Тема 2.

 Гірнічно-видобувний комплекс

2.1 Видобувна промисловість.

Видобувна промисловість – це галузь народного господарства, що здійснює видобуток корисних копалин – мінеральних утворень земної кори органічного та неорганічного походження, які можуть бути ефективно використані в сфері матеріального виробництва.

Корисні копалини відіграють надзвичайно велику роль у житті людини. Без них вона не може прожити так само, як і без харчів та енергоносіїв. З корисних копалин або за їх допомоги виготовляють:

• метали і різні вироби з цих металів;

• будівельні матеріали, а з них будинки та промислові споруди;

• мінеральні добрива;

• електроенергію;

• товари народного вжитку;

• лікувальні засоби тощо.

3а фізичним станом корисні копалини поділяються на тверді, рідкіта газоподібні.

Терміни “корисна копалина” та “родовище корисних копалин” відносять до понять суто геологічних. Корисні копалини – це природні мінеральні речовини, народжені Землею. Ефективні скупчення корисних копалин називають родовищами корисних копалин.

На жаль сучасна технологія видобутку спроможна нанести природі такі рани, які самостійно Земля “вилікувати” вже не в змозі. Геологи  стверджують, що за темпів видобутку на рівні, досягнутому в 2000 році запасів вугілля, залізної, марганцевої та хромової руд, фосфорної сировини та калійних солей вистачить ще на 100-300 років. Запасів поліметалевих руд, які містять Νі, Со, W, Сu, Рb, Zn, Sn, азбесту і самородної сірки вистачить на 30–60 років. Розвіданих запасів газу та нафти – на 40-50 років.

Проблема вичерпності мінеральних ресурсів має три аспекти:

• фізичний – межа вичерпаності наступає тоді, коли мінерал, або гірська порода повністю вичерпуються (наприклад, самородне золото, срібло, нафта).

• економічний – для забезпечення потреб цивілізації людство вимушене заглиблюватися далі в земну товщу і розробляти „бідні” руди. Так у США вміст міді в рудах зменшився з 2,5-3% на початку минулого сторіччя до 0,8-0,7% наприкінці 70-х років. За 30 років видобутку багатих поліметалевих руд в Австралії, Канаді, Мексиці середній вміст міді та цинку знизився в 2-2,5 рази. Цей фактор характеризує наступне: за зростаючих потреб людства в корисних копалинах виникає необхідність переробляти все більшу кількість порожньої породи. Але „порожня” порода є „порожньою” лише для людини. Для нашої планети ця порода є тілом, яке шматує і забруднює людина.

• екологічний – забруднення атмосферного повітря, поверхні літосфери, порушення гідрологічного режиму ґрунтових та підземних вод, їх мінералізація вище допустимого рівня.

Якщо прийняти частину національного прибутку, що отримується за рахунок ресурсів, за 100%, то корисні копалини забезпечують 70%, а земля, ліс, вода – 30%.

 

2.2. Гірниче будівництво та екологія

Сьогодні всі проблеми екології охопили усі країни та континенти, торкнулися інтересів та потреб кожного мешканця на планеті, набули загального, глобального характеру. Цей стан обумовлений рядом обставин, з числа яких слід виділити наступні:

• співвідношення за масштабами прояву та ступеня впливу на навколишнє середовище процесів та виробництв, які створюються рукою та волею людини, з природними процесами, які протікають в природі;

• в    забрудненні    навколишнього    природного середовища    значна    частка    припадає    на гірнічно-промисловий комплекс.

Тут можна   виділити   такі   види   порушень навколишнього середовища:

Ø     геомеханічні (зміни природної структури гірського масиву, рельєфу місцевості, поверхневого шару землі, ґрунтів, у тому числі вирубування лісів, деформація поверхні);

Ø     гідрогеологічні (зміна запасів, режиму руху, якості та рівня ґрунтових вод, водного режиму ґрунтів, винесення у ріки та водойми шкідливих речовин з надр землі);

Ø     хімічні (зміна складу і властивостей атмосфери та гідросфери, в тому числі й підкислення, засолення, забруднення вод, збільшення фітотоксичних елементів у воді та повітрі);

Ø     фізико-механічні (забруднення повітря, його підігрів, зміна властивостей ґрунтового покриву та інше);

Ø     шумове забруднення, вібрація ґрунту та гірського масиву, викиди породи при вибухах; погіршення прозорості атмосфери та інші можливі явища, які супроводжують гірничі розробки, негативно впливаючи на навколишнє середовище.

