CC BY
20
------------------------------------ © А.Н. Якубович, В.М. Шек,
2009
УДК 65.011.12
А.Н. Якубович, В.М. Шек
УПРАВЛЕНИЕ ОСВОЕНИЕМ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОМОДЕЛИРОВАНИЯ САМОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Предложена и апробирована на примере Магаданской области методология, основанная на геомоделировании процессов самовосстановления природных комплексов и позволяющая минимизировать территорию, нарушаемую при горнопромышленной деятельности. Обоснован удельный экологический ущерб в качестве критерия эффективности недропользования
Ключевые слова: инновационное развитие, добыча полезных ископаемых, геоин-формационная система, фитомасса.
Экономика Магаданской области, как в настоящее время, так и в обозримой перспективе, формируется процессами разработки минерально-сырьевой базы региона, в первую очередь золотоносных месторождений. При этом технология добычи россыпного золота, основанная на промывке золотоносных песков, сопровождается полным уничтожением верхнего почвенного слоя на значительной площади. Масштабная добыча полезных ископаемых неизбежно создает весьма высокую техногенную нагрузку на природные комплексы горнопромышленных территорий, что приводит к их существенной деформации, вплоть до полного разрушения, с последующим чрезвычайно медленным самовосстановлением в суровых природноклиматических условиях Крайнего Северо-Востока России.
Для информационной поддержки принятия экологически сбалансированных управленческих решений при планировании и осуществлении горнопромышленной деятельности, разработана и программно реализована в составе геоинформационной системы методология прогнозирования самовосстановительных процессов на горнопромышленных территориях. В качестве характеристики состояния отдельного участка использовалось отношение
Фи,п (1)
Ц ^ = фГ~
Фк,0
где к - порядковый номер участка; п - порядковый номер года от начала производства горных работ; Фи п - удельное количество
фитомассы по окончании п лет от начала работ, ц/га; Фк 0 -
удельное количество фитомассы перед началом работ, ц/га.
Площадь поврежденной территории, состоящей из К участков с разными уровнями повреждений, приводилась к общей условной площади в предположении полного разрушения на ней природных комплексов:
где Sko - площадь к -го участка.
Осуществление на участке горных работ сопровождается понижением удельного количества фитомассы и увеличением общей условно поврежденной площади. После завершения работ начинается самовосстановление природных комплексов, с противоположной динамикой Фк п и Sn . Моделирование изменения во времени
значений Фк п и Sn в ходе самовосстановительных процессов основывалось на системе дифференциальных уравнений, в формализованном виде учитывающих основные процессы трансформации органического вещества в течение года: прирост фитомассы в течение вегетативного периода и ее частичное отмирание в зимний период, переход отмершей фитомассы в мертвое органическое вещество, частичный переход в фитомассу органического вещества и его разложение. Темпы протекания процессов трансформации и, соответственно, самовосстановления территории, в рамках используемой модели определялись, прежде всего, показателями средней годовой динамики солнечной радиации и биопродуционными характеристиками почвенных комплексов. В результате становились возможными прогнозирование сроков самовосстановления природных комплексов до определенных уровней, а также оценка условно поврежденной площади в произвольные моменты времени.
Методика моделирования самовосстановительных процессов по отдельным участкам была использована при построении теоретически оптимальных планов освоения горнопромышленных территорий. Критерием оптимизации являлось требование минимально возможной общей условно поврежденной площади на последний год прогнозного периода; в качестве управляемых переменных выступали объемы добычи по отдельным полигонам. В целом оптимизационная модель имела вид:
К
(2)
к=1
^+д ^ min
'Evk,J >а ]=1—я ^ (3)
к=1
N
X Vk,I. < Г, к = 1... К
i=1
где N - продолжительность планового периода горных работ, лет; Д - промежуток между завершением горных работ и окончанием прогнозного периода самовосстановления территории, лет; Vk j -объем добычи на к -м участке в j -м году, кг; Q - планируемая ежегодная добыча по региону в течение планового периода, кг; Ук
- запасы на к -м участке, кг.
Исходя из сложившихся в последние годы объемов добычи россыпного золота по региону, для построения оптимального плана был назначен уровень Q=10 т; продолжительность планового и прогнозного периодов составила 5 лет. В качестве возможных полигонов горных работ выступали 687 участков, сосредоточенных в основном в Сусуманском и Ягоднинском районах области. Результаты моделирования показаны в таблице и на рис. 1.
