДВ и т.д.) Помимо этого широко используется показатель нарушенности земель горными работами, называемый универсальным показателем удельной землеемкости и определяемый величиной отношения
площади разрабатываемого полигона к запасам горной массы в его контурах. Предложены формулы для определения показателя удельной землеемкости для различных морфологических типов россыпей [2, 3].
Учитывая специфику Дальне -восточного региона, заключающуюся в крайне слабой освоенности и заселенности территорий вообще, а тем более горных районов, и преобладающую приуроченность золотоносных россыпей к отдаленным горным районам с низким порядкам речных долин (¡-IV пор.), необходимость сохранения земельных ресурсов от влияния горных предприятий не является актуальной по сравнению с сохранением чистоты и полноводности поверхностных водотоков, питающих главную водную артерию региона - р. Амур и определяющих в конечном итоге основные запасы пресных вод в Дальневосточном регионе. Поэтому все экологические исследования в пределах Дальневосточного региона должны быть ориентированы на сохранение водных ресурсов и экологического состояния долинных ландшафтов в целом.
Статистические данные, ориентированные на учет водных ресурсов в процессе разработки россыпных месторождений, показывают, что удельный расход воды при промывании песков оценивается величиной от 10 до 15 м3 на каждый кубометр перерабатываемой горной массы, что составляет в сумме огромное количество расходуемых водных ресурсов. Так, к примеру, общий объем водопотребления при золотодобыче только за сезон 1993 г. по Хабаровскому краю составил 22,9 млн м3, при этом лишь 3% из них было очищено до требуемых нормативов. Если учесть, что значительная часть водоемов относится к 1-ой категории рыбохозяйственного и питьевого назначения, т.е. для воспроизводства промысловых рыб, в т.ч. речных лососей, и водоснабжения населения, то соотношение прибыли от золотодобычи и ущерба от загрязнения среды в экономическом плане будет явно не в пользу первого.
Г идромеханизированная и дражная разработки россыпей оказывают крайне негативное влияние на состояние поверхностных водотоков. Потоки взвешенных частиц и загрязняющих примесей прослеживаются вниз по течению на расстояние десятков километров, в 10-20 раз превышающие отрезки долин в пределах горных отводов [5]. В максимальной степени загрязнение проявляется непосредственно в период отработки россыпей, особенно в случае промывки высокоглинистых песков или аварийного разрушения гидротехнических сооружений в периоды прохождения летних паводков, которое сопровождается залповым загрязнением водотоков взвешенными минеральными частицами. В результате происходит заиливание и деградация нерестилищ, угнетение рыбной молоди, сокращение и гибель кормовой базы.
Проведенными исследованиями [по 1] показано, что взвеси сточных вод дражных разработок находятся в сильно измельченном состоянии, основной класс крупности которых представлен фр. -0,0015 мм (субколлоиды и коллоиды глинистого материала, монтмориллонита). Содержание этой фракции в водном растворе по мере прохождения каскада прудов-отстойников увеличивается во взвеси от 3,5 до 80%; частицы размером +0,0015 большей частью улавливаются в отстойниках. В то же время выживаемость икры на нерестилищах зависит от таких факторов, как размер частиц, интенсивности осаждения и концентрации их в воде. Более крупные частицы покрывают икру толстым рыхлым слоем, но легко смываются, после чего икра развивается без осложнений. Мелкие частицы более прочно удерживаются, повреждая оболочку икры, ухудшают газообмен и способствуют ее грибковым заболеваниям. Общее количество фитопланктона, составляющего основу биоценозов, на загрязненных участках рек сокращается в среднем в 3-4 раза (по биомассе с 1.0 до 0,62 мг/л). Минеральные взвешенные частицы способст-
вуют осаждению фитопланктона на дно, разрушают колонии и крупные клетки, засыпают водоросли, снижают фотосинтез. Еще более губительное воздействие взвеси оказывают на бентос, количество которого при заилении дна уменьшается в среднем с 14260 до 27 экз/м2 а также на зоопланктон, сокращая его численность в сотни и тысячи раз (с 7600-7800 экз/кв.м с биомассой 85-90 мг/м3 до 10-20 экз/м3 с биомассой 1-2 мг/м3 ).