Під час експлуатації надр виводяться з користування великі площі сільськогосподарських угідь, знижується їх продуктивність.

Вирубування лісів та порушення рослинності відбувається в місцях відкритих розробок, при складуванні на поверхні розкривних порід та відвалів мінеральної сировини, при прокладенні доріг та будівництві споруд для обслуговування гірничодобувних підприємств.

Порушення земної поверхні відбувається при розкритті корисних копалин в місцях створення кар'єрів, розміщення стволів шахт та надшахтних споруд, при підземному добуванні корисних копалин внаслідок осідання поверхні. При вилученні порід просідає поверхня ґрунту. Западини, що утворюються, заповнюються водою. Таке явище спостерігається в Прикарпатті при розробці калійних солей. Водойми, що там утворились, досягають глибини 3 метрів.

Гірничі розробки порушують гідро екологію ґрунту, призводять до збільшення стоку рудникових та шахтних вод, які несуть значну кількість забруднювачів: хлористі сполуки, сірчану кислоту, розчинні солі заліза, марганцю, міді, цинку, нікелю та інших. Особливо небезпечними для людини є важкі метали: кадмій, молібден, нікель,цинк, ванадій,  а також метали-отрути - ртуть, астат, селен, свинець.

Характерно, що важкі метали, які випали на ґрунт, вільно рухаються разом з водою та часто концентруються в донних відкладеннях. Наприклад, біля берегів Флориди у 1 кг мулу міститься 1,4 г свинцю, що в тисячу разів більше, ніж в нормальних природних умовах. Стало відомим, що навіть ртуть, яка вважалася нерозчинною у воді, при осадженні на дно водойми розкладається бактеріями та разом з ними потрапляє до їжі риб, а через них в організм людини, викликаючи тяжке захворювання, яке називається "мінемитою" за назвою японського села, де ця хвороба вперше була виявлена. Особливо помітної шкоди природі завдають гірничі підприємства, які використовують підземні вибухи і так звані геотехнологічні способи вилучення корисних компонентів з надр, у тому числі підземне вилуговування.

Порушення гідрології ґрунтів призводить до зниження врожайності оброблюваних культурних площ, які прилягають до гірничих відводів, де ведеться добування корисних копалин. При відкритому способі розробки навколо кар'єрів зростає депресійна воронка, скорочується живлення водними розчинами ґрунтового шару з усіма його наслідками. Поблизу кар'єрів у радіусі 1,5-2 кілометрів врожайність полів знизилася на 30-50% внаслідок підлужування ґрунтів до рН = 8, зростання в них у 2-3 рази шкідливих домішок металів, які випадають з газопилових викидів та скорочення живлення водою.

Забруднення атмосфери при веденні гірничих робіт відбувається переважно за рахунок пилу та газів, які утворюються при вибухах, а також природного газовиділення на шахтах та рудниках. Підраховано, що в середньому в світі щорічно при здійсненні вибухів виділяється біля 8 млн. т газів. А під час виділення газів  на вугільних родовищах в атмосферу потрапляє більше 90 млн. т метану.

Експлуатація надр спричиняє відчутний вплив на навколишнє середовище. Виводяться з користування великі площі сільськогосподарських угідь, завдається шкода ґрунтам, лісам, змінюється гідрологічний режим великих територій та знижується їх продуктивність, змінюється навіть рельєф місцевості та рух повітряних потоків. Видобуток мінеральної сировини призводить до створення на значних площах антропогенно-гірничопромислового ландшафту, для якого характерні як поверхневі нагромадження гірничих мас (відвали, терикони, шламосховища), так і від'ємні форми рельєфу - кар'єри, зони просадок поверхні над шахтними полями тощо. У цих районах відбувається перебудова всієї поверхні, різко збіднюється склад  рослинності, падає біологічна продуктивність земель, вичерпуються ґрунтові води. Зони просадок на рівнинних територіях часто, навпаки, заболочу­ються і вибувають з народногосподарського користування.