По результатам анализа теоретически оптимального плана можно сделать вывод, что минимальное повреждение территории по завершению горных работ достигается при первоочередном освоении наиболее сложных участков, с малыми содержаниями золота на единицу площади и пониженными значениями самовосстано-вительного потенциала. Таким образом, в течение планового периода ежегодно сокращается количество вовлеченных в разработку участков (со 110 на первом году до 48 на пятом) и уменьшается их общая площадь - при поддержании на постоянном уровне общего годового объема добываемого металла; подобная стратегия дает возможность природным комплексам к моменту окончания прогнозного периода частично восстановиться на максимально возможной площади.
Основным показателем, характеризующим технологически необходимый уровень повреждения территории при ее горно-Показатели экологически оптимального плана
Год производства работ Расчетный объем добычи 0п, кг Общая условная площадь поврежденных территорий, тыс. м2 Удельный экологический ущерб D, м2/г
в год производства работ, Sn на конец планового периода, SN+&
1 10031 2459 2209 0,245
2 10063 1939 1787 0,193
3 10227 1507 1428 0,147
4 10106 885 859 0,088
5 10002 312 312 0,031
ВСЕГО 50429 7102 6595 -
промышленном освоении, является удельный экологический ущерб
D:
V
Dn = От (4)
Qn
Удельный экологический ущерб определяется для каждого года планового периода и устанавливает величину экологически рационального ущерба природным комплексам (характеризуемого условно полностью поврежденной площадью) при добыче одного грамма золота в текущем году. Как видно из таблицы, при постоянных объемах планируемой добычи, значения Dn по
годам планового периода уменьшаются в соответствии с величиной ежегодно повреждаемой территории.
С целью выявления зависимости значений D от параметров оптимального плана, было выполнено моделирование для пятилетнего планового периода с объемами ежегодной добычи 0=10, 15 и 20 т и с периодами прогнозирования самовосстановительных процессов 5, 25, 50 и 100 лет (соответственно Д =0, 20, 45 и 95 лет). В результате была зафиксирована весьма низкая чувствительность оптимальных планов и определяемых на их основе показателей Dn
к периоду прогнозирования (максимальные вариации, при одинаковой ежегодной добыче, составляли 4%). Таким образом, с вычислительной точки зрения, при моделировании значений Dn наиболее
4 год
5 год
Рис. 1. Последовательность производства работ при экологически оптимальном планировании с параметрами 0=10 т, N=5 лет, А=0
а)
я
в
.л
л
3
о
П
Е
Я
£
о
а
а
о
25 50 75 100
период, лет
б)
Рис. 2. Сравнительные показатели по вариантам экологически оптимального планирования: а) динамика общей условной площади поврежденных территорий (для всех 3 вариантов N=5 лет, Д=0); б) показатели удельного экологического ущерба D (для всех 3 вариантов Д=0)
0
целесообразно устанавливать А =0, т.е. принимать период прогнозирования равным плановому периоду.
При возрастании объемов ежегодной добычи возрастает и общая условно поврежденная площадь (рис. 2, а). Причем, за счет дополнительного вовлечения в горнопромышленную деятельность все более сложных в технологическом и экологическом отношении участков, условно поврежденная площадь растет более быстрыми темпами, чем объемы добычи. Соответственно, увеличиваются и значения удельного экологического ущерба (рис. 2, б).
Использование удельного экологического ущерба в качестве критерия эффективности недропользования дает возможность разработки основанного на показателях Dn механизма управления экологическим состоянием горнопромышленных территорий. Превышение удельного экологического ущерба, определенного на основании оптимального плана, интерпретируется как экологически нерациональное ведение горных работ, что сопровождается санкциями, в том числе экономическими. Подобный механизм позволит стимулировать внедрение в практику инновационных технологий добычи полезных ископаемых, отличающихся пониженным негативным влиянием на окружающую среду, что в перспективе ведет к планомерному улучшению геоэкологического состояния горнопромышленных территорий.
A.N. Yakubovich, V.M. Shek
THE POTENCIAL FOR THE INNOVATING DEVELOPING OF THE ENERGETIC COMPLEX OF THE FAR EAST
Offered and approved on the example of the Magadanskoy area methodology, based on geomodelirovanii processes of samovosstanovleniya of natural complexes and allowing to minimize territory, violated at mining activity. Specific ecological harm is grounded as a criterion of efficiency of nedropol'zovaniya.
Key words: innovating development, mineral mining, geological and informational system, phytomass
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Якубович А.Н. - кандидат технических наук, директор политехнического института Северо-Восточного государственного университета, [email protected]
Шек В.М. - доктор технических наук, профессор кафедры АСУ Московского государственного горного университета, [email protected]