После завершения разработки россыпей практически на протяжении десятилетий в поверхностных водотоках наблюдается повышенный уровень содержания взвешенных частиц, обусловленный формированием или восстановлением русла водотока в пределах легко эродируемых техногенных отложений отработанных полигонов. Особенно резко возрастает количество взвесей в периоды летних муссонных ливней, когда существенно возрастает роль плоскостного смыва не закрепленных растительностью техногенных вскрышных отвалов с повышенным содержанием глинистых частиц. При этом около 2% всего объема перерабатываемой горной массы уносится в реки, ниже по течению формируются протяженные (на десятки км) «мутьевые потоки», обогащенные илисто-глинистым материалом. Было оценено, что модуль твердого стока в бассейнах рек, где ведутся горнодобычные работы, в несколько десятков раз превышает таковой для естественных условий.
Применение каогулянтов позволяет в несколько раз снижать содержание взвесей, однако использовать большинство реагентов (за исключением соединений кальция) целесообразно только в замкнутых водоемах с цикличной схемой водоснабжения, что связано с их токсикологическими свойствами, т.е. вредным влиянием на жизнедеятельность водоемов.
Разработка россыпных месторождений, особенно высокомеханизированным способом (дражным, гидромеханизированным) в долинах малых рек (1-4 порядка) приводит к полному
уничтожению коренных биоценозов, перегруппировкой речных отложений и формированию техногенных пустошей, как в контурах отработанных блоков, так и далеко за его пределами. Такие грунты занимают до 40-50% территории дражных полигонов, которые трудно поддаются само-зарастанию и даже через десятки лет имеют вид промышленных пустошей.
Вопреки распространенной точке зрения о геохимической «чистоте» пород, вскрываемых при разработке россыпных месторождений зачастую (например, при наличии в породах плотика сульфидизированных пород и руд) в отвалы попадают породы, содержащие химически активные и токсичные вещества. Так при исследовании отходов ШОУ Софийского прииска /6/ выяснено, что хвосты ШОУ обогащаются многими минералами, в т.ч. ртутью, мышьяком, свинцом и др. В электромагнитной фракции преобладают хромит, эпидот, монацит, ильменит, лимонит и другие рудные минералы; в неэлектромагнитной фракции -апатит, арсенопирит, барит, блеклая руда, галенит, киноварь, марказит, висмут самородный, ртуть, шеелит и др. Характерно, что золото в свободном состоянии находится в россыпи в количествах (среднее) около 35 г/т. и по сравнению с валовым содержанием составляет лишь около 10-30%, остальное находится в агрегатах и сростках с кварцем, полевыми шпатами, магнетитом, арсенопиритом и гидроокислами железа. В виду того, что амальгамированием извлекается лишь свободное золото, автор приходит к выводу о том, что прииск извлекал амальгамированием не более 30% золота, содержащегося в россыпях. При этом почти полностью остается в хвостах связанное золото, которого значительно больше чем свободного.
Исследования Ф.И. Рянского (1990) показывают, что вследст-вии горнодобычных работ и сопровождающих их пожаров в Амурской области гибнет и исчезает фауна, на месте еловопихтовых лесов и лиственични-ков возникают моховые болота,
вейниковые кустарники. Отмечаются многочисленные нарушения естественного дренажа, загрязнение избыточными металлами (медь, цинк, серебро, молибден, свинец, мышьяк, барий, олово и др.). Из-за непрекра-щающегося потока замутненных вод с приисков прогнозируется резкое сокращение срока действия водохранилища Дагмарской ЭС на р. Селемдже с проектных 300 до 50 лет и менее. Аналогичную ситуацию можно с уверенностью прогнозировать на Зейском водохранилище, в которое ежегодно сбрасывается десятки тысяч кубометров песчаноглинистого материала, смывающихся с полигонов золотодобычи в бассейнах рек Гилюй, Унаха и других притоков р. Зеи., где сосредоточены многие сотни тысяч кубометров вкрышных пород и промытых песков.