Значним джерелом забруднення навколишнього середовища є шкідливі гази, а також мінералізовані води, що відкачуються з шахт, кар'єрів та скидаються в поверхневі водотоки. Всі поверхневі нагромадження гірських порід стають активним джерелом тонкодисперсного пилу. Шахтні породи в териконах схильні до самозагоряння, забруднюють повітря та ґрунти продуктами горіння, і перш за все сірчаними сполуками.

У найбільших гірничопромислових районах світу розробки корисних копалин ведуться на площах, що охоплюють тисячі га землі. В США площа земельних ділянок, ушкоджених гірничими роботами, оцінюється в 2 млн. га.

В Україні найбільші масштаби гірничих робіт на Криворіжжі. Тут порушено близько 18 тис. га земель, зокрема відвалами і шламосховищами зайнято близько 12 тис. га.

Прогресивною технологією ведення гірничих робіт, що включає створення відвалів породи і забруднення навколишнього середовища, є підземна розробка родовищ з закладанням виробленого простору породою. Повинна проводитися робота щодо рекультивації порушених земель, роботи по гасінню, розрівнюванню і озелененню териконів (у Донбасі, Львівсько-Волинському басейні), по збереженню родючого ґрунтового шару. Відкачування підземних вод викликає зниження їх рівня на всій прилеглій території, що призводить до загибелі лісів, зниження родючості ґрунтів.

З інтенсивним відкачуванням підземних вод, нафти, газу пов'язані значні осідання земної поверхні, що нерідко супроводжується деформацією споруд, заболочуванням місцевості, затопленням прибережних територій.

 

2.3 Вугледобувна промисловість

На Україні основним видом твердого палива є вугілля. Абсолютна більшість кам’яного і бурого вугілля видобувається підземним шахтним способом, при цьому утворюються величезні маси відходів. Крім того дуже багато відходів утворюються під час збагачення і спалювання вугілля.

Відходи, що утворюються під час видобування вугілля, поділяються по способу розробки родовища на розкривні і шахтні. Під час підземного видобування вугілля на поверхню виймається менше супутніх порід, ніж при відкритому способі, але в любому випадку порожні породи складають значні обсяги. Наприклад, на 1 тонну вугілля при відкритому способі видобування припадає до 5 тонн порожньої породи, а при підземному – на 1 тонну вугілля – до 200-300 кг породи. Порожні породи мають неоднорідний хімічний і мінералогічний склад і являють собою в основному осадові породи – глину, суглинки, пісок, вапняки і т.п. більш всього в цих породах аргілітів – до 60%. Крім того в склад порожніх порід входять сланці, сірка, інші мінерали, а також до 20% вугілля.

Порожні породи складуються неподалік від місця видобування вугілля у вигляді відвалів. Ці відвали, які також мають назву терикони, займають великі площі землі, придатній для корисного використання. Внаслідок дії повітряної та водної ерозії, компоненти цих відвалів забруднюють прилеглу територію. Дуже значної шкоди прилеглому середовищу завдають випадки самозаймання териконів. Головна причина цього самозаймання – це окислення тої частини вугілля, яка присутня в складі порожньої породи. Горіння вугілля в середині териконів відбувається з виділенням значної кількості тепла, від якого починають горіти усі речовини в відвалі, які тільки можуть горіти. Відвали розігріваються до дуже великої температури і повільно тліють доволі довгий час. При цьому в повітря викидається значна кількість вуглеводнів, сажі, оксидів азоту, вуглецю, сірки та інших шкідливих інгредієнтів, які дуже забруднюють навколишнє середовище. З ціллю техніки безпеки навколо цих відвалів облаштовують захисні зони, що призводить до ще більшого відчуження земель. Для попередження самозаймання териконів проводять ряд спеціальних заходів, основним з яких є обмеження доступу кисню в середину відвалу. Для цього відвали ущільнюють за допомогою катків, автотранспорту, поверхню відвалів обробляють суспензіями вапняку і глини. Рекомендується відвали робити плоскими, породу в них ущільнювати шарами по 1 – 1,5 метра, а по периметру споруджувати спеціальні дамби з глини або ґрунту.

У деяких державах з метою попередження самозаймання териконів проводять додаткові роботи по зменшенню кількості горючих компонентів у складі порожньої породи. Для цього з відвалів видаляють частинки вугілля і сірки. Але ці операції потребують значних вкладень грошей

На частку України припадає понад 34,15 млрд. т. вугілля (3,8% від світових запасів). 92% запасів кам'яного вугілля зосереджені на південному сході - з них39% припадає на Донецький регіон, а решта на території Луганської, Дніпропетровської та Харківської областей.

Стан вугільної галузі України викликає серйозні побоювання. У 2000р. в

країні видобуто в 2,25 рази менше вугілля, ніж 20 років тому. Головна причина

зниження видобутку - знос основних фондів галузі. 90% діючих підприємств працюють без реконструкції понад 30 років, в той час як оновлення в даній галузі повинно відбуватися максимум через кожні 15 років. 40% донецького вугілля використовують для коксування, решту вугілля, головним чином, як енергетичну сировину.

Донецьке вугілля видобувається шахтним способом, з глибини більше 1км, це найглибші й важкі розробки в світі і, тому, воно має високу вартість. У всіх країнах підземний видобуток вугілля нерентабельний, однак для української металургії та енергетики це вкрай важлива сировина.

На північному заході України знаходиться Львівсько-Волинський кам'яновугільний басейн, це відносно малопотужні вугільні пласти які залягають на глибині 300-500м і тому вартість вугілля нижче донбаського, він використовується як енергетичне паливо і в якості хімічної сировини.

Райони видобутку бурого вугілля розташовані на великій площі Українського щиту, в Дніпровському буровугільному басейні, де вугілля добувається переважно розкривним (відкритим) способом.

У порівнянні з кам'яним вугіллям він володіє підвищеною вологістю, містить більше сірки і мінеральних (не горючих) речовин, має істотно меншу теплотворну здатність. Останнім часом значні запаси бурого вугілля (майже400 млн.т) виявлені на території Харківської області. Буре вугілля переважно використовують як енергетичне паливо і хімічну сировину.

Порушення природного середовища у вугледобувних регіонах викликано експлуатацією шахт, збагачувальних фабрик, розташованих тут підприємств вугільного машинобудування і металургійної промисловості, виробництво будівельних матеріалів, автобаз, підприємств водно-каналізаційного господарства.

Основні проблеми цього порушення пов'язані з утворенням великої кількості кислих і мінералізованих стічних вод, а так само шахтних і кар'єрних вод, що містять важко обложені дисперсні домішки. Вони забруднюють підземні і поверхневі води. Ці проблеми пов'язані також з вилученням та порушенням земельних ресурсів, окисленням (горінням) териконів, виснаженням водних ресурсів та порушенням гідрологічного режиму підземних і поверхневих вод, забрудненням повітряного басейну твердими і газоподібними шкідливими речовинами.

Значної шкоди природному середовищу завдає масове, прискорене виведення шахт з експлуатації методом «мокрої консервації», яка веде до затоплення шахтних полів, просідання земної поверхні та її заболочування, а також підняттю рівня, засоленню та забрудненню ґрунтових вод, природних джерел і річок.

 

2.4 Видобування залізної руди.

В Україні найбільш поширеним способом видобування залізної руди є відкритий спосіб. Відкриті гірничі роботи – це сукупність робіт, які проводять із

земної поверхні з метою видобування різноманітних гірських порід і створення різних виїмок та котлованів, кар'єрів глибиною до 300 метрів.

 З цих кар'єрів разом із рудою виймають на поверхню величезні маси розкривної породи, яка складає до 70% від рудної маси. Найбільша кількість попутно вийнятих порід, це сланці, кварці та інші скельні породи. Також багато в порожній породі осадових домішок – це глина, пісок, вапняк, суглинки. Скельні породи подрібнюють вибухівкою, вигрібають екскаватором і відправляють у відвали.

Відвалами називають насипи пустих порід та некондиційних корисних копалин, які вилучають і видаляють під час відкритої розробки родовищ.

Відвали, які розміщені у відпрацьованому просторі кар’єру,називають внутрішніми, а поза контурами кар’єру – зовнішніми.

Площі землі, що займаються цими відвалами, часто значно перевищують площу власне кар'єрних розробок. Питомий вихід порожніх порід на 1 т корисних копалин, так званий коефіцієнт розкриття. У вугільній промисловості при шахтному видобутку на 1 т вугілля припадає 0,25-0,31 м3 породи, а при кар'єрному - 5-7 м3розкривних порід. У залізорудній промисловості цей коефіцієнт коливається від 1-1,5 до 10 і більше, в кольоровій металургії від 1-5 до 10-20. На окремих марганцеворудних кар'єрах України для одержання 1 т руди доводиться переробляти до 40 т розкривних порід.