При разработке техногенных россыпей, отрабатываемых, в предшествующие циклы, как правило, с использованием ртутной технологии извлечения золота, происходит вторичное ртутное загрязнение всех компонентов окружающей среды. Особую экологическую опасность представляет ртутное загрязнение в базовых поселках золотодобывающих предприятий, где вплоть до 1990 г в технологии переработки золотосодержащих концентратов применялась ртутная амальгамация. В результате применения экологически несовершенного оборудования и нарушений технологических режимов его эксплуатации во всех поселках, где функционировали шлихообогатительные установки (ШОУ), наблюдаются экстремально высокие уровни накопления ртути в воде, в почвах (до сотен ПДК) и в воздухе. Это подтверждается экологическими исследованиями в пределах поселках золотодобытчиков в Кербинском, Софийском и других золотороссыпных узлах. По официальным данным, в 1969-74 гг. в Амурской области было добыто около 39 т золота, при этом расход ртути составил 16482 кг. Таким образом, ориентировочно можно считать, что соотношение добытого золота и поступившей в окружающую сре-
ду ртути составляет от 1:1 до 2:1. Учитывая объемы золотодобычи на Дальнем Востоке, очевидно, что ртутное загрязнение в пределах золотороссыпных узлов представляет собой опасную техногенную угрозу, масштабы которой до сих пор не оценены.
Кроме непосредственного внесения ртути в процессе гравитационного обогащения песков, загрязнение ОС происходит при отжиге амальгам на ШОУ и ШОФ, расположенных преимущественно в пределах жилых поселков. Загрязнению ртутью подвергаются практически все компоненты природной среды. Так в пределах ШОУ Кербинского прииска в техногенных грунтах, представленных почвенными суглинками в сочетании с битым кирпичом, стеклом, древесными остатками, золой и шлаком, содержание ртути достигает в эпицентре 1-2 кг/м3 . Площадь загрязненных грунтов составляет десятки и сотни метров, а мощность - 1,5 м. На небольших участках непосредственного расположения отпарочных печей наблюдаются открытые скопления (лужицы) металлической ртути, до 5 кг/м2.
Влияние длительно отрабатываемых россыпных месторождений приводит к полному изменению природных долинных ландшафтов, трансформации растительности, почв и т.д. В пределах каждой разновидности техногенного субстрата развиваются новые растительные сообщества, не свойственные естественным условиям. Так за 11-летний период после завершения горных работ около 50% площади полигонов отработки лишены растительности. В техногенном растительном комплексе отсутствует древесный ярус, а основной запас фитомассы образуют ивняки (87,2%), злаки (7,9%) и разнотравье (4,6%), тогда как в естественных экосистемах доля древесных составляет 37%, общего запаса фитомассы, а среди недревесных резко преобладают мхи - 77,7%.
Таким образом, на многочисленных примерах доказывается негативное влияние горнодобычных работ на природные ланд-
шафты Дальневосточного региона, особенно на водные экосистемы. Техногенных минеральные образования, формирующиеся в процессе россыпных месторождений пока не использу-
ются в народном хозяйстве по причине их неподготовленности в качестве стройматериалов, а также удаленности разрабатываемых полигонов. В то же время они часто представляют собой
источники загрязнения поверхностных водотоков не только взвешенными веществами, но высокотоксичными химическими элементами, в т.ч. ртутью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беспалов В.Я., Крюков В.Г., Селезнев П.Н. Минерально-сырьевая база добывающих предприятий Хабаровского края. Сб. Минерально-сырьевой потенциал Хабаровского края и его использование. Хабаровск, ДВИМС, 2001.
2. ЭКОЛОГИЯ горного производства /Г.Г.Мирзаев, Б.А.Иванов и др. М.Недра,1991.
3. Новиков В.Н., Жукова Г.А., Буланов С.А Геоэкологические исследования при разведке и освоении россыпей /Геоэкологические исследования и охрана недр, обзор, вып.4, М.1992.
4. ВРЕМЕННЫЕ требования к геологическому изучению и прогнозированию воздействия разведки и разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду. ГКЗ СССР, М.,1990.
5. Рянскпй Ф.Н. И экология, и экономика. /Благовещенск, 1990.
6. Пискунов Ю.Г. Результаты изучения хвостов ШОУ Софийского прииска /Научн. и практич. аспекты добычи цветных и благородных металлов. Докл. междунар. совещ., Хабаровск, 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------------
Грехнев Николай Иванович - кандидат геолого минералогических наук, ст. научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск
Секисов Геннадий Валентинович - доктор технических наук, профессор, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