Для нормального ведення гірничих робіт, забезпечення можливості розміщення технічних і господарських споруд, відвалів і транспортних комунікацій всі природні перепони та штучні споруди в межах кар’єрного поля та в зоні транспортного доступу до нього видаляють або переносять.

До природних перепон належать ліс, чагарник, річки, озера, болота,струмки (на рівнинних родовищах) тощо.

До штучних споруд відносять автомобільні та залізничні дороги, які проходять у межах технічних границь кар’єру, а також різні промислові і побутові споруди.

Води боліт, озер, ставків, струмків і річок зразу відводять за межігірничого відведення. Для відведення річок споруджують відвідний канал за контуром гірничого відводу, а для спускання води з інших водних об’єктів будують канали з стоком у бік знижених ділянок рельєфу. Система осушення родовища має забезпечувати нормальні умови ведення гірничо-капітальних та експлуатаційних робіт в кар’єрі. Заходи щодо осушення передбачають огородження кар’єру від поверхневих і підземних вод шляхом проведення спеціальних виробок та організації водовідливу.

 

2.4 Відновлення земель, порушених гірничими роботами.

Площі, зайняті відвалами, як і всі землі, порушені гірничими роботами, підлягають рекультивації. В Україні гірничодобувними виробництвами зайнято близько 190 тис. га землі. Щорічно з цією метою виділяється ще 7-8 тис. га, причому до 40-50% усіх земельних ділянок займається відвалами.

Рекультивація земель після проведення гірничих робіт передбачає збереження земельних багатств країни та забезпечення населенню нормальних санітарно-гігієнічних умов життя.

Рекультивація - це не обов'язково повернення земельних ділянок до їх первісного стану. Адже в ряді випадків, наприклад на місці кар'єру, це неможливо. В широкому розумінні рекультивація - це приведення ділянок землі в той стан, який дозволяє використовувати їх надалі в сільському господарстві, для лісових посадок, для будівництва, для створення зон відпочинку. В ряді випадків мова йде про створення штучних, але гармонійних ландшафтів, які доповнюють природні.

Найпоширенішим типом порушень земної поверхні є відвали, їх техногенні форми дуже різноманітні: конічні, гребенеподібні, плоскі, шгатоподібні. Іншим типом порушень є прогини та провали земної поверхні, що утворюються над шахтними полями, а також власне котловани кар'єрів. Серед останніх виділяються мульдоподібні з пологими схилами, циркоподібні, трапецієподібні, сухі і такі, що затоплюються підземними та поверхневими водами.

Найважливішими етапами відновлення порушених земель є гірничотехнічна та біологічна рекультивація.

Гірничотехнічна рекультивація передбачає гасіння териконів, формування плоских відвалів, згладжування схилів, створення терас, засипання понижень. Сплановані поверхні перекриваються глинистою породою, будь-якою грунтоутворюючою породою (лес, супісок) і ґрунтом. Породи ґрунтового покриву ще до початку гірничих робіт зрізуються і зберігаються в спеціальних відвалах.

Біологічна рекультивація включає в себе заходи з відновлення ґрунтів або створення на породних відвалах умов, що можуть забезпечити їх родючість. З цією метою підбираються найбільш стійкі види рослин і створюються стійкі біоценози. На землях, які звільняються від гірничих робіт, створюють орні землі, сінокоси, пасовища (сільськогосподарська рекультивація), ведеться насадження лісу (лісогосподарська рекультивація). Іноді відроблені глибокі кар'єри використовують під водосховища, ставки (водогосподарська рекультивація). Біологічну рекультивацію земель, порушених при добуванні марганцевих руд, здійснюють у Дніпропетровській області, при добуванні залізних руд - в Кримській області, вугілля, нерудних корисних копалин - в Донбасі. Гірничими роботами щодня порушуються площі земель, що вимірюються гектарами. Однак після того, як корисні копалини вибираються, кар'єр заповнюється розкривними породами і після планування поверхні засипається чорноземом, що зберігається в спеціальних відвалах-запасниках.